用于估计生物信息的设备和方法与流程

用于估计生物信息的设备和方法
1.本技术要求于2020年10月5日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0127934号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的全部公开出于所有目的通过引用包含于此。
技术领域
2.本公开的示例实施例涉及用于估计生物信息的设备和方法，并且更具体地，涉及用于在不使用袖带的情况下提取心血管特性并且基于提取的心血管特性估计生物信息。


背景技术：

3.用于在不使用压力袖带的情况下提取心血管特性(诸如，血压等)的通用技术包括脉搏波分析(pulse wave analysis，pwa)方法和脉搏波速度(pulse wave velocity，pwv)方法。
4.pwa方法是通过分析从身体的外周部位(peripheral part)(例如，指尖、桡动脉等)获得的光电容积描记(ppg)信号或体表压力信号的形状来提取心血管特性的方法。从左心室射出的血液在大的分支血管区域(诸如，肾动脉和髂动脉)处引起反射，并且该反射影响在身体的外周部位处测量的脉搏波或身体压力波的形状。因此，通过分析该形状，动脉僵硬度、动脉年龄、主动脉压波形等可被推断。
5.pwv方法是通过测量脉搏波传输时间来提取心血管特性(诸如，动脉僵硬度、血压等)的方法。在该方法中，通过测量身体的外周部位的心电图(ecg)信号和ppg信号来测量从身体的外周部位(例如，手指或桡动脉)获得的ecg的r峰(左心室收缩间隔)与ppg信号的峰之间的延迟(脉搏传导时间(ptt))，并且通过将手臂的近似长度除以ptt来计算来自心脏的血液到达身体的外周部位的速度。


技术实现要素：

6.根据示例实施例的一个方面，提供了一种用于估计生物信息的设备，所述设备包括：脉搏波传感器，包括多个通道，所述多个通道中的每个通道被配置为测量第一波长的第一脉搏波信号和第二波长的第二脉搏波信号，第二波长与第一波长不同；以及处理器，被配置为：针对所述多个通道中的每个通道，基于第一脉搏波信号生成第一示波图，基于第二脉搏波信号生成第二示波图，并将第一示波图与第二示波图之间的相位延迟转换成面积，并且基于每个通道的面积在所述多个通道之中确定通道，并基于确定的通道估计生物信息。
7.脉搏波传感器可包括：至少一个光源，被配置为将第一波长的光和第二波长的光发射到对象上；以及至少一个光接收器，被配置为检测从对象散射或反射的第一波长的光和第二波长的光。
8.所述至少一个光接收器可包括光电二极管阵列或互补金属氧化物半导体图像传感器(cmos)中的至少一个。
9.处理器还可被配置为：将第一示波图与第二示波图之间的相位延迟转换成利萨如波形中的面积。
10.处理器还可被配置为：基于面积的大小、利萨如波形的斜率、面积的形状或第一区域与第二区域之间的比率中的至少一个来确定通道，第一区域和第二区域通过划分每个通道的面积被获得。
11.处理器还可被配置为：基于每个通道的第一示波图和第二示波图来从确定的通道排除不满足预定标准的通道。
12.处理器还可被配置为：针对每个通道，通过从第一示波图减去第二示波图来生成第三示波图，并且基于以下项中的至少一个来从确定的通道排除通道：第三示波图中的半最大值全宽度(fwhm)、与第三示波图的基准点和最大点之间的预定比例对应的点处的全宽度、或第三示波图的在曲线拟合之前的脉搏波与第三示波图的在曲线拟合之后的脉搏波之间的残差的统计值。
13.处理器还可被配置为：基于第一波长和第二波长确定差系数，并且从第一示波图减去应用了差系数的第二示波图。
14.所述设备还可包括：力/压力传感器，力/压力传感器被配置为测量施加在对象与脉搏波传感器之间的接触力和/或接触压力。
15.处理器还可被配置为：通过使用确定的通道的第一示波图、确定的通道的第二示波图、或者通过从确定的通道的第一示波图减去确定的通道的第二示波图而生成的第三示波图来估计生物信息。
16.处理器还可被配置为：通过使用第一示波图来估计第一生物信息，通过使用第二示波图来估计第二生物信息，并且基于第一生物信息或第二生物信息中的至少一个来获得最终生物信息。
17.处理器还可被配置为：基于每个通道的面积在所述多个通道之中确定两个或更多个通道，估计相应确定的两个或更多个通道的生物信息值，并通过使用相应确定的两个或更多个通道的估计的生物信息值中的至少一个来获得最终生物信息。
18.生物信息可包括血压、血管年龄、动脉僵硬度、主动脉压波形、血管顺应性、压力指数、疲劳程度、皮肤年龄或皮肤弹性中的至少一个。
19.根据示例实施例的一个方面，提供了一种估计生物信息的方法，所述方法包括：通过使用具有多个通道的脉搏波传感器，针对所述多个通道中的每个通道测量第一波长的第一脉搏波信号和第二波长的第二脉搏波信号，第二波长与第一波长不同；针对每个通道，基于第一脉搏波信号生成第一示波图，并且基于第二脉搏波信号生成第二示波图；针对每个通道，将第一示波图与第二示波图之间的相位延迟转换成面积；基于每个通道的面积在所述多个通道之中确定通道；以及基于确定的通道估计生物信息。
20.所述方法还可包括：将第一示波图与第二示波图之间的相位延迟转换成利萨如波形中的面积。
21.确定的步骤可包括：基于面积的大小、利萨如波形的斜率、面积的形状或第一区域与第二区域之间的比率中的至少一个来确定通道，第一区域和第二区域通过划分每个通道的面积被获得。
22.所述方法还可包括：基于每个通道的第一示波图和第二示波图来从确定的通道排除不满足预定标准的通道。
23.所述方法还可包括：针对每个通道，通过从第一示波图减去第二示波图来生成第
三示波图：以及基于以下项中的至少一个来从确定的通道排除通道：第三示波图中的半最大值全宽度(fwhm)、与第三示波图的基准点和最大点之间的预定比例对应的点处的全宽度、或第三示波图的在曲线拟合之前的脉搏波与第三示波图的在曲线拟合之后的脉搏波之间的残差的统计值。
24.估计的步骤可包括：通过使用确定的通道的第一示波图、确定的通道的第二示波图、或者通过从确定的通道的第一示波图减去确定的通道的第二示波图而生成的第三示波图，来估计生物信息。
25.估计的步骤可包括：通过使用确定的通道的第一示波图来估计第一生物信息，通过使用确定的通道的第二示波图来估计第二生物信息，并且基于第一生物信息或第二生物信息中的至少一个来获得最终生物信息。
26.估计的步骤可包括：基于每个通道的面积在所述多个通道之中确定两个或更多个通道，估计相应确定的两个或更多个通道的生物信息值，并通过使用相应确定的两个或更多个通道的估计的生物信息值中的至少一个来获得最终生物信息。
27.根据示例实施例的一个方面，提供了一种用于估计生物信息的设备，所述设备包括：脉搏波传感器，具有多个通道，所述多个通道中的每个通道被配置为测量第一波长的第一脉搏波信号和第二波长的第二脉搏波信号，第二波长与第一波长不同；以及处理器，被配置为：针对每个通道，基于第一脉搏波信号的交流(ac)分量和直流(dc)分量以及第二脉搏波信号的ac分量和dc分量来获得第一特征值，基于获得的每个通道的第一特征值在所述多个通道之中确定通道，并且基于确定的通道来估计生物信息。
28.处理器还可被配置为：基于述第一脉搏波信号的ac分量和dc分量之间的比率以及第二脉搏波信号的ac分量和dc分量之间的比率，来获得每个通道的第一特征值。
29.处理器还可被配置为：基于确定的通道的第一脉搏波信号或第二脉搏波信号中的至少一个来生成示波图，通过使用生成的示波图来获得第二特征值，并且基于第一特征值或第二特征值中的至少一个来估计生物信息。
30.根据示例实施例的一个方面，提供了一种估计生物信息的方法，所述方法包括：通过使用具有多个通道的脉搏波传感器，针对所述多个通道中的每个通道，测量第一波长的第一脉搏波信号和第二波长的第二脉搏波信号，第二波长与第一波长不同；针对每个通道，基于第一脉搏波信号的交流(ac)分量和直流(dc)分量以及第二脉搏波信号的ac分量和dc分量来获得第一特征值；基于获得的每个通道的第一特征值在所述多个通道之中确定通道；以及基于确定的通道来估计生物信息。
31.获得的步骤可包括：基于第一脉搏波信号的ac分量和dc分量之间的比率以及第二脉搏波信号的ac分量和dc分量之间的比率，来获得每个通道的第一特征值。
32.估计的步骤可包括：基于确定的通道的第一脉搏波信号或第二脉搏波信号中的至少一个来生成示波图；通过使用生成的示波图来获得第二特征值；以及基于第一特征值或第二特征值中的至少一个来估计生物信息。
附图说明
33.通过参照附图详细描述示例实施例，以上和其他方面将变得更加清楚，其中：
34.图1a和图1b是示出根据示例实施例的用于估计生物信息的设备的框图；
35.图2a和图2b是示出根据示例实施例的用于估计生物信息的设备的脉搏波传感器的配置的示例的示图；
36.图3是示出根据示例实施例的包括在用于估计生物信息的设备中的处理器的配置的示图；
37.图4a和图4b是解释估计生物信息的通用方法的示例的示图；
38.图5a和图5b是解释生成示波图的示例的示图；
39.图6a、图6b和图6c是解释根据示例实施例的选择最佳通道的示例的示图；
40.图7是示出根据示例实施例的包括在用于估计生物信息的设备中的处理器的配置的示图；
41.图8是解释根据示例实施例的选择最佳通道的示例的示图；
42.图9是示出根据示例实施例的估计生物信息的方法的流程图；
43.图10是示出根据示例实施例的估计生物信息的方法的流程图；
44.图11是示出根据示例实施例的可穿戴装置的示图；以及
45.图12是示出根据示例实施例的智能装置的示图。
具体实施方式
46.示例实施例的细节包括在下面的具体实施方式和附图中。从下面的参照附图详细描述的实施例，将更清楚地理解公开的优点和特征以及实现公开的方法。在整个附图和具体实施方式中，除非另有描述，否则相同的附图参考标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。
47.应理解，尽管术语第一、第二等在此可用于描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。此外，除非上下文此外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。还将理解，除非明确地相反地描述，否则当元件被称为“包括”另一元件时，所述元件不意在排除一个或多个其他元件，而是还包括一个或多个其他元件。在下面的描述中，诸如“单元”和“模块”的术语指示用于处理至少一个功能或操作的单元，并且它们可通过使用硬件、软件或其组合来实现。
48.在下文中，将参照附图详细描述用于估计生物信息的设备和方法的实施例。
49.图1a和图1b是示出根据示例实施例的用于估计生物信息的设备的框图。图2a和图2b是示出根据示例实施例的用于估计生物信息的设备的脉搏波传感器的配置的示例的示图。
50.根据如图1a中所示的实施例的用于估计生物信息的设备100a和根据如图1b中所示的实施例的用于估计生物信息的设备100b可被嵌入在终端(诸如，智能电话、平板pc、台式计算机、膝上型计算机等)中，或者可被制造为独立的硬件装置。当设备100a和设备100b被制造为独立的硬件装置时，硬件装置可被实现为将被佩戴在用户的对象obj上的可穿戴装置，使得用户可在携带可穿戴装置的同时容易地测量用户的生物信息。可穿戴装置的示例可包括手表型可穿戴装置、手链型可穿戴装置、腕带型可穿戴装置、戒指型可穿戴装置、眼镜型可穿戴装置、头带型可穿戴装置等，但是可穿戴装置不限于此，并且可出于各种目的(诸如，在医疗机构中使用的用于测量和分析生物信息的固定型装置等)进行修改。
51.参照图1a，用于估计生物信息的设备100a包括脉搏波传感器110和处理器120。
52.脉搏波传感器110从对象测量光电容积描记(ppg)信号(在下文中，被称为“脉搏波信号”)。对象可以是可与脉搏波传感器110接触的身体区域，并且可以是在其处可基于ppg信号容易地测量脉搏波的身体部位。例如，对象可以是血管密集地位于的手指，但是对象不限于此，并且可以是身体的任何其他部位(诸如，手腕上与桡动脉邻近的区域、或者身体的外周部位(peripheral part)(诸如，手腕、脚趾等的静脉或毛细血管位于的上部))。
53.脉搏波传感器110可包括多个光源以及一个或多个光接收器，多个光源用于将光发射到对象上，一个或多个光接收器设置在与光源间隔开预定距离的位置处并检测从对象散射或反射的光。多个光源中的至少一些可发射不同波长的光。多个光源可包括发光二极管(led)、激光二极管(ld)、磷光体等，但不限于此。此外，多个光接收器可包括光电二极管、光电二极管阵列、互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器、电荷耦合器件(ccd)图像传感器等中的至少一个。
54.脉搏波传感器110可具有用于测量对象的多个点处的多个脉搏波信号的多个通道。脉搏波传感器110的通道可以以预定形状(诸如，圆形、椭圆形、线性形状等)来布置，以便测量对象的多个点处的脉搏波信号。脉搏波传感器110的每个通道可包括可由两个或更多个通道共享的光源和光接收器。此外，每个通道可检测具有多个波长的脉搏波信号。
55.参照图2a，根据实施例的脉搏波传感器210可具有用于测量对象的第一点处的脉搏波信号的第一通道211和用于测量对象的第二点处的脉搏波信号的第二通道212。与第一通道211对应的第一光源211a和与第二通道212对应的第一光源212a以及与第一通道211对应的第一光接收器211b和与第二通道212对应的第一光接收器212b可具有在3mm至10mm的范围内的大小，但是它们的大小不限于此。
56.第一通道211可包括第一光源211a以及第一光接收器211b，第二通道212可包括第一光源212a以及第一光接收器212b，第一光源211a和第一光源212a被配置为发射第一波长的光，第一光接收器211b和第一光接收器212b被配置为检测在光由第一光源211a和第一光源212a发射到对象上之后从对象散射或反射的光。此外，第一通道211可包括第二光源211c以及第二光接收器211d，第二通道212可第二光源212c以及第二光接收器212d，第二光源211c和第二光源212c被配置为发射第二波长的光，第二光接收器211d和第二光接收器212d被配置为检测在光由第二光源211c和第二光源212c发射到对象上之后从对象散射或反射的光。第一波长和第二波长可彼此不同，并且可包括例如红外波长、绿色波长、蓝色波长和/或红色波长。
57.为了便于解释，图2a示出两个通道211和212，每个通道包括两个光源的对和两个光接收器的对。然而，这仅是为了便于解释，通道不限于此并且可根据形状因子(form factor)的大小和形状等以各种数量和配置被设置。例如，通道211和212中的每个可包括用于发射多个波长的光的多个光源和一个光接收器，使得多个光源可顺序地驱动，并且脉搏波信号可通过一个光接收器被顺序地测量。此外，通道211和212中的每个可仅包括一个光源和一个光接收器，在这种情况下，滤色器可设置在光源或光接收器的前表面上以穿过或检测不同的波长的光。
58.参照图2b，根据另一示例实施例的脉搏波传感器220可包括光源的组221和光接收器的组222。也就是说，脉搏波传感器220可包括第一光源221a和第二光源221b、以及第一光接收器222a、第二光接收器222b、第三光接收器222c和第四光接收器222d。第一光源221a、
第一光接收器222a和第二光接收器222b可形成用于测量对象的第一点处的脉搏波信号的第一通道221，并且第二光源221b、第三光接收器222c和第四光接收器222d可形成用于测量对象的第二点处的脉搏波信号的第二通道222。为了便于解释，脉搏波传感器220具有两个通道，但不限于此。
59.第一光源221a和第二光源221b中的每个可例如通过使用滤色器来发射不同波长的光。例如，第一光源221a和第二光源221b可发射红外波长、绿色波长、蓝色波长、红色波长等的光。第一光接收器222a至第四光接收器222d可分别检测在来自第一光源221a和第二光源221b的光发射到对象上之后从对象散射或反射的不同波长的光。虽然在图2b中示出了包括在两个通道中的两个光源和四个光接收器，但是光源和光接收器的数量不被具体限制，并且一个通道可包括例如被配置为将不同波长的光发射到对象上的两个光源以及可被两个光源共享并且检测从对象散射或反射的光的一个光接收器。
60.以上参照图2a和图2b描述图1的脉搏波传感器110的结构的各种实施例。然而，这些仅是示例，并且结构不具体限于以上示例，并且为了检测对象的多个点处的脉搏波信号，可根据对象的位置以及形状因子的大小和形状等来设置各种数量和布置的通道、光源和光接收器。
61.返回参照图1a，处理器120可以以时分方式顺序地或同时控制每个通道。此外，在每个通道包括发射不同波长的光的多个光源的情况下，处理器120可以以从短波长到长波长的次序驱动光源，反之亦然。在这种情况下，光源的驱动条件(例如，光源的驱动顺序和电流强度、脉冲持续时间等)可被预先定义。
62.此外，处理器120可通过使用由脉搏波传感器110的各个通道在对象的多个点处测量的脉搏波信号，来估计生物信息。一旦脉搏波信号通过脉搏波传感器110的各个通道被获得，处理器120就可通过使用获得的脉搏波信号来选择用于估计生物信息的通道，并且可基于选择的通道的脉搏波信号来估计生物信息。在下文中，出于描述的目的，选择的通道可被称为最佳通道。在这种情况下，生物信息可包括血压、血管年龄、动脉僵硬度、主动脉压波形、皮肤弹性、皮肤年龄、压力指数、疲劳程度等，但不限于此。为了便于解释，将使用血压作为示例给出下面的描述。
63.参照图1b，根据另一实施例的用于估计生物信息的设备100b包括脉搏波传感器110、处理器120、力/压力传感器130、输出接口140、存储装置150和通信接口160。
64.脉搏波传感器110可具有用于测量对象的多个点处的多个脉搏波信号的多个通道。如上所述，可以以各种方式设置每个通道以检测具有两个或更多个波长的脉搏波信号。
65.处理器120可基于由各个通道获得的脉搏波信号来确定用于估计生物信息的最佳通道，并且可通过使用确定的最佳通道的脉搏波信号来估计生物信息。
66.当用户将对象放置在脉搏波传感器110上并且增大或减小按压力达到预定时间段以测量脉搏波信号时，力/压力传感器130可测量对象与脉搏波传感器110之间的接触力和/或接触压力。力/压力传感器130可形成为单个力传感器、力传感器阵列、一个或多个压力传感器或力传感器和面积传感器的组合。力/压力传感器130可包括应变仪等，但不限于此。由力/压力传感器130测量的接触力和/或接触压力可与由各个通道获得的脉搏波信号一起被使用，以生成示波图(oscillogram)并估计生物信息。
67.在从用户接收到用于估计生物信息的请求时，处理器120可针对脉搏波传感器110
将接触状态引导给用户。例如，在接收到用于估计生物信息的请求时，处理器120可从存储装置150获得将由对象施加到脉搏波传感器110的参考压力，并且可通过输出接口140将获得的参考压力引导给用户(或将获得的参考压力通知用户)。此外，处理器120可基于在脉搏波信号被测量的同时由力/压力传感器130实时测量的接触力和/或接触压力，来实时将接触压力引导给用户。
68.输出接口140可将由脉搏波传感器110测量的脉搏波信号和/或处理器120的处理结果输出并提供给用户。输出接口140可使用安装在所述设备100b中的显示模块、扬声器、触觉装置等通过各种视觉/非视觉方法来提供信息。
69.例如，输出接口140可以以曲线图的形式输出测量的脉搏波信号、每个通道的示波图等。此外，输出接口140可基于估计的血压值落在正常范围之内还是在正常范围之外通过使用各种视觉方法(诸如，通过改变颜色、线条粗细、字体等)，来视觉地显示估计的生物信息值。另外地或可选地，输出接口140可基于估计的生物信息值是否异常通过语音和/或振动、触觉等输出估计的生物信息值，使得用户可容易地识别用户的健康状况中的异常。可选地，在将估计的生物信息值与先前的估计历史进行比较时，基于确定估计的生物信息值是异常的，输出接口140可提供警告消息、警报信号等以及关于用户动作的引导信息(诸如，关于用户应注意的食物的信息、相关的医院信息等)。
70.存储装置150可存储与估计生物信息有关的各种信息、诸如获得的脉搏波信号和示波图的信息、估计的生物信息值等。此外，存储装置150可存储光源驱动条件、接触压力转换模型、血压估计模型、用于排除通道的条件、用于确定最佳通道的条件等。此外，存储装置150可存储用户特性信息(诸如，用户的年龄、性别、健康状况等)。然而，存储在存储装置150中的信息不限于此。
71.存储装置150可包括以下项中的至少一种存储介质：闪存型存储器、硬盘型存储器、多媒体卡微型存储器、卡型存储器(例如，安全数字(sd)存储器、极限数字(xd)存储器等)、随机存取存储器(ram)、静态随机存取存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁存储器、磁盘、光盘等，但不限于此。
72.通信接口160可在处理器120的控制下通过使用通信技术与外部装置通信，并且可从外部装置接收用于估计生物信息的数据，和/或可将处理器120的处理结果发送到外部装置。外部装置可包括智能电话、平板pc、可穿戴装置、袖带压力计等。
73.在这种情况下，通信技术的示例可包括：蓝牙通信、低功耗蓝牙(ble)通信、近场通信(nfc)、wlan通信、zigbee通信、红外数据协会(irda)通信、wi-fi直连(wfd)通信、超宽带(uwb)通信、ant 通信、wifi通信、射频识别(rfid)通信、3g通信、4g通信、5g通信等。然而，这仅是示例性的并且不意在限制。
74.图3是示出图1a中示出的用于估计生物信息的设备100a和图1b中示出的用于估计生物信息的设备100b的处理器120的配置的示例的示图。图4a和图4b是解释估计生物信息的通用方法的示例的示图。图5a和图5b是解释根据示例实施例的生成示波图的示例的示图。图6a至图6c是解释根据示例实施例的选择最佳通道的示例的示图。
75.参照图4a，用于在没有袖带的情况下测量血压的设备通常通过使用光电容积描记(ppg)信号，来测量血压。在这种情况下，脉搏波传感器在各种压力水平下与身体表面接触，并且通过在每个接触压力水平下测量脉搏波信号并通过获得局部血管的平均动脉压(map)
来估计血压。在这种情况下，由脉搏波传感器从身体表面测量的ppg信号可被观察为在距身体表面的相对大的深度处生成的动脉脉搏波信号和在距身体表面的相对浅的深度处生成的毛细血管脉搏波信号的组合。这里，毛细血管脉搏波信号可在使用示波法(oscillometry)估计血压时充当噪声。
76.参照图4b，在曲线图底部的脉搏波信号表示动脉脉搏波信号s1；在曲线图的中心的脉搏波信号表示毛细血管脉搏波信号s2；并且在曲线图顶部的脉搏波信号表示从身体表面测量的外周脉搏波信号s3。由于外周脉搏波信号s3由动脉脉搏波信号s1和毛细血管脉搏波信号s2的组合表示，因此可看出，与血压相关联的最大幅度点从动脉脉搏波信号s1的箭头点移动到外周脉搏波信号s3的箭头点。这示出，当使用示波法测量血压时，准确度可能降低。也就是说，从身体表面测量的值包括添加到动脉血压值的误差值，从而导致与准确血压值的差异。
77.因此，为了解决当使用具有相对短的波长的脉搏波信号在外周身体部位处执行示波法时估计的准确度降低的以上问题，示例实施例提供通过选择通道来提高估计生物信息的准确度的方法，该通道测量多个脉搏波信号之中的来自相对深的深度处的血管的脉搏波信号。
78.参照图3，根据实施例的处理器300包括示波图生成器310、面积转换器320、最佳通道确定器330和估计器340。
79.一旦具有不同波长的第一脉搏波信号和第二脉搏波信号通过每个通道被获得，示波图生成器310就可基于第一脉搏波信号和第二脉搏波信号生成第一示波图和第二示波图。示波图生成器310可通过使用由对象施加到脉搏波传感器110的接触压力的变化与每个通道的脉搏波信号的幅度的变化之间的相互关系来生成示波图。在这种情况下，图1b的力/压力传感器130获得的接触力和/或接触压力可用于获得接触压力的变化。可选地，在如图1a中所示不包括力/压力传感器130的情况下，则可通过使用定义脉搏波信号的幅度和接触压力之间的相互关系的接触压力转换方程从脉搏波信号的幅度获得接触压力。
80.图5a示出当与脉搏波传感器110接触的对象逐渐增大对脉搏波传感器110的按压力时测量的脉搏波信号的幅度的变化的示例。图5b示出表示由对象施加到脉搏波传感器110的接触压力的变化与脉搏波信号的幅度之间的相互关系的示波图ow。
81.示波图生成器310可例如通过在脉搏波信号的每个测量时间从波形包络in1的正( )幅度值in2减去负(-)幅度值in3来提取脉搏波信号波形的峰峰点，并且可通过针对在相应时间的接触压力值绘制在每个测量时间的峰峰幅度并且通过执行例如多项式曲线拟合，来获得示波图ow。
82.一旦示波图生成器310针对每个通道生成在第一波长的第一示波图和在第二波长的第二示波图，面积转换器320就可基于生成的第一示波图和第二示波图来获得面积。在这种情况下，第一波长和第二波长可以是不同的波长。
83.例如，面积转换器330可将第一示波图与第二示波图之间的相位延迟转换成利萨如波形(lissajous waveform)中的面积(或通过利萨如波形的形式表示的面积)。在这种情况下，面积转换器330可对第一示波图和第二示波图进行归一化。例如，面积转换器330可基于第一示波图的幅度来对第二示波图的幅度进行归一化，或者可通过根据比尔-朗伯定律(beer-lambert law)应用基于吸光度的模型来对第一示波图和第二示波图进行归一化。
84.一旦针对每个通道获得面积，最佳通道确定器330就可基于获得的面积来确定最佳通道。
85.例如，图6a示出第一通道的第一示波图os1和第二示波图os2之间的转换成面积a1的相位延迟。图6b示出第二通道的第一示波图os1和第二示波图os2之间的转换成面积a2的相位延迟。最佳通道确定器330可基于如上所述的转换的面积来确定最佳通道。例如，由于第一通道的面积a1大于第二通道的面积a2，所以最佳通道确定器330可将具有最大面积的通道(即，第一通道)确定为最佳通道。可选地，最佳通道确定器330可从最大面积开始，按照对应面积大小的从高到低的次序，将预定数量的通道确定为最佳通道。
86.在另一示例中，最佳通道确定器330可根据一个或多个标准将每个通道的面积划分为两个或更多个区域，并且可基于划分的区域之间的面积比来确定最佳通道。例如，最佳通道确定器330可从最高面积比开始，按照每个通道的面积比的大小的从高到低的次序，将一个或多个通道确定为最佳通道。图6c示出基于具有斜率1的直线rl划分每个通道的面积的示例，然而，斜率不必要限于1。此外，不必要基于穿过原点的直线来划分面积，并且可基于每个面积的重心或基于垂直于x轴或y轴并穿过x或y轴上的任何值的直线来划分面积。划分每个通道的面积的方法不受限制。最佳通道确定器330可针对第一通道，通过将具有较小面积的第一区域a11除以具有较大面积的第二区域a12来获得第一面积比；可针对第二通道，通过将具有较小面积的第一区域a21除以具有较大面积的第二区域a22来获得第二面积比；并且可将具有第一面积比和第二面积比中的较大面积比的通道确定为最佳通道。
87.在又一示例中，最佳通道确定器330可基于包括每个通道的利萨如波形的斜率的利萨如波形的形状来确定最佳通道。例如，最佳通道确定器330可计算每个通道的利萨如波形的斜率，并且可将计算的斜率满足预定标准的通道确定为最佳通道。可选地，最佳通道确定器330可计算利萨如波形的面积形状与参考面积形状之间的相似度，并且可按照计算的相似度的从高到低的次序将一个或多个通道确定为最佳通道。然而，最佳通道不限于此，并且可通过经由应用基于机器学习、人工智能、神经网络等获得的模型分析利萨如波形的斜率或面积形状来确定。
88.此外，基于每个通道的第一示波图和第二示波图，最佳通道确定器330可在确定最佳通道时排除不满足预定标准的通道。例如，最佳通道确定器330可通过使用每个通道的在第一波长的第一示波图和每个通道的在第二波长的第二示波图来生成第三示波图，并且可基于生成的第三示波图来确定每个通道是否满足预定标准。例如，最佳通道确定器330可基于第一波长和第二波长确定差系数，可将确定的差系数应用于第二示波图，并且可通过从第一示波图减去应用了差系数的第二示波图来生成第三示波图。在一个示例中，差系数可以是用于对示波图进行归一化的值。在一个示例中，差系数可基于波长等被预先定义。可选地，差系数可以是第一波长的ac/dc(ac分量的大小与dc分量的大小的比率)与第二波长的ac/dc的比率。在一个示例中，最佳通道确定器330可通过将确定的差系数与第二示波图相乘来将确定的差系数应用于第二示波图。然而，示例不限于此，并且最佳通道确定器330可通过将确定的差系数与第二示波图(例如，第二示波图的每个脉搏波幅度)相加或者从第二示波图(例如，第二示波图的每个脉搏波幅度)减去确定的差系数，来将确定的差系数应用于第二示波图。
89.例如，如果第三示波图的基准点(baseline point)处的接触压力与半最大值点处
的接触压力之间的半最大值全宽度(full width at half maximum，fwhm)大于或等于预定阈值，则最佳通道确定器330可排除相应的通道。在这个示例中，基准点可以是第三示波图的最小点，但是示例不限于此，并且基准点可以是第三示波图的起始点等。可选地，如果与第三示波图的基准点和最大点之间的预定比例对应的点处的宽度大于或等于预定阈值，或者如果与预定接触压力值对应的点处的实际脉搏波幅度和第三示波图的在曲线拟合之后的脉搏波幅度之间的残差(例如，第三示波图的在曲线拟合之前的脉搏波与第三示波图的在曲线拟合之后的脉搏波之间的残差)的统计值(例如，总和、平均值、中值等)大于或等于预定阈值，则最佳通道确定器330可排除相应的通道。然而，通道的排除不限于此。在一个示例中，最佳通道确定器330可基于以下项中的至少一个来排除通道：第三示波图中的fwhm、与第三示波图的基准点和最大点之间的预定比例对应的点处的全宽度、以及第三示波图的在曲线拟合之前的脉搏波与第三示波图的在曲线拟合之后的脉搏波之间的残差的统计值。
90.估计器340可通过使用由最佳通道确定器330确定的最佳通道的示波图来估计生物信息。例如，估计器340可通过使用最佳通道的第一示波图或第二示波图来估计血压。例如，第一示波图或第二示波图可以是在相对长的波长的示波图。在一个示例中，估计器340可通过使用最佳通道的第一示波图来估计第一生物信息，通过使用最佳通道的第二示波图来估计第二生物信息，并且基于第一生物信息和第二生物信息中的至少一个来获得最终生物信息。可选地，当第三示波图通过从最佳通道的第一示波图减去第二示波图而被生成时，估计器340可通过使用生成的第三示波图来估计血压。在一个示例实施例中，多个最佳通道可被确定，并且估计器340可估计各个最佳通道的血压，并且可组合估计的血压值以获得各个最佳通道的血压值的平均值、中值等作为最终血压值。在一个示例中，估计器340可估计各个最佳通道的生物信息值，并通过使用各个最佳通道的估计的生物信息值中的至少一个来获得最终生物信息。
91.参照图5b，估计器340可基于第三示波图中的脉搏波的最大点ma处的接触压力值mp来估计平均动脉压(map)。例如，估计器340可将脉搏波的最大点ma处的接触压力值mp自身确定为map。可选地，估计器340可通过将接触压力值mp应用于预定义的map估计方程来估计map。在这种情况下，map估计方程可以以各种线性或非线性组合函数(例如，加法、减法、除法、乘法、对数值、回归方程等，没有具体限制)的形式被表示。
92.此外，估计器340可基于以下内容来估计舒张压(dbp)和收缩压(sbp)：在脉搏波的最大点ma处的幅度值的左侧和右侧并且具有最大点ma处的幅度值的预设比例(例如，0.5至0.7)的点处的接触压力值dp和sp。同样地，估计器340还可将接触压力值dp和sp分别确定为dbp和sbp，或者可选地可通过分别使用预定义的dbp和sbp估计方程来估计dbp和sbp。
93.图7是示出根据图1a的实施例的用于估计生物信息的设备100a和根据图1b的实施例的用于估计生物信息的设备100b的处理器120的配置的另一示例的示图。图8是解释确定最佳通道的另一示例的示图。
94.参照图7，根据实施例的处理器700包括第一特征值获得器710、最佳通道确定器720、第二特征值获得器730和估计器740。
95.如图8中所示，第一特征值获得器710可针对每个通道获得：(1)来自具有第一波长的第一脉搏波信号的交流(ac)分量的大小ac1和直流(dc)分量的大小dc1、以及(2)来自具有第二波长的第二脉搏波信号的交流(ac)分量的大小ac2和直流(dc)分量的大小dc2。此
外，第一特征值获得器710可基于获得的ac分量的大小和dc分量的大小来获得第一特征值。
96.例如，第一特征值获得器710可将具有第一波长的第一脉搏波信号的ac分量的大小ac1与dc分量的大小dc1之间的比率(ac1/dc1)除以具有第二波长的第二脉搏波信号的ac分量的大小ac2与dc分量的大小dc2之间的比率(ac2/dc2)。换言之，第一特征值获得器710可获得通过((ac1/dc1)
÷
(ac2/dc2))而获得的值作为第一特征值。第一波长可以是比第二波长相对更长的波长。
97.当第一特征值获得器710获得每个通道的第一特征值时，最佳通道确定器720可基于每个通道的第一特征值的大小来确定最佳通道。例如，最佳通道确定器720可将具有最高的第一特征值的通道或从最高的第一特征值开始按照第一特征值的大小的从大到小的次序的预定数量的通道确定为最佳通道。
98.第二特征值获得器730可通过使用由最佳通道确定器720确定的最佳通道的脉搏波信号，来估计第二特征值。第二特征值获得器730可通过使用确定的最佳通道的第一脉搏波信号和第二脉搏波信号(例如，具有相对长的波长的脉搏波信号)中的至少一个来生成示波图；并且如上所述，通过使用生成的示波图，第二特征值获得器730可获得以下项作为第二特征值：与脉搏波的最大点ma处的幅度值对应的接触压力值、以及在脉搏波的最大点ma处的幅度值的左侧和右侧并且具有最大点ma处的幅度值的预设比例(例如0.5至0.7)的点处的接触压力值dp和sp。可选地，第二特征值获得器730可通过从最佳通道的第一脉搏波信号和第二脉搏波信号分别生成第一示波图和第二示波图来生成第三示波图，并且可通过使用生成的第三示波图来获得第二特征值。
99.此外，第二特征值获得器730可通过分析最佳通道的脉搏波信号的波形来获得第二特征值。例如，第二特征值获得器730可获得以下项中的至少一个作为第二特征值：心率、波形的形状、脉搏波信号的收缩阶段中的最大点处的时间和/或幅度、脉搏波信号的最小点处的时间和/或幅度、脉搏波信号的波形的总面积或部分面积、脉搏波信号的持续时间、构成脉搏波信号的构成脉冲的波形的幅度和/或时间等。
100.估计器740可基于由第一特征值获得器710获得的第一特征值和/或由第二特征值获得器730获得的第二特征值，来估计生物信息。例如，如上所述，估计器740可使用示波法来估计血压。可选地，估计器740可通过使用预定义的生物信息估计模型来估计生物信息。在这种情况下，生物信息估计模型可以以各种线性或非线性组合函数(例如，加法、减法、除法、乘法、对数值、回归方程等，没有具体限制)的形式被表示。
101.图9是示出根据示例实施例的估计生物信息的方法的流程图。
102.图9的方法是由根据图1a的实施例的用于估计生物信息的设备100a和根据图1b的实施例的用于估计生物信息的设备100b中的任何一个执行的估计生物信息的方法的示例。其各种实施例在以上被详细描述，因此将在以下被简要描述。
103.首先，用于估计生物信息的设备100a和100b可通过脉搏波传感器的每个通道，在911中测量第一波长的第一脉搏波信号，并且在912中测量第二波长的第二脉搏波信号。在这种情况下，第一波长和第二波长可以是不同的波长。用于估计生物信息的设备100a和100b可在从用户接收到用于估计生物信息的请求时或者如果预定标准被满足，控制脉搏波传感器。以上详细描述了用于测量对象的多个点处的脉搏波信号的多通道脉搏波传感器的各种示例。
104.用于估计生物信息的设备100a和100b可在921中基于第一脉搏波信号生成第一示波图，并且可在922中基于第二脉搏波信号生成第二示波图。
105.随后，在930中，用于估计生物信息的设备100a和100b可基于针对每个通道生成的第一示波图和第二示波图从多个通道排除不满足预定标准的通道。例如，如果脉搏波信号的半最大值全宽度(fwhm)大于或等于预定阈值，或者如果示波图中的残差的统计值(诸如，残差的和)大于或等于预定阈值，则用于估计生物信息的设备100a和100b可排除相应的通道。然而，可省略操作930。
106.接下来，在940中，用于估计生物信息的设备100a和100b可将针对每个通道生成的第一示波图和第二示波图之间的相位延迟转换成利萨如波形中的面积。
107.然后，在950中，用于估计生物信息的设备100a和100b可基于每个通道的转换的面积来确定最佳通道。例如，用于估计生物信息的设备100a和100b可基于面积大小、利萨如波形的斜率、面积的形状、从转换的面积划分的第一区域和第二区域之间的面积比等中的至少一个，来确定最佳通道。
108.随后，在960中，用于估计生物信息的设备100a和100b可通过使用确定的最佳通道来估计生物信息。例如，用于估计生物信息的设备100a和100b可选择第一示波图或第二示波图，或者可通过从第一示波图减去第二示波图来生成第三示波图，并且可通过使用选择的示波图或生成的第三示波图来估计血压。
109.图10是示出根据另一实施例的估计生物信息的方法的流程图。
110.图10的方法是由根据图1a的实施例的用于估计生物信息的设备100a和根据图1b的实施例的用于估计生物信息的设备100b中的任何一个执行的估计生物信息的方法的另一示例。其各种实施例在以上被详细描述，因此将在以下被简要描述。
111.首先，用于估计生物信息的设备100a和100b可通过脉搏波传感器的每个通道，在1011中测量第一波长的第一脉搏波信号，并且在1012中测量第二波长的第二脉搏波信号。
112.然后，用于估计生物信息的设备100a和100b可在1021中从第一脉搏波信号提取ac分量和dc分量，并且可在1022中从第二脉搏波信号提取ac分量和dc分量。
113.随后，在1030中，用于估计生物信息的设备100a和100b可基于第一脉搏波信号的ac分量的大小和dc分量的大小以及第二脉搏波信号的ac分量的大小和dc分量的大小，来获得每个通道的第一特征值。例如，用于估计生物信息的设备100a和100b可针对每个通道获得值((ac1/dc1)
÷
(ac2/dc2))作为第一特征值，值((ac1/dc1)
÷
(ac2/dc2))通过将第一脉搏波信号的ac分量的大小ac1与dc分量的大小dc1之间的比率(ac1/dc1)除以第二脉搏波信号的ac分量的大小ac2与dc分量的大小dc2之间的比率(ac2/dc2)而获得。
114.接下来，在1040中，用于估计生物信息的设备100a和100b可基于每个通道的第一特征值来确定最佳通道。例如，用于估计生物信息的设备100a和100b可将从最高的第一特征值开始按照每个通道的第一特征值的大小的从大到小的次序的一个或预定数量的通道确定为最佳通道。
115.然后，在1050中，用于估计生物信息的设备100a和100b可通过使用确定的最佳通道来估计生物信息。例如，用于估计生物信息的设备100a和100b可基于最佳通道的脉搏波信号使用示波法来估计生物信息。可选地，用于估计生物信息的设备100a和100b可通过使用最佳通道的示波图或通过分析脉搏波信号的波形来获得一个或多个第二特征值。用于估
计生物信息的设备100a和100b可基于获得的第一特征值和/或第二特征值通过使用预定义的生物信息估计模型来估计生物信息。
116.图11是示出根据示例实施例的可穿戴装置的示图。用于估计生物信息的设备100a和100b的上述实施例可安装在可穿戴装置中。
117.参照图11，可穿戴装置1100包括主体1110和带1130。
118.连接到主体1110的两端的带1130可以是柔性的，以便缠绕用户的手腕。带1130可包括彼此分离的第一带和第二带。第一带和第二带的一端连接到主体1110，并且第一带和第二带的另一端可经由连接装置彼此连接。在这种情况下，连接装置可形成为磁性连接、尼龙搭扣连接、销连接等，但不限于此。此外，带1130不限于此，并且可一体地形成为不可拆卸的带。
119.空气可被注入到带1130中，或者带1130可设置有气囊以具有根据施加到手腕的压力的变化的弹性，并且可将手腕的压力的变化发送到主体1110。
120.电池可嵌入在主体1110或带1130中，以向可穿戴装置1100供应电力。
121.主体1110可包括安装在其上的传感器部1120。传感器部1120可包括用于测量脉搏波信号的脉搏波传感器。脉搏波传感器可包括将光发射到对象(诸如，手腕或手指)的皮肤上的光源、检测从手腕或手指散射或反射的光的光接收器(诸如，接触图像传感器(cis)光学传感器、光电二极管等)。脉搏波传感器可具有用于测量对象(诸如，手腕、手指等)的多个点处的脉搏波信号的多个通道，并且每个通道可包括光源和光接收器，或者可包括多个光源和/或多个光接收器，多个光源被配置为将不同波长的光发射到对象上，多个光接收器被配置为检测从对象散射或反射的光。包括在每个通道中的光源和光接收器的数量不被限制。此外，传感器部1120还可包括被配置为测量对象(诸如，手腕或手指)与传感器部1120之间的接触力的力传感器。
122.处理器可安装在主体1110中。处理器可电连接到安装在可穿戴装置1100中的模块。如上所述，当传感器部1120获得每个通道的脉搏波信号时，处理器可确定最佳通道，并且可通过使用确定的最佳通道的脉搏波信号来估计生物信息。其详细描述将被省略。
123.此外，主体1110可包括存储装置，存储装置存储用于估计血压并且执行可穿戴装置1100的各种功能的参考信息以及由其各种模块处理的信息。
124.此外，主体1110可包括操纵器1140，操纵器1140设置在主体1110的一个侧表面上，并且接收用户的控制命令并将接收的控制命令发送到处理器。操纵器1140可具有用于输入打开/关闭可穿戴装置1100的命令的电源按钮。
125.此外，用于将信息输出到用户的显示器可安装在主体1110的前表面上。显示器可具有用于接收触摸输入的触摸屏。显示器可接收用户的触摸输入并将触摸输入发送到处理器，并且可显示处理器的处理结果。
126.此外，主体1110可包括用于与外部装置通信的通信接口。通信接口可将血压估计结果发送到外部装置(例如，用户的智能电话)。
127.图12是示出根据示例实施例的智能装置的示图。智能装置可包括智能电话、平板pc等。智能装置可包括前述用于估计生物信息的设备100a和100b的功能。
128.参照图12，智能装置1200包括主体1210和安装在主体1210的一个表面上的脉搏波传感器1230。例如，脉搏波传感器1230可包括设置在其一个或多个预定位置处的一个或多
个光源1232。一个或多个光源1232可发射不同波长的光。此外，多个光接收器1231可设置在与光源1232间隔开预定距离的位置处。然而，这仅是示例，并且脉搏波传感器1230可具有各种形状和配置。此外，用于测量手指的接触力的力传感器可在脉搏波传感器1230的下端处安装在主体1210中。
129.此外，显示器可安装在主体1210的前表面上。显示器可视觉地输出血压估计结果、健康状况评估结果等。显示器可包括触摸屏，并且可接收通过触摸屏输入的信息并将信息发送到处理器。
130.主体1210可包括如图12中所示的图像传感器1220。图像传感器1220可捕获各种图像，并且可获取例如与脉搏波传感器1230接触的手指的指纹图像。此外，当基于cis技术的图像传感器安装在脉搏波传感器1230的光接收器1231中时，图像传感器1220可被省略。
131.如上所述，处理器可基于由脉搏波传感器1230测量的脉搏波信号确定最佳通道，并且可基于确定的最佳通道来估计生物信息。其详细描述将被省略。
132.所述公开可通过使用写在计算机可读记录介质上的计算机可读代码来实现。计算机可读记录介质可以是以计算机可读方式存储数据的任何类型的记录装置。
133.计算机可读记录介质的示例包括rom、ram、cd-rom、磁盘、软盘、光学数据存储装置和载波(例如，通过互联网的数据传输)。计算机可读记录介质可分布在联网的多个计算机系统上，使得计算机可读代码被写入其中，并以分散的方式从那里被执行。所述公开所属领域的普通技术的编程人员可容易地推导出实现公开所需的功能程序、代码和代码段。
134.根据示例实施例，在此描述的组件、元件、模块和单元中的至少一个可被实现为执行上述各个功能的各种数量的硬件、软件和/或固件结构。例如，这些组件、元件和单元中的至少一个可使用可通过一个或多个微处理器或者其他控制设备的控制执行各个功能的直接电路结构(诸如，存储器、处理器、逻辑电路、查找表等)。此外，这些组件、元件和单元中的至少一个可由模块、程序或代码的一部分具体实现并由一个或多个微处理器或者其他控制设备执行，其中，模块、程序或代码的一部分包含用于执行特定逻辑功能的一个或多个可执行指令。此外，这些组件、元件和单元中的至少一个还可包括处理器(诸如，执行各个功能的中央处理器(cpu)、微处理器等)或由处理器实现。这些组件、元件和单元中的两个或更多个可被组合成执行组件、元件和单元中的组合的两个或更多个的所有操作或功能的一个单独的组件、元件或单元。此外，这些组件、元件和单元中的至少一个的功能的至少一个部分可由这些组件、元件和单元中的另一个执行。此外，虽然在以上框图中没有示出总线，但是组件、元件和单元之间的通信可通过总线执行。以上示例实施例的功能性方面可在一个或多个处理器上执行的算法中实现。此外，由块表示的组件、元件和单元或者处理操作可采用用于电子配置、信号处理和/或控制、数据处理等的任何数量的相关领域技术。
135.在此已经针对示例实施例描述了公开。然而，对于本领域技术人员将清楚的是，在不脱离公开的要旨的情况下，可进行各种修改。因此，应理解，公开的范围不限于上述实施例，而是意在包括在所附权利要求的精神和范围内包括的各种修改和等同物。