移动电子设备和检测系统以及生理特征的检测方法

移动电子设备和检测系统以及生理特征的检测方法
【专利摘要】本发明提供一种移动电子设备和检测系统以及生理特征的检测方法。移动电子设备包含传感器单元、光电容积图(photoplethysmography，PPG)传感器和处理单元。传感器单元具有第一、第二和第三感测电极。光电容积图传感器感测光电容积图信号。处理单元耦合到传感器单元和光电容积图传感器上。当第一和第二感测电极检测到大于阈值的电压差时，触发光电容积图传感器以检测血容量变化，并且当触发第三感测电极来检测第一感测电极与第三感测电极之间的心脏电活动时，由处理单元停用光电容积图传感器。
【专利说明】
移动电子设备和检测系统以及生理特征的检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种检测系统和移动电子设备，以及一种用于检测生理特征的方法。具体来说，本发明涉及能够清除感测信号的噪声以获得关于生理特征的信息的移动电子设备。
【背景技术】
[0002]近年来，可穿戴电子设备是用于人类生活的流行工具。可穿戴电子设备可以提供若干功能。例如，可穿戴电子设备可以用于检测所检测目标的生理特征。
[0003]在常规技术中，已证明可以通过非侵入性方式从心电图(electrocard1gram，ECG)信号或光电容积图(photoplethysmography，PPG)信号中提取呼吸信号。然而，对于大多数情况，来自检测设备的感测信号中存在运动产物可以减小所获得生理特征的精度。也就是说，在此技术中减少由所检测目标的运动引起的噪声是非常重要的。

【发明内容】

[0004]本发明涉及一种检测系统和一种检测系统的移动电子设备，用于检测生理特征，以及一种用于检测生理特征的方法，所述方法可以有效地且精确地获得关于生理特征的信息。
[0005]本发明提供包含传感器单元、光电容积图(photoplethysmography，PPG)传感器和处理单元的移动电子设备。传感器单元具有第一、第二和第三感测电极。光电容积图传感器感测光电容积图信号。处理单元耦合到传感器单元和光电容积图传感器上。在第一和第二感测电极检测到大于阈值的电压差时，触发光电容积图传感器以检测血容量变化，并且当触发第三感测电极来检测第一感测电极与第三感测电极之间的心脏电活动时，光电容积图传感器由处理单元停用。
[0006]本发明提供一种检测系统，所述检测系统包含移动电子设备和无线主机。所述移动电子设备包含传感器单元、光电容积图(photoplethysmography，PPG)传感器和处理单元。传感器单元具有第一、第二和第三感测电极。光电容积图传感器感测光电容积图信号。处理单元耦合到传感器单元和光电容积图传感器上。当第一和第二感测电极检测到大于阈值的电压差时，触发光电容积图传感器以检测血容量变化，并且当触发第三感测电极来检测第一感测电极与第三感测电极之间的心脏电活动时，光电容积图传感器由处理单元停用。无线主机耦合到移动电子设备上，并且无线主机从移动电子设备中无线地接收关于生理特征的信息。
[0007]本发明还提供一种用于检测生理特征的方法。所述方法包含:经由传感器单元的第一和第二感测电极检测电压差;触发光电容积图传感器以在电压差大于阈值时检测血容量变化；以及当触发传感器单元的第三感测电极以检测第一感测电极与第三感测电极之间的心脏电活动时停用光电容积图传感器。
[0008]根据以上描述，在本发明中，光电容积图传感器用于通过传感器单元检测关于所检测目标的生理特征的信息。更确切地说光电容积图传感器是否被启用由是否感测到第三感测信号确定。也就是说，生理特征检测操作可以是有效操作的。此外，通过光电容积图信号和感测信号，可以清除由所检测目标的运动提供的噪声以精确地获得生理特征。
[0009]为了使本发明的前述以及其它特征和优点易于了解，下文详细描述伴随有附图的若干例示性实施例。
【附图说明】
[0010]包含附图为了提供对本发明的进一步理解，附图结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分。图式说明本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
[0011]图1说明根据本发明的实施例的电子设备的示意图。
[0012]图2A至图21说明根据本发明的实施例的用于处理第一和第二感测信号以获得所检测目标的运动状态的波形曲线图。
[0013]图3说明用于检测生理特征的方法的流程图。
[0014]图4说明根据本发明的实施例的用于将传感器单元的电极安置在所检测目标上的图。
[0015]图5说明根据本发明的其它实施例的电子设备的示意图。
[0016]图6说明根据本发明的实施例的用于将传感器单元的电极安置在所检测目标上的图。
[0017]图7说明根据本发明的另一实施例的电子设备的示意图。
[0018]图8说明根据本申请案的实施例的检测系统的框图。
[0019]图9说明根据本发明的实施例的EGC传感器的框图。
[0020]图10说明根据本发明的实施例的光电容积图传感器的框图。
[0021]图11说明根据本发明的实施例的用于检测生理特征的方法的流程图。
[0022]元件符号说明
[0023]10:主要结构
[0024]100:电子设备
[0025]110:传感器单元
[0026]120:光电容积图传感器
[0027]130:处理单元
[0028]210:信号
[0029]220:运动信号
[0030]230:信号
[0031]240:呼吸信号
[0032]410:人
[0033]500:移动电子设备
[0034]510:传感器单元
[0035]520: PPG 传感器
[0036]530:处理单元
[0037]540:运动传感器
[0038]700:移动电子设备
[0039]710:传感器单元
[0040]720: PPG 传感器[0041 ]730:处理单元
[0042]740:通信单元
[0043]800:检测系统
[0044]810:移动电子设备
[0045]820:主机单元
[0046]910:感测处理单元
[0047]1000: PPG 传感器
[0048]1010: PPG 处理电路
[0049]PA、PB、PC、E1 ?E3:电极
[0050]頂Fl?頂F5:本质模式函数模式
[0051]S310?S360、S1101?S1103:生理特征检测步骤
[0052]LA:左手
[0053]LL:左腿
[0054]RA:右手
[0055]RL:右腿
[0056]0B:检测目标
[0057]MP:壳体
[0058]EXTP:柔性带
[0059]HD:手
[0060]LS:光源[0061 ]PD:光检测器
[0062]TL:传输光
[0063]FL:反射光
【具体实施方式】
[0064]参考图1，图1说明根据本发明的实施例的电子设备的示意图。电子设备100包含传感器单元110、光电容积图(photoplethysmography，PPG)传感器120和处理单元130。传感器单元110、光电容积图(PPG)传感器120和处理单元130可以安置在主要结构10中。传感器单元110耦合到处理单元130上，并且具有第一电极PA、第二电极TB和第三电极PC。传感器单元110可以分别通过第一电极PA、第二电极PB和第三电极PC接收第一、第二和第三感测信号，并且传感器单元110可以分别基于第一、第二和第三感测信号获得第一、第二和第三感测信号。在此实施例中，第一电极PA、第二电极PB安置在主要结构10的同一表面上，并且第三电极PC可以安置在主要结构10的另一表面上。
[0065]光电容积图传感器120耦合到处理单元130上并且用于感测光电容积图信号。在操作中，启用传感器单元110以感测第一、第二和第三感测信号。处理单元130可以根据第一和第二感测信号的接收状态决定启用光电容积图传感器120。详细地说，当可以感测第一和第二感测信号并且第一感测信号与第二感测信号之间的电压差高于阈值时，处理单元130可以触发光电容积图传感器120并且触发光电容积图传感器120以检测血容量变化。
[0066]另一方面，在已触发光电容积图传感器120之后，当触发第三感测电极PC以检测第一感测电极与第三感测电极之间的心脏电活动时，光电容积图传感器120可以由处理单元130停用。此外，第一、第二和第三感测信号是心电图(electrocard1gram，ECG)信号。
[0067]处理单元130根据第一、第二感测信号以及光电容积图传感和第三感测信号中的一个进一步获得关于生理特征的信息。当触发光电容积图传感器120时，不可获得第三感测信号并且可获得光电容积图传感信号。处理单元130可以处理第一和第二感测信号以及光电容积图传感信号以获得关于生理特征的信息。另一方面，当停用光电容积图传感器120时，可获得第三感测信号并且不可获得光电容积图传感信号。处理单元130可以处理第一、第二和第三感测信号以获得关于生理特征的信息。
[0068]此处应注意，第一、第二和第三感测信号中的每一个具有多个特征点。第一感测信号上的一个特征点的电压电平不同于第二感测信号上的对应特征点的电压电平。处理单元130可以将第一感测信号上的一个特征点的电压电平与第二感测信号上的对应特征点的电压电平相比较，以获得正进行检测的所检测目标的运动状态。
[0069]此处，第一和第二感测信号可以通过将第一电极PA和第二电极PB耦合到所检测目标上而获得。第一电极PA和第二电极PB分别与所检测目标上的第一位置和第二位置接触。在第一位置与第二位置之间存在大于Ocm的距离。
[0070]处理单元130通过运动状态进一步处理第三感测信号和pro信号中的一个，并且可以清除第三感测信号或pro信号上的运动噪声。也就是说，可以精确地获得关于所检测目标的生理特征的信息。
[0071 ]另外，关于生理特征的信息可以包含心跳、脉博和呼吸率的信息。所检测目标可以是生物。
[0072]也就是说，当所检测目标接触第三电极PC并且第三感测信号可以通过传感器单元110感测时，处理单元130可以通过运动状态处理第三感测信号以清除第三感测信号中的运动噪声。可以精确地获得所检测目标的生理特征的信息。另一方面，当所检测目标不接触第三电极PC并且光电容积图传感信号可以通过启用的光电容积图传感器120感测时，处理单元130可以通过运动状态处理光电容积图传感信号以清除光电容积图传感信号中的运动噪声。还可以精确地获得关于所检测目标的生理特征的信息。
[0073]参考图2A至图21，图2A至图21说明根据本发明的实施例的用于处理第一和第二感测信号以获得所检测目标的运动状态的波形曲线图。图2A中的波形可以是通过光电容积图传感器120获得的光电容积图传感信号或通过第三电极PC获得的第三感测信号。信号210可以用于作为到达处理单元130的输入信号，并且处理单元130可以通过经验模式分解(Empirical Mode Decomposit1n，EMD)或总体经验模式分解(Ensemble Empirical ModeDecomposit1n，EEMD)算法将信号210分解成多个本质模式函数(intrinsic modefunct1n，頂F)模式頂Fl至頂F5。
[0074]当然，通过上述EMD/EEMD算法使用的分解操作仅仅是一个实例，并且分解操作可以通过频域中的任何其它分解算法操作。
[0075]参考图2G，例如，检测到所检测目标的运动状态并且根据所述运动状态获得运动信号220。通过将运动信号220与頂F模式頂Fl至頂F5相比较，頂F模式頂F3和运动信号220最相似。頂F模式MF3可以被定义为运动噪声。如此，处理单元130可以清除信号210的运动噪声以检索更准确的生命征象信号，并且可以获得图2H中的信号230。此外，处理单元130进一步处理信号230并且可以获得图21中的呼吸信号240。在此情况下，处理单元230可以根据呼吸信号240更容易地计算呼吸率。
[0076]参考图3，图3说明用于检测生理特征的方法的流程图。在步骤S310中，检测是否感测到第一和第二感测信号两者。步骤S310用于检测第一和第二电极两者是否与所检测目标接触。如果第一和第二电极两者与所检测目标良好地接触，则可以感测第一和第二感测信号两者。在这种情况下，当第一感测信号与第二感测信号之间的电压差大于阈值时，可以执行步骤320并且可以启用光电容积图传感器120。其中，阈值可以是预设值。相反地，如果第一和第二电极中的至少一个未与所检测目标良好地接触(或不接触)，则无法感测第一和第二感测信号两者，并且应该连续地执行步骤S310的检测操作。
[0077]此外，在步骤S330中，检测是否感测到第三感测信号。也就是说，在步骤S330中检测传感器单元110的第三电极PC是否与所检测目标良好地接触。当传感器单元110与所检测目标良好地接触时，触发第三感测电极以感测第三感测信号，并且当传感器单元110未与所检测目标良好地接触(或不接触)时，无法有效地感测第三感测信号。如果感测到第三感测信号，则可以执行步骤S340，并且如果未感测到第三感测信号，则可以执行步骤S350。
[0078]在步骤S350中，处理单元130可以通过第一、第二感测信号和光电容积图传感信号获得关于生理特征的信息。此处，处理单元130可以使用第一和第二感测信号来获得所检测目标的运动噪声并且可以通过清除所述运动噪声根据光电容积图传感信号获得关于生理特征的信息。
[0079]在步骤S340中，停用光电容积图传感器120。在步骤S360中，处理单元130可以通过第一、第二感测信号和第三感测信号获得关于生理特征的信息。此处，处理单元130可以使用第一和第二感测信号来获得由所检测目标引起的运动噪声，并且可以通过清除所述运动噪声根据第三感测信号获得生理特征。
[0080]参考图4和图1，其中图4说明根据本发明的实施例的用于将传感器单元的电极安置在所检测目标上的图。在此实施例中，所检测目标是人410。传感器单元110的第一电极PA和第二电极I3B可以与人410的同一第一臂接触，并且传感器单元110的第三电极PC可以与第二臂接触，其中第一边缘和第二边缘分别在人410的不同侧面上。例如，传感器单元110的第一电极PA和第二电极PB可以与人410的右手RA接触，并且传感器单元110的第三电极PC可以与人410的左手LA或左腿LL接触。当然，传感器单元110的第一电极PA和第二电极I3B可以与人410的左手LA接触，并且传感器单元110的第三电极PC可以与人410的右手RA或右腿RL接触。
[0081]此处应注意，第一、第二和第三位置分别与传感器单元110的第一电极PA、第二电极PB和第三电极PC接触。在此实施例中，人410的所检测目标DO安置在第一和第二位置中的每一个与第三位置之间，其中所检测目标OB是人410的心脏。
[0082]参考图5，图5说明根据本发明的其它实施例的移动电子设备的示意图。移动电子设备500包含传感器单元510、光电容积图(PPG)传感器520、处理单元530和运动传感器540。移动电子设备500可以是手表。传感器单元510、光电容积图传感器520、处理单元530和运动传感器540安置在壳体MP中。不同于图1中的实施例，移动电子设备500进一步包含运动传感器540，用于检测移动电子设备500的运动状态。也就是说，可以精确地检测到运动噪声，并且可以从光电容积图传感信号或感测信号中清除所述运动噪声，从而以高精度获得关于生理特征的信息。在实施例中，运动传感器540可以是重力传感器或陀螺仪传感器。
[0083]另一方面，移动电子设备500进一步包含柔性带EXTP。第一感测电极PA安置在壳体MP的表面上，并且第二感测电极I3B安置在柔性带EXTP上的表面上。参考图5和图6，其中图6说明根据本发明的实施例的用于将传感器单元的感测电极安置在所检测目标上的图。在图6中，移动电子设备500可以安置在所检测人的手HD上。移动电子设备500的壳体MP可以放置在手HD的顶表面上，并且柔性带EXTP可以与手HD的底表面接触。也就是说，在由第一感测电极PA和第二感测电极PB接触的手HD上的位置之间存在距离，并且所述距离可以被延长。在图6中，第二感测电极PB面向第一感测电极PA。
[0084]移动电子设备500可以是电子手表或智能带。例如，移动电子设备500是电子手表，壳体MP可以是电子手表的主体，并且柔性带EXTP可以是移动电子设备500的固夹带。在图5中，第二感测电极PB可以安置在移动电子设备500的固夹带的表面上。
[0085]参考图7，图7说明根据本发明的另一实施例的移动电子设备的示意图。移动电子设备700包含传感器单元710、光电容积图(PPG)传感器720、处理单元730和通信单元740。不同于图1中的实施例，移动电子设备700进一步包含通信单元740。通信单元740可以是无线传输单元并且耦合到处理单元730上。通信单元740可以将关于生理特征的信息无线地传输到外部无线主机。当然，通信单元740还可以从外部无线主机无线地接收一个或多个信号。通信单元740可以是蓝牙单元、近场通信(near field communicat1n，NFC)单元、WIFI单元或任何其它无线传输单元。
[0086]参考图8，图8说明根据本申请案的实施例的检测系统的框图。检测系统800包含移动电子设备810和主机单元820。主机单元820可以是无线主机，并且无线地耦合到移动电子设备810上。移动电子设备810可以将关于生理特征的信息传送到主机单元820。主机单元820可以分析关于生理特征的信息，以产生检测报告。在实施例中，主机单元820可以是计算机、智能手机或具有大功率处理器和无线通信能力的任何其它电子设备。
[0087]参考图9，图9说明根据本发明的实施例的传感器单元的框图。传感器单元900包含感测处理单元910和电极El至E3。电极El至E3分别形成传感器单元900的第一、第二和第三电极，并且电极El至E3耦合到感测处理电路910上。电极El至E3分别接收第一、第二和第三感测信号，并且感测处理电路910根据第一、第二和第三感测信号分别产生第一、第二、第三感测信号。感测处理电路910可以用于处理ECG信号。
[0088]参考图1O，图1O说明根据本发明的实施例的光电容积图传感器的框图。光电容积图(PPG)传感器1000包含光电容积图传感(PPG)处理电路1010、光源LS和光检测器PD。光源LS耦合到PPG处理电路1010上并且根据来自PPG处理电路1010的命令传输传输光TL。光检测器PD耦合到PPG处理电路1010上且接收根据传输光TL产生的反射光FL，并且使反射光FL对PPG处理电路101作出响应。因此，PPG处理电路可以根据反射光FL产生光电容积图传感信号。本文中，光电容积图传感信号可以与光学获得的体积扫描器、器官的容积测量有关。光电容积图传感信号可以通过脉冲式血氧计使用照明器官的皮肤并且测量光吸收量变化来获得。
[0089]参考图11，图11说明根据本发明的实施例的用于检测关于生理特征的信息的方法的流程图。在步骤SllOl中，检测到在传感器单元的第一和第二感测电极上的电压差。在步骤SI 102中，触发光电容积图(photoplethysmography，PPG)传感器以当电压差大于阈值时检测血容量变化。此外，在步骤S1103中，当触发传感器单元的第三感测电极以检测第一感测电极与第三感测电极之间的心脏电活动时，停用光电容积图传感器。
[0090]图11中的步骤中的每一个的细节已在以上实施例中揭示，并且此处不再进行更多的重复描述。
[0091]总之，本发明提供传感器单元来产生第一和第二感测信号以获得所检测目标的运动状态。也就是说，可以产生运动噪声，并且可以通过从光电容积图传感信号或第三感测信号中清除运动噪声精确地获得关于生理特征的信息。生理特征检测操作的性能因此可以得到改进。
[0092]对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以做出本发明的结构的各种修改以及变化。鉴于前述内容，希望本发明涵盖属于所附权利要求书及其等效物的范围内的本发明的修改以及变化。
【主权项】
1.一种移动电子设备，其包括: 传感器单元，其具有第一、第二和第三感测电极； 光电容积图传感器，其感测光电容积图信号；以及 处理单元，其耦合到所述传感器单元和所述光电容积图传感器上， 其中当所述第一和第二感测电极检测到大于阈值的电压差时，触发所述光电容积图传感器以检测血容量变化，当触发所述第三感测电极来检测所述第一感测电极与所述第三感测电极之间的电活动时，所述光电容积图传感器由所述处理单元停用。2.根据权利要求1所述的移动电子设备，其进一步包括: 壳体，其中所述传感器单元和所述光电容积图传感器安置在所述壳体中；以及其中，所述第一和第二感测电极安置在所述壳体的第一表面上且所述第三感测电极安置在所述壳体的第二表面上，并且所述第一表面和所述第二表面不是相同平面。3.根据权利要求1所述的移动电子设备，其进一步包括: 壳体，其中所述传感器单元和所述光电容积图传感器安置在所述壳体中；以及 柔性带，其在两侧处与所述壳体接触， 其中，所述第一和第三感测电极分别安置在所述壳体的第二和第一表面上，并且所述第二电极安置在所述柔性带上。4.根据权利要求3所述的移动电子设备，其中所述第二感测电极面向所述第一感测电极。5.根据权利要求3所述的移动电子设备，其中所述第一感测电极和所述第二感测电极面向相同方向并且所述第三感测电极和所述第一感测电极面向不同方向。6.根据权利要求1所述的移动电子设备，其中所述处理单元根据来自所述第一和第二感测电极的所述信号获得运动状态。7.根据权利要求1所述的移动电子设备，其中所述传感器单元进一步包括: 感测电路，其耦合在所述处理单元与所述第一、第二和第三电极之间，所述感测电路根据从所述第一、第二和第三感测电极检测到的信号产生第一、第二和第三感测信号。8.根据权利要求1所述的移动电子设备，其进一步包括: 运动传感器，其耦合到所述处理单元上，检测所述移动电子设备的运动状态并且产生运动信号，并且所述处理单元根据所述运动信号确定所述运动状态。9.根据权利要求1所述的移动电子设备，其进一步包括: 通信单元，其耦合到所述处理单元上，用于将关于生理特征的信息无线地传输到无线主机。10.—种检测系统，其包括: 移动电子设备，其包括: 传感器单元，其具有第一、第二和第三感测电极； 光电容积图传感器，其感测光电容积图信号；以及 处理单元，其耦合到所述传感器单元和所述光电容积图传感器上， 其中当所述第一和第二感测电极检测到大于阈值的电压差时，触发所述光电容积图传感器以检测血容量变化，当触发所述第三感测电极来检测所述第一感测电极与所述第三感测电极之间的心脏电活动时，所述光电容积图传感器由所述处理单元停用；以及 无线主机，其无线地耦合到所述移动电子设备上以从所述移动电子设备中接收关于生理特征的信息。11.根据权利要求10所述的检测系统，其中所述移动电子设备进一步包括: 壳体，其中所述传感器单元和所述光电容积图传感器安置在所述壳体中；以及 其中，所述第一和第二感测电极安置在所述壳体的第一表面上且所述第三感测电极安置在所述壳体的第二表面上，并且所述第一表面和所述第二表面不是相同平面。12.根据权利要求10所述的检测系统，其中所述移动电子设备进一步包括: 壳体，其中所述传感器单元和所述光电容积图传感器安置在所述壳体中；以及 柔性带，其在两侧处与所述壳体接触， 其中，所述第一和第二感测电极安置在所述壳体的第一表面上，并且所述第三电极安置在所述柔性带上。13.根据权利要求12所述的检测系统，其中所述第三感测电极面向所述第一感测电极。14.根据权利要求12所述的检测系统，其中所述第一感测电极和所述第二感测电极面向相同方向并且所述第三感测电极和所述第一感测电极面向不同方向。15.根据权利要求10所述的检测系统，其中所述处理单元根据来自所述第一和第二感测电极的所述信号获得运动状态。16.根据权利要求10所述的检测系统，其中所述传感器单元进一步包括: 感测电路，其耦合在所述处理单元与所述第一、第二和第三电极之间，所述感测电路根据从所述第一、第二和第三感测电极检测到的所述信号产生第一、第二和第三感测信号。17.根据权利要求10所述的检测系统，其中所述移动电子设备进一步包括: 运动传感器，其耦合到所述处理单元上，检测所述移动电子设备的运动状态并且产生运动信号，并且所述处理单元根据所述运动信号确定所述运动状态。18.根据权利要求10所述的检测系统，其中所述移动电子设备进一步包括: 通信单元，其耦合到所述处理单元上，用于将关于所述生理特征的信息无线地传输到所述无线主机。19.一种用于检测生理特征的方法，其包括: 检测传感器单元的第一和第二感测电极上的电压差； 触发光电容积图传感器以在所述电压差大于阈值时检测血容量变化；以及 当触发所述传感器单元的第三感测电极以检测所述第一感测电极与所述第三感测电极之间的电活动时停用所述光电容积图传感器。20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括: 根据来自所述第一和第二感测电极的信号获得运动状态。21.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括: 将生理特征的信息无线地传输到无线主机。
【文档编号】G06F3/01GK105988584SQ201610069583
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年2月1日
【发明人】吴国祯, 吴孟熹, 吴东朋
【申请人】宏达国际电子股份有限公司