用于心率監(jiān)測器的相對的加速度計的制作方法
【專利摘要】一種用于檢測人(10)脈搏的心率監(jiān)測器(40)，其采用平臺(43)、多個多軸加速度計(41R、41L)以及脈搏檢測器(44)。多軸加速度計(41R、41L)被聯接到平臺(43)，以生成差模信號(AZR、AZL)并且生成共模信號(AXR、AXL、AYR、AYL)，所述差模信號指示由所述加速度計(41)對所述人(10)相對于加速度感測軸(42R、42L)的生理運動(12)的感測，所述共模信號指示由所述加速度計(41R、41L)對由所述人(10)相對于所述加速度感測軸(42R、42L)的外部運動的感測。脈搏檢測器(44)能夠被連接到多軸加速度計(41R、41L)以生成組合所述差模信號(AZR、AZL)并且消除所述共模信號(AXR、AXL、AYR、AYL)的根據所述加速度感測軸(42R、42L)的垂直對準的脈搏信號(PS)。
【專利說明】用于心率監(jiān)測器的相對的加速度計發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明總體上涉及采用加速度計作為用于檢測患者的脈搏基礎的心率監(jiān)測器。具體而言，本發(fā)明涉及采用采取使區(qū)分患者的脈搏和從患者的外部運動導出的運動偽影容易的角度取向的多軸加速度計的心率監(jiān)測器。
[0002]發(fā)明背景
[0003]如本領域中已知心率監(jiān)測器實時運行對患者心率的測量。具體而言，對于涉及心臟治療的分類和指導的急救護理，心率監(jiān)測器被設計為簡單易用、非侵入性并且對于脈搏檢測目的而言可靠。為此，如圖1所示，已知當前心率監(jiān)測器采用被捆綁到人10的胸部的多軸(XYZ)加速度計20，所述加速度計在人10的若干容易訪問的動脈中的任何上，從而感測由人10的循環(huán)系統11生成的人10的起伏生理運動12，作為檢測人10的脈搏的基礎。然而，加速度計20的XYZ軸21經歷從人10的總體運動導出的加速度。因此，盡管人10的脈搏產生可測量生理運動12，但是人10外部的運動源能夠從掩蓋人10的生理運動12的更大外部起伏運動13(例如，在人10上的心臟復蘇術(“CPR”)努力、人10的運輸/移動等)產生更大的運動偽影。因此，運動偽影限制了如被捆綁在人10的胸部的用于脈搏檢測的加速度計20的適用性。
[0004]為了克服加速度計20的缺點，如圖2所示，本發(fā)明涉及在人10的身體表面上以角度取向對兩個(2)多軸(XYZ)加速度計20R和20L的放置，其中，加速度計20R和20L的各自的XYZ軸21R和21L個體地感測由循環(huán)系統11生成的生理運動12R和12L并且相等地感測從外部運動13生成的運動偽影。具體而言，各自的垂直軸Zr和Zl與人10的身體表面正交，以個體地經歷主要(如果不是完全地)從各自的生理運動12R和12L導出的加速度。相反地，各自的縱軸Xr和Xl以及各自的橫軸Yr和Yl平行于患者的身體表面，以共同經歷主要(如果不是完全地)從外部運動13導出的加速度。例如，如本文進一步描述的，可以如圖2所示將加速器20R和20L安裝到人10的鼻子15，或者可以如圖2所示將加速度計20R和20L捆綁到人10的頭部15，以便個體地感測各自的生理運動12R和12L并且共同感測外部運動13。對加速度計20R和20L角度取向的知識便于將加速度計20R和20L的XYZ軸21R和21L數學旋轉到基線XYZ軸21B，這允許消除非固有的外部運動13并且加強生理運動12，這是由于由加速度計20R和20L感測的由總體運動施加的力的取向的差異。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的一種形式是一種用于通過包括多個多軸加速度計的心率監(jiān)測器對人進行脈搏檢測的方法。所述方法涉及加速度計生成差模信號和加速度計生成共模信號，其中，差模信號指示由加速度計對人相對于加速度感測軸的生理運動的感測，共模信號指示由加速度計對由人相對于加速度感測軸的外部運動的感測。所述方法還涉及心率監(jiān)測器生成組合所述差模信號并且消除所述共模信號的根據所述加速度感測軸的垂直對準的脈搏信號。
[0006]出于本發(fā)明的目的，本文將術語“生理運動”廣義地定義為由身體的循環(huán)系統生成的身體或者其部分的到任何程度的任何運動，無論是自然的(例如，來自自我調節(jié)心跳的脈搏)還是誘發(fā)的(例如，通過CPR胸外按壓誘發(fā)的脈搏)；并且本文將術語“外部運動”廣義地定義為從身體外部的源施加的力導致的身體或者其部分的任何運動。
[0007]本發(fā)明的第二種形式是采用平臺、多個多軸加速度計和脈搏檢測器的用于檢測人的脈搏的心率監(jiān)測器。在操作中，多軸加速度計被聯接到所述平臺，以生成差模信號并且生成共模信號，所述差模信號指示由所述加速度計對所述人相對于加速度感測軸的生理運動的感測，所述共模信號指示由所述加速度計對由所述人相對于所述加速度感測軸的外部運動的感測。脈搏檢測器生成組合所述差模信號并且消除所述共模信號的根據所述加速度感測軸的垂直對準的脈搏信號。
[0008]本發(fā)明的第三種形式是采用前述心率監(jiān)測器和脈搏監(jiān)測器的心臟治療系統(例如，體外自動除顫器或者高級生命支撐除顫器/監(jiān)測器)，其中，所述脈搏監(jiān)測器響應于所脈搏信號來監(jiān)測所述患者的脈搏。
【附圖說明】
[0009]通過結合附圖閱讀的本發(fā)明各個實施例的以下詳細說明，本發(fā)明的上述形式和其它形式以及本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見。詳細說明和附圖僅僅是對本發(fā)明的說明而非限制，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等價方案限定。
[0010]圖1圖示了如本領域中已知的多軸加速度計在患者的身體表面上的示范性放置。
[0011]圖2圖示了根據本發(fā)明的兩(2)個多軸加速度計在患者身體表面上的示范性放置。
[0012]圖3圖示了根據本發(fā)明的心率監(jiān)測器的示范性實施例。
[0013]圖4圖示了根據本發(fā)明的脈搏檢測方法的示范性實施例的流程圖表示。
[0014]圖5圖示了根據本發(fā)明的鼻夾的示范性實施例。
[0015]圖6圖示了根據本發(fā)明的將圖5中所示的鼻夾并入的心率監(jiān)測器的示范性實施例。
[0016]圖7圖示了根據本發(fā)明的頭帶/頭部條的示范性實施例。
[0017]圖8圖示了根據本發(fā)明的將圖7中所示頭帶/頭部條合并的心率監(jiān)測器的示范性實施例。
[0018]圖9圖示了根據本發(fā)明的將心率監(jiān)測器合并的心臟治療設備的示范性實施例。
【具體實施方式】
[0019]為了便于理解本發(fā)明，本文將針對獨立監(jiān)測器和將本發(fā)明的心跳監(jiān)測器并入心臟治療設備(例如，體外自動除顫器或者高級生命支持)中而提供本發(fā)明的心跳監(jiān)測器的示范性實施例。
[0020]參考圖3，本發(fā)明的心跳監(jiān)測器40使用一對多軸(XYZ)加速度計41R和41L、平臺43、脈搏檢測器44以及顯示器45。
[0021]如本領域中已知的，加速度計41R在結構上被配置用于響應于對作用在XYZ軸42R上的(一個或多個)運動力的感測，生成縱向加速度感測信號Axr、橫向加速度感測信號Ayr以及垂直加速度感測信號Azr。
[0022]如本領域中已知的，加速度計41L在結構上被配置用于響應于對作用在XYZ軸42L上的(一個或多個)運動力的感測，生成縱向加速度感測信號Axl、橫向加速度感測信號Ayl以及垂直加速度感測信號Azl。
[0023]在實踐中，心跳監(jiān)測器40可以采用額外的加速度計41。
[0024]在實踐中，心跳監(jiān)測器40還可以備選地或同時地采用兩(2)個或更多個多軸(XY)加速度計，并且可以備選地或同時地采用兩(2)組或更多組單軸(X)加速度計作為多軸加速度計。
[0025]根據本發(fā)明，平臺43在結構上被配置用于將加速度計41R和41L的各自的垂直軸Zr和Zl定位為垂直于人的身體表面，并且將用于加速度計41R和41L的各自的縱軸Xr和Xl以及各自的橫軸Yr和Yl定位為平行于人的身體表面。如圖2中示范性示出的，平臺43還在結構上被配置為對XYZ軸42R和XYZ軸42L在角度上進行取向，其中，各自的垂直軸Zr和Zl垂直于人的身體表面，以個體地經歷主要(如果不是完全地)從各自的生理運動12R和12L導出的加速度;并且其中，各自的縱軸Xr和Xl和各自的橫軸Yr和Yl平行于患者的身體表面，以共同經歷主要(如果不是完全地)從外部運動13導出的加速度。因此，為了本發(fā)明的目的，將垂直加速度感測信號Azr和垂直加速度感測信號Azl視為差模信號，同時將縱向加速度感測信號Axr、橫向加速度感測信號Ayr、縱向加速度感測信號Axl和橫向加速度感測信號Aa視為共模信號。
[0026]如圖5中所示，平臺43的一個實施例是鉸接式或者關節(jié)式鼻夾43η，其在結構上被配置為將加速度計41R和41L柔性附著到人的鼻梁相對的左側和右側，其中，下層的鼻骨將剛性地維持加速度計41R和41L相對于彼此和人的鼻子的角度取向。更具體而言，人的鼻背動脈經由眼動脈緊密連接到頸內動脈，并且因此連接到腦部的血液供應。在生理疼痛中如果在任何處的脈搏被保持，則在鼻梁處的脈搏被保持，并且尤其地，在鼻梁處的脈搏不經歷在需要急救護理的患者中常見的外圍停滯(peripheral shutdown)。因此，加速度計41R和41L的各自的垂直軸Zr和Zl(圖3)將經歷來自鼻背動脈的脈搏的主要垂直于顳骨的平面的生理運動，并且各自的縱軸Xr和Xl以及各自的橫軸Yr和Yl將經歷主要沿著鼻骨的平面的人鼻部的運動偽影。
[0027]如圖7中所示，平臺43的另一個實施例是頭帶/頭部條43h，其在結構上被配置為具有硬化表面49R和49L，以分別將加速度計41R和41L附著到人相對的左側太陽穴和右側太陽穴上，其中，表面49R和49L將剛性地維持加速度計41R和41L關于彼此和人的太陽穴的角度取向。與鼻背動脈一樣，顳動脈實質性地被保持，并且其不經歷需要急救護理的患者中常見的外圍停滯。因此，加速度計41R和41L的各自的垂直軸Zr和Zl(圖3)將經歷來自顳動脈的脈搏的主要垂直于鼻骨的平面的生理運動，并且各自的縱軸Xr和Xl以及各自的橫軸Yr和Yl將經歷主要沿著太陽穴的平面的人太陽穴的運動偽影。
[0028]返回參考圖3，脈搏檢測器44在結構上被配置為具有硬件、軟件、固件和/或電路，以運行如由圖4所示的流程圖50表示的本發(fā)明的脈搏檢測方法。
[0029]流程圖50的階段S51涵蓋:脈搏檢測器44實施如加速度計41R和41L所需的用于調節(jié)加速度感測信號Xr、Yr、Zr、Xl、Yl和Zl的(一種或多種)技術。已知信號調節(jié)的范例包括但不限于信號放大和模數轉換。
[0030]流程圖50的階段S52涵蓋:脈搏檢測器44實施用于對XYZ軸42R和42L相對于基線軸(例如，XYZ軸42R或XYZ軸42L之一，或者不同的基線XYZ軸，諸如圖2所示的21B)的角度取向進行空間分析的(一種或多種)技術。在一個實施例中，使用XYZ軸42R和42L的重力加速度向量作為激勵場，以確定加速度計41R和41L之間或者到不同的基線軸(例如，圖2所示的基線XYZX軸21B)的傾斜角度，從而便于XYZ軸42R和42L在所有三維中的數學旋轉，以便將垂直軸Zr和Zl對準，其中，通過脈沖檢測器44可識別個體生理運動向量、公共運動偽影向量以及重力加速度向量。
[0031]流程圖50的階段S53涵蓋:脈搏檢測器44實施用于提取生理運動向量以將脈搏信號PS(圖3)傳送到顯示器45的(一種或多種)技術。通常，脈搏檢測器44通過組合差模信號Azr和Azl并且消除共模信號Axr、Axl、Ayr和Ayl而從垂直對準的XYZ軸42R和42L中提取對應的生理運動向量、運動偽影向量和重力向量。
[0032]具體而言，為了組合/消除信號，尤其是當垂直軸Zr和Zl未指向人的身體表面上的相對方向上時，可以利用本領域中已知的先進信號處理方法(例如，主分量分析(PCA)或獨立分量分析(ICA))從垂直對準的XYZ軸42R和42L中提取生理運動向量。例如，PCA可以將信號分量從最大到最小進行排序。重力加速度向量和公共運動偽影向量是比生理運動向量更大的信號，并且通過PCA識別重力加速度向量和公共運動偽影向量并對其進行移除。通過另外的范例，如果獨立分量是線性組合的，則ICA可以提取所述獨立分量。由于生理運動向量、重力加速度向量和公共運動偽影向量彼此獨立，并且通過加速度計41R和41L的記錄是線性總和，所以可以從ICA結果中識別出生理運動向量。此外，由于來自鼻梁兩側的脈搏是相關且同步的，所以通過ICA提取的生理運動在缺省情況下應該是由兩個加速度計41R和41L記錄的血液脈搏的總和。
[0033]返回參考圖3，在實踐中，脈搏檢測器44可以采用一個或多個模塊，其中，每個模塊被附著到平臺43，在獨立殼體內或者被并入在顯示器45內。
[0034]例如，如針對圖6和8中的心跳監(jiān)測器40η和40h分別示出的，脈搏檢測器44采用采取被附著到鼻夾45η和頭帶/頭部條45h的信號調節(jié)器46R和46L、空間分析器47和脈搏提取器48的形式的模塊。
[0035]返回參考圖3，如本領域中已知的，顯示器45在結構上被配置用于在視覺上顯示脈搏信號PS或者其視覺指示，并且任選地提供與脈搏信號PS有關的音頻信息。例如，如所示的，顯示器45可以提供脈搏信號PS的心跳讀出，并且提供作為脈搏信號PS的指示的脈動的心臟。
[0036]在實踐中，顯示器45可以被附著到平臺43，在獨立殼體內或者被并入在心臟治療設備內。例如，如針對圖6和8中的心跳監(jiān)測器40η和40h分別示出的中所示，顯示器45被提供在獨立殼體中。
[0037]參考圖9，如本領域中已知的，本發(fā)明的心臟治療設備60采用:一對電極極板/電極片61、任選的ECG導聯62、壓迫墊63、脈搏監(jiān)測器64、壓迫控制器66、ECG監(jiān)測器66(內部或外部)、除顫控制器67以及震動源68，如本領域中已知的。
[0038]在操作中，響應于來自ECG監(jiān)測器66的ECG信號，除顫控制器67控制震動源68根據一個或多個震動療法(例如，同步心率復蘇法)經由電極極板/電極片61向患者10的心臟17遞送除顫震動。此外，響應于來自脈搏監(jiān)測器65的脈搏信號，壓迫控制器66根據一個或多個壓迫治療向壓迫墊63的用戶提供音頻指令。
[0039]關于脈搏信號，心臟治療設備60還采用本發(fā)明的心跳監(jiān)測器，例如，如圖9所示的被安裝在患者10的鼻子上的基于鼻夾的心跳監(jiān)測器69η，或者如圖9所示的在患者10的頭部周圍纏繞/捆綁的基于頭帶/頭部條的心跳監(jiān)測器69h。用于心跳監(jiān)測器69η和69h的顯示器(例如，圖3所示的顯示器45)被并入在脈搏監(jiān)測器64內，并且用于心跳監(jiān)測器69η和69h的脈搏檢測器(例如，圖3所示的脈搏檢測器44)也可以被并入在脈搏監(jiān)測器64內。
[0040]在實踐中，用于心跳監(jiān)測器69η和69h的脈搏檢測器(例如，圖3所示的脈搏檢測器44)可以同時或者交替地將脈搏信號提供給除顫控制器65和/或壓迫控制器66。
[0041 ] 同樣，實際上，監(jiān)測器64和66可以被組合，和/或控制器65和67可以被組合。
[0042]參考圖2-9，本領域的普通技術人員將意識到，本發(fā)明的許多益處包括，但不限于，簡單易用、非侵入性和可靠脈搏檢測，尤其是在針對治療分類和指導的急救護理中。
[0043]盡管已經圖示并且描述了本發(fā)明的各個實施例，但是本領域的技術人員將理解，本文描述的本發(fā)明的實施例是說明性的，并且可以作出各種改變和修改，并且可以將本發(fā)明的元件替換為等價物，而不脫離本發(fā)明的真正范圍。另外，可以作出許多修改來調整本發(fā)明的教學，而不脫離其中心范圍。因此，本發(fā)明旨在不限于被公開為預期用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式的具體實施例，并且本發(fā)明包括落入權利要求書的范圍內的所有實施例。
【主權項】
1.一種用于由包括多個多軸加速度計(41R、41L)的心率監(jiān)測器(40)對人(10)進行脈搏檢測的方法(50)，所述方法包括: 所述加速度計(41R、41L)生成差模信號(AZR、AZL)，所述差模信號指示由所述加速度計(41)對所述人(10)相對于所述多軸加速度計(41R、41L)的加速度感測軸(42R、42L)的生理運動(12)的感測； 所述加速度計⑷丨生成共模信號⑷“幾^“^’所述共模信號指示由所述加速度計(41R、41L)對由所述人(10)相對于所述加速度感測軸(42R、42L)的外部運動的感測;并且 所述心率監(jiān)測器(40)生成組合所述差模信號(AZR、AZL)并且消除所述共模信號(AXR、AXL、Ayr、Ayl)的根據所述加速度感測軸(42R、42L)的垂直對準的脈搏信號(PS)。2.如權利要求1所述的方法，其中，所述加速度計(41R、41L)被安裝在所述人(10)的鼻子上。3.如權利要求1所述的方法，其中，所述加速度計(41R、41L)被定位在所述人(10)的太陽穴上。4.如權利要求1所述的方法，還包括: 響應于所述脈搏信號(PS)，顯示所述人(10)的脈搏。5.—種用于檢測人(10)的脈搏的心率監(jiān)測器(40)，所述心率監(jiān)測器(40)包括: 平臺(43); 多個多軸加速度計(41R、41L)，其被聯接到所述平臺(43)，以生成差模信號(AZR、AZL)并且生成共模信號⑷^幾士^^’所述差模信號指示由所述加速度計⑷丨對所述人丨如相對于加速度感測軸(42R、42L)的生理運動(12)的感測，所述共模信號指示由所述加速度計(41R、41L)對由所述人(10)相對于所述加速度感測軸(42R、42L)的外部運動的感測；以及 脈搏檢測器(44)，其能夠被連接到所述多軸加速度計(41R、41L)，以生成組合所述差模信號(Azr、Azl)并且消除所述共模信號(Axr、Axl、Ayr、Ayl)的根據所述加速度感測軸(42R、42L)的垂直對準的脈搏信號(PS)。6.如權利要求5所述的心率監(jiān)測器(40)，其中，所述平臺(43)是鼻夾，所述鼻夾能夠將所述加速度計(41R、41L)安裝在所述人(10)的鼻子上。7.如權利要求5所述的心率監(jiān)測器(40)，其中，所述平臺(43)是頭帶，所述頭帶能夠將所述加速度計(41R、41L)定位在所述人(10)的太陽穴上。8.如權利要求5所述的心率監(jiān)測器(40)，其中，所述平臺(43)是頭部條，所述頭部條能夠將所述加速度計(41R、41L)定位在所述人(10)的太陽穴上。9.如權利要求5所述的心率監(jiān)測器(40)，還包括: 顯示器(45)，其能夠被連接到所述脈搏檢測器(44)，以響應于所述脈搏信號(PS)，顯示所述人(10)的脈搏。10.一種心臟治療設備(60)，包括: 心率監(jiān)測器(69)，其用于檢測人(10)的脈搏，所述心率監(jiān)測器(40)包括: 平臺(43)， 多個多軸加速度計(41R、41L)，其被聯接到所述平臺(43)，以生成差模信號(AZR、AZL)并且生成共模信號⑷^幾士^^’所述差模信號指示由所述加速度計⑷丨對所述人丨如相對于加速度感測軸(42R、42L)的生理運動(12)的感測，所述共模信號指示由所述加速度計(41R、41L)對由所述人(10)相對于所述加速度感測軸(42R、42L)的外部運動的感測，以及脈搏檢測器(44)，其能夠被連接到所述多軸加速度計(41R、41L)，以生成組合所述差模信號(Azr、Azl)并且消除所述共模信號(Axr、Axl、Ayr、Ayl)的根據所述加速度感測軸(42R、42L)的垂直對準的脈搏信號(PS);以及 脈搏監(jiān)測器(64)，其能夠被連接到所述脈搏檢測器(44)，以響應于所述脈搏信號(PS)，監(jiān)測所述人(10)的所述脈搏。11.如權利要求11所述的心臟治療設備(60)，其中，所述平臺(43)是鼻夾，所述鼻夾能夠將所述加速度計(41R、41L)安裝在所述人(10)的鼻子上。12.如權利要求11所述的心臟治療設備(60)，其中，所述平臺(43)是頭帶，所述頭帶能夠將所述加速度計(41R、41L)定位在所述人(10)的太陽穴上。13.如權利要求11所述的心臟治療設備(60)，其中，所述平臺(43)是頭部條，所述頭部條能夠將所述加速度計(41R、41L)定位在所述人(10)的太陽穴上。14.如權利要求11所述的心臟治療設備(60)，其中，所述心率監(jiān)測器(69)還包括: 顯示器(45)，其能夠被連接到所述脈搏檢測器(44)，以響應于所述脈搏信號(PS)，顯示所述人(10)的脈搏。15.如權利要求14所述的心臟治療設備(60)，其中，所述脈搏監(jiān)測器(64)將所述顯示器(45)并入。
【文檔編號】A61B5/024GK105828707SQ201480069479
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月10日
【發(fā)明人】J·K·拉塞爾, H·杜里克, C·劉
【申請人】皇家飛利浦有限公司