用于经由光机械来检测运动的方法和设备与流程
本发明一般地涉及监视装置和方法，并且更具体地，涉及用于测量生理信息的监视装置和方法。
背景技术：
1、能够监测生理信息(诸如，心率)的可穿戴装置正被越来越多地使用。这些装置以各种形式要素出现，包括构造为佩戴在耳朵或者身体的其它部位处的装置，并且包括个人携带或者佩戴的装置，诸如，智能手机等。通过引用的方式全部并入本文的美国专利第8,652,040号、第8,700,111号、第8,647,270号、第8,788,002号、第8,886,269号、以及第8,929,965号描述了构造为监测生理信息的各种可穿戴装置，包括头戴式装置(headset)、耳塞(earbud)、和腕带。
2、从受试者获得的生理信息可以用于生成受试者的各种类型的健康和健身评估。例如，使用并入到可穿戴监视装置中的光电容积描记(ppg)传感器，可以在受试者的日常活动期间测量血液流动信息，并且可以使用该信息来生成评估，诸如，最大耗氧量vo2max、总能量消耗(tee)等。
3、遗憾的是，来自可穿戴装置的生理传感器的生物计量信号通常包括受试者运动相关的噪声，而ppg传感器对运动相关的噪声特别敏感。此外，使用基于加速度计或者陀螺仪的信号作为用于清除ppg信号的运动噪声参考的努力已经取得的成果有限，因为这些运动相关的信号不能完全地表示ppg信号中反映的运动噪声特征。同样，可能需要进行复杂的信号处理以便从嵌在传感器信号中的运动相关的噪声提取纯生物计量信息(即，心率、呼吸率)。
技术实现思路
1、应该领会的是，提供本
技术实现要素：
的目的在于以简化的形式介绍对构思的选择，下面在具体实施方式中对这些构思进行了进一步描述。本发明内容既不意图确认本公开的关键特征或者基本特征，也不意图限制本发明的范围。
2、本发明的实施例通过独立于生物计量信号生成运动参考信号并且然后使用该运动参考信号来从生物计量信号去除运动伪影来有助于从生物计量监视器(诸如，ppg传感器等)提取更清楚的生物计量信号。
3、根据本发明的一些实施例，一种用于感测生理信息和身体运动信息的装置包括至少一个光学发射器和至少一个光学检测器、以及至少两条光学路径。一条光学路径构造为通过感测来自至少一个发射器的通过身体运动散射的光来感测身体运动信息。另一光学路径构造为通过感测来自至少一个发射器的通过血液流动从身体散射的光来感测生理信息。
4、根据本发明的一些实施例，一种生物计量传感器模块包括：外壳；稳定器构件，稳定器构件由外壳支撑；至少一个光学发射器，至少一个光学发射器由外壳支撑；以及至少一个光学检测器，至少一个光学检测器由外壳支撑。至少一个光学发射器构造为经由第一光学路径将光引导到受试者的身体中并且沿着第二光学路径将光引导到稳定器构件处。第一和第二光学路径可彼此光学隔离。至少一个光学检测器构造为检测来自受试者的身体的光并且生成包括受试者生理信息的第一信号，并且还构造为检测由稳定器构件反射的光并且生成包括受试者运动信息的第二信号。传感器模块可包括至少一个信号处理器，至少一个信号处理器构造为处理第一和第二信号以使得从第一信号中去除运动伪影。
5、在一些实施例中，稳定器构件可包括构造为传递、阻挡、或者散射表示受试者运动的多个不同波长的光的光学滤光器。在其它实施例中，至少一个光学发射器可构造为以多个不同的波长将光引导到受试者的身体中和/或引导到稳定器构件处。
6、在一些实施例中，至少一个光学发射器包括第一光学发射器，第一光学发射器构造为经由第一光学路径将光引导到受试者的身体中；以及第二光学发射器，第二光学发射器构造为沿着第二光学路径将光引导到稳定器构件处。第二光学发射器可包括至少一个光学元件，至少一个光学元件构造为将光引导到稳定器构件(诸如，透镜、滤波器、和/或反射元件)处。
7、在一些实施例中，至少一个光学检测器包括第一光学检测器，第一光学检测器构造为检测来自受试者的身体的光并且生成包括受试者生理信息的第一信号；以及第二光学检测器，第二光学检测器构造为检测由稳定器构件反射的经物理调制的光并且生成包括受试者运动信息的第二信号。由稳定器构件反射的光由于受试者运动而被物理调制。
8、在一些实施例中，稳定器构件由外壳可移动地支撑并且包括从外壳延伸并且与受试者的身体接合的部分。
9、在一些实施例中，第一光学路径和/或第二光学路径包括光导材料。
10、在一些实施例中，外壳包括基本上不透明的材料。
11、在一些实施例中，传感器模块构造为定位在受试者的耳朵处或者耳朵内。在其它实施例中，传感器模块构造为固定到受试者的附肢或者其它身体部位、或者甚至集成在由受试者穿戴的衣物内。
12、在一些实施例中，传感器模块包括血液流动刺激器，血液流动刺激器构造为在至少一个光学检测器检测到来自身体的光并且生成生理信息信号的时刻或者之前增加受试者的经由第一光学路径接收到光的身体的部位处的血液灌注。
13、根据本发明的其它实施例，一种构造为由受试者佩戴的传感器模块包括：外壳；至少一个光学发射器，至少一个光学发射器由外壳支撑；以及至少一个光学检测器，至少一个光学检测器由外壳支撑。至少一个光学发射器构造为经由第一光学路径将光引导到受试者的身体中并且沿着第二光学路径将光引导到身体处。第一和第二光学路径可彼此光学隔离。至少一个光学检测器构造为检测来自受试者的身体的光并且生成包括受试者生理信息的第一信号，以及其中，至少一个光学检测器构造为检测由身体反射的光并且生成包括受试者运动信息的第二信号。该反射光可能由于受试者运动而被物理调制。传感器模块可包括至少一个信号处理器，至少一个信号处理器构造为处理第一和第二信号以从第一信号去除运动伪影。
14、在一些实施例中，至少一个光学发射器包括第一光学发射器，第一光学发射器构造为经由第一光学路径将光引导到受试者的身体中；以及第二光学发射器，第二光学发射器构造为沿着第二光学路径将光引导到身体处。
15、在一些实施例中，至少一个光学检测器包括第一光学检测器，第一光学检测器构造为检测来自受试者的身体的光并且生成包括受试者生理信息的第一信号；以及第二光学检测器，第二光学检测器构造为检测由身体反射的光并且生成包括受试者运动信息的第二信号。
16、在一些实施例中，第一光学路径和/或第二光学路径包括光导材料。
17、在一些实施例中，外壳包括基本上不透明的材料。
18、在一些实施例中，至少一个光学发射器构造为以多个不同的波长将光引导到受试者的身体中和/或引导到受试者的身体处。
19、在一些实施例中，传感器模块构造为定位在受试者的耳朵处或者耳朵内。在其它实施例中，传感器模块构造为固定到受试者的附肢或者其它身体部位、或者甚至集成在受试者所穿戴的衣物内。
20、在一些实施例中，传感器模块包括血液流动刺激器，血液流动刺激器构造为在至少一个光学检测器检测到来自身体的光并且生成生理信息信号的时刻或者之前增加受试者的经由第一光学路径接收到光的身体的部位处的血液灌注。
21、根据本发明的其它实施例，一种构造为由受试者佩戴的传感器模块包括：外壳；至少一个光学发射器和至少一个光学检测器，至少一个光学发射器和至少一个光学检测器由外壳支撑；以及稳定器构件，稳定器构件由外壳可移动地支撑。稳定器构件包括如下部分，所述部分延伸穿过外壳中的第一孔并且构造为与受试者的身体接合。至少一个光学发射器构造为将光引导通过外壳中的第二孔并且经由第一光学路径将光引导到受试者的身体中并且沿着第二光学路径将光引导到外壳内的稳定器构件的一部分处。第一和第二光学路径可彼此光学隔离。至少一个光学检测器构造为经由外壳中的第三孔检测来自受试者的身体的光并且生成包括受试者生理信息的第一信号，以及其中，至少一个光学检测器构造为检测由稳定器构件反射的光并且生成包括受试者运动信息的第二信号。传感器模块可包括至少一个信号处理器，至少一个信号处理器构造为处理第一和第二信号以使得从第一信号去除运动伪影。
22、在一些实施例中，至少一个光学发射器包括至少一个第一光学发射器，至少一个第一光学发射器构造为经由第一光学路径将光引导到受试者的身体中；以及至少一个第二光学发射器，至少一个第二光学发射器构造为沿着第二光学路径将光引导到稳定器构件处。
23、在一些实施例中，光导由外壳支撑，并且至少一个光学发射器构造为经由光导将光引导到受试者的身体中。光导可包括延伸穿过外壳中的相应孔并且构造为与受试者的身体的部分接合的多个部分。
24、在一些实施例中，外壳由基本上不透明的材料形成。
25、在一些实施例中，传感器模块构造为定位在受试者的耳朵处或者耳朵内。在其它实施例中，传感器模块构造为固定到受试者的附肢或者其它身体部位、或者甚至集成在受试者所穿戴的衣物内。
26、在一些实施例中，传感器模块包括血液流动刺激器，血液流动刺激器构造为在至少一个光学检测器检测到来自身体的光并且生成生理信息信号的时刻或者之前增加受试者的经由第一光学路径接收到光的身体的部位处的血液灌注。
27、根据本发明的其它实施例，一种构造为由受试者佩戴的传感器模块包括：外壳；第一和第二光学发射器，第一和第二光学发射器由外壳支撑；光学检测器，光学检测器由外壳支撑；以及第一和第二光导，第一和第二光导由外壳支撑。第一光导与第一光学发射器光学连通并且限定第一光学路径，并且第二光导与第二光学发射器光学连通并且限定第二光学路径。第一和第二光学路径可彼此光学隔离。第一光学发射器构造为经由第一光学路径将光引导到受试者的身体中，并且第二光学发射器构造为经由第二光学路径将光引导到受试者的身体处。光学检测器构造为检测来自受试者的身体的光并且生成包括受试者生理信息的第一信号。光学检测器还构造为检测由受试者的身体反射的光并且生成包括受试者运动信息的第二信号。由身体反射的光可由于受试者运动而被物理调制。传感器模块可包括至少一个信号处理器，至少一个信号处理器构造为处理第一和第二信号以使得从第一信号去除运动伪影。
28、在一些实施例中，第一光导包括如下部分，所述部分延伸穿过外壳中的孔并且构造为与受试者的身体接合。
29、在一些实施例中，外壳由基本上不透明的材料形成。
30、在一些实施例中，传感器模块构造为定位在受试者的耳朵处或者耳朵内。在其它实施例中，传感器模块构造为固定到受试者的附肢或者其它身体部位、或者甚至集成在由受试者穿戴的衣物内。
31、在一些实施例中，传感器模块包括血液流动刺激器，血液流动刺激器构造为在光学检测器检测到来自身体的光并且生成生理信息信号的时刻或者之前增加受试者的经由第一光学路径接收到光的身体的部位处的血液灌注。
32、根据本发明的其它实施例，一种构造为由受试者佩戴的传感器模块包括：外壳；至少一个光学检测器，至少一个光学检测器由外壳支撑；至少一个光学发射器，至少一个光学发射器由外壳支撑；以及稳定器构件，稳定器构件由外壳可移动地支撑。稳定器构件包括从外壳延伸并且与受试者的身体接合的部分。至少一个光学发射器构造为经由第一光学路径将光引导到受试者的身体中并且沿着第二光学路径将光引导到至少一个光学检测器处。第一和第二光学路径通常彼此光学隔离。稳定器构件构造为通过调制第二光学路径的体积来调制第二光学路径中的光量。
33、至少一个光学检测器构造为检测来自受试者的身体的光并且生成包含受试者生理信息的第一信号。至少一个光学检测器构造为检测第二光学路径中的光并且生成包含受试者运动信息的第二信号。传感器模块可包括至少一个信号处理器，至少一个信号处理器构造为处理第一和第二信号以使得从第一信号去除运动伪影。
34、在一些实施例中，第一光学路径和/或第二光学路径包括光导材料。
35、在一些实施例中，第二光学路径包括多个光通道，并且稳定器构件构造为响应于受试者运动通过调制多个光通道的体积来调制第二光学路径中的光量。
36、在一些实施例中，外壳包括基本上不透明的材料。
37、在一些实施例中，传感器模块构造为定位在受试者的耳朵处或者耳朵内。在其它实施例中，传感器模块构造为固定到受试者的附肢或者其它身体部位、或者甚至集成在由受试者穿戴的衣物内。
38、在一些实施例中，传感器模块包括血液流动刺激器，血液流动刺激器构造为在至少一个光学检测器检测到来自身体的光并且生成生理信息信号的时刻或者之前增加受试者的经由第一光学路径接收到光的身体的部位处的血液灌注。
39、根据本发明的其它实施例，一种构造为由受试者佩戴的传感器模块包括：外壳；压力换能器，压力换能器由外壳支撑；至少一个光学发射器，至少一个光学发射器由外壳支撑；至少一个光学检测器，至少一个光学检测器由外壳支撑；以及稳定器构件，稳定器构件由外壳可移动地支撑。稳定器构件构造为响应于受试者运动而调制压力换能器，并且包括从外壳延伸并且与受试者的身体接合的部分。至少一个光学发射器构造为将光引导到受试者的身体中。至少一个光学检测器构造为检测来自受试者的身体的光并且生成包含受试者生理信息的第一信号。压力换能器构造为生成包含受试者运动信息的第二信号。传感器模块可包括至少一个信号处理器，至少一个信号处理器构造为处理第一和第二信号以使得从第一信号去除运动伪影。
40、在一些实施例中，传感器模块构造为定位在受试者的耳朵处或者耳朵内。在其它实施例中，传感器模块构造为固定到受试者的附肢、或者甚至集成在由受试者穿戴的衣物内。
41、在一些实施例中，传感器模块包括血液流动刺激器，血液流动刺激器构造为在至少一个光学检测器检测到来自身体的光并且生成生理信息信号的时刻或者之前增加受试者的经由第一光学路径接收到光的身体的部位处的血液灌注。
42、根据本发明的其它实施例，提供了一种从受试者佩戴的传感器模块所生成的生物计量信号去除运动伪影的方法。传感器模块包括稳定器构件、至少一个光学发射器、以及至少一个光学检测器。所述方法包括：经由第一光学路径将来自至少一个光学发射器的光引导到受试者的身体中；沿着第二光学路径将来自至少一个光学发射器的光引导到稳定器构件处；检测来自受试者的身体的光并且生成包括受试者生理信息的第一信号；检测由稳定器构件反射的光并且生成包括受试者运动信息的第二信号；以及处理第一和第二信号以使得从第一信号去除运动伪影。
43、在一些实施例中，至少一个光学发射器包括第一和第二光学发射器，并且所述方法包括：经由第一光学路径将来自第一光学发射器的光引导到受试者的身体中；以及沿着第二光学路径将来自第二光学发射器的光引导到稳定器构件处。
44、在一些实施例中，至少一个光学检测器包括第一和第二光学检测器，并且所述方法包括：经由第一光学检测器来检测来自受试者的身体的光并且生成包括受试者生理信息的第一信号；以及经由第二光学检测器检测由稳定器构件反射的经物理调制的光并且生成包括受试者运动信息的第二信号。
45、在一些实施例中，第一和第二光学路径彼此光学隔离。
46、根据本发明的其它实施例，提供了一种从受试者佩戴的传感器模块所生成的生物计量信号去除运动伪影的方法。传感器模块包括至少一个光学发射器和至少一个光学检测器，并且所述方法包括：经由第一光学路径将来自至少一个光学发射器的光引导到受试者的身体中并且沿着第二光学路径将光引导到受试者的身体处；检测来自受试者的身体的光并且生成包含受试者生理信息的第一信号；检测由受试者的身体反射的光并且生成包含受试者运动信息的第二信号；以及处理第一和第二信号以使得从第一信号去除运动伪影。
47、在一些实施例中，至少一个光学发射器包括第一和第二光学发射器，并且所述方法包括：经由第一光学路径将来自第一光学发射器的光引导到受试者的身体中；以及沿着第二光学路径将来自第二光学发射器的光引导到身体处。
48、在一些实施例中，至少一个光学检测器包括第一和第二光学检测器，并且所述方法包括：经由第一光学检测器来检测来自受试者的身体的光并且生成包含受试者生理信息的第一信号；以及经由第二光学检测器来检测由身体反射的光并且生成包含受试者运动信息的第二信号。
49、在一些实施例中，第一和第二光学路径彼此光学隔离。
50、根据本发明的其它实施例，一种装置(诸如，智能手机或者其它便携式电子装置)包括：传感器模块，传感器模块构造为从受试者的身体部位获取生理信息；以及血液流动刺激器，血液流动刺激器构造为在传感器模块获取生理信息的时刻或者之前增加在身体部位处的血液灌注。血液流动刺激器可包括构造为增加血液灌注的加热器，诸如，红外(ir)加热器。在一些实施例中，血液流动刺激器包括构造为向身体部分施加物理刺激的机械致动器。例如，在一些实施例中，装置是智能手机，并且血液流动刺激器是智能手机内构造为向使用者提供触觉反馈的振动致动器。
51、在一些实施例中，传感器模块包括稳定器构件、至少一个光学发射器、以及至少一个光学检测器。至少一个光学发射器构造为经由第一光学路径将光引导到受试者的身体中并且沿着第二光学路径将光引导到稳定器构件处。至少一个光学检测器构造为检测来自受试者的身体的光并且生成包括受试者生理信息的第一信号，并且检测由稳定器构件反射的光并且生成包括受试者运动信息的第二信号。
52、在一些实施例中，传感器模块包括至少一个光学发射器和至少一个光学检测器。至少一个光学发射器构造为经由第一光学路径将光引导到受试者的身体中并且沿着第二光学路径将光引导到身体处。至少一个光学检测器构造为检测来自受试者的身体的光并且生成包括受试者生理信息的第一信号，并且检测由身体反射的光并且生成包括受试者运动信息的第二信号。
53、根据本发明的其它实施例，一种可穿戴装置包括光学传感器，光学传感器构造为检测从受试者的身体上的部位以光学方式取得的生理信息并且包括至少一个光学发射器和至少一个光学检测器。可穿戴装置还包括热能生成器，热能生成器构造为升高在所述部位处的身体的温度；温度传感器，温度传感器构造为感测在所述部位处的体温信息；以及至少一个电路，至少一个电路构造为控制至少一个光学发射器、热能生成器、以及温度传感器的电偏置。另外，可穿戴装置包括数据储存器，数据储存器构造为接收并且储存来自所述光学传感器和温度传感器的数据；以及处理器，处理器构造为根据数据储存器中的来自温度传感器的数据处理数据储存器中的来自光学传感器的数据以生成受试者的生理评估。
54、在一些实施例中，至少一个电路构造为在与所述热能生成器的电偏置相关联的设定时间段来电偏置所述至少一个光学发射器。
55、在一些实施例中，至少一个光学发射器包括多个光学发射器，并且至少一个电路构造为在时间上交替偏置多个光学发射器以生成包括光学发射器波长信息和温度信息的数据矩阵。
56、在一些实施例中，光学传感器构造为感测来自所述部位的散射光和发出的光(luminescent light)，并且其中，至少一个电路构造为在时间上交替偏置多个光学发射器以生成包括光学发射器波长信息、温度信息、以及时间信息的数据矩阵。
57、在一些实施例中，至少一个光学检测器包括多个光学检测器，并且多个光学检测器中的至少一者构造为检测光的至少一个波长，所述至少一个波长是所述多个光学检测器中的至少另一者构造为不进行检测的波长。来自多个光学检测器的数据被用于生成数据矩阵，数据矩阵包括光学发射器波长信息和温度信息的数据矩阵。
58、根据本发明的其它实施例，一种可穿戴装置包括传感器模块(诸如，ppg传感器模块)，传感器模块构造为从佩戴装置的受试者的身体部位获取生理信息。可穿戴装置还包括柔性材料的囊袋，囊袋容纳流体，诸如，液体、气体、或者凝胶。囊袋构造为在身体部位处或者附近接触受试者的皮肤。囊袋可具有各种形状和构造。在一些实施例中，囊袋具有在外围包围传感器模块的环形形状。
59、提供了一种压力传感器，压力传感器生成与囊袋内的流体压力变化成比例的信号。压力变化响应于受试者的运动。如此，压力传感器生成可以用于从通过传感器模块获得的生理信息去除运动伪影的运动噪声参考信号。
60、在一些实施例中，囊袋构造为围绕受试者的肢体至少部分地包绕。
61、在一些实施例中，囊袋包括容纳流体的至少一个流体贮器和与该至少一个流体贮器流体连通的多个人造血管。囊袋由于受试者运动而被按压导致流体被迫使从至少一个流体贮器进入到人造血管中，由此在囊袋内生成可以由压力传感器检测到的压力。这种构造会是有用的以更紧密地类似于身体中的静脉血的构造，使得人造结构可生成运动噪声波形，在运动期间，运动噪声波形更紧密地类似于受试者的静脉血当其移动时的运动噪声波形，从而有助于用作如上所描述的噪声参考。应该注意的是，血管和贮器还可包括至少一个气泡部(气穴)以有助于在运动期间的流体流动。在一些实施例中，气泡部的密度和血液的粘度可设计成非常类似于受试者的血液的密度和粘度。在另一实施例中，流体可包括多种流体，每种流体具有不同的密度和/或极性。具有这种流体分布可更紧密地类似于受试者的静脉血的性质。
62、在一些实施例中，压力传感器是mems(微机电系统)装置、隔膜、和/或致动器。在其它实施例中，压力传感器是光机械压力传感器。
63、要注意的是，可将针对一个实施例描述的本发明的方面并入不同的实施例，尽管没有关于此进行具体描述。也就是说，可以按照任何方式和/或组合来组合所有实施例和/或任何实施例的特征。申请人保留更改任何最初提交的权利要求或者相应地提交任何新的权利要求的权利，包括能够将任何最初提交的权利要求修改为依赖于和/或包含任何其它权利要求的任何特征的权利，尽管最初没有按照这种方式进行要求。下面详细解释本发明的这些和其它目标和/或方面。
技术特征：
1.一种从由受试者佩戴的传感器模块生成的生物计量信号中去除运动伪影的方法，其中所述传感器模块包括至少一个光学发射器和至少一个光学检测器，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个光学发射器包括第一光学发射器和第二光学发射器，并且其中所述方法包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个光学检测器包括第一光学检测器和第二光学检测器，并且其中所述方法包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一光学路径和所述第二光学路径彼此光学隔离。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一光学路径构造为使得来自所述第一光学路径的光以第一角度向所述受试者引导，其中第二光学路径构造为使得来自所述第二光学路径的光以不同于所述第一角度的第二角度向所述受试者引导，其中所述第一角度有助于来自所述第一光学路径的光被所述身体吸收，并且其中所述第二角度阻碍来自所述第二光学路径的光被所述身体吸收。
6.一种用于感测生理和身体运动信息的装置，所述装置包括：
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述装置是可穿戴装置。
8.根据权利要求6所述的装置，其中所述装置构造为位于所述受试者的耳朵处或耳朵内。
9.根据权利要求6所述的装置，其中所述装置被构造为固定到所述受试者的附肢、集成在可穿戴装置内、和/或集成在由所述受试者穿戴的衣物内。
10.一种装置，包括：
11.一种可穿戴装置，包括：
技术总结
描述了用于有助于从生物计量监视器提取更清楚的生物计量信号的方法和设备。运动参考信号独立于生物计量信号而生成，并且然后，所述运动参考信号被用于从所述生物计量信号去除运动伪影。
技术研发人员：J·T·沃尔特,S·M·朱斯特,W·沃纳,S·F·勒博夫,J·B·塔克,M·E·奥默,L·C·埃施巴赫,S·龙
受保护的技术使用者：尤卡魔法有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5