本發(fā)明的方面通常涉及使用信號來確定心率的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

可利用用戶的心率作為各種健康和健身嘗試的輸入。其可用以估計能量消耗，設(shè)定鍛煉目標，確定壓力，且估計健身等級。若干裝置，其中可穿戴或便攜式裝置，用以使用光學(xué)信號來確定用戶的心率。一些可穿戴裝置并入有光學(xué)心率監(jiān)視器，其不需要胸帶。這些可穿戴裝置可提供在各種條件下估計用戶的心率的快速且容易的方法。

可能對在各種模式下確定心率感興趣。舉例來說，可連續(xù)地確定心率，例如在鍛煉期間；可在可佩戴裝置開啟時，在某一時間周期內(nèi)或連續(xù)地在后臺確定心率；以及可響應(yīng)于特定單次用戶請求來確定心率。

在一個實例中，可從通過例如脈搏血氧定量計等傳感器使用被稱作光電容積圖(ppg)的技術(shù)測得的光學(xué)信號估計心率。在其它實例中，代替脈搏血氧定量計或除脈搏血氧定量計之外，可使用led與光電二極管的組合。通過大多數(shù)方法的心率估計可經(jīng)受來自各種來源的噪聲。舉例來說，運動使光學(xué)信號的質(zhì)量嚴重降級，從而在用戶不是大體上靜止時，導(dǎo)致不準確的心率估計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在此，描述用于估計用戶的心率的系統(tǒng)和方法的一些實施方案。此類方法可包含獲得容積描記圖(pg)信號。在一些實施方案中，可從附接到或在可穿戴或移動電子裝置附近的傳感器獲得pg信號。在一個實例中，所述傳感器可為脈搏血氧定量計。所述方法還可包含基于獲得的pg信號來計算頻域pg信號。另外，所述方法可包括：從頻域pg識別一或多個特征；應(yīng)用至少一個準則來從所述一或多個特征選擇合格特征；以及使用所述合格特征來建構(gòu)頻率與時間映射中的一或多個跡線。所述合格特征可表示頻率與時間映射中的位置。換句話說，合格特征可表示一組時戳和頻率值。pg跡線可包括對應(yīng)于合格特征的此類相關(guān)位置群組。所述方法可進一步包含從所述一或多個pg跡線選擇一pg跡線，作為給定時間周期內(nèi)的心率的代表。所述選定pg跡線可用于估計用戶的心率。

在一個實例中，所述一或多個特征可對應(yīng)于頻域pg中的一或多個峰值。在其它實例中，可使用來自頻域pg的其它特征，例如寬度、面積和其它圖形特征。

在一些實施方案中，基于獲得的pg信號來計算頻域pg信號可包括將快速傅里葉變換應(yīng)用于所獲得的pg信號。在一些實施方案中，頻域pg信號可包括pg信號的功率譜。在實施方案中，計算頻域pg信號可包括應(yīng)用各種類型的傅里葉變換，例如離散時間傅里葉變換。

在一些實施方案中，所述估計心率的系統(tǒng)和方法可包含基于所獲得的加速計(acl)信號來計算頻域acl信號?？蓮膫鞲衅?例如位于可穿戴或移動電子裝置上或接近于可穿戴或移動電子裝置的加速計)獲得acl信號。所述方法可包括：從頻域acl信號識別一或多個acl特征；從來自所述頻域acl信號的所述一或多個acl特征選擇合格的acl特征；以及使用所述合格的acl特征來建構(gòu)頻率與時間映射中的acl跡線。每一合格的acl特征可表示頻率與時間映射中的acl位置。acl跡線可包括相關(guān)acl位置群組。所述方法可另外包含至少部分地基于所述acl跡線來確定是否消除一或多個pg跡線。在一些實施方案中，acl跡線可用于將物理移動和運動假影從心率區(qū)分開。在一些實施方案中，在確定應(yīng)消除所述一或多個pg跡線后，可即刻消除一或多個pg跡線。接著可基于其余pg跡線來估計心率。

在一些實施方案中，確定是否消除一或多個pg跡線可包括在acl跡線與pg跡線之間的跡線間距離小于閾值距離的情況下，消除pg跡線。

在一些實施方案中，所述系統(tǒng)和方法可包含維持一組作用中跡線。此維持一組作用中跡線可包括將具有比最大年齡老的跡線年齡的任何跡線從所述組作用中跡線去除。所述跡線年齡可為跡線中的當前時戳與前一時戳之間的差。

在一些實施方案中，建構(gòu)一或多個跡線可包括將合格特征添加到最近頻率與合格特征的頻率相差小于閾值差異的任何跡線。在一些實施方案中，如果合格特征的頻率與所述跡線的最近頻率相差超過閾值量，那么可建構(gòu)新跡線。

根據(jù)一些方面，從一或多個特征選擇合格特征的至少一個準則可包含峰值區(qū)的量值和寬度。所述峰值區(qū)可指可由某些特性識別的峰值周圍的區(qū)域。

在一些實施方案中，所述系統(tǒng)和方法可進一步包括估計心率的質(zhì)量量度。所述質(zhì)量量度可指示所估計的心率的可靠性或準確性值。

在一些實施方案中，所述系統(tǒng)和方法可進一步包括基于先驗信息來修改所估計的心率。舉例來說，在一些實施方案中，此類先驗信息可包括特定人口統(tǒng)計的加速計功率和心率對的已知概率。

在一些實施方案中，可在給定時間為所請求的時間估計心率。在一些實施方案中，所述所請求的時間可比給定時間早。在一些實施方案中，為所請求的時間估計心率可包括反向跟蹤通過心率跡線到所請求的時間。

附圖說明

以實例的方式說明本發(fā)明的方面。在附圖中，相同參考編號指示類似元件，且：

圖1說明用戶使用實施方案來監(jiān)視她的心率的簡化圖；

圖2說明依據(jù)時間的實例pg信號；

圖3說明根據(jù)一實施方案從一時刻中的一組峰值識別合格峰值的實例；

圖4說明根據(jù)一實施方案從合格峰值建立頻率與時間曲線圖中的跡線的實例；

圖5說明根據(jù)一實施方案的在給定時間一組作用中跡線的實例；

圖6是根據(jù)一實施方案的使用跡線的隨時間心率估計的實例，疊加使用胸帶的測得心率；

圖7說明根據(jù)一實施方案的用于估計用戶的心率的示范性過程；

圖8說明根據(jù)一實施方案的可與估計用戶的心率結(jié)合使用的運動抵消的示范性過程；

圖9說明根據(jù)一實施方案的用于基于先驗信息來修改心率估計的示范性過程；

圖10說明根據(jù)一實施方案的用于在給定時間為所請求的時間估計心率的示范性過程；

圖11示出根據(jù)一實施方案的實例裝置。

具體實施方式

下文提供了本發(fā)明的某些方面和實施方案。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，這些方面和實施方案中的一些可獨立地應(yīng)用并且它們中的一些可組合應(yīng)用。在以下描述中，出于闡釋的目的，陳述特定細節(jié)以便提供對本發(fā)明的實施方案的透徹理解。然而，將明白，可在無這些特定細節(jié)的情況下實踐各種實施方案。圖式和描述無意為限制性的。

以下描述僅提供示范性實施方案，且無意限制本發(fā)明的范圍、適用性或配置。實際上，示范性實施方案的以下描述將為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員提供用于實施示范性實施方案的啟發(fā)性描述。應(yīng)理解，在不脫離如在所附權(quán)利要求書中所陳述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對元件的功能和布置進行各種改變。

在以下描述中給出特定細節(jié)以提供對實施方案的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將理解，可在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐所述實施方案。舉例來說，電路、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、過程和其它組成部分可以框圖形式展示為組成部分，以免以不必要的細節(jié)混淆實施方案。在其它情況下，可在沒有不必要的細節(jié)的情況下示出眾所周知的電路、過程、算法、結(jié)構(gòu)以及技術(shù)以便避免混淆實施方案。

并且，應(yīng)注意，個別實施方案可描述為經(jīng)描繪為流程圖、作業(yè)圖、數(shù)據(jù)流圖、結(jié)構(gòu)圖或框圖的過程。盡管流程圖可將操作描述為循序過程，但許多操作可并行或同時執(zhí)行。另外，可重新布置操作的順序。過程在其操作完成時終止，但可具有不包含在圖中的額外步驟。過程可對應(yīng)于方法、函數(shù)、程序、子例程、子程序等。當過程對應(yīng)于函數(shù)時，過程的終止可對應(yīng)于函數(shù)返回到調(diào)用函數(shù)或主函數(shù)。

術(shù)語“計算機可讀媒體”包含但不限于便攜式或非便攜式存儲裝置、光學(xué)存儲裝置以及能夠存儲、包含或運載指令和/或數(shù)據(jù)的各種其它媒體。計算機可讀媒體可能包含非暫時性媒體，在非暫時性媒體中可以存儲數(shù)據(jù)，并且非暫時性媒體并不包含無線地或在有線連接上傳播的載波和/或暫時性電子信號。非暫時性媒體的實例可包含(但不限于)磁盤或磁帶、光學(xué)存儲媒體，例如光盤(cd)或數(shù)字通用光盤(dvd)、快閃存儲器、存儲器或存儲器裝置。計算機可讀媒體可具有存儲在其上的可表示過程、函數(shù)、子程序、程序、例程、子例程、模塊、軟件包、類別的代碼和/或機器可執(zhí)行指令，或指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或程序語句的任何組合。代碼段可通過傳遞和/或接收信息、數(shù)據(jù)、自變量、參數(shù)或存儲器內(nèi)容而耦合到另一代碼段或硬件電路。信息、自變量、參數(shù)、數(shù)據(jù)等可經(jīng)由包含存儲器共享、消息傳遞、令牌傳遞、網(wǎng)絡(luò)傳輸或類似物的任何合適的手段傳遞、轉(zhuǎn)發(fā)或傳輸。

此外，實施方案可由硬件、軟件、固件、中間件、微碼、硬件描述語言或其任何組合來實施。當以軟件、固件、中間件或微碼實施時，用以執(zhí)行必要任務(wù)的程序代碼或代碼段(例如，計算機程序產(chǎn)品)可存儲在計算機可讀或機器可讀媒體中。處理器可執(zhí)行必要任務(wù)。

用戶可在至少三種情形中從移動或可佩戴裝置請求心率估計：(1)在用戶接近地監(jiān)視速率時，在鍛煉周期期間連續(xù)地；(2)在后臺悄悄地，以稍后審閱并計算總結(jié)統(tǒng)計；(3)作為所關(guān)注的時間的單次請求。

圖1是用戶100使用根據(jù)一實施方案的可佩戴裝置120來監(jiān)視她的心率(例如在活動之后)的圖解。用戶100的心率以她的血流或脈搏反映，且通過血管(例如血管110)，傳送到她的身體的接近可佩戴裝置120的區(qū)域。

可佩戴裝置120可使用例如光學(xué)信號來估計用戶的心率。在此類方法中，光從可佩戴裝置120中非常接近于用戶皮膚的傳感器中的led發(fā)出，例如在圖1中的用戶手腕上。在其它實例中，所述傳感器可接近于用戶的手指或其它區(qū)域。光在進入用戶的身體之后散射(或部分反射)。散射的光由光電傳感器或所述傳感器中的光電二極管檢測，其測量散射的光的強度。在實施方案中，所述傳感器可為可基于氧吸收率測量結(jié)果的脈搏血氧定量計。

所述光中的一些可通過傳感器與用戶的皮膚之間的物理物體散射；所述光中的一些可通過用戶的皮膚的表面散射；以及所述光中的一些可通過就在用戶皮膚的表面下面的層(包括血管)散射。具有血流的層所散射的光可對心率測量結(jié)果最有效，因為此類層的特性隨著用戶的脈搏而改變。因此，來自這些層的散射光的特性包含指示用戶的脈搏或心率的特性。

然而，散射光可很大程度上受用戶的移動影響。舉例來說，如果用戶正彎曲她的手指，那么即使輕度的肌肉收縮和肌腱移動也可足以影響散射光。為了準確地估計用戶的心率，可需要將此類運動假影和其它噪聲從散射光濾除。散射光的特性也可基于例如膚色等若干特性而在人與人之間不同。因此，形成到所述傳感器以用于心率估計的輸入信號的散射光可包含不表示用戶的心率的噪聲。

一般來說，差信噪比可至少起因于：來自一些個人的低質(zhì)量心率信號，歸因于其生理(深色皮膚、白皙皮膚、紋身、頭發(fā)、手腕的血管形成)、傳感器與用戶的皮膚之間的差機械耦合(所述傳感器可距皮膚多近)、因肌肉收縮而導(dǎo)致的用戶內(nèi)部組織的移動，或來自用戶的活動或交通工具(例如當用戶在汽車或自行車上時)的較高等級的運動。心率通常以每分鐘心跳次數(shù)(bpm)來報告其，其可通過除以60轉(zhuǎn)換為赫茲(hz)。信號的頻率可例如以bpm表達。

盡管在說明書中參考散射光(血管容積圖或ppg)來闡述，但可結(jié)合其它光學(xué)或非光學(xué)信號來使用相同或類似技術(shù)。舉例來說，不同種類的容積描記圖(pg)(測量身體部位的容積)信號，例如血管容積圖(ppg)或電感容積描記圖，可用作所描述的方法和裝置的輸入信號。

在一些實例中，可佩戴裝置120還可包含加速計。所述加速計可檢測和測量可佩戴裝置120的加速度，并將加速計輸入提供到可佩戴裝置120。所述加速計可用以測量可佩戴裝置120的加速度。在實施方案中，所述加速計可包含單軸或多軸加速計，且可用以檢測測得加速度的量值和方向作為向量數(shù)量。

圖2是依據(jù)時間的所獲得pg信號的實例。根據(jù)實施方案，可通過移動裝置獲得pg信號200，且用于心率估計。pg信號200可表示如由可佩戴裝置120中的傳感器接收?？蓮膒g信號200提取一或多個時刻210。兩個時刻可重疊，例如兩個10秒時刻，其偏移了一秒，重疊了9秒。從pg信號提取的每一時刻可作為塊或單元來處理。舉例來說，可通過反復(fù)地使后續(xù)時刻的開始時間前進1秒，來循序地從所獲得的pg信號提取兩個或更多個時刻。

接著可從每一時刻的pg信號計算頻域pg。舉例來說，針對每一時刻，可對pg信號執(zhí)行快速傅里葉變換(fft)，或其它傅里葉變換，或其它頻域變換。在使用頻域曲線圖的映射的視覺表示中，信號強度(例如fft的信號或系數(shù)的振幅或功率)可表達為存在于信號中的各種頻率的函數(shù)。

圖3說明從頻域pg識別一或多個特征的實例。在圖3中所示的實例中，識別一或多個合格峰值。在其它實例中，可識別其它特征，例如合格谷值或谷線、寬度、局部極大值、閾值等。圖3說明曲線圖300，其中y軸表示相對fft值(指示信號強度)，且x軸是以bpm表達的頻率。曲線圖300中的峰值310，由橢圓形指示，已經(jīng)被識別為合格峰值；另一方面，峰值330尚未被識別為合格峰值。

如圖3中所示，可將各種準則應(yīng)用于曲線圖300，以識別峰值，且進一步識別合格峰值。曲線圖300中的峰值可表示頻域中的局部最大值。在曲線圖300中，峰值是峰值310和330。由三角形表示的點320是在此處相對振幅已降低某一百分比(在所述實例中，降低超過一半)的點。

若干準則或選擇測試可單獨或組合使用，來從所述峰值識別合格峰值。舉例來說，為了成為合格峰值，峰值的振幅與功率譜的最大振幅的比率可能必須超過某一閾值。此測試可濾除可能是噪聲的低振幅頻率。為了成為合格峰值，峰值的半功帶寬可必須小于閾值。換句話說，可濾除非常寬的峰值。為了成為合格峰值，峰值的頻率可必須處于某一區(qū)間內(nèi)。舉例來說，為了成為合格峰值，所述峰值可必須處于40到250bpm的范圍內(nèi)，因為此范圍之外的頻率將可能不表示人體心率，至少在其中可能使用實施方案的情境中。

在不同實施方案中可使用其它準則。在一些實施方案中，如果鄰近峰值滿足某些準則，那么可組合鄰近峰值。舉例來說，頻率和/或振幅中靠近在一起的峰值可組合為一個峰值。盡管針對頻域pg的實例來說明，但結(jié)合圖3闡述的方法可用以識別其它頻域信號(例如頻域加速計信號)中的峰值和合格峰值。例如在下文描述的方法中，加速計信號可與pg信號結(jié)合使用來進行運動抵消。

返回到圖3，峰值310是已通過了所述實施方案中所使用的所有準則的合格峰值。另一方面，峰值330尚未通過一或多個檢核準則，且因此尚未被選為合格峰值。峰值可由至少一對值表征：振幅(或功率)和頻率。所述頻率可例如以bpm、hz或fft倉數(shù)目來表達。每一合格峰值可被指派一時戳。所述時戳可表示正處理的時刻的時間。

合格峰值可用以形成bpm與時間曲線圖中的跡線曲線圖。所述跡線曲線圖是有助于視覺說明關(guān)系的頻率與時間映射的一個實例。圖4是使用頻域pg400來形成時刻t＝14s的跡線曲線圖450的實例的說明。在頻域pg400中，已使用圓和其它曲線圖符號來識別了合格峰值。峰值410是通過所有檢核準則的合格峰值的實例。跡線曲線圖450中的每個曲線圖符號(例如三角形、正方形、圓形)，下文被稱作“位置”，表示一合格峰值，且每個時刻添加一組合格峰值。盡管在視覺表示中表示為“點”或位置，但在概念上，圖4中的點是指對應(yīng)于峰值的頻率時間對。如圖4中所示，t＝14s處的跡線曲線圖450包含從t＝1s到t＝14s的所有后續(xù)時刻的合格峰值。

跡線曲線圖450中與峰值410的對應(yīng)點是點410'。與峰值410相關(guān)聯(lián)的頻率是以bpm表達的線420。線420'表示跡線曲線圖450中的相同頻率。盡管未在跡線曲線圖450中表達，但點410'也具有相關(guān)聯(lián)的相對fft值，其為曲線圖400中的y軸值?？衫缤ㄟ^使fft振幅除以針對所有時刻在頻域pg中碰到的最大fft振幅來獲得相對fft值。

在跡線曲線圖450中，當獲得來自新時刻的數(shù)據(jù)時，將位置分組在一起，以建立或建構(gòu)“跡線”。通過識別可表示隨時間接近相關(guān)的峰值的位置來建構(gòu)跡線。舉例來說，在不同時刻以大致相同的頻率出現(xiàn)的峰值可具有相同起因，且可形成跡線曲線圖450中的跡線。在跡線曲線圖450中，此類跡線的一個實例是跡線460。

在跡線曲線圖450中，可使用若干準則來決定位置必須屬于哪一或哪些跡線，是否開始新的跡線。換句話說，可使用若干準則來確定位置是否與時間上較早的其它位置有關(guān)。每一跡線可捕獲位置(表示合格峰值)在當時的一個可能過去歷史。盡管每一跡線在每一時刻可含有至多一個位置，但針對每一時刻，給定位置可屬于多于一個跡線，表示所述位置的多于一個可能歷史。跡線可在時間上含有間隙。因此，對于跡線曲線圖450中的每一時間值，給定跡線可不含有或含有一個位置。

在一個實施方案中，為了從曲線圖400形成跡線曲線圖450，以相對fft值的遞減次序來處理合格峰值。將對應(yīng)于合格峰值的位置添加到最近頻率與合格峰值的頻率相差小于最高頻率差dmax的任何跡線。如果峰值不比dmax更接近任何作用中跡線，那么所述合格峰值可變?yōu)樾伦饔弥雄E線中的位置。

在任何給定時間，可維持一組作用中跡線。當接收到用于新時刻的數(shù)據(jù)時，可更新所述組作用中跡線。當時間前進一個單位時，可通過(a)從所述組作用中跡線去除跡線年齡比指定最大年齡amax老的任何跡線；和/或(b)去除最近歷史與長得多的跡線的最近歷史一致的短跡線，來精簡先前組的跡線?？衫^續(xù)維持長跡線。所述跡線年齡可為跡線中的當前時戳與前一時戳之間的差。

圖5包含表500，其為在給定時間(在所述實例中，t＝14s)維持的一組實例作用中跡線。在所述實例中，維持十個作用中跡線，包含與每一跡線的長度有關(guān)的信息、每一跡線的跡線平均振幅，以及(如果存在的話)已選擇哪一跡線作為心率的代表。跡線平均振幅可表示跡線的數(shù)目n個最近峰值的平均振幅。n可表示可基于條件來調(diào)整的閾值?？梢匀舾煞绞絹碛嬎阚E線平均振幅，例如通過移動窗平均或通過使用數(shù)字低通濾波器。在表500中，以任意單位來指示跡線平均振幅。

在表500中所示的實例中，已將對應(yīng)于來自圖4的跡線460的跡線3選擇為心率的代表。選擇跡線作為心率的代表可基于若干準則來進行。舉例來說，可丟棄沿時間軸的極短跡線?？雌饋黼S時間的推移而合并的兩個或更多個跡線可彼此組合?？稍试S跡線在時間上具有小間隙。在小時間間隔之后，跡線的建構(gòu)可恢復(fù)。然而，如果間隙非常大，那么新跡線的建構(gòu)可開始。

可根據(jù)各種準則(例如，其長度或其平均振幅)來定其余精簡組的跡線的等級，且可選擇最高分級跡線作為心率的代表。在其它實施方案中，可基于若干準則，從精簡跡線列表選擇跡線作為心率的代表。舉例來說，具有較高平均跡線振幅的跡線可為優(yōu)選的；較長跡線可比較短跡線優(yōu)選；且具有較少或不具有時間間隙的跡線可比具有較長間隙的跡線優(yōu)選。其它跡線可作為噪聲、和聲或運動假影而丟棄。

明確地說，在一些實例中，可通過以下步驟來精簡所述組跡線：(a)排除具有少于lmin時間單位的任何跡線(前提是算法已運行了大于lmin個時間單位)；(b)保持具有最大跡線平均振幅的某一數(shù)目的跡線。對于最近樣本，可例如通過有限脈沖響應(yīng)(fir)或無限脈沖響應(yīng)(iir)濾波器，來較重地加權(quán)跡線平均幅值?？赏ㄟ^可將此類特征視為跡線長度(以時間單位計)、跡線中的峰值振幅時間系列的統(tǒng)計、跡線中的時間間隙的數(shù)目、其它跡線的數(shù)目等等的經(jīng)訓(xùn)練的分類器來對其余跡線進行評分。可使用機器學(xué)習(xí)技術(shù)來訓(xùn)練分類器?？苫诰哂凶罡叻诸惼鞯梅值嫩E線中的最終峰值的頻率來報告原始心率。在一些實施例中，在報告原始心率之前，可進一步使其平滑并對其進行濾波。在一些情況下，可在精簡過程中消除所有作用中跡線，不留下跡線作為心率的代表。在此類情形中，可得出心率未知的結(jié)論。

圖6是根據(jù)一實施方案的隨時間的實例跡線曲線圖600。跡線曲線圖600示出用于pg信號的跡線計算機的實例，且已根據(jù)上文所述的方法建立。在圖6中所示的時刻，已選擇跡線610作為心率的代表。線620表示如由帶扣在用戶的胸腔周圍的消費者級胸腔帶測量的真實心率。從跡線曲線圖600，明白跡線610非常準確地跟蹤實際心率。

在一些實施方案中，可通過運動抵消來將來自運動的假影與來自用戶的心率的信號區(qū)分開。在這些實施方案中，可為pg信號和加速計(acl)信號獨立執(zhí)行跡線處理。運動抵消可基于一般原理，即靠近pg傳感器定位或機械耦合到pg傳感器的加速計或包括pg傳感器的裝置可測量pg傳感器的移動。

在此類實施方案中，每一跡線可表達為跡線中的每一位置的時間、頻率和振幅的經(jīng)排序三元組的向量。舉例來說，每一位置的時間可以秒、bpm中的頻率以及相對(無量綱)單位的振幅來表達。使用每一可采納對的acl和pg跡線(向量)，可計算跡線間距離，例如作為所述距離的均方根、絕對均值或其它量度?？稍诎赼cl和pg跡線兩者中的時間子集內(nèi)，從所述跡線的經(jīng)排序的三元組計算此跡線間距離。如果acl跡線與pg跡線之間的跡線間距離小于閾值最小距離dmin，那么可將pg跡線作為“運動假影”丟棄。留存下來的pg跡線可用于估計心率。

在實施方案中，為了避免過量的計算，通過僅保持具有大于閾值的平均振幅的acl跡線的子集，加速計量值跡線的數(shù)目與pg跡線相比可受限。類似地，所保持的最大跡線歷史可限于最近位置區(qū)段。

在一些實施方案中，可連同或結(jié)合心率估計來提供質(zhì)量量度。所述質(zhì)量量度可提供所報告的心率的可靠性和/或準確性的指示。在實施方案中，可基于用于使用例如上文所描述的方法的方法來估計心率的跡線的特性來計算此質(zhì)量量度。所述質(zhì)量量度可例如用以確定是否應(yīng)向用戶顯示心率估計。如果所述質(zhì)量量度指示心率估計不可靠，那么可不向用戶顯示此心率，或以其它方式向用戶提供此心率。

在一些實施方案中，質(zhì)量量度可線性或非線性地組合從與pg信號有關(guān)的跡線曲線圖和信息獲得的若干分量。舉例來說，所述質(zhì)量量度可并入有以下各項中的一或多者：留存下來的跡線在心率估計的時刻的和聲關(guān)系的度量；選擇作為心率的代表的跡線的“平滑度”的全局度量(例如通過查看第二差、總變化或差的過零點的數(shù)目來估計)；跡線長度；以及選擇作為心率的代表的跡線中的平均信號強度(例如功率)。

圖7說明根據(jù)一實施方案的用于估計用戶的心率的示范性過程700。在框710處，過程700包含獲得容積描記圖(pg)信號。在一個實例中，pg信號可為血管容積圖(ppg)，但pg信號的其它實例可包含電感體積描記法等。在ppg的情況下，光信號可由傳感器中或接近于傳感器的led產(chǎn)生，且可從用戶的皮膚或皮下組織或其它身體部位散射或部分反射。散射的光可由pg傳感器獲得。pg傳感器可例如由可檢測光的光電二極管組成。

在框720處，過程700包含基于所獲得的pg信號來計算頻域容積描記圖(pg)。可使用若干方法來將pg信號轉(zhuǎn)換到頻域，例如傅里葉變換、快速傅里葉變換(fft)、小波變換等。在頻域pg中，pg信號的信號強度(例如功率、振幅、fft系數(shù))可表達為頻率的函數(shù)。所述計算可由位于裝置中的一或多個處理器執(zhí)行。在實施方案中，所述處理器可為位于裝置中的心率引擎的一部分。

在框730處，過程700包含從頻域pg識別一或多個特征。在實施方案中，可從頻域pg識別峰值或峰值區(qū)。在此類實施方案中，可使用各種準則來識別峰值。舉例來說，峰值可表示信號振幅的局部最大值?？墒褂醚b置中的一或多個處理器來識別所述一或多個特征。在一些實施方案中，所述處理器可為位于裝置中的心率引擎的一部分。

在框740處，過程700包含應(yīng)用至少一個準則來從所述一或多個特征選擇合格特征。在實施方案中，準則的應(yīng)用以及合格特征的選擇可由位于心率引擎中的峰值選擇器引擎執(zhí)行。上方已闡述了可用以選擇合格特征(例如合格峰值)的準則的實例。

在框750處，過程700包含建構(gòu)頻率與時間映射中的一或多個跡線，其中跡線包括相關(guān)位置群組。在實施方案中，位置可表示特征。上文參考跡線曲線圖來描述建構(gòu)頻率與時間曲線圖的實例。在實施方案中，建構(gòu)跡線可包含：將合格特征添加到最近頻率與合格特征的頻率相差小于閾值差的任何跡線；以及在合格特征的頻率與所述跡線的最近頻率相差超過閾值量的情況下，建構(gòu)新的跡線。在實施方案中，頻率與時間映射可由位于心率引擎中的跡線建立器引擎來建構(gòu)。

在框760處，過程700包含從頻率與時間映射中的一或多個跡線選擇一跡線，作為心率在給定時間周期內(nèi)的代表。在任何給定時間，可維持作用中跡線的列表。從作用中跡線的列表選擇一跡線的過程可涉及基于若干準則來精簡所述列表。上方已闡述了此類準則的實例。在實施方案中，圖8的程序800可用以消除零或零個以上跡線。在實施方案中，作為心率的代表的跡線的選擇可由位于心率引擎中的跡線選擇器引擎執(zhí)行。

在框770處，過程700包含使用選定跡線來估計用戶的心率。在圖7中未描繪的一些實施方案中，不選擇跡線來作為心率指示。在此類實施方案中，過程700可包含傳送無法估計用戶的心率的信息。在實施方案中，過程700可包含維持一組作用中跡線，其中維持所述組作用中跡線包括從所述組作用中跡線去除跡線年齡比最大年齡老的任何跡線。

圖8說明根據(jù)另一實施方案的用于在估計用戶的心率的過程中基于運動抵消來消除一或多個pg跡線的示范性過程800。在實施方案中，程序800可與過程700結(jié)合使用，例如在框760處，以確定是否消除跡線。在框810處，過程800包含基于所獲得的頻域加速計(acl)信號來計算acl信號。在實施方案中，acl可定位于接近于pg傳感器，且安裝成使得acl傳感器與pg傳感器之間不存在相對運動。acl受導(dǎo)致pg信號中的噪聲的移動影響，且大體上測量所述移動。此類acl讀數(shù)可用以識別頻率與時間映射中的運動假影，且消除所述運動假影。

在框820處，過程800包含從頻域acl信號識別一或多個acl特征。在一些實施方案中，所述特征可為頻域acl中的峰值。在框830處，過程800包含從來自頻域acl信號的一或多個acl特征選擇合格的acl特征。所述選擇可基于類似于上文參考頻域pg論述的準則的一或多個準則。在框840處，過程800可包含使用合格的acl特征來建構(gòu)頻率與時間映射中的acl跡線，每一合格的acl特征表示頻率與時間映射中的acl位置，其中acl跡線包括相關(guān)acl位置群組。在一些實施方案中，可在與pg跡線相同的曲線圖中建構(gòu)此類acl跡線；在其它實施方案中，可建構(gòu)單獨的acl跡線曲線圖。

在框850處，過程800可包含至少部分地基于acl跡線來確定是否消除一或多個pg跡線?？衫缛缟衔乃枋鐾ㄟ^使用acl和pg跡線向量來作出此確定。在框860處，過程800包含在確定應(yīng)消除一或多個pg跡線后，即刻消除所述一或多個pg跡線。過程800中的一或多個步驟可由心率引擎的組件進行。

在一些實施方案中，可將一或多個增強或特征添加到上文所述的方法。舉例來說，因為類似心率的周期性信號在基頻及其積分倍數(shù)具有頻譜峰值，所以可通過檢查候選跡線之間的和聲關(guān)系且針對最終心率估計，且選擇對應(yīng)于基本心率頻率的一個和聲關(guān)系來擴增跡線選擇。

此外，可為不同種類的心率請求(來自用戶或來自裝置)定制心率估計。舉例來說，在“單次”心率請求中，可僅在質(zhì)量因子超過嚴格閾值時才報告心率。這是因為在單次請求中，用戶可能對他或她的心率的準確估計感興趣。另一方面，當用戶請求連續(xù)監(jiān)視心率時，例如在鍛煉期間，可將較多優(yōu)先權(quán)放置在通過時間的估計的可用性上，而不是心率的一個任何單一測量結(jié)果上。

在一些實施方案中，可使用“自動切換”機制。在自動切換機制下，對心率的質(zhì)量的約束可開始變得嚴格。舉例來說，對于心率的第一估計，對質(zhì)量的約束可較高，使得心率的第一估計高度準確。隨后，對質(zhì)量的約束可放松，使得用于連續(xù)監(jiān)視的心率的可用性較高。在一些實施方案中，初始準確估計的心率可用作后續(xù)心率測量的向?qū)А?/p>

在實施方案中，可使用額外信息或先前已知信息，或原本已知的信息(本文稱為“先驗信息”)來改進心率估計。在某些條件下，例如低信號條件或高噪聲條件，心率可能難以與其它噪聲來源區(qū)分開。在這些情境中，可使用先驗信息來擴增或改進心率估計。先驗信息還可包含在進行心率的估計之前搜集的可用以改進估計的知識。

舉例來說，先驗信息可包含一般信息，例如人口的給定區(qū)段的靜止心率將在某一范圍內(nèi)的概率?？舍槍Ω鱾€區(qū)段(例如健康的人)，且基于年齡、性別和其它人口統(tǒng)計信息來計算所述概率。先驗信息還可包含特定針對先前可能已測量或估計的特定用戶的信息。舉例來說，對于可佩戴裝置的用戶，先驗信息可指示用戶的靜止基線心率在80bpm附近的范圍內(nèi)。

先驗信息的其它實例可包含：人口的一區(qū)段或若干區(qū)段的靜止心率的已知概率；人口的移動與心率之間的相關(guān)的已知概率(例如加速計讀數(shù)與對應(yīng)心率的通過對)；基于先前保存的先前心率估計期間(兩者均為靜止)和活動期間的加速計讀數(shù)與心率的良好質(zhì)量對來估計的用戶心率的概率；基于心率的動態(tài)模型與保存的良好質(zhì)量“三元組”(加速計讀數(shù)、心率和活動時間)所建立的活動來估計的活動周期之后的用戶心率的概率；在最近過去期間，通過遞歸地計算均值或中值心率(任選地由質(zhì)量加權(quán))來估計的用戶心率的估計概率?？墒褂闷渌椒ê蛡鞲衅鱽砉烙嫽顒樱婊蚪Y(jié)合先驗信息的捕獲期間的加速計讀取。

可以各種方式使用先驗信息。在一個實施方案中，如果質(zhì)量估計顯示當前心率估計中的低置信度，那么可使用先驗信息來修改(通過調(diào)整或混合或其它手段)心率。舉例來說，當所估計的心率不切實際地變化(其可在存在高噪聲時發(fā)生)時，所估計的心率可增加或減小，以使所述估計在基于先驗信息的期望值內(nèi)。與先驗信息的混合量可取決于所估計心率的質(zhì)量。舉例來說，在估計過程的低質(zhì)量部分期間，可應(yīng)用較多平滑，且在估計的高質(zhì)量部分期間，應(yīng)用較少平滑。在其它實施方案中，所估計的心率可限于基于先驗信息設(shè)定的邊界內(nèi)。舉例來說，可將心率限制為當前心率估計將高于用戶的靜止心率，或用戶的基于活動的預(yù)期心率，如由加速計讀數(shù)與心率的組合的先前估計所確定。

圖9說明根據(jù)一實施方案的用于基于先驗信息來修改心率估計的示范性過程900。在框910處，程序900包含例如通過使用過程700，基于測得的pg信號來估計心率。在框920處，過程900包含基于先驗信息來修改所估計的心率。所估計心率的修改可包含：將先驗信息與所估計的心率混合；基于先驗信息來設(shè)置對所述心率的限制，或兩者的組合。在框930處，過程900包含輸出經(jīng)修改的心率。在實施方案中，過程900可由裝置上的心率引擎中的智能估計器引擎執(zhí)行。

在其中用戶對心率作出單次請求(例如在重鍛煉之后)的實施方案中，心率估計可能不可用，直到各種測量和計算完成為止。此請求可由到可佩戴裝置中的用戶輸入作出，例如通過按壓按鈕，或激活可佩戴裝置上的應(yīng)用程序中的特征。在一些情況下，心率估計可僅在從請求時間開始若干秒之后可用?？蓪⒐烙嫳旧泶_定為可靠的，以僅在請求之后若干秒報告，且所報告的心率可指所述請求之后若干秒的心率。然而，到這時，心率可改變，有時大幅度改變。舉例來說，僅在鍛煉之后，所報告的心率可能不是請求時的心率，因為心率在介入時間期間恢復(fù)。

在一些實施方案中，心率可在時間上向后投影到作出單次請求的時間。舉例來說，在其中使用上文所描述的方法的實施方案中，即當使用跡線來估計心率時，向后投影可涉及向后跟蹤通過心率跡線到所請求的時間。當使用估計心率的其它方法時，可使用與先前心率估計的歷史的配合來提取時間上向后的趨勢。在實施方案中，可提供心率的兩個輸出：輸出時的心率的一個估計，以及指代請求時間的心率的一個估計。第一請求時的心率估計是在初始請求之后報告的單個值。

圖10說明根據(jù)一實施方案的用于在給定時間為所請求的時間估計心率的示范性過程1000。在框1010處，過程1000包含接收心率請求。在框1020處，過程1000包含在給定時間為給定時間估計心率。換句話說，所述心率可對應(yīng)于給定時間的心率。在框1030處，過程1000包含在給定時間為所請求的時間估計所述心率。這可涉及將心率向后投影到所請求的時間。在框1040處，過程1000包含提供對應(yīng)于給定時間、所請求的時間或這兩者的所估計心率作為輸出。

圖11示出根據(jù)一實施方案的實例計算機系統(tǒng)或裝置1100。計算機系統(tǒng)或裝置的實例包含桌上型計算機、膝上型計算機、平板計算機、個人數(shù)據(jù)助理、智能電話、可穿戴心率估計器或監(jiān)視器，和/或任何其它類型的經(jīng)配置以用于執(zhí)行計算的專用機器。

如圖11中所示，裝置1100包含一或多個硬件元件。所述硬件元件可包含：具有一或多個處理器1110的處理單元，包含(不限于)一或多個通用處理器和/或一或多個專用處理器(例如數(shù)字信號處理芯片、圖形加速處理器和/或類似者)；一或多個輸入裝置1140，其可包含(不限于)麥克風(fēng)1120遙控器、鼠標、鍵盤和/或類似者；以及一或多個輸出裝置，其可包含(不限于)顯示器1130、揚聲器1150，或未圖示的其它輸出裝置(例如呈現(xiàn)裝置、打印機和/或類似者)。

裝置1100可進一步包含以下各項(和/或與以下各項通信)：非暫時性存儲器1160，其可包括(不限于)本地和/或網(wǎng)絡(luò)可存取的存儲裝置，和/或可包含(不限于)磁盤驅(qū)動器、驅(qū)動陣列、光學(xué)存儲裝置、固態(tài)存儲裝置(例如隨機存取存儲器)和/或只讀存儲器，其可為可編程的、可快閃更新的和/或類似者。此類存儲器可經(jīng)配置以實施任何適當?shù)臄?shù)據(jù)存儲裝置，包含(不限于)各種文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和/或類似物。

裝置1100還可包含通信系統(tǒng)1170，其可包含(不限于)調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡(無線和/或有線)、紅外通信裝置、無線通信裝置和/或芯片組，例如藍牙裝置、402.11裝置、wifi裝置、wimax裝置、蜂窩式通信設(shè)施，例如gsm(全球移動通信系統(tǒng))、w-cdma(寬帶碼分多址)、lte(長期演進)等，和/或類似者。通信系統(tǒng)1170可準許與網(wǎng)絡(luò)(如作為一個實例，下文所描述的網(wǎng)絡(luò))、其它計算機系統(tǒng)和/或本文中所描述的任何其它裝置交換數(shù)據(jù)。在許多實例中，裝置1100可進一步包含工作存儲器，其可包含隨機存取存儲器和/或只讀存儲器裝置，如上文所描述。

裝置1100還可包括位于工作存儲器內(nèi)的軟件元件，包含操作系統(tǒng)、裝置驅(qū)動器、可執(zhí)行庫和/或其它代碼，例如一或多個應(yīng)用程序，其可包括由各種實例提供的計算機程序，和/或可設(shè)計成實施方法，和/或配置系統(tǒng)，由其它實例提供，如本文所述。舉例來說，相對于上文所論述的方法而描述的一或多個程序，和/或系統(tǒng)組件可實施為可由計算機(和/或計算機內(nèi)的處理器)執(zhí)行的代碼和/或指令；在一方面，接著，可使用此類代碼和/或指令來配置和/或調(diào)適通用計算機(或其它裝置)來根據(jù)所描述的方法執(zhí)行一或多個操作。

如圖11中所示，裝置1100包含傳感器套件1180。傳感器套件1180可包括根據(jù)本發(fā)明的原理操作的加速計1181。加速計1181可定位成物理接近傳感器套件1180中的其它傳感器，且安裝成與pg傳感器(包含pg傳感器1185)成剛性關(guān)系。在一個實例中，pg傳感器1185可包括pg傳感器，例如脈搏血氧定量計。在實施方案中，pg傳感器1185可包括一或多個光源(例如led)，以及一或多個光檢測器(例如光電檢測器)。pg傳感器1185可經(jīng)配置以接收pg信號。傳感器套件1180可包含其它傳感器，包含(但不限于)陀螺儀1182、心電描記法傳感器1183和環(huán)境傳感器1184。

如圖11中所示，裝置1100包含心率引擎1190。心率引擎1190可包含一或多個處理器，以及存儲在非暫時性計算機可讀存儲媒體中的指令。心率引擎1190可包含特征選擇器引擎1191，其經(jīng)配置以從頻域pg信號(例如，由pg傳感器1185捕獲的pg信號)選擇合格特征。心率引擎1190可進一步包含跡線建立器引擎1192，其經(jīng)配置以根據(jù)本發(fā)明建立頻率與時間曲線圖或跡線曲線圖。心率引擎1190還可包含跡線選擇器引擎1193，其經(jīng)配置以選擇跡線作為心率的代表。

在所描繪的實施方案中，心率引擎1190還可包含質(zhì)量量度估計器引擎1194；智能估計器引擎1195，其可經(jīng)配置以存儲先驗信息并使用先驗信息來估計心率；以及向后投影儀引擎1196。其它實施方案可不包含以上引擎中的一或多者。

盡管已經(jīng)以特定地針對結(jié)構(gòu)特征和/或方法動作的語言來描述標的物，但應(yīng)理解，所附權(quán)利要求書中所界定的標的物未必限于上文所描述的具體特征或動作。事實上，上文所描述的特定特征和動作是被揭示作為實施權(quán)利要求書的實例形式。