CN104720769A - 心跳测量装置、心跳测量方法以及驾驶者监测*** - Google Patents

心跳测量装置、心跳测量方法以及驾驶者监测*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种心跳测量装置，其包括接收器和测量器。接收器配置成接收穿过受试者的超宽带(UWB)信号。测量器配置成使用所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者测量受试者的心跳。

Description

心跳测量装置、心跳测量方法以及驾驶者监测***
相关申请的交叉参考
本申请基于并要求2013年12月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2013-0158473号的优先权权益，其全部内容并入本文以供参考。
技术领域
本公开内容涉及一种用于测量心跳而无需接触受试者的非接触式心跳测量装置、心跳测量方法以及使用其监测驾驶者的驾驶者监测***。
背景技术
为了测量心脏状态，通常使用其中电极接触身体以测量心电图的方法。然而，测量心电图的方法的缺点在于，应将电极与身体连接，并且对于不具有专业知识的普通人员而言难以使用测量心电图的方法。
为了解决上述问题，还开发出使用从心脏反射的雷达测量心跳的方法。然而，使用反射波的方法基于雷达收发器终端与心脏之间的距离变化，其可能受受试者运动的影响。
发明内容
本公开内容制作成解决在使用现有技术时出现的上述问题，同时由现有技术实现的优点保持不变。
本公开内容的一方面提供一种能够测量心跳而不论受试者如何运动的心跳测量装置、心跳测量方法以及驾驶者监测***。
本公开内容的一方面涉及包括接收器和测量器的心跳测量装置。接收器配置成接收穿过受试者的超宽带(UWB)信号。测量器配置成使用所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者测量受试者的心跳。
测量器可以包括配置成在所接收的UWB信号中检测穿过受试者的心脏的UWB信号的信号检测器，配置成分析所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者的变化的信号分析器，以及配置成通过监测该变化来测量受试者的心跳的心跳测量器。
测量器可以包括配置成在所接收的UWB信号中检测穿过受试者的心脏的UWB信号的信号检测器，配置成分析所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者的信号分析器，以及配置成通过监测中心频率和振幅中的至少一者来测量受试者的心跳的心跳测量器。
测量器可以配置成通过监测所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者来确定受试者的心脏是收缩的还是舒张的。
本公开内容的另一方面包括驾驶者监测***，其包括信号发生装置和心跳测量装置。信号发生装置配置成产生和传送超宽带(UWB)信号。心跳测量装置配置成接收穿过受试者的UVB信号并且使用所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者测量受试者的心跳。
心跳测量装置关于受试者可以与信号发生装置相对地安置。
驾驶者监测***还可以包括呼吸测量装置，其配置成接收从受试者反射的UWB信号并且使用所接收的UWB信号的时间延迟量测量受试者的呼吸或运动。
心跳测量装置可以配置成通过监测所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者来确定受试者的心脏是收缩的还是舒张的。
本公开内容的又一方面涉及心跳测量方法，其包括接收穿过受试者的超宽带(UWB)信号。使用所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者测量受试者的心跳。
在测量心跳的过程中，可以在所接收的UWB信号中检测穿过受试者的心脏的UWB信号，可以分析所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者的变化，并且可以通过监测该变化来测量受试者的心跳。
在测量心跳的过程中，可以在所接收的UWB信号中检测穿过受试者的心脏的UWB信号，可以分析所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者，并且可以通过监测所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者来测量受试者的心跳。
在测量受试者的心跳的过程中，可以通过监测所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者来确定受试者的心脏是收缩的还是舒张的。
附图说明
本公开内容的上述和其他目的、特征和优点根据以下具体实施方式并结合附图将更加清楚。
图1是示出根据本发明构思的示例性实施方式的驾驶者监测***的配置的图。
图2是示出根据本发明构思的示例性实施方式的心跳测量装置的配置的框图。
图3是示出根据本发明构思的示例性实施方式的测量器的详细配置的框图。
图4A和图4B是用于说明根据本发明构思的示例性实施方式的信号检测原理的图。
图5是用于说明穿过受试者的心脏的信号的中心频率的变化的图。
图6是用于说明穿过受试者的心脏的信号的振幅变化的图。
图7是用于说明根据本发明构思的示例性实施方式的心跳测量方法的流程图。
附图中各个元件的附图标记
100：信号发生装置
200：心跳测量装置
210：接收器
220：测量器
221：信号检测器
222：信号分析器
223：心跳测量器
300：呼吸测量装置
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明构思的示例性实施方式。
图1是示出根据本发明构思的示例性实施方式的驾驶者监测***的配置的图。
参考图1，驾驶者监测***1000可以包括信号发生装置100、心跳测量装置200和呼吸测量装置300。
信号发生装置100可以产生并传送信号。信号发生装置100可产生具有预定的信号特性(例如，中心频率、振幅等)的信号，并且将信号连续发射到周围环境。例如，信号发生装置100可以以1～5ms的周期传送信号。具体地，信号发生装置100可以产生超宽带(UWB)信号。
同时，信号发生装置100可以以嵌sea入车辆的方向盘或驾驶者的座板(seat sheet)的形式实施。
心跳测量装置200可以接收穿过受试者的信号并测量受试者的心跳。特别地，心跳测量装置200可以接收穿过受试者的信号并使用所接收信号的中心频率和振幅中的至少一者的变化测量受试者的心跳。
心跳测量装置200可以基于受试者位于与信号发生装置100相反的方向。例如，心跳测量装置200可以关于受试者与信号发生装置100相对地安置。原因是心跳测量装置200可以使用穿过驾驶者的心脏的信号测量驾驶者的心跳。例如，当信号发生装置100位于方向盘中时，心跳测量装置200可以以嵌入驾驶者的座板的形式实施。作为另一个例子，当信号发生装置100位于驾驶者的座板中时，心跳测量装置200可以以嵌入方向盘或驾驶者的座板的形式实施。作为另一个例子，在信号发生装置100和心跳测量装置200的配置中，仅传送信号的配置和接收信号的配置可以位于彼此相反的方向(例如，关于受试者彼此相对地安置)。在这种情况下，信号发生装置100和心跳测量装置200的其余配置可以以物理上单一的形式来实施。
呼吸测量装置300可接收从受试者反射的信号并且测量受试者的呼吸或运动。呼吸测量装置300可以使用从受试者反射的信号的时间延迟量测量受试者的呼吸或运动。呼吸测量装置300可以将接收所反射的信号的时间与从信号发生装置100传送信号的时间进行比较以测量时间延迟量。呼吸测量装置300可连接到信号发生装置100以测量时间延迟量，并且可以接收从信号发生装置100传送信号的时间。此外，呼吸测量装置300可以通过监测时间延迟量来测量受试者的呼吸或运动。
也就是说，当受试者吸气时，受试者的胸部扩张，使得从信号发生装置100传送的信号从受试者反射然后由呼吸测量装置300接收的距离变短。结果，所接收信号的时间延迟量可以减少。此外，当受试者呼气时，受试者的胸部收缩，使得从信号发生装置100传送的信号从受试者反射然后由呼吸测量装置300接收的距离变长。结果，所接收信号的时间延迟量可以增加。呼吸测量装置300可以通过连续监测所接收信号的时间延迟量来测量受试者的呼吸或运动。
同时，驾驶者监测***1000的配置中的呼吸测量装置300可以根据本发明构思的示例性实施方式而被省略。
图2是示出根据本发明构思的示例性实施方式的心跳测量装置的配置的框图。
参考图2，心跳测量装置200可包括接收器210和测量器220。
接收器210可以在从信号发生装置100传送的信号中接收穿过受试者的信号。接收器210可包括用于放大所接收信号的低噪声放大器。
测量器220可以使用由接收器210接收的信号的中心频率和振幅中的至少一者的变化来测量受试者的心跳。将参考图3至图6详细描述测量器220。
图3是示出根据本发明构思的示例性实施方式的测量器的详细配置的框图。
参考图3，测量器220可以包括信号检测器221、信号分析器222和心跳测量器223。
信号检测器221可以在由接收器210接收的信号中检测穿过受试者的心脏的信号。作为信号检测的一个例子，将参考图4A和图4B说明使用信号的衰减量的方法。
图4A和图4B是用于说明根据本发明构思的示例性实施方式的信号检测原理的图。
参考图4A，当信号穿过身体时，其可以通过两条路径穿过身体。第一路径(路径1)是穿过心脏的路径并且第二路径(路径2)是穿过肺的路径。因为心脏填充有液体并且肺填充有气体，因此当信号穿过两个路径时，信号的衰减特性可以不同。
图4B中的表显示出当信号分别穿过第一路径和第二路径时信号的衰减特性。参考图4B，可以理解，第一路径(通过心脏)中的(信号)损失是157.76dB并且第二路径(通过肺)中的(信号)损失是80.16dB。也就是说，穿过心脏的路径和穿过肺的路径具有非常不同的信号衰减度。因此，信号检测器221可以根据信号的强度将所接收的信号分类为两组，并且可以检测具有小强度信号的组作为穿过心脏的信号。
作为信号检测的另一个例子，可以使用接收信号的时间。特别地，信号检测器221可以同时在从信号发生装置100传送的信号中检测最初接收的信号。在从信号发生装置100传送的信号中最初接收的信号可以相应于具有最短传送距离的信号。也就是说，最初接收的信号可以相应于在信号发生装置100与心跳测量装置200之间直线通过的信号。参考图4A。也就是说，在信号发生装置100与心跳测量装置200之间直线通过的信号穿过受试者的心脏。
信号分析器222可分析由信号检测器221检测的信号。根据本发明构思的示例性实施方式，信号分析器222可以以两种方式分析信号。
根据本发明构思的第一示例性实施方式，信号分析器222可以分析所检测信号的中心频率和振幅中的至少一者的变化。信号发生装置100可以周期性地传送具有预定信号特征的信号。此外，信号分析器222可预先识别从信号发生装置100传送的信号的中心频率和振幅，并且可以将该中心频率和振幅与所接收信号的中心频率和振幅进行比较，从而分析中心频率和振幅的变化。当UWB信号穿过受试者的心脏时，UWB信号的中心频率和振幅可降低。
根据本发明构思的第二示例性实施方式，信号分析器222可以分析所检测信号的中心频率和振幅中的至少一者。也就是说，与其中分析所接收信号的变化的第一示例性实施方式不同，可以简单地测量所接收信号的中心频率和振幅。
心跳测量器223可以使用信号分析器222的分析结果测量受试者的心跳。特别地，心跳测量器223可以通过监测信号分析器222的分析结果来测量受试者的心跳。将参考图5和图6说明由心跳测量器223测量心跳的原理。
图5是用于说明穿过受试者的心脏的信号的中心频率的变化的图。
由于从信号发生装置100传送的信号穿过受试者的心脏，其中心频率可降低。此外，中心频率的降低量可以根据心脏的尺寸而变化。
心脏的尺寸与中心频率的降低量之间的关系可以从图5证实。图5相应于通过对水球执行实验以便制造类似心脏的环境所产生的结果。参考图5，可以理解，穿过水球的信号的中心频率降低，并且随着水球的尺寸增加，中心频率的降低量增大。
受试者的心脏可反复收缩和舒张。当收缩时，心脏的尺寸可以减小，并且当舒张时，心脏的尺寸可以增加。也就是说，心跳测量器223可以通过监测所接收信号的中心频率或中心频率的变化来确定心脏是收缩的还是舒张的。
图6是用于说明穿过受试者的心脏的信号的振幅变化的图。
由于从信号发生装置100传送的信号穿过受试者的心脏，其振幅可降低。此外，振幅的降低量可以根据心脏的尺寸而变化。
与心脏尺寸相应的振幅降低量可从图6证实。类似于图5，图6相应于通过对水球执行实验以便制造类似心脏的环境所产生的结果。从图6可以理解，随着水球的尺寸增加，振幅的降低量增大。
受试者的心脏可反复收缩和舒张。当收缩时，心脏的尺寸可以减小，并且当舒张时，心脏的尺寸可以增加。也就是说，心跳测量器223可以通过监测所接收信号的振幅或振幅的变化来确定心脏是收缩的还是舒张的。
与基于反射波的心跳测量装置不同，根据本发明构思的示例性实施方式的心跳测量装置可以测量心跳而不论心脏的位置。因此，即使受试者在心跳测量期间移动，当受试者的心脏位于信号的穿过路径时，也可以测量心跳。
图7是用于说明根据本发明构思的示例性实施方式的心跳测量方法的流程图。
参考图7，心跳测量装置200可以首先接收穿过受试者的信号(S710)。此处，穿过受试者的信号可以是超宽带(UWB)信号。
此外，心跳测量装置200可以使用所接收信号的中心频率和振幅中的至少一者来测量受试者的心跳(S720)。详细描述测量心跳的过程，首先，可以在所接收的信号中检测穿过受试者的心脏的信号。此处，当检测信号时，可以使用信号的衰减量或者可以使用接收信号的时间。
穿过心脏的路径和穿过肺的路径具有非常不同的信号衰减度。因此，心跳测量装置200可以根据信号的强度将所接收的信号分类为两组，并且可以检测具有小强度的信号的组作为穿过心脏的信号。
或者，心跳测量装置200可以在所接收的信号中检测最初接收的信号作为穿过心脏的信号。因为最初接收的信号可以通过直线路径被接收，其可以相应于具有最短传送距离的信号。当其被配置成使得受试者的心脏位于信号发生装置100与心跳测量装置200之间的直线路径中时，最初接收的信号可以被检测为穿过心脏的信号。
此外，可以分析所检测的信号的中心频率和振幅中的至少一者。当分析所检测的信号时，可以分析中心频率和振幅或者可以分析中心频率和振幅的变化。
此外，可以通过监测所分析的结果来测量受试者的心跳。当接收穿过心脏的UWB信号时，其中心频率和振幅可以降低。此外，随着心脏的尺寸增加，降低的量可增加。结果，可以通过连续监测分析结果来确定心脏的收缩或舒张。
如上所述，根据本发明构思的示例性实施方式，可以测量心跳而不论心脏的位置。因此，即使受试者在心跳测量期间移动，当受试者的心脏位于信号的穿过路径时，可以稳定地测量心跳。
进一步地，由于可以连同心跳测量进行呼吸测量，因此可以更准确地观察受试者的状态。
尽管出于示例说明的目的已公开本发明构思的一些实施方式，但本领域技术人员将理解，在不偏离所附权利要求中公开的本公开内容的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。因此，这样的修改、添加和替换也应理解为落入本发明构思的范围之内。

Claims (12)

1.一种心跳测量装置，包括：
接收器，配置成接收穿过受试者的超宽带(UWB)信号；以及
测量器，配置成使用所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者测量所述受试者的心跳。
2.根据权利要求1所述的心跳测量装置，其中所述测量器包括：
信号检测器，配置成在所接收的UWB信号中检测穿过所述受试者的心脏的UWB信号；
信号分析器，配置成分析所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者的变化；以及
心跳测量器，配置成通过监测所述变化来测量所述受试者的心跳。
3.根据权利要求1所述的心跳测量装置，其中所述测量器包括：
信号检测器，配置成在所接收的UWB信号中检测穿过所述受试者的心脏的UWB信号；
信号分析器，配置成分析所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者；以及
心跳测量器，配置成通过监测所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者来测量所述受试者的心跳。
4.一种驾驶者监测***，包括：
信号发生装置，配置成产生和传送超宽带(UWB)信号；以及
心跳测量装置，配置成接收穿过受试者的UWB信号并且使用所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者测量所述受试者的心跳。
5.根据权利要求4所述的驾驶者监测***，其中所述心跳测量装置关于所述受试者与所述信号发生装置相对地安置。
6.根据权利要求4所述的驾驶者监测***，还包括呼吸测量装置，配置成接收从所述受试者反射的UWB信号并且使用所接收的UWB信号的时间延迟量测量所述受试者的呼吸或运动。
7.一种心跳测量方法，包括：
接收穿过受试者的超宽带(UWB)信号；以及
使用所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者测量所述受试者的心跳。
8.根据权利要求7所述的心跳测量方法，其中测量所述心跳的步骤包括：
在所接收的UWB信号中检测穿过所述受试者的心脏的UWB信号；
分析所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者的变化；以及
通过监测所述变化来测量所述受试者的心跳。
9.根据权利要求7所述的心跳测量方法，其中测量所述心跳的步骤包括：
在所接收的UWB信号中检测穿过所述受试者的心脏的UWB信号；
分析所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者；以及
通过监测所检测的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者来测量所述受试者的心跳。
10.根据权利要求1所述的心跳测量装置，其中所述测量器配置成通过监测所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者来确定所述受试者的心脏是收缩的还是舒张的。
11.根据权利要求4所述的驾驶者监测***，其中所述心跳测量装置配置成通过监测所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者来确定所述受试者的心脏是收缩的还是舒张的。
12.根据权利要求7所述的心跳测量方法，其中测量所述受试者的心跳的步骤包括通过监测所接收的UWB信号的中心频率和振幅中的至少一者来确定所述受试者的心脏是收缩的还是舒张的。
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