[发明专利]用于身体安装的装置的自动取向校准

说明书

技术领域

本发明涉及用于植入或身体安装的装置相对于身体的取向的自动校准的装置、系统和方法。此外，本发明还涉及采用所述装置进行用户的姿势检测。

背景技术

随着一般的医院病房和家庭当中的患者监护变得越来越普遍，还必须对获得监测参数所处的情况进行自动评估。例如，身体姿势对心率、呼吸率等具有高度影响，因而应当根据患者的姿势对这些参数进行评估。此外，一些药物或医学装置的应用要取决于患者的活动或身体姿势。因而，身体姿势变成了医学监测或者提供诸如心脏起搏、药物输送等装置辅助治疗的重要参数。

为了确定用户的身体姿势，一般而言，采用身体安装或植入的装置中包含的三维加速度计。加速度计不仅对实际加速度敏感，而且对重力场敏感。因此，在没有大的加速度的情况下，加速度计的输出反映其相对于地球重力场的方向的取向，至少对于不仅在高频范围内灵敏的加速度计类型而言是这样。因而，所述加速度计输出的DC分量受到重力的高度地支配。一般根据重力测量加速度。因此，相对于地球表面静息的加速度计将指示向上的1g，因为地球表面上的任何点都是相对于局域惯性坐标系向上加速的。优选采用DC加速度计确定相对于地球表面的取向，具体而言，DC加速度计在低频范围内具有优越的确定加速度计的取向的性能，例如，电容加速度计、小的微机电系统（MEMS）、压电－电阻加速度计等。

因而，附着至人体的加速度计提供了不仅与这些部分的加速度相关的信息，还提供了与其相对于重力的取向相关的信息。可以采用这些取向描述姿势，例如，站立、坐下、躺卧、仰卧、俯卧等。就身体姿势而言，身体的最具区分性的部分是躯干或身躯，即，胸部和腹部的组合。

然而，要想确定身体姿势，必须首先确定结合了三维加速度计的装置相对于身体的取向。如图1所示，针对人体的躯干定义的三维坐标系（b坐标系：x_b，y_b，z_b）与针对附着至人体的加速度计或加速度计量装置定义的三维坐标系（a坐标系：x_a，y_a，z_a）一般不对准，它们具有不同的取向。这可能归因于身体的弯曲，例如，胸部的弯曲，也可能归因于放置的不准确。为了以能够实现相应的应用所需的详细程度的充分可靠性来确定加速度计坐标系（a系统：x_a，y_a，z_a）相对于人体坐标系（b系统：x_b，y_b，z_b）的取向，已知四类校准：1.目测检查，2.额外测量，3.校准过程，4.根据加速度计输出的校准。

第一校准方法是在加速度计装置附着在身体上的过程中或者是在其后发生的，其中，可以通过目测检查来评估所述装置的相对取向。其需要本领域技术人员在场，并且需要预留时间。此外，对于大部分应用而言，这些方法的准确度和精确度水平可能不够。

作为目测检查的备选，可以采用一些额外的测量装置定量地确定相对装置取向，例如，角度和距离测量或者照相机观测。这一类别尤其要求这样的额外装置的可获得性和熟练应用以及可用时间（在大多数情况下）。另一种可能性是假定充分的对准。然而这要求放置过程中的技能和注意力。并且，由于身体弯曲等原因理想的放置是不可能的。因而，偏差可能导致不断的姿势错误辨识。

对于第三种校准流程而言，可以在使加速度计量装置附着至人体的同时要求接受测量的人接连采取一组不同的明确定义的姿势。借助已知的这组姿势和在这一过程中记录的加速度计量输出，能够以足够的可靠度确定相对的装置取向，从而至少辨别出该过程中的姿势。然而，这一类中的方法的要求包括对象的配合，以及能够采取一定范围内的姿势，还需要有可用的时间。

最后一类可以是针对不需要任何额外资源的方法界定的，即，仅采用一定时间期内的不受控制的加速度计输出来确定相对装置取向。可以采用不同的加速度计量信号特征来识别姿势的具体特征。此外，这些方法可能要结合具有环境和对象特异性的知识，例如，典型的不同姿势的普及。本发明属于这一类。