Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения



Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения
Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения
Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения
Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения
Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения
Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения
Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения
Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения
Устройство и способ для оценки частоты сердечных сокращений во время движения

 


Владельцы патента RU 2616764:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС Н.В. (NL)

Изобретения относятся к медицине. Способ определения частоты сердечных сокращений человека реализуют с помощью переносного устройства, входящего в состав системы для определения частоты сердечных сокращений. Переносное устройство для определения частоты сердечных сокращений человека содержит блок измерения частоты сердечных сокращений для генерирования сигнала частоты сердечных сокращений, блок измерения движений для измерения движений части тела человека для генерирования сигнала движения и обрабатывающий блок для измерения качества сигнала частоты сердечных сокращений, вычисления частоты сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений, если качество сигнала выше предопределенного порога, и оценки частоты сердечных сокращений на основе сигнала движения, если качество сигнала ниже упомянутого порога. Обрабатывающий блок оценивает частоту сердечных сокращений на основе сигнала движения путем оценки постоянной частоты сердечных сокращений HRconstant и определения экспоненциального изменения частоты сердечных сокращений во времени. Экспоненциальное изменение частоты сердечных сокращений начинается с последней достоверно измеренной частоты сердечных сокращений и заканчивается на оцененной частоте HRconstant, которая зависит от частоты сигнала движения. Последняя достоверно измеренная частота сердечных сокращений представляет собой последнюю частоту сердечных сокращений, измеренную блоком измерения частоты сердечных сокращений в момент времени перед достижением упомянутого порога. Достигается повышение точности определения частоты сердечных сокращений. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к переносному устройству для определения частоты сердечных сокращений человека. Настоящее изобретение также относится к соответствующим способу и системе. Кроме того, настоящее изобретение относится к компьютерной программе для управления упомянутым устройством так, чтобы выполнить этапы упомянутого способа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из-за растущего числа людей, которые живут неактивной жизнью, за последние десятилетия было разработано много продуктов и услуг продвижения физической активности, как для исследовательских, так и для коммерческих целей. Упомянутые продукты продвижения физической активности в большинстве случаев пытаются вычислить или оценить частоту сердечных сокращений для того, чтобы отобразить пульс человека во время физической активности. В настоящее время самые успешные устройства, которые измеряют частоту сердечных сокращений для атлетов, используют пояс с нагрудным датчиком. Эти устройства измеряют электрический сигнал сердца (ECG) во время физической активности атлета. Однако эти нагрудные ремни неудобно носить, что фактически ограничивает их использование серьезными атлетами.

Поскольку все больше людей знает о важности контроля частоты сердечных сокращений для их здоровья, и большинство людей пытается избежать носить такой вид нагрудных ремней из-за их неудобства, парадигма измерения частоты сердечных сокращений медленно изменяется от высокого разрешения и низкого комфорта к среднему разрешению, но с более высоким комфортом при носке.

Это достигается, например, посредством оптических мониторов частоты сердечных сокращений, которые могут быть прикреплены к различным частям тела, например, также к запястью атлета. Устройство этого вида, которое известно из уровня техники, коммерчески распространяется под названием ePulse2™. Этот монитор частоты сердечных сокращений включает в себя оптический датчик, который аналогичен пульсоксиметрам, доступным на рынке. Он реализован как наручная лента, которую можно удобно носить на запястье.

Оптические датчики, используемые для измерения частоты сердечных сокращений, однако, страдают от артефактов больших движения, особенно в случае больших и быстрых перемещений, которые происходят во время физической активности, такой как бег, езда на велосипеде или гребля. Это происходит потому, что оптический датчик на самом деле оптически измеряет кровоток в кровеносном сосуде, а на кровоток, конечно, также влияют движения тела, так что в пределах кровеносного сосуда происходят прерывистые, грубые перемещения. Это приводит к артефактам больших движений, которые усложняют измерение частоты сердечных сокращений.

По этой причине некоторые оптические датчики, известные из уровня техники, используют дополнительный датчик движения для того, чтобы измерить происходящее движение части тела и компенсировать получающиеся вследствие этого артефакты движения. Однако существует некоторый предел. Когда перемещение части тела, к которой прикреплен датчик, становится очень большим, оптический датчик больше не обеспечивает надежных измерений, даже когда измеренный сигнал компенсируется и соответственно адаптируется с помощью сигнала движения, обеспечиваемого датчиком движения.

В этом случае, монитор частоты сердечных сокращений либо отображает неправильное значение частоты сердечных сокращений, либо вообще не показывает никакого значения частоты сердечных сокращений. Это рассматривается как главный недостаток, так как измерение дает неточное значение частоты сердечных сокращений или не дает вообще никакого значения частоты сердечных сокращений.

Многолетний опыт с большой группой пользователей показал, что участники придают большое значение надежности и комфорту таких измерений частоты сердечных сокращений. В частности, когда атлеты или спортсмены подвергаются серьезным нагрузкам или выполняют тяжелые упражнения, необходимо иметь надежную оперативную информацию о текущей частоте сердечных сокращений в любой момент времени. Если монитор частоты сердечных сокращений зарегистрировал неправильную частоту сердечных сокращений или даже не показал значение частоты сердечных сокращений, это может быть воспринято как демотивация и оказывает негативное воздействие на общее восприятие устройства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство, способ, систему и соответствующее программное обеспечение того вида, который был упомянут первоначально, которые обеспечивают улучшенное измерение частоты сердечных сокращений, в которых частота сердечных сокращений измеряется удобным для пользователя способом, и при этом измерение дает надежные результаты даже тогда, когда в измеряемой части тела пользователя происходят резкие движения. В частности, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы с максимально высокой степенью точности вычислить или оценить частоту сердечных сокращений и преодолеть проблему артефактов больших движений в сигнале частоты сердечных сокращений, которые могут привести к невозможности измерения частоты сердечных сокращений.

В первом аспекте эта задача в соответствии с настоящим изобретением решается переносным устройством для определения частоты сердечных сокращений человека, содержащим:

- блок измерения частоты сердечных сокращений для измерения частоты сердечных сокращений человека в течение времени с тем, чтобы генерировать сигнал частоты сердечных сокращений,

- блок измерения движений для измерения движений части тела человека в течение времени с тем, чтобы генерировать сигнал движения, и

- обрабатывающий блок, который выполнен с возможностью измерения качества сигнала частоты сердечных сокращений, вычисления частоты сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений, если упомянутое качество сигнала выше предопределенного порога, и оценки частоты сердечных сокращений на основе сигнала движения, если упомянутое качество сигнала ниже упомянутого порога.

Во втором аспекте настоящего изобретения представлен соответствующий способ, который включает в себя этапы:

- измерения частоты сердечных сокращений человека в течение времени с тем, чтобы генерировать сигнал частоты сердечных сокращений,

- измерения движений части тела человека в течение времени с тем, чтобы генерировать сигнал движения,

- измерения качества сигнала частоты сердечных сокращений, и

- вычисления частоты сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений, если упомянутое качество сигнала выше предопределенного порога, и оценки частоты сердечных сокращений на основе сигнала движения, если упомянутое качество сигнала ниже упомянутого порога.

В третьем аспекте настоящего изобретения представлена система для определения частоты сердечных сокращений человека, содержащая:

- переносное устройство измерения частоты сердечных сокращений для измерения частоты сердечных сокращений человека в течение времени для генерации сигнала частоты сердечных сокращений,

- переносное устройство измерения движений для измерения движений части тела человека в течение времени для генерации сигнала движения, и

- обрабатывающее устройство, которое включает в себя коммуникационный интерфейс для получения упомянутого сигнала частоты сердечных сокращений и упомянутого сигнала движения, и обрабатывающее средство, которое выполнено с возможностью измерения качества сигнала частоты сердечных сокращений для вычисления частоты сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений, если упомянутое качество сигнала выше предопределенного порога, и оценки частоты сердечных сокращений на основе сигнала движения, если упомянутое качество сигнала ниже упомянутого порога.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения представлен компьютерный программный продукт, содержащий средства программного кода, побуждающие компьютер управлять упомянутым переносным устройством так, чтобы выполнять этапы упомянутого способа, когда упомянутая компьютерная программа выполняется на компьютере.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения определяются в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявленный способ и заявленная система имеют подобные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления в качестве заявленного переносного устройства, как определено в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретателями было установлено, что частота сердечных сокращений может быть оценена надежным образом даже тогда, когда сигнал частоты сердечных сокращений, который генерируется блоком измерения частоты сердечных сокращений, становится ненадежным из-за артефактов движения. В соответствии с настоящим изобретением частота сердечных сокращений в таких случаях оценивается на основе сигнала движения, который обеспечивается блоком измерения движений. Оценка частоты сердечных сокращений на основе сигнала движения означает, что частота сердечных сокращений оценивается на основе, по меньшей мере, сигнала движения, что в свою очередь означает, что другие параметры и сигналы также могут быть включены в эту оценку. Для того чтобы реализовать этот вид измерения частоты сердечных сокращений, обрабатывающий блок выполнен с возможностью измерять качество сигнала частоты сердечных сокращений. В том случае, когда сигнал частоты сердечных сокращений выше предопределенного порогового значения, частота сердечных сокращений может быть измерена на основе сигнала частоты сердечных сокращений. Это может быть сделано путем оценки частоты измеренного сигнала частоты сердечных сокращений, что приводит к определению пульса человека.

С другой стороны, если обнаружено, что качество сигнала частоты сердечных сокращений ниже упомянутого предопределенного порога, частота сердечных сокращений может быть оценена на основе сигнала движения. Для этой цели обрабатывающий блок выполнен с возможностью переключаться из первого режима, в котором частота сердечных сокращений вычисляется из измеренного сигнала частоты сердечных сокращений, во второй режим, в котором частота сердечных сокращений оценивается на основе измеренного сигнала движения. Переключение между этими двумя режимами зависит от порогового значения.

Упомянутое пороговое значение указывает уровень шума в сигнале частоты сердечных сокращений, при котором сигнал частоты сердечных сокращений, измеренный блоком измерения частоты сердечных сокращений, становится ненадежным при превышении некоторого уровня шума, и соответственно когда сигнал достигает порог. Другими словами, упомянутое пороговое значение указывает минимальное качество сигнала частоты сердечных сокращений, которое необходимо для того, чтобы достоверно вычислить частоту сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений. Пороговое значение может быть определено из экспериментов, которые оценивают, при каком уровне движения устройства артефакты движения, появляющиеся в сигнале частоты сердечных сокращений, становятся настолько большими или сильными, что надежное измерение частоты сердечных сокращений больше просто не может быть извлечено из сигнала частоты сердечных сокращений. Этот порог или пороговое значение шума не обязательно должен быть точным значением. Это может быть также диапазон значений, где качество сигнала частоты сердечных сокращений переходит от хорошего или достаточного качества измерения к низкому, недостаточному качеству измерения. Другими словами, пороговое значение указывает самый низкий уровень качества сигнала частоты сердечных сокращений, ниже которого вычисление частоты сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений привело бы к отказу, и соответственно к неправильному значению частоты сердечных сокращений, которое находится вне допустимого диапазона ошибки.

Используя сигнал движения, можно достоверно оценить частоту сердечных сокращений и в тех случаях, в которых сигнал частоты сердечных сокращений непригоден из-за артефактов больших движений. Это является главным преимуществом по сравнению с устройствами уровня техники, упомянутыми выше, так как пользователь получает надежную информацию о частоте его сердечных сокращений/пульсе даже в тех случаях, когда устройство подвергается высоким ускорениям или сильной вибрации.

В отличие от устройств уровня техники представленное переносное устройство таким образом позволяет непрерывно обеспечить пользователю частоту сердечных сокращений, даже в те моменты времени, когда блок измерения частоты сердечных сокращений перестает работать.

Оценка частоты сердечных сокращений на основе сигнала движения не обязательно означает, что только сигнал движения принимается во внимание для того, чтобы оценить частоту сердечных сокращений. Даже в вышеупомянутых случаях, в которых качество сигнала частоты сердечных сокращений ниже предопределенного порога, сигнал частоты сердечных сокращений все еще может быть принят во внимание. В таком варианте осуществления обрабатывающий блок выполнен с возможностью корректировать и соответственно адаптировать сигнал частоты сердечных сокращений на основе информации, взятой из сигнала движения. Другими словами, сигнал частоты сердечных сокращений в этом случае корректируется корректирующими значениями, которые могут быть определены из сигнала движения, например, фильтруя шум, который встречается в сигнале частоты сердечных сокращений, путем сравнения/вычитания частей сигнала, вызванных движением, из сигнала частоты сердечных сокращений.

Даже при том, что частота сердечных сокращений может быть непосредственно вычислена из сигнала частоты сердечных сокращений, если качество сигнала частоты сердечных сокращений выше упомянутого предопределенного порога, обрабатывающий блок в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения может быть выполнен с возможностью вычислять частоту сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений и адаптировать расчетную частоту сердечных сокращений на основе сигнала движения. Однако это не обязательно является необходимым, когда частота сердечных сокращений может быть измерена достоверным образом. Тем не менее, эта мера может быть реализована в качестве дополнительного улучшения измерения частоты сердечных сокращений.

В соответствии с настоящим изобретением блок измерения частоты сердечных сокращений может быть реализован посредством датчика любого вида, который позволяет непрерывно измерять частоту сердечных сокращений человека в течение времени. Датчик может также включать в себя электрод ECG. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения блок измерения частоты сердечных сокращений включает в себя оптический датчик, в частности фотоплетизмографический (PPG) датчик для непрерывного измерения пульсовой волны крови человека в течение времени с тем, чтобы генерировать сигнал частоты сердечных сокращений. Датчик PPG включает в себя фотодетектор, который обычно измеряет спектральную поглощательную способность крови при различных длинах волн, позволяя определять поглощение света из-за пульсирующей артериальной крови.

Такой вид датчика PPG позволяет измерять пульс человека удобным способом. Переносное устройство может, например, быть присоединено к запястью человека. В отличие от известных датчиков PPG, которые обычно присоединяются к кончику пальца или к мочке уха человека, присоединение к запястью человека позволяет применять переносное устройство для различных видов спортивной активности, в которых устройство можно удобно носить. Даже при том, что присоединение к запястью является предпочтительным, переносное устройство также может быть присоединено к любой другой части тела человека, например, к грудной клетке, к ноге или вокруг шеи.

Вышеупомянутый блок измерения движений предпочтительно содержит инерционный датчик для измерения ускорения части тела, к которой он прикреплен в по меньшей мере одном пространственном измерении. Этот инерционный датчик предпочтительно выполнен с возможностью осуществления трехосевой акселерометрии. Для этой цели он предпочтительно снабжается тремя акселерометрами и/или тремя гироскопами. Акселерометры размещаются так, что их измерительные оси перпендикулярны друг другу, для того, чтобы можно было измерить инерционные силы во всех трех пространственных измерениях. Три гироскопа размещаются аналогичным перпендикулярным образом, что позволяет измерить вращательное положение устройства относительно произвольно выбранной системы координат. Следует понимать, что гироскопы не обязательно являются необходимыми, так как акселерометров, измеряющих ускорение в различных пространственных направлениях, достаточно для большинства устройств. Кроме того, следует отметить, что единственного акселерометра также достаточно для генерации желаемого сигнала движения/ускорения.

Переносное устройство предпочтительно разрабатывается в форме, которая подобна часам. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения переносное устройство включает в себя дисплей для отображения вычисленной частоты сердечных сокращений. Этот дисплей позволяет обеспечить пользователя измеренной частотой сердечных сокращений/пульсом в режиме реального времени. Этот дисплей может быть реализован различными способами, например, как матрица LED.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения обрабатывающий блок выполнен с возможностью определять качество сигнала частоты сердечных сокращений в частотной области путем анализа спектральных пиков сигнала частоты сердечных сокращений на частоте сердечных сокращений и/или на частотах ее гармоник.

В этом анализе исследуется высота, и соответственно величина этих пиков. Это дает определение силы сигнала частоты сердечных сокращений. В общем, можно утверждать, что чем более высокими и более четкими являются пики в частотной области, тем лучше качество сигнала частоты сердечных сокращений. Это главным образом основывается на том факте, что пульсовая волна крови в идеале производит периодический сигнал, который в частотной области дает четкие пики на или около частоты сердечных сокращений и/или на частотах ее гармоник.

Четкий пик на частоте сердечных сокращений и/или на частотах ее гармоник таким образом является индикатором периодического сигнала, который в свою очередь является индикатором хорошего качества сигнала частоты сердечных сокращений. Если, с другой стороны, сигнал частоты сердечных сокращений поврежден происходящим движением и включает в себя артефакты движения, то это будет приводить к различным шумовым пикам в спектре мощности. Вообще говоря, качество сигнала таким образом может быть определено на основе спектральных пиков сигнала частоты сердечных сокращений.

Если четкие пики наблюдаются на или вокруг частоты сердечных сокращений и/или на частотах ее гармоник, качество сигнала является достаточно надежным для того, чтобы вычислить частоту сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений (первый режим). Если, с другой стороны, спектральный анализ сигнала частоты сердечных сокращений показывает шумный спектр, обрабатывающий блок переключается во второй режим, в котором частота сердечных сокращений оценивается на основе сигнала движения.

В одном варианте осуществления переносное устройство дополнительно включает в себя фильтр частоты для отфильтровывания тех компонентов частоты в сигнале частоты сердечных сокращений, которые образуются из-за движения устройства, в котором обрабатывающий блок выполнен с возможностью определения качества отфильтрованного сигнала частоты сердечных сокращений. Этот фильтр обеспечивает более легкое обнаружение частоты сердечных сокращений в сигнале частоты сердечных сокращений. Однако эта функция не является необходимой, так как на практике компоненты частоты, которые образуются из-за движения, образуются на частотах, отличающихся от тех компонентов частоты, которые образуются из-за сердечных сокращений. Таким образом, на практике в большинстве случаев возможно четко различить различные виды компонентов частоты, особенно при анализе сигнала частоты сердечных сокращений в частотной области.

Вместо анализа сигнала частоты сердечных сокращений в частотной области обрабатывающий блок также может быть выполнен с возможностью определять качество сигнала частоты сердечных сокращений во временной области путем анализа высоты пиков в функции автокорреляции с периодом сердечных сокращений и кратными ему периодами. В случае анализа сигнала частоты сердечных сокращений во временной области обрабатывающий блок измеряет уровень качества сигнала, зависящий от периодических компонентов в сигнале, которые в свою очередь являются индикатором надежности сигнала частоты сердечных сокращений. Это может быть сделано, например, путем подсчета количества пересечений нулевой линии и/или сигнальных пиков, либо путем анализа плотности сигнальных пиков. Аналогично тому, как было упомянуто выше, обрабатывающий блок затем в зависимости от анализа сигнала решает, вычислять ли частоту сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений (первый режим), либо оценивать частоту сердечных сокращений на основе сигнала движения (второй режим).

Оценка частоты сердечных сокращений на основе сигнала движения во втором рабочем режиме обрабатывающего блока предпочтительно выполняется следующим образом:

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения обрабатывающий блок выполнен с возможностью оценки частоты сердечных сокращений на основе сигнала движения путем оценки константы частоты сердечных сокращений (HRconstant) и определения экспоненциального изменения частоты сердечных сокращений во времени, причем экспоненциальное изменение частоты сердечных сокращений начинается с последней достоверно измеренной частоты сердечных сокращений и заканчивается на оценочном значении HRconstant. Значение HRconstant представляет собой оценочную частоту сердечных сокращений человека, которая зависит от частоты сигнала движения, а последняя достоверно измеренная частота сердечных сокращений представляет собой последнюю частоту сердечных сокращений, измеренную блоком измерения частоты сердечных сокращений в момент времени перед тем, как упомянутый уровень качества сигнала достигнет порогового значения.

Обрабатывающий блок таким образом оценивает частоту сердечных сокращений в два этапа. На первом этапе оценивается значение HRconstant. Оценка значения HRconstant требует оценки существующего движения и, соответственно, оценки частоты движения устройства (частоты движения измеряемой части тела). Эта частота может быть получена из измеренного сигнала движения.

Значение HRconstant указывает уровень пульса человека, до которого пульс человека увеличился бы или уменьшился бы, если количество и интенсивность движения сохранялись бы постоянными в течение времени. Другими словами, оценка основывается на предположении, что движение человека сохраняется постоянным во время так называемого переходного периода, в котором устройство переключается на второй режим, в котором частота сердечных сокращений оценивается на основе сигнале движения. Так как переходный период на практике является очень коротким, не больше нескольких секунд, это допущение показывает в результате хорошее приближение.

Как только значение HRconstant определено, обрабатывающий блок определяет экспоненциальное изменение частоты сердечных сокращений во времени с начальным значением, равным последней достоверно измеренной частоте сердечных сокращений, которая была измерена на основе сигнала частоты сердечных сокращений, и с конечным значением, равным значению HRconstant. Было показано, что экспоненциальное изменение отражает естественное поведение человеческого сердца хорошим и точным образом.

Это экспоненциальное поведение представляет собой кривую аппроксимации для увеличения/уменьшения пульса человека. Это увеличение/уменьшение также зависит от физической подготовки человека. Таким образом, экспоненциальная аппроксимирующая кривая предпочтительно имеет временную константу a, причем а представляет собой константу, относящуюся к физической подготовке человека, которая уменьшается с ростом физической подготовки.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения обрабатывающий блок выполнен с возможностью вычисления значения HRconstant по формуле HRconstant=2,1*f-a, где f представляет собой частоту сигнала движения, и а представляет собой константу, указывающую на физическую подготовку человека по формуле а=75-HRrest, где HRrest представляет собой частоту сердечных сокращений человека в состоянии покоя.

Следует отметить, что вышеприведенное соотношение между HRconstant и интенсивностью физической активности человека, которая выражается частотой движения измеряемой части тела, является линейным соотношением. Это соотношение было найдено на основе экспериментов, которые были выполнены заявителем. Эти эксперименты показали, что значение HRconstant сохраняется на уровне, который приблизительно в два раза больше частоты движения. В качестве хорошего приближения для параметра физической подготовки а было найдено соотношение а=75-HRrest.

Значение частоты сердечных сокращений в состоянии покоя HRrest может, например, быть измерено напрямую с использованием представленного переносного устройства для измерения частоты сердечных сокращений, когда пользователь отдыхает, то есть когда пользователь не двигается. Кроме того, значение HRrest также может быть оценено из сигнала частоты сердечных сокращений во время регулярного измерения частоты сердечных сокращений (в первом рабочем режиме обрабатывающего блока). Однако следует отметить, что другие значения для параметров a, HRrest и HRconstant также могут быть выбраны без выхода из области, охватываемой настоящим изобретением.

Вместо измерения или оценки HRrest, возможно также, чтобы переносное устройство включало в себя интерфейс ввода, который может быть реализован, например, как маленькая клавиатура или тачпад, который позволяет пользователю вручную ввести его/ее значение HRrest. Аналогичным образом, возможно также, чтобы пользователь непосредственно определял его/ее персональный параметр физической подготовки a.

Вместо того, чтобы вручную определять параметр физической подготовки a и измерять частоту движения f, гораздо более лучшим способом определения значения HRconstant является использование предыдущих сеансов измерения для того же самого пользователя.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения переносное устройство дополнительно включает в себя запоминающий блок, который выполнен с возможностью хранения контрольных измерений частоты сердечных сокращений для известных уровней интенсивности физической активности человека, причем обрабатывающий блок выполнен с возможностью определения уровня интенсивности физической активности человека на основе сгенерированного сигнала движения, и с возможностью определения постоянной частоты сердечных сокращений (HRconstant) путем сравнения определенного уровня интенсивности с контрольными измерениями, сохраненными в упомянутом запоминающем блоке, если качество сигнала частоты сердечных сокращений ниже порогового качества сигнала.

Упомянутыми контрольные измерениями могут быть измерениями частоты сердечных сокращений, которые были записаны во время предыдущих сеансов измерения того же самого пользователя. Если пользователь выполнял физическую активность, такую как, например, бег, накануне использования того же самого переносного устройства, то измеренные сигналы могут быть сохранены в запоминающем блоке. Путем записи сигнала частоты сердечных сокращений вместе с соответствующим сигналом движения расчетные частоты сердечных сокращений могут быть отображены/связаны с соответствующими уровнями движения, которые получаются из сигнала движения.

Таким образом, используя предыдущие измерения, возможно также определять различные константы частоты сердечных сокращений, которые соответствуют разным уровням интенсивности физической активности человека. Например, возможно, что определенное количество уровней интенсивности отображается в запоминающем блоке на соответствующие значения константы частоты сердечных сокращений. В этом случае не обязательно, чтобы все предыдущие измерительные данные хранились в запоминающем блоке.

Уровень интенсивности физической активности человека может, например, быть определен на основе частоты по меньшей мере одного пикового значения сгенерированного сигнала движения и/или на основе среднего уровня или амплитуды сгенерированного сигнала движения на временном интервале. Уровень интенсивности таким образом указывает уровень движения, который является мерой физической нагрузки, которой подвергается человек во время его/ее физической активности.

Запоминающий блок может быть реализован, например, небольшим микрочипом. Запись контрольных частот сердечных сокращений или контрольных констант частоты сердечных сокращений может выполняться автоматически. Для этой цели обрабатывающий блок переключается в режим записи, в котором обработанные частоты сердечных сокращений и соответствующие уровни интенсивности движения одновременно сохраняются в запоминающем блоке во время измерения. Определение константы частоты сердечных сокращений на основе сохраненных контрольных измерений, как это было объяснено выше, приводит к повышению эффективности измерений. Пользователь больше не должен вручную вводить параметры, которые используются для того, чтобы вычислить HRconstant (параметры a, f).

Персонализированное значение HRconstant может быть определено эффективным образом путем анализа предыдущих записанных данных. Полученные параметры являются таким образом персонализированными, так что их использование улучшает будущие оценки частоты сердечных сокращений в переходные периоды, когда обрабатывающий блок переключается во второй рабочий режим.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения переносное устройство дополнительно содержит первый интерфейс ввода для получения информации о типе физической активности человека, причем обрабатывающий блок выполнен с возможностью оценки частоты сердечных сокращений на основе сигнала движения и типа физической активности, если качество сигнала частоты сердечных сокращений ниже упомянутого уровня качества сигнала.

Этот первый интерфейс ввода может, например, быть реализован как маленькая клавиатура, которая интегрируется в переносное устройство. Таким образом, пользователь может вручную выбрать тип физической активности, которую он хочет выполнить. Пользователю можно, например, показать список выбора различных физических активностей, таких как, например, бег, езда на велосипеде, гребля, тяжелая атлетика и т.д.

Если тип физической активности известен заранее, это упрощает определение частоты движения, так как каждый тип физической активности на практике генерирует свой характерный вид структуры обнаруженного сигнала движения с различной ожидаемой средней частотой движения. Наличие по меньшей мере грубой информации об ожидаемой частоте движения позволяет сэкономить время обработки во втором режиме обрабатывающего блока, в котором частота сердечных сокращений оценивается на основе сигнале движения.

Информация о типе физической активности также может позволить адаптировать вышеупомянутую экспоненциальную аппроксимирующую кривую в пределах переходного периода. Это соответствует тому факту, что частота сердечных сокращений может по-разному изменяться во времени для различных видов физической активности, например, частота сердечных сокращений может быстрее увеличиваться/уменьшаться при езде на велосипеде по сравнению с поднятием тяжестей.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения переносное устройство содержит второй интерфейс ввода для того, чтобы получить персональные данные человека, в частности возраст, пол, вес, рост и/или частоту сердечных сокращений в состоянии покоя, причем обрабатывающий блок выполнен с возможностью оценки частоты сердечных сокращений на основе сигнала движения и полученных персональных данных, если качество сигнала частоты сердечных сокращений ниже вышеупомянутого порогового качества сигнала.

Вместо того чтобы определять персонализированные параметры из предыдущих измерений, как это было объяснено выше, возможно также, чтобы пользователь вручную вводил его/ее персональные данные, которые физиологически влияют на частоту сердечных сокращений и ее изменение во времени. Упомянутый второй интерфейс ввода может быть либо дополнительной клавиатурой, либо может быть реализован той же самой клавиатурой, которая используется в качестве первого интерфейса ввода.

Персональные физиологические пользовательские данные могут использоваться либо для того, чтобы адаптировать вышеупомянутые параметры для вычисления HRconstant, либо для того, чтобы применить дополнительную физиологическую модель, которая может затем использоваться для того, чтобы адаптировать вышеупомянутую модель изменения частоты сердечных сокращений во время переходного периода. Примеры такого рода физиологических моделей известны из предшествующего уровня техники. Некоторые примерные модели, например, известны из научной публикации “Reliability and Validity of the Combined Heart Rate and Movement Sensor Actiheart”, European Journal of Clinical Nutrition (2005) 59, 561-570.

В сущности, представленное переносное устройство и соответствующий способ позволяют обнаруживать частоту сердечных сокращений атлета или спортсмена во многих различных ситуациях, даже в тех ситуациях, где происходят большие перемещения, и известные в предшествующем уровне техники оптические датчики частоты сердечных сокращений не в состоянии достоверно определить частоту сердечных сокращений. Как объяснено выше, обрабатывающий блок выполнен с возможностью переключаться между двумя режимами. В первом режиме частота сердечных сокращений вычисляется на основе сигнала частоты сердечных сокращений, если качество сигнала выше предопределенного порога. С другой стороны, если обрабатывающий блок не в состоянии достоверно вычислить частоту сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений, обрабатывающий блок переключается во второй режим, в котором частота сердечных сокращений оценивается из движения, путем использования модели, в которой данные сравниваются с набором значений, определенных из предыдущих измерений или введенных пользователем. Представленный способ, таким образом, использует одну из следующих особенностей или любую их комбинацию:

1) история хороших измерений вплоть до точки отказа (ненадежного измерения);

2) индикация качества сделанных измерений, которая говорит о том, что последнее измерение является ненадежным;

3) профиль пользователя, который может быть либо предварительно записанным, либо определенным из надежных измерений; и/или

4) физиологическая модель, которая использует параметры, определенные из предыдущих измерений для того же самого пользователя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут понятны из и будут объяснены со ссылками на варианты осуществления, описанные далее.

Фиг.1 показывает схематично применение переносного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 показывает блок-схему, иллюстрирующую компоненты переносного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления.

Фиг.3 показывает схематичную диаграмму, иллюстрирующую входные и выходные сигналы обрабатывающего блока переносного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления.

Фиг.4 показывает блок-схему, иллюстрирующую компоненты переносного устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления.

Фиг.5 показывает первый пример измеренного сигнала частоты сердечных сокращений (Фиг.5A), включая соответствующее измерение качества сигнала (Фиг.5B).

Фиг.6 показывает второй пример измеренного сигнала частоты сердечных сокращений (Фиг.6A), включая соответствующее измерение качества сигнала (Фиг.6B).

Фиг.7 показывает третий пример измеренного сигнала частоты сердечных сокращений (Фиг.7A), включая соответствующее измерение качества сигнала (Фиг.7B).

Фиг.8 показывает первый пример, показанный на Фиг.5, включая сигнал частоты сердечных сокращений, который был оценен представленным переносным устройством в соответствии с представленным способом.

Фиг.9 показывает второй пример, показанный на Фиг.6, включая сигнал частоты сердечных сокращений, который был оценен представленным устройством в соответствии с представленным способом.

Фиг.10 показывает третий пример, показанный на Фиг.7, включая сигнал частоты сердечных сокращений, который был оценен представленным устройством в соответствии с представленным способом.

Фиг.11 схематично показывает применение системы в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.12 показывает примерную диаграмму, иллюстрирующую соотношение между частотой сердечных сокращений и мощностью/интенсивностью физического упражнения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1 схематично показывает применение переносного устройства в соответствии с настоящим изобретением, которое обозначается ссылочной цифрой 10. Человек 20, который здесь в качестве примера показан как бегун, имеет при себе переносное устройство 10 для измерения пульса во время физической активности.

Переносное устройство 10 прикреплено к части 12 тела, которая является подходящей для того, чтобы измерить пульс человека 20, то есть к той части 12 тела, на которой может быть легко прослежен артериальный пульс крови. Как показано на Фиг.1, переносное устройство предпочтительно прикреплено к запястью человека 20. Однако переносное устройство также может быть прикреплено к любой другой части 12 тела человека 20, например, к груди, ноге или вокруг шеи.

Как показано на схематической блочной диаграмме, изображенной на Фиг.2, упомянутое переносное устройство включает в себя блок 14 измерения частоты сердечных сокращений, блок 16 измерения движений и обрабатывающий блок 18. Блок 14 измерения частоты сердечных сокращений и блок 16 измерения движений электронно связаны с обрабатывающим блоком 18. Блок 14 измерения частоты сердечных сокращений предпочтительно включает в себя оптический датчик, в частности фотоплетизмографический (PPG) датчик, который непрерывно измеряет пульсовую волну крови человека 20 в течение времени и генерирует сигнал 22 частоты сердечных сокращений.

Датчик PPG включает в себя фотодетектор (не показан), который измеряет спектральную поглощательную способность крови на различных длинах волн, что позволяет определять изменения светопоглощения, которые происходят из-за пульсирующей артериальной крови. Такой вид датчика PPG позволяет измерять пульс человека удобным способом.

Блок 16 измерения движений предпочтительно включает в себя инерционный датчик, чтобы измерять ускорение упомянутой части 12 тела по меньшей мере в одном пространственном измерении, более предпочтительно во всех трех пространственных измерениях. Этот инерционный датчик непрерывно измеряет движение упомянутой части 12 тела человека 20 во времени, чтобы сгенерировать сигнал ускорения во времени, который записывает ускорения, возникающие на запястье человека 20, к которому предпочтительно прикреплено переносное устройство 10.

Таким образом, обрабатывающий блок 18 получает два сигнала, которые измеряются в режиме реального времени, сигнал 22 частоты сердечных сокращений и сигнал 24 движения. Это примерно показано на схематической блочной диаграмме, изображенной на Фиг.3. Обрабатывающий блок 18 анализирует сигнал 22 частоты сердечных сокращений и сигнал 24 движения. По результатам этого анализа обрабатывающий блок 18 вычисляет частоту 26 сердечных сокращений и скорость движения 28, причем скорость движения 28 указывает частоту движения, с которой часть 12 тела перемещается во время физической активности человека 20.

Обрабатывающий блок 18 дополнительно измеряет качество 30 сигнала 22 частоты сердечных сокращений и качество 32 сигнала 24 движения/ускорения. Качество сигнала 30, 32 показывает меру надежности данных для измеренных сигналов 22, 24. Оно показывает количество шума, который повреждает измеренные сигналы 22, 24. Низкое шумовое повреждение приводит к высокому качеству сигнала 30, 32, тогда как высокое шумовое повреждение соответственно приводит к низкому качеству сигнала 30, 32. Количество шумового повреждения в измеренных сигналах 22, 24 измеряется в обрабатывающем блоке 18 путем выполнения частотного анализа, как это было подробно объяснено выше в разделе «Сущность изобретения».

В зависимости от качества 30 сигнала 26 частоты сердечных сокращений обрабатывающий блок 18 переключается между двумя режимами вычисления. Для этой цели определяется некоторый порог, обозначающий уровень шума в сигнале 22 частоты сердечных сокращений, причем сигнал 22 частоты сердечных сокращений, который измеряется блоком 14 измерения частоты сердечных сокращений, становится ненадежным при превышении упомянутого предопределенного уровня шума, и, соответственно, когда сигнал достигает упомянутый порог. Таким образом, этот порог означает минимальное качество 30 сигнала 22 частоты сердечных сокращений, который необходим для того, чтобы достоверно вычислить частоту 26 сердечных сокращений на основе сигнала 22 частоты сердечных сокращений.

Обрабатывающий блок 18 переключается в первый режим вычисления, если качество 30 сигнала 22 частоты сердечных сокращений выше упомянутого предопределенного порога. В этом случае обрабатывающий блок 18 вычисляет частоту 26 сердечных сокращений на основе сигнала 22 частоты сердечных сокращений. Этот режим представляет собой "нормальный" режим, в котором оптический датчик блока 14 измерения частоты сердечных сокращений выдает надежный сигнал, который включает в себя лишь небольшое количество артефактов движения, что все еще позволяет вычислить частоту 26 сердечных сокращений на основе измеренного сигнала 22 частоты сердечных сокращений.

Если, однако, переносное устройство 10 подвергается сильным встряскам (высоким ускорениям), качество 30 сигнала 22 частоты сердечных сокращений может стать настолько плохим, что надежное вычисление частоты 26 сердечных сокращений на основе сигнала 22 частоты сердечных сокращений станет технически невозможным. Такие ситуации происходят, когда человек 20 перемещает часть 12 тела быстрым и прерывистым образом.

В таких случаях устройства предшествующего уровня техники, использующие аналогичные оптические датчики измерения частоты сердечных сокращений, не в состоянии измерить частоту сердечных сокращений, что означает, что надежное измерение невозможно. Однако эта проблема была решена настоящим изобретением.

В случаях, описанных выше, обрабатывающий блок 18 выполнен с возможностью переключаться во второй режим вычисления, в котором частота 26 сердечных сокращений оценивается на основе сигнала 24 движения. Эта оценка частоты 26 сердечных сокращений начинается, как только обрабатывающий блок 18 распознает, что качество 30 сигнала 22 частоты сердечных сокращений упало ниже предопределенного порога качества. Обрабатывающий блок 18 затем оценивает частоту 26 сердечных сокращений с использованием физиологической модели, которая использует данные, полученные из сигнала 24 движения. Эта оценка в соответствии с одним вариантом осуществления производится следующим образом. На первом этапе обрабатывающий блок 18 оценивает значение HRconstant. Это значение HRconstant указывает уровень пульса человека, до которого пульс человека увеличился бы или уменьшился бы, если количество и интенсивность движения сохранялись бы постоянными в течение времени.

Как можно увидеть из примерной диаграммы, показанной на Фиг.12, существует линейное соотношение между частотой 26 сердечных сокращений и мощностью усилия физического упражнения. На этой диаграмме ось X показывает скорость бегуна, измеренную в км/ч, левая ось Y показывает превышение частотой сердечных сокращений уровня покоя в ударах в минуту, а правая ось Y показывает мощность упражнения (PAI), выраженную в Дж/мин/кг. Этот график был получен из эксперимента приблизительно с 30 участниками, пульс которых измерялся во время бега с различными скоростями и различными уровнями интенсивности. Он показывает, что существует линейное соотношение между частотой сердечных сокращений и мощностью/интенсивностью, с которыми выполняется бег. Этот график был опубликован в 2005 г. в статье European Journal of Clinical Nutrition (2005) 59, 561-570, “Reliability and Validity of the Combined Heart Rate and Movement Sensor Actiheart”.

Эксперименты, выполненные заявителем, показали, что HRconstant более или менее равняется приблизительно удвоенному значению частоты движения. Таким образом, оценка HRconstant требует оценки существующего движения и, соответственно, оценки частоты движения измеряемой части 12 тела.

Эта частота получается в результате спектрального анализа сигнала 24 движения. Как только значение HRconstant определено, обрабатывающий блок 18 рассчитывает аппроксимирующую кривую, которая представляет собой предполагаемое изменение частоты сердечных сокращений во времени для периода времени, в котором обрабатывающий блок 18 переключен во второй режим (для переходного периода), в котором оптический датчик частоты 14 сердечных сокращений не дает надежного сигнала 22. Эта аппроксимирующая кривая принимает последнее достоверно измеренное значение частоты 26 сердечных сокращений в качестве своего начального значения и оценочное значение HRconstant в качестве своего конечного значения. В промежутке между этими двумя значениями используется экспоненциальная аппроксимирующая кривая. Было показано, что экспоненциальное изменение отражает естественное поведение человеческого сердца хорошим и точным образом.

Поскольку так называемый переходный период, в котором оптический датчик 14 частоты сердечных сокращений не может производить измерения, на практике является очень коротким, не больше нескольких секунд, это допущение дает хорошее приближение. Эксперименты, выполненные заявителем, дополнительно показали, что описанное экспоненциальное изменение адаптации пульса также зависит от физической подготовки человека 20.

Фактор a физической подготовки, который обозначает уровень физической подготовки человека 20, таким образом предпочтительно включается в обработку. Эксперименты показали, что экспоненциальная аппроксимирующая кривая, у которой константа времени определяется фактором a физической подготовки, дает довольно хорошую оценку изменения частоты сердечных сокращений во время переходного периода. Фактор a физической подготовки в этом случае обозначает константу, относящуюся к физической подготовке человека таким образом, что a уменьшается с ростом физической подготовки человека 20.

Оценка изменения частоты сердечных сокращений во время переходного периода может быть дополнительно улучшена путем принятия во внимание предыдущих сеансов измерений того же самого пользователя 20. Значение HRconstant таким образом может быть определено на основе запомненных данных предыдущих измерений. Для того чтобы реализовать это, переносное устройство 10 в соответствии со вторым вариантом осуществления, который показан на Фиг.4, включает в себя дополнительный запоминающий блок 34, который выполнен с возможностью хранить контрольные измерения частот 26 сердечных сокращений, относящиеся к контрольным уровням интенсивности физической активности человека. В соответствии с этим вариантом осуществления обрабатывающий блок 18 выполнен с возможностью определения уровня интенсивности физической активности человека на основе сгенерированного сигнала 24 движения, а также определения константы частоты сердечных сокращений (HRconstant) путем сравнения определенного уровня интенсивности с контрольным измерениями, сохраненными в упомянутом запоминающем блоке 34.

Упомянутыми контрольные измерениями могут быть измерениями частоты сердечных сокращений, которые были записаны в предыдущих сеансах измерения того же самого пользователя 20. Если пользователь 20 выполнял физическую активность, такую как, например, бег, накануне использования того же самого переносного устройства 10, то измеренные сигналы могут быть сохранены в запоминающем блоке 34. Путем записи сигнала 22 частоты сердечных сокращений вместе с соответствующим сигналом 24 движения расчетные частоты 26 сердечных сокращений могут быть связаны с соответствующими уровнями движения, которые получаются из сигнала 24 движения. Таким образом, обрабатывающий блок 18, используя предыдущие измерения, способен определять различные константы частоты сердечных сокращений, которые соответствуют разным уровням интенсивности физической активности человека.

Уровень интенсивности физической активности человека может быть определен, например, на основе частоты по меньшей мере одного пикового значения сгенерированного сигнала 24 движения и/или на основе среднего уровня или амплитуды сгенерированного сигнала 24 движения на временном интервале. Уровень интенсивности таким образом указывает уровень движения, который является мерой физической нагрузки человека.

На практике запоминающий блок 34 реализуется небольшим микрочипом. За счет включения дополнительного запоминающего блока 34 оценка значения HRconstant и таким образом также оценка изменения частоты сердечных сокращений во время переходного периода становятся более эффективными. Обрабатывающий блок 18 анализирует предыдущие записанные данные и использует параметры, полученные из этих данных, для оценки изменения частоты сердечных сокращений во время переходного периода.

Как примерно показано на блочной диаграмме, изображенной на Фиг.4, переносное устройство 10 может дополнительно включать в себя первый интерфейс 36 ввода, например, небольшую клавиатуру или тачпад, который позволяет пользователю 20 вручную выбирать тип физической активности, которую он хочет выполнить. Пользователь 20 может, например, выбрать из предопределенного списка физическую активность, такую как бег, езда на велосипеде, гребля или тяжелая атлетика. Если обрабатывающий блок 18 дополнительно получает информацию о типе физической активности, это упрощает определение частоты движения. Это опять же основывается на том факте, что каждый тип физической активности на практике генерирует свой характерный вид структуры обнаруженного сигнала 24 движения.

Как далее показано на блочной диаграмме, изображенной на Фиг.4, переносное устройство может дополнительно включать в себя второй интерфейс 38 ввода. Этот второй интерфейс 38 ввода также может быть клавиатурой или тачпадом, который пользователь 20 использует для того, чтобы вручную ввести его/ее персональные данные, которые физиологически влияют на частоту сердечных сокращений и ее изменение во времени. Возможными важными персональными данными могут быть, например, возраст, пол, вес, рост и/или частота сердечных сокращений в состоянии покоя.

Таким образом, пользователь 20 может непосредственно ввести свои персональные данные, которые могут использоваться для того, чтобы улучшить оценку частоты 26 сердечных сокращений во втором режиме обрабатывающего блока 18, когда оптический датчик 14 частоты сердечных сокращений не может обеспечить надежный сигнал 22 частоты сердечных сокращений. Введенные персональные данные могут также использоваться для того, чтобы применить дополнительную физиологическую модель, которая может использоваться для адаптации оценочного изменения частоты сердечных сокращений во время переходного периода. Примерные физиологические модели известны из вышеупомянутой научной статьи.

Необходимо отметить, что этот второй интерфейс 38 ввода не является обязательно необходимым, так как по меньшей мере некоторые из персональных параметров, такие как HRrest и персональный параметр a физической подготовки, также могут быть получены из сигнала 24 движения упомянутым выше способом. Кроме того, следует отметить, что первый интерфейс 36 ввода и второй интерфейс 38 ввода могут быть реализованы одной и той же клавиатурой (как это схематично иллюстрируется на Фиг.4).

В соответствии с проиллюстрированным вторым вариантом осуществления переносное устройство 10 кроме того включает в себя дисплей 40. Дисплей 40 может быть, например, небольшой матрицей светоизлучающих диодов (LED), который интегрируется в переносное устройство 10 и используется для того, чтобы визуализировать/отображать вычисленную частоту 26 сердечных сокращений пользователю 20 в режиме реального времени.

Фиг.5-7 показывают три примерных измерения, которые были записаны с использованием оптического датчика частоты сердечных сокращений во время рабочей активности пользователя 20. Верхние диаграммы (Фиг.5A, Фиг.6A и Фиг.7A) показывают сигнал 22, 22', 22ʺ частоты сердечных сокращений, измеренный в ударах в минуту (ось Y), в зависимости от времени, измеренного в секундах (ось X). Нижние диаграммы (Фиг.5B, Фиг.6B и Фиг.7B) показывают соответствующий записанный сигнал 30, 30', 30ʺ качества частоты сердечных сокращений и сигнал 32, 32', 32ʺ качества скорости движения в соответствующих периодах времени.

Измерения, показанные на Фиг.5A, Фиг.6A и Фиг.7A, показывают нескорректированный сигнал 22, 22', 22ʺ частоты сердечных сокращений, что означает, что эти сигналы 22, 22', 22ʺ частоты сердечных сокращений были только измерены с помощью блока 14 оптического измерения частоты сердечных сокращений, и не были скорректированы полученными данными движения.

На Фиг.5 можно заметить, что измерение частоты сердечных сокращений прервалось в период времени между 500 с и 700 с (период времени, обведенный кругом). В этом периоде времени сигнал 30 качества частоты сердечных сокращений очень низок и практически стремится к нулю. Сигнал 32 качества скорости движения вместо этого показывает довольно высокие значения, что является индикатором того, что имеется большое перемещение переносного устройства 10. Это приводит к ненадежному изменению сигнала 22 частоты сердечных сокращений в пределах этого периода времени.

В этом периоде времени измеренный сигнал 22 частоты сердечных сокращений изменяется очень прерывисто и очень резко, что, конечно, не соответствует "реальному" поведению частоты сердечных сокращений. Это основывается на вышеупомянутом эффекте появления в сигнале 22 частоты сердечных сокращений артефактов больших движений, если происходят высокие ускорения.

Аналогичные примеры показаны на Фиг.6 и Фиг.7. В настоящем документе отказ блока 14 измерения частоты сердечных сокращений происходит в периоде времени от 400 с до 700 с (Фиг.6) или от 100 с до 700 с (Фиг.7). Это идентифицируется соответствующими сигналами 30', 30ʺ качества частоты сердечных сокращений, которые становятся очень низкими в этих периодах времени и указывают на то, что на измеренные данные частоты сердечных сокращений нельзя положиться.

Фиг.8-10 показывают те же самые графики, на которых также изображены оценочные сигналы 23, 23', 23ʺ частоты сердечных сокращений, которые были вычислены/оценены с использованием представленного переносного устройства 10. Фиг.8 относится к тому же самому случаю отказа, что и Фиг.5, Фиг.9 - к тому же самому случаю отказа, что и Фиг.6, и Фиг.10 относится к тому же самому случаю отказа, что и Фиг.7. Графики, кроме того, включают в себя график "реальных" сигналов 42 частоты сердечных сокращений, которые были измерены с помощью устройства ECG, чтобы получить реальное изменение частоты сердечных сокращений в качестве ссылки.

На Фиг.8-10 можно увидеть, что сигналы 23, 23', 23ʺ частоты сердечных сокращений, оцененные при помощи переносного устройства 10, очень близки к ссылочным сигналам 42, 42', 42ʺ. Следует отметить, что сигналы 23, 23', 23ʺ частоты сердечных сокращений были оценены на основе сигнала 24 движения способом, объясненным выше. В те периоды времени, в которых блок 14 измерения частоты сердечных сокращений обеспечивает надежные результаты измерения (например, в периоды времени от 0 до 400 и от 700 до 1850 в примерах, показанных на Фиг.6 и Фиг.9), сигналы 23, 23', 23ʺ частоты сердечных сокращений, являются сигналами частоты сердечных сокращений, которые непосредственно измерены блоком 14 измерения частоты сердечных сокращений. В те периоды времени, в которых блок 14 измерения частоты сердечных сокращений не может обеспечить надежные результаты измерения (например, в периоде времени от 400 до 700 с на Фиг.6 и Фиг.9), сигнал 23, 23', 23ʺ частоты сердечных сокращений оценивается на основе сигнала 24 движения с использованием одного из вышеупомянутых способов оценки. Это приводит к довольно реалистическому вычислению/оценке частоты сердечных сокращений в любой момент измерения.

Представленные переносное устройство и соответствующий способ позволяют обнаруживать частоту сердечных сокращений атлета или спортсмена во многих различных ситуациях, даже в тех ситуациях, в которых происходят большие перемещения, и оптический датчик частоты сердечных сокращений существующего уровня техники не в состоянии достоверно обнаружить частоту сердечных сокращений. Как объяснено выше, обрабатывающий блок выполнен с возможностью переключаться между двумя режимами. В первом режиме частота сердечных сокращений вычисляется на основе сигнала частоты сердечных сокращений, если качество сигнала выше предопределенного порога. С другой стороны, если обрабатывающий блок не в состоянии достоверно вычислить частоту сердечных сокращений на основе сигнала частоты сердечных сокращений, обрабатывающий блок переключается во второй режим, в котором частота сердечных сокращений оценивается исходя из движения посредством использования модели, в которой данные сравниваются с набором значений, определенных из предыдущих измерений или введенных пользователем. Представленный способ, таким образом, использует одну из следующих особенностей или любую их комбинацию:

1) история хороших измерений вплоть до точки отказа (ненадежного измерения);

2) индикация качества сделанных измерений, которая говорит о том, что последнее измерение является ненадежным;

3) профиль пользователя, который может быть либо предварительно записанным, либо определенным из надежных измерений; и/или

4) физиологическая модель, которая использует параметры, определенные из предыдущих измерений для того же самого пользователя.

Как можно заметить из Фиг.11, представленный способ не обязательно должен быть реализован в переносном устройстве 10. Аналогичным образом может быть обеспечена система 100, которая включает в себя переносное устройство 44 измерения частоты сердечных сокращений и переносное устройство 46 измерения движений, которое может быть включено в тот же самый корпус. Различие между показанной системой 100 и переносным устройством 10 заключается в том, что в переносное устройство не интегрировано никакого переносного обрабатывающего блока 18. Вместо этого сигналы, измеренные переносным устройством 44 измерения частоты сердечных сокращений и переносным устройством 46 измерения движений, могут быть переданы внешнему обрабатывающему устройству 48, которое выполняет вышеупомянутые вычисления/оценки внешним образом. Путем использования беспроводного соединения между переносными устройствами 44, 46 и обрабатывающим устройством 48 эта передача данных также может быть реализована в режиме реального времени. Однако, возможно также, что данные, записанные переносными устройствами 44, 46, хранятся в запоминающем блоке и передаются впоследствии обрабатывающему устройству 48 (после измерения).

Для того чтобы установить соединение реального времени, переносные устройства 44, 46 предпочтительно включают в себя коммуникационный интерфейс (не показан для простоты), такой как, например, радиопередатчик, тогда как обрабатывающее устройство также включает в себя подобный коммуникационный интерфейс, такой как, например, радиоприемник. В остальном следует понимать, что система 100 имеет предпочтительные варианты осуществления, подобные и/или идентичные заявленному переносному устройству 10.

В то время как настоящее изобретение было проиллюстрировано и подробно описано в чертежах и предшествующем описании, такие иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими; настоящее изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Другие изменения к раскрытым вариантам осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения из изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения словосочетание "содержащий" не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множества. Единственный элемент или другой блок могут выполнять функции нескольких элементов, упомянутых в формуле изобретения. Тот факт, что некоторые меры упоминаются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что комбинация этих мер не может использоваться для получения выгоды.

Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический носитель данных или твердотельный носитель, поставляемый совместно или как часть других аппаратных средств, но может также распространяться в других формах, например через Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем.

1. Переносное устройство для определения частоты (26) сердечных сокращений человека (20), причем упомянутое переносное устройство (10) содержит:

- блок (14) измерения частоты сердечных сокращений для измерения частоты (26) сердечных сокращений человека (20) в течение времени с тем, чтобы генерировать сигнал (22) частоты сердечных сокращений,

- блок (16) измерения движений для измерения движений части (12) тела человека (20) в течение времени с тем, чтобы генерировать сигнал (24) движения, и

- обрабатывающий блок (18), который выполнен с возможностью измерения качества (30) сигнала (22) частоты сердечных сокращений, вычисления частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (22) частоты сердечных сокращений, если упомянутое качество (30) сигнала выше предопределенного порога, и оценки частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (24) движения, если упомянутое качество (30) сигнала ниже упомянутого порога,

причем обрабатывающий блок (18) выполнен с возможностью оценки частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (24) движения путем оценки постоянной частоты сердечных сокращений (HRconstant) и определения экспоненциального изменения частоты (26) сердечных сокращений во времени, причем экспоненциальное изменение частоты (26) сердечных сокращений начинается с последней достоверно измеренной частоты сердечных сокращений и заканчивается на оцененной частоте HRconstant, которая зависит от частоты сигнала (24) движения, а последняя достоверно измеренная частота сердечных сокращений представляет собой последнюю частоту сердечных сокращений, измеренную блоком (14) измерения частоты сердечных сокращений в момент времени перед достижением упомянутого порога.

2. Переносное устройство по п. 1, в котором блок (14) измерения частоты сердечных сокращений содержит оптический датчик, в частности фотоплетизмографический (PPG) датчик для измерения пульсовой волны крови человека (20) в течение времени, для того, чтобы сгенерировать сигнал (22) частоты сердечных сокращений.

3. Переносное устройство по п. 1, дополнительно содержащее дисплей (40) для отображения вычисленной частоты (26) сердечных сокращений.

4. Переносное устройство по п. 1, в котором обрабатывающий блок (18) выполнен с возможностью определения качества (30) сигнала (22) частоты сердечных сокращений в частотной области путем анализа спектральных пиков сигнала (22) частоты сердечных сокращений на частоте сердечных сокращений и/или на частотах ее гармоник.

5. Переносное устройство по п. 1, в котором экспоненциальное изменение представляет собой экспоненциальную кривую, обозначающую частоту сердечных сокращений во времени, причем экспоненциальная кривая имеет временную постоянную а, которая является константой, относящейся к физической подготовке человека, которая уменьшается с увеличением уровня физической подготовки.

6. Переносное устройство по п. 1, в котором обрабатывающий блок (18) выполнен с возможностью вычисления значения HRconstant по формуле HRconstant=2,1⋅f-a, где f является частотой сигнала (24) движения, а а является постоянной, представляющей уровень физической подготовки человека по формуле a=75-HRrest, где HRrest является частотой сердечных сокращений человека (20) в состоянии покоя.

7. Переносное устройство по п. 1, дополнительно содержащее запоминающий блок (34), который выполнен с возможностью хранения контрольных измерений частоты сердечных сокращений для известных уровней интенсивности физической активности человека, причем обрабатывающий блок (18) выполнен с возможностью определения уровня интенсивности физической активности человека на основе сгенерированного сигнала (24) движения и с возможностью определения постоянной частоты сердечных сокращений (HRconstant) путем сравнения определенного уровня интенсивности с контрольными измерениями, сохраненными в упомянутом запоминающем блоке (34), если качество (30) сигнала (22) частоты сердечных сокращений ниже упомянутого порога.

8. Переносное устройство по п. 7, в котором обрабатывающий блок (18) выполнен с возможностью определения уровня интенсивности физической активности человека на основе частоты по меньшей мере одного пикового значения сгенерированного сигнала (24) движения и/или на основе средней амплитуды сгенерированного сигнала (24) движения на временном интервале.

9. Переносное устройство по п. 1, дополнительно содержащее первый интерфейс (36) ввода для получения информации о типе физической активности человека (20), причем обрабатывающий блок (18) выполнен с возможностью оценки частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (24) движения и типа физической активности, если качество (30) сигнала (22) частоты сердечных сокращений ниже упомянутого порога.

10. Переносное устройство по п. 1, дополнительно содержащее второй интерфейс (38) ввода для того, чтобы получить персональные данные человека, в частности возраст, пол, вес, рост и/или частоту сердечных сокращений в состоянии покоя, причем обрабатывающий блок (18) выполнен с возможностью оценки частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (24) движения и полученных персональных данных, если качество (30) сигнала (22) частоты сердечных сокращений ниже упомянутого порога.

11. Переносное устройство по п. 1, дополнительно содержащее фильтр частоты для отфильтровывания тех компонентов частоты в сигнале (22) частоты сердечных сокращений, которые образуются из-за движения устройства (10), причем обрабатывающий блок (18) выполнен с возможностью определения качества (30) отфильтрованного сигнала частоты сердечных сокращений.

12. Способ для определения частоты (26) сердечных сокращений человека (20), включающий в себя следующие этапы:

- измерение частоты (26) сердечных сокращений человека (20) во времени для того, чтобы сгенерировать сигнал (22) частоты сердечных сокращений,

- измерение движения части (12) тела человека (20) во времени для того, чтобы сгенерировать сигнал (24) движения,

- измерение качества (30) сигнала (22) частоты сердечных сокращений, и

- вычисление частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (22) частоты сердечных сокращений, если упомянутое качество (30) сигнала выше предопределенного порога, и

- оценка частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (24) движения, если упомянутое качество (30) сигнала ниже упомянутого порога,

причем этап оценки частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (24) движения выполняется путем оценки постоянной частоты сердечных сокращений (HRconstant) и определения экспоненциального изменения частоты (26) сердечных сокращений во времени, причем экспоненциальное изменение частоты (26) сердечных сокращений начинается с последней достоверно измеренной частоты сердечных сокращений и заканчивается на оцененной частоте HRconstant, которая представляет собой оцененную частоту сердечных сокращений человека (20), которая зависит от частоты сигнала (24) движения, а последняя достоверно измеренная частота сердечных сокращений представляет собой последнюю частоту сердечных сокращений, измеренную блоком (14) измерения частоты сердечных сокращений в момент времени перед достижением упомянутого порога.

13. Система для определения частоты (26) сердечных сокращений человека (20), причем упомянутая система (100) содержит:

- переносное устройство (44) измерения частоты сердечных сокращений для измерения частоты (26) сердечных сокращений человека (20) во времени для того, чтобы сгенерировать сигнал (22) частоты сердечных сокращений,

- переносное устройство (46) измерения движений для измерения движений части (12) тела человека (20) во времени для того, чтобы сгенерировать сигнал (24) движения, и

- обрабатывающее устройство (48), которое содержит коммуникационный интерфейс для получения упомянутого сигнала (22) частоты сердечных сокращений и упомянутого сигнала (24) движения, и обрабатывающее средство, которое выполнено с возможностью измерения качества (30) сигнала (22) частоты сердечных сокращений, вычисления частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (22) частоты сердечных сокращений, если упомянутое качество (30) сигнала выше предопределенного порога, и оценки частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (24) движения, если упомянутое качество (30) сигнала ниже упомянутого порога,

причем обрабатывающее средство выполнено с возможностью оценки частоты (26) сердечных сокращений на основе сигнала (24) движения путем оценки постоянной частоты сердечных сокращений (HRconstant) и определения экспоненциального изменения частоты (26) сердечных сокращений во времени, причем экспоненциальное изменение частоты (26) сердечных сокращений начинается с последней достоверно измеренной частоты сердечных сокращений и заканчивается на оцененной частоте HRconstant, которая представляет собой оцененную частоту сердечных сокращений человека (20), которая зависит от частоты сигнала (24) движения, а последняя достоверно измеренная частота сердечных сокращений представляет собой последнюю частоту сердечных сокращений, измеренную блоком (14) измерения частоты сердечных сокращений в момент времени перед достижением упомянутого порога.



 

Похожие патенты:

Изобретения относятся к медицине. Способ предупреждения пользователя о начале гипогликемии реализуют с помощью носимого устройства.

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике и может быть использована в профотборе и в спортивной медицине. Надавливают на опорный элемент и с помощью сигнала обратной связи удерживают заданный уровень усилия.

Изобретение относится к медицине, а именно к спортивной медицине, и может быть использовано для определения биологического возраста человека, резервов его здоровья, количественной оценки эффективности оздоровительно-тренировочных и реабилитационных программ в практике врачебного контроля за занимающимися спортом, оздоровительной физической культурой и лечебной физкультурой с целью оценки эффективности процессов оздоровления и омоложения организма.
Изобретение относится к способам корректировки двигательных стереотипов спортсменов (ДСС) в игровых видах спорта: хоккее, футболе, баскетболе и др., а также к медицине, психологии, физиологии.

Изобретение относится к стоматологии и может быть использовано для диагностики опорно-удерживающего аппарата зуба, преимущественно – степени атрофии костной альвеолы зуба.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Беспроводная система контроля биологической информации с внутренней аутентификацией содержит устройство измерения параметра состояния здоровья первого типа, устройство измерения параметра состояния здоровья второго типа.

Изобретение относится к медицине, психологии, коррекционной педагогике, адаптивной физической культуре, реабилитологии и дефектологии. Для оценки общей двигательной функциональности у юношей-подростков с расстройствами аутистического спектра (РАС) низкого и среднего функционального уровня используют модифицированную шкалу GMFM-88.
Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии. Первоначально проводят регистрацию индивидуального ритма пациента.

Изобретение относится к медицине, ортопедии, диагностике пяточно-ладьевидных коалиций. Выявляют неподвижность между пяточной и ладьевидной костями в следующей последовательности: задний отдел стопы врач фиксирует в ладони одной руки, большой палец помещает в области переднего отростка пяточной кости, первый и второй пальцы другой руки помещает на область ладьевидной кости.
Изобретение относится к области судебной и криминалистической медицины и может быть использовано для выявления следов органического происхождения, в частности следов пальцев и ладоней.

Изобретения относятся к медицине. Устройство измерения величины артериального давления человека включает блок измерения величины артериального давления, содержащий датчик давления, блок регистрации отклонений величины артериального давления, снабженный оптическим датчиком, контроллер и дисплей.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для диагностики частоты пульса пациента. Микроконтроллерный измерительный преобразователь для фотоплетизмографического датчика пульса содержит микроконтроллер, светодиод, фотоприемник, RC-фильтр, первый и второй резисторы.

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к методам исследования состояния сердечно-сосудистой системы человека. Выполняют разложение реосигнала на низкочастотную (НЧ) и высокочастотную (ВЧ) составляющие.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в функциональной диагностике для оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека. Фотоплетизмограф содержит оптоэлектронный детектор пульсовой волны потока крови в пальце пациента с двумя светодиодами и фотодиодом, а также оснащенный компьютером пульт управления и источник питания.

Изобретение относится к медицинской технике. Фотоплетизмограф с адаптивной коррекцией постоянной составляющей содержит генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения и синхронный демодулятор.
Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии. Регистрируют биполярную продольную реограмму в положении испытуемого лежа на спине в экранированной комнате при температуре воздуха 22-24°С.
Изобретение относится к медицине, реаниматологии и может быть использовано при оживлении пациентов, находящихся в состоянии клинической смерти. Способ реанимации включает компрессию грудной клетки, искусственную вентиляцию легких, введение лекарственных средств и проведение пульсоксиметрического мониторинга.

Изобретение относится к медицине, а именно к неинвазивным способам качественно-количественного анализа функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Осуществляют запись пульсового сигнала и электрокардиосигнала в течение 2-3 мин.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для регистрации артериальной пульсации крови содержит генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, полосовой фильтр.
Изобретение относится к медицине, а именно пульмонологии, аллергологии, кардиологии, функциональной диагностике. Оценивают эластические и функциональные свойства аорты при анализе характеристик пульсовой волны, регистрируемые неинвазивной артериографией.

Изобретение относится к приспособлениям, используемым для оценки состояния человека с помощью снятия биологических сигналов с верхней части тела человека. Приспособление включает в себя элемент подушки для поддержания спины и элемент базовой подушки объединенные в одно целое при помощи мешкообразного элемента; элемент сенсорного приспособления, снимающего биологические сигналы со спины сидящего человека; элемент для поддержания таза/поясничной области, который амортизирует движения таза и уменьшает нагрузку на элемент подушки для поддержания спины.
Наверх