用于观测乘客的心率的系统和方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于观察乘客的心率的系统和方法。其中用于观测乘客的心率的系统包括：设置在座椅坐垫或座椅靠背上的多个不同类型的心率传感器；以及控制单元，其用于采集对于相应的传感器类型的心率传感器的波形、计算在每个单位时间内对于相应的传感器类型的波形的精确度、选择在每个单位时间内具有最高精确度的波形，然后运算心率。
【专利说明】用于观测乘客的心率的系统和方法
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本申请要求2012年8月3日提交的韩国专利申请第10-2012-0085070号的优先权，上述申请的全部内容结合于此用于这种引用的所有目的。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种用于观测乘客的心率的系统和方法，其能够精确测量乘客心率并对应于测得的心率提供保健服务。
【背景技术】
[0004]对基于生物信号在车辆中提供健康、安全和方便的服务的技术的研究一直很活跃。对测量多种生物信号尤其是心率的测量技术的要求日趋增加。这原因在于乘客的心率反应了乘客的身体和精神状态，因此心率可能会是提供新服务的基础。
[0005]已评估了在车辆环境中的多种心率感测方法。代表性的感测方法包括心电图(ECG)、心冲击图(BCG)、心音图(PCG)、血管容积图(PPG)等等。这些方法利用不同的原理感测心率。在一系列的程序中，其中的心脏跳动始于心肌细胞的刺激并引起血流量的变化，产生电的、机械的和光学信号，从而使得可使用多种方法检测心率。
[0006]然而，迄今为止，上述方法中没有一种应用于实际车辆。最困难的事情是:由于存在于车辆环境中的多种环境变量的影响，相对弱的心率信号容易受到诸如振动噪声或乘客的移动之类的噪声源的污染。因此，可用的心率信号的期间被缩短，从而使得信号的形状不能连续显现，因此使得可提取信息的量减少。
[0007]可通过采用使用不受特定环境变量影响的不同传感器的组合、将不同位置的传感器并置，然后重组信号的方法解决上述问题。本发明旨在提出这样的方法。该方法与基于单一传感器的测量相比能够在车辆中感测到更稳健的心率，从而可以更容易地分析乘客的状态。此外，可通过比较单独的信号之间的同步信息而提取有关乘客状态的大量信息。基于提取到的状态信息提供适合每个人的状态的反馈，从而以更高的性能提升乘客的安全性和便利性。
[0008]例如，JP 2011-024902A提出一种用于从多个测量结果中选择单个测量结果并进行ECG测量的技术，但它仅仅被配置成基于幅度或信噪比(S/N)进行简单比较并选择任何一个信号。因此，该技术实际上不足以应用至用于稳定地测量、评估、以及选择与心率有关的各种类型的信号的技术。
[0009]此外，KR 0736721B还提出了一种用于在对应于肩部和臀部的位置安装传感器、过滤噪声以及放大经过滤的信号的技术。然而，该技术的问题在于过滤噪声的过程需要大量的时间，并且测量的精度也变差。
[0010]公开于该发明【背景技术】部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般【背景技术】的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0011]因此，本发明谨记现有技术中出现的上述问题。本发明的各个方面致力于提供一种用于观测乘客的心率的系统和方法，其周期性地评估和选择多个不同类型的传感器以及甚至是相同类型的传感器的多个信号中的最合适的信号，从而平稳地获得相对精确的心率。
[0012]本发明的各个方面提供了一种用于观测乘客的心率的系统，该系统包括:设置在座椅坐垫或座椅靠背上的多个不同类型的心率传感器；以及控制单元，其用于采集对于相应的传感器类型的心率传感器的波形、计算在每个单位时间内对于相应的传感器类型的波形的精确度、选择在每个单位时间内具有最高精确度的波形，然后计算心率。
[0013]所述心率传感器可以包括心电图(ECG)传感器。
[0014]所述ECG传感器可以配置为使ECG传感器的相应的对设置在座椅靠背和座椅坐垫上。
[0015]控制单元可以通过组合多个ECG传感器而配置多个ECG测量电路引线，从而获得与ECG有关的多个波形。
[0016]控制单元可以测量与ECG有关的每个波形的R峰和P峰的大小，并选择其中的R峰的大小为P峰的大小的5倍或更多倍的波形作为代表性的ECG波形。
[0017]控制单元可以测量与ECG有关的每个波形的R峰和T峰的大小，并选择其中的R峰的大小为T峰的大小的3倍或更多 倍的波形作为代表性的ECG波形。
[0018]所述心率传感器可以包括心冲击图(BCG)传感器。
[0019]所述BCG传感器可以单独地设置座椅靠背上和座椅坐垫上。
[0020]所述BCG传感器可以配置为，设置多个BCG传感器，并且控制单元可以获得与对于相应的BCG传感器的BCG有关的多个波形，将1-J信号的大小与每个波形的噪声信号的大小相比较，并选择其中的1-J信号的大小为噪声信号的大小的7倍或更多倍的波形作为代表性的BCG波形。
[0021]所述心率传感器可以包括心音图(PCG)传感器。
[0022]所述PCG传感器可以被设置在座椅靠背上。
[0023]所述PCG传感器可以配置为，使多个PCG传感器沿竖直方向串联地设置在座椅靠背上。
[0024]所述PCG传感器可以配置为，设置多个PCG传感器，并且控制单元可以获得与对于相应的PCG传感器的PCG有关的多个波形，将第一心音的最大幅值与每个波形的噪声信号的大小相比较，并选择其中的第一心音的最大幅值为噪声信号的最大幅值的5倍或更多倍的波形作为代表性的PCG波形。
[0025]所述PCG传感器可以配置为，设置多个PCG传感器，并且控制单元可以获得与对于相应的PCG传感器的PCG有关的多个波形，将第二心音的最大幅值与每个波形的噪声信号的大小相比较，并选择其中的第二心音的最大幅值为噪声信号的最大幅值的3倍或更多倍的波形作为代表性的PCG波形。
[0026]所述心率传感器可以包括血管容积图(PPG)传感器。
[0027]所述PPG传感器可以设置在与乘客的大腿接触的座椅坐垫的部分。[0028]所述PPG传感器可以配置为，设置多个PPG传感器，并且控制单元可以获得与对于相应的PPG传感器的PPG有关的多个波形并从多个波形中选择具有最多数量的0.5到2Hz的频率分量的波形作为代表性的PCG波形。
[0029]不同类型的心率传感器中的每一个可以利用机械的、电的或光学的方法测量与心率有关的号。
[0030]所述心率传感器可以设置为对于相应的传感器类型提供多个心率传感器，并且控制单元可以为相应类型的心率传感器选择代表性的波形、计算在每个单位时间内所选择的波形的精确度、选择在每个单位时间内具有最高精确度的波形，然后运算心率。
[0031]本发明还提供了一种观测乘客的心率的方法，该方法包括:从设置在座椅坐垫或座椅后背上的多个不同类型的传感器采集对于相应的传感器类型的波形；计算在每个单位时间内对于相应的传感器类型的波形的精确度；选择在每个单位时间内具有最高精确度的波形；并且基于所选择的波形运算心率。
[0032]根据具有上述配置的用于观测乘客的心率的系统和方法，其优势在于，使用多个不同类型的传感器以及甚至是相同类型的传感器，周期性地评估并选择多个信号中的最优的信号，从而可靠地获得相对精确的心率。
[0033]本发明的方法和装置可以具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的【具体实施方式】中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的【具体实施方式】中进行详细陈述，这些附图和【具体实施方式】共同用于解释本发明的特定原理。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为示出了根据本发明的用于观测乘客的心率的示例性的系统的传感器的布置的示意图。
[0035]图2为示出了评估并选择图1中所示的用于观测乘客的心率的系统中的心率的过程的曲线图。
[0036]图3为示出了根据本发明的观测乘客的心率的示例性的方法的流程图。
[0037]图4为示出了理论ECG的波形的示意图。
[0038]图5为示出了理论BCG的波形的示意图。
【具体实施方式】
[0039]现在将对本发明的各个实施方式详细地作出引用，这些实施方式的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方式相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方式，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方式。
[0040]图1为示出了根据本发明的各个实施方式的用于观`测乘客的心率的系统的传感器的布置的示意图，并且图3为示出了根据本发明的各个实施方式的观测乘客的心率的方法的流程图
[0041]根据本发明的用于观测乘客的心率的系统包括设置在座椅坐垫300或座椅靠背100上的多个不同类型的心率传感器500，以及控制单元，该控制单元用于采集对于相应的传感器类型的心率传感器500的波形、计算在每个单位时间内对于相应的传感器类型的波形的精确度、选择在每个单位时间内具有最高精确度的波形，然后基于所选择的波形计算心率。
[0042]心率传感器被实现为能够利用多种方法测量心率的多个传感器的组合，从而使得心率传感器能够被选择性地应用到座椅的座椅靠背或座椅坐垫上的最优位置。
[0043]这些不同类型的心率传感器500可利用机械的、电的或光学的方法单独地测量与心率有关的信号。
[0044]所述方法的代表性的实施方式可包括心电图(ECG)、心冲击图(BCG)、心音图(PCG)和血管容积图(PPG)。
[0045]存在ECG作为获得电信号的方法，ECG是一种测量在两个体外的点处刺激心肌时产生的电压的方法。
[0046]此外，存在PPG作为获得光学信号的方法，PPG是一种利用接收到的光的量的变化测量终末器官处的血液量的变化的方法。
[0047]此外，存在BCG和PCG作为获得机械信号的方法，BCG是一种测量在心脏喷射血液时对喷射血液的反作用力的方法，而PCG是一种在体外位置测量由心瓣张开和闭合时产生的振动所引起的声音的方法。
[0048]所有各种医学方法都适合于心率的获得，并且已开发用于这些方法的测量技术。
[0049]同时，根据特定时间差异这些信号彼此同步。时间差异的程度受到诸如血管的弹性或血压之类的多种生理·变量的影响。
[0050]详细地，可利用能够测量身体的两个位置之间的电势差的电路以及嵌入在座椅中的电容电极以非受限制的测量方式测量ECG。可通过在人和座椅框之间设置能够测量压力或重量的传感器来测量BCG。可通过使听诊器与心脏周围的皮肤表面接触以及通过使用听诊器记录声音来测量PCG。可以以下述方式来测量PPG，利用实现为一对发光单元和光接收单元的传感器将光发射至的皮肤周围的血管，并测量由(或通过)血管反射的光的量。
[0051]然而，在驾驶员和传感器之间的接触的状态不稳定时或存在外部噪声时，可能存在信号失真，因此需要一种平稳地获得信号的新方法。
[0052]也就是说，存在恶化传感器和人体之间的联接的多种环境变量。而且，存在在其中的某些特定环境条件下传感器的输出变差的情况。
[0053]因此，用于克服此类缺点的方案使用不同类型的心率传感器的组合。其原因在于它们对相应的环境变量的敏感性根据传感器的类型而不同。
[0054]下表示出了传感器灵敏度之间的差异的示例，以及其中组合使用不同类型的传感器的示例。
[0055]表1
[0056]
【权利要求】
1.一种用于观测乘客的心率的系统，包括: 多个不同类型的心率传感器，其设置在座椅坐垫或座椅靠背上；以及 控制单元，其用于采集对于相应的传感器类型的心率传感器的波形、计算在每个单位时间内对于相应的传感器类型的波形的精确度、选择在每个单位时间内具有最高精确度的波形，然后运算心率。
2.如权利要求1所述的用于观测乘客的心率的系统,其中，心率传感器包括心电图(ECG)传感器。
3.如权利要求2所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，所述心电图传感器的相应的对设置在座椅靠背和座椅坐垫上。
4.如权利要求3所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，控制单元通过组合多个心电图传感器而配置多个ECG测量电路的引线，从而获得与ECG有关的多个波形。
5.如权利要求4所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，控制单元测量与ECG有关的每个波形的R峰和P峰的大小，并选择其中的R峰的大小为P峰的大小的5倍或更多倍的波形作为代表性的ECG波形。
6.如权利要求4所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，控制单元测量与ECG有关的每个波形的R峰和T峰的大小，并选择其中的R峰的大小为T峰的大小的3倍或更多倍的波形作为代表性的ECG波形。
7.如权利要求1所述的用于观测乘客的心率的系统,其中，心率传感器包括心冲击图(BCG)传感器。
8.如权利要求7所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，所述心冲击图传感器单独地设置在座椅靠背和座椅坐垫上。
9.如权利要求7所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，所述心冲击图传感器包括多个心冲击图传感器，并且控制单元获得与对于相应的心冲击图传感器的BCG有关的多个波形，将1-J信号的大小与每个波形的噪声信号的大小相比较，并选择其中的1-J信号的大小为噪声信号的大小的7倍或更多倍的波形作为代表性的BCG波形。
10.如权利要求1所述的用于观测乘客的心率的系统,其中，心率传感器包括心音图(PCG)传感器。
11.如权利要求10所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，所述心音图传感器设置在座椅靠背上。
12.如权利要求10所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，所述心音图传感器包括沿竖直方向在座椅靠背上串联的多个心音图传感器。
13.如权利要求10所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，所述心音图传感器包括多个心音图传感器，并且控制单元获得与对于相应的心音图传感器的PCG有关的多个波形，将第一心音的最大幅值与每个波形的噪声信号的大小相比较，并选择其中的第一心音的最大幅值为噪声信号的最大幅值的5倍或更多倍的波形作为代表性的PCG波形。
14.如权利要求10所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，所述心音图传感器包括提供的多个心音图传感器，并且控制单元获得与对于相应的心音图传感器的PCG有关的多个波形，将第二心音的最大幅值与每个波形的噪声信号的大小相比较，并选择其中的第二心音的最大幅值为噪声信号的最大幅值的3倍或更多倍的波形作为代表性的PCG波形。
15.如权利要求1所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，心率传感器包括血管容积图(PPG)传感器。
16.如权利要求15所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，所述血管容积图传感器设置在与乘客的大腿接触的座椅坐垫的部分。
17.如权利要求15所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，所述血管容积图传感器包括所提供的多个血管容积图传感器，并且控制单元获得与对于相应的血管容积图传感器的PPG有关的多个波形，并从多个波形中选择具有最多数量的0.5到2Hz的频率分量的波形作为代表性的PCG波形。
18.如权利要求1所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，不同类型的心率传感器中的每一个利用机械的、电的或光学的方法测量与心率有关的信号。
19.如权利要求1所述的用于观测乘客的心率的系统，其中，心率传感器设置为对于相应的传感器类型提供多个心率传感器，并且控制单元为相应类型的心率传感器选择代表性的波形、计算在每个单位时间内所选择的波形的精确度、选择在每个单位时间内具有最高精确度的波形，然后运算心率。
20.一种用于观测乘客的心率的方法，包括: 从设置在座椅坐垫或座椅靠背上的多个不同类型的传感器采集对于相应的传感器类型的波形； 计算在每个单位时间内对于相应的传感器类型的波形的精确度； 选择在每个单位时间内具有最闻精确度的波形；并且 基于所选择的波形运算心率。
【文档编号】A61B5/024GK103565429SQ201210532301
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年12月11日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】徐相晩, 金吉柱, 梁泰亨, 李仁镐, 金喜赞, 卢承佑, 尹治烈 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社, 现代岱摩斯, 首尔大学校产学协力团