专利名称：用于监控就座者的生命体征的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和系统，用于监控就座者的生命体征，具体地说，用于监控机 动车辆中就座者的生命体征。
背景技术：
专利文献US 2005/0073424公开了一种方法，用于感测关于生命身体的位置和/ 或运动的信息，尤其用在机动车辆中。该方法使用汽车的方向盘中集成的多普勒雷达传感 器来使得能够从远程监控驾驶员的生命体征。因为驾驶员周围其它运动物体可能在多普勒 雷达信号中产生信号伪影，所以驾驶员的生命体征的监控可能并不精确。将有利的是，有一种方法，其可以改进监控机动车辆中就座者的生命体征的精度。还将有利的是，有一种系统，其可以改进监控机动车辆中就座者的生命体征的精 度。
发明内容
公开了一种方法，包括以下步骤使用部署在安全带上或者集成到安全带中的多 个多普勒雷达，用于监控机动车辆的座位中就座者的生命体征。公开了一种系统，用于监控机动车辆的座位中就座者的生命体征。所述系统包括 多个换能器和天线，用于将特定频率的电磁信号发送到该人胸部，并且接收从该人胸部对 应反射的电磁信号。所述系统包括处理单元。所述处理单元包括第一处理单元，耦合到 多个天线，用于处理受反射的电磁信号，并且产生输出信号，所述输出信号表示与所述受反 射的信号关联的多普勒信号的改变率、关于时间的改变率。所述处理单元包括第二处理单 元，布置为比较各输出信号，并且基于准则选择最佳输出信号。所述处理单元包括第三处 理单元，布置为基于所选最佳输出信号来计算表示机动车辆的座位中就座者的生命体征的 至少一个参数。
将参照附图仅通过示例的方式来进一步描述上述各方面、特征和优点，其中，相同 标号指示相同或相似部分，并且其中图1示出用于监控机动车辆中就座者的生命体征的示例性布置方式；图2示意性示出根据本主题实施例的监控机动车辆中就座者的生命体征中所涉 及的步骤。图3示出说明根据本主题实施例的最佳输出信号的选择方式的流程图和图线；以 及图4示出用于监控机动车辆中就座者的生命体征的系统的实施例。因为疏忽、行驶中入睡以及因压力情况而产生的心脏压力是灾难性交通事故的常 见原因，所以在汽车工业中关于车辆操作者的安全性引起极大兴趣。
本发明公开了一种改进的方法和系统，用于监控车辆操作者的生命体征。词语“车辆”在此指的是运送人或物的运输工具(例如小汽车、公交车、卡车、救护车)。词语“车辆操作者”指的是驾驶/操作车辆的人。
具体实施例方式公开了一种方法，包括以下步骤使用部署在安全带上或者集成到安全带中的多 个多普勒雷达来监控机动车辆的座位中就座者的生命体征。现参照图1，人102就座于机动车辆的座位中，系上安全带104。安全带104在此指 的是被设计为紧固人102以防可能源自碰撞或紧急停止的有害移动的安全带。安全带104 目的在于减少受伤情况，方式是阻止人102碰撞车辆的硬质内部元件或其它乘客，以及防 止人102从车辆被抛出。多个多普勒雷达106部署在安全带上，或者集成到安全带。多普 勒雷达用于测量人102的生命体征。用于检测多普勒频移信号的换能器是商业可获得的，并且一般使用的目的是采用 波束的远场来检测运动，例如在交通速度的雷达测量中。这类换能器也可以用于近场测量， 并且适合于经由检测来自心脏的多普勒频移信号而检测心脏活动。一种这样的商业可获得换能器是微波运动传感器KMY 24单元，其为一种双信道 运动传感器，由Micro Systems Engineering GmbH制造。其将2. 45GHz振荡器和接收机包 含在同一壳体中，并且工作在连续波模式下。通常在这类多普勒换能器中，本领域所知的是，天线发射电磁波，当电磁波从以非 横贯冲击(impinging)电磁波的速度的分量移动的物体的表面反射时，其产生反射回到天 线的电磁波的频移。这种频移称为多普勒频移。这种多普勒频移后的反射波由换能器中的 天线检测到，该天线可以与发射天线相同，或者可以与之不同。反射物体的相对运动速度被 编码在检测到的所反射的电磁波的频移中，并且该值是可以使用已知技术来提取的。US 2005/0073424中所公开的解决方法使用了方向盘中集成的单个传感器。比之 当集成到方向盘时，使用部署在安全带104上的多普勒雷达测量生命体征给出了好得多的 信号活动，并且远更加不易受制于驾驶员周围的运动物体。因为在就座者的心脏区域之上的多普勒雷达的确切定位无法得以确保，所以使用 包括多个多普勒雷达的多普勒雷达阵列。多个雷达彼此毗邻地布置在安全带上，或者集成 到安全带中。它们的相应数据输出和电源导线集成为安全带中的屏蔽导电引线。多个雷达给出的优点在于多普勒雷达传感器的确切定位，使得其对驾驶员的位置 以及驾驶员的座位的设置(例如后座的角度)不敏感。可以获得多个信号，并且可以选择 最有用的信号，由此使得能够以更高的精度来测量生命体征。生命体征(例如心率和呼吸) 可以在没有皮肤接触的情况下受监控，并且完全不引起驾驶员注意。在实施例中，监控就座者102的生命体征包括图2所示的以下步骤。步骤202包 括将特定频率的电磁信号发送到机动车辆的座位中就座者的胸部。步骤204包括接收 从机动车辆中就座者的胸部对应反射的电磁信号。步骤206包括处理对应的反射电磁信 号，以产生输出信号，所述输出信号表示与受反射的电磁信号关联的多普勒信号的改变率、 关于时间的改变率。步骤208包括比较各输出信号，并且基于准则选择最佳输出信号。步 骤210包括基于所述最佳输出信号来计算表示人的生命体征的至少一个参数。所公开的方法不测量阻抗，而是测量胸壁和心壁运动。在另一实施例中，比较各输出信号并且选择最 佳输出信号包括基于机动车辆中就座者的心脏信号选择最佳输出信号。最佳输出信号是 基于信号在一个周期中显现的特征点的数量而得以选择的。在因呼吸或其它运动而导致传 感器的微小位移的情况下，具有最佳信号的传感器非常可能在这种微小移动之后仍为具有 最佳信号的传感器，因为其将仍然最接近于心脏。因此有利的是，并非仅采用输出重复模式 的任何传感器，而是采用具有每周期最多特征点的传感器。在欧洲专利申请PHNL 006855中，描述了使用双信道多普勒雷达传感器来进行心 脏测量，其提供关于心脏相位的定时的信息。该情况已经在以下文献中得以进一步描述 ^^J"The use of a two channeldoppIer radar sensor for the characterization of heart motionphases，，，作者 J. Muehlsteff、J. A. J. Thi js 禾口 R. Pinter，28th AnnualInternational Conference of the IEEE, Engineering in Medicineand Biology Society 2006, EMBS 06，第547-550页。在该文献中所给出的结果中，一个RR周期中存在 四个特征点(参见图3，并且注意，点5=点1)。发明人已经发现，根据胸腔的位置，并非全 部四个特征点一直都是可见的。如果在输出信号中四个特征点是可见的，则这说明，测量位 置是良好的位置。这可以用于选择安全带中正确的传感器，其于是将是在一个RR周期中具 有最多特征和似真点的传感器。特征点以及这些后续特征点之间的时间差是根据所反射的信号而计算出的。这可 以给出高达四个特征点的重复模式，其按心脏频率而保持重复。这使得能够发现最有利地 定位的传感器。可以通过计算每RR周期有多少特征点可见来完成该操作。基于心脏信号 选择最佳输出信号包括图3所示的以下步骤。步骤302包括使用所有雷达信道的时间导 数从所有雷达传感器提取特征点。步骤304包括搜索特征点的重复模式。步骤306包括 基于图3中以图线描绘的一个重复模式(即RR周期)中特征点的数量来选择最佳输出信 号。在又一实施例中，该多个多普勒雷达以在400MHz至5GHz之间的范围中的频率来 发射连续波电磁信号。已经发现，这个范围对于产生从心脏反射的信号是尤其有利的。然 而，当频率处于800MHz至4GHz的范围中时，该方法以尤其有利的方式运作。在又一实施例中，受监控的关于人的生命体征的信息被转发到更高级系统，用于 至少一个以下目的的进一步处理检测就座者的瞬间入睡；对就座者的健康状况进行分类；给出关于就座者的健康状况的反馈。人的健康状况可以连续地受监控，并且反馈可以帮助该人集中精力，由此减少交
通事故。在又一实施例中，该方法包括当受监控的关于就座者的生命体征的信息指示生 命威胁或异常情况时，生成告警信号。通过向驾驶员进行告警，可以避免交通事故。现参照图4，用于监控机动车辆的座位中就座者的生命体征的系统包括多个多普勒雷达106，其包括多个换能器402和多个天线404处理单元406，包括第一处理单元406A
第二处理单元406B以及第三处理单元406C。该多个换能器和天线可以安装在安全带上。可以有引线将换能器和天线连接到处理单元406。引线可以集成到安全带中以作为屏蔽导电线路。无线解决方案也是可以的。 然而，在此情况下，传感器必须以电池供电，并且定期充电。此外，处理单元406可以容纳于 机动车辆中任何地方。第一处理单元406A耦合到该多个天线，用于处理受反射的电磁信号，并且产生输出信号，所述输出信号表示与所述受反射的信号关联的多普勒信号的改变率、关于时间的 改变率。第二处理单元406B布置为对各输出信号进行比较，并且基于准则来选择最佳输出信号，以及第三处理单元406C布置为基于所选最佳输出信号来计算表示机动车辆的座 位中就座者的生命体征的至少一个参数。处理单元406使用各实施例中所公开的方法来处理受反射的电磁信号并且选择最佳输出信号。所公开的方法对于监控机动车辆(例如小汽车、公交车、卡车和救护车)中生命体 征(比如心率和呼吸)是不引人注意且舒适的。安全性应用包括但不限于检测驾驶员的 瞬间睡眠、在交通事故情况下的生命体征监控、以及使用生物反馈来进行放松锻炼，以减少 驾驶员的压力。也可以实现以下另外应用1.车辆仅可以在驾驶员不感到太大压力时才操作2.黑匣子可以连续记录当驾驶时的所有生命体征。在交通事故的情况下，可以回 顾所有生命体征，以在弄清驾驶员交通事故之前是否有健康问题。虽然已经在附图和前面的描述中详细说明了本发明，但这种说明和描述应认为是 说明性或示例性的，而并非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明 书以及所附权利要求，实践要求保护的本发明的本领域技术人员可以理解并且实现所公开 实施例的其它变化。使用动词“包括”及其变体形式并不排除除了权利要求或说明书中陈述 的元件之外的元件的存在性。在列举了若干单元的系统权利要求中，这些单元中的若干个 可以由一个且同一个硬件/软件物品来实施。在元件或步骤之前使用不定冠词“一个”或 “某个”并不排除多个这样的元件或步骤的存在性。附图和说明书应看作仅仅是说明性的， 而非限制本发明。权利要求中的任意标号不应理解为对范围进行限制。
权利要求
一种方法，包括以下步骤使用部署在安全带上或者集成到安全带中的多个多普勒雷达，以监控机动车辆的座位中就座者的生命体征。
2.如权利要求1中所述的方法，其中，监控机动车辆的座位中就座者的生命体征包括 将特定频率的电磁信号发送到机动车辆的座位中就座者的胸部；接收从机动车辆的座位中就座者的胸部对应反射的电磁信号； 处理对应的反射电磁信号，以产生输出信号，所述输出信号表示与反射的电磁信号关 联的多普勒信号的改变率、关于时间的改变率；比较所述输出信号，并且基于准则来选择最佳输出信号；以及基于所选择的最佳输出信号来计算表示就座者的生命体征的至少一个参数。
3.如权利要求2中所述的方法，其中，比较所述输出信号并且选择最佳输出信号包括 基于机动车辆中就座者的心脏信号来选择所述最佳输出信号。
4.如权利要求3中所述的方法，其中，基于心脏信号选择最佳输出信号还包括使用所有雷达信道的时间导数来从该多个雷达传感器提取特征点，其中，所述特征点 标记出心脏泵浦周期的不同相位之间的转变； 搜索提取出的特征点的重复模式；以及 基于一个重复模式中的特征点的数量来选择所述最佳输出信号。
5.如前述权利要求中任一所述的方法，其中，所述多个多普勒雷达以在400MHz至5GHz 之间的范围中的频率发射连续波电磁信号。
6.如前述权利要求中的任一所述的方法，其中，受监控的关于人的生命体征的信息被 转发到更高级系统，以用于以下至少一种目的的进一步处理检测就座者的瞬间睡眠； 对就座者的健康状况进行分类；或者 给出关于就座者的健康状况的反馈。
7.如前述权利要求中的任一所述的方法，还包括当受监控的关于就座者的生命体征的信息指示生命威胁或异常情况时，生成告警信号。
8.一种设备，包括多个多普勒雷达，部署在安全带上或者集成到安全带中，用于监控 机动车辆的座位中就座者的生命体征。
9.一种系统，用于监控机动车辆的座位中就座者的生命体征，所述系统包括多个换能器和天线，用于将特定频率的电磁信号发送到该人胸部，并且接收从该人胸 部对应反射的电磁信号； 处理单元，包括第一处理单元，耦合到多个天线，用于处理反射的电磁信号，并且产生输出信号，所述 输出信号表示与所述反射的信号关联的多普勒信号的改变率、关于时间的改变率； 第二处理单元，布置为比较各输出信号，并且基于准则选择最佳输出信号；以及 第三处理单元，布置为基于所选最佳输出信号来计算表示机动车辆的座位中就座者的 生命体征的至少一个参数。
全文摘要
公开了一种方法，包括以下步骤使用部署在安全带上或者集成到安全带中的多个多普勒雷达来监控机动车辆的座位中就座者的生命体征。所公开的方法不引人注意地监控生命体征，比如机动车辆中就座者的心率以及呼吸状况。可以实现多个安全应用以及健康应用。各示例是检测驾驶员的瞬间睡眠、在交通事故情况下的生命体征监控、以及使用生物反馈来进行放松锻炼，从而减少驾驶员的压力。
文档编号A61B5/02GK101808575SQ200880108784
公开日2010年8月18日 申请日期2008年9月19日 优先权日2007年9月25日
发明者J·A·J·蒂斯, J·穆尔斯特夫, R·平特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司