專利名稱：用于測量生命體征的裝置、系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量生命體征的裝置、系統(tǒng)與方法，其中自動(dòng)調(diào)整靈敏方向。
背景技術(shù)：
對于許多家庭應(yīng)用以及個(gè)人醫(yī)療保健和患者監(jiān)測來說，測量個(gè)人的生命體征被認(rèn)為對于可持續(xù)的未來醫(yī)療保健系統(tǒng)來說是必要的，因?yàn)樗鼘⒂兄诔浞纸档歪t(yī)療保健的成本?？梢韵胂蟮那榫安粌H有對在家的病人的監(jiān)管，也有對緩慢發(fā)展的疾病的探測，即，出于預(yù)防為的目的長期監(jiān)測(相對)健康的人。在此家庭護(hù)理或個(gè)人健康的領(lǐng)域，生命體征測量的非注目性對于該測量能夠被用戶接受是極為重要的。當(dāng)借助于在例如鬧鐘、喚醒燈或者睡眠及放松產(chǎn)品(睡眠節(jié)奏的呼吸)中的傳感器解決方案舒適地監(jiān)測用戶的狀態(tài)時(shí)，這對于涉及放松和睡眠的消費(fèi)者生活方式應(yīng)用同樣成立。例如在節(jié)奏的呼吸中，人們由將注意力集中在一種幫助他們緩慢呼吸的執(zhí)行器上來分散注意力，來得以放松并輕松地入睡。為了使這種練習(xí)非常有效，以盡可能小的干擾測量用戶實(shí)際的呼吸狀態(tài)是非常有利的。因此，毫無身體接觸的解決方案是被高度優(yōu)選的。已經(jīng)表明，也可能依靠電磁波或雷達(dá)在一定距離上測量生命體征。例如，能夠檢測呼吸運(yùn)動(dòng)和體力活動(dòng)引起的胸部運(yùn)動(dòng)。然而，借助于電磁波在一定距離上來測量一個(gè)人的生命體征會需要波是完全指向那個(gè)人的并且對于許多應(yīng)用甚至是指向那個(gè)人的某個(gè)特別的身體部分的。因此，當(dāng)依靠電磁輻射來測量一個(gè)人的生命體征時(shí)，收發(fā)裝置的位置極端是重要的。當(dāng)所述的裝置被放置在例如床頭桌上以測量目標(biāo)人的呼吸狀態(tài)時(shí)，對于裝置對著目標(biāo)人的感興趣區(qū)域(即此人的胸部區(qū)域)的正確定向，會發(fā)生多個(gè)問題。例如，當(dāng)目標(biāo)人在收發(fā)裝置前雙手放在旁邊仰臥時(shí)，此人的呼吸就不能夠被正確測量。此外，在有兩個(gè)人的雙人床上，第二個(gè)人或許也被測量了，而導(dǎo)致了無意義的數(shù)據(jù)。另一困難為收發(fā)裝置必需一直被保持著指向目標(biāo)人，盡管此人或許會移動(dòng)。即使雷達(dá)被用來檢測一 個(gè)人在床上的呼吸，此人仍然可以轉(zhuǎn)身并移動(dòng)出雷達(dá)的有限的靈敏區(qū)域。定向雷達(dá)收發(fā)單元的靈敏區(qū)域是由天線設(shè)計(jì)所確定的，并且通常包括主瓣(即最高靈敏度的方向)以及幾個(gè)小的旁瓣。因而，雖然用戶的位置可能會在床上變動(dòng)，感興趣區(qū)域(例如，用戶的胸部區(qū)域)也隨他移動(dòng)，但是收發(fā)裝置的靈敏區(qū)域或方向是有限的。因而在普通的生命體征監(jiān)測系統(tǒng)中，這需要小心地安放收發(fā)裝置并且需要用戶在靈敏區(qū)域內(nèi)保持靜止。US 2010/0152600A1描述了一種基于雷達(dá)的生理學(xué)運(yùn)動(dòng)傳感器。從由傳感器收到的信號中提取經(jīng)多普勒頻移的信號能夠。所述經(jīng)多普勒頻移的信號能夠被數(shù)字化并被隨后處理以提取涉及一個(gè)或多個(gè)對象的心肺運(yùn)動(dòng)的信息。所述信息能夠包括由于呼吸和心臟活動(dòng)、到達(dá)方向、異?；蚍闯：粑人斐傻暮粑省⑿穆?、波形。US 2006/0170584A1描述了一種用于個(gè)人、動(dòng)物、或物體的探測、追蹤、及成像的障
礙穿透動(dòng)態(tài)雷達(dá)成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括產(chǎn)生一組來自于個(gè)人、動(dòng)物、或物體的返回雷達(dá)信號的大量低功率超寬頻帶雷達(dá)單元，以及用于所述組的返回雷達(dá)信號的處理系統(tǒng)，以便對個(gè)人、動(dòng)物、或物體進(jìn)行探測、追蹤以及成像。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于測量生命體征的裝置、系統(tǒng)與方法，其使得能夠進(jìn)行準(zhǔn)確而不引人注目的信號采集，并且可以自動(dòng)適應(yīng)感興趣區(qū)域在預(yù)定區(qū)域之內(nèi)改變的位置。通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征達(dá)成該目的。本發(fā)明的想法依賴于確定感興趣區(qū)域，即感興趣區(qū)域的方向，以及隨后將主靈敏度方向(即最高靈敏度的方向)調(diào)整至確定的感興趣方向，以便在方向上測量生命體征。因此，一種用于測量生命體征的設(shè)備包括用于發(fā)射和接收電磁信號的收發(fā)單元。根據(jù)所述裝置的實(shí)施方式，可以通過發(fā)射和接收方向或者僅通過接收方向來確定靈敏方 向。所述設(shè)備還包括控制單元，其用于基于所感測的反射信號來確定感興趣方向，從而可以將所述收發(fā)單元的主靈敏方向調(diào)整至該感興趣方向。通過這些方式，盡管所述裝置的靈敏區(qū)域是有限的，但是靈敏區(qū)域能夠被自動(dòng)調(diào)整至改變的感興趣方向。例如，如果所述裝置被用于測量一個(gè)人在床上的呼吸參數(shù)，所述的裝置的主靈敏方向能夠自動(dòng)跟隨該運(yùn)動(dòng)的人。在另一應(yīng)用中，所述裝置可以被附接或整合到駕駛員和/或乘客的座位中或者車輛、火車或船只的轉(zhuǎn)向區(qū)域用于疲勞探測、意識監(jiān)測和/或健康狀態(tài)監(jiān)測。同樣地，所述裝置可以被應(yīng)用在飛機(jī)上，例如被應(yīng)用在飛行員或者乘客的座位中。優(yōu)選地，電磁信號的波長在無線電波或者雷達(dá)信號范圍之內(nèi)，因?yàn)槲挥谶@些波長的福射對于健康無害。在優(yōu)選實(shí)施方式中，通過在預(yù)定的角度范圍上掃描電磁信號的主波束(主瓣)的發(fā)射方向來執(zhí)行定向感測。可替換地或附加地，也可以在預(yù)定的角度范圍上掃描所述主接收方向。因此，為了以定向靈敏度感測從感興趣區(qū)域反射回至收發(fā)單元的電磁信號，所述的收發(fā)單元可以有多個(gè)可區(qū)分的發(fā)射方向和/或接收方向以便提供多個(gè)靈敏方向。一般地，收發(fā)單元可以包括一個(gè)或多個(gè)收發(fā)器、接收器和/或發(fā)射器。優(yōu)選地，收發(fā)單元的收發(fā)器、發(fā)射器和接收器中的至少一個(gè)是定向天線。通過將所述裝置的發(fā)射和/或接收方向定向到所確定的感興趣方向，并不必要提供重復(fù)的傳感器以完全覆蓋感興趣區(qū)域可能位于的預(yù)定區(qū)域，例如床或房間的區(qū)域。因而，制造成本能夠被節(jié)省下來。而且，不必指示用戶仔細(xì)地對準(zhǔn)裝置或者將他的身體保持在一個(gè)限定的區(qū)域內(nèi)，因而提高了用戶便利性。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，所述收發(fā)單元包括多個(gè)定向接收器天線和一個(gè)能夠發(fā)射至感興趣區(qū)域可能位于的整個(gè)預(yù)定區(qū)域的發(fā)射天線。在這個(gè)實(shí)施方式中通過不切換收發(fā)器天線陣，而是分離發(fā)射和接收天線，簡化了切換過程。因此只有接收器天線必須被切換。優(yōu)選地，所述收發(fā)器單元包括多個(gè)定向天線，例如相控天線陣、八木天線(Yogiantenna)、拋物形天線、對數(shù)周期性天線、角反射器天線以及貼片天線中的至少之一。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，使用圓柱形或者球形布置的天線陣執(zhí)行波束形成，使得能夠在全360°范圍下掃描房間。從而，天線元件可以在垂直方向上被分段。如果天線元件還在水平方向上被分段，則可以任意地形成發(fā)射的波束的形狀以及從而靈敏方向。在另一個(gè)實(shí)施方式中，收發(fā)單元包括至少兩個(gè)收發(fā)器，其中可以選擇具有最佳反射信號的收發(fā)器或者其中可以組合來自所有收發(fā)器的信號以增強(qiáng)接收信號。優(yōu)選地，收發(fā)單元包括至少兩個(gè)收發(fā)器，該收發(fā)器由高度上的四分之一波長或者相位上的180°偏移。由于雷達(dá)路徑由向著和來自目標(biāo)的軌跡所構(gòu)成，該位移也導(dǎo)致了相位上的180°偏移。這促進(jìn)了實(shí)時(shí)生命體征的提取與小信號幅度(即當(dāng)人體的移動(dòng)很小時(shí))的探測。有可能的話，具有不同波長的天線也包括在收發(fā)單元中。優(yōu)選地，將所述的裝置配置成其能夠被放置得接近人體。為此，所述裝置可以被設(shè)計(jì)得尤其扁平或者小，從而它能夠輕易地被擺放在床墊或椅子下面，被集成床墊或椅子中或者附接到床墊或椅子。由于感測裝置同人體接近，盡管使用了更低能量的電磁輻射，卻能夠?qū)崿F(xiàn)更佳的信噪比。而且，來自于感興趣的人的信號是明確和可靠的，并且不會與來自與感興趣的人靠近的人的信號相混淆。此外，可以不引入注意地安裝該裝置，使得它對于用戶不可見或者不顯眼。優(yōu)選地，基于所接收的反射信號的信噪比來確定感興趣方向?？商鎿Q地，可以使用用于估計(jì)信號質(zhì)量的任何其他方式。一般地，感興趣方向可能涉及最大信號幅度的方向。例如，當(dāng)測量用戶的呼吸狀態(tài)時(shí)，感興趣方向涉及用戶的胸部方向，可以預(yù)期來自用戶胸部的具有最大幅度的反射信號。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，以周期性間隔、在預(yù)定時(shí)間點(diǎn)(例如每分鐘)和/或每當(dāng)滿足預(yù)定條件時(shí)，確定所述感興趣方向。例如，當(dāng)開啟該裝置時(shí)、當(dāng)接收到輸`入信號時(shí)、當(dāng)探測到人的存在時(shí)、當(dāng)反射信號顯著變化時(shí)、當(dāng)不能夠從感測的反射信號提取生命體征時(shí)、和/或當(dāng)確定反射信號已經(jīng)丟失時(shí)，感興趣方向可以被更新。優(yōu)選地，所述裝置首先在先前的感興趣方向周圍輪詢并且掃描小的角度，以便找到具有最強(qiáng)信號的新的最佳方向。這尤其適合于新的感興趣方向從先前感興趣方向的小改變，即人的小或者慢的移動(dòng)，因?yàn)樗鲅b置不必須掃描可能的靈敏區(qū)域的整個(gè)范圍。因此，感興趣方向的修正得以加速并簡化。優(yōu)選地，在已經(jīng)確定感興趣方向之后，所述的裝置能夠通過在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)在主靈敏方向上感測反射電磁信號來測量生命體征。在又一個(gè)實(shí)施方式中，所述的裝置能夠以待機(jī)模式操作，其中以預(yù)定時(shí)間間隔激活所述裝置，以便確定是否有人存在。如果有人存在，所述裝置被完全激活以便測量生命體征。為此，當(dāng)由所述裝置探測到一般運(yùn)動(dòng)或者生命體征時(shí)，可以確定有人存在。如果無人存在，所述裝置會返回到待機(jī)模式的靜止?fàn)顟B(tài)并且在該預(yù)定時(shí)間間隔后重復(fù)存在探測。通過這些方式，所述的裝置能夠被自動(dòng)開啟和關(guān)閉，從而降低能量消耗。所述裝置還可以包括用于例如通過頻率調(diào)制、幅度調(diào)制、脈沖調(diào)制等來調(diào)制信號的調(diào)制單元。如果有多于一個(gè)裝置在被使用時(shí)極度靠近彼此，那么這可以是有用的。此外，所述裝置可以包括用于接收由用戶進(jìn)行的例如設(shè)置、參數(shù)、時(shí)間間隔、處理參數(shù)、開啟/關(guān)閉信號等輸入的輸入單元。輸入單元可以與所述裝置一起提供，或者與所述裝置進(jìn)行有線和/或無線通信，即將其作為遠(yuǎn)程控制?？赡艿脑?，所述的裝置進(jìn)一步包括用于視覺地和/或聽覺地提供反饋、信息和/或指令的輸出單元。如果所述裝置是用于節(jié)奏呼吸、瑜伽或者呼吸訓(xùn)練的，則這是尤其需要的。除此之外，還可以包括與例如計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)終端等外部裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艈卧?。為了評估隨時(shí)間的變化，也可以提供存儲設(shè)備，以便于存儲被記錄的生命體征、接收到的反射信號、設(shè)置和/或參數(shù)等。
在本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于測量生命體征的系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供能夠發(fā)射電磁信號至預(yù)定區(qū)域的收發(fā)單元，感興趣區(qū)域被期望定位于該預(yù)定區(qū)域中。收發(fā)單元還能夠以定向靈敏度接收反射的電磁信號，例如反射單元能夠區(qū)分反射電磁信號從其被接收的方向。除此以外，該系統(tǒng)還包括用于基于所感測的反射信號來確定感興趣方向的控制單元。例如，當(dāng)監(jiān)測一個(gè)人的呼吸狀態(tài)時(shí)，感興趣方向?qū)?yīng)于該人胸部相對于收發(fā)單元的方向。該方向可以通過考慮預(yù)定的信號特征(例如信號幅度、信噪比等)來確定?？刂茊卧M(jìn)一步能夠?qū)⒔邮諉卧闹黛`敏方向調(diào)整至感興趣方向。通過這些方式，大的預(yù)定區(qū)域能夠被覆蓋，感興趣區(qū)域可以位于在該預(yù)定區(qū)域中，而不用提供大量的收發(fā)單元或者限制該人停留在特定區(qū)域中。由于收發(fā)單元和控制單元可能被互相分開提供，它們被適配為相互連接以進(jìn)行有線和/或無線通信。因此，收發(fā)單元和控制單元能夠在一個(gè)方向或兩個(gè)方向上交換數(shù)據(jù)。這種實(shí)施方式具有的優(yōu)勢在于，當(dāng)控制單元被分開提供時(shí)，收發(fā)單元能夠被配置得尤其扁平和小巧。而且，當(dāng)使用計(jì)算機(jī)等作為控制單元時(shí)，該控制單元已經(jīng)包括了儲存和輸入設(shè)備。因此，該系統(tǒng)需要的硬件數(shù)量能夠被進(jìn)一步減少。在本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于測量生命體征的方法。在此方法中，首先，借助收發(fā)單元向預(yù)定區(qū)域發(fā)射電磁信號。優(yōu)選地，這在收發(fā)單元被開啟時(shí)執(zhí)行。預(yù)定區(qū)域可能涉及這樣的區(qū)域，要被測量的區(qū)域可以被期望在該區(qū)域內(nèi)。在下個(gè)步驟中，定向靈敏的收發(fā)單元接收反射的電磁信號?；谶@些反射的信號，確定感興趣方向并且將收發(fā)單元的主靈敏方向調(diào)整至感興趣方向。優(yōu)選地，在已經(jīng)調(diào)整了收發(fā)單元的主靈敏方向之后，反射的電磁信號會被測量持續(xù)一段預(yù)定時(shí)間并且從這些探測到的信號中導(dǎo)出生命特征。所述方法可以進(jìn)一步 包括檢測有人存在的步驟，例如通過運(yùn)動(dòng)探測或者生命體征探測。如果確定有人存在，則開始用于測量生命體征的上述方法。如果無人存在，激活待機(jī)模式，在此模式中，以預(yù)定的時(shí)間間隔重復(fù)存在探測。因此，通過近當(dāng)有人存在時(shí)激活用于測量生命體征的方法，可以通過自動(dòng)開啟和關(guān)閉相應(yīng)的裝置來節(jié)省能量。優(yōu)選地，在用于測量生命體征的方法中，基于反射信號的形狀來確定周期性的生命體征的不同階段。例如，可以基于特有的信號形狀來確定呼氣和吸氣。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的可能的應(yīng)用。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一布置，其具有兩個(gè)收發(fā)器。圖3示出了用于雷達(dá)子系統(tǒng)的實(shí)施方式。圖4顯示當(dāng)監(jiān)測一個(gè)人的呼吸狀態(tài)時(shí)接收信號的示例。圖5示意性示出生命體征探測的角關(guān)系。圖6A-圖6B示出根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)子系統(tǒng)的其他實(shí)施方式，該實(shí)施方式各自具有多個(gè)收發(fā)器天線和多個(gè)接收器天線以及一個(gè)固定的發(fā)射器天線。圖7A示出四元相控貼片天線陣的模擬輻射圖的方向特性并且圖7B示意性示出相控天線陣中波束形成。圖8示出用于波束形成的收發(fā)器的一種示例性布置。圖9A示出根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。圖9B示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于測量生命體征的方法。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明的信號記錄和處理。圖1lA-圖1lB示出信號處理的兩種供替換的選擇。圖12示出當(dāng)裝置被切換至另一方向時(shí)的信號處理。
具體實(shí)施例方式在圖1中，顯示了根據(jù)本發(fā)明的裝置100的示例性實(shí)施方式。用于測量比如心率、呼吸率或脈沖形式的生命體征的裝置100，至少包括用于發(fā)射和接收電磁波的收發(fā)單元110和用于控制收發(fā)單元110的控制單元120。控制單元120能夠處理所接收的信號，以便確定從其接收最強(qiáng)或最佳的信號的目標(biāo)方向。然后，可以將在其上執(zhí)行生命體征測量的測量方向或靈敏方向300調(diào)整至該目標(biāo)方向上。如下所述，取決于裝置100的實(shí)施方式，可以通過當(dāng)該裝置包括多個(gè)各自有固定靈敏方向300的天線111時(shí)將測量方向切換到特定天線，或者通過在可能的范圍之內(nèi)搖動(dòng)相控天線陣的靈敏方向300，來執(zhí)行測量方向的調(diào)整。當(dāng)監(jiān)測睡眠中的人的呼吸狀態(tài)時(shí)，裝置100可以被安置在用戶正睡在上面的床200旁邊的床頭桌221上。為了確定生命體征，由裝置100向用戶身體上的感興趣區(qū)域210發(fā)射電磁波波束。取決于應(yīng)用和要被監(jiān)測的生命體征的種類，發(fā)射的波束朝著其定向的目標(biāo)區(qū)域或感興趣區(qū)域210可以改變。在檢測睡眠中呼吸狀態(tài)的例子中，感興趣區(qū)域210對應(yīng)于用戶的胸部區(qū)域。因此，裝置100的收發(fā)單元110朝著用戶的胸部對準(zhǔn)由發(fā)射的波束所限定的它的靈敏方向300。發(fā)射輻射由胸壁反射并且由裝置100的收發(fā)單元110接收。由于呼吸運(yùn)動(dòng)，反射信號包括關(guān)于用戶呼吸狀態(tài)(例如呼吸率)、瞬間的呼吸階段(呼氣/吸氣/屏氣)、呼吸的強(qiáng)度、胸部的運(yùn)動(dòng)等信息。該信息然后便可以由裝置使用以便幫助放松或睡眠，例如鬧鐘、喚醒燈、睡眠節(jié)奏呼吸產(chǎn)品等。在另一個(gè)用于汽車行業(yè)的應(yīng)用當(dāng)中，裝置100可以被集成在司機(jī)的座椅或者在車輛的駕駛區(qū)域中以監(jiān)測對象的呼吸活動(dòng)、呼吸狀況和心率，例如用于意識監(jiān)測或者探測關(guān)鍵的健康狀態(tài)。為此，收發(fā)單元110包括具有多個(gè)天線的天線陣，每個(gè)天線特定的靈敏方向。當(dāng)裝置100確定在感興趣區(qū)域210的位置處有司機(jī)存在，選擇在感興趣區(qū)域210的方向上發(fā)射的天線。然后，在該方向上記錄信號以便檢測生命體征。優(yōu)選地，通過停用不正被需要的天線最小化了能量消耗和傳輸功率?？赡艿?，關(guān)于心臟功能和呼吸，監(jiān)測司機(jī)的健康狀態(tài)。如果得到了異常的生命體征，警報(bào)可以被觸發(fā)，能夠告知旁觀者或者自動(dòng)呼叫應(yīng)急單位求救?？商鎿Q地或附加地，乘客座椅與所述裝置一起提供以便監(jiān)測乘客。在下面描述當(dāng)中，描述了用于監(jiān)測用戶睡眠中呼吸狀態(tài)的本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，但是，本發(fā)明不限于此類生命體征。同樣地，在下面描述了使用雷達(dá)的裝置。然而，本發(fā)明不限于其，但裝置100可以包括用于發(fā)射和接收任何種類的電測輻射的收發(fā)單元110。
裝置100關(guān)于用戶的位置對于測量正確的呼吸狀態(tài)是至關(guān)重要的。實(shí)際上，每個(gè)足夠接近100裝置并在它的測量區(qū)域之內(nèi)且因而在它的靈敏方向300上的物體將會被測量。例如，如果裝置100被安置在床頭桌上，則當(dāng)目標(biāo)人在收發(fā)裝置100前雙手放在旁邊仰臥時(shí)，目標(biāo)人的呼吸狀態(tài)就不能被正確測量。此外，假設(shè)有兩人睡在上面的雙人床200，除目標(biāo)人外的第二個(gè)人也可能被無意地測量。由于這些原因，優(yōu)選地，將用于在睡眠中監(jiān)測生命體征的裝置100安置在在床墊222下面后者在床架下面。不過最優(yōu)選的位置是在床墊222下面，如圖2所示，由于在那里，裝置100對于用戶不那么顯眼和引人注意。此外，信號不會被床架本身分散或影響。對其他應(yīng)用來說，例如對在車輛、火車、船只或者飛機(jī)當(dāng)中通過監(jiān)測呼吸狀態(tài)或心率的意識監(jiān)測，裝置100可以被類似地集成到座椅或椅子中。優(yōu)選地，根據(jù)相對應(yīng)應(yīng)用的優(yōu)選安置，用于測量生命體征的裝置100被設(shè)計(jì)得小巧、扁平或緊湊，從而能夠被容易地安裝而不引入注意。通常，優(yōu)選地，盡可能靠近感興趣區(qū)域210或者用戶定位用于測量生命體征的裝置100，使得朝著它定位感興趣區(qū)域210和對齊靈敏方向300得以簡化，并且接收的信號的信噪比是有利的。為了提供不同的靈敏方向300，裝置100的收發(fā)單元110可以包括多個(gè)可切換的定向天線111。此類定向天線的例子有八木天線(Yagi antennas)、拋物形天線、角反射器天線、對數(shù)周期性天線或者貼片天線(patch antennas)。然而最簡單的形式,仍然有實(shí)質(zhì)上定向波束的是貼片天線。貼片天線的陣列是以普通的印刷電路板技術(shù)所輕易而便宜地制造的?？梢酝ㄟ^使用金屬錐結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)定向性質(zhì)。 因此，根據(jù)一個(gè)圖2所示的實(shí)施方式中，具有兩個(gè)天線111的裝置100被安置在雙人床200的其中一個(gè)床墊222的下面，兩個(gè)人正分別在該床上以側(cè)臥和仰臥的姿勢睡覺。圖示箭頭指出了呼吸時(shí)的胸部運(yùn)動(dòng)的方向。在該實(shí)施方式中，每個(gè)天線111有各自的靈敏方向300，因此能夠?qū)崿F(xiàn)裝置100的更明確且更大的測量區(qū)域。因此，所述目標(biāo)人將變得不太可能移動(dòng)出所述測量區(qū)域。明顯地，由于上述測量方向的選擇性對齊(selectivealignment)，所述收發(fā)單元110很不可能收到來自于第二個(gè)人的任何信號。如上所述，僅朝向感興趣區(qū)域210發(fā)射的天線是可以被操作，為了節(jié)省能量并且減少用戶的輻射暴露。所以，當(dāng)提供多于一個(gè)天線111 (或收發(fā)單元110)時(shí)，所述天線111 (或收發(fā)單元110)優(yōu)選地是可切換的并且選擇接收最佳信號的天線111 (或收發(fā)單元110)。在該實(shí)施方式中，裝置可以被配置成通過在所對應(yīng)的靈敏方向300之間切換來監(jiān)測多于一個(gè)人。為此，每個(gè)人都必須留在在一個(gè)不同的預(yù)定區(qū)域里，此區(qū)域然后會被掃描，以便定位各個(gè)人的感興趣區(qū)域210?？商鎿Q地，由全部天線111 (或收發(fā)單元110)所接收的信號能夠被組合以增強(qiáng)接收的信號。在另一實(shí)施方式中，可以使用多個(gè)天線111 (或收發(fā)單元110)，其會被布置在床200的橫向或者在長邊方向。而且，天線111 (或收發(fā)單元110)可以被布置在不同的高度，在相位上偏移或者在不同的波長上發(fā)射。例如，當(dāng)使用兩個(gè)收發(fā)單元110時(shí)，收發(fā)單元110彼此之間可以在高度上以發(fā)射輻射的四分之一波長偏移。由于全部軌道是由去往和來自反射表面的路徑所組成，這將導(dǎo)致一個(gè)180°的相移，使提取實(shí)時(shí)呼吸信號變得更容易。這在當(dāng)人體的呼吸全過程很小時(shí)是尤其有益。顯然地，所述兩個(gè)收發(fā)單元110也可以直接互相被相移 180° 。在圖3中，顯示了收發(fā)器單元110用于發(fā)射和接收雷達(dá)輻射的示例性雷達(dá)子系統(tǒng)。子系統(tǒng)包括皆經(jīng)由雙工器連接至天線111的接收器和發(fā)射器。該雷達(dá)子系統(tǒng)可以是相干脈沖的、連續(xù)波或者頻率調(diào)制的。可能地，多普勒雷達(dá)的子系統(tǒng)會被采用于本發(fā)明的任何實(shí)施方式當(dāng)中，來利用多普勒效應(yīng)以獲得關(guān)于遠(yuǎn)處的移動(dòng)物體的速度信息。為此，在向著期望目標(biāo)以波束發(fā)送微波或雷達(dá)信號并且接收反射之后，分析反射信號的頻率如何由物體的運(yùn)動(dòng)改變。在圖4中，顯示了當(dāng)裝置100被放置在床墊222下面以便監(jiān)測睡眠中呼吸狀態(tài)時(shí)接收的信號的示例。由于呼吸的胸壁運(yùn)動(dòng)，接收到振蕩信號。在圖表中，四種階段能夠被識別主來，分別是當(dāng)人側(cè)臥(1)、仰臥(2)、另一邊側(cè)臥(3)以及俯臥(4)時(shí)。在這些階段之間的大信號峰值會在人從一個(gè)位置移動(dòng)到另一位置的時(shí)候發(fā)生。清楚地，對于被放置在床墊222下面的裝置100，足夠的信號幅度能被獲得以用于檢測信號中的呼吸狀態(tài)。此外，對于一些應(yīng)用，可能期望辨別不同的呼吸階段，例如吸氣、呼氣或者屏氣。由于用戶身體、床200、床墊222等的干擾因素，從收發(fā)單元移開是與吸氣有關(guān)并且向著它移動(dòng)是與呼氣有關(guān)的假設(shè)對于大部分測量情況并不成立。所以，根據(jù)本發(fā)明，可以使用信號自己的形狀以便分析呼吸狀態(tài)。例如，一個(gè)呼吸圖樣在呼氣后短暫變平。這個(gè)“平”時(shí)段可以被用作區(qū)分吸氣和呼氣的特征。附加地或者可替換的，可以將時(shí)間比用作準(zhǔn)則，即涉及肌肉收縮的吸氣相比涉及肌肉舒張的呼氣，費(fèi)時(shí)更短，例如時(shí)間比為1: 2。這些或者相似的準(zhǔn)則可以被用來確定不同的呼吸階段。當(dāng)使用裝置100監(jiān)測用戶的生命體征時(shí)，裝置100需要朝著用戶身體的與要被監(jiān)測的生命體征的種類相對應(yīng)的感興趣區(qū)210調(diào)整它的靈敏方向300。在監(jiān)測呼吸狀態(tài)的示例中，感興趣區(qū)域210對應(yīng)著胸腔地區(qū)以及周圍的一些區(qū)域，通常為一個(gè)25 X 25厘米(cm)的區(qū)域。圖5示出了監(jiān)測睡眠中的生命體征的情況。當(dāng)收發(fā)單元110距人有一個(gè)合理的距離，如果裝置100的靈敏方向300能夠在a =-45°至a =+45°之內(nèi)搖動(dòng)，那么感興趣區(qū)域210就能夠被覆蓋。如圖5中右圖所指出的，反射信號的幅度隨著探測的角度(靈敏角度
a)而強(qiáng)烈變化。在所給的示例中，最強(qiáng)的接收信號來自中央胸腔區(qū)域(例如a =0° )。因此，通過仔細(xì)地朝著各自的感興趣區(qū)域210調(diào)整用于檢測生命體征的裝置100的角度，信號質(zhì)量能夠被增強(qiáng)甚至小信號能夠被探測。然而，由于用戶的位置可以在床200上改變，因此感興趣區(qū)域210的位置一般不是恒定的。因此，當(dāng)所述人在睡眠中移動(dòng)時(shí)，該人的胸部可能會離開裝置100的由它的靈敏方向300(發(fā)射、接收方向)所確定的有限的靈敏區(qū)域。為了克服這個(gè)問題，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的裝置100能夠在可能靈敏方向的預(yù)定范圍內(nèi)(例如從a = -45°至a = +45° )改變它的靈敏方向300，以便能夠?qū)㈧`敏方向300調(diào)整到感興趣區(qū)域210所在的方向，而不需要重新布置裝置100。因此，靈敏方向能夠在可能的靈敏方向的預(yù)定范圍內(nèi)被調(diào)整，由于裝置100的硬件設(shè)置，該范圍被限制了。因此，首先，通過將所述的裝置100的收發(fā)或接收方向改變至在可能的靈敏方向的預(yù)定范圍內(nèi)的若干或全部可能的方向，來搖動(dòng)所述靈敏方向300用以掃描房間來得到信號。例如，當(dāng)裝置100包括若干天線111或收發(fā)單元110時(shí)，如上所述，能夠成功地選擇天線111 (或收發(fā)單元110)以便搖動(dòng)裝置100的靈敏方向300?？商鎿Q地，收發(fā)單元110可以包括相控陣，使得能夠通過波束形成(將在下面描述)來改變靈敏方向300。在下一步當(dāng)中，當(dāng)已經(jīng)確定最佳或最強(qiáng)的信號的方向并因此確定了感興趣區(qū)域210的方向時(shí)，裝置100調(diào)整對應(yīng)于該方向的靈敏方向300并且收集期望的信號。當(dāng)人移動(dòng)時(shí)，信號會惡化或丟失。如果確定了如此，則裝置100重新開始掃描房間以便重新定位感興趣區(qū)域。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，裝置100不會掃描全范圍，而對在感興趣區(qū)域210的最后觀察到的位置的附近方向進(jìn)行漸進(jìn)掃描，以便高效并快速地重新找到信號。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的裝置100的靈敏方向300能夠被控制使得它自動(dòng)跟隨移動(dòng)中的人。圖6A顯示用于具有多個(gè)收發(fā)天 線111的雷達(dá)子系統(tǒng)的實(shí)施方式。發(fā)射器和接收器連接至雙工器，雙工器連接至切換器切換器。切換器連接至多個(gè)收發(fā)機(jī)天線111，使得在預(yù)定方向上發(fā)射雷達(dá)波束。雷達(dá)子系統(tǒng)的切換以例如對于顯示器公知的方式最容易被復(fù)用到天線111的陣列。對于想要的緊湊尺寸，雷達(dá)發(fā)射裝置100能夠以高的GHz域操作，至少K頻段或者更高。根據(jù)雷達(dá)子系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式，通過將天線分離成發(fā)射器天線和接收器天線，能夠更容易地實(shí)現(xiàn)切換過程。例如，如圖6B所示，能夠使用大波束角度發(fā)射的一個(gè)固定發(fā)射器天線113。因此，發(fā)射器天線113能夠覆蓋感興趣區(qū)域210可能位于其中的預(yù)定區(qū)域。此外，多個(gè)定向靈敏接收天線112連接至切換器。所以，在該實(shí)施方式中，裝置100的靈敏方向300能夠通過將接收方向切換至所對應(yīng)的接收天線112的方式來被調(diào)整。為了使天線111切換至接收器的切換變得可能并且實(shí)用，并不必需雷達(dá)給出絕對距離的讀數(shù)。探測關(guān)于信號的相對改變已經(jīng)足夠。在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式中，裝置100的收發(fā)單元110包括能過對定向信號傳輸和/或接收進(jìn)行波束形成(類似于對于多元件超聲波換能器公知的波束形成)的相控天線陣。相控天線陣的空間選擇性通過利用在波前的相長和相消干涉實(shí)現(xiàn)。因此，對每個(gè)天線111的信號的相位和相對幅度進(jìn)行控制，以便改變陣的靈敏方向300。通常，天線設(shè)計(jì)確定靈敏方向300。發(fā)射剖面通常包括在高靈敏方向上的主瓣和幾個(gè)小的旁瓣。在圖7A中，顯示包括四個(gè)貼片天線元件111的陣列的輻射特征。數(shù)個(gè)更小的旁瓣存在在主瓣旁邊存在若干小的旁瓣，但大部分能量集中在主瓣中。所以，在陣列配置中，有可能具有相當(dāng)聚焦的主瓣。此外，利用貼片天線111的相控陣，有可能通過在貼片天線111的饋線中引入可調(diào)整的相位延遲來在不同方向上搖動(dòng)主瓣。在圖7B中，顯示了具有六個(gè)貼片天線元件111的相控天線陣。向電子移相器供應(yīng) 激勵(lì)信號，該電子移相器根據(jù)期望的發(fā)射波束的方向?qū)?lì)信號的相位進(jìn)行偏移。這導(dǎo)致以預(yù)定角度a (見圖7中的箭頭)發(fā)射的波前。因此，通過在對天線111進(jìn)行饋入的線上引入不同相移，能夠改變主瓣的方向。在使用這樣的天線陣接收信號的同時(shí)使用不同的相移，導(dǎo)致天線陣在特定的方向上是靈敏的，同時(shí)抑制來自其他方向的入射信號。所以，如果使用可電子調(diào)整的移相器，有可能對于入射信號掃描給定區(qū)域并且朝著感興趣區(qū)域210實(shí)際調(diào)整裝置100的靈敏方向300，而不用必須機(jī)械移動(dòng)天線陣并且不用必須對于每個(gè)方向提供定向天線111。代替以平面來布置相控天線陣的天線元件111，還可以以其他集合形狀來布置天線元件111。例如，當(dāng)相控陣的天線元件111被布置在如圖所示的圓柱形表面上時(shí)，通過激活或組合適當(dāng)?shù)奶炀€元件111并且引入可變的延遲或者使用用于對天線元件111進(jìn)行饋入的自適應(yīng)濾波器，靈敏方向300能夠被像燈塔的光錐一樣旋轉(zhuǎn)。當(dāng)天線元件111不僅被垂直地而且水平地分段(在圖8右圖上)，發(fā)射波束也能夠水平地捆綁。類似地，天線元件111可以被布置在球形表面上。通過這些方式，對于信號可以掃描整個(gè)房間。一般地，根據(jù)所描述的其中一個(gè)實(shí)施方式的用于監(jiān)測生命體征的裝置100可以包括用于向用戶或醫(yī)務(wù)人員提供信息、數(shù)據(jù)或指令的輸出單元。同樣地，可能提供輸入裝置，例如用于調(diào)整用于確定感興趣區(qū)域210的方向、時(shí)間間隔角度等的處理參數(shù)。優(yōu)選地，還提供存儲器以便存儲參數(shù)、設(shè)置和數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)。此外，在相同信號上應(yīng)用波形可以使將主信號與次反射或其他源或者輻射中進(jìn)行區(qū)分變得更容易。在該情況下，裝置100可以包括用于頻率和/或幅度調(diào)制的調(diào)制單元。裝置100并不必需包括所有這些組件。在另一方面，本發(fā)明還可以被配置為一個(gè)系統(tǒng)。因此，如果裝置100包括用于同其它外部裝置進(jìn)行無線或有線數(shù)據(jù)傳送的通信單元，這些組件中的一些可以被分開提供。最理想地，裝置100包括收發(fā)單元110、控制單元120和通信單元，以便裝置100能夠被設(shè)計(jì)得小巧而緊湊。而且，裝置100或根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以被集成到任何系統(tǒng)上，例如在用于在家或在一般的醫(yī)院病房的病患監(jiān)測的系統(tǒng)中，在用于飛機(jī)、火車或車輛上的意識監(jiān)測的安全系統(tǒng)中或者在用于諸如放松的生活方式系統(tǒng)中
坐寸O在用于控制根據(jù)本發(fā)明的用于監(jiān)測生命體征的裝置的方法中，操作收發(fā)單元110使得靈敏方向300自動(dòng)跟隨移動(dòng)的人。在第一步驟SlOO中，對裝置100的發(fā)射波束進(jìn)行控制，使得靈敏方向300跨在土 A之間的預(yù)定范圍搖動(dòng)，其中土 A可以是裝置100能夠探測的全范圍。優(yōu)選地，調(diào)整預(yù)定范圍使得掃描用于可能位于其中的區(qū)域。在第二步驟S200，確定方向a _，在第一步驟(S100)中從該方向上接收最強(qiáng)或最佳信號，并且將靈敏方向300的角度a設(shè)定到該方向可以使用信號方差、信號幅度、信噪比等來確定信號質(zhì)量。參照在圖5和圖9B中所示的示例，如果裝置100在-45°和+45°之間搖動(dòng)它的靈敏方向300，在a =0處存在最大值。在該方向上的測量將導(dǎo)致更佳的信噪比、提高的測量質(zhì)量。在可選的另外的步驟(S300)中，可以檢查人或感興趣區(qū)域210(胸部)是否移出靈敏方向300。通過在小的范圍a 土 5 (S310)內(nèi)搖動(dòng)裝置100的靈敏角度a，這能夠以預(yù)定時(shí)間間隔執(zhí)行?？商鎿Q地，當(dāng)不能從從接收信號中提取生命體征時(shí)，或當(dāng)接收的信號已經(jīng)顯著地變化時(shí)，可以確定感興趣區(qū)域210不再與靈敏方向300對齊。為了將靈敏方向300修正到感興趣區(qū)域210的新方向，對靈敏角度a進(jìn)行控制使得搖動(dòng)并掃描上一個(gè)被使用的方向周圍的一區(qū)域，以便找到具有最強(qiáng)信號的最佳方向。通過這些方式，如果人移動(dòng)了，靈敏方向300會自動(dòng)跟隨。如圖9所示，根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)詳細(xì)實(shí)施方式，首先，當(dāng)裝置100被開啟時(shí)，在可能的方向的特定的角方位土 △之間搖動(dòng)靈敏方向300，例如相控天線陣的主瓣，并且記錄反射信號(S110)。接著，將用于生命體征提取的算法應(yīng)用于記錄的信號(S130)，并且確定是否能夠從記錄的信號提取生 命體征(S140)。如果不是這種情況，在土 A之間的全部范圍上再次搖動(dòng)靈敏方向300并且收集數(shù)據(jù)(SllO)。然后，重復(fù)步驟S110、S130和S140。如果生命體征的提取是成功的(S140)，例如基于信號幅度、信號方差、信噪比等來確定用于指示最強(qiáng)信號的方向的角度a_(S210)。然后，在將主靈敏方向300設(shè)定到a-的方向之后，記錄信號持續(xù)預(yù)定時(shí)間并且從記錄的信號提取生命體征(S310)。可能地，由輸出單元顯示或者輸出提取的生命體征。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，天線陣可以在a 土 S之間的小的范圍里搖動(dòng)它的靈敏方向300(靈敏角度a)并且以預(yù)定的時(shí)間間隔連續(xù)地或者當(dāng)滿足特定條件時(shí)收集數(shù)據(jù)(S310)。這些條件可能對應(yīng)于確定了信號丟失或已經(jīng)顯著變化或者不再能夠提取生命體征。然后，對于所有的靈敏角度a 土 S，提取生命體征(S320)，并且確定對于所有靈敏角度a 土 8的生命體征的提取是否可能具有特定閾值±x內(nèi)的近似相同的結(jié)果(S330)。如果對于所有靈敏角度a 土 8不能提取生命體征，例程以步驟SllO重新開始以便更新主靈敏方向300。然而，如果對于所有靈敏角度a 土 8能夠提取生命體征，那么可選地，可以將對于所有靈敏角度接收的信號的幅度進(jìn)行平均并且與之前的測量序列平均幅度進(jìn)行比較(S340)。如果平均幅度顯著變化了，則靈敏方向300可能不再很好地與感興趣方向210對齊，并且例程以步驟SllO重新開始以便于重新定位感興趣區(qū)域210。如果平均幅度近似保持與上一次測量序列相同的數(shù)量級上，則例程繼續(xù)，確定最強(qiáng)信號的方向a_(S220)。這將導(dǎo)致在小的靈敏角度范圍a±S內(nèi)的用于確定最強(qiáng)信號的方向a _的微調(diào)。然而，如果沒有確定平均幅度的顯著變化(S340)，則也可能以步驟S220繼續(xù)例程，以在靈敏角度a的方向上進(jìn)行連續(xù)測量。在圖9B中舉例說明了在a 土 S之間搖動(dòng)靈敏方向300的步驟(S310)。靈敏方向300可以相繼地被調(diào)整到a-S、a、以及a + S，其中a±S位于由裝置100的硬件預(yù)先確定的可能的方向(此處為a ±45° )的范圍中。在搖動(dòng)靈敏方向300的同時(shí)測量生命體征將導(dǎo)致例如如圖10所示的信號，其中靈敏方向300被連續(xù)調(diào)整到a = -5°、a = -0°和 a = +5。。在如圖9A所示的方法的另外變型中，可以省略一個(gè)或多個(gè)步驟，例如，該方法可以僅包括S320和S330或者包括S340。而且，在a 土 5之間搖動(dòng)靈敏方向的步驟(S310)可以通過設(shè)5 = 0來省略。此外，所述的方法可能包括用于自動(dòng)將裝置100啟動(dòng)或關(guān)閉至待機(jī)模式的步驟。為此，裝置100可以以預(yù)定的時(shí)間間隔(例如每10秒)被激活。當(dāng)裝置被開啟(SlO)時(shí)，步驟SllO開始，其中在土 A之間的可能的方向范圍上搖動(dòng)天線陣的靈敏方向300并且收集信號。然后，裝置100被用作動(dòng)作探測器。如果探測到動(dòng)作(S120)，應(yīng)用用于生命體征提取的算法(S130)并且根據(jù)上述其中一個(gè)實(shí)施方式的方法繼續(xù)。如果沒有在S120中探測到動(dòng)作，則裝置100被再次關(guān)閉(S20)并且裝置100保持在待機(jī)模式，在該模式下它被不時(shí)地開啟(SlO)。在圖10中，顯示了對于不同的靈敏角度a接收到的信號曲線R、G、B，例如R對于a =-5°、G對于a = 0°以及B對于a =+5°。在此例中，當(dāng)裝置100的主靈敏方向300在a =-5°和a =+5°之間連續(xù)地?fù)u動(dòng)時(shí)，信號會被記錄(S310)。因此，靈敏角度a被設(shè)定到第一角度，例如+5°，并進(jìn)行測量。然后，靈敏角度a被設(shè)定在下一個(gè)角度，例如0°，并從該下一個(gè)角度進(jìn)行 測量。如此，在已經(jīng)采用了所有的角度后，測量從第一角度重新啟動(dòng)。結(jié)果信號值在圖下面第一行中以時(shí)間順序tlR、tlG、tlB、t2R、t2G、t2B、t3R、t3G、t3B指示，。因?yàn)槔秒娮右葡嗥鱽碓O(shè)置相控天線陣的靈敏角度a已經(jīng)在特定角度a處的測量相當(dāng)快，有可能從所有可能的不同方向上得到幾乎同時(shí)的測量值。即使當(dāng)掃描靈敏方向300的整個(gè)可能的范圍土 △時(shí)，測量能夠非常快速地完成，使得最強(qiáng)信號的方向a.的確定(S210)僅耗時(shí)幾秒鐘。記錄的信號可以關(guān)于對應(yīng)的測量角度和時(shí)間進(jìn)行分類，如圖10下部所示。接著，可以例如分塊式或滑動(dòng)窗口式的方式來執(zhí)行信號的處理。兩種選項(xiàng)在圖11中概述。在圖1lA中，示出了分類的信號值的分塊式評估。信號窗口的尺寸可以被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置以便每個(gè)窗口包括相同數(shù)量的值N。對于每個(gè)信號窗口，信號值被逐步處理。在圖1lB中，示出了以滑動(dòng)窗口方式的評估。在此，每個(gè)窗口也包括預(yù)定數(shù)量的值N，但后續(xù)窗口互相僅移位一個(gè)信號值。因此，在滑動(dòng)窗口式處理中，后續(xù)窗口包括相同信號值的子集。使用滑動(dòng)窗口式處理具有如下優(yōu)勢，即一旦窗口被填充(其能夠通過只添加最新的信號值并移除最舊的信號值(例如從第一信號窗口至第二個(gè)信號窗口的過渡(見圖1lB))而快速更新。比較起來，分塊式處理則需要等待整個(gè)塊被N個(gè)采樣數(shù)據(jù)填充。圖12示出了一種示例性情況，新的靈敏角度a _被由信號處理確定為下一個(gè)最理想的靈敏方向300?？梢钥闯?，在之前的方向a =+5°上的數(shù)據(jù)收集在第五個(gè)值t5B之后停止，而會在一個(gè)新的方向上繼續(xù)。由于方向的改變，第4組和第5組信號有可能不可用從而必須被丟棄。也有可能所有被監(jiān)測的角度都改變了。根據(jù)本發(fā)明，通過測量從用戶身體上的目標(biāo)區(qū)域(感興趣區(qū)域210)反射的電磁信號，可以監(jiān)測用戶的生命體征。通過掃描大的區(qū)域、定位目標(biāo)區(qū)域以及調(diào)整測量方向(即對應(yīng)的靈敏方向300)，自動(dòng)地跟隨用戶以及從而目標(biāo)區(qū)域的移動(dòng)。因此，生命體征能夠被連續(xù)且不引入注目地測量，而不需重新布置裝置100，不必提供重復(fù)的收發(fā)單元110以覆蓋目標(biāo)區(qū)域可能位于的全部區(qū)域，或者不必指示用戶仔細(xì)地對準(zhǔn)裝置100或者保持身體在限定區(qū)域內(nèi)。因此，本發(fā)明的裝置、系統(tǒng)以及方法十分適用于生活方式應(yīng)用，例如節(jié)奏呼吸產(chǎn)品、助放松或助睡眠裝置、喚醒燈或鬧鐘。此外，如果其被應(yīng)用于一般的醫(yī)院病房或家用醫(yī)療應(yīng)用上，當(dāng)探測到生命體征(例如被監(jiān)測的呼吸狀態(tài)、心率、脈沖形式等)中的異常情況時(shí)，可以觸發(fā)警報(bào)。另外，可以想象到將本發(fā)明應(yīng)用于用于飛行員和/或乘客觀察或者用于車輛、火車、船只及飛機(jī)中的意識監(jiān)測的應(yīng)用中 ，以確定例如心臟病發(fā)作或疲勞并且采取適當(dāng)?shù)膶Σ摺?br> 權(quán)利要求
1.一種用于測量生命體征的裝置(100)，包括 收發(fā)單元(110)，其能夠發(fā)射電磁信號并且定向感測反射電磁信號；以及 控制單元(120)，其能夠基于所感測的反射信號確定感興趣方向(210)并且能夠?qū)⑺鍪瞻l(fā)單元(110)的靈敏方向(300)調(diào)整至所述感興趣方向(210)， 其中所述裝置(100)能夠以待機(jī)模式操作，在所述待機(jī)模式中所述裝置(100)以預(yù)定間隔確定是否有人存在，并且其中如果有人存在，則所述裝置(100)被激活以測量生命體征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，其中所述電磁信號為雷達(dá)信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置(100)，其中所述裝置(100)能夠在預(yù)定的角度范圍上掃描電磁信號的主波束的發(fā)射方向和/或通過在預(yù)定的角度范圍上掃描所述主接收方向。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(100)，其中所述收發(fā)單元(110)包括至少一個(gè)發(fā)射天線(113)以及多個(gè)定向靈敏接收器天線(1112)，所述發(fā)射天線能夠發(fā)射覆蓋預(yù)定區(qū)域的電磁波。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(100)，其中所述收發(fā)單元(110)包括相控天線陣、八木天線、拋物形天線、對數(shù)周期性天線、角反射器天線以及貼片天線中的至少一個(gè)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(100)，其中所述收發(fā)單元(110)包括至少兩個(gè)收發(fā)器(111)，其中用于接收最強(qiáng)的反射信號的所述收發(fā)器(111)是可選的。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(100)，其中所述收發(fā)單元(110)包括至少兩個(gè)在高度上和/或在相位上移位和/或具有不同波長的天線(Iio)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(100)，其中所述控制單元(120)能夠基于所感測的反射信號的信噪比、信號幅度和/或信號方差來確定所述感興趣方向(210)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(100)，其中所述裝置(100)能夠以周期性間隔、在預(yù)定時(shí)間點(diǎn)和/或當(dāng)滿足預(yù)定條件時(shí)確定所述感興趣方向(210)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置(100)，其中所述的預(yù)定條件為下列中的至少一個(gè)被開啟、接收到輸入信號、探測到人的存在、探測到在所述反射信號幅度中的顯著的變化、確定不能從所感測的反射信號獲得生命體征以及確定所述反射信號已經(jīng)消失。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置(100)，用于基于所述反射信號的形狀來確定呼吸狀態(tài)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的所述的裝置(100)，還包括用于調(diào)制發(fā)射信號的調(diào)制單元和/或用于接收用戶輸入的輸入單元和/或用于進(jìn)行到外部裝置的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艈卧?或用于視覺地和/或聽覺地提供反饋、信息和/或指令的輸出單元。
13.一種用于測量生命體征的系統(tǒng)，包括 根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任一項(xiàng)所述的用于測量生命體征的裝置(100)， 其中所述收發(fā)單元(110)和所述控制單元(120)被適配為互相連接以便進(jìn)行有線和/或無線通信。
14.一種用于測量生命體征的方法，包括 發(fā)射(SllO)電磁信號； 定向感測(SllO)反射信號；基于所感測的反射信號確定(S210)感興趣方向(210)；將靈敏方向(300)調(diào)整到(S210)所述感興趣方向(210);以及從所述靈敏方向接收(S220)反射信號并且從所述反射信號導(dǎo)出生命體征；所述方法還包括在待機(jī)模式 以預(yù)定間隔確定(S120)是否有人存在，以及如果有人存在，則開始(S130)測量所述生命體征。
全文摘要
為了提供允許精確和不引人注目的信號獲取并且自動(dòng)調(diào)整至預(yù)定區(qū)域內(nèi)的感興趣區(qū)域的變化的位置的用于測量諸如心率、呼吸率、脈沖形式等生命體征的方式，提供了用于測量生命體征的裝置、系統(tǒng)及方法，其中由收發(fā)單元發(fā)射諸如微波或者雷達(dá)等電磁信號并且使用定向靈敏度感測發(fā)射的電磁信號，并且其中基于所感測的反射信號確定感興趣方向并且通過控制單元將主靈敏方向(300)調(diào)整至感興趣方向。因此，能夠以不引入注目的和簡易的方式監(jiān)測生命體征。
文檔編號G01S13/56GK103068304SQ201180039476
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者B·A·慕爾德, G·Z·安格利斯, P·H·A·迪倫, A·J·范達(dá)爾夫森, A·塞沃, R·平特, C·H·伊格內(nèi)伊, R·戈德利布, M·范登布加德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司