УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОСИМОГО ДАТЧИКА
DEVICE FOR MEASURING PHYSIOLOGICAL PARAMETER USING WEARABLE SENSOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к датчикам для измерения физиологического параметра субъекта, причем датчик может быть носится пользователем. Примеры носимых датчиков включают фотоплетизмографический (ФПГ) датчик, электрокардиографический датчик, ультразвуковой датчик, датчик частоты сердечных сокращений и датчик мониторинга кожи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Мониторинг физиологического параметра субъекта с использованием устройства, в том числе носимого устройства, становится все более популярным. Такие устройства удобны в использовании, поскольку они предлагают повышенную свободу движений пользователя, при этом выполняя мониторинг физиологического параметра. Таким образом, представляется возможным измерение физиологических параметров при широком ряде обстоятельств, например, при различных уровнях физической нагрузки субъекта.
Датчик физиологического параметра может быть установлен на пользователе различным образом при различных вариантах применения. Положение установленного датчика физиологического параметра относительно субъекта может варьироваться в зависимости от параметра, подлежащего измерению, типа датчика физиологического параметра и/или обстоятельств, при которых происходит физиологическое измерение.
Во многих случаев датчик физиологического параметра должен находиться в контакте с телом пользователя. Одна проблема относительно носимых датчиков заключается в необходимости обеспечения того, чтобы поддерживался контакт между датчиком физиологического параметра и телом пользователя, и чтобы давление контакта поддерживалось на комфортном уровне.
Одним примером датчика, который стал особенно распространенным, является монитор частоты сердечных сокращений, носимый на запястье. Данный тип датчика обеспечивает пользователю возможность отслеживания некоторых его сигналов жизнедеятельности простым необременительным способом. Как правило, в этих датчиках используется оптический ФПГ-датчик, который измеряет объемный пульс крови, или же в них используется датчик биоимпеданса. Для определения частоты сердечных сокращений также были исследованы емкостные способы.
Датчики на основе ФПГ обладают недостатком, заключающимся в том, что их энергопотребление достаточно высокое за счет необходимых СИД. Таким образом, недостатком этих датчиков является малый срок службы батареи.
Способы, основанные на емкости и биоимпедансе (а также некоторые ФПГ-датчики), требуют надежного контакта датчика с кожей. Это может привести к раздражению кожи и дискомфорту при ношении. Одной конкретной причиной является слой пота, который образуется между датчиком и кожей, поскольку пот не может испаряться. Кроме того, может быть необходимо, чтобы этот слой пота оставался, для обеспечения желаемого гальванического контакта. Некоторые датчики также подвержены артефактам движения, что делает их неточными в случае совершения субъектом сильных или конкретных движений.
Относительно недавно были предложены датчики частоты сердечных сокращений и частоты дыхания, в которых используется акселерометр или гироскоп, целью которого является измерение малозаметных движений, вызываемых расширением артерий и сердцебиением. Они могут быть описаны, как способы, основанные на движении. Данный подход описан, например, в «Биологические часы: Оценка частоты сердцебиения и дыхания из движений запястья», Дж. Хернандес, Д. Мак Дафф, Р.В. Ричард, 9-я Международная Конференция по Технологиям всепроникающей компьютеризации для здравоохранения («PervasiveHealth») 2015, стр. 169-176 («Biowatch: Estimation of heart and breathing rates from wrist motions», J. Hernandez, D. McDuff, R.W. Picard, 9th International Conference on Pervasive Computing Technologies for Healthcare (PervasiveHealth)).
Для повышения точности результатов может быть использована комбинация функционалов датчика, например, с использованием любой комбинации акселерометров, гироскопов и ФПГ-датчиков. Определение отдельных импульсов крови обеспечивает возможность измерений частоты сердечных сокращений, а также вариабельности частоты сердечных сокращений и измерений сердечного ритма.
Определение движений для определения движений артерий (или другого кровеносного сосуда) требует контакта с кожей, что может привести к дискомфорту, при этом чувствительность должна быть высока. Таким образом, существует необходимость в носимом устройстве для измерения физиологического параметра, которое могло бы выдавать точные данные с меньшим дискомфортом для пользователя.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение определено в пунктах формулы изобретения.
Согласно примерам в соответствии с аспектом изобретения, представлено сенсорное устройство для измерения физиологического параметра субъекта, выполненное с возможностью ношения субъектом и содержащее:
корпус;
опорную конструкцию, установленную на корпусе, причем опорная конструкция содержит контактную часть, которая выполнена с возможностью расположения корпусом напротив кожи субъекта, причем по меньшей мере контактная часть опорной конструкции является газопроницаемой, причем опорная конструкция и корпус определяют воздушное пространство между контактной частью и корпусом, и
датчик движения для восприятия перемещения контактной части опорной конструкции, причем датчик движения выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса.
Данное исполнение датчика обеспечивает газопроницаемую (и, в частности, проницаемую для водяного пара, вызываемого потом) опорную конструкцию при установленном контакте с субъектом. Данная «дышащая» опорная конструкция снижает дискомфорт. Воздушное пространство между контактной частью и корпусом обеспечивает возможность выхода пара таким образом, что над контактной частью может присутствовать поток воздуха. Происходит определение движения контактной части, при этом оно отделено от движения всего корпуса. Для этого опорная конструкция является гибкой.
Таким образом улучшена чувствительность в части того, что определяемое движение (например, артериальный пульс) должен прикладывать только кинетическую энергию к опорной конструкции (при относительно низкой инерции), а не к корпусу. Таким образом, датчик движения не находится в неподвижном положении в корпусе всего устройства.
Использование определения движения обеспечивает возможность уменьшения потребления энергии по сравнению с носимой системой, основанной на ФПГ. Изобретение придает системе определения движения повышенную точность, при этом также уменьшая раздражение кожи, а следовательно, повышая комфорт ношения.
Корпус, например, содержит повязку для ношения вокруг пальца или запястья или накладку для ношения на коже. Повязка для запястья может быть использована для мониторинга значений артериального пульса в запястье. Накладка может быть использована на сердце для мониторинга движения пульса (локальных движений), а также движений грудной клетки (общих движений корпуса).
Повязка может содержать различные элементы, такие как жесткую вмещающую часть и гибкую обвязываемую часть. Гибкая обвязываемая часть предпочтительно выполнена регулируемой, так что устройство может подходить разным пользователям.
Опорная конструкция, например, содержит пластину, которая установлена на противоположных кромочных частях на корпусе, при этом контактная часть смещена в направлении субъекта. Это смещение поддерживает контакт с субъектом, так что движения кожи передаются в движения контактной части, которые затем могут быть определены датчиком движения.
Датчик движения, например, прикреплен к опорной конструкции. Он может быть прикреплен к:
кромочной части опорной конструкции,
контактной части или
промежуточной части между контактной частью и кромочной частью.
Будучи установлен на кромочной части, датчик движения может определять поворотное движение, а не линейное движение, таким образом, движение контактной части дает поворотное перемещение на кромочных частях.
Датчик движения, например, содержит акселерометр и/или гироскоп. Может быть предусмотрен один датчик движения или множество датчиков движения. Использование множества датчиков движения может обеспечить более точные измерения, например, обеспечивая более точную фильтрацию сигнала для отделения локальных движений контактной части.
Опорная конструкция может иметь одну из ряда таких конструкций, как:
непроводящая сетка или
опорная сетка и непроводящее покрытие или
проводящая опорная сетка и непроводящее покрытие, при этом электрические соединения с датчиком движения реализованы с использованием проводящей опорной сетки.
Сетка (и покрытие, при наличии) может поддерживаться во внешнем каркасе.
В одном примере опорная конструкция содержит перфорированную нейлоновую сетку, поддерживаемую во внешнем каркасе.
Во всех случаях отверстия сетки обеспечивают желаемую проницаемость. Перфорационные отверстия могут быть выполнены крупномасштабными (т.е. в виде отверстий в непроницаемом слое) или мелкомасштабными (т.е. в виде материала, который по своей природе является проницаемым).
Опорная конструкция или корпус может содержать один или более дополнительных датчиков. Это делает систему более устойчивой в том смысле, что могут быть использованы датчики различных функционалов.
Один или более дополнительных датчиков, например, содержат один или более из ФПГ-датчика, емкостного датчика или датчика биоимпеданса.
Предпочтительно, устройство дополнительно содержит контроллер, который выполнен с возможностью активации одного или более из дополнительных датчиков в зависимости от качества сигнала, связанного с датчиком движения.
Таким образом функционал определения движения может быть использован для обеспечения низкого потребления энергии. Если качество сигнала падает ниже порогового значения, то в дополнение или вместо этого могут быть использованы другие функционалы определения для поддержания достоверных показателей датчика несмотря на затраты ввиду временно повышенного энергопотребления.
Контроллер может быть выполнен с возможностью комбинирования сигналов с множества датчиков с весовыми коэффициентами для получения комбинированного сигнала датчика. Это обеспечивает возможность выдачи достоверного сигнала датчика, что делает использование датчиков с разными функционалами наилучшим вариантом.
Контроллер может быть выполнен с возможностью выдачи субъекту предупреждения о том, что контакт с датчиком был утрачен, в зависимости от характеристик сигнала с датчика движения. Это предупреждение может быть использовано, например, для выдачи субъекту рекомендации о необходимости затянуть ремешок корпуса или повторно надеть ремешок корпуса (в зависимости от обстоятельств).
Устройство предназначено, например, для измерения частоты сердечных сокращений и/или частоты дыхания, и/или вариабельности частоты сердечных сокращений, и/или сердечного ритма.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Примеры настоящего изобретения будут далее подробно описаны со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображен носимый на запястье датчик, а также замысел, лежащий в основе изобретения,
на фиг. 2 изображен первый пример носимого датчика,
на фиг. 3 изображен второй пример носимого датчика,
на фиг. 4 изображены различные возможные местоположения датчика движения,
на фиг. 5 изображен третий пример носимого датчика,
на фиг. 6 изображен четвертый пример носимого датчика и
на фиг. 7 изображена система датчика.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В изобретении представлен носимый физиологический датчик, который содержит корпус и газопроницаемую опорную конструкцию, установленную на корпусе, которая входит в контакт с кожей субъекта. Между опорной конструкцией и корпусом предусмотрено воздушное пространство. Выполняют определение движения опорной конструкции относительно корпуса. За счет этого обеспечивается датчик, который является удобным для пользователя, а также обеспечивает хорошую чувствительность в том смысле, что определяемое движение (например, артериальный пульс) должно применять лишь кинетическую энергию к опорной конструкции при относительно низкой инерции.
На фиг. 1 изображен установленный на запястье датчик, содержащий сенсорную часть 1 и ремешок 2 на запястье. Сенсорная часть 1 содержит датчик движения, такой как акселерометр, для определения локальных перемещений, вызываемых артерией. В изображенном примере она предусмотрена с нижней стороны запястья. С верхней стороны запястья предусмотрен блок 3 выдачи. В блоке 3 выдачи могут быть объединены все обычные функции наручных часов или «умных» наручных часов вместе с функцией отображения выходных данных датчика.
Сенсорная часть 1 выполнена с возможностью пропускания потока воздуха через сенсорную область, как изображено стрелками 4. Этот поток воздуха повышает комфорт пользователя. Для этой цели, сенсорная часть 1, ремешок 2 также могут быть пористыми, как схематически изображено отверстиями 6. Все устройство образует повязку, которая в данном примере предназначена для ношения вокруг запястья.
На фигуре 2 сенсорное устройство изображено более подробно. Сенсорное устройство предназначено для измерения физиологического параметра субъекта. В данном примере оно также содержит повязку на запястье, расположенную вокруг запястья 12 субъекта. Для простоты, подробно изображена только сенсорная часть, при этом устройство вывода схематически изображено как 10. В данном примере сенсорная часть предназначена для расположения с верхней стороны запястья. Таким образом, на фиг. 1 и 2 изображено, что в случае устанавливаемого на запястье устройства, сенсорная часть может находиться с верхней или с нижней стороны запястья, а также может быть предусмотрена считывающая часть (наподобие циферблата наручных часов) в том же или другом местоположении, что и сенсорная часть.
Сенсорное устройство содержит корпус 14 и гибкую опорную конструкцию 16, установленную на корпусе. Опорная конструкция содержит контактную часть 18, которая входит в контакт с кожей пользователя. При использовании, контактная часть 18 находится напротив кожи. Это является результатом исполнения опорной конструкции 16 и корпуса 14.
Например, опорная конструкция 16 может быть неплоской пластиной, которая имеет смещение в направлении субъекта. Под этим подразумевается, что естественная форма опорной конструкции такова, что контактная часть 18 прижимается к запястью. Как изображено, она может иметь согнутую форму. Когда датчик прикреплен к запястью с подходящей тугостью, контактная часть прижимается к коже.
В качестве альтернативы, опорная конструкция может быть плоской, такой как плоская растянутая сетка, которая проходит в плоскости, которая при использовании пересекается с плоскостью кожи субъекта. Цель заключается в поддержании контакта между контактной частью 18 и субъектом, когда сенсорное приспособление надето.
По меньшей мере контактная часть 18 опорной конструкции является газопроницаемой, в частности, для пара. Это может быть достигнуто путем выполнения опорной конструкции 16 в виде открытой сетки или решетчатой конструкции, или в виде сплошного слоя с рядом отверстий. Опорная конструкция 16 может иметь единое исполнение или она может иметь другое исполнение контактной части по сравнению с другими частями опорной конструкции, которыми контактная часть прикреплена к корпусу 14. Она обладает некоторой гибкостью и может быть подпружинена для смещения до конкретной формы.
Между контактной частью 18 и корпусом 14 предусмотрено воздушное пространство 20. Это означает, что пот, образуемый на контактной части 18, может проникать через опорную конструкцию, а затем рассеиваться в окружающую среду.
Для восприятия перемещения контактной части 18 опорной конструкции предусмотрен датчик 22 движения. Датчик движения (в частности, подвижная часть датчика движения) выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса 14. Он выполнен внутри корпуса 14 и, следовательно, защищается им. Он содержит акселерометр и/или гироскоп, или комбинацию множества акселерометров и/или множества гироскопов.
Датчик 22 движения может быть установлен на самой контактной части 18 таким образом, что происходит прямое определение движения, подлежащего определению (например, артериальных пульсов в месте контактной части). Однако датчик движения может быть удален от контактной части. В данном случае, опорная конструкция действует в качестве механизма передачи движения от контактной части к датчику движения. Движение применяется к опорной конструкции на контактной части, и это движение определяется в другом месте опорной конструкции.
Например, на фиг. 2 изображен датчик движения на кромочной части опорной конструкции 16. В этом положении он определяет угловое движение, являющееся результатом изменения положения контактной части, а не прямое поступательное перемещение контактной части 18.
Для определения углового положения имеется прямая взаимосвязь между линейным переходом на контактной части и углом, образованным между контактной частью и корпусом. Таким образом, определенный угол может быть преобразован в уровень поступательного перемещения.
Для прямого определения поступательного движения, зависимость смещения от времени обеспечивает прямую меру давления пульса как функцию от времени.
Медленно меняющиеся движения (за пределами интересующего диапазона частот), определяемые датчиком движения, могут быть отфильтрованы от сигналов движения таким образом, что обрабатываются только движения артериального пульса.
Определенное движение (т.е. артериальные движения) передаются на опорную конструкцию 16, а не на корпус 14. Например, датчик движения может быть прикреплен только к опорной конструкции. Это улучшает точность определения, поскольку уменьшается инерция части, которая механически соединена непосредственно с субъектом.
Электрическое соединение с датчиком движения может быть реализовано проводами, которые не мешают перемещению. Однако в качестве альтернативного варианта, опорная конструкция 16 содержит проводящие линии, например, образованные в виде проводящей сетки.
В данном исполнении датчика используется газопроницаемая опорная конструкция для снижения дискомфорта. Воздушное пространство 20 обеспечивает выход пота. Датчик движения имеет низкое потребление энергии по сравнению с носимой системой, основанной на ФПГ.
Опорная конструкция может иметь множество частей, таких как сетка и покрытие. Сетка может обеспечивать необходимые механические и/или электрические свойства опорной конструкции, а покрытие может обеспечивать желаемые свойства контакта с кожей. Вместо этого может быть использована однослойная сетка.
Опорная конструкция 16 выполнена, например, в виде проводящей сетки, например, с биологически совместимым покрытием. Она может иметь общую толщину в диапазоне от 0,5 мм до 2 мм. Сетка обладает достаточной жесткостью для того, чтобы оставаться в контакте с кожей, однако достаточной гибкостью для реагирования на артериальные движения. Жесткость опорной конструкции может быть естественным свойством используемого материала, или же в каркасе, который сохраняет упругость материала, может быть обеспечен менее жесткий материал.
Часть проводящей сетки может быть использована для передачи электрических сигналов от датчика движения и для подачи питания на датчик движения из встроенной батареи.
Материал опорной конструкции должен быть достаточно прочным для длительной работы и, следовательно, имеются пределы того, насколько тонким он может быть. Внешний материал будет биологически совместимым. Опорная конструкция может проходить приблизительно по всей ширине повязки (под которой подразумевается направление ширины ремешка, т.е. слева направо на фиг. 1). Высота воздушного пространства 20 находится, например, в диапазоне от 0,5 мм до нескольких мм.
Опорная конструкция может вступать в контакт с кожей только на локальной контактной части, или же может быть предусмотрена большая площадь контакта. Может быть предусмотрена только одна большая сетка опорной конструкции или множество менее крупных сеток опорной конструкции.
Опорная конструкция, например, содержит нейлоновую сетку, поддерживаемую в пределах периферийного каркаса. Альтернативой является резиновая сетка или любой другой «дышащий» материал, подвешенный на каркасе. Сетка, поддерживаемая в пределах каркаса, может содержать проводящие линии или проводящую сетку, как разъяснено выше, для обеспечения электрического соединения с датчиком движения.
Корпус 14 также может быть газопроницаемым там, где он входит в контакт с кожей, например, в участке 23 ремешка. Ремешок на запястье выполнен, например, из поглощающего или пропускающего пот материала, или имеет микроскопические и/или макроскопические отверстия для того, чтобы пот мог выходить.
На фиг. 2 изображено устройство, надетое вокруг запястья. Вместо этого, оно может быть выполнено с возможностью ношения вокруг пальца в виде кольца, или закреплено на фаланге пальца, или закреплено на мочке уха.
На фиг. 3 изображена модификация, в которой в корпусе, установленном на опорной конструкции 16, предусмотрены дополнительные датчики. На фиг. 2 изображен ФПГ-датчик 24, установленный на контактной части 18, содержащий два СИД 24a, 24b и фотодиодный датчик 24c. ФПГ-датчик обеспечивает альтернативный механизм определения пульса.
Компоненты ФПГ-датчика могут быть установлены на опорной конструкции, как изображено. СИД и фотодиод, изображенные на фиг. 2, вместо этого могут быть установлены на внутренней части корпуса. Свет СИД может проходить через отверстия опорной конструкции 16 и будет соответствующим образом принят фотодиодом, или же материал опорной конструкции может быть прозрачным для длины волны света СИД. Преимущество этого заключается в том, что конструкция может быть выполнена более надежной, а также в том, что меньше тепла будет рассеиваться кожей за счет фотодиода и СИД.
Для определения пульса могут быть предусмотрены другие датчики, такие как емкостные датчики и/или датчики биоимпеданса. Затем, система может использовать комбинацию показателей датчиков для повышения точности.
На фиг. 4 изображено три возможных местоположения датчика 22 движения. Как разъяснено выше, одним вариантом является размещение датчика движения на кромочной части опорной конструкции 16 для определения углового перемещения. Преимущество этого заключается в том, что весь комплект датчика установлен на корпусе 14, что делает всю конструкцию надежной. Оно изображено как местоположение 30. Другим вариантом является размещение на контактной части 18, изображенной как местоположение 32. Другим вариантом является размещение в промежуточном местоположении между центром контактной части опорной конструкции и краем. Таким образом, датчик не блокирует проницаемую опорную конструкцию в контактной части, но по-прежнему может быть использован для определения линейного переходного смещения.
Во всех случаях, датчик сам по себе, или же контактная часть датчика, может двигаться относительно корпуса 14. Датчик может передавать свои сенсорные сигналы по проводам в пределах устройства на блок обработки сигнала в корпусе, или же беспроводным образом на этот блок обработки сигнала или на удаленный блок обработки сигнала.
Может быть предусмотрено множество датчиков движения в разных местоположениях. Они могут быть использованы для того, чтобы сделать определение пульса более чувствительным, а датчики движения также могут быть использованы для коррекции по артефактам движения, присутствующим в других дополнительных сигналах датчика, например, в ФПГ-датчике или емкостном датчике и/или датчике биоимпеданса.
Датчик движения, изображенный на фиг. 1-3, может находиться на верхней стороне запястья (на той стороне, где был находился бы циферблат наручных часов) вместо того, чтобы находиться на нижней стороне запястья, как изображено на фиг. 1.
На фиг. 5 изображено, что опорная конструкция 16 может быть в форме плоской растянутой сетки. Поэтому опорная конструкция не должна быть изогнутой конструкцией, а положение, в котором установлена опорная конструкция 16, обеспечивает необходимый контакт, когда устройство надето. Таким образом, стека деформируется для следования форме запястья, когда устройство надето. Сетка обладает некоторым сопротивлением изгибанию, так что контактная часть находится напротив кожи. Однако сетка является достаточно гибкой в том смысле, что она не подавляет движение артерии, и по-прежнему может осуществляться определение движение на контактной части или на удалении от контактной части.
Приведенные выше примеры основаны на устройстве по типу повязки, которую носят, например, вокруг запястья или пальца.
На фиг. 6 изображено исполнение в виде накладки.
Устройство содержит жесткий корпус 40, на котором установлена опорная конструкция 16 и датчик 22 движения, все из которых функционируют в точности так, как описано выше. Корпус 40 прикреплен к коже посредством клейкой накладки 42. Воздушное пространство 20 открыто в окружающую среду. Это может быть достигнуто рядом различных способов. Одним вариантом является обеспечение накладки 42 только по бокам, оставляя открытым воздушный канал к пространству 20. Другим вариантом является выполнение отверстий 44 в корпусе 40 в комбинации с газопроницаемой накладкой 42. Таким образом, вся конструкция может «дышать», а воздушное пространство 20 затем может быть физически закрыто (на более макроскопическом уровне).
Конструкция накладки может быть применена к груди над сердцем. Таким образом, на основе датчика движения, измеряющего прямым образом удары сердца, может быть получена сейсмокардиограмма. Чувствительность может быть достаточной для измерения отдельных циклов сердцебиения. Путем дополнительного включения ФПГ-датчик, также может быть определено время распространения пульсовой волны (ВРПВ) из разницы времени между (первым) ударом в сигнале датчика движения и пульсом, измеренным в ФПГ-сигнале.
Удар сердца определяется на основе определения локального движения. Определение боле глобального движения может быть использовано для определения частоты дыхания, функционируя в качестве пояса с нагрудным датчиком.
Кроме того, устройство может содержать ЭКГ-электроды, и в этом случае может быть получена фаза предизгнания (ФПИ).
На фиг. 7 изображена вся система, в которой контроллер 60 принимает сигналы 62 датчика от аппаратного обеспечения 64 датчика и генерирует выходной сигнал 66.
Контроллер 60 может находиться в корпусе устройства, а устройство может содержать устройство вывода, такое как дисплей. Таким образом, система может быть полностью автономной, например, в форме повязки на запястье. Вместо этого, контроллер 60 может быть удаленным и обеспечивать проводную или беспроводную связь от аппаратного обеспечения 64 датчика к контроллеру 60.
Контроллер 60 может выполнять различные функции обработки сигнала для повышения точности измерений и/или для минимизации потребления энергии, и некоторые из этих подходов описаны ниже.
Первый подход относится к выбору необходимых для использования функционалов датчика в любое заданное время, когда имеется множество типов датчиков. Если соотношение сигнал/шум при определении пульса на основе датчика движения является высоким, например, ввиду наличия слабых артефактов движения, то другие функционалы определения (ФПГ или емкостные, или биоимпеданса) могут быть отключены для экономии энергии. Затем из системы датчика движения получают только выходные данные 66, что представляет собой функционал, для которого потребление энергии является очень низким. Другие функционалы датчика могут быть включены, как только система датчика движения выдает недостоверные сигналы. Таким образом, дополнительные датчики могут быть использованы, когда необходима повышенная точность.
Другим показателем низкого качества сигналов может быть то, когда определение пульса одним из функционалов (например, функционалом на основе датчика движения) отличается от такового у другого функционала (например, функционала на основе ФПГ).
Таким образом, один или более дополнительных датчиков могут быть активированы в зависимости от качества сигнала, связанного с датчиком движения. Вместо этого, датчики движения могут работать периодически для того, чтобы снизить частоту других измерений.
Второй подход относится к использованию определения движения для обеспечения проверки работы других датчиков. Сигналы акселерометра могут быть использованы, например, для проверки того, имеет ли место контакт оптического датчика (например, ФПГ-датчика) с кожей. Если нет, то пользователю может быть выдана рекомендация затянуть повязку или повторно надеть повязку.
Таким образом, субъекту может быть выдано предупреждение о том, что контакт с датчиком был утрачен, в зависимости от характеристик сигнала с датчика движения. В частности, отсутствие локальных сигналов ускорения (т.е. отсутствие определенного сигнала пульса) может быть показателем того, что контакт датчика был утрачен.
Третий подход относится к комбинации множества датчиков движения. Система оптического датчика чувствительна к изменениям объема крови в поверхностных слоях кожи, тогда как система датчика движения чувствительна к изменениям объема крови глубоко в ткани.
Соотношение двух показателей является показательным в отношении структуры и реакции кровеносных сосудов. Кроме того, может быть вычислена средняя частота сердечных сокращений следующим образом:
w*M1+(1-w)*M2.
Здесь, w - это весовой коэффициент, который может быть определен на основе достоверности первого функционала M1 (т.е. основанного на движении) и второго функционала M2, например, на основе ФПГ, биоимпеданса или емкости. Достоверность M1 или M2 может быть основана на уровне искажения сигналов для определения весового коэффициента w.
Когда включено ФПГ-определение, искажение сигнала окружающим светом может быть компенсировано известным технологиями, например, путем использования рабочего цикла, в котором СИД включаются и выключаются, и в котором сигнал в нерабочем состоянии вычитается из сигнала в рабочем состоянии. Кроме того, может быть использована селективная по углу фильтрация перед ФПГ-фотодетектором или селективная по длине волны фильтрация (например, инфракрасный блокирующий фильтр).
Изобретение представляет основной интерес для носимого устройства для определения пульса для получения одного или более из частоты сердечных сокращений, вариабельности частоты сердечных сокращений и сердечного ритма (например, определения артериальной фибрилляции). Кроме того, может быть получена частота дыхания. Такое носимое устройство может быть использовано в общей больничной палате или в домашних условиях.
Как указано выше, основным исследуемым физиологическим параметром является частота сердечных сокращений или параметры, связанные с частотой сердечных сокращений. Другие возможные измерения включают кислородную сатурацию крови (SpO2) с использованием датчика SpO2, измерения ЭКГ с использованием ЭКГ-электродов в контакте с кожей, а также ультразвуковые измерения с использованием ультразвукового преобразователя.
Как описано выше, в вариантах реализации используется контроллер. Контроллер может быть реализован многочисленными способами, с помощью средств программного и/или аппаратного обеспечения, для выполнения различных необходимых функций. Процессор является одним примером контроллера, который использует один или более микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с использованием программного обеспечения (например, микрокода) на выполнение необходимых функций. Однако контроллер может быть реализован с использованием процессора и без него, а также он может быть реализован в качестве комбинации аппаратного обеспечения специального назначения для выполнения некоторых функций и процессора (например, одного или более запрограммированных микропроцессоров и связанной схемы) для выполнения других функций.
Примеры компонентов контроллера, которые могут быть использованы в различных вариантах реализации настоящего изобретения, включают, но без ограничения, традиционные микропроцессоры, интегральные схемы специального назначения (ИССН или ASIC) и программируемые пользователем вентильные матрицы (ППВМ).
В различных вариантах осуществления процессор или контроллер может быть связан с одним или более хранилищем, таким как энергозависимая или энергонезависимая компьютерная память, такая как ОЗУ, ППЗУ, СППЗУ и ЭСППЗУ. Хранилище может быть кодировано одной или более программами, которые выполняют необходимые функции при исполнении на одном или более процессорах и/или контроллерах. Различные хранилища могут находиться в пределах процессора или контроллера, или могут перемещаться, так что одна или более программа, хранящихся на них, могут быть загружены в процессор или контроллер.
Другие вариации описанных примеров могут быть поняты и реализованы специалистом в данной области техники при осуществлении настоящего изобретения на практике после ознакомления с чертежами, описанием и прилагаемой формулой изобретения. В пунктах формулы изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а грамматические показатели единственного числа не исключают множественного числа. Сам по себе тот факт, что некоторые меры перечислены во взаимно отличающихся зависимых пунктах, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть с успехом использована. Все ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие ее объем.