使用声学技术的心脏测量的制作方法

本公开涉及使用声学技术的心脏测量。

背景技术：

1、人类心脏是将血液泵送通过人体的循环系统的主要器官。人类心脏包括以同步方式工作以使血液循环通过身体的四个主腔室。心脏运动诸如左心房和左心室或右心房和右心室的收缩，以及血液通过心脏的运动可被称为心脏活动。心脏活动可包括心脏的心动周期(例如，心跳)，该心动周期指示心脏放松(舒张)和缩紧(收缩)的阶段。心脏活动可指示人的健康，诸如朝向心脏病变的风险或倾向。

2、心脏病变包括与人的心脏有关的一系列病症，诸如例如，血管疾病(例如，冠状动脉疾病)、心律问题(例如，心律失常)、心脏缺陷(例如，先天性心脏缺陷)、心脏瓣膜疾病、心肌疾病、心脏感染或其他心脏病变。心脏在特定时间段内(例如，在一分钟内)跳动的次数可被称为心率。人的心率可指示心脏健康、心脏病变和循环系统的健康。

技术实现思路

1、在一个方面，一种计算设备包括处理设备(例如，处理器)，该处理设备被配置为：当头戴式设备被穿戴在用户的耳朵上或耳朵中时，致使超声波从该头戴式设备的扬声器输出；获得接收响应于该输出超声波的反射超声波的该头戴式设备的麦克风的麦克风信号；以及至少基于该麦克风信号来确定该头戴式设备的该用户的心脏活动(例如，心率)。例如，超声波可从用户的耳道、耳膜、耳廓和/或耳朵的其他表面反射。

2、确定用户的心脏活动可包括检测麦克风信号中的超声波的相位的随时间推移的变化。相位的变化可与从扬声器到麦克风的超声波的路径长度的变化相关，该路径长度的变化是由于耳朵的表面在超声波被反射时的运动而引起的。进而，路径长度的变化可与用户的心脏活动相关。这样，相位变化可与超声波的路径长度的变化(例如，缩短和延长)相关，该路径长度的变化可由通过用户身体的血液泵送引起，其导致耳朵表面的上升或下降。

3、在一些示例中，当用户穿戴头戴式设备时，麦克风可定位于用户的耳道内。例如，头戴式设备可包括容纳扬声器和麦克风的耳塞。扬声器被驱动以输出超声波，并且麦克风感测反射超声波。

4、在一些示例中，头戴式设备可穿戴在用户的耳朵中(或耳朵上方)。当穿戴在耳朵中(或耳朵上方)时，麦克风被定位成足以从耳朵接收反射超声波。

5、在一些示例中，确定心脏活动可包括对该反射超声波求外差以生成具有近零频率的外差信号，其中该外差信号包括该输出超声波和该反射超声波之间的相对相位、或该输出超声波和该反射超声波之间的感测飞行时间、或该输出超声波和反射超声波之间的传递函数。探测信号可包括至少一个正弦曲线的总和，其也可被称为探测音调。每个正弦曲线的频率可以是固定的，或者它可具有时变频率。为了通过扬声器输出音频内容和超声波，探测信号可与包含音频内容(例如，歌曲、原声音乐、播客、视听作品的音频、电话呼叫等)的音频信号组合。这样，可在头戴式设备的正常使用下确定用户的心脏活动。

6、在一些示例中，确定该用户的该心脏活动包括将机器学习算法应用于该麦克风信号以确定该用户的该心脏活动。机器学习算法可被训练以将所感测的超声信号的相位变化与心脏活动相关。

7、在一些示例中，确定用户的心脏活动包括通过低通滤波器处理麦克风信号。低通滤波器可应用于麦克风信号和探测信号的组合(例如，外差信号)并且滤除除了心脏活动(例如，心率)之外的所有分量。

8、确定心脏活动可包括检测在麦克风信号中感测到的心脏活动的峰值以确定心率。心脏活动(例如，心脏运动)可引起耳朵表面上的各种抽搐，而心脏活动的峰值可指示完整循环(例如，心跳)。

9、在一些方面，计算设备与头戴式设备分离。例如，计算设备可通信地耦接到头戴式设备(例如，通过一个或多个电导体或通过无线发射器和接收器)。计算设备可以是头戴式设备的伴随设备，诸如智能电话、计算机、平板计算机、智能扬声器、服务器或其他计算设备。

10、在其他示例中，计算设备与头戴式设备成一体。例如，在一个方面，头戴式设备包括扬声器和麦克风。该头戴式设备还包括处理器，该处理器被配置为：致使超声波从该扬声器输出，在该超声波从该用户的耳朵反射时，获得从感测该超声波的麦克风生成的麦克风信号，以及至少基于该麦克风信号来确定该头戴式设备的该用户的心脏活动。

11、可在不使用附加传感器的情况下确定心脏活动。例如，可在没有加速度计、光体积描记(ppg)传感器或任何其他传感器的情况下基于麦克风信号来确定心脏活动。

12、所确定的心脏活动可被存储在计算机可读存储器(例如，非易失性计算机可读存储器)中并且用于各种目的。心脏活动(例如，心率)可在显示器上和/或作为可听消息(例如，通过设备的扬声器)呈现给用户。显示器可与头戴式设备成一体，或者是单独的。在一些方面，心脏活动可用于检测一种或多种心脏病变的风险或指示。根据下面的附图、描述和权利要求，其他技术特征对于本领域技术人员来说是显而易见的。

13、以上概述不包括本公开的所有方面的详尽列表。可预期的是，本公开包括可由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在权利要求书部分特别指出的各个方面的所有合适的组合来实践的所有系统和方法。此类组合可具有未在上述
技术实现要素：
中具体阐述的特定优点。

技术特征：

1.一种用于测量用户的心率的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述用户的所述心率包括基于所述麦克风信号中的所述反射超声波来检测所述用户的所述耳朵的表面运动，其中所述耳朵的所述表面运动与所述用户的心脏活动相关。

3.根据权利要求2所述的方法，其中基于所述输出超声波和所述麦克风信号中的所述反射超声波之间的相对相位的随时间推移的变化来检测所述耳朵的所述表面运动，并且其中所述相对相位的所述变化与从所述扬声器到所述麦克风的所述反射超声波在其从所述用户的所述耳朵反射时的谐振的变化相关。

4.根据权利要求2所述的方法，其中基于所述输出超声波和所述反射超声波之间的飞行时间的随时间推移的变化来检测所述耳朵的所述表面运动。

5.根据权利要求2所述的方法，其中基于确定所述输出超声波和所述反射超声波之间的传递函数或频率响应的随时间推移的变化来检测所述耳朵的所述表面运动。

6.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述传递函数的所述变化包括：

7.根据权利要求5所述的方法，其中使用滴答声、啁啾或伪随机噪声来测量所述传递函数。

8.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述心率包括对所述反射超声波求外差以生成具有近零频率的外差信号，其中所述外差信号包括所述输出超声波和所述反射超声波之间的相对相位、或所述输出超声波和所述反射超声波之间的感测飞行时间、或所述输出超声波和反射超声波之间的传递函数。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述输出超声波包括多个探测音调并且对所述反射超声波求外差生成了具有近零频率的多个外差信号。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括对所述多个外差信号中的每一者进行低通滤波并且然后执行峰值检测以确定所述心率。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述多个探测音调是多个固定频率正弦曲线或者一个或多个频率扫描音调。

12.根据权利要求9所述的方法，其中致使所述输出超声波从所述头戴式设备的所述扬声器输出包括将所述多个探测音调与音频内容组合以产生音频信号并且通过所述音频信号驱动所述扬声器。

13.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述用户的所述心率包括将机器学习算法应用于所述麦克风信号以确定所述用户的所述心率。

14.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述用户的所述心率包括检测所述输出超声波和所述反射超声波之间的相对相位中的峰值，以及基于所述峰值之间的时间间隔来确定所述心率。

15.一种包括处理器的计算设备，所述处理器被配置为：

16.根据权利要求15所述的计算设备，其中确定所述用户的所述心脏活动包括：

17.根据权利要求16所述的计算设备，其中基于所述输出超声波和所述麦克风信号中的所述反射超声波之间的相对相位的随时间推移的变化来检测所述耳朵的所述表面运动，并且其中所述相对相位的所述变化与从所述扬声器到所述麦克风的所述反射超声波在其从所述用户的所述耳朵反射时的路径长度或谐振的变化相关。

18.根据权利要求16所述的计算设备，其中基于所述输出超声波和所述反射超声波之间的飞行时间的随时间推移的变化来检测所述耳朵的所述表面运动。

19.根据权利要求16所述的计算设备，其中基于确定所述输出超声波和所述反射超声波之间的传递函数的随时间推移的变化来检测所述耳朵的所述表面运动。

20.根据权利要求19所述的计算设备，其中确定所述传递函数的所述变化是基于所述传递函数的相位的随时间推移的变化。

21.一种用于测量用户的心率的方法，所述方法包括：

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述输出超声波中的所述帧序列具有像三角形、锯齿或正弦曲线那样变化的瞬时频率。

23.根据权利要求21所述的方法，其中对所述麦克风信号中的所述反射超声波求外差包括：

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：

25.根据权利要求23所述的方法，还包括：

26.根据权利要求23所述的方法，其中计算所述心率包括：

27.根据权利要求23所述的方法，其中计算所述心率包括：

28.根据权利要求23所述的方法，其中计算所述心率包括：

29.根据权利要求28所述的方法，其中生成变化值的时间序列包括：

30.一种用于测量用户的心率的设备，包括：

31.根据权利要求30所述的设备，其中所述信号处理器被配置为通过以下方式对所述麦克风信号中的所述反射超声波求外差：

32.根据权利要求30所述的设备，其中所述信号处理器被配置为使用驱动所述扬声器以产生所述输出超声波的探测音调的副本来生成所述匹配时变频率信号，或者通过检测所述麦克风信号中的定时偏移以及基于所述定时偏移来生成所述匹配时变频率信号。

33.根据权利要求30所述的设备，其中所述信号处理器被配置为通过以下方式来计算所述心率：

34.根据权利要求33所述的设备，其中生成所述变化值的时间序列包括：

35.根据权利要求30所述的设备，其中所述头戴式设备是耳塞。

36.根据权利要求35所述的设备，其中所述信号处理器被集成到智能电话或平板计算机中。

37.根据权利要求30所述的设备，其中所述信号处理器被集成到所述头戴式设备中。

38.一种包括存储指令的机器可读介质，所述指令将处理器配置为：

39.根据权利要求38所述的机器可读介质，其中所述存储指令将所述处理器配置为通过匹配时变频率信号来对所述麦克风信号中的所述反射超声波求外差以产生所述外差信号，其中所述外差信号具有近零频率分量和处于更高频率的其他分量，并且其中通过处理所述近零频率分量而非所述其他分量来计算所述心率。

40.根据权利要求39所述的机器可读介质，其中所述存储指令将所述处理器配置为使用驱动所述扬声器以产生所述输出超声波的探测音调的副本来生成所述匹配时变频率信号，或者通过检测所述麦克风信号中的定时偏移以及基于所述定时偏移来生成所述匹配时变频率信号。

技术总结
本发明涉及使用声学技术的心脏测量。从头戴式设备的扬声器输出超声波。从该头戴式设备的麦克风获得麦克风信号，该麦克风在超声波从用户的耳朵反射时感测该超声波。至少基于该麦克风信号来确定诸如该用户的心率的心脏活动。还描述了其他方面并要求对其他方面进行保护。

技术研发人员：王礼俊,T-D·W·萨尤克斯
受保护的技术使用者：苹果公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24