本發(fā)明涉及用于從光電體積描記數(shù)據(jù)提取期望的生命信號(hào)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，所述生命信號(hào)包含關(guān)于感興趣對(duì)象的生理信息分量。其還涉及光電體積描記設(shè)備，涉及用于從光電體積描記數(shù)據(jù)提取期望的生命信號(hào)的數(shù)據(jù)處理方法，并且涉及計(jì)算機(jī)程序，所述生命信號(hào)包含關(guān)于感興趣對(duì)象的生理信息分量。

背景技術(shù)：

關(guān)于心血管狀態(tài)的信息，例如，血氧飽合度、心率和呼吸率可以使用諸如接觸傳感器的傳感器或諸如相機(jī)的遠(yuǎn)程傳感器通過光電體積描記術(shù)(PPG)來非侵?jǐn)_性地采集。使用遠(yuǎn)程傳感器的PPG技術(shù)也被稱為遠(yuǎn)程PPG。

不管使用接觸傳感器還是遠(yuǎn)程傳感器，PPG技術(shù)易受運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的信號(hào)失真影響，所述信號(hào)失真被疊加到期望的生命信號(hào)上。由PPG確認(rèn)的信號(hào)的失真也來源于對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。表示檢測(cè)到的PPG信號(hào)的PPG數(shù)據(jù)中的運(yùn)動(dòng)偽影降低是挑戰(zhàn)性的任務(wù)，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)分量的貢獻(xiàn)經(jīng)常比期望的生命體征的共線超出的一個(gè)數(shù)量。所述偽影造成有錯(cuò)誤的解讀并且使對(duì)心血管參數(shù)的估計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性劣化。

在多個(gè)研究中，相關(guān)聯(lián)的PPG設(shè)置通常在需要對(duì)象不運(yùn)動(dòng)的情況下操作。該不足限制了實(shí)際應(yīng)用環(huán)境(例如，醫(yī)院和運(yùn)動(dòng))中該技術(shù)的性能。

US 2013/0070792 A1公開了用于對(duì)生理信號(hào)進(jìn)行去噪的方法。使用獨(dú)立分量分析(ICA)來將包括至少兩個(gè)信號(hào)通道(channel)的信號(hào)(例如，生理信號(hào))分解成至少兩個(gè)獨(dú)立分量。然后，獨(dú)立分量(IC)去噪被應(yīng)用于使用與所述至少兩個(gè)信號(hào)通道相關(guān)聯(lián)的統(tǒng)計(jì)度量來估計(jì)所述至少兩個(gè)獨(dú)立分量中的哪個(gè)屬于信號(hào)空間以及所述至少兩個(gè)獨(dú)立分量中的哪個(gè)屬于噪聲空間。通過在信號(hào)中保留所述至少兩個(gè)獨(dú)立分量的屬于信號(hào)空間的僅一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立分量來生成所述信號(hào)的降噪的版本。

WO 2014/020463 A1描述了用于從由對(duì)象發(fā)射或反射的電磁輻射來提取生理信息的設(shè)備和方法。接收從檢測(cè)到的電磁輻射導(dǎo)出的數(shù)據(jù)流。所述數(shù)據(jù)流包括指示各頻譜部分的信號(hào)樣本的第一序列。所述數(shù)據(jù)流被分裂成配準(zhǔn)的信號(hào)樣本的至少兩個(gè)推導(dǎo)出的交錯(cuò)的序列。所述推導(dǎo)出的交錯(cuò)的序列中的每個(gè)表示定義的頻譜部分并且包括在時(shí)間上間隔開的指示性信號(hào)樣本。在考慮鄰近的指示性信號(hào)樣本的情況下生成人造樣本，從而至少部分地替換指示性信號(hào)樣本之間的空白空間。以此方式，生成了經(jīng)補(bǔ)充的數(shù)據(jù)流。

WO 2013/038326 A1涉及用于從遠(yuǎn)程地檢測(cè)到的特性信號(hào)來提取信息的設(shè)備和方法。接收能夠從由客體發(fā)射的或反射的電磁輻射導(dǎo)出的數(shù)據(jù)流。該數(shù)據(jù)流包括連續(xù)或離散的特性信號(hào)，其包括生理信息和擾動(dòng)信號(hào)部分。所述生理信息表示至少一個(gè)至少部分周期性生命信號(hào)。所述擾動(dòng)信號(hào)部分表示對(duì)象運(yùn)動(dòng)部分和/或非指示性反射部分中的至少一個(gè)。所述數(shù)據(jù)流的相關(guān)頻率帶被分裂成至少兩個(gè)定義的子帶，包括特性信號(hào)的確定的部分，其中每個(gè)表示潛在地感興趣的定義的時(shí)間頻率部分。所述子帶被優(yōu)化以導(dǎo)出經(jīng)優(yōu)化的子帶，經(jīng)優(yōu)化的子帶至少部分指示生命信號(hào)的存在。至少兩個(gè)經(jīng)優(yōu)化的子帶被組合以構(gòu)成經(jīng)優(yōu)化的經(jīng)處理的信號(hào)。

WO 99/32030涉及通過在信號(hào)處理之前移除運(yùn)動(dòng)偽影的PPG中的偽影降低。公開了一種方法，包括以下步驟：以至少第一和第二不同的波長(zhǎng)來在組織處發(fā)射電磁輻射；在其己經(jīng)透射組織通過或者在組織內(nèi)被反射之后接收處于不同波長(zhǎng)處的輻射；提供至少第一和第二信號(hào)，其是接收到的第一和第二輻射波長(zhǎng)的對(duì)數(shù)量度并且將所述第二信號(hào)從所述第一信號(hào)減去；移除相減的結(jié)果的DC分量并且將AC分量提供給數(shù)字采樣器件；并且處理所述數(shù)字樣本以便提供表示組織的性質(zhì)的期望的值。

US 2002/0077536 A1公開了用于分析被建模為包含初級(jí)和次級(jí)部分的兩個(gè)測(cè)量的信號(hào)的方法和裝置。系數(shù)將根據(jù)模型將所述兩個(gè)信號(hào)相關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法涉及利用評(píng)價(jià)多個(gè)可能的信號(hào)系數(shù)的變換，以便找到合適的系數(shù)。備選地，所述方法涉及使用統(tǒng)計(jì)函數(shù)或者傅立葉變換和窗口技術(shù)來確定與所述兩個(gè)測(cè)量的信號(hào)有關(guān)的系數(shù)。所述方法被用在血氧定量法測(cè)量中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供實(shí)現(xiàn)PPG數(shù)據(jù)的改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)偽影降低的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。

本發(fā)明的另一目的是提供實(shí)現(xiàn)確認(rèn)的PPG數(shù)據(jù)的改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)偽影降低的PPG裝置。

本發(fā)明的另一目的是提供實(shí)現(xiàn)PPG數(shù)據(jù)的改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)偽影降低的數(shù)據(jù)處理方法。

本發(fā)明的又一目的是提供實(shí)現(xiàn)PPG數(shù)據(jù)的改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)偽影降低的計(jì)算機(jī)程序。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于從傳感器數(shù)據(jù)提取期望的生命信號(hào)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，所述期望的生命信號(hào)包含關(guān)于感興趣對(duì)象的生理信息分量，所述傳感器數(shù)據(jù)包括時(shí)間依賴的第一傳感器數(shù)據(jù)并且包括時(shí)間依賴的第二傳感器數(shù)據(jù)，所述時(shí)間依賴的第一傳感器數(shù)據(jù)包括生理信息分量和至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)偽影分量，所述時(shí)間依賴的第二傳感器數(shù)據(jù)指示在一個(gè)或多個(gè)空間維度中的作為時(shí)間的函數(shù)的被感測(cè)區(qū)域的位置、速度或加速度。所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備包括：

-分解單元，其被配置為接收所述第二傳感器數(shù)據(jù)，將所述第二傳感器數(shù)據(jù)分解為經(jīng)分解的傳感器數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)分量，并且基于經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)來提供在至少兩個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)不同的集合，以及

-偽影移除單元，其被配置為接收所述第一傳感器數(shù)據(jù)和所述至少兩個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道并且被配置為確定并在所述偽影移除單元的輸出部處提供所述生命信號(hào)(V)，所述生命信號(hào)是根據(jù)所述第一傳感器數(shù)據(jù)和所述運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中的至少兩個(gè)的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的組合形成的。

本發(fā)明的第一方面的數(shù)據(jù)處理設(shè)備是基于以下認(rèn)識(shí)的：可以通過使用第一和第二傳感器數(shù)據(jù)的組合來獲得具有強(qiáng)地降低的由于運(yùn)動(dòng)偽影的失真的生命信號(hào)。此外，所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備使用以下額外的認(rèn)識(shí)：組合可以基于將第二傳感器信號(hào)分解為經(jīng)分解的傳感器數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)分量而特別好的實(shí)現(xiàn)該效果，所述第二傳感器數(shù)據(jù)指示在一個(gè)或多個(gè)空間維度上的作為時(shí)間的函數(shù)的被感測(cè)區(qū)域的位置、速度或加速度。

所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備的另外的優(yōu)點(diǎn)是其不需要使用先前記錄的傳感器數(shù)據(jù)(或者換言之，傳感器數(shù)據(jù)歷史)來降低所述第一傳感器數(shù)據(jù)中的運(yùn)動(dòng)偽影。以這種方式，其特別是區(qū)分于己知的自適應(yīng)濾波技術(shù)，所述自適應(yīng)濾波技術(shù)需要參考最近的過去以進(jìn)行對(duì)當(dāng)前傳感器數(shù)據(jù)的濾波的適應(yīng)。然而，在存在傳感器數(shù)據(jù)的不可預(yù)測(cè)的、即時(shí)的變化(其可以由感興趣對(duì)象(例如，用戶或患者)執(zhí)行的快速加速運(yùn)動(dòng)引起)時(shí)，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)歷史的這樣的參考導(dǎo)致關(guān)于運(yùn)動(dòng)偽影的期望的移移除的劣質(zhì)的濾波結(jié)果。相比之下，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理在該方面具有改進(jìn)的性能并且因此特別適合于中與PPG裝置結(jié)合操作以用于醫(yī)院或運(yùn)動(dòng)中。這樣一來，本發(fā)明的第一方面的數(shù)據(jù)處理設(shè)備形成了在醫(yī)學(xué)環(huán)境以及日常生活中的PPG裝置的增加的使用的關(guān)鍵。

如根據(jù)PPG技術(shù)本身己知的，被感測(cè)區(qū)域例如是感興趣對(duì)象的皮膚的區(qū)域。被感測(cè)區(qū)域可以還包括布置于感興趣對(duì)象的皮膚之下的組織和血管，特別是在使用透射的電磁輻射時(shí)。

在下文中，將描述數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例。

所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例被配置為被配置為將進(jìn)入的時(shí)間依賴的傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)建為包含關(guān)于預(yù)定的時(shí)間跨度的傳感器數(shù)據(jù)的幀，其中，所述分解單元被配置為在逐幀的基礎(chǔ)上來分解所述第二傳感器數(shù)據(jù)，并且所述偽影移除單元被配置為在逐幀的基礎(chǔ)上來確定所述第一傳感器數(shù)據(jù)和所述運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的所述組合。不同實(shí)施例中，幀可以在時(shí)間上交疊或者將數(shù)據(jù)嚴(yán)格分開在不相交的時(shí)間間隔中。在特別適于實(shí)時(shí)處理的實(shí)施例中，幀可以表示進(jìn)入的傳感器數(shù)據(jù)和來自最近的過去的多個(gè)秒的傳感器數(shù)據(jù)的級(jí)聯(lián)。

傳感器數(shù)據(jù)，例如PPG數(shù)據(jù)和/或加速度計(jì)數(shù)據(jù)的幀因此被理解為包含關(guān)于時(shí)間基礎(chǔ)的預(yù)定間隔(時(shí)間窗)的時(shí)間依賴的傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，幀可以覆蓋多個(gè)秒，尤其是小于10秒，優(yōu)選地小于5秒，并且例如至少2秒。這些給出的值是示范性的并且可以取決于傳感器數(shù)據(jù)的采樣率而變化。

在該實(shí)施例中，具體而言，沒有參考先前(即在當(dāng)前處理的幀之前)記錄的傳感器數(shù)據(jù)來在分解單元中分解當(dāng)前幀。因?yàn)榉纸鈫卧幚淼诙鞲衅鲾?shù)據(jù)，因此其優(yōu)選地不接收或者其忽略關(guān)于給定的幀的第一傳感器數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，在這樣的實(shí)施例中，所述偽影移除單元也被配置為使用所述第一傳感器數(shù)據(jù)和由所述分解單元提供的至少兩個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)在逐幀的基礎(chǔ)上來執(zhí)行其操作，所述至少兩個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)屬于給定的幀。

第一方面的數(shù)據(jù)處理設(shè)備尤其適于實(shí)時(shí)地執(zhí)行進(jìn)入的傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理的實(shí)施方式。所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例被配置為實(shí)時(shí)地執(zhí)行所描述的數(shù)據(jù)處理。

所述第一傳感器數(shù)據(jù)和所述運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中的至少兩個(gè)的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的組合，其在一個(gè)實(shí)施例中是由偽影移除單元確定和提供的，在一個(gè)實(shí)施例中是線性組合。所述第一傳感器數(shù)據(jù)和所述運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中的至少兩個(gè)的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的其他形式的組合是可能的并且形成不同的實(shí)施例。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一傳感器數(shù)據(jù)是PPG數(shù)據(jù)，所述PPG數(shù)據(jù)指示至少一個(gè)第一頻譜通道中的從被感測(cè)區(qū)域反射的或者透射通過所述被感測(cè)區(qū)域的電磁輻射的量，所述至少一個(gè)第一頻譜通道對(duì)被感測(cè)區(qū)域中的血液體積變化敏感。優(yōu)選地，所述至少一個(gè)第一頻譜通道包括具有500nm與600nm之間的波長(zhǎng)的電磁輻射。在該實(shí)施例的一些變型中，所述至少一個(gè)第一頻譜通道覆蓋在530nm與570nm之間或者在540nm與560nm之間的頻譜間隔中的波長(zhǎng)。優(yōu)選實(shí)施例包括550nm的波長(zhǎng)，其提供對(duì)血液體積變化的特別高的靈敏度。

依賴于被用于記錄所述第二傳感器數(shù)據(jù)的(一種或多種)技術(shù)，所述第二傳感器數(shù)據(jù)，其如所提及地指示在一個(gè)或多個(gè)空間維度中的作為時(shí)間的函數(shù)的被感測(cè)區(qū)域的位置、速度或加速度，可以被接收為指示一個(gè)或多個(gè)不同的量。以下將描述實(shí)施例的兩個(gè)示范性組。

在實(shí)施例中的一個(gè)組，所述第二傳感器數(shù)據(jù)也是PPG數(shù)據(jù)。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，所述第二傳感器數(shù)據(jù)包括PPG數(shù)據(jù)，所述PPG數(shù)據(jù)指示至少一個(gè)第二頻譜通道中的從被感測(cè)區(qū)域反射的或者透射通過所述被感測(cè)區(qū)域的電磁輻射的量，相比于所述第一頻譜通道，所述至少一個(gè)第二頻譜通道對(duì)被感測(cè)區(qū)域中的血液體積變化較不敏感。所述第二頻譜通道可以例如包含在650nm的波長(zhǎng)周圍(例如，610-700nm)的波長(zhǎng)間隔，其具有由于皮膚中的血液體積變化的相對(duì)較低的搏動(dòng)。在該類型的其他實(shí)施例中，所述PPG數(shù)據(jù)包含在多于一個(gè)第二頻譜通道，例如兩個(gè)或三個(gè)頻譜通道，中的第二傳感器數(shù)據(jù)。除了覆蓋650nm的波長(zhǎng)周圍的波長(zhǎng)間隔的提及的合適的頻譜通道之外，另外的頻譜通道可以被包括在第二傳感器數(shù)據(jù)中，其覆蓋短于550nm的中心波長(zhǎng)，例如450nm的中心波長(zhǎng)，周圍的波長(zhǎng)間隔。

在實(shí)施例的第二組中，所述第二傳感器數(shù)據(jù)包括加速度計(jì)數(shù)據(jù)，其指示定位于感興趣對(duì)象的被感測(cè)區(qū)域中的加速度計(jì)的位置、速度或加速度的變化。

包括不同類型的數(shù)據(jù)，例如所述至少一個(gè)第二頻譜通道中的PPG數(shù)據(jù)和加速度計(jì)數(shù)據(jù)的第二傳感器數(shù)據(jù)在一個(gè)實(shí)施例中被使用，其允許進(jìn)一步增加由要由分解單元確定的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)提供的運(yùn)動(dòng)信息的可靠性。

實(shí)施例的另外的組提供由分解單元所采用的信號(hào)分解技術(shù)的不同的實(shí)施方式。在下文中，將描述四個(gè)示范性組。再次，實(shí)施例的組合，即，不同的信號(hào)分解技術(shù)的組合是可能的。

在實(shí)施例的第一個(gè)這樣的組中，所述分解單元被配置對(duì)所述第二傳感器數(shù)據(jù)關(guān)于其頻率分量或相位分量進(jìn)行濾波，從而以所述第二傳感器數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)各自的頻率分量或至少兩個(gè)各自的分量的形式來提供經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)分量。在該第一組的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二傳感器數(shù)據(jù)被分解為在至少兩個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)不同的集合，其方式為使得所述通道對(duì)應(yīng)于不同的頻率區(qū)域以降低運(yùn)動(dòng)偽影。通過這種形式的分解，所確定的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)允許不僅降低那些最主導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)偽影，例如，第二傳感器數(shù)據(jù)的最強(qiáng)的諧波分量，而且也能夠降低其他偽影，例如，由所述第二傳感器數(shù)據(jù)的較弱的諧波引起的那些。己經(jīng)示出為良好工作的分解單元的特定實(shí)施方式包括接收所述第二傳感器數(shù)據(jù)的低通濾波器。在運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的一個(gè)通道中提供的經(jīng)低通濾波的信號(hào)因此覆蓋所述第二傳感器數(shù)據(jù)的較低的頻率范圍。在該實(shí)施例的一種形式中，所述分解單元還被配置為通過計(jì)算所述第二傳感器數(shù)據(jù)和關(guān)于在時(shí)間基礎(chǔ)中的相同的點(diǎn)的經(jīng)低通濾波的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)之間的差異，來確定運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的第二通道，其覆蓋所述第二傳感器數(shù)據(jù)的較高的頻率范圍。作為應(yīng)用范例，在具有強(qiáng)的周期性移動(dòng)的身體運(yùn)動(dòng)(例如，慢跑)中，所述運(yùn)動(dòng)偽影的第一和第二諧波是主導(dǎo)的并且在心率跡線的范圍中。使用應(yīng)用于加速度計(jì)數(shù)據(jù)形式的第二傳感器數(shù)據(jù)的所描述的方法的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施方式已經(jīng)示出為有效地降低這兩個(gè)諧波并且允許恢復(fù)心率跡線，其可以被用于可靠地確定心率。

在實(shí)施例的第二個(gè)這樣的組(其可以被理解為該第一組的特定情況)中，其中，其提供不同的相位分量，所述分解單元包括希爾伯特變換級(jí)，其接收第二傳感器數(shù)據(jù)或者所述第二傳感器數(shù)據(jù)的頻率分量或相位分量中的一個(gè)作為輸入數(shù)據(jù)，并且所述分解單元被配置為在其輸出部處提供形成所述輸入數(shù)據(jù)的希爾伯特變換的希爾伯特變換數(shù)據(jù)。實(shí)施例的該組是基于這樣的認(rèn)識(shí)的：相位中的移位可以跨(一個(gè)或多個(gè))PPG信號(hào)之間的頻率發(fā)生，從而導(dǎo)致產(chǎn)生較不優(yōu)的偽影降低的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)。為解決該問題，運(yùn)動(dòng)參考信號(hào)被饋送到希爾伯特變換級(jí)以生成額外的信號(hào)，其跨頻率在相位上被移位-π/2弧度。希爾伯特變換數(shù)據(jù)和原始第二傳感器數(shù)據(jù)可以然后被提供為對(duì)偽影降低單元的輸入。這允許補(bǔ)償跨(一個(gè)或多個(gè))PPG信號(hào)之間的頻率的相位的移位并且因此獲得偽影降低，其不受這樣的不期望的相位效應(yīng)影響。

在實(shí)施例的第三個(gè)這樣的組中，所述分解單元包括奇異譜分析單元，其被配置為使用奇異譜分析(SSA)將作為時(shí)間的函數(shù)的所述第二傳感器數(shù)據(jù)分解為不同分量的和，所述不同分量形成所述經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)分量。SSA將所述第二傳感器數(shù)據(jù)分解為多個(gè)參考數(shù)據(jù)通道，其包括振蕩分量，變化的趨勢(shì)和噪聲。由這些通道表示的分量的和再次得到原始信號(hào)。取決于特征值譜，不同的實(shí)施例使用與原始的第一和第二傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合的不同數(shù)量的重建分量，以用于偽影降低。以下將參考附圖進(jìn)一步描述根據(jù)實(shí)施例的該組的特定范例。

在實(shí)施例的第四個(gè)這樣的組中，其中，所述第二傳感器數(shù)據(jù)形成樣本的序列，每個(gè)樣本被分配給基于時(shí)間的值的序列中的各自的一個(gè)，所述分解單元被配置為通過根據(jù)所述第二傳感器數(shù)據(jù)生成多個(gè)時(shí)間移位的分量來分解所述第二傳感器數(shù)據(jù)，每個(gè)時(shí)間移位的分量是通過將到所述基于時(shí)間的值的所述分配移位各自的預(yù)定數(shù)量的樣本來根據(jù)所述第二傳感器數(shù)確定的。例如，八個(gè)信號(hào)的分解是通過將形成所述第二傳感器數(shù)據(jù)的PPG數(shù)據(jù)移位-4、-3、-2、-1、1、2、3以及4個(gè)樣本而實(shí)現(xiàn)的。在己經(jīng)證實(shí)為良好工作的另一范例中，所述分解單元被配置為根據(jù)PPG數(shù)據(jù)形式的第二傳感器數(shù)據(jù)通過將其移位-7、-5、-3、-1、1、3、5以及7個(gè)樣本來生成時(shí)間移位的分量。

實(shí)施例的這四組中的不同實(shí)施例的所描述不同類型的信號(hào)分解的組合是可能的，并且允許更進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)處理設(shè)備的性能。根據(jù)不同實(shí)施例的選定的組合，這樣的實(shí)施例包括信號(hào)分解的不同級(jí)。這可以例如通過在分解單元中順序地布置不同類型的信號(hào)分解的兩個(gè)或更多個(gè)不同的級(jí)來實(shí)施。

在下文中，將描述偽影移除單元的不同實(shí)施例。

有利地，所述偽影移除單元被配置為使用邊界條件來確定經(jīng)歷所述組合的各自的頻譜和運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道的個(gè)體權(quán)重，這要求：權(quán)重向量形成指示所述生命信號(hào)到預(yù)先存儲(chǔ)的歸一化的相關(guān)性向量的對(duì)應(yīng)性的對(duì)應(yīng)性量度的最優(yōu)結(jié)果，所述權(quán)重向量具有作為其向量分量的要被選擇用于所述組合的所述頻譜通道和所述運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道的所述個(gè)體權(quán)重。

本發(fā)明的第二方面由用于確定期望的生命信號(hào)的裝置形成，所述生命信號(hào)包含關(guān)于感興趣對(duì)象的生理信息分量，所述裝置包括：

-發(fā)射器單元，其包括至少一個(gè)發(fā)射器，所述至少一個(gè)發(fā)射器被配置為在至少一個(gè)頻譜通道中發(fā)射電磁輻射，所述至少一個(gè)頻譜通道允許確定所述生理信息分量；

-傳感器單元，其被配置為確認(rèn)并且在其輸出部處提供第一傳感器數(shù)據(jù)，所述第一傳感器數(shù)據(jù)指示在至少一個(gè)頻譜通道中的作為時(shí)間的函數(shù)的從感興趣對(duì)象的被感測(cè)區(qū)域反射的或者透射通過所述被感測(cè)區(qū)域的電磁輻射的量，所述電磁輻射包括生理信息分量和在所述電磁頻譜的各自的頻譜區(qū)域中的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)偽影分量，并且所述傳感器單元被配置為確認(rèn)第二傳感器數(shù)據(jù)，所述第二傳感器數(shù)據(jù)指示在一個(gè)或多個(gè)空間維度中的作為時(shí)間的函數(shù)的所述被感測(cè)區(qū)域的位置、速度或加速度；以及

-根據(jù)本發(fā)明的第一方面或者本文中描述的其實(shí)施例中的一個(gè)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。

本發(fā)明的第二方面的裝置共享本發(fā)明的第一方面的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。所述裝置有利地基于光電體積描記PPG技術(shù)。

特別適于在日常生活和運(yùn)動(dòng)中使用的所述裝置的實(shí)施例利用在不同頻譜范圍內(nèi)取得的PPG信號(hào)。這樣的設(shè)備可以特別地為緊湊的。在這樣的實(shí)施例中，所述發(fā)射器單元額外地被配置為在至少一個(gè)第二頻譜通道中發(fā)射電磁輻射，所述至少一個(gè)第二頻譜通道相比于所述第一頻譜通道對(duì)被感測(cè)區(qū)域中的血液體積的變化較不敏感。所述傳感器單元額外地被配置為確認(rèn)PPG數(shù)據(jù)，所述PPG數(shù)據(jù)指示在至少一個(gè)第二頻譜通道中的從被感測(cè)區(qū)域反射的或者透射通過被感測(cè)區(qū)域的電磁輻射的量。

對(duì)PPG數(shù)據(jù)的額外的頻譜通道而言備選地或額外地，其他實(shí)施例提供加速度計(jì)作為所述傳感器單元的部分?；诎雽?dǎo)體器技術(shù)的加速度計(jì)現(xiàn)今在手持式設(shè)備中被廣泛地使用并且可以以非常緊湊的尺寸被提供。

在本發(fā)明的第三方面中，提供了一種用于從傳感器數(shù)據(jù)提取期望的生命信號(hào)的數(shù)據(jù)處理方法，所述期望的生命信號(hào)包含關(guān)于感興趣對(duì)象的生理信息分量，所述數(shù)據(jù)處理方法包括：

-接收傳感器數(shù)據(jù)，所述傳感器數(shù)據(jù)包括時(shí)間依賴的第一傳感器數(shù)據(jù)并且包括時(shí)間依賴的第二傳感器數(shù)據(jù)，所述時(shí)間依賴的第一傳感器數(shù)據(jù)包括所述生理信息分量和至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)偽影分量，所述時(shí)間依賴的第二傳感器數(shù)據(jù)指示在一個(gè)或多個(gè)空間維度中的作為時(shí)間的函數(shù)的被感測(cè)區(qū)域的位置、速度或加速度，

-將所述第二傳感器數(shù)據(jù)分解為經(jīng)分解的傳感器數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)分量，并且基于經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)來提供在至少兩個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)不同的集合，并且

-確定并且提供所述生命信號(hào)作為輸出，所述生命信號(hào)是根據(jù)所述第一傳感器數(shù)據(jù)和所述運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中的至少兩個(gè)的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的組合形成的。

本發(fā)明的第三方面的數(shù)據(jù)處理方法共享本發(fā)明的第一方面的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法還包括確認(rèn)傳感器數(shù)據(jù)，所述傳感器數(shù)據(jù)包括時(shí)間依賴的第一傳感器數(shù)據(jù)并且包括時(shí)間依賴的第二傳感器數(shù)據(jù)，所述時(shí)間依賴的第一傳感器數(shù)據(jù)包括所述生理信息分量和至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)偽影分量，所述時(shí)間依賴的第二傳感器數(shù)據(jù)指示在一個(gè)或多個(gè)空間維度中的作為時(shí)間的函數(shù)的被感測(cè)區(qū)域的位置、速度或加速度。

本發(fā)明的第四方面的操作方法共享本發(fā)明的第一方面的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。

在本發(fā)明的第四方面中，一種包括程序代碼單元的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述程序代碼單元用于令所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行本發(fā)明的第三方面或者本文中描述的其實(shí)施例中的一個(gè)的數(shù)據(jù)處理方法的步驟。

應(yīng)該理解，如本發(fā)明的第一方面或者權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)處理設(shè)備、如本發(fā)明的第二方面或者權(quán)利要求9所述的PPG裝置、如本發(fā)明的第三方面或者權(quán)利要求13所述的數(shù)據(jù)處理方法、如本發(fā)明的第四方面或者權(quán)利要求14所述的操作方法以及如本發(fā)明的第五方面或者權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)程序具有相似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例，尤其是如在從屬權(quán)利要求中所定義的。

附圖說明

在附圖中：

圖1示出了數(shù)據(jù)處理設(shè)備的第一實(shí)施例的方框圖；

圖2示出了數(shù)據(jù)處理設(shè)備的第二實(shí)施例的方框圖；

圖3示出了用在數(shù)據(jù)處理設(shè)備的第一或第二實(shí)施例中的分解單元的第一變型的方框圖；

圖4示出了用在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例中的分解單元的第二變型的方框圖；

圖5示出了用在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例中的分解單元的第三變型的方框圖；

圖6示出了用在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例中的分解單元的第四變型的方框圖；

圖7示出了用在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例中的偽影移除單元的實(shí)施例的方框圖；

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的PPG裝置的方框圖；

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法的實(shí)施例的流程圖；并且

圖10示出了用于操作根據(jù)本發(fā)明的PPG裝置的實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下描述的本發(fā)明的不同方面的實(shí)施例涉及在光電體積描記中的應(yīng)用。過去，PPG己被廣范地使用，例如用于估計(jì)心血管參數(shù)。該技術(shù)關(guān)于其他技術(shù)己經(jīng)是優(yōu)選的，所述其他技術(shù)例如為用于心電圖描記(EEG)的胸帶或者電子聽診器，因?yàn)楹髢烧咄ǔ１徽J(rèn)為降低舒適度和可用性。然而，感興趣對(duì)象(即用戶或者患者)在PPG測(cè)量期間的運(yùn)動(dòng)生成測(cè)量的PPG信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽影。所述偽影造成錯(cuò)誤的解讀并且使對(duì)心血管參數(shù)的估計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性劣化。以下描述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)偽影的特別好的降低或者完全移除。

圖1示出了數(shù)據(jù)處理設(shè)備100的第一實(shí)施例的方框圖。所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備服務(wù)于從包括PPG數(shù)據(jù)的第一傳感器數(shù)據(jù)提取期望的生命信號(hào)，所述期望的生命信號(hào)包含關(guān)于感興趣對(duì)象的生理信息分量。

PPG數(shù)據(jù)是在其被提供給數(shù)據(jù)處理設(shè)備之前通過PPG測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)。PPG數(shù)據(jù)例如可以以由諸如光電二極管或者相機(jī)的光學(xué)傳感器生成的傳感器數(shù)據(jù)的形式來提供，并且指示作為時(shí)間的函數(shù)的由光發(fā)射器(例如，LED或激光二極管)發(fā)射并且從感興趣對(duì)象的被感測(cè)區(qū)域反射或者(取決于測(cè)量設(shè)置)透射通過所述被感測(cè)區(qū)域的探測(cè)到的光的量。被感測(cè)區(qū)域可以是感興趣對(duì)象的皮膚的區(qū)域。例如，被感測(cè)區(qū)域可以是手指的或者耳垂的皮膚的區(qū)域。

然而，本實(shí)施例僅關(guān)注所提供的PPG數(shù)據(jù)的處理，以便實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影降低或移除。

數(shù)據(jù)處理設(shè)備100的本示范性實(shí)施例使用以三種不同并且分離的數(shù)據(jù)流的形式提供的PPG數(shù)據(jù)，其在圖1中被標(biāo)記為PPG1、PPG2、和PPG3。PPG數(shù)據(jù)的不同的流表示在三個(gè)頻譜通道中，亦即在電磁頻譜的三個(gè)頻譜間隔中并行(同步地)獲取的PPG測(cè)量。更具體而言，第一PPG數(shù)據(jù)流PPG1，其被提供到數(shù)據(jù)處理設(shè)備，包括在第一頻譜通道中測(cè)量的PPG數(shù)據(jù)，所述PPG數(shù)據(jù)包括期望的生理信息分量以及在電磁頻譜的各自的頻譜區(qū)域中的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)偽影。數(shù)據(jù)處理設(shè)備的目的是從測(cè)量的PPG數(shù)據(jù)提取期望的生理信息分量，其由本申請(qǐng)稱為生命信號(hào)的物體來表示。然而，所述生命信號(hào)被疊加有運(yùn)動(dòng)偽影，并且在一些情況下可以由PPG數(shù)據(jù)中存在的運(yùn)動(dòng)偽影所隱藏。

尤其是，由所述第一頻譜通道所覆蓋的頻譜區(qū)域包括在540nm與560nm之間的波長(zhǎng)區(qū)域，所述波長(zhǎng)區(qū)域提供對(duì)血液體積變化的特別高的靈敏度。針對(duì)所述第一頻譜通道的合適的頻譜區(qū)域例如是530到570nm。然而，也可以使用比此更窄的頻譜通道。所述第一頻譜通道與在520與600nm之間的頻譜區(qū)域的血液的已知特性光學(xué)吸收和反射特征越好地交疊，形成所述第一頻譜通道的PPG數(shù)據(jù)PPG1的信噪比就越好。

因此，在權(quán)利要求書的用語(yǔ)中，覆蓋所述第一頻譜通道的第一PPG數(shù)據(jù)流PPG1提供第一傳感器數(shù)據(jù)。

假定要在本實(shí)施例中提供的PPG數(shù)據(jù)還包括兩個(gè)其他數(shù)據(jù)流，第二PPG數(shù)據(jù)流PPG2和第三PPG數(shù)據(jù)流PPG3，其表示在第二和第三頻譜通道中測(cè)量的PPG數(shù)據(jù)。所述第二和第三頻譜通道被選擇為相比于所述第一頻譜通道提供對(duì)在被感測(cè)區(qū)域中的血液體積變化的較不敏感的PPG數(shù)據(jù)。合適的值例如是覆蓋基本上在650nm周圍(例如，610-700nm)的波長(zhǎng)的頻譜通道。該頻譜通道提供由于皮膚中的血液體積變化的低的搏動(dòng)。另一合適的較不敏感頻譜通道覆蓋基本上在450nm周圍的波長(zhǎng)。因?yàn)樵诘诙偷谌l譜通道中提供的PPG數(shù)據(jù)對(duì)血液體積變化的靈敏度較不敏感，因此PPG數(shù)據(jù)PPG2和PPG3包括相對(duì)較少的生理信息分量和相對(duì)更多的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)偽影分量，其指示在一個(gè)或多個(gè)空間維度中的作為時(shí)間的函數(shù)的被感測(cè)區(qū)域的位置、速度或加速度。

因此，在權(quán)利要求書的用語(yǔ)中，第二頻譜通道中的PPG數(shù)據(jù)PPG2和第三頻譜通道中的PPG數(shù)據(jù)PPG3形成第二傳感器數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理設(shè)備100在接口102中接收三個(gè)不同的PPG數(shù)據(jù)流PPG1到PPG3。接口可以通過適合接收PPG數(shù)據(jù)的任何類型的數(shù)據(jù)接口來實(shí)施。應(yīng)該指出，PPG數(shù)據(jù)不需要經(jīng)由接口102的三個(gè)分離的輸入端口來提供。在變型中，包括三個(gè)不同的PPG數(shù)據(jù)流PPG1到PPG3的PPG數(shù)據(jù)被提供給更小數(shù)量的輸入端口，例如以包含三個(gè)PPG數(shù)據(jù)流PPG1到PPG3的單個(gè)數(shù)據(jù)流的形式。在這種情況下，接口102被合適地配置為分離PPG數(shù)據(jù)流PPG1到PPG3。

在接口102的下游，分解單元104僅接收第二傳感器數(shù)據(jù)，即，PPG數(shù)據(jù)流PPG2和PPG3。分解單元104包括兩個(gè)并行的分解級(jí)104.1和104.2。第一分解級(jí)104.1接收第二PPG數(shù)據(jù)流PPG2，并且第三分解級(jí)104.2接收第三PPG數(shù)據(jù)流PPG3。分解單元104被配置為將所述第二傳感器數(shù)據(jù)分解為經(jīng)分解的傳感器數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)分量，并且被配置為基于經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)來在至少兩個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中提供運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)不同的集合。運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)可以與經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)相同。

尤其是，在本實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)由分解單元104以2m數(shù)量的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流的形式來提供，其中，m是正整數(shù)。分解級(jí)104.1和104.2中的每個(gè)提供m數(shù)量的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流，其針對(duì)由所述第一分解級(jí)104.1提供的那些運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流被標(biāo)記MR11、MR12…MR1m，并且針對(duì)由所述第二分解級(jí)104.2提供的那些運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流被標(biāo)記MR21、MR22…MR2m。所述運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流與所述第一PPG數(shù)據(jù)流PPG1包含相似的運(yùn)動(dòng)偽影，然而，沒有由于血液體積變化的分量(其可以被稱為心搏分量)或者僅該類型的弱的分量。以下將在參考圖3至圖6所描述的不同實(shí)施例的背景下進(jìn)一步解釋分解單元104.1和分解級(jí)104.2以及104.3的更多細(xì)節(jié)。

運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流被提供給偽影移除單元106。偽影移除單元也接收第一傳感器數(shù)據(jù)，亦即，三個(gè)PPG數(shù)據(jù)流PPG1到PPG3。偽影移除單元106被配置為確定并且在其輸出部處提供從組合形成的信號(hào)V，所述組合在本非限制性范例中是頻譜通道中的至少一個(gè)與所述運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中的至少一個(gè)的線性組合。

運(yùn)動(dòng)偽影通常具有在能量上不同的諧波。在偽影降低單元106中使用所述第二傳感器數(shù)據(jù)的分解以創(chuàng)建更多的自由度，其中，從所述第一傳感器數(shù)據(jù)PPG1中移除偽影。使用更多的自由度解決了具有不同的能量的諧波的問題。運(yùn)動(dòng)偽影降低可以例如通過從所述第一PPG數(shù)據(jù)流PPG1中減去組合(例如所生成的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的線性組合)來實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)處理設(shè)備100中的處理尤其是在逐幀的基礎(chǔ)上完成的實(shí)施例。這提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)：僅基于當(dāng)前處理的(幀)PPG數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影降低或移除，而不必參考例如還需要訪問先前處理的PPG數(shù)據(jù)的自適應(yīng)機(jī)制。

進(jìn)入的PPG數(shù)據(jù)例如首先被窗口化為多個(gè)秒的分段。因此，在圖1的實(shí)施例的變型中，接口單元額外地包括幀單元，其被配置為接收進(jìn)入的時(shí)間依賴的PPG數(shù)據(jù)并且被配置為將其分區(qū)為表示覆蓋預(yù)定時(shí)間間隔(如例如多個(gè)秒)的各自的PPG數(shù)據(jù)的分段的幀。

可以使用交疊添加流程來實(shí)現(xiàn)由偽影移除單元進(jìn)行的幀處理之后的進(jìn)入的PPG數(shù)據(jù)流的重建。這是公知的技術(shù)并且因此此處將不更加詳細(xì)地描述。

在描述了分解單元104的不同實(shí)施例之后，以下將進(jìn)一步描述偽影移除單元106的功能和操作的細(xì)節(jié)，尤其是參考圖7的實(shí)施例。

圖1的實(shí)施例的變型接收覆蓋僅兩個(gè)頻譜通道的PPG數(shù)據(jù)，例如由PPG數(shù)據(jù)流PPG1和PPG2、或者PPG1和PPG3所提供的。在一個(gè)這樣的變型中，分解單元104可以僅包括一個(gè)分解級(jí)。然而，如以下進(jìn)一步更加詳細(xì)地描述的，分解級(jí)的數(shù)量不需要與由分解單元104所接收的數(shù)據(jù)流的數(shù)量嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。尤其是，分解級(jí)的數(shù)量可以大于接收到的數(shù)據(jù)流的數(shù)量，從而提供更大數(shù)量的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流。可以順序地布置實(shí)施不同類型的分解的分解級(jí)并且因此向進(jìn)入的數(shù)據(jù)流順序地應(yīng)用兩種不同形式的分解。

圖1的實(shí)施例的另一變型將在以下參考圖2來描述。圖2示出了數(shù)據(jù)處理設(shè)備200的第二實(shí)施例的方框圖。數(shù)據(jù)處理設(shè)備200在許多方面中對(duì)應(yīng)于圖1中的。尤其是，其也包含接口202，分解單元204以及偽影移除單元206。

如在圖1的實(shí)施例中，所述第一傳感器數(shù)據(jù)包括所述第一PPG數(shù)據(jù)流PPG1。在本實(shí)施例的變型中，如參考圖1所描述的覆蓋第二和第三頻譜通道的數(shù)據(jù)流PPG2和PPG3也被提供為所述第一傳感器數(shù)據(jù)的額外的分量，并且因此，類似于第一PPG數(shù)據(jù)流，也從接口202被直接路由到偽影移除單元206。這些變型利用以下事實(shí)：第二和第三數(shù)據(jù)流PPG2和PPG3通常包含至少一些期望的生理信息。由于這些數(shù)據(jù)流PPG2和PPG3是任選地提供的，因而對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)流連接由圖2中的虛線來指示。

相比于圖1的實(shí)施例，數(shù)據(jù)處理設(shè)備200接收采取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的三個(gè)不同的流M1、M2、和M3的形式的第二傳感器數(shù)據(jù)，其是通過不同于PPG的技術(shù)來測(cè)量的。這樣的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)可以例如使用諸如加速度計(jì)的傳感器來確定，所述加速度計(jì)提供關(guān)于位置、速度和/或加速度的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理設(shè)備200的分解單元204包括三個(gè)分解級(jí)204.1到204.3，它們中的每個(gè)提供基于進(jìn)入的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的一個(gè)各自的流的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)。第一分解級(jí)204.1使用運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)M1以提供采取m運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流MR11、MR12…MR1m的形式的經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)。第二分解級(jí)204.2使用運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)M2以提供采取m運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流MR21、MR22…MR2m的形式的經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)。第三分解級(jí)204.3使用運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)M2以提供采取m運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流MR31、MR32…MR3m的形式的經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)。因此，總數(shù)為3m的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)流由分解單元204輸出并且由偽影移除單元206接收。

由數(shù)據(jù)處理設(shè)備200執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理下面將在以下實(shí)施例的背景下更詳細(xì)地描述。

圖3至圖6的以下描述涉及圖1和圖2中提供的分解級(jí)104.1、104.2或204.1到204.3的不同變型。這些變型不意在作為備選。相反，它們可以被組合以獲益。分解單元可以包括不同類型的分解級(jí)和分解單元的選擇或級(jí)聯(lián)。此外，對(duì)以下變型的使用不限于由數(shù)據(jù)處理設(shè)備100和200形成的這兩個(gè)特定示范性實(shí)施例。此外，以下說明中使用的第二傳感器數(shù)據(jù)的范例不意在作為任何種類的限制。

圖3示出了用在數(shù)據(jù)處理設(shè)備的第一或第二實(shí)施例中的分解級(jí)300的第一變型的方框圖。分解單元300被配置為對(duì)作為時(shí)間的函數(shù)的第二傳感器數(shù)據(jù)關(guān)于其頻率分量進(jìn)行濾波，從而以第二傳感器數(shù)據(jù)的兩個(gè)各自的頻率分量的形式提供作為時(shí)間的函數(shù)的經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)分量。為此，分解單元300包括低通濾波器302。作為非限制性范例，第二傳感器數(shù)據(jù)由在圖2的背景下提及的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)M1形成。低通濾波器302接收時(shí)間依賴的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)M1并且在其輸出部處僅提供所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的低頻分量，同時(shí)高頻分量被低通濾波器302阻擋。

為了確定合適的閾值頻率，應(yīng)該考慮源于移動(dòng)的諧波。例如，由慢跑引起的運(yùn)動(dòng)偽影呈現(xiàn)周期性分量，其位于約80bpm(80/60Hz)周圍并且具有160bpm(160/60Hz)處的倍頻分量。在這種情況下，合適的閾值頻率可以在80與160bpm之間被選擇，例如在120bpm(120/60Hz)處。

經(jīng)低通濾波的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)被提供為運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的第一集合MR11。在不同的級(jí)304的輸出部處提供運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的第二集合MR12，其在其輸入部處接收運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)M1和在低通濾波器302的輸出部處提供的經(jīng)低通濾波的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并且將其輸出提供為依賴于兩個(gè)輸入之間的差異的量。運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的該第二集合M12因此被用于在更高的頻率范圍中操作。因此，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)M1以如下的方式被分解級(jí)300分解為運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的兩個(gè)集合MR11和MR12：使得數(shù)據(jù)被“強(qiáng)制”在不同的頻率區(qū)域中操作以降低運(yùn)動(dòng)偽影。

沒有該分解，運(yùn)動(dòng)信號(hào)僅可以降低最顯著的那些運(yùn)動(dòng)偽影，例如最強(qiáng)的諧波，而不能夠降低其他偽影，例如，較弱的諧波。在具有強(qiáng)的周期性移動(dòng)的鍛煉(例如，慢跑)中，所述運(yùn)動(dòng)偽影的第一和第二諧波是顯著的并且在心率跡線的范圍中。使用與加速度計(jì)信號(hào)組合的該方法有效地降低了這兩個(gè)諧波。

圖4示出了用在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例的分解單元中的分解級(jí)400的第二變型的方框圖。相位中的移位可以跨所述第一傳感器數(shù)據(jù)(即PPG傳感器數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)通道)與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)之間的頻率而發(fā)生。該不期望的效果產(chǎn)生了欠佳的偽影降低。為解決該問題，使用希爾伯特變換級(jí)402。希爾伯特變換級(jí)402接收第二傳感器數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，如在圖4中通過范例的方式針對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)M1所示出。在變型中，第二傳感器數(shù)據(jù)的頻率分量或相位分量中的一個(gè)(參考，圖3的實(shí)施例)被提供為對(duì)希爾伯特變換級(jí)402的輸入。亦即，在該變型中，希爾伯特變換級(jí)402與低通濾波器302或差異級(jí)304順序地布置。

希爾伯特變換級(jí)被配置為在其輸出部處提供形成輸入數(shù)據(jù)的希爾伯特變換的希爾伯特變換數(shù)據(jù)。這樣，(額外的)運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)被生成，其在相位上跨頻率被移位-π/2弧度。然后，經(jīng)希爾伯特變換的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)MR12和作為運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的另一集合MR12的原始運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)M1被饋送級(jí)偽影降低單元，其中，其可以被用于生成通過θ弧度的運(yùn)動(dòng)參考信號(hào)的相位移位的版本。這是通過組合來實(shí)現(xiàn)的，例如經(jīng)希爾伯特變換的信號(hào)MR12和其原始信號(hào)M1的線性組合。以下將參考圖7對(duì)此更詳細(xì)地對(duì)其進(jìn)行解釋。

圖5示出了用在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例的分解單元中的分解級(jí)500的第三變型的方框圖。分解級(jí)500包括奇異譜分析(SSA)單元，其被配置為使用SSA來將接收到的第二傳感器數(shù)據(jù)(例如作為時(shí)間的函數(shù)的PPG數(shù)據(jù)PPG2和PPG3)分解為形成經(jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)分量的不同分量的和。SSA將接收到的第二傳感器數(shù)據(jù)分解為多個(gè)重建分量，其包括振蕩分量、變化的趨勢(shì)和噪聲。這些分量的和再次得到原始信號(hào)。取決于特征值譜，多個(gè)重建分量被選擇與原始信號(hào)組合，以用于偽影降低。

以下步驟被用于從運(yùn)動(dòng)參考信號(hào)的平均校正的分段計(jì)算重建分量，即s(n)，其中，n∈{1,...,N}?；谇度氲木S度K和定義L:＝N+1-K，在漢克爾形成單元502中形成L×K漢克爾矩陣S＝[s₀,s₁,...,s_K]。。此處，s_k是具有元素s_k:＝[s(k),s(k+1),...,s(k+L-1)]^T的列向量?；谒_定的漢克爾矩陣S，特征值確定單元504確定協(xié)方差矩陣S^TS的特征值λ₁≥λ≥...≥λ_K≥0和特征向量v₁,...,v_K。投影單元506將S投影到特征向量A:＝SV上，其中，A是包含作為列的主分量的a_k的矩陣并且V是具有作為列的特征向量v_k的矩陣。在分量重建單元508中通過確定以下來確定重建分量r_k(n)：

其中，對(duì)于1≥n≥M-1，(M_n,L_n,U_n)＝(1/n,1,n)對(duì)于M≥n≥K，(M_n,L_n,U_n)＝(1/M,1,M)，并且

對(duì)于K+1≥n≥N，(M_n,L_n,U_n)＝(1/(N-n+1),n-N+M,M)。

實(shí)驗(yàn)示出，本SSA實(shí)施例例如對(duì)于N＝128在16Hz的樣本率并且K＝24處工作良好。應(yīng)該指出，24樣本的窗口長(zhǎng)度包括心搏的至少一個(gè)完整周期。

圖6示出了用在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例中的分解單元600的第四變型的方框圖。在分解單元600中，第二傳感器數(shù)據(jù)(例如在本范例中，第二PPG數(shù)據(jù)流PPG2)通過將PPG數(shù)據(jù)樣本移位不同的樣本量k，k∈Ζ，而被分解為運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的m個(gè)集合MR11、MR12、MR13…MR1m。為此，提供m個(gè)移位級(jí)，根據(jù)其，前三個(gè)移位級(jí)602、604、606和最后一個(gè)移位級(jí)在圖6中被示出。例如，分解為八個(gè)信號(hào)是通過將PPG數(shù)據(jù)流PPG2移位-4、-3、-2、-1、1、2、3以及4個(gè)樣本來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)中測(cè)試的實(shí)施例示出了偽影降低通過將PPG數(shù)據(jù)移位-7、-5、-3、-1、0、1、3、5和7個(gè)樣本而良好地工作。零位移分量可以直接從第二PPG數(shù)據(jù)流PPG2獲得并且因而不需要傳遞經(jīng)過移位級(jí)。

在下文中，將解釋在其各自的偽影移除單元上不同的另外的實(shí)施例。參考圖7，其示出了用在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例中的偽影移除單元的實(shí)施例的方框圖。出于以下描述的目的，期望的偽影降低的PPG信號(hào)被表示為s(t)，并且樣本信號(hào)，即期望的偽影降低的PPG數(shù)據(jù)的集合，被指代為s(k)。

在偽影移除單元700的第一實(shí)施例中，權(quán)重w_i由權(quán)重確定級(jí)702針對(duì)接收到的第一傳感器數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)來計(jì)算，使得偽影降低的采樣的PPG數(shù)據(jù)在生命信號(hào)重建級(jí)704中被構(gòu)建如下：

s(k)＝W₀x₀(k)+W₁x₁(k)+···+W_Lx_L(k)，

此處，L＝N·M，x₀(k)是第一傳感器數(shù)據(jù)PPG1，并且x₁(k),...,x_K(k)是由分解單元提供的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)。權(quán)重W_i是通過求解線性方程組來計(jì)算的：

X^TXw＝b，

其中，X＝[x₀,x₁,...,x_L]是K×L矩陣，其中，x_i＝[x_i(1),x_i(2),...,x_i(K)]^T。向量w包含權(quán)重W_i，并且預(yù)先存儲(chǔ)的歸一化的相關(guān)性向量b(其被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器706中)表示向量x_i之中的先驗(yàn)地預(yù)測(cè)的歸一化的相關(guān)性。

在一個(gè)變型中，在生命體征和運(yùn)動(dòng)參考信號(hào)之間預(yù)測(cè)針對(duì)零相關(guān)性的b＝[1,0...,0]。

偽影移除單元700的第二實(shí)施例(其具有與先前的實(shí)施例相同的總體結(jié)構(gòu)并且因此將繼續(xù)將參考圖7進(jìn)行描述)是基于圖2的實(shí)施例的。在該變型中，更長(zhǎng)的波長(zhǎng)(例如，650nm)的額外的PPG數(shù)據(jù)PPG2被饋送到偽影降低模塊中。該數(shù)據(jù)PPG2與包含類似的運(yùn)動(dòng)偽影的PPG1緊密相關(guān)，并且具有更低的搏動(dòng)。如在圖7的第一實(shí)施例中，通過求解線性方程組來計(jì)算權(quán)重。先驗(yàn)地預(yù)測(cè)的歸一化的相關(guān)性向量是b＝[C,aC,0,...,0],||b||＝1,，其中，C提供期望的生命信號(hào)與PPG1之間的歸一化的相關(guān)性，并且aC，a＜1，提供期望的生命信號(hào)與PPG2之間的歸一化的相關(guān)性。在這種情況下x₀(t)和x₁(t)是包括PPG數(shù)據(jù)PPG1和PPG2的第一傳感器數(shù)據(jù)并且x_l(t),l∈{2,...,L+1}是運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)己經(jīng)示出，a＝0.1的值針對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影降低良好地工作。參數(shù)C被用于將向量b歸一化并且根據(jù)給定的值a和給定的范數(shù)來計(jì)算。在a＝0.1和L2范數(shù)的示范性情況下，

偽影移除單元700的第三實(shí)施例具有與先前的實(shí)施例相同的總體結(jié)構(gòu)并且因此將繼續(xù)將參考圖7進(jìn)行描述，并且也是基于圖2的實(shí)施例的。除了PPG數(shù)據(jù)PPG1和PPG2，更短波長(zhǎng)(例如，450nm)的另外的額外的PPG數(shù)據(jù)PPG3在該變型中被饋送到偽影降低模塊中。如在第一和第二實(shí)施例中，預(yù)先存儲(chǔ)的先驗(yàn)的相關(guān)性向量被使用，擴(kuò)展有生命體征和PPG3之間的相關(guān)性：b＝[C,aC,bC,...,0],||b||＝1，其中，1＞b＞a。在這種情況下，x₀(t)、x₁(t)和x₂(t)對(duì)應(yīng)于第一傳感器數(shù)據(jù)，并且分別由PPG數(shù)據(jù)PPG1、PPG2、和PPG3形成。運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)是x_l(t),l∈{3,...,L+2}。實(shí)驗(yàn)己經(jīng)示出，a＝0.1和b＝0.5的值針對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影降低良好地工作。

在其他變型中，可以使用表示多于三個(gè)不同的頻譜通道的PPG數(shù)據(jù)的另外的集合。如在描述的實(shí)施例中，先驗(yàn)的相關(guān)性向量被構(gòu)成，擴(kuò)展有生命信號(hào)和PPG信號(hào)的(經(jīng)分解的)集合之間的相關(guān)性。

在偽影移除單元700的第四實(shí)施例(其形成第一實(shí)施例的變型，具有相同的總體結(jié)構(gòu)并且因此也將參考圖7進(jìn)行描述)中，矩陣X^TX的維度與偽影移除單元700的第一實(shí)施例相比較被降低一。在該實(shí)施例中，歸一化的相關(guān)性向量是b＝[1,0,...,0]。對(duì)于這種情況，問題可以被公式化如下：

X^TXw＝b，

其中，X＝[x₁,...,x_L]并且b＝X^Tx₀。經(jīng)偽影降低的PPG數(shù)據(jù)然后是：

s(k)＝x₀(k)-(w₁x₁(k)+···+w_Lx_L(k))。

在偽影移除單元的第五實(shí)施例(其在包括分解單元500的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例中被使用)中，可以使用圖7的偽影移除單元700的相同的總體結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)示出，合適的預(yù)先存儲(chǔ)的相關(guān)性向量[C,a₁C,a₂C,...a_nC]具有分量a₁＝c，a₂＝c·α₁,...a_n＝c·α_n+1，其中，α_i＝λ_i/λ₁，其中，λ_i是根據(jù)SSA方法計(jì)算的特征值。對(duì)于n＝5的情況，可以使用c≈1/20的值，以實(shí)現(xiàn)良好的運(yùn)動(dòng)偽影降低。

在偽影移除單元的第六實(shí)施例(其被用在具有使用圖6中示出的類型的分解級(jí)的分解單元的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例中)中，歸一化的相關(guān)性向量[C,a₁C,a₂C,...a_nC]可以如下被選擇：其中，是等于x_i中的樣本移位的數(shù)量，并且相位其中，F(xiàn)是以Hz為單位的脈沖率并且f是以Hz為單位的樣本率。實(shí)驗(yàn)己經(jīng)示出，該方法在c≈1/20，F(xiàn)＝2并且k_i＝[0,1,-1,3,-3,5,-5,7,-7]的情況下良好地工作。通過代替使用針對(duì)預(yù)期的脈沖率F的缺省值而根據(jù)當(dāng)前幀來預(yù)測(cè)F進(jìn)一步的改進(jìn)可以是可能的。用于預(yù)測(cè)F的合適的參數(shù)例如指示根據(jù)當(dāng)前幀估計(jì)的運(yùn)動(dòng)率。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的PPG裝置800的方框圖。所述PPG裝置服務(wù)于確定期望的生命信號(hào)，所述期望的生命信號(hào)包含關(guān)于感興趣對(duì)象的生理信息分量。PPG裝置800包括發(fā)射器單元802，所述發(fā)射器單元包括至少一個(gè)發(fā)射器，所述至少一個(gè)發(fā)射器被配置為在允許確定生理信息分量的至少一個(gè)頻譜通道中發(fā)射電磁輻射。在PPG裝置800中，操作在不同的頻譜通道中的三個(gè)不同的光發(fā)射器由箭頭802.1、802.2、803.3指示。

使用例如三個(gè)傳感器804.1、804.2、804.3的傳感器單元804被配置為確認(rèn)并且在其輸出部提供第一傳感器數(shù)據(jù)PPG1，所述第一傳感器數(shù)據(jù)指示在至少一個(gè)頻譜通道中的作為時(shí)間的函數(shù)的從感興趣對(duì)象的被感測(cè)區(qū)域反射的或者透射通過所述被感測(cè)區(qū)域的電磁輻射的量，所述電磁輻射包括生理信息分量和在電磁頻譜的各自的頻譜區(qū)域中的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)偽影分量，并且傳感器單元804被配置為確認(rèn)第二傳感器數(shù)據(jù)PPG2、PPG3，所述第二傳感器數(shù)據(jù)指示在一個(gè)或多個(gè)空間維度中的作為時(shí)間的函數(shù)的被感測(cè)區(qū)域的位置、速度或加速度。根據(jù)本文中描述的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)施例中的一個(gè)，例如，參考以上圖1至圖7，PPG裝置還包括數(shù)據(jù)處理設(shè)備806。

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法900的實(shí)施例的流程圖。數(shù)據(jù)處理方法900服務(wù)于從傳感器數(shù)據(jù)提取期望的生命信號(hào)，所述期望的生命信號(hào)包含關(guān)于感興趣對(duì)象的生理信息分量。

在步驟902中，接收傳感器數(shù)據(jù)，其包括時(shí)間依賴的第一傳感器數(shù)據(jù)，所述時(shí)間依賴的第一傳感器數(shù)據(jù)包括生理信息分量和至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)偽影分量。所述傳感器數(shù)據(jù)還包括時(shí)間依賴的第二傳感器數(shù)據(jù)，其指示在一個(gè)或多個(gè)空間維度中的作為時(shí)間的函數(shù)的被感測(cè)區(qū)域的位置、速度或加速度。

在步驟904中，第二傳感器數(shù)據(jù)被分解為經(jīng)分解的傳感器數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)分量?；诮?jīng)分解的第二傳感器數(shù)據(jù)，在至少兩個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中提供運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)不同的集合。

在步驟906中，根據(jù)所述第一傳感器數(shù)據(jù)和所述運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)通道中的至少兩個(gè)的運(yùn)動(dòng)參考數(shù)據(jù)的線性組合而形成的生命信號(hào)被確定并且被提供為輸出。

圖10示出了用于操作根據(jù)本發(fā)明的PPG裝置的實(shí)施例的流程圖。所述方法包括在步驟1002中確認(rèn)傳感器數(shù)據(jù)。如先前描述的，所述傳感器數(shù)據(jù)包括時(shí)間依賴的第一傳感器數(shù)據(jù)，所述第一傳感器數(shù)據(jù)包括生理信息分量和至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)偽影分量，并且所述傳感器數(shù)包括時(shí)間依賴的第二傳感器數(shù)據(jù)，所述第二傳感器數(shù)據(jù)指示在一個(gè)或多個(gè)空間維度中的作為時(shí)間的函數(shù)的被感測(cè)區(qū)域的位置、速度或加速度。在步驟1004中，執(zhí)行數(shù)據(jù)處理方法900。

盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細(xì)圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性或示范性的，而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過研究附圖、公開內(nèi)容以及權(quán)利要求書，在實(shí)踐請(qǐng)求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)能夠理解并且實(shí)現(xiàn)對(duì)所公開的實(shí)施例的其他變型。

在權(quán)利要求書中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且詞語(yǔ)“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。

單個(gè)級(jí)或其他單元可以履行權(quán)利要求書中所記載的若干個(gè)項(xiàng)目的功能。盡管在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載了特定措施，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。

計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)/分布在適合的介質(zhì)上，例如與其他硬件一起被提供或作為其他硬件的部分被提供的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是計(jì)算機(jī)程序也可以以其他形式分布，例如經(jīng)由因特網(wǎng)或其他的有線或無(wú)線的電信系統(tǒng)分布。

權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。