專利名稱：戴于腕部的脈搏計和相關(guān)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能戴在腕部的脈搏計及其控制方法。
本發(fā)明特別涉及一種戴在腕部的脈搏計，其包括外殼，該外殼包括，電光裝置，用于測量戴著該脈搏計的人的脈搏，以及電子電路，用于處理測量以便計算脈搏，還包括能將外殼的后蓋壓在腕部的緊固腕帶，其中電光測量裝置包括至少一個光源和若干光接收器，其被設(shè)置在外殼的后蓋中并取向為朝著腕部。

背景技術(shù)：
這種類型的脈搏計具體公開在美國專利N0.2003/0065269中。在該文獻中，電光測量裝置包括發(fā)光二極管，將其設(shè)置在由四個光電二極管所界定的正方形的中心，使得每個光電二極管位于距該發(fā)光二極管相同的距離處。
雖然該二極管和光電二極管的該設(shè)置通常可產(chǎn)生好的效果，但是有時可觀察到脈搏測量可靠性的問題，特別是由于不同佩戴者之間的生理差別，例如關(guān)于腕部血管化作用。由于在腕部上外殼較差的位置，同樣可以出現(xiàn)這些測量可靠性的問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是通過提出一種簡單又經(jīng)濟的方法來克服這些缺點。
這樣，本發(fā)明提出一種上述類型的脈搏計，其特征在于電光測量裝置包括至少兩個光源以及至少兩個光接收器，其特征在于以陣列的形式來設(shè)置該光源和接收器，該陣列包括每行取向成沿著垂直于腕部的方向的兩行，和取向成平行于腕部方向的至少兩列，其特征在于該陣列的每行交替地包括一個光源和一個接收器，并且陣列的每一列包括一個光源和一個接收器。
由于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置，盡管沒有將接收器對稱地圍繞每個光源進行分布，但是可觀察到提高了測量的可靠性。特別是，沿垂直于腕部的方向偏移光源和接收器列覆蓋了佩戴者中多種不同生理特征，這可補償血管化的差異。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置，還允許更容易探測到脈搏計外殼在腕部的較差位置，這允許佩戴者更容易探測脈搏測量誤差的原因。
優(yōu)選，陣列的一行上每個光源和相鄰光接收器之間的距離基本等于陣列的一列上每個光源和相鄰接收器之間的距離。該設(shè)置通過使信號強度均勻，方便對每個接收器產(chǎn)生的信號的處理。
根據(jù)有利的實施例，陣列包括三列，并且第一行包括由兩個接收器圍繞的一個光源，以及第二行包括由兩個光源圍繞的一個接收器。該設(shè)置通過覆蓋大量的不同佩戴者生理特征而提供特別有效的折衷，同時產(chǎn)生緊湊又經(jīng)濟的電光測量裝置。特別地，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置相比，該設(shè)置使在外殼背面所占面積特別是在腕部方向上最小。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，意外地觀察到接收器相對于光源不對稱的設(shè)置沒有降低接收器產(chǎn)生信號的可靠性。相反，無論佩戴者的體形及其血管化特征如何，該設(shè)置在大多數(shù)情況下允許獲得至少一個可靠的接收信號。
優(yōu)選地，每個所述光源由能在紅外范圍內(nèi)發(fā)光的二極管構(gòu)成，而每個所述接收器由光電二極管構(gòu)成。該光學測量系統(tǒng)提供關(guān)于測量可靠性和質(zhì)量的最佳效果，同時又能經(jīng)濟且簡單地實現(xiàn)。
根據(jù)有利的實施例，電子電路包括脈搏計算單元，其計算分別對應(yīng)接收器產(chǎn)生的每個接收信號以及虛擬信號計算單元獲得的虛擬信號的脈搏值，這對應(yīng)由每個接收器產(chǎn)生的接收信號的累加。選擇單元從脈搏計算單元獲得的脈搏值中確定最佳脈搏值。該方法進一步增加了能被利用并補償不同接收器間測量誤差的信號多樣性。
有利地，電子電路包括用于計算測量可靠性指數(shù)的單元，所述測量可靠性指數(shù)隨著由所述脈搏計算單元獲得的脈搏值而變化。該可靠性指數(shù)通過避免顯示不可靠的脈搏值并通過通知用戶有關(guān)所進行測量的質(zhì)量，來充分利用由接收器所產(chǎn)生的信號多樣性。而且，當可靠性指數(shù)達到確定的值時，電子電路可探測外殼在腕部的較差定位或沒有戴脈搏計的狀況。
本發(fā)明還提出一種控制根據(jù)前述任一項的脈搏計的方法，包括測量步驟，其間每個光源發(fā)射光束，并且每個接收器根據(jù)接收的光產(chǎn)生接收信號；以及脈搏計算步驟，其間從在所述測量步驟過程中由每個接收器產(chǎn)生的接收信號來計算脈搏值，其特征在于，在所述測量步驟與脈搏計算步驟之間插入計算對應(yīng)由每個接收器產(chǎn)生的接收信號的累加的虛擬信號的步驟；在所述脈搏計算步驟期間，從該虛擬信號計算脈搏值；以及，在所述選擇步驟期間，從在所述脈搏計算步驟中獲得的脈搏值中選擇最佳脈搏值。
根據(jù)該方法的其他特征 在所述脈搏計算步驟之后是計算測量可靠性指數(shù)的步驟，其間對在所述脈搏計算步驟中獲得的脈搏值進行相互比較， 在所述測量可靠性指數(shù)計算步驟之后是探測外殼定位狀態(tài)的步驟，其間根據(jù)可靠性指數(shù)值，確定所述脈搏計是否被佩戴或外殼是否被較差地定位在腕部上。



參考作為非限定示例給出的附圖，閱讀下面詳細的描述后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將變得更清晰明顯，其中 圖1是示意性顯示了戴在佩戴者腕部上的根據(jù)本發(fā)明的脈搏計的俯視圖； 圖2是示意性顯示了圖1脈搏計外殼后蓋及其電光脈搏測量裝置的仰視圖； 圖3是示意性顯示了圖1的脈搏計和由電光測量裝置的光源所發(fā)射的光束的沿3-3線的截面圖；以及 圖4是顯示了圖1的脈搏計及裝配在其中的電子電路的流程圖。

具體實施例方式 圖1到4顯示了能戴在佩戴者腕部12上的脈搏計10。脈搏計10包括經(jīng)由緊固腕帶或表帶16連接到腕部12的外殼14。
在下面的描述中，將有關(guān)佩戴者腕部12前臂的大致方向指定為方向D1。
外殼14包括用于測量佩戴者脈搏的電光裝置18和用于處理測量的電子電路20，以便借助于諸如液晶顯示器的顯示裝置22來計算并顯示佩戴者脈搏P。
將電光測量裝置18設(shè)置在外殼14的后蓋24內(nèi)，在顯示裝置22的相對側(cè)。腕帶16將外殼14的后蓋24保持壓靠在腕部12上，使得優(yōu)化該電光測量裝置18的工作。
根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，電光測量裝置18包括至少兩個光源E1、E2、E3以及至少兩個光接收器R1、R2、R3，將它們?nèi)∠虺沙宕髡叩耐蟛?2并將其以陣列的形式進行設(shè)置，該陣列包括沿腕部12的垂直于方向D1的方向取向的兩行L1、L2，以及平行于腕部的方向D1取向的至少兩列C1、C2、C3。而且，陣列的每行L1、L2交替包括光源E1、E2、E3和接收器R1、R2、R3，而陣列的每一列C1、C2、C3交替包括光源E1、E2、E3和接收器R1、R2、R3。
根據(jù)附圖所示的優(yōu)選實施例，電光測量裝置18包括由三個在紅外范圍發(fā)光的二極管構(gòu)成的三個光源E1、E2、E3，以及由三個光電二極管構(gòu)成的三個接收器R1、R2、R3，所述光電二極管的每一個產(chǎn)生作為接收的光量的函數(shù)的接收信號SR1、SR2、SR3。
這樣該陣列此處包括三列C1、C2、C3，從圖2來看，第一列C1包括第一行L1上的第一接收器R1和第二行L2上的第一光源E1，第二列C2包括第一行L1上的第二光源E2和第二行L2上的第二接收器R2，而第三列C3包括第一行L1上的第三接收器R3和第二行L2上的第三光源E3。
在第一行L1上，第二光源E2從而基本與第一和第三接收器R1，R3對齊。在第二行L2上，第一和第三光源E1，E3基本上與第二接收器R2對齊。
優(yōu)選，陣列的行L1、L2上每個光源E1、E2、E3與相鄰的接收器R1、R2、R3之間的距離基本上等于陣列的列C1，C2上每個光源E1、E2、E3與相鄰的接收器R1、R2、R3之間的距離。
根據(jù)附圖所示的實施例，行L1、L2是直線，但它們也可是彎曲的并描述成兩個圓的基本平行或正割的弧線。
圖4更詳細顯示了根據(jù)本發(fā)明脈搏計10的電子電路20。
根據(jù)優(yōu)選實施例，電子電路20包括第一計算單元26，它從在每個脈搏測量期間由三個接收器R1、R2、R3產(chǎn)生的接收信號SR1、SR2、SR3來確定相關(guān)的虛擬接收信號SV。該虛擬接收信號SV優(yōu)選地由三個接收信號SR1、SR2、SR3相加構(gòu)成。
電子電路20包括第二計算單元28，它從由接收器R1、R2、R3所產(chǎn)生的接收信號SR1、SR2、SR3和從虛擬信號SV來確定對應(yīng)的脈搏值P1、P2、P3和PV。第二計算單元28設(shè)置成處理信號SR1、SR2、SR3、SV并且例如利用濾波器(未顯示)來去除噪聲，噪聲主要由于外殼14相對于佩戴者腕部12的細微運動造成的。
電子電路20包括選擇單元30，它從第二計算單元28獲得的脈搏值P1、P2、P3、PV中選擇最佳脈搏值PO。該最佳脈搏值PO在由設(shè)計所定義的標準的基礎(chǔ)上來選擇，例如將擁有最小方差的脈搏值P1、P2、P3、PV選擇作為最佳脈搏值PO。
將由選擇單元30選擇的最佳脈搏值PO發(fā)送給顯示裝置22以允許佩戴者觀看。
當然，從最佳脈搏值PO中，也可計算和顯示與脈搏值PO相關(guān)的其他參數(shù)，例如消耗卡路里的量，或與脈搏測量歷史相關(guān)的其他數(shù)據(jù)。
根據(jù)優(yōu)選的實施例，電子電路20包括第三計算單元32，其從第二計算單元28所獲的脈搏值P1、P2、P3、PV確定脈搏測量可靠性指數(shù)IF的值。第三計算單元32影響可靠性指數(shù)值IF，該可靠性指數(shù)值IF例如是對應(yīng)脈搏值P1、P2、P3、PV的信號頻率的函數(shù)、這些信號間相關(guān)性的函數(shù)、這些信號的幅度的函數(shù)、以及脈搏值P1、P2、P3、PV歷史的函數(shù)。
關(guān)于頻率，這些信號必須包括在確定的頻譜波段內(nèi)。
當將若干信號進行相關(guān)時，即當若干信號給出相同數(shù)據(jù)，特別是在相同時刻具有相似的方差時，這指示了該數(shù)據(jù)是可靠的，因為接收器R1、R2、R3的空間差異意味著當外殼14位于較差位置時它們受到不同的影響。
這些信號的幅度必須包括在確定的界限內(nèi)，使得太高的幅度探測為由于佩戴者的運動而造成的測量可靠性量題。
可靠性指數(shù)IF的確定例如使用脈搏值P1、P2、P3、PV的方差和分布計算的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的變型，第三計算單元32還可使用接收信號SR1、SR2、SR3和虛擬信號SV來確定可靠性指數(shù)值IF。
第三計算單元32可將可靠性指數(shù)值IF發(fā)射給顯示裝置22，從而通知佩戴者關(guān)于被顯示的脈搏值P的可靠性。根據(jù)可靠性指數(shù)值IF，當后者表示測量可靠性不夠時，電子電路20同樣暫緩脈搏P的顯示，從而不顯示錯誤的脈搏值P。
有利地，根據(jù)可靠性指數(shù)值IF，電子電路20可探測外殼14在腕部12上的較差定位，這導致大量的周圍光到達至少其中一個接收器R1、R2、R3。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在多次實驗和試驗后，觀察到，具有三個光源E1、E2、E3和三個接收器R1、R2、R3的根據(jù)優(yōu)選實施例的構(gòu)造提供了一種最好的折衷方案，用于改善脈搏測量可靠性，同時覆蓋具有不同生理特征的大量佩戴者，又限制了電光測量裝置18的空間需求和復雜度。而且，在該構(gòu)造中給出了用于探測外殼14在腕部12上較差定位問題的最佳結(jié)果。
值得注意的是，在優(yōu)選實施例中，定位在第二條線L2的中心并由三個光源E1、E2、E3圍繞的第二接收器R2接收來自三個光源E1、E2、E3的光，而其他兩個接收器R1、R3的每一個主要接收分別來自E1，E2和E2，E3兩個臨近光源的光。為了彌補該光接收的不平衡，在電子模擬電路處理由第二接收器R2所產(chǎn)生的接收信號SR2的通道中降低增益。可選的，計算單元26可數(shù)字校正信號SR2的前述不平衡。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的控制脈搏計的方法。
該方法包括測量步驟，由電光測量裝置18來執(zhí)行，其間每個光源E1、E2、E3朝佩戴者的腕部12發(fā)射光線FL。該光線FL在腕部12內(nèi)傳送并且一部分光線FL反向散射并由接收器R1，R2和R3來探測。根據(jù)接收的光，每個接收器產(chǎn)生接收信號SR1、SR2、SR3，其通過探測佩戴者組織吸收的光能的周期性變化來測量佩戴者的心臟脈搏。
該脈搏P測量步驟的原理具體公開在美國專利No.2003/0065269中，其可作為更詳細的參考，特別是該文獻說明書的前序部分。
根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，在脈搏P測量步驟之后是虛擬信號SV的計算步驟，由第一計算單元26執(zhí)行，其間產(chǎn)生對應(yīng)于接收信號SR1、SR2、SR3累加的虛擬信號SV。
在虛擬信號SV計算步驟之后是計算脈搏P1、P2、P3、PV的步驟，由第二計算單元28執(zhí)行，其間處理接收信號SR1、SR2、SR3和虛擬信號SV以確定對應(yīng)的脈搏值P1、P2、P3、PV。
在脈搏計算步驟之后是選擇步驟，由選擇單元30執(zhí)行，其間從在脈搏計算步驟過程中獲得的脈搏值P1、P2、P3、PV中選擇最佳脈搏值PO。顯示該最佳脈搏值PO。
優(yōu)選，在脈搏計算步驟之后是計算測量可靠性指數(shù)IF的步驟，由第三計算單元32執(zhí)行，其間將對應(yīng)于接收信號SR1、SR2、SR3的脈搏值P1、P2、P3和對應(yīng)于擬信號SV的脈搏值PV相互比較，從而確定表示進行的測量和由選擇單元30獲得最佳脈搏值PO的可靠度的可靠性指數(shù)IF值。
值得注意的是，在計算可靠性指數(shù)IF的步驟，可將過程中從脈搏計算步驟獲得的脈搏值P1、P2、P3、PV與已經(jīng)保存的對應(yīng)先前測量的在計算步驟期間所獲的先前值進行比較，這確定了在一段時間上脈搏值PO的發(fā)展是否是可靠的。
通過考慮由于周圍光的每個脈搏值P1、P2、P3、PV連續(xù)和交替成分的幅度值，和由于光源E1、E2、E3發(fā)射的光的每個信號P1、P2、P3、PV連續(xù)和交替成分的幅度值，并且考慮源于這些信號P1、P2、P3、PV的值，諸如像方差或頻率譜，來計算可靠性指數(shù)IF。通過考慮這些參數(shù)，可以將脈搏計10在腕部12上較差定位的情況與沒有佩戴脈搏計10，例如脈搏計10放在桌子上的情況區(qū)分開來。
有利地，在可靠性指數(shù)IF計算步驟之后是確定外殼14在腕部12上較差定位的時間或沒有佩戴脈搏計10的狀態(tài)的步驟，其間根據(jù)可靠性指數(shù)IF值，電子電路20例如通過顯示裝置22給佩戴者指出較差位置，或者如果探測到?jīng)]有佩戴的狀況，則電子電路20中斷脈搏顯示。
權(quán)利要求
1.戴于腕部(12)的脈搏計(10)，包括外殼(14)，該外殼包括電光裝置(18)，用于測量脈搏計(10)的佩戴者的脈搏；以及電子電路(20)，用于處理所述測量以便計算脈搏(P)，所述脈搏計(10)還包括能將外殼(14)的后蓋(24)壓在腕部(12)的緊固腕帶(16)，其中所述電光測量裝置(18)包括至少一個光源(E1、E2、E3)和若干光接收器(R1、R2、R3)，其被設(shè)置在外殼(14)的后蓋(24)中并取向為朝著腕部(12)，
其特征在于，所述電光測量裝置(18)包括至少兩個光源(E1、E2、E3)以及至少兩個接收器(R1、R2、R3)；所述光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)以陣列的形式設(shè)置，該陣列包括兩行(L1、L2)，每行取向為沿著垂直于腕部(12)方向(D1)的方向，以及至少兩列(C1、C2、C3)，其取向為平行于腕部(12)方向(D1)的方向；以及，所述陣列的每行(L1、L2)交替地包括光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)，并且陣列的每列(C1、C2、C3)交替地包括光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求的脈搏計(10)，其特征在于，所述陣列的一行(L1、L2)上每個光源(E1、E2、E3)和相鄰光接收器(R1、R2、R3)之間的距離基本等于陣列的一列(C1、C2、C3)上每個光源(E1、E2、E3)和相鄰接收器(R1、R2、R3)之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的脈搏計(10)，其特征在于，所述陣列包括三列(C1、C2、C3)，并且第一行(L1)包括由兩個接收器(R1，R3)圍繞的一個光源(E2)，以及第二行(L2)包括由兩個光源(E1，E3)圍繞的一個接收器(R2)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的脈搏計(10)，其特征在于，每個所述光源(E1、E2、E3)由能在紅外范圍內(nèi)發(fā)光的二極管構(gòu)成，而每個所述接收器(R1、R2、R3)由光電二極管構(gòu)成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的脈搏計(10)，其特征在于，所述電子電路(20)包括脈搏計算單元(28)，其計算分別對應(yīng)于由接收器(R1、R2、R3)產(chǎn)生的每個接收信號(SR1、SR2、SR3)的脈搏值(P1、P2、P3)；以及選擇單元(30)，其從由所述脈搏計算單元(28)獲得的脈搏值(P1、P2、P3)中確定最佳脈搏值(PO)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項的脈搏計(10)，其特征在于，所述電子電路(20)包括單元(26)，用于計算對應(yīng)于由每個接收器(R1、R2、R3)產(chǎn)生的接收信號(SR1、SR2、SR3)的累加值的虛擬信號(SV)；脈搏計算單元(28)，用于計算分別對應(yīng)由一個接收器(R1、R2、R3)產(chǎn)生的每個接收信號(SR1、SR2、SR3)和所述虛擬信號(SV)的脈搏值(P1、P2、P3、PV)；以及選擇單元(30)，用于從由所述脈搏計算單元(28)獲得的脈搏值(PV)中確定最佳脈搏值(PO)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的脈搏計(10)，其特征在于，所述電子電路(20)包括用于計算測量可靠性指數(shù)(IF)的單元(32)，所述測量可靠性指數(shù)(IF)隨著由所述脈搏計算單元(28)獲得的脈搏值(P1、P2、P3)而變化。
8.一種控制根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的脈搏計(10)的方法，包括測量步驟，其間每個光源(E1、E2、E3)發(fā)射光束(FL)，并且每個接收器(R1、R2、R3)根據(jù)接收的光產(chǎn)生接收信號(SR1、SR2、SR3)；以及脈搏計算步驟，其間從在測量步驟期間由每個接收器(R1、R2、R3)產(chǎn)生的接收信號(SR1、SR2、SR3)來計算脈搏值(P1、P2、P3)，其特征在于，在所述脈搏計算步驟(P1、P2、P3)之后是選擇步驟，其間從在所述脈搏計算步驟中獲得的脈搏值(P1、P2、P3)中選擇最佳脈搏值(PO)。
9.一種控制根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項的脈搏計(10)的方法，包括測量步驟，其間每個光源(E1、E2、E3)發(fā)射光束(FL)，并且每個接收器(R1、R2、R3)根據(jù)接收的光產(chǎn)生接收信號(SR1、SR2、SR3)；以及脈搏計算步驟，其間從在所述測量步驟過程中由每個接收器(R1、R2、R3)產(chǎn)生的接收信號(SR1、SR2、SR3)來計算脈搏值(P1、P2、P3)，其特征在于，在所述測量步驟與脈搏計算步驟之間插入計算對應(yīng)由每個接收器(R1、R2、R3)產(chǎn)生的接收信號(SR1、SR2、SR3)的累加的虛擬信號(SV)的步驟；在所述脈搏計算步驟期間，從該虛擬信號(SV)計算脈搏值(PV)；以及，在所述選擇步驟期間，從在所述脈搏計算步驟中獲得的脈搏值(P1、P2、P3)中選擇最佳脈搏值(PO)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的控制方法，其特征在于，在所述脈搏計算步驟之后是計算測量可靠性指數(shù)(IF)的步驟，其間對在所述脈搏計算步驟中獲得的脈搏值(P1、P2、P3、PV)進行相互比較。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求的控制方法，其特征在于，在所述測量可靠性指數(shù)(IF)計算步驟之后是探測外殼(14)定位狀態(tài)的步驟，其間根據(jù)可靠性指數(shù)值(IF)，確定所述脈搏計(10)是否被佩戴或外殼(14)是否被較差地定位在腕部(12)上。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種脈搏計(10)，包括外殼(14)，該外殼包括電光脈沖測量裝置(18)和電子電路，所述脈搏計(10)還包括能將外殼(14)的后蓋壓在腕部(12)的緊固腕帶(16)，其特征在于，所述電光測量裝置(18)包括至少兩個光源(E1、E2、E3)以及至少兩個接收器(R1、R2、R3)；所述光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)以陣列的形式設(shè)置，該陣列包括兩行(L1、L2)，每行取向為沿著垂直于腕部(12)方向(D1)的方向，以及至少兩列(C1、C2、C3)，其取向為平行于腕部(12)方向(D1)的方向；以及，所述陣列的每行(L1、L2)交替地包括光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)，并且陣列的每列(C1、C2、C3)交替地包括光源(E1、E2、E3)和接收器(R1、R2、R3)。本發(fā)明還提出了一種用于這種脈搏計(10)的控制方法。
文檔編號A61B5/024GK101108126SQ20071014641
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者F·克洛普芬斯滕, R·韋特, P·雷內(nèi)韋, V·諾伊曼, C·維爾居斯 申請人:Eta瑞士鐘表制造股份有限公司