专利名称：具有传感器布置的心冲击描记术传感器系统以及身体运动的心冲击描记术检测方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器布置、 一种身体运动的心冲击描记术检测方法、 心冲击描记术传感器系统以及所述传感器布置的使用。
背景技术：
心沖击描记术是一种用于检测对象的身体运动的技术，所述运动由与 心脏收缩和射血以及流经大血管的血液减速相关联的冲击力所给予。心冲 击描记术用于以一种舒适且不显眼的方式来测量对象心率和呼吸率。待检
测的机械力较小8，因此利用附着于对象的身体的非常敏感的压力传感器。 例如，对象坐在传感器上或者躺在床上的传感器上。从专利申请公开US 2003/0233034Al中，已知了一种由集成到家具中的传感器测量身体的内部 运动(例如，血液流动)。公开了一种用于测量患者的生命体征的装置，所 述装置包括测量椅，所述测量椅还包括测量传感器，用于以一种无创的方 式从患者身体的外部来测量坐在测量椅上的患者的生命体征。
根据所描述的测量原理，传感器必须高度敏感，因此其经常受到(例 如)由在所述椅子或床附移近动的人员或宠物、靠近所述床运行的机器或 者路过所述房屋的汽车、电车和卡车所引起的环境的机械振动和动作的堵 塞。具体而言，在诸如医院或护理机构的环境中，由在床附近移动的其他 人员或由诸如泵和注射泵(perfiisor)的机器产生振动。这些振动以及因此 的诱发信号通常强于预期的身体运动信号。缺点在于由环境噪声所叠加的 心冲击描记术测量结果是无法分析的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种传感器布置和方法，其允许从中可提取来自心冲击描记术测量结果信息的时间大幅度增加。
上述目的由一种传感器布置而实现，所述传感器布置包括至少一个用 于检测对象身体运动的心冲击描记术传感器以及至少一个用于检测振动的 噪声传感器，其中，所述噪声传感器与所述身体振动隔离。
根据本发明的传感器布置的优势在于噪声传感器可检测到不是由身体 运动所诱发的振动。另外，本文将任何类型的不是由对象的身体运动所诱 发的振动称为噪声振动。所述噪声传感器检测基本上纯的噪声振动信号， 另外将其称为噪声信号，其不与由身体运动所诱发的信号相叠加。通过分 析基本上未受干扰的噪声信号，可能有利地将来自受到噪声信号堵塞的心 冲击描记术传感器的心冲击描记术信号的路径与未受到破坏的那些路径精 确地分开，因此允许了分析。另外，基于未受干扰的噪声信号，重建至少 一部分所堵塞的心冲击描记术信号是有利地可能的。
根据本发明，对象为人类或者动物，其身体允许生命体征的测量。就 本发明的意义而言，身体运动是由(例如)冲击力(反冲和撞击)所给予 的，所述冲击力与心脏收縮和射血以及流经大血管的血液减速相关联。心 冲击描记术测量包括对由心脏功能在身体上作用的力的测量。当心脏泵血 至主动脉和肺动脉时，身体在与血液流动相反的方向上经受反冲力，所述 反冲力的幅度和方向随心脏的功能期而变化。这一反冲力由身体外部的心 冲击描记术传感器测量。另外，呼吸和其他对象运动促进了身体运动。
根据本发明的噪声传感器是与身体振动隔离的。就本发明的意义而言， 振动隔离意味着由噪声传感器检测到的对象身体的振动和/或运动所诱发的 信号远弱于由心冲击描记术传感器所检测的信号。例如，由身体的振动和/ 或运动所诱发的噪声信号的信号强度小于由相同的身体的振动和/或运动所
诱发的心冲击描记术信号的50%，优选地小于其的10%,更优选地小于其 的1%，最优选地小于其的0.P/。。噪声传感器优选地为具有地震质量(seismic mass)的地震传感器，也可将其称为惯性传感器或者冲击传感器。
根据本发明的布置有利地用于测量(例如)位于床或椅子上的对象的 心率、呼吸率、活动或者血压。心冲击描记术传感器优选地为与对象的身
体耦合的敏感压力传感器。例如，对象可能坐在或靠在心冲击描记术传感器上。
根据优选实施例，将心冲击描记术传感器布置在一结构处，所述结构 支持对象的身体。具体而言，将心冲击描记术传感器集成到所述结构中。 所述结构可以是任何类型的家具，例如，床、椅子或者轮椅。即使传感器 集成到所述结构中，更敏感的心冲击描记术传感器和/或换能器有利地实现 了诸如血液流动的身体内部运动的测量。
根据本发明，还优选地将噪声传感器布置在心冲击描记术传感器和/或 一结构附近，将心冲击描记术传感器布置在所述结构处。另外优选地，对 噪声传感器和心冲击描记术传感器加以布置，从而使得不是由对象的身体 运动所导致的振动由噪声传感器和心冲击描记术传感器两者检测到。将噪 声传感器定位在心冲击描记术传感器附近有利地提供了使由噪声传感器和 心冲击描记术传感器检测到的噪声振动基本上相等。有利地，所检测噪声 信号和所检测心冲击描记术信号的实质差异是由对象的身体运动所诱发的 信号。因此，就本发明的意义而言，将噪声传感器布置在心冲击描记术传 感器附近意味着将噪声传感器布置在这样的一个位置，即在其处由噪声传 感器和心冲击描记术传感器所检测到的噪声振动基本上相等，即由噪声振 动诱发的噪声信号强度优选地至少为由噪声振动所诱发的心冲击描记术信
号强度的50%。 一般而言，根据环境而决定将噪声传感器放置于心冲击描
记术传感器多远。优选地，将噪声传感器布置在地面或房屋地板上。具体 而言，将噪声传感器布置在地板上，在所述地板之上立有用于支撑着所述 身体的结构。将噪声传感器布置在与心冲击描记术传感器相同的房间可能 是适当的。更优选地，将噪声传感器布置在所述结构附近，例如，在床或 椅子之下。这有利地提供了可分析噪声信号，即使在人们很常去的环境， 例如像有多个床的医院房间。
根据本发明，还优选地将噪声传感器可移动地附着在支撑着对象身体 的结构处。例如，在通常不经常移动的家中的床的情况下，可恰好将噪声 传感器静态地放置于所述床附近。然而，在专业护理环境或者针对医院病 床而言，噪声传感器可移动是有利的，例如作为床的一部分。本领域技术 人员认识到噪声传感器还可从所述病床的其余部分机械地解耦以提供震动隔离。
根据本发明，还优选地，所述结构包括托架(mounting),所述托架适 于使噪声传感器从所述结构中突出。就本发明的意义而言，所述托架是连 接所述结构和所述噪声传感器的任何类型的链接，其有利地允许收回所述 传感器，例如，用于重新定位所述结构，以及使所述传感器突出到指定的 位置用于检测噪声振动。
根据本发明，还优选地，所述结构包括底架和止动闸，将托架可操作 地连接到所述闸，从而使得一旦应用止动闸吋，噪声传感器突出。有利地， 一旦应用所述结构的闸时，噪声传感器自动地突出到指定位置。因此，例 如，医院人员不需要手动应用所述噪声传感器。就本实施例的意义而言， 可操作地连接包括机械齿轮或机械驱动类型。
本发明的另一个目的为一种心冲击描记术检测对象的身体运动的方 法，其包括根据对象身体检测心冲击描记术信号的步骤，以及检测噪声信 号，其中由噪声传感器检测噪声信号，所述噪声传感器与对象的身体振动隔离。
根据本发明的方法的优势在于由噪声传感器检测到噪声振动。所述噪 声传感器检测噪声信号，所述噪声信号不与心冲击描记术信号相叠加。
在一个优选实施例中，噪声信号用于使心冲击描记术信号去堵塞和/或 用于对心冲击描记术信号评估。通过分析噪声信号，可能有利地将受到噪 声振动堵塞的心冲击描记术信号的路径与未受到破坏的那些路径精确地分 开，因此允许了分析。基于噪声信号，重建至少一部分所堵塞的心冲击描 记术信号是有利地提供了分析被噪声振动叠加的即使部分的心冲击描记术 的能力。
在更优选的实施例中，使用用于使心冲击描记术信号去堵塞的噪声抵 消滤波技术。甚至更优选地，利用自适应滤波器，其中使用噪声信号有利 地使滤波器适应。例如，如果心冲击描记术信号由于噪声振动而恶化，则 噪声振动的频率可能漂移。静态滤波器可过度地降低心冲击描记术信号的 质量，这是由于后者很可能包括在由静态滤波器所拒绝的范围内的频率成 份。自适应滤波器有利地从心冲击描记术信号和噪声信号两者得到输入，因此能够当噪声的实际频率波动时对其进行跟踪。这样的自适应技术有利 地允许具有更小拒绝范围的滤波器，其提高了所滤波的信号的质量。进一 步优选地，使用用于使心冲击描记术信号去堵塞的模糊逻辑技术。
在另一个优选实施例中，优选地通过傅里叶逆变换，从心冲击描记术 信号的信号功率谱中减去噪声信号的谱，恢复了去堵塞信号。优选地通过
对噪声信号的快速傅里叶变换(FFT)分析获得噪声信号的谱。根据本实施 例的方法是有利地有效的并且易于实施。
本发明的另一个对象为具有根据本发明的传感器布置的心冲击描记术 传感器系统，所述系统还包括用于处理来自噪声传感器和心冲击描记术传 感器的信号的数据处理单元，其中，按照根据本发明的方法来实施所述处 理。例如，数据处理单元可有利地为具有用于输入噪声信号和bcg信号的 适当接口的任何计算机。
本发明的另一个目的在于根据本发明使用传感器布置，用于监测一个 或多个心率、血压、呼吸率和对象的活动。
本发明的另一个目的在于根据本发明使用一种传感器布置，用于监视 人员，特别是在护理环境中。
本发明的另一个目的在于根据本发明使用传感器布置用于监测心律失常。
本发明的另一个目的在于根据本发明使用传感器布置用于睡眠质量评价。
本发明的另一个目的在于根据本发明使用传感器布置用于监视充血性 心力衰竭患者。
结合以示例方式说明本发明的原理的附图，从以下详细描述中，本发 明的这些和其他特点、特征和优势将会变得显而易见。描述仅为了示例而 给出，其不限制本发明的范围。以下引用的参考图示为附图。
图1示意性地说明了根据现有技术用于附着心冲击描记术传感器的结
构；图2a和2b说明了根据本发明的传感器布置和心冲击描记术传感器系 统的实施例；
图3示出了根据本发明说明的传感器布置和心冲击描记术检测方法的 示意性图表。
具体实施例方式
将根据特定实施例并且参考某些附图来描述本发明，但是本发明不受 到其的限制，而仅受到权利要求的限制。所描述的附图是示意性且非限制 性的。在附图中，为了说明性目的可能夸大了一些元件的尺寸而非按照真 实尺度而绘图。
在使用例如"一"、"一个"、"该"的不定冠词和定冠词提及单数名词 时，除非特定指出，否则其包括多个该名词。
另外，在说明书和权利要求中的"第一"、"第二"、"第三"等术语用 于在相似元件之间进行区分，而非必须用于描述序列顺序或者时间顺序。 需要理解的是这样使用的术语在适当的情况下可互换，并且本文描述的本 发明的实施例能够以除了本文描述或说明的顺序进行操作。
另外，在说明书和权利要求中的"顶部"、"底部"、"之上"、"之下" 等术语用于描述性目的，而非必须用于描述相对位置。需要理解的是这样 使用的术语在适当的情况下可互换，并且本文描述的本发明的实施例能够 以除了本文描述或说明的取向而操作。
应当注意的是，不应将在说明书和权利要求中使用的"包括" 一词解 释为受到的其后列出的器件的约束，其不排除其他元件或步骤。因此，"设 备包括器件A和B"这一表述的范围不应限于仅包括部件A和B的设备。 其意味着，根据本发明，设备的仅有相关部件为A和B。
图1中，描述了结构3，在其上可布置传感器布置(未示出)。这里， 示出了如在医院中可看到的典型的病床。位置A代表针对心冲击描记术传 感器(未示出)优选的位置。
图2a和图2b中，示意性地说明了根据本发明的传感器布置和心冲击描 记术传感器系统的实施例。例如，结构3可以为床或椅子。将心冲击描记 术传感器布置在结构3处以检测位于所述结构3上的对象(未示出)的身体运动。例如，结构3立在房间的地板4上。根据本发明，传感器布置包 括噪声传感器2，其与对象的身体振动隔离。噪声传感器2优选地为具有地 震质量的地震传感器。必须相对于结构3对外部冲击的响应而校准噪声传 感器2对同一冲击的响应。由于对象体重或其他结构3的机械变化对于系 统的机械响应的影响，这一校准优选地以定期完成，即在典型测量周期期 间，这是由于对象重量或其它机械变化的影响。
在图2a中，将噪声传感器放置在地板4上。由于对象的身体运动所诱 发的振动是比较弱的，因此有效地防止了从结构3传输的振动，因此防止 了从对象到噪声传感器2的振动传输。然而，噪声传感器2可有利地检测 到(例如)由人员在地板4上行走所诱发的噪声振动。在图2b中，描述了 在结构3处传感器布置的实施例，其对于诸如医院中的轮椅的移动结构3 是有利的。经由托架5将噪声传感器2附着到所述结构。本领域技术人员 会认识到托架5不适于将振动从结构3传输到噪声传感器2，即尽管如此噪 声传感器2也与所述结构3振动隔离。优选地，托架5可收回以将噪声传 感器2从所描述的工作位置转移到部署的位置。另外，托架5可操作上与 病床轮的闸(未示出)连接，从而使得一旦应用所述闸时，将噪声传感器2 自动降低到地板4。图2a和2b中所描述的传感器布置形成了根据本发明的 心冲击描记术系统的一部分，其还包括具有接口 (未示出)的数据处理单 元7，用于从噪声传感器2输入噪声信号(图3)以及从心冲击描记术传感 器l输入心冲击描记术信号(图3)。可由换能器8放大和域转换信号。从 噪声传感器2和/或心冲击描记术传感器1到数据处理单元的连接可包括有 线连接或无线通信线。
在图3中，以示意性图表说明了根据本发明的传感器布置和心冲击描 记术检测的方法。将来自心冲击描记术传感器1的噪声振动堵塞心冲击描 记术信号11以及来自噪声传感器2的噪声信号12馈送到数据处理单元7 中，在所述数据处理单元7中，噪声信号12用于从心冲击描记术信号11 中减去堵塞噪声振动。输出信号13是去堵塞心冲击描记术信号，其是有利 可分析的。
在图4中，给出了来自心冲击描记术传感器1和噪声传感器2的心冲 击描记术信号11和噪声信号12，其中所述噪声传感器2仅记录地震噪声。 在轴100上给出时间，在相应轴101上给出信号。心冲击描记术信号ll来自躺在床上且具有可见轨迹的呼吸运动和心脏运动的对象。然而，心冲击 描记术信号11受到在床附近行走的另一人员运动的扰动，这经常发生在医 院和护理环境中。行走人员的单步在噪声传感器2的噪声信号12中清晰可
见。对象的运动仅出现在心冲击描记术信号11中而不在噪声信号12中。 由于噪声传感器2的振动隔离，可以判别心冲击描记术信号11的两个来源。 可以分析环境噪声，并以显著程度从心冲击描记术信号11中消除。
权利要求
1、传感器布置，其包括至少一个用于检测对象身体运动的心冲击描记术传感器(1)以及至少一个用于检测振动的噪声传感器(2)，其中，所述噪声传感器(2)与所述身体振动隔离。
2、 根据权利要求1所述的传感器布置，其中，将所述心冲击描记术传感器(1)布置在结构(3)处，所述结构支撑着所述对象的所述身体。
3、 根据权利要求1所述的传感器布置，其中，所述噪声传感器(2)为地震传感器，将其布置在所述心冲击描记术传感器(1)和/或结构(3)附近，将所述心冲击描记术传感器(1)布置在所述结构处。
4、 根据权利要求1所述的传感器布置，其中，对所述噪声传感器(2)和所述心冲击描记术传感器(1)加以布置，从而使得可由所述噪声传感器(2)和所述心冲击描记术传感器(1)检测到不是由所述对象的所述身体运动导致的振动。
5、 根据权利要求1所述的传感器布置，其中，将所述噪声传感器(2)布置在地板(4)处，结构(3)用于支撑所述身体使其立于所述地板(4)上。
6、 根据权利要求1所述的传感器布置，其中，所述噪声传感器(2)可移动地附着在支撑所述对象的所述身体的结构(3)上。
7、 根据权利要求6所述的传感器布置，其中，所述结构(3)包括托架(5)，所述托架适于使所述噪声传感器(2)从所述结构(3)处突出。
8、 根据权利要求7所述的传感器布置，其中，所述结构(3)包括底架和止动闸，所述托架(5)可操作地与所述闸连接，从而使得一旦应用所述止动闸吋，所述噪声传感器(2)突出。
9、 心冲击描记术检测对象身体运动的方法，其包括如下步骤从所述对象的所述身体检测心冲击描记术信号，以及检测噪声信号，其中，所述噪声信号由噪声传感器(2)检测，所述噪声传感器与所述对象的所述身体振动隔离。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中，所述噪声信号用于使所述心冲击描记术信号去堵塞，以及/或者用于评估所述心冲击描记术信号。
11、 根据权利要求10所述的方法，其还包括用于所述心冲击描记术信号的所述去堵塞的噪声抵消滤波技术。
12、 根据权利要求10所述的方法，其还包括用于所述心冲击描记术信号的所述去堵塞的模糊逻辑技术。
13、 根据权利要求9所述的方法，其中，从所述心冲击描记术信号的谱中减去所述噪声信号的谱，优选地利用傅里叶逆变换，恢复去堵塞信号。
14、 根据权利要求1的具有传感器布置的心冲击描记术传感器系统，其还包括数据处理单元(7)，用于根据权利要求9的方法来处理来自所述噪声传感器(2)和所述心冲击描记术传感器(1)的信号。
15、 根据权利要求1所述的传感器布置的用途，所述传感器布置用于监测心率、呼吸率和对象的活动中的一个或多个。
16、 根据权利要求1所述的传感器布置的用途，所述传感器布置用于监视人员，特别是监视在护理环境中的人员。
17、 使用根据权利要求1所述的传感器布置，用于监测心律失常。
18、 根据权利要求1所述的传感器布置的用途，所述传感器布置用于睡眠质量评价。
19、 使用根据权利要求1所述的传感器布置，用于监视充血性心力衰竭患者。
全文摘要
一种传感器布置，其包括至少一个用于检测对象的身体运动的心冲击描记术传感器以及至少一个用于检测振动的噪声传感器；一种身体运动的心冲击描记术检测方法；心冲击描记术传感器系统以及使用所述传感器布置。建议使用惯性传感器采集外部噪声信号，所述惯性传感器与在心冲击描记术检查中的对象振动隔离。
文档编号A61B5/11GK101657156SQ200880005806
公开日2010年2月24日 申请日期2008年2月18日 优先权日2007年2月22日
发明者A·布劳尔斯, J·米尔史蒂夫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司