[发明专利]用于监测用户的设备和用于校准该设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监测用户的设备和一种用于校准该设备的方法。

背景技术

患者监测的应用已经被扩展到各种环境，包括传统重症监护病房（ICU）、观察病房和中等护理病房、医疗和外科护理楼以及在家。在许多这些环境中，具有在已经获得一组生命体征情况下的知识至关重要。一个关键信息点是，在监测时候的监测用户的身体姿势（例如，直立、仰卧、俯卧、左卧、右卧等）。

在临床实践中，在适当地方存在许多护理协议，其要求精确地追踪并且及时记录患者位置。一些范例包括记录生命体征、解释Screen TrendsInnovative（ST）图、预防压迫溃疡、探测离床、探测跌倒、机械通气撤机、肺炎预防等的协议。目前，微型患者监测设备是可用的，所述微型监测设备包括能够测量生命体征（诸如呼吸和脉搏率）的加速度计，并且其同时能够基于对重力的观察来测量设备的倾斜。从这些设备获得的传感器信号和关于被监测用户的身体的设备的位置和/或取向的知识中，能够估计和追踪用户的姿势。

当设备被放置在或附接至用户时，需要将在设备中的加速度计的测量参考系与用户身体的参考系对齐。然而，由于在用户的身体形状和单个设备附接中的可变性，在这些参考系之间可能有一些未对齐。为了精确地监测用户的姿势，有必要确定在测量参考系与用户身体的参考系之间的相对取向。在图1中图示了所述相对取向。

在图1中，z_b表示用户参考系的z轴，将所述z轴垂直于用户的身体对齐（即，其垂直于用户背部的平面，朝向身体的前面），y_b表示用户参考系的y轴，其大体垂直向上朝向用户的头部对齐，并且x_b表示用户参考系的x轴，其正交于y轴和z轴。尽管在尝试将加速度计的测量参考系（由轴x_a、y_a和z_a表示）与用户的参考系对齐中，设备已经被放置在或附接至用户，能够看到，归因于设备已经被附接至的身体的部分的形状，设备可能已经经历旋转，导致参考系之间的不同或未对齐。

因此，需要校准过程，以便计算该未知相对取向，并且允许精确的姿势估计。

先前提出的用于校准的方法（诸如在US6,044,297中公开的）要求用户采用多种姿势，以便记录初始状态。然而，在实践中，由于用户可能太不舒服、出于医疗理由被要求保持静止、是无意识的等，在校准过程期间请求用户配合以采用这样的一系列姿势通常是不期望的或甚至不可行的。理想地，在不具有来自用户的任何主动参与或支持的情况下，应当可能执行校准过程。

发明内容

本发明寻求提供一种用于监测用户的设备和用于校准该设备的方法，在不具有来自利用所述设备监测的用户的任何主动参与或支持的情况下，能够执行所述校准该设备的方法，使得能够从设备中获得精确的读数。

根据本发明的方面，这通过校准要被附接至用户并且用于监测用户的设备的方法来实现，所述方法包括以下步骤：（i）在将设备附接至用户之前，关于用户对齐设备，使得将设备的测量参考系大体与用户的参考系对齐，并且使用设备来获得设备关于世界参考系的取向的第一测量结果；（ii）在将设备附接至用户之后，使用设备来获得设备关于世界参考系的取向的第二测量结果；以及（iii）确定变换矩阵，所述变换矩阵用于将通过设备获得的后续测量结果变换到用户的参考系中，使用获得的第一测量结果和第二测量结果以及在步骤（i）和步骤（ii）之间设备相对于用户关于世界参考系中的垂直轴的旋转量的信息来计算变换矩阵。

第一测量结果和第二测量结果可以包括由设备经历的固有加速度的测量结果。

在步骤（i）和步骤（ii）之间设备相对于用户关于世界参考系的垂直轴的旋转量的信息可以包括，对于一些m，p∈{1，2，3}，用户参考系中的基向量β_m在垂直于重力作用方向的水平面H上的投影和设备的测量参考系中的基向量α_p到水平面H上的投影之间的角度φ_p的信息，其中，β_m和α_p不在重力方向上。

确定变换矩阵的步骤可以包括以下步骤：

计算第一坐标向量d，所述第一坐标向量d正交于第一测量结果b；

计算第二坐标向量f，所述第二坐标向量f正交于b和d；

对于i∈{1,2,3}，计算支持向量s_i和所述α基向量的尖端位于其上的圆周C₁，C₂和C₃的半径r_i；