適于監(jiān)測(cè)身體部位內(nèi)的動(dòng)脈血的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適于監(jiān)測(cè)身體部位內(nèi)的動(dòng)脈血的裝置。具體而言，本發(fā)明涉及一 種適于監(jiān)測(cè)身體部位內(nèi)的動(dòng)脈血的裝置，用于確定運(yùn)動(dòng)期間的心率或氧氣水平。
【背景技術(shù)】
[0002] -種類型的心率監(jiān)測(cè)器基于投射穿過(guò)人或動(dòng)物的肢體或手指的紅外光的吸收或 透射來(lái)測(cè)量心跳。心率監(jiān)測(cè)器通常包括發(fā)射器和傳感器。發(fā)射器朝向傳感器發(fā)射紅外光進(jìn) 入肢體。皮膚、組織、靜脈血和動(dòng)脈血吸收并反射這一紅外光的部分。然后，動(dòng)脈血的體積隨 心跳周期性地增大和減小。這導(dǎo)致紅外光的吸收和反射隨心跳波動(dòng)，其由傳感器檢測(cè)為紅 外透射的周期性波動(dòng)。這不同于皮膚、組織和靜脈血對(duì)于紅外光透射的相對(duì)恒定的影響。
[0003] 通常存在兩種測(cè)量投射入肢體的紅外光的方法。在第一種方法中，發(fā)射器和傳感 器基本位于肢體的相對(duì)側(cè)，同時(shí)避開肢體內(nèi)的任意骨骼，以便使來(lái)自發(fā)射器的紅外光通過(guò) 肢體傳送至傳感器。在另一種方法中，發(fā)射器和傳感器基本位于肢體的同側(cè)，以便從發(fā)射器 投射進(jìn)入肢體的紅外光的一部分被肢體內(nèi)的組織層分散以到達(dá)傳感器。
[0004] 遺憾的是，這種心率監(jiān)測(cè)器的精確度受到穿戴者動(dòng)作的影響，這會(huì)將噪聲引入到 由傳感器檢測(cè)的紅外傳輸中。這部分是由于隨著穿戴者移動(dòng)而使發(fā)射器和傳感器相對(duì)錯(cuò) 位，而部分是由于動(dòng)作期間肢體的屈曲，這會(huì)增大或減小發(fā)射器和傳感器之間的傳輸路徑 長(zhǎng)度。也就是說(shuō)，肢體的皮膚和軟組織可能會(huì)晃動(dòng)并影響傳輸路徑的長(zhǎng)度。
[0005] 已經(jīng)提出了臂帶形式的心率監(jiān)測(cè)器，其布置有三對(duì)發(fā)射器和傳感器。各對(duì)以一定 的方式定位在臂帶上，以使得由臂帶穿戴者的動(dòng)作而引起并且由三個(gè)傳感器檢測(cè)到的噪聲 能夠從不同方向和角度觀察，并且它們因此互為異相。這樣，三對(duì)發(fā)射器和傳感器提供三組 觀測(cè)值，其能夠用于去除噪聲元素而無(wú)需任何外部傳感器來(lái)產(chǎn)生動(dòng)作參考，而這在類似技 術(shù)的許多其它早期的心率監(jiān)測(cè)器中是必需的。然而，這一心率監(jiān)測(cè)器需要三個(gè)獨(dú)立的觀測(cè) 值，其必須由相同數(shù)目的發(fā)射器和傳感器對(duì)來(lái)獲得;單對(duì)發(fā)射器和傳感器不足以提供足夠 數(shù)目的獨(dú)立觀測(cè)值。遺憾的是，三對(duì)發(fā)射器和傳感器損失了心率監(jiān)測(cè)器的魯棒性，這是由于 只要三個(gè)傳感器或三個(gè)發(fā)射器中的任意一個(gè)無(wú)法工作，那么心率監(jiān)測(cè)器就無(wú)法工作。此外， 由于需要如此多的發(fā)射器和傳感器，因此導(dǎo)致這種心率監(jiān)測(cè)器的制造和維修都很昂貴。
[0006] 因此，提出提供一種心率監(jiān)測(cè)器，其在確定心率方面同樣精確且不易發(fā)生故障，并 且優(yōu)選地提供利用較少硬件同時(shí)達(dá)到相同或更優(yōu)性能的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在第一方面，本發(fā)明提出了一種適于監(jiān)測(cè)身體部位內(nèi)的動(dòng)脈血的裝置，所述裝置 適于穿戴在身體部位上，并且所述裝置包括:多個(gè)光發(fā)射器，至少一個(gè)傳感器，多個(gè)光發(fā)射 器布置為使得來(lái)自多個(gè)光發(fā)射器的光能夠穿透身體部位而到達(dá)至少一個(gè)傳感器，其中：多 個(gè)光發(fā)射器以連續(xù)順序發(fā)射光，以由至少一個(gè)傳感器檢測(cè)。
[0008] 所述裝置能夠用作心率監(jiān)測(cè)器。可替選地，所述裝置能夠用作血氧計(jì)的一部分。
[0009] 本發(fā)明提供了一種有益的可能性，其僅需要一個(gè)傳感器通過(guò)檢測(cè)來(lái)自不同發(fā)射器 的傳輸來(lái)獲得多個(gè)信號(hào)觀測(cè)值。這減少了獲得相同數(shù)目觀測(cè)值所需的傳感器的數(shù)目。這還 減少了硬件的數(shù)量并且允許裝置制造得更小、更輕且更為廉價(jià)。
[0010] 在某一實(shí)施例中，所述至少一個(gè)傳感器是多個(gè)傳感器。多個(gè)傳感器和多個(gè)發(fā)射器 能夠限定為多個(gè)傳感器和發(fā)射器對(duì)，其中第一對(duì)傳感器和發(fā)射器的發(fā)射器能夠向至少其它 兩對(duì)的傳感器發(fā)射，并且第一對(duì)的傳感器能夠檢測(cè)來(lái)自至少其它兩對(duì)的每一對(duì)中的發(fā)射器 的光。
[0011] 可選地，兩個(gè)傳感器用于獲得至少四個(gè)光傳輸觀測(cè)值，或者根據(jù)具體情況可以是， 從四個(gè)觀測(cè)值中僅選定三個(gè)觀測(cè)值使用。這允許所使用的傳感器的數(shù)目少于可獲得的觀測(cè) 值同等數(shù)目，有效地減少了獲得多個(gè)觀測(cè)值所需的硬件的數(shù)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解， 具有多個(gè)觀測(cè)值對(duì)于使噪聲信號(hào)比最小化是有用的。
[0012] 更優(yōu)選地，三個(gè)傳感器用于獲得至少三個(gè)光傳輸觀測(cè)值。典型地，三個(gè)傳感器能夠 與兩個(gè)發(fā)射器一起使用以提供六個(gè)觀測(cè)值。因此，在三個(gè)傳感器中的任意一個(gè)無(wú)法工作的 情況下，仍然存在至少兩個(gè)傳感器與兩個(gè)發(fā)射器一起工作以提供四個(gè)觀測(cè)值。所述四個(gè)觀 測(cè)值可全部用于監(jiān)測(cè)心率，但是作為選擇的問(wèn)題，可能四個(gè)觀測(cè)值中只有三個(gè)可用。換句話 說(shuō)，如果需要不超過(guò)三個(gè)或四個(gè)觀測(cè)值來(lái)產(chǎn)生心率的穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，使用三個(gè)傳感器與兩個(gè)發(fā) 射器分別提供了三個(gè)或兩個(gè)觀測(cè)值的冗余，而無(wú)需其它硬件。這在其中一個(gè)傳感器無(wú)法工 作的情況下提供了備份或冗余觀測(cè)值。在另一情形下，一個(gè)發(fā)射器無(wú)法工作但是裝置仍然 基于從其余三個(gè)傳感器和一個(gè)發(fā)射器獲得的三個(gè)數(shù)據(jù)觀測(cè)值來(lái)監(jiān)測(cè)心率。
[0013] 基于四個(gè)數(shù)據(jù)觀測(cè)值來(lái)監(jiān)測(cè)心率已經(jīng)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的裝置，它們通常僅使用三個(gè) 觀測(cè)值。此外，現(xiàn)有技術(shù)提供了每個(gè)傳感器僅專用于一個(gè)發(fā)射器，并且三個(gè)傳感器和發(fā)射器 對(duì)用于僅提供三個(gè)觀測(cè)值;觀測(cè)值的數(shù)目與傳感器的數(shù)目相同。換句話說(shuō)，在這些現(xiàn)有技術(shù) 中不存在觀測(cè)值的冗余。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置是能夠附接至身體部位的圓形支架，所述至少一個(gè)傳 感器是多個(gè)傳感器，多個(gè)傳感器圍繞圓形支架均勻分布。這避免了全部多個(gè)傳感器同時(shí)暴 露至來(lái)自任一方向的環(huán)境光中；圍繞圓形支架分布防止來(lái)自一個(gè)方向且打在一個(gè)傳感器上 的強(qiáng)的環(huán)境光也打在其它傳感器上。與冗余觀測(cè)值的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，特別是在所述裝置包括 與輪流發(fā)射光的至少兩個(gè)發(fā)射器耦接的至少三個(gè)傳感器的情況下，這提供了裝置能夠以足 夠數(shù)目的數(shù)據(jù)觀測(cè)值來(lái)監(jiān)測(cè)心率的可能性，即使當(dāng)環(huán)境光已經(jīng)削弱其中一個(gè)傳感器時(shí)。當(dāng) 其中一個(gè)傳感器無(wú)法工作時(shí)避免故障的能力通過(guò)減小每個(gè)傳感器所需的光檢測(cè)范圍而提 供了降低硬件成本的可能優(yōu)勢(shì)。優(yōu)選地，圓形支架是可戴在手指上的環(huán)形式。
[0015] 在一個(gè)更具體的優(yōu)選實(shí)施例中，所述裝置包括三個(gè)所述至少一個(gè)傳感器，其布置 為檢測(cè)來(lái)自三個(gè)光發(fā)射器的光透射，三個(gè)傳感器中的每一個(gè)都布置為檢測(cè)來(lái)自至少兩個(gè)光 發(fā)射器的光透射，以便通過(guò)三個(gè)傳感器檢測(cè)至少六個(gè)光透射觀測(cè)值，所述裝置包括能夠附 接至身體部位的支架，所述支架具有曲面，多個(gè)傳感器沿支架的曲面的曲度分布，以便減小 了多個(gè)傳感器同時(shí)一致暴露于來(lái)自任一方向的環(huán)境光的可能性，所述裝置配置為僅利用四 個(gè)觀測(cè)值來(lái)監(jiān)測(cè)身體部位內(nèi)的動(dòng)脈血，以便使至少六個(gè)觀測(cè)值中的兩個(gè)是冗余觀測(cè)值，并 且所述裝置配置為忽略所述裝置檢測(cè)為由于環(huán)境光導(dǎo)致飽和而無(wú)法正常工作的任意傳感 器的兩個(gè)觀測(cè)值，同時(shí)考慮其余正在工作的傳感器的四個(gè)觀測(cè)值以監(jiān)測(cè)動(dòng)脈血。
[0016] 優(yōu)選地，多個(gè)傳感器布置在相互不同的位置。可選地，不同位置指的是離至少一個(gè) 光發(fā)射器的不同的相互距離?？商孢x地，不同位置指的是與至少一個(gè)光發(fā)射器呈不同的方 向。
[0017] 具有不同的方向或距離促進(jìn)了噪聲數(shù)據(jù)的多樣性，增加了每個(gè)傳感器感測(cè)的噪聲 與其它傳感器感測(cè)的噪聲不同或異相的可能性。這允許噪聲更易于消除。相反，可由所有傳 感器檢測(cè)的心跳信號(hào)是同步且同相的，并且能夠從噪聲中提取出來(lái)。
[0018] 在第二方面，本發(fā)明提出了一種獲得光透射觀測(cè)值以監(jiān)測(cè)身體部位內(nèi)的動(dòng)脈血的 方法，包括以下步驟:提供位于身體部位一側(cè)的至少一個(gè)傳感器;提供位于身體部位不同側(cè) 的第一發(fā)射器和第二發(fā)射器，以便使得從第一發(fā)射器和第二發(fā)射器發(fā)射的光透射穿過(guò)身體 部位以到達(dá)至少一個(gè)傳感器;使第一發(fā)射器和第二發(fā)射器相繼發(fā)射光，并且所述至少一個(gè) 傳感器根據(jù)第一發(fā)射器和第二發(fā)射器發(fā)射光的順序檢測(cè)來(lái)自第一發(fā)射器和第二發(fā)射器的 光，以獲得第一觀測(cè)值和第二觀測(cè)值。
[0019] 優(yōu)選地，所述方法包括進(jìn)一步的步驟:在身體部位的另一側(cè)處提供另一傳感器;并 且使另一傳感器檢測(cè)來(lái)自第一發(fā)射器或第二發(fā)射器的光以獲得第三觀測(cè)值。優(yōu)選地，所述 方法還包括另一步驟:使另一傳感器檢測(cè)來(lái)自第一發(fā)射器或第二發(fā)射器的光以獲得第四觀 測(cè)值。
[0020] 優(yōu)選地，所述方法包括進(jìn)一步的步驟：確定傳感器或發(fā)射器的任意一個(gè)無(wú)法正常 工作；忽略傳感器或發(fā)射器無(wú)法正常工作的一個(gè)所作出的觀測(cè)值，而考慮其它正在工作的 傳感器的讀數(shù)以監(jiān)測(cè)動(dòng)脈血。典型地，傳感器無(wú)法正常工作是由于過(guò)度暴露于環(huán)境光下造 成的飽和。
[0021] 忽略無(wú)法正常工作的任意傳感器或發(fā)射器的能力提供了能夠適應(yīng)不同環(huán)境條件 的裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 方便的是，關(guān)于示意了本發(fā)明的可能布置的附圖來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中同樣 的附圖標(biāo)記代表相同的部件。本發(fā)明的其它實(shí)施例是可能的，并因而附圖的特殊性不應(yīng)當(dāng) 理解為代替本發(fā)明前述描述的