适于监测身体部位内的动脉血的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适于监测身体部位内的动脉血的装置。具体而言，本发明涉及一 种适于监测身体部位内的动脉血的装置，用于确定运动期间的心率或氧气水平。
【背景技术】
[0002] -种类型的心率监测器基于投射穿过人或动物的肢体或手指的红外光的吸收或 透射来测量心跳。心率监测器通常包括发射器和传感器。发射器朝向传感器发射红外光进 入肢体。皮肤、组织、静脉血和动脉血吸收并反射这一红外光的部分。然后，动脉血的体积随 心跳周期性地增大和减小。这导致红外光的吸收和反射随心跳波动，其由传感器检测为红 外透射的周期性波动。这不同于皮肤、组织和静脉血对于红外光透射的相对恒定的影响。
[0003] 通常存在两种测量投射入肢体的红外光的方法。在第一种方法中，发射器和传感 器基本位于肢体的相对侧，同时避开肢体内的任意骨骼，以便使来自发射器的红外光通过 肢体传送至传感器。在另一种方法中，发射器和传感器基本位于肢体的同侧，以便从发射器 投射进入肢体的红外光的一部分被肢体内的组织层分散以到达传感器。
[0004] 遗憾的是，这种心率监测器的精确度受到穿戴者动作的影响，这会将噪声引入到 由传感器检测的红外传输中。这部分是由于随着穿戴者移动而使发射器和传感器相对错 位，而部分是由于动作期间肢体的屈曲，这会增大或减小发射器和传感器之间的传输路径 长度。也就是说，肢体的皮肤和软组织可能会晃动并影响传输路径的长度。
[0005] 已经提出了臂带形式的心率监测器，其布置有三对发射器和传感器。各对以一定 的方式定位在臂带上，以使得由臂带穿戴者的动作而引起并且由三个传感器检测到的噪声 能够从不同方向和角度观察，并且它们因此互为异相。这样，三对发射器和传感器提供三组 观测值，其能够用于去除噪声元素而无需任何外部传感器来产生动作参考，而这在类似技 术的许多其它早期的心率监测器中是必需的。然而，这一心率监测器需要三个独立的观测 值，其必须由相同数目的发射器和传感器对来获得;单对发射器和传感器不足以提供足够 数目的独立观测值。遗憾的是，三对发射器和传感器损失了心率监测器的鲁棒性，这是由于 只要三个传感器或三个发射器中的任意一个无法工作，那么心率监测器就无法工作。此外， 由于需要如此多的发射器和传感器，因此导致这种心率监测器的制造和维修都很昂贵。
[0006] 因此，提出提供一种心率监测器，其在确定心率方面同样精确且不易发生故障，并 且优选地提供利用较少硬件同时达到相同或更优性能的可能性。
【发明内容】
[0007] 在第一方面，本发明提出了一种适于监测身体部位内的动脉血的装置，所述装置 适于穿戴在身体部位上，并且所述装置包括:多个光发射器，至少一个传感器，多个光发射 器布置为使得来自多个光发射器的光能够穿透身体部位而到达至少一个传感器，其中：多 个光发射器以连续顺序发射光，以由至少一个传感器检测。
[0008] 所述装置能够用作心率监测器。可替选地，所述装置能够用作血氧计的一部分。
[0009] 本发明提供了一种有益的可能性，其仅需要一个传感器通过检测来自不同发射器 的传输来获得多个信号观测值。这减少了获得相同数目观测值所需的传感器的数目。这还 减少了硬件的数量并且允许装置制造得更小、更轻且更为廉价。
[0010] 在某一实施例中，所述至少一个传感器是多个传感器。多个传感器和多个发射器 能够限定为多个传感器和发射器对，其中第一对传感器和发射器的发射器能够向至少其它 两对的传感器发射，并且第一对的传感器能够检测来自至少其它两对的每一对中的发射器 的光。
[0011] 可选地，两个传感器用于获得至少四个光传输观测值，或者根据具体情况可以是， 从四个观测值中仅选定三个观测值使用。这允许所使用的传感器的数目少于可获得的观测 值同等数目，有效地减少了获得多个观测值所需的硬件的数量。本领域技术人员能够了解， 具有多个观测值对于使噪声信号比最小化是有用的。
[0012] 更优选地，三个传感器用于获得至少三个光传输观测值。典型地，三个传感器能够 与两个发射器一起使用以提供六个观测值。因此，在三个传感器中的任意一个无法工作的 情况下，仍然存在至少两个传感器与两个发射器一起工作以提供四个观测值。所述四个观 测值可全部用于监测心率，但是作为选择的问题，可能四个观测值中只有三个可用。换句话 说，如果需要不超过三个或四个观测值来产生心率的稳定监测，使用三个传感器与两个发 射器分别提供了三个或两个观测值的冗余，而无需其它硬件。这在其中一个传感器无法工 作的情况下提供了备份或冗余观测值。在另一情形下，一个发射器无法工作但是装置仍然 基于从其余三个传感器和一个发射器获得的三个数据观测值来监测心率。
[0013] 基于四个数据观测值来监测心率已经优于现有技术的装置，它们通常仅使用三个 观测值。此外，现有技术提供了每个传感器仅专用于一个发射器，并且三个传感器和发射器 对用于仅提供三个观测值;观测值的数目与传感器的数目相同。换句话说，在这些现有技术 中不存在观测值的冗余。
[0014] 在一个实施例中，所述装置是能够附接至身体部位的圆形支架，所述至少一个传 感器是多个传感器，多个传感器围绕圆形支架均匀分布。这避免了全部多个传感器同时暴 露至来自任一方向的环境光中；围绕圆形支架分布防止来自一个方向且打在一个传感器上 的强的环境光也打在其它传感器上。与冗余观测值的优势相结合，特别是在所述装置包括 与轮流发射光的至少两个发射器耦接的至少三个传感器的情况下，这提供了装置能够以足 够数目的数据观测值来监测心率的可能性，即使当环境光已经削弱其中一个传感器时。当 其中一个传感器无法工作时避免故障的能力通过减小每个传感器所需的光检测范围而提 供了降低硬件成本的可能优势。优选地，圆形支架是可戴在手指上的环形式。
[0015] 在一个更具体的优选实施例中，所述装置包括三个所述至少一个传感器，其布置 为检测来自三个光发射器的光透射，三个传感器中的每一个都布置为检测来自至少两个光 发射器的光透射，以便通过三个传感器检测至少六个光透射观测值，所述装置包括能够附 接至身体部位的支架，所述支架具有曲面，多个传感器沿支架的曲面的曲度分布，以便减小 了多个传感器同时一致暴露于来自任一方向的环境光的可能性，所述装置配置为仅利用四 个观测值来监测身体部位内的动脉血，以便使至少六个观测值中的两个是冗余观测值，并 且所述装置配置为忽略所述装置检测为由于环境光导致饱和而无法正常工作的任意传感 器的两个观测值，同时考虑其余正在工作的传感器的四个观测值以监测动脉血。
[0016] 优选地，多个传感器布置在相互不同的位置。可选地，不同位置指的是离至少一个 光发射器的不同的相互距离。可替选地，不同位置指的是与至少一个光发射器呈不同的方 向。
[0017] 具有不同的方向或距离促进了噪声数据的多样性，增加了每个传感器感测的噪声 与其它传感器感测的噪声不同或异相的可能性。这允许噪声更易于消除。相反，可由所有传 感器检测的心跳信号是同步且同相的，并且能够从噪声中提取出来。
[0018] 在第二方面，本发明提出了一种获得光透射观测值以监测身体部位内的动脉血的 方法，包括以下步骤:提供位于身体部位一侧的至少一个传感器;提供位于身体部位不同侧 的第一发射器和第二发射器，以便使得从第一发射器和第二发射器发射的光透射穿过身体 部位以到达至少一个传感器;使第一发射器和第二发射器相继发射光，并且所述至少一个 传感器根据第一发射器和第二发射器发射光的顺序检测来自第一发射器和第二发射器的 光，以获得第一观测值和第二观测值。
[0019] 优选地，所述方法包括进一步的步骤:在身体部位的另一侧处提供另一传感器;并 且使另一传感器检测来自第一发射器或第二发射器的光以获得第三观测值。优选地，所述 方法还包括另一步骤:使另一传感器检测来自第一发射器或第二发射器的光以获得第四观 测值。
[0020] 优选地，所述方法包括进一步的步骤：确定传感器或发射器的任意一个无法正常 工作；忽略传感器或发射器无法正常工作的一个所作出的观测值，而考虑其它正在工作的 传感器的读数以监测动脉血。典型地，传感器无法正常工作是由于过度暴露于环境光下造 成的饱和。
[0021] 忽略无法正常工作的任意传感器或发射器的能力提供了能够适应不同环境条件 的装置。
【附图说明】
[0022] 方便的是，关于示意了本发明的可能布置的附图来进一步描述本发明，其中同样 的附图标记代表相同的部件。本发明的其它实施例是可能的，并因而附图的特殊性不应当 理解为代替本发明前述描述的