专利名称：用于检测佩戴位置的感测设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测设备相对于用户的佩戴位置的感测设备。
背景技术：
近年来，由于传感器小型化、能量节省和无线通信等领域内的技术进步，已经使得身体上感测成为可能。具有基于身体佩戴的加速度计的活动监测器(AM)的形式的感测设备能够记录运动引发的加速度信号。从这样的加速度信号可以提取出活动情境信息，比如与体力活动有关的能量消耗(AEE)、活动类型以及持续时间。在卫生保健应用中，活动情境信息有助于正确地解释患者的生命体征身体信号，比如ECG和呼吸率，并且有助于改进诊断。在消费者生活方式应用中，其使得用户能够保持健康的体力活动水平，从而避免与缺乏活动有关的疾病。为了以所需的精度将加速度数据转换成AEE数值或者为了能够提供正确的活动类型识别，可能很关键的是具有关于传感器位置的先验知识。“Detection of Sensor Wearing Positions for Accelerometry-based Daily Activity Assessment (用于根据加速度测量的日常活动评估的传感器佩戴位置检测)”(》e Sixth IASTED International Conference on Biomedical Engineering, 2008 年 2 月，Yin 禾口 Goris) —文公幵了一禾中基于把从所测量的加速度数据中提取的与身体位置相关的特征与已确立的特征数据库的特征进行比较而检测传感器佩戴位置的方法。图1是从所提到的Yin和Goris的文章适配的，并且示出了以每天的总加速度形式累计的加速度能力(y轴)与利用双标水方法测量的对应的体力活动水平(χ轴)之间的相关实例。分别从来自实验数据4、5、6的线性回归得到的相关曲线1、2、3根据传感器佩戴位置而不同，即腰部1、4 (菱形)，腕部2、5 (正方形)，和胸罩3、6 (三角形)。因此，尽管读出数据与相同的活动有关，但是所确定的体力活动水平则根据加速度计的附着位置而不同。因此，在本领域内需要精确地检测身体上感测设备的佩戴位置。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种灵活的身体上感测设备，其可以被佩戴在多个身体位置处，同时仍然可以精确地检测所述设备本身的佩戴位置而不管其佩戴位置如何。此外， 本发明的另一个目的是提供一种身体上感测设备，其能够利用次数非常有限的用户一设备交互提取佩戴位置，并且甚至在任何类型的活动期间不需要来自用户的任何干预，从而提供一种用于检测佩戴位置的完全自动的感测设备。本发明优选地尝试单独地或者以任意组合缓解、减轻或消除现有技术的一项或更多项缺点。根据第一方面，提供一种用于检测佩戴位置的感测设备，所述设备包括 用于检测运动信号的运动传感器；
用于检测高度信号的高度传感器；以及计算单元；
其中，运动传感器和高度传感器可通信地连接到计算单元，并且其中计算单元响应于接收到运动信号和高度信号而确定感测设备相对于用户的佩戴位置。本发明的发明人认识到，为了以高度确定性检测正确的佩戴位置，很重要的是将多于一个输入信号作为判定的基础，并且其中当感测设备被附着到不同的身体部分时，各输入信号在用户的特定移动期间的行为不同。与用户的运动有关的信号和与传感器的高度有关的信号满足这一要求。通过将运动信号和高度信号作为佩戴位置检测的基础，从而可以提供一种可以仅仅基于所检测到的信号来精确地确定佩戴位置的感测设备，并且其不需要或者仅仅需要很少的用户输入。因此，本发明的实施例可以提供一种自动检测设备佩戴位置的感测设备。在本发明的有利实施例中，计算单元还被适配成在运动信号和/或高度信号中识别预先选择的运动类型，或者至少在信号中识别代表预先选择的运动类型的候选数据片段。计算单元还被适配成检测出在运动信号和高度信号中存在预先选择的类型的运动或者预先选择的类型的候选数据片段。有利的是在所检测到的信号中识别出运动类型，这是因为通过将佩戴感测设备的用户的特定类型的移动作为佩戴位置检测的基础可以提高佩戴位置检测的精度。在本发明的有利实施例中，计算单元还被适配成从在预先选择的类型的运动的发生期间测量的运动信号和高度信号中提取一个或更多参数，并且将这样的参数作为佩戴位置确定的基础。很方便的是把所提取的参数值和/或范围作为计算判定处理的基础。在本发明的有利实施例中，佩戴位置检测是基于一种分类算法。分类算法非常适于与基于复杂输入信号的计算判定相结合。在第二方面，本发明涉及一种检测感测设备的佩戴位置的方法，其中，相对于用户的佩戴位置检测是基于所检测到的运动信号和所检测到的高度信号。在第三方面，本发明涉及一种被适配成实施第二方面的方法的计算机程序产品。 所述计算机程序产品可以被实施到感测设备的计算单元中，以便赋予所述设备本发明的第二方面的功能。总而言之，本发明的各个方面可以按照本发明范围内的任何可能方式来组合及耦合。通过参照下面所描述的实施例，本发明的上述和其他方面、特征和/或优点将变得显而易见并且将对其进行阐述。
下面将参照附图仅仅通过举例的方式来描述本发明的实施例，其中
图1示出了基于加速度计数据的累计加速度能力以及基于双标水方法的对应体力活动水平的曲线图2示出了用于检测佩戴位置的感测设备的一个实施例； 图3示出了感测设备的附着位置的实例；
图4示出了用于检测感测设备的佩戴位置的算法的一个实施例的方框图； 图5A — D示出了站立一坐下过渡期间的加速度和高度计信号的截屏； 图6示出了从运动信号和高度信号提取的参数的散布图；以及图7示出了在用于检测佩戴位置的方案中实施假设一证实结构的算法的一个实施例的方框图。
具体实施例方式本发明的实施例涉及一种用于检测设备的佩戴位置的感测设备。所述感测设备可以是具有给定功能的主机设备的一部分，其中需要设备的佩戴位置来改进操作。这样的设备包括(但不限于)活动传感器和下降检测器。在发明背景部分中已经讨论过的图1示出了所计算的活动水平可能取决于活动传感器的所假定的佩戴位置。因此，如果在将所检测到的移动转换成体力活动水平时不使用正确的佩戴位置，则有可能在所计算的活动水平中引入不确定性。结合下降检测，此外还很重要的是知晓正确的佩戴位置。被用于检测下降的算法使用佩戴位置和所检测到的移动一起来确定所检测到的移动是否与下降有关。在下降检测中，很重要的是具有尽可能低的误警报率，同时不会错失实际发生的任何下降，因此很重要的是知晓正确的佩戴位置。图2示出了用于检测佩戴位置的感测设备20的一个实施例。所述设备包括用于检测运动信号的运动传感器21。运动传感器通常是三轴加速度计。所述设备还包括用于检测传感器位置的高度信号的高度传感器22。高度传感器可以是高度计或者基于测量空气压力信号或空气压力差的气压计。所述设备还包括计算单元23。计算单元连接到运动传感器和高度传感器，以便访问或读取运动信号和高度信号。基于来自运动传感器和高度传感器的输入，计算单元确定感测设备相对于用户的佩戴位置。两个传感器在外罩内被放置得非常靠近，从而其测量与相同的身体部分的移动有关的信号。举例来说，如果感测设备被附着到膝盖，则两个传感器应被靠近放置，从而使得所检测到的移动仅仅与膝盖的移动有关，而与相邻肢体的移动无关。因此，两个传感器的邻近度对于膝盖附着应当比对于胸部附着更加靠近。为了具有附着到不同身体部分的自由度，两个传感器应当被放置成使得运动传感器的检测区域和高度传感器的检测区域被定位成彼此相距小于五厘米。其还可以被放置在一起、被邻近地定位或者彼此固定。在一个实施例中，运动传感器21同时测量由身体移动导致的惯性加速度和由地球引力施加的重力加速度。高度(例如压力)传感器22在其垂直移动时利用空气压力变化来提供关于海拔高度改变的信息。在一个实施例中，例如可以通过将参考海拔高度设定为参考水平来校准压力传感器。空气压力传感器随后可以测量关于该参考水平的高度或高度改变。所述设备通常与主机设备对集成，所述主机设备可以包括除了图2中所示的之外的附加组件。举例来说，主机设备可以包括用于连接到外围装备的连接器插孔，比如连接到外部计算设备。主机设备还可以包括显示器以用于显示活动水平等等。在各实施例中，感测设备和主机设备可以共享组件，比如加速度计和高度传感器，其可以附加地被用于计算活动水平或其他参数。同样地，可以在主机设备与感测设备之间共享计算单元。为了识别常见的体力活动类型(比如步行、跑步、单车)以及评估有关的能量消耗， 希望将感测设备佩戴得靠近身体躯干而不是踝部和腕部之类的四肢，从而得以记录整个身体的移动。图3示出了在这方面的感测设备的附着位置的实例。举例来说，感测设备可以被附着到胸部30，例如作为围绕脖颈或附着到胸罩的挂件；其可以被附着到臀部31，例如夹到腰带上；其可以被附着到大腿32，例如处在裤子的口袋中；其可以被附着到膝盖33，例如通过使用捆带附着。身体位置不限于前面提到的实例，并且上述身体位置仅仅是作为实例示出的。此外，多个感测设备30 — 33的图示不应被解释成使用多于一个感测设备。在测试情况下可以将多个感测设备附着到一个人，但是在通常的使用情况下，只使用单个感测设备。图4示出了用于检测感测设备的佩戴位置的算法的一个实施例的方框图。运动信号40和高度信号41被输入到运动检测单元或方框42中，其被实施在感测设备的计算单元中。运动检测方框42在运动信号和高度信号中检测对应于佩戴所述设备的用户的给定类型的运动的信号过渡的发生。运动检测方框从而尝试从其中一个或全部两个输入信号40、 41识别出特定的预先选择的用户移动类型。一旦识别出或检测到给定的预先选择的运动类型之后，就在特征提取方框43中在所述预先选择的类型的运动的发生期间从运动信号提取与运动信号有关的至少一个参数，并且在所述预先选择的类型的运动的发生期间从高度信号提取与高度信号有关的至少一个参数。所提取的参数被输入到分类方框44，以便基于分类算法检测佩戴位置45。在一个实施例中，所述计算单元被适配成监测运动信号和/或高度信号，以便识别出给定的或预先选择的运动类型，并且在运动信号和/或高度信号中检测出对应于该给定运动类型的信号过渡已经发生。信号过渡的形状与身体的具体移动有关。结合图5 — 7 使用了与坐下一站立移动有关的信号过渡，但是也可以使用其他类型的移动和有关的信号过渡，比如与步行、跳跃等等有关的信号过渡。对于特定运动的识别可以通过使用同时基于加速度和高度计数据的独立活动分类器来实现。此外，可以与所述识别相结合地使用运动发生的情境。举例来说，加速度数据同时提供相关身体部分的移动(例如步行或单车)和姿态(例如站立或平躺)信息。图5示出了来自一项测试的站立一坐下过渡期间的加速度和高度计信号的截屏， 其中对象在身体的四个不同位置处佩戴感测设备。图5A到5D示出了在接连的站立一坐下过渡期间测量的运动信号52 (上方)和高度计信号53 (下方)。在运动信号的曲线图中示出了来自三轴加速度计的三个感测轴的读出，并且站立一坐下过渡和坐下一站立过渡分别由附图标记50和附图标记51标识。首先利用中值滤波器对高度计信号(下方)进行处理，以便在不牺牲尖锐的站立一坐下过渡边沿的情况下去除高频尖峰，此外由于缓慢的周围压力改变(由于天气)导致的DC偏移也被去除。 图5A示出了位于胸部的感测设备的信号；图5B示出了位于臀部的感测设备的信号；图5C 示出了位于大腿的感测设备的信号；并且图5D示出了位于膝盖的感测设备的信号。回到图4，运动检测方框42监测运动信号和高度信号，并且一旦检测到所期望的运动类型，就通过特征提取方框43从信号中提取参数或信号特征。在所期望的运动是站立一坐下/坐下一站立过渡时所能提取的信号特征(参数)的实例包括(但不限于)以下特征
1)围绕过渡的高度改变；
2)围绕过渡的指向改变；
3)围绕过渡的加速度能量；
4)围绕过渡的传感器轨迹；5)站立ー坐下与坐下一站立过渡之间的高度改变差；
6)站立ー坐下与坐下一站立过渡之间的指向改变差。更具体来说，反映高度改变的信号特征可以被如下定义
权利要求
1.一种用于检测佩戴位置的感测设备(20)，所述设备包括用于检测运动信号(52)的运动传感器(21)；用于检测高度信号(53)的高度传感器(22)；以及计算单元(23);其中，运动传感器和高度传感器可通信地连接到计算单元，并且其中计算单元响应于接收到运动信号和高度信号而确定感测设备相对于用户的佩戴位置。
2.根据权利要求1的感测设备，其中，运动传感器的检测区域和高度传感器的检测区域被定位成彼此相距小于五厘米。
3.根据权利要求1的感测设备，其中，运动传感器是三轴加速度计。
4.根据权利要求1的感测设备，其中，高度传感器是高度计。
5.根据权利要求1的感测设备，其中，计算单元还被适配成在运动信号(52)和/或高度信号(53)中识别预先选择的运动类型，并且在运动信号和高度信号中检测到预先选择的类型的运动已经发生(50，51)。
6.根据权利要求5的感测设备，其中，计算单元还被适配成在检测到运动类型之后， 根据从在预先选择的类型的运动的发生(50，51)期间测量的运动信号和高度信号中提取的一个或更多参数(60 - 63)确定佩戴位置。
7.根据权利要求6的感测设备，其中，计算单元被适配成执行分类算法，并且其中所述分类算法被适配成基于从在预先选择的类型的运动的发生期间测量的运动信号和高度信号中提取的一个或更多参数检测佩戴位置。
8.根据权利要求7的感测设备，其中，所述分类算法被适配成访问预先定义的信号特征的数据库，所述预先定义的信号特征与有关的佩戴位置相关联，并且其中所述分类算法还被适配成在预先定义的信号特征与提取自运动信号和高度信号的一个或更多参数之间进行比较，以便确定感测设备的佩戴位置。
9.根据权利要求7的感测设备，其中，计算单元还被适配成从可能佩戴位置集合访问初始佩戴位置、检测佩戴位置以及将所检测到的佩戴位置与初始佩戴位置进 行比较，如果所检测到的佩戴位置与初始佩戴位置匹配，则保持所检测到的佩戴位置，否则从所述可能佩戴位置集合访问新的初始佩戴位置并且检测新的佩戴位置，并且把新的初始佩戴位置与新的所检测到的佩戴位置进行比较。
10.一种检测感测设备的佩戴位置的方法，所述方法包括检测运动信号；检测高度信号；以及基于运动信号和高度信号确定感测设备相对于用户的佩戴位置。
11.一种计算机程序产品，其被适配成当运行在计算机上时实施根据权利要求10的方法。
全文摘要
本发明涉及用于检测设备相对于用户的佩戴位置的感测设备(20)。所述设备包括用于检测运动信号的运动传感器(21)；用于检测高度信号的高度传感器(22)；以及计算单元(23)。计算单元接收运动信号和高度信号，并且以之为基础确定感测设备相对于用户的佩戴位置。在各实施例中，从信号中提取与用户的移动有关的参数，并且通过分类算法从这些参数中检测佩戴位置。
文档编号A61B5/11GK102427765SQ201080021911
公开日2012年4月25日 申请日期2010年5月17日 优先权日2009年5月20日
发明者尹 B., M. P. 多尔恩博斯 R. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司