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CN101873826B - 耳式心脏监测装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包括电声换能器的心脏监测器，该电声换能器例如是与控制器耦合的耳机。该换能器放置在人的耳朵中与鼓膜进行声通信。来自该换能器的信号被处理以确定脉动血流的存在。心脏监测器可整合到便携式媒体播放设备中，该便携式媒体播放设备在播放和监测模式之间交替或者针对每个功能使用一个耳机以同时执行两者。心脏监测器可被整合至除颤器来感应血流的存在，以用于电击递送的决策。

Description

耳式心脏监测装置和方法
本发明大致涉及用于测量心脏活动的系统和方法，并更具体地涉及使用接近耳朵放置的电声换能器来感应脉动血流的系统和方法，该电声换能器检测脉搏并提供音频输出。
个人数字助理(PDAs)、便携式数字音乐播放器、手机和其它电子设备已经变得十分普遍。便携式数字音乐播放器尤其受欢迎，因为它们可以存储使用者的全部音乐库并可以被带到任何地方。它们尤其适于在慢跑时使用，因为它们不受运动的影响。最近，已经出现使得便携式数字音乐播放器作为计步器的产品，测量人的步距以提供对速度和行进距离的估计。基于这一信息，一些产品还提供对燃烧卡路里的估计。
虽然这些功能是有帮助的，但是它们不能提供对个人锻炼的完整描绘。训练的更关键方面是维持一个人的心率在足够高水平以提供良好的锻炼而不引起损伤或者过早耗尽。专家建议将心率维持在一个人最大心率的50％和85％之间以使得其在避免损伤的同时将锻炼的益处最大化。
鉴于前述内容，将用于测量和显示人的心率的装置整合至便携式数字音乐播放器将是有利的。
根据本发明的原理，便携式媒体播放设备包括安装在耳件上的电声换能器，该耳件适于放置在使用者耳朵内。接收电路和控制器与耦合到该换能器。该控制器被编程以选择性地从媒体存储设备读取媒体文件，并将其转换为与该换能器耦合的信号。该控制器还被编程以接收来自该换能器的信号并处理该信号以确定使用者的心率。
在本发明的另一方面中，信号调节电路接收来自换能器的信号并将其过滤以消除噪声。该信号调节电路也可执行利用来自一对换能器的信号的共模噪声抑制。
在本发明的另一方面中，控制器在向一个换能器输出信号的同时接收来自另一个换能器的信号。
在本发明的另一实施例中，心脏监测系统被整合至自动体外除颤器。该心脏监测系统接收来自电声换能器(例如安装在耳件中的耳机)的信号，并处理该信号以确定对象中脉动血流的存在。这一布置对于确认ECG分析很有用的，该ECG分析通过在患者耳道中感应不到脉动活动而指示需要电击。相应地，在患者耳朵中感应的脉动活动表明不需要复苏电击。该布置在“无脉动电活动”(PEA)的情况下是尤其有用的，其中在耳道中感应不到脉动将否定指示心脏中有效电活动存在的ECG分析。
在附图中：
图1是根据本发明实施例的用于测量人的心率的系统的示意性方框图；
图2是标绘了被调节为便于提取人的心率的电声换能器的输出的图表；
图3是根据本发明实施例的测量人的心率的流程图；
图4是根据本发明实施例的包括用于测量人的心率的系统的媒体播放设备的示意性方框图；
图5是根据本发明实施例的用于将心率监测整合至媒体播放器的方法的流程图；
图6是根据本发明实施例的用于将心率监测整合至媒体播放器的可选方法的流程图；
图7是根据本发明实施例的整合了用于指示脉动血流的存在的系统的自动体外除颤器(AED)的示意性方框图。
参照图1，心脏监测系统10包括与接收器14耦合的电声换能器12，例如音频耳机。换能器12安装在适于安放于使用者耳朵的耳件16之内。耳件16可环绕使用者的外耳放置，嵌套在使用者的外耳中，或者插入使用者的耳道。
接收器14接收来自换能器12的信号并将它们输出至信号调节模块18。信号调节模块18放大信号并从该信号中消除噪声。在一些实施例中，信号调节模块18对信号执行低通滤波以消除噪声导致的频率内容。在一些实施例中，使用两个换能器12，每一个用于使用者的每一个耳朵。在这种实施例中，信号调节模块18可使用来自两个换能器的信号以执行共模噪声抑制。
信号调节模块18的输出被提供给包括提取模块22、监测模块24和输出模块26的控制器20。在一些实施例中，信号调节模块18也被整合到控制器20中。
也参照图2，提取模块22分析所调节的信号以便将单独的心跳分离。如代表在使用者两个耳朵中所检测到的信号的标绘图28a，28b所示，所接收脉动信号的与人的心跳相应的部分包括部分30a，30b，该部分30a，30b分别相应于心跳的S1和S2心音。同样显而易见的是低压部分30c在S1和S2心音之间发生。如图2中显而易见的，在一只耳朵或者另一只中可很容易地识别心跳。因此，提取模块22可使用所接收信号的一个、两个或者加权组合，以便确定使用者的脉动血流，并且如果需要的话，其测量结果(例如心率)。提取模块22例如可评估来自每个耳朵的信号的质量并只使用具有最高质量的信号来将心跳分离。可以如现有技术中已知的通过评估并比较信号的信噪比来确定质量。在其它实施例中，来自两个耳朵的信号可被关联以识别心跳信号。
提取模块22可通过定位S1和S2心音而从来自换能器12的信号，或者来自两个换能器12的信号中提取出心跳。如标绘图28b所显而易见的，在S1和S2心音30a，30b之间的低压部分30c具有相对大的幅值，尽管如此S1和S2心音具有相对弱的幅值。因此，替代于或者除了定位S1和S2心音30a，30b之外，提取模块22可通过识别低压部分30c来识别心跳。在一些实施例中，提取模块22通过使用常规方法来识别单独的心跳，例如那些在美国专利4,549,551和7,135,002中所公开的。
监测模块24估计心跳的时间以确定使用者的心率。监测模块24可记录随时间变化的心率并产生从该记录数据导出的值，例如平均心率、最小和最大心率、落在目标心率范围之内的心率的时间量。例如，使用者可将心率范围输入监测模块，在锻炼期间使用者的心率应保持在该心率范围之内以改进结果并避免损伤。在一些实施例中，使用者可输入最大心率，并且监测模块将计算使用者心率应保持在的心率范围以改进结果。在一些实施例中，监测模块24产生示出心率随时间变化的标绘图。
输出模块26将心率和从该心率导出的值输出给使用者。输出模块26可输出数据至与控制器20耦合的显示设备(未示出)，例如LCD或者其它数字显示器。在换能器12或者各换能器12具体为音频耳机的实施例中，输出模块26可产生经由耳机输出的音频消息。在其它实施例中，输出模块26可产生由具有接收器和显示器的另一设备所接收的无线信号，并用于生成显示给使用者的输出。
参照图3，用于测量心率的方法32包括在步骤34中将电声换能器插入人的耳朵。步骤34可包括将换能器环绕人的耳朵放置，或者放置入人的外耳或耳道。在步骤36中，在人的鼓膜中由通过鼓膜的血流而引起的声波被传送至换能器并被换能器转换为电信号。在步骤38中，电信号被调节以消除噪声。步骤38可包括一个或者两个低通滤波和使用安放在两个耳朵中的两个换能器的输出的共模噪声抑制。在步骤40，处理被调节的信号以提取人的心跳，并在步骤42中监测跳动以计算心率。也可以计算与随时间变化的心率相关的其它值，例如在监测期或者心率在目标范围之内的持续时间期间内的平均、最大和最小心率。在步骤44中，产生指示使用者心率和/或与随时间变化的心率相应的值的输出。产生输出44可包括产生由用于检测人的心率的同一换能器所呈现的视觉显示或者可听到的口头消息。
参照图4，心率监测系统被整合到便携式媒体播放设备46中。在这种实施例中，电声换能器12可具体为耳机48，例如所图示的适于插入使用者外耳内的耳机，或者现有技术已知的任意其它类型的耳机。设备46包括用于从媒体存储设备52读取媒体数据的媒体读取器50，该媒体存储设备52例如是闪存、硬盘驱动器、光盘、录音带等等。来自媒体读取器50的媒体数据被提供给将媒体数据转换为电信号的音频驱动器54，该电信号被耦合至耳机48以产生声音。
媒体读取器50和音频驱动器54由控制器56控制，该控制器56整合了心率监测系统的提取模块22、监测模块24和输出模块26。耳机48也可通过接收器14和信号调节模块18被耦合至控制器56。
控制器56可耦合至显示器58(例如LCD或者其它显示设备)以向使用者呈现信息。控制器56可包括接收来自一个或多个输入设备60(例如触摸板和/或一个或多个按钮)的一个或多个输入的媒体选择模块62。媒体选择模块62接收该输入并基于该输入从媒体存储设备52选择媒体文件来播放。
控制器56可还包括模式选择模块64。模式选择模块64选择媒体播放设备46是作为媒体播放设备或者作为心脏监测器。在一些实施例中，模式选择模块64选择哪一个耳机48输出音频信号而哪一个接收信号以监测使用者心率。例如，模式选择模块64可使得一个耳机输出音乐，同时另一个耳机同步测量使用者的心率。
在其它实施例中，模式选择模块64在媒体文件的播放之间测量使用者的心率。例如，模式选择模块64可将模式从播放转换为心率监测并持续短暂的时期，例如在一首歌之后的2到5秒，在此时期期间通过接收器接收信号并如以上所讨论的处理它们而监测使用者的心率。然后模式选择模块64可令媒体读取器50和音频驱动器54向耳机48输出另一首歌。
参照图5，用于将媒体播放与心率监测结合的方法65可包括在步骤66中将耳件插入使用者的耳朵，外耳或者耳道中。方法64还包括在步骤68中从媒体存储设备读取第一媒体文件，并在步骤70中向耳件输出媒体文件。在步骤72，在步骤70中的媒体文件输出之后，来自耳件的信号被接收。在步骤74中，所接收的信号被处理以提取出使用者的心率。在步骤76，例如借助于显示器或者经由耳件输出的口头消息将心率输出。在步骤78，在步骤72中接收来自耳件的信号之后，从媒体存储设备读取第二媒体文件并在步骤80中将第二媒体文件向耳件输出。
参照图6，执行方法82。方法82包括在步骤84中将两个耳机插入使用者的耳朵，外耳或者耳道中。方法82还包括在步骤86中从媒体存储设备读取媒体文件，并在步骤88中向耳机输出媒体文件。在步骤90中向耳机之一的输出被中断，同时在另一个耳机上继续播放。在步骤92中接收来自被中断耳机的信号。在步骤94中，所接收的信号被处理以提取出使用者的心率。在步骤96中，例如借助于显示器或者经由耳件输出的口头消息将心率输出。在一些实施例中，该输出被延迟直到被使用者请求，例如响应于输入。在这种实施例中，步骤96可替代为存储心率以稍后显示。在步骤98中，媒体文件被再次向两个耳机输出。
在一些实施例中，重复方法82，并且在步骤90中中断向另一个耳朵的播放。方法82可还包括将在步骤92期间从每个耳朵接收的信号相比较以确定哪个耳朵提供更好的信噪比。在这一比较之后，在方法82的随后重复中只有被发现具有更高信噪比的耳朵在步骤90中被中断。
参照图7，血流监测系统10被整合至自动体外除颤器(AED)100。AED包括用于在给予电击时接触罹病者皮肤的电极102。AED100还包括提供电功率以递送电击的电源104。AED100还包括控制器106，其被编程以控制电功率从电源102到电极100的递送。控制器106也通过电极102检测罹病者心脏的电活动，并分析该电活动以确定是否应该给予电击。
在图示实施例中，控制器106还包括如以上讨论的提取模块22、监测模块24和输出模块26以使用电声换能器12(例如头戴式受话器或者耳机)监测患者的脉动血流。AED100同样包括接收器14和信号调节器18以接收来自换能器12的信号。在一些实施例中，AED100包括显示器108，并且控制器被编程以在显示器106上显示操作AED的指令。在这种实施例中，心脏监测系统的输出模块26可如以上讨论地从耳道中的声音信号检测来确定患者呈现脉动血流，并向显示器108输出血流状况的指示和通过监测该随时间变化的脉动信号(当存在时)而确定的其它值。在其它实施例中，血流指示信号作为可听到的信号输出。
从前述内容将理解的是，虽然已经出于说明的目的在此描述了本发明的特定实施例，但是可以作出各种修改而不偏离本发明的精神和范围。参照组成本发明实施例的模块和其它元件指示用于执行属于模块的功能的结构和步骤，然而用于执行属于模块或者其它元件的功能的结构可以在不同时间执行，或者该结构包括多个能够或者不能被并列排置的不同结构。因此，本发明不受除了所附权利要求书之外的限制。

Claims (12)

1.一种便携式媒体播放设备，包括
安装在耳件上的电声换能器，所述耳件适于被放置在使用者的耳朵内；
接收电路，其与所述换能器耦合并且响应于接收来自所述换能器的信号可操作地生成输出信号；
媒体读取器；以及
控制器，其与所述换能器、接收电路和媒体读取器耦合，所述控制器被编程以接收来自所述媒体读取器的数据并且根据所述数据生成音频信号，并且将所述音频信号耦合至所述换能器，所述控制器还被编程以接收来自所述接收电路的所述输出信号，并处理所述输出信号以确定所述使用者的脉动血流。
2.如权利要求1所述的便携式媒体播放设备，其中，所述媒体读取器是存储器访问设备。
3.如权利要求1所述的便携式媒体播放设备，其中，所述接收电路可操作地对由所述换能器生成的信号进行滤波。
4.如权利要求1所述的便携式媒体播放设备，其中，所述接收电路包括低通滤波器。
5.如权利要求4所述的便携式媒体播放设备，其中，所述接收电路包括使低于30Hz的信号通过的低通滤波器。
6.如权利要求1所述的便携式媒体播放设备，其中，所述换能器包括第一耳机，并还包括与所述接收电路耦合的第二耳机，所述接收电路可操作地执行利用来自所述第一和第二耳机的信号的共模噪声抑制。
7.一种自动体外除颤器(AED)，包括：
适于与对象接触的一对电极；
ECG处理器，其与所述电极耦合并用于分析ECG信号；
能量源；
与所述能量源耦合的高压电路；
电击递送电路，其与所述ECG处理器、所述高压电路和所述电极耦合；
耳机，其适于检测所述对象的耳朵的声信号；以及
耳机信号处理器，其与所述耳机耦合，并可操作地从由所述耳机接收的信号中感应脉动血流的存在；
其中，所述信号处理器被耦合到所述电击递送电路，
其中，所述电击递送电路基于来自所述ECG处理器的不存在脉动ECG信号并且由所述耳机信号处理器感应的不存在脉动血流而作出电击决策。
8.如权利要求7所述的自动体外除颤器，其中，所述耳机信号处理器还包括响应于由所述耳机产生的信号的信号调节电路。
9.如权利要求7所述的自动体外除颤器，其中，所述电击递送电路在所述耳机感应到存在脉动血流的情况下不作出电击决策。
10.如权利要求7所述的自动体外除颤器，其中，通过由所述ECG处理器对ECG信号的检测和由所述耳机感应到不存在脉动血流而指示无脉动电活动。
11.一种用于检测人的脉动血流的方法，包括：
将耳机插入所述人的耳朵；
从媒体源读取第一媒体文件；
将所述第一媒体文件转换为第一电子信号；
将所述第一电子信号耦合至所述耳机；
在将所述第一电子信号耦合至所述耳机之后，接收来自所述耳机的信号；
处理所接收的信号以提取与所述人的脉动血流相对应的数据；
输出所提取的数据；
在处理所接收的信号之后，从所述媒体源读取第二媒体文件；
将所述第二媒体文件转换为第二电子信号；以及
将所述第二电子信号耦合至所述耳机。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述媒体源是数字存储设备。
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