УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
HEART RATE MONITOR DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к устройству мониторинга сердечных сокращений для мониторинга частоты сердечных сокращений пользователя, способу мониторинга частоты сердечных сокращений пользователя и компьютерной программе для мониторинга частоты сердечных сокращений пользователя.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Мониторинг частоты сердечных сокращений пользователя, например, с помощью оптических датчиков, является хорошо известным. В этом случае оптический датчик излучает свет на кожу пользователя. Излученный свет рассеивается кожей, а отраженный свет покидает кожу и регистрируется соответствующим датчиком. На основании сигналов, полученных от датчика, можно определить частоту сердечных сокращений пользователя.
US 2007/0244398 А1 раскрывает пульсометр или монитор сердечного ритма, который использует ультразвук, инфракрасный свет, измерение давления, радиочастотное излучение и лазерную технологию для измерения частоты сердечных сокращений. Кроме того, такой монитор сердечных сокращений также реализует алгоритм экономии энергии. Он выполняется путем снижения или отключения питания датчиков между ожидаемыми сокращениями сердца.
US 2014/0073486 А1 раскрывает легкую и пригодную для ношения систему, которая выполнена с возможностью непрерывно собирать данные о различных физиологических показателях пользователя. Такая система содержит монитор сердечных сокращений для мониторинга частоты сердечных сокращений пользователя. Система содержит модуль обработки, который может принимать данные о движении пользователя, используя, например, акселерометр. Модуль обработки может обрабатывать данные о движении для определения состояния движения пользователя и, на основании состояния движения, может корректировать режим работы монитора сердечных сокращений.
ЕР 2457505 А1 раскрывает массив датчиков, содержащий один или более датчиков. Датчик получает управляющий сигнал и конвертирует его в поток данных. Датчики могут включать в себя датчики, носимые пользователем, такие как монитор сердечного ритма. Один или более датчиков в массиве датчиков могут иметь динамическую частоту выборки. Например, если управляющий сигнал, измеренный датчиком, отличается от значения, прогнозируемого на основании модели, или выходит за пределы определенного порогового диапазона, датчик может в ответ увеличивать или уменьшать свою частоту выборки.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание устройства и системы мониторинга сердечных сокращений, соответствующего способа и компьютерной программы для мониторинга частоты сердечных сокращений пользователя с улучшенной способностью экономии энергии.
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложено устройство мониторинга сердечных сокращений для мониторинга частоты сердечных сокращений пользователя. Такое устройство мониторинга сердечных сокращений содержит по меньшей мере один основной датчик для измерения или определения частоты сердечных сокращений пользователя. Указанный по меньшей мере один основной датчик имеет первый уровень потребления энергии. Указанное устройство мониторинга сердечных сокращений также содержит блок управления питанием для управления работой и/или потреблением энергии указанного по меньшей мере одного основного датчика на основании данных измерений или информации от по меньшей мере одного вспомогательного датчика, который измеряет по меньшей мере один физиологический показатель, влияющий на частоту сердечных сокращений пользователя. По меньшей мере один вспомогательный датчик имеет второй уровень потребления энергии, который меньше уровня потребления энергии указанного по меньшей мере одного основного датчика. Устройство мониторинга сердечных сокращений содержит блок модели для оценки или прогнозирования частоты сердечных сокращений пользователя на основании модели, которая хранится в блоке модели, и информации, полученной от указанного по меньшей мере одного вспомогательного датчика. Указанный блок модели соединен с блоком управления питанием с помощью контура обратной связи таким образом, что блок управления питанием выполнен с возможностью уменьшать частоту выборки и/или интенсивность измерений основного датчика, если оценка частоты сердечных сокращений и измеренная частота сердечных сокращений соответствуют друг другу.
Благодаря использованию по меньшей мере одного вспомогательного датчика со сниженным потреблением энергии для измерения или определения по меньшей мере одного физиологического показателя, влияющего на частоту сердечных сокращений, можно управлять работой и/или потреблением энергии по меньшей мере одного основного датчика. Потребление энергии по меньшей мере одного основного датчика может быть снижено путем включения и выключения по меньшей мере одного датчика, уменьшения частоты замеров пользователя и/или уменьшения интенсивности на выходе датчика. Информация или данные измерений от вспомогательного датчика используются в качестве входных данных для блока управления питанием. Иными словами, управление работой и/или потреблением энергии основных датчиков выполняется с использованием выходных данных вспомогательных датчиков. На основании модели, которая хранится в блоке модели, и данных измерений от вспомогательного датчика можно спрогнозировать частоту сердечных сокращений пользователя. Имея прогнозируемую частоту сердечных сокращений, предоставленную блоком модели, блок управления питанием может надежно определить, изменять ли режим работы основного датчика для уменьшения его потребления энергии. Если частота сердечных сокращений пользователя может быть спрогнозирована с достаточной достоверностью, это может позволить блоку управления питанием управлять основном датчиком для снижения его потребления энергии. Например, если физиологические показатели стабильные, тогда частоту сердечных сокращений можно будет оценить с хорошей точностью, и информация от основного датчика, измеряющего частоту сердечных сокращений не потребуется, вследствие чего потребление энергии основном датчиком может быть снижено.
Соответственно, для экономии энергии, можно выключить основной датчик частоты сердечных сокращений, уменьшить частоту его выборки или снизить интенсивность измерений. Все указанные действия выполняются на основании информации, полученной от вспомогательных датчиков.
В соответствии со следующим аспектом данного изобретения, к физическим факторам, которые влияют на частоту сердечных сокращений и измеряются вспомогательными датчиками, относятся дыхание пользователя, скорость движения пользователя, ускорение пользователя, влажность кожи пользователя, высота пользователя над уровнем моря и/или температура пользователя. Известно, что указанные физиологические показатели влияют на частоту сердечных сокращений человека. Поэтому указанные факторы измеряются, выполняется прогноз или оценка частоты сердечных сокращений пользователя и, таким образом, в конкретных случаях работа основного датчика частоты сердечных сокращений может быть скорректирована, в частности, для снижения потребления энергии.
В соответствии с аспектом данного изобретения, указанный по меньшей мере один вспомогательный датчик может быть внутренним или наружным датчиком по отношению к устройству мониторинга сердечных сокращений. Иными словами, основное и вспомогательные датчики могут быть установлены в отдельном корпусе, или по меньшей мере один вспомогательный датчик может быть установлен за пределами корпуса по меньшей мере одного основного датчика. Соответственно, по меньшей мере один вспомогательный датчик может быть установлен рядом с основном датчиком или в другом положении.
В соответствии с аспектом данного изобретения, предложен способ мониторинга частоты сердечных сокращений пользователя. Указанный способ включает этап измерения частоты сердечных сокращений пользователя по меньшей мере одним основном датчиком, причем указанный по меньшей мере один основной датчик имеет первый уровень потребления энергии, и этап управления работой и/или потреблением энергии по меньшей мере одного основного датчика на основании информации, полученной от по меньшей мере одного вспомогательного датчика, выполненного с возможностью измерения по меньшей мере одного физиологического показателя, влияющего на частоту сердечных сокращений пользователя, при этом указанный по меньшей мере один вспомогательный датчик имеет второй уровень потребления энергии, который меньше первого уровня потребления энергии. Указанный способ также включает этап оценки частоты сердечных сокращений пользователя на основании модели, которая хранится в блоке модели, и информации, полученной от указанного по меньшей мере одного вспомогательного датчика, и этап сравнения оценки частоты сердечных сокращений с измеренной частотой сердечных сокращений и уменьшения частоты выборки и/или интенсивности измерений основного датчика, если оценка частоты сердечных сокращений и измеренная частота сердечных сокращений соответствуют друг другу.
Эти и другие аспекты данного изобретения станут понятными после изучения вариантов реализации, описанных ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На следующих чертежах:
Фиг. 1 показывает схематическую блок-схему системы мониторинга сердечных сокращений в соответствии с данным изобретением.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система мониторинга сердечных сокращений по настоящему изобретению основана на следующем принципе. Основной датчик, например оптический датчик, используется для измерения частоты сердечных сокращений пользователя. Вспомогательный датчик малого потребления энергии используется для измерения или определения физиологических показателей, влияющих на частоту сердечных сокращений пользователя. Информация, полученная от вспомогательных датчиков, используется для управления работой и потреблением энергии основного датчика. Если, на основании информации от вспомогательного датчика, блок управления определяет, например, что частота сердечных сокращений является стабильной, тогда, например, частота выборки основного датчика может быть снижена. Если вспомогательные датчики определяют, что, например, вследствие движения пользователя его частота сердечных сокращений будет увеличиваться, тогда, например, частота выборки основного датчика может быть снова увеличена.
Фиг. 1 показывает схематическую блок-схему системы мониторинга сердечных сокращений по данному изобретению. Система 100 мониторинга сердечных сокращений включает по меньшей мере один основной датчик 110 для измерения или определения частоты сердечных сокращений пользователя, по меньшей мере один вспомогательный датчик 120 для измерения или определения по меньшей мере одного физиологического показателя, влияющего на частоту сердечных сокращений пользователя. Система 100 мониторинга сердечных сокращений также дополнительно включает блок 131 управления для управления работой по меньшей мере одного основного датчика 110. Дополнительно предусмотрен блок 132 обработки для обработки выходных данных с по меньшей мере одного основного датчика 110 для определения частоты сердечных сокращений пользователя. Кроме того, система мониторинга сердечных сокращений может включать дисплей 140 для отображения частоты сердечных сокращений и/или выход 150 для вывода данных об измеренной или определенной частоте сердечных сокращений.
В соответствии с аспектом данного изобретения, система 100 мониторинга сердечных сокращений может быть установлена на запястье или предплечье руки или за ухом пользователя.
Основной датчик 110 может быть реализован в виде оптического датчика, который содержит источник света, например в виде светоизлучающего диода (СИД), для генерирования искусственного света. Указанный источник света излучает искусственный свет на поверхность кожи пользователя. Излученный искусственный свет частично поглощается кровью в кровеносных сосудах внутри кожи, может испытывать рассеяние на коже и может отражаться обратно на фотодетектор, который также может быть частью оптического датчика 110. Фотодетектор улавливает отраженный от кожи пользователя свет и генерирует выходной сигнал.
Выходной сигнал оптического датчика 110 может быть направлен в блок 132 обработки. Кроме того, блок 132 обработки может также быть установлен в оптическом датчике 110. Блок 132 обработки принимает сигнал от оптического датчика 110 и определяет частоту пульса или частоту сердечных сокращений пользователя на основании выходного сигнала основного датчика 110.
Система 100 мониторинга сердечных сокращений также содержит блок 160 управления питанием. Блок 160 управления питанием предназначен для управления потреблением энергии и/или работой системы мониторинга сердечных сокращений и, в частности, для управления потреблением энергии основного датчика 110. Блок 160 управления питанием может быть реализован как отдельное устройство. В дополнительном или альтернативном варианте функцию блока 160 управления питанием могут выполнять блок 131 управления или блок 132 обработки. Кроме того, блок 131 управления, блок 132 обработки и блок 160 управления питанием могут быть реализованы в виде микроконтроллера 130. Система мониторинга сердечных сокращений также содержит блок 133 модели, который также может быть реализован в виде микроконтроллера 130.
В соответствии с аспектом данного изобретения, управление питанием использует информацию 126 от вспомогательных датчиков для управления потреблением энергии основного датчика или всей системы мониторинга сердечных сокращений. В частности, дополнительная информация от вспомогательных датчиков может использоваться для управления активацией и деактивацией (включением/выключением) основного датчика, частотой выборки и/или интенсивностью измерений основного датчика 110. Иными словами, можно сократить потребление энергии основного датчика 110 или всей системы.
Хорошо известно, что частота сердечных сокращений человека зависит от различных факторов, таких как физическое состояние, скорость движения, активность и эмоциональное состояние человека, а также от внутренних и внешних факторов. С помощью вспомогательных датчиков может быть собрана информация, имеющая отношение к факторам, которые влияют на частоту сердечных сокращений. Физиологическими показателями, которые могут измеряться вспомогательными датчиками, являются дыхание, скорость движения пользователя, ускорение пользователя, влажность кожи пользователя, высота над уровнем моря и т.д.
На основании информации 126 о физических факторах, определяемых вспомогательными датчиками 120, блок 160 управления питанием может осуществлять управление работой и/или потреблением энергии основного датчика 110. Такое управление может выполняться в том случае, если информация, полученная от вспомогательных датчиков, является достаточной для оценки или прогноза частоты сердечных сокращений пользователя. Если такие прогноз или оценка являются достаточно хорошими, в таком случае, например, может быть уменьшена частота выборки основного датчика. В дополнительном или альтернативном варианте основной датчик 110 может быть активирован и деактивирован по меньшей мере на протяжении периода времени, когда частота сердечных сокращений может быть оценена достаточно точно. Однако, если происходят изменения частоты сердечных сокращений, которые можно определить по выходным данным вспомогательных датчиков (например, как изменение характера движения пользователя), можно снова активировать основной датчик для определения точной частоты сердечных сокращений.
Иными словами, на протяжении периодов времени, когда частота сердечных сокращений является постоянной или в значительной степени постоянной, частоту выборки основного датчика можно уменьшать. В альтернативном варианте на протяжении таких периодов времени можно деактивировать основной датчик для экономии энергии.
В соответствии с аспектом данного изобретения, управление активацией и деактивацией (включением/выключением основного датчика) может выполняться блоком 160 управления питанием. Если один из вспомогательных датчиков, например, акселерометр 124, определяет, что пользователь выполняет ритмичное движение или не двигается, тогда можно установить, что частота сердечных сокращений пользователя также не будет существенно изменяться. Как только вспомогательные датчики 120 регистрируют изменение в движении или характере движения пользователя, основной датчик 100 частоты сердечных сокращений может быть снова активирован для измерения фактической частоты сердечных сокращений пользователя.
В соответствии с аспектом данного изобретения, может осуществляться управление основном датчиком 100 частоты сердечных сокращений для измерения частоты сердечных сокращений в заданные интервалы времени, длительность которых может варьироваться в зависимости от изменения движения пользователя. Если пользователь проявляет двигательную активность преимущественно время от времени, а не постоянно, в таком случае потребление энергии можно снизить.
В соответствии с аспектом данного изобретения, вспомогательными датчиками могут быть датчик 121 влажности, альтиметр 122, датчик 123 GPS, акселерометр 124 и/или датчик 125 давления. Датчик 121 влажности может использоваться для измерения влажности кожи пользователя. Влажность кожи пользователя может быть показателем, отображающим эмоции, физиологическое состояние и изменение настроения пользователя. Альтиметр 122 может, например, использоваться для определения высоты пользователя над уровнем моря. Она может показывать, идет ли пользователь по горизонтальной поверхности или поднимается вверх/спускается вниз и т.д. Датчик 123 GPS может использоваться как датчик скорости, например, для определения того, что пользователь едет на велосипеде, быстро бежит и т.д.
Датчик 125 давления может использоваться для измерения атмосферного давления. Данные этого датчика могут использоваться альтиметром или гидрометеостанцией. Если атмосферное давление высокое, могут быть люди, реагирующие на это повышением частоты сердечных сокращений.
В соответствии с аспектом данного изобретения, система мониторинга сердечных сокращений включает блок 133 модели. Выходные данные с вспомогательных датчиков 120 поступают в блок 133 модели, и, на основании модели, которая хранится в блоке 133 модели, на основании информации 126 от вспомогательных датчиков 120 прогнозируется или оценивается частота сердечных сокращений. Указанный блок модели соединен с блоком управления питанием с помощью контура обратной связи, и далее прогнозируемая частота сердечных сокращений используется блоком 160 управления питанием для управления работой и/или потреблением энергии основного датчика.
Управление работой основного датчика частоты сердечных сокращений может осуществляться блоком 160 управления питанием путем управления частотой выборки и интенсивностью измерений. Если основной датчик 110 реализован, например, в виде оптического датчика, можно регулировать частоту выборки и яркость света оптических датчиков. Например, на основании спрогнозированной частоты сердечных сокращений, которая является выходными данными блока 130 модели, блок 160 управления питанием может уменьшить частоту выборки или уменьшить яркость источников света оптического датчика.
В соответствии с аспектом данного изобретения, блок 160 управления питанием может сравнивать прогнозируемую частоту сердечных сокращений блока 133 модели с частотой сердечных сокращений, измеряемой основном датчиком 110. Если разница между измеренной и прогнозируемой частотами сердечных сокращений небольшая (то есть, прогнозируемая и измеренная частоты сердечных сокращений соответствуют друг другу), тогда частоту выборки или интенсивность измерений можно уменьшить. Однако, если разница между измеренной и прогнозируемой частотами сердечных сокращений большая, в таком случае можно увеличить частоту выборки и/или интенсивность измерений (яркость света).
В соответствии с данным изобретением, система 100 мониторинга сердечных сокращений может иметь корпус, который содержит основной датчик 110 и по меньшей мере один вспомогательный датчик 120. Однако, в альтернативном варианте вспомогательные датчики 120 могут быть установлены за пределами корпуса основного датчика 110. Например, некоторые из вспомогательных датчиков могут быть частью внешнего устройства, такого как смартфон и т.п. Вспомогательные датчики 120 также могут устанавливаться на других частях тела, как и корпус основного датчика 110.
В соответствии с данным изобретением, вспомогательный датчик 120 является датчиком движения, таким как акселерометр. Таким образом, блок 133 модели в состоянии прогнозировать частоту сердечных сокращений пользователя на основании модели, которая хранится блоке модели с учетом данных текущего измерения и предыдущих измерений, полученных от датчика движения. Например, прогнозируется частота сердечных сокращений в состоянии покоя, если измеряется небольшое движение, и прогнозируется частота сердечных сокращений большая, чем частота сердечных сокращений в состоянии покоя, в случае более высокого уровня двигательной активности, измеренного датчиком движения. Спрогнозированную частоту сердечных сокращений получают из моделей, которые хранятся в блоке 133 модели. Такие модели задают поведение частоты сердечных сокращений как функцию движения с учетом, например, таких параметров, как температура тела пользователя, высота над уровнем моря, возраст пользователя и т.д.
Система мониторинга сердечных сокращений может быть выполнена как устройство, которое надевается на запястье. Система мониторинга сердечных сокращений также может быть выполнена как устройство, которое носится пользователем на ухе или за ухом. Устройство мониторинга также может быть частью очков, которые носит пользователь. Устройство мониторинга сердечных сокращений также может быть частью слухового аппарата или может носиться пользователем.
Основной датчик 110 может быть реализован в виде оптического датчика, электрического датчика и/или датчика давления. Вспомогательные датчики могут быть реализованы в виде датчика влажности, датчика скорости, датчика ускорения, альтиметра и т.д. У вспомогательных датчиков уровень потребления энергии ниже, чем у основного датчика.
В пунктах формулы изобретения слово «содержит» не исключает другие элементы или этапы, а неопределенные артикли "а" и "an" не исключают множественное число.
Отдельный блок или устройство может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам по себе тот факт, что определенные меры перечислены во взаимозависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация таких мер не может с успехом использоваться.
Такие операции, как измерение частоты сердечных сокращений или физиологических показателей, влияющих на частоту сердечных сокращений пользователя, управление работой и/или потреблением энергии основного датчика, выполняемые одним или несколькими блоками или устройствами, могут выполняться любым другим количеством блоков или устройств. Указанные операции и управление системой мониторинга сердечных сокращений в соответствии со способом мониторинга частоты сердечных сокращений пользователя могут быть реализованы как средства программного кода компьютерной программы и/или в виде специализированных аппаратных средств.
Компьютерная программа может храниться и/или распространяться на соответствующем носителе информации, таком как оптическое или твердотельное запоминающее устройство, которые поставляются вместе или как часть других аппаратных средств, но может также распространяться другими способами, например, через сеть Интернет или с помощью других проводных или беспроводных телекоммуникационных систем.
Все ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие ее объем.