專利名稱：用于檢測佩戴位置的感測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測設(shè)備相對于用戶的佩戴位置的感測設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，由于傳感器小型化、能量節(jié)省和無線通信等領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)進(jìn)步，已經(jīng)使得身體上感測成為可能。具有基于身體佩戴的加速度計的活動監(jiān)測器(AM)的形式的感測設(shè)備能夠記錄運動引發(fā)的加速度信號。從這樣的加速度信號可以提取出活動情境信息，比如與體力活動有關(guān)的能量消耗(AEE)、活動類型以及持續(xù)時間。在衛(wèi)生保健應(yīng)用中，活動情境信息有助于正確地解釋患者的生命體征身體信號，比如ECG和呼吸率，并且有助于改進(jìn)診斷。在消費者生活方式應(yīng)用中，其使得用戶能夠保持健康的體力活動水平，從而避免與缺乏活動有關(guān)的疾病。為了以所需的精度將加速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成AEE數(shù)值或者為了能夠提供正確的活動類型識別，可能很關(guān)鍵的是具有關(guān)于傳感器位置的先驗知識?！癉etection of Sensor Wearing Positions for Accelerometry-based Daily Activity Assessment (用于根據(jù)加速度測量的日?；顒釉u估的傳感器佩戴位置檢測)”(》e Sixth IASTED International Conference on Biomedical Engineering, 2008 年 2 月，Yin 禾口 Goris) —文公幵了一禾中基于把從所測量的加速度數(shù)據(jù)中提取的與身體位置相關(guān)的特征與已確立的特征數(shù)據(jù)庫的特征進(jìn)行比較而檢測傳感器佩戴位置的方法。圖1是從所提到的Yin和Goris的文章適配的，并且示出了以每天的總加速度形式累計的加速度能力(y軸)與利用雙標(biāo)水方法測量的對應(yīng)的體力活動水平(χ軸)之間的相關(guān)實例。分別從來自實驗數(shù)據(jù)4、5、6的線性回歸得到的相關(guān)曲線1、2、3根據(jù)傳感器佩戴位置而不同，即腰部1、4 (菱形)，腕部2、5 (正方形)，和胸罩3、6 (三角形)。因此，盡管讀出數(shù)據(jù)與相同的活動有關(guān)，但是所確定的體力活動水平則根據(jù)加速度計的附著位置而不同。因此，在本領(lǐng)域內(nèi)需要精確地檢測身體上感測設(shè)備的佩戴位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種靈活的身體上感測設(shè)備，其可以被佩戴在多個身體位置處，同時仍然可以精確地檢測所述設(shè)備本身的佩戴位置而不管其佩戴位置如何。此外， 本發(fā)明的另一個目的是提供一種身體上感測設(shè)備，其能夠利用次數(shù)非常有限的用戶一設(shè)備交互提取佩戴位置，并且甚至在任何類型的活動期間不需要來自用戶的任何干預(yù)，從而提供一種用于檢測佩戴位置的完全自動的感測設(shè)備。本發(fā)明優(yōu)選地嘗試單獨地或者以任意組合緩解、減輕或消除現(xiàn)有技術(shù)的一項或更多項缺點。根據(jù)第一方面，提供一種用于檢測佩戴位置的感測設(shè)備，所述設(shè)備包括 用于檢測運動信號的運動傳感器；
用于檢測高度信號的高度傳感器；以及計算單元；
其中，運動傳感器和高度傳感器可通信地連接到計算單元，并且其中計算單元響應(yīng)于接收到運動信號和高度信號而確定感測設(shè)備相對于用戶的佩戴位置。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識到，為了以高度確定性檢測正確的佩戴位置，很重要的是將多于一個輸入信號作為判定的基礎(chǔ)，并且其中當(dāng)感測設(shè)備被附著到不同的身體部分時，各輸入信號在用戶的特定移動期間的行為不同。與用戶的運動有關(guān)的信號和與傳感器的高度有關(guān)的信號滿足這一要求。通過將運動信號和高度信號作為佩戴位置檢測的基礎(chǔ)，從而可以提供一種可以僅僅基于所檢測到的信號來精確地確定佩戴位置的感測設(shè)備，并且其不需要或者僅僅需要很少的用戶輸入。因此，本發(fā)明的實施例可以提供一種自動檢測設(shè)備佩戴位置的感測設(shè)備。在本發(fā)明的有利實施例中，計算單元還被適配成在運動信號和/或高度信號中識別預(yù)先選擇的運動類型，或者至少在信號中識別代表預(yù)先選擇的運動類型的候選數(shù)據(jù)片段。計算單元還被適配成檢測出在運動信號和高度信號中存在預(yù)先選擇的類型的運動或者預(yù)先選擇的類型的候選數(shù)據(jù)片段。有利的是在所檢測到的信號中識別出運動類型，這是因為通過將佩戴感測設(shè)備的用戶的特定類型的移動作為佩戴位置檢測的基礎(chǔ)可以提高佩戴位置檢測的精度。在本發(fā)明的有利實施例中，計算單元還被適配成從在預(yù)先選擇的類型的運動的發(fā)生期間測量的運動信號和高度信號中提取一個或更多參數(shù)，并且將這樣的參數(shù)作為佩戴位置確定的基礎(chǔ)。很方便的是把所提取的參數(shù)值和/或范圍作為計算判定處理的基礎(chǔ)。在本發(fā)明的有利實施例中，佩戴位置檢測是基于一種分類算法。分類算法非常適于與基于復(fù)雜輸入信號的計算判定相結(jié)合。在第二方面，本發(fā)明涉及一種檢測感測設(shè)備的佩戴位置的方法，其中，相對于用戶的佩戴位置檢測是基于所檢測到的運動信號和所檢測到的高度信號。在第三方面，本發(fā)明涉及一種被適配成實施第二方面的方法的計算機程序產(chǎn)品。 所述計算機程序產(chǎn)品可以被實施到感測設(shè)備的計算單元中，以便賦予所述設(shè)備本發(fā)明的第二方面的功能。總而言之，本發(fā)明的各個方面可以按照本發(fā)明范圍內(nèi)的任何可能方式來組合及耦合。通過參照下面所描述的實施例，本發(fā)明的上述和其他方面、特征和/或優(yōu)點將變得顯而易見并且將對其進(jìn)行闡述。


下面將參照附圖僅僅通過舉例的方式來描述本發(fā)明的實施例，其中
圖1示出了基于加速度計數(shù)據(jù)的累計加速度能力以及基于雙標(biāo)水方法的對應(yīng)體力活動水平的曲線圖2示出了用于檢測佩戴位置的感測設(shè)備的一個實施例； 圖3示出了感測設(shè)備的附著位置的實例；
圖4示出了用于檢測感測設(shè)備的佩戴位置的算法的一個實施例的方框圖； 圖5A — D示出了站立一坐下過渡期間的加速度和高度計信號的截屏； 圖6示出了從運動信號和高度信號提取的參數(shù)的散布圖；以及圖7示出了在用于檢測佩戴位置的方案中實施假設(shè)一證實結(jié)構(gòu)的算法的一個實施例的方框圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例涉及一種用于檢測設(shè)備的佩戴位置的感測設(shè)備。所述感測設(shè)備可以是具有給定功能的主機設(shè)備的一部分，其中需要設(shè)備的佩戴位置來改進(jìn)操作。這樣的設(shè)備包括(但不限于)活動傳感器和下降檢測器。在發(fā)明背景部分中已經(jīng)討論過的圖1示出了所計算的活動水平可能取決于活動傳感器的所假定的佩戴位置。因此，如果在將所檢測到的移動轉(zhuǎn)換成體力活動水平時不使用正確的佩戴位置，則有可能在所計算的活動水平中引入不確定性。結(jié)合下降檢測，此外還很重要的是知曉正確的佩戴位置。被用于檢測下降的算法使用佩戴位置和所檢測到的移動一起來確定所檢測到的移動是否與下降有關(guān)。在下降檢測中，很重要的是具有盡可能低的誤警報率，同時不會錯失實際發(fā)生的任何下降，因此很重要的是知曉正確的佩戴位置。圖2示出了用于檢測佩戴位置的感測設(shè)備20的一個實施例。所述設(shè)備包括用于檢測運動信號的運動傳感器21。運動傳感器通常是三軸加速度計。所述設(shè)備還包括用于檢測傳感器位置的高度信號的高度傳感器22。高度傳感器可以是高度計或者基于測量空氣壓力信號或空氣壓力差的氣壓計。所述設(shè)備還包括計算單元23。計算單元連接到運動傳感器和高度傳感器，以便訪問或讀取運動信號和高度信號?；趤碜赃\動傳感器和高度傳感器的輸入，計算單元確定感測設(shè)備相對于用戶的佩戴位置。兩個傳感器在外罩內(nèi)被放置得非常靠近，從而其測量與相同的身體部分的移動有關(guān)的信號。舉例來說，如果感測設(shè)備被附著到膝蓋，則兩個傳感器應(yīng)被靠近放置，從而使得所檢測到的移動僅僅與膝蓋的移動有關(guān)，而與相鄰肢體的移動無關(guān)。因此，兩個傳感器的鄰近度對于膝蓋附著應(yīng)當(dāng)比對于胸部附著更加靠近。為了具有附著到不同身體部分的自由度，兩個傳感器應(yīng)當(dāng)被放置成使得運動傳感器的檢測區(qū)域和高度傳感器的檢測區(qū)域被定位成彼此相距小于五厘米。其還可以被放置在一起、被鄰近地定位或者彼此固定。在一個實施例中，運動傳感器21同時測量由身體移動導(dǎo)致的慣性加速度和由地球引力施加的重力加速度。高度(例如壓力)傳感器22在其垂直移動時利用空氣壓力變化來提供關(guān)于海拔高度改變的信息。在一個實施例中，例如可以通過將參考海拔高度設(shè)定為參考水平來校準(zhǔn)壓力傳感器?？諝鈮毫鞲衅麟S后可以測量關(guān)于該參考水平的高度或高度改變。所述設(shè)備通常與主機設(shè)備對集成，所述主機設(shè)備可以包括除了圖2中所示的之外的附加組件。舉例來說，主機設(shè)備可以包括用于連接到外圍裝備的連接器插孔，比如連接到外部計算設(shè)備。主機設(shè)備還可以包括顯示器以用于顯示活動水平等等。在各實施例中，感測設(shè)備和主機設(shè)備可以共享組件，比如加速度計和高度傳感器，其可以附加地被用于計算活動水平或其他參數(shù)。同樣地，可以在主機設(shè)備與感測設(shè)備之間共享計算單元。為了識別常見的體力活動類型(比如步行、跑步、單車)以及評估有關(guān)的能量消耗， 希望將感測設(shè)備佩戴得靠近身體軀干而不是踝部和腕部之類的四肢，從而得以記錄整個身體的移動。圖3示出了在這方面的感測設(shè)備的附著位置的實例。舉例來說，感測設(shè)備可以被附著到胸部30，例如作為圍繞脖頸或附著到胸罩的掛件；其可以被附著到臀部31，例如夾到腰帶上；其可以被附著到大腿32，例如處在褲子的口袋中；其可以被附著到膝蓋33，例如通過使用捆帶附著。身體位置不限于前面提到的實例，并且上述身體位置僅僅是作為實例示出的。此外，多個感測設(shè)備30 — 33的圖示不應(yīng)被解釋成使用多于一個感測設(shè)備。在測試情況下可以將多個感測設(shè)備附著到一個人，但是在通常的使用情況下，只使用單個感測設(shè)備。圖4示出了用于檢測感測設(shè)備的佩戴位置的算法的一個實施例的方框圖。運動信號40和高度信號41被輸入到運動檢測單元或方框42中，其被實施在感測設(shè)備的計算單元中。運動檢測方框42在運動信號和高度信號中檢測對應(yīng)于佩戴所述設(shè)備的用戶的給定類型的運動的信號過渡的發(fā)生。運動檢測方框從而嘗試從其中一個或全部兩個輸入信號40、 41識別出特定的預(yù)先選擇的用戶移動類型。一旦識別出或檢測到給定的預(yù)先選擇的運動類型之后，就在特征提取方框43中在所述預(yù)先選擇的類型的運動的發(fā)生期間從運動信號提取與運動信號有關(guān)的至少一個參數(shù)，并且在所述預(yù)先選擇的類型的運動的發(fā)生期間從高度信號提取與高度信號有關(guān)的至少一個參數(shù)。所提取的參數(shù)被輸入到分類方框44，以便基于分類算法檢測佩戴位置45。在一個實施例中，所述計算單元被適配成監(jiān)測運動信號和/或高度信號，以便識別出給定的或預(yù)先選擇的運動類型，并且在運動信號和/或高度信號中檢測出對應(yīng)于該給定運動類型的信號過渡已經(jīng)發(fā)生。信號過渡的形狀與身體的具體移動有關(guān)。結(jié)合圖5 — 7 使用了與坐下一站立移動有關(guān)的信號過渡，但是也可以使用其他類型的移動和有關(guān)的信號過渡，比如與步行、跳躍等等有關(guān)的信號過渡。對于特定運動的識別可以通過使用同時基于加速度和高度計數(shù)據(jù)的獨立活動分類器來實現(xiàn)。此外，可以與所述識別相結(jié)合地使用運動發(fā)生的情境。舉例來說，加速度數(shù)據(jù)同時提供相關(guān)身體部分的移動(例如步行或單車)和姿態(tài)(例如站立或平躺)信息。圖5示出了來自一項測試的站立一坐下過渡期間的加速度和高度計信號的截屏， 其中對象在身體的四個不同位置處佩戴感測設(shè)備。圖5A到5D示出了在接連的站立一坐下過渡期間測量的運動信號52 (上方)和高度計信號53 (下方)。在運動信號的曲線圖中示出了來自三軸加速度計的三個感測軸的讀出，并且站立一坐下過渡和坐下一站立過渡分別由附圖標(biāo)記50和附圖標(biāo)記51標(biāo)識。首先利用中值濾波器對高度計信號(下方)進(jìn)行處理，以便在不犧牲尖銳的站立一坐下過渡邊沿的情況下去除高頻尖峰，此外由于緩慢的周圍壓力改變(由于天氣)導(dǎo)致的DC偏移也被去除。 圖5A示出了位于胸部的感測設(shè)備的信號；圖5B示出了位于臀部的感測設(shè)備的信號；圖5C 示出了位于大腿的感測設(shè)備的信號；并且圖5D示出了位于膝蓋的感測設(shè)備的信號?；氐綀D4，運動檢測方框42監(jiān)測運動信號和高度信號，并且一旦檢測到所期望的運動類型，就通過特征提取方框43從信號中提取參數(shù)或信號特征。在所期望的運動是站立一坐下/坐下一站立過渡時所能提取的信號特征(參數(shù))的實例包括(但不限于)以下特征
1)圍繞過渡的高度改變；
2)圍繞過渡的指向改變；
3)圍繞過渡的加速度能量；
4)圍繞過渡的傳感器軌跡；5)站立ー坐下與坐下一站立過渡之間的高度改變差；
6)站立ー坐下與坐下一站立過渡之間的指向改變差。更具體來說，反映高度改變的信號特征可以被如下定義
權(quán)利要求
1.一種用于檢測佩戴位置的感測設(shè)備(20)，所述設(shè)備包括用于檢測運動信號(52)的運動傳感器(21)；用于檢測高度信號(53)的高度傳感器(22)；以及計算單元(23);其中，運動傳感器和高度傳感器可通信地連接到計算單元，并且其中計算單元響應(yīng)于接收到運動信號和高度信號而確定感測設(shè)備相對于用戶的佩戴位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的感測設(shè)備，其中，運動傳感器的檢測區(qū)域和高度傳感器的檢測區(qū)域被定位成彼此相距小于五厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的感測設(shè)備，其中，運動傳感器是三軸加速度計。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的感測設(shè)備，其中，高度傳感器是高度計。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的感測設(shè)備，其中，計算單元還被適配成在運動信號(52)和/或高度信號(53)中識別預(yù)先選擇的運動類型，并且在運動信號和高度信號中檢測到預(yù)先選擇的類型的運動已經(jīng)發(fā)生(50，51)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的感測設(shè)備，其中，計算單元還被適配成在檢測到運動類型之后， 根據(jù)從在預(yù)先選擇的類型的運動的發(fā)生(50，51)期間測量的運動信號和高度信號中提取的一個或更多參數(shù)(60 - 63)確定佩戴位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的感測設(shè)備，其中，計算單元被適配成執(zhí)行分類算法，并且其中所述分類算法被適配成基于從在預(yù)先選擇的類型的運動的發(fā)生期間測量的運動信號和高度信號中提取的一個或更多參數(shù)檢測佩戴位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的感測設(shè)備，其中，所述分類算法被適配成訪問預(yù)先定義的信號特征的數(shù)據(jù)庫，所述預(yù)先定義的信號特征與有關(guān)的佩戴位置相關(guān)聯(lián)，并且其中所述分類算法還被適配成在預(yù)先定義的信號特征與提取自運動信號和高度信號的一個或更多參數(shù)之間進(jìn)行比較，以便確定感測設(shè)備的佩戴位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的感測設(shè)備，其中，計算單元還被適配成從可能佩戴位置集合訪問初始佩戴位置、檢測佩戴位置以及將所檢測到的佩戴位置與初始佩戴位置進(jìn) 行比較，如果所檢測到的佩戴位置與初始佩戴位置匹配，則保持所檢測到的佩戴位置，否則從所述可能佩戴位置集合訪問新的初始佩戴位置并且檢測新的佩戴位置，并且把新的初始佩戴位置與新的所檢測到的佩戴位置進(jìn)行比較。
10.一種檢測感測設(shè)備的佩戴位置的方法，所述方法包括檢測運動信號；檢測高度信號；以及基于運動信號和高度信號確定感測設(shè)備相對于用戶的佩戴位置。
11.一種計算機程序產(chǎn)品，其被適配成當(dāng)運行在計算機上時實施根據(jù)權(quán)利要求10的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于檢測設(shè)備相對于用戶的佩戴位置的感測設(shè)備(20)。所述設(shè)備包括用于檢測運動信號的運動傳感器(21)；用于檢測高度信號的高度傳感器(22)；以及計算單元(23)。計算單元接收運動信號和高度信號，并且以之為基礎(chǔ)確定感測設(shè)備相對于用戶的佩戴位置。在各實施例中，從信號中提取與用戶的移動有關(guān)的參數(shù)，并且通過分類算法從這些參數(shù)中檢測佩戴位置。
文檔編號A61B5/11GK102427765SQ201080021911
公開日2012年4月25日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者尹 B., M. P. 多爾恩博斯 R. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司