带无线耳机的ECG、心脏和肺部声音监测系统的制作方法

带无线耳机的ecg、心脏和肺部声音监测系统
技术领域
1.本公开一般涉及便携式心肺活动监测器、便携式心电图(ecg/ekg)监测系统、便携式电子录音系统等类似设备。更具体地，本公开涉及一种集成心肺活动测量传感器、录音系统和耳机的装置。


背景技术：

2.运动是许多人保持健康生活方式的一个重要因素。人们发现跟踪和记录心肺活动数据是有利的，尤其是在体育锻炼期间。已知有许多设备被设计用于监测人类心脏的活动。例如，最常见的设备是包括胸带的心率监测器，该胸带具有两个电触点，这些电触点应该接触用户的胸部并使心率监测器能够测量人的心率。许多人发现这种类型的心率监测器不方便使用。
3.其他心率监测器涉及光学或光基技术。这些心率监测器通常包括一个光源和一个光检测器。从所述光源发出的光，通过用户的皮肤照射到血管，反射光由光探测器感测。心率监测器进一步测量用户血管内的血液运动以确定心脏活动。光基心率监测器通常集成到可穿戴配件中，例如手表、腕带、臂带等。光基心率监测器的一个众所周知的缺点包括心率测量的不一致性，尤其是在用户运动时。
4.心电图设备已被证明更可靠，但它们通常体积庞大、不便于携带，或者需要一个额外的设备紧紧地固定在用户的胸部。人们还发现心电图设备在体育活动和日常生活中使用起来很不方便。因此，本领域仍需要改进心脏活动监测器，使其更可靠、对用户友好并与现有的可穿戴设备、时尚配饰和服装相结合。概述
5.提供本节是为了以简化的形式介绍本公开的实施方案的各个方面，这些实施方案将在下文的实施例详细描述部分进一步描述。本概述并非旨在确定所要求保护的主题的主要特征或基本特征，也不旨在辅助确定所要求保护的主题的范围。本公开的实施例的各个方面被设计为克服已知的现有技术中的至少一些缺陷。
6.根据本公开的一个方面，提供了一种用于心肺活动监测的装置。该装置是一种通常称为心肺监测器或hlm的设备，它集成或附接到由人穿着的现有的可穿戴设备、时尚配饰和服装上。心脏监测传感器使用心电图(ecg或ekg)方法，将至少两个电极连接到皮肤上。
7.可与所述心脏监测传感器集成的可穿戴设备和配件包括但不限于：带入耳式耳机的耳麦、附在耳后或耳前的骨传导耳机、单片(单声道)耳塞、双片式(立体声)耳塞。
8.心脏监测系统包括至少一个传感器、至少两个连接到人体皮肤的电极以及至少一个耳机。带电极的所述传感器可以集成或连接到现有设备或配件，或者可以是独立的传感器设备。所述传感器检测由心肌产生的电信号。同时，所述传感器通过其麦克风接收可听见的心肺音。ecg信号和可听见的心肺音被传输到主机设备，例如智能手机、手表或其他通常称为主机的监控设备。所述主机将ecg信号与心肺音分离，对ecg信号进行处理，计算如典型ecg波形点的心脏活动数据：p、q、r、s、t、ecg波形点之间的间隔、心跳、心率变异性和心律等
心脏活动参数。同时，所述主机分析可听到的心音和呼吸音并计算呼吸速率。此外，所述主机与至少一个耳机连接，并从内置于耳机中的麦克风接收声音信息。所述主机将ecg数据、心肺音与耳机接收的音频进行编译，将ecg信号和心肺音和以及耳机的音频显示并存储到一个数字音频文件中。
9.实施例的其他目的、优点和新颖特征将在以下说明书中部分阐述，其中部分内容将对本领域技术人员而言在审查以下说明书及附图后变得显而易见，或者可通过实施例的生产或操作而获知。这些概念的目的和优点可以通过从属权利要求中特别指出的方法、手段和组合来实现和获得。附图简要说明
10.实施例在附图的图中以示例而非限制的方式示出，其中相同的附图标记表示相似的元件，并且其中：
11.图1示出了hlm系统的逻辑框图；
12.图2示出了hlm传感器的一个实施例；
13.图3示出了hlm传感器的一个实施例的剖视图。
14.图4a示出了女性用户的视图，示出了用户可以如何佩戴hlm传感器的一个示例；
15.图4b示出了男性用户的视图，示出了用户可以如何佩戴hlm传感器的一个示例；
16.图5a示出了与hlm传感器连接的耳机的一个实施例；
17.图5b示出了用户的侧视图，示出了用户如何佩戴与hlm传感器连接的耳机的一个示例；
18.图5c示出了与hlm传感器连接的耳机的一个实施例的剖视图；
19.图6a示出了连接到hlm传感器的耳机的另一个实施例的剖视图；
20.图6b示出了耳朵的侧视图，示出了用户可以如何佩戴与hlm传感器连接的耳机的另一个示例；
21.图7以剖视图示出了用户可以如何使用hlm传感器的一个实施例；
22.图8示出了用户与hlm系统交互的框图；
23.图9示出了主机上的hlm应用程序的逻辑框图。示例性实施例的详细说明介绍
24.以下对实施例的详细描述包括对附图的引用，附图构成详细描述的一部分。本节中描述的方法不是权利要求的现有技术，也不能通过包含在本节中而被承认为现有技术。附图示出了根据示例性实施例的说明。这些示例性实施例在本文中也被称为“示例”，其被足够详细地描述以使本领域技术人员能够实践本主题。在不脱离权利要求所保护的范围的情况下，可以组合实施例，可以利用其他实施例，或者可以进行结构、逻辑和操作上的改变。因此，以下详细说明不具有限制意义，其范围由从属权利要求及其等价物来定义。
25.现在将参考用于心肺活动监测的头戴式耳机和设备来介绍实施例的各个方面。这些耳机和设备可以使用电子硬件、计算机软件或它们的任何组合来实现。本公开的这些方面是作为硬件还是软件实现，取决于施加在整个系统上的特定应用和设计限制。例如，一个元件或元件的任何部分或元件的任何组合可以通过“数据处理器”来实现，该“数据处理器”包括一个或多个微处理器、微控制器(mcu)、中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)、现场
可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑器件(pld)、状态机、门控逻辑、离散硬件电路以及其他合适的硬件，这些硬件被配置为执行本公开中描述的各种功能。数据处理器可以执行软件、固件或中间件(统称为“软件”)。术语“软件”应广义地解释为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件组件、应用程序、软件应用程序、软件包、例程、子例程、对象、可执行文件、执行线程、过程、功能等，无论是指软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其他名称。
26.因此，在一个或多个实施例中，本文描述的功能可以通过硬件、软件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则这些功能可以存储在非暂时性计算机可读介质上，或编码为一个或多个指令或代码。计算机可读介质包括计算机存储介质。存储介质可以是计算机可以访问的任何可用介质。作为示例而非限制，此类计算机可读介质可包括随机存取存储器、只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、磁盘存储器、固态存储器或任何其他数据存储设备、上述类型的计算机可读介质的组合、或可用于以可由计算机访问的指令或数据结构的形式存储计算机可执行代码的任何其他介质。
27.在本专利文件中，术语“或”和“和”应指“和/或”，除非另有说明或在其使用的上下文中另有明确意图。除非另有说明或“一个或多个”的使用明显不合适，否则术语“一个”应表示“一个或多个”。术语“包括”、“包括”、“包含”和“包含”是可互换，并非旨在限制。例如，术语“包括”应解释为“包括但不限于”。
28.还应理解，术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中用于描述各种元件。这些术语用于区分一个元件与另一个元件，但不意味着需要元件的序列。例如，第一元件可以称为第二元件，并且类似地，第二元件可以称为第一元件，而不脱离本教导的范围。此外，应当理解，当一个元件被称为“在
……
上”或“连接到”或“耦合到”另一个元件时，它可以直接在另一个元件上，也可以连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在
……
上”或“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件时，不存在中间元件。
29.术语“主机设备”应解释为任何具有数据处理和数据通信能力的计算设备或电子设备，包括但不限于移动设备、蜂窝电话、移动电话、智能手机、互联网电话、用户设备、移动终端,平板电脑,笔记本电脑,台式电脑,工作站,瘦客户端,个人数字助理,多媒体播放器,导航系统,游戏机,可穿戴电脑,智能手表,娱乐系统,信息娱乐系统,车载电脑,自行车电脑,或虚拟现实设备。
30.术语“耳机”应解释为可放置在用户外耳内或附近，用于输出音频信号或降噪目的的任何设备。术语“耳机”也应指以下任何或全部，或应解释为表示以下一项或多项是“耳机”的元件：耳机、耳塞、耳机、扬声器、耳罩、耳塞、助听器和耳内声学设备。
31.术语“头戴式耳机”应理解为仅包括至少一个耳机的设备或包括至少一个耳机和麦克风的设备。因此，可以使用单听筒(单声道)或双听筒(双耳单声道或立体声)来制作头戴式耳机。本文使用的术语“耳机”是指保持靠近用户耳朵的一对扬声器或扩音器。耳机的示例可以是包耳式、耳挂式、耳塞式和入耳式耳机。入耳式耳机是插入耳道或安装在外耳中的小型耳机，有时也称为耳塞。尽管本公开的实施例限于无线耳机或无线头戴式耳机，但本领域技术人员应理解，相同或相似的实施例可以用有线耳机来实现。
32.术语“心脏活动”应解释为指人类心脏的任何重要的、自然的或生物的活动，包括
心跳或心电活动。术语“心脏活动信号”应解释为表示用户心脏活动的模拟信号。术语“心脏活动数据”应解释为表示用户心脏活动的任何数字数据。心脏活动信号的一些示例包括但不限于心电图(ecg或ekg)信号、心脏活动波信号或心脏活动脉冲信号。心脏活动数据的一些示例包括但不限于心率、每分钟心跳、心脏变异率、心律、以数字形式表示的心电图(ecg或ekg)或与心脏活动有关的任何其他重要的或生物的数据。
33.术语“心音”应解释为心脏在低于20,000hz频率范围内产生的任何声音，包括低于20hz频率范围的次声。术语“肺音”应解释为由肺和气道在低于20,000hz频率范围内呼吸产生的任何声音，包括低于20赫兹频率范围的次声。
34.如上所述，本公开的实施例的各个方面提供了一种用于心肺活动监测的设备。换言之，本公开的实施例将心肺活动测量传感器集成或连接到耳机。所述心肺活动测量传感器通常被配置为感测、检测或测量用户的一个或多个心脏活动，生成心肺活动数据并将所述心肺活动数据传输或促使传输到主机设备，例如智能手机或智能手表，用于进一步处理、记录在存储器中或显示。
35.所述心肺活动测量传感器包括至少两个电极，这些电极被配置为直接连接到用户的皮肤。在一个实施例中，第一电极放置在耳朵内部、外耳上或耳道中，并与皮肤建立可靠的电接触。第二电极与用户的胸部或背部接触。
36.在另一个实施例中，所述心肺活动测量传感器与耳机或第三电极集成。所述第三电极以与所述第一电极相同的方式安放在用户的另一只耳朵内，位于外耳上或耳道中，并与皮肤建立可靠的电接触。
37.心肺活动测量装置还可以包括一个或多个传感器，传感器耦合到电极并被配置为测量由电极捕获并且由心肌产生的电信号，过滤该ecg信号，处理该ecg信号，计算各种来自ecg信号的心脏数据，采集心肺音并将ecg信号、心肺音传输到主机设备。设备结构
38.现在参考附图，描述示例性实施例。附图是理想化示例实施例的示意图。因此，本文所讨论的示例实施例不应被解释为限于本文所呈现的特定图示，而是这些示例实施例可以包括偏差并且与本文所呈现的图示不同。
39.图1图示了代表心脏监测系统100的示例的框图，该心脏监测系统100包括至少一个hlm传感器101、至少一个主机设备119、用于一只耳朵的至少一个无线耳机123和可选的用于另一只耳朵的第二无线耳机125。主机设备119可以使用蓝牙或专用无线协议同时无线连接到hlm传感器101、耳机123和耳机125。传感器101包括两个逻辑子系统，音频子系统和心脏监测子系统或hrm子系统。两个子系统都可以独立运行并与主机119无线连接，以传输音频信号和人的心肺活动特征。
40.在一个实施例中，hrm子系统的配置包括两个电极103和104、模拟前端(afe)109、无线发射器(trx)107和电池(bat)121。在一些实施例中，hrm子系统还可以具有调制器(md)110和音频编解码器(ac)112。在另一个实施例中，hrm子系统可以具有微控制器(mcu)113、数据存储器(ds)117。hrm子系统还可以具有第三电极105。
41.最小配置的音频子系统包括至少一个麦克风115、音频编解码器(ac)112、无线发射器(trx)107和电池(bat)121。在另一个实施例中，音频子系统还可以具有微控制器(mcu)113、数据存储器(ds)117。在另一个实施例中，音频子系统还可以具有模拟放大器(amp)
114，其输入端连接到麦克风115并作为输出端连接到音频编解码器(ac)112。模拟放大器(amp)114可由用户开启或关闭。音频子系统旨在通过麦克风115拾取由心脏、肺和气道产生的声音。然后，使用蓝牙配件中常用的标准音频信道，将声音传输到ac112并通过trx107进一步传输到主机119。由麦克风115拾取的音频信号可以通过2种方式传输到ac112：未经放大的信号和通过amp114的放大信号。
42.本领域普通技术人员可以认识到，hrm子系统和音频子系统的划分仅用于系统的不同部分的逻辑划分，并不限于每个子系统中的组件。事实上，一些组件在所有子系统之间共享，其他组件被指定在一个子系统中使用。两个子系统可以相互独立地作为一个整体运行。将传感器101划分成两个子系统的逻辑解释将通过本公开进一步明确。
43.在另一个实施例中，传感器101包括三个电极103、104和105，它们通过电线或导电聚合物连接到模拟前端(afe)109。为了测量ecg信号，电极103和104被用于产生一个导联。电极105用作ecg测量方法中常用的参考电极。afe109的输出是与ecg相关的放大模拟信号。afe109的输出被传递到微控制器(mcu)113的模拟输入和调制器(md)110。mcu113将模拟信号处理成数字形式并计算心脏活动数据。它将得到的数据存储到数据存储器(ds)117，例如闪存。mcu113连接到无线发射器(trx)107，例如蓝牙或专用无线发射器。
44.传感器101还包含至少一个音频编解码器(ac)112和至少一个麦克风115。来自麦克风115的模拟音频信号由音频编解码器(ac)112处理成数字音频信号。市场上的大多数发射器(trx)107，例如蓝牙，都有内置的音频编解码器。因此，方框将发射器(trx)107和音频编解码器(ac)112示出为单独的组件只是它们的逻辑表示，它们可以在一个物理集成电路(ic)或微芯片中构成。
45.afe109的输出也连接到调制器(md)110。md110调制来自afe109的模拟ecg信号并将调制信号转发到ac112。ac112将其转换为数字音频格式并将其转发到发射器(trx)107，以无线传输到主机119。md110可以使用不同的调制方法。一种方法是使用具有时间分割的调幅的载频。该方法允许将来自afe109的ecg信号与来自麦克风115的语音信号混合到一个音频通道中。
46.ecg信号调制的目的是将模拟ecg信号通过无线耳机中常用的标准麦克风语音通道，在不干扰音频信号的情况下，传递至主机。由于人类可听范围使用20hz至20,000hz的频谱，因此使用高于20,000hz可听范围的载频调制ecg信号是有意义的。该方法允许将调制的ecg信号和从麦克风115接收的音频混合到一个音频通道中。两种信号的混合及其数字化在编解码器ac112中执行，然后通过trx107传输到主机119。主机119接收数字音频流并使用可用的数字音频格式(例如aac、alac、flac、mp3、wav或其他数字音频格式)将其记录成一个数字音频文件。与语音信号一起记录在一个文件中的ecg信号将进一步用于ecg分析。用户可以在进行ecg测量的同时讲述自己的感受或其他观察结果。医生、训练有素的专家或人工智能(ai)可以将该用户的叙述和ecg信号一起用于心肺活动的详细分析。
47.并非所有的音频编解码器都支持20,000hz或20khz以上的音频信号传输频率。事实上，一些蓝牙编解码器将音频频率限制在16khz甚至8khz，用于特殊的蓝牙音频配置文件。在这种情况下，调制器可以被配置为使用低于20khz的频率。例如，如果音频编解码器(ac)112具有16khz的音频频率限制，则md110的承载调制频率可以设置为小于16khz。ac112将来自麦克风115、放大器114和md110的信号混合成一个音频信号，将其编码成数字格式并
通过发射器trx107发送到主机。主机119接收数字数据并将处理为单声道音频流。
48.在另一个实施例中，hlm传感器101使用另一种方法将ecg信号传输到主机119。这可以通过使用双麦克风通道发射器trx107来实现。一些发射器(例如蓝牙)被设计为具有两个独立的音频输入通道，用于两个麦克风。来自麦克风115的语音信号由编解码器ac112数字化并由trx107使用第一麦克风通道进行传输。来自md110的调制ecg信号由编解码器ac112数字化，并由trx107使用第二麦克风通道进行传输。主机119接收带有两个麦克风通道的数字数据并将其处理为一个双通道音频流。
49.然而，在另一个实施例中，hlm传感器101使用直接(非调制)方法将ecg信号传输到主机119。来自麦克风115的语音信号由编解码器ac112数字化并由trx107使用第一麦克风通道进行传输。来自afe109的ecg信号未经修改地通过md110，然后由编解码器ac112数字化，并由trx107使用第二麦克风通道传输。主机119接收带有两个麦克风通道的数字数据并将其处理为一个双通道音频流。
50.现代集成电路(ic)可以具有多个组件，例如mcu113、发射器107、数据存储器117和音频编解码器112集成到单个ic或微芯片中。调制器md110可以作为mcu113中的微控制器代码或库来实现。也可以将hlm传感器101的所有组件集成到单个ic中。
51.电池(bat)121为传感器101及其所有组件提供电源。它可以是一个可充电的电池或一次性(不可充电)的电池。发射器trx107可以通过内置于主机设备中的无线发射器111与主机119进行无线连接，其协议与蓝牙或专用无线协议具有相同的协议。主机设备119可以是移动电话、智能手表、平板电脑、计算机或任何其他能够接收无线信号、处理、显示、存储或转播无线信号到另一设备的设备。发射器trx107可以将信号广播到可以同时接收数据的多个主机设备。举例说明一个传感器的实施例
52.图2示出了用于无线耳机的hlm传感器200的一个实施例。该hlm传感器包括壳体201、带有麦克风205的开口的导电钟形盖203、连接器207和电极导线209，该电极导线209包含至少一个与导电夹219连接的第一电线215。在另一个实施例中，电极导线209包含两根电线，其中第二电线217连接到导电夹221。
53.夹子219和221由导电材料制成，例如导电聚合物、金属、金属织物或钕合金。夹子219和221被制作成便于夹到耳机202和204上。夹子219连接到右耳机202，夹子221连接到左耳机204。夹子219通过电线215连接到hlm传感器103的第一电极输入端，如图1所示。夹子221通过电线217连接到hlm传感器105的第三电极输入端，如图1所示。两个电极输入连接都位于hlm传感器壳体201的内部，该壳体在图1中逻辑上表示为101。
54.如图1所示，钟形盖203与第二电极104电连接。钟形盖203由导电材料制成，例如金属、金属合金、镀金属塑料或导电聚合物。钟形盖203中的麦克风205的开口用于接收来自用户胸部或背部的声音。
55.为了更好的佩戴选择，该系统可以配备有颈部固定器223，该颈部固定器223分别通过滑动系带或环211和213连接到电极线215和217。具有滑动环的颈部固定器223的目的是建立固定器的一定长度，从而当用户佩戴hlm传感器201时，它位于用户胸部的剑突上或附近。
56.图2旨在显示hlm传感器200的整体图。壳体201、连接器207、电线215和217、夹子
219和221、耳机202和204以及颈部固定器223的比例尺寸可能不代表图示中所有元件的实际比例尺寸。
57.图3通过剖视图300示出了hlm传感器的一个实施例。hlm传感器包括：壳体301、钟形盖309、电极导线323，电极导线323具有将传感器与耳朵中的电极连接起来的导线，印刷电路板(pcb)307具有如图1所示的矩形101内逻辑表示的组件。图3的这一部分仅描述了图1所示矩形101中的相关组件，而非所有组件。
58.导线311连接到图1中逻辑表示为103的第一电极。电线313在接触位置321处电连接到钟形盖309。钟形盖309由金属、金属合金、镀金属塑料或导电聚合物制成。钟形盖309代表第二电极，逻辑上如图1中所示的104。
59.导线315连接到图1中逻辑表示为105的第三电极。安装在pcb307上的组件303代表一个模拟前端(afe)，逻辑上如图1中所示的109。所有3根电极线311、313和315都连接到afe303。
60.钟形盖309有双重用途：一个是电极，另一个是用于心肺声音接收器的隔板。钟形盖309在放置在用户的胸部或背部时从皮肤传导电流，并在其圆周线305处与皮肤建立牢固的接触。作为心肺声音的接收器，当放置在胸部或背部的皮肤上时，它通过阻挡外部噪音来工作，并在圆周线305处将边缘与其他声音隔开。它通过开口319接收由心脏、肺和气道产生的声音。
61.组件317示出了安装在pcb307上并与开口319对齐的麦克风。麦克风317的目的是当放置在用户的胸部或背部时接收来自心脏和肺部的可听声音。麦克风317可以通过用户的动作打开和关闭。麦克风317可以由用户切换到不同的操作模式：直接模式和放大模式。这两种操作模式也由图1中到ac112的连接线示出。直接模式用从麦克风115到ac112的直线表示。放大模式由通过放大器114到ac112的线表示。在直接模式下，麦克风接收音频输入并将其直接传输到ac112。在放大模式下，来自麦克风115的音频输入在放大器114中被放大，然后被传输到ac112。放大模式被用于检测来自用户心脏和肺部的低振幅声音。hlm传感器与耳机一起使用的示例
62.图4a示出了女性用户的视图，其示出了用户如何佩戴hlm传感器400的一个示例。在一个实施例中，hlm传感器409放置在胸前、剑突上或剑突附近。hlm传感器409可以夹在胸罩上，因此它保持附着在胸罩下方并与胸罩下方的皮肤建立牢固的接触。导线413将hlm传感器409与右耳的耳机401中的电极连接器连接。导线405将hlm传感器409与左耳的耳机403中的电极连接器连接。在另一个实施例中，导线413和405在夹子411和407的帮助下钩到颈部固定器415上。颈部固定器415用于以固定长度支撑hlm传感器409并放置在剑突上或剑突附近。每个用户都可以单独设置颈部固定器415的长度，然后以相同的长度设置使用它。这样，所有记录的ecg数据、心音和肺音都可以正确地进行比较，因为hlm传感器记录来自胸部的同一位置的ecg、心音和肺音。
63.图4b示出了男性用户的视图，其示出了用户如何佩戴hlm传感器420的一个示例。hlm传感器431被放置在用户的背部，位于胸椎和肩胛骨之间。背部的hlm传感器431可以借助于紧闭或围绕背部和胸部的松紧带紧紧地按压在皮肤上。hlm传感器431通过电线429与两条导线425和427连接。导线425连接到左耳的耳机423中的电极。导线427连接到右耳的耳机421中的电极。
64.在图4a和图4b所示的所有实施例中，如图1所示的第一电极103位于右耳耳机的内部，如图1所示的第二电极104与hlm传感器一起位于用户的胸部或背部，如图1所示的第三电极105位于左耳耳机的内部。
65.要检测ecg信号，有2个电极就足够了：第一电极位于右耳，带有听筒，第二电极位于胸部或背部，带有hlm传感器。然而，位于左耳机中的第三电极用作参考电极。左耳中的参考电极用于驱动小电流进入体内，以抵消由其他肌肉产生的电信号或由这些肌肉和整个身体的运动引起的电信号。左耳机中的参考电极可以提高用户运动时的ecg信号的质量。所公开的系统不限于仅使用两个或全部三个电极。它为用户提供了使用双电极的解决方案或使用三电极的解决方案来减少导线，以提高运动中的ecg质量。带有夹式电极连接器的耳机示例
66.图5a、图5b和图5c示出了与所公开的hlm传感器一起使用的耳机的一个实施例。
67.图5a示出了与hlm传感器500连接的耳机的一个实施例。该图示出了一个耳机的前视图和后视图，其中电极线505在位置503处电连接到夹式连接器501。夹式连接器501由金属或导电聚合物制成，用于与耳机柄上的环509建立可靠的电连接。盖507旨在放置在外耳道中并建立与皮肤的可靠接触。盖507由金属、镀金属的塑料或导电聚合物制成，并用于将耳内电极连接到外耳道中的皮肤。
68.图5b示出了用户的侧视图，其示出了用户如何佩戴与hlm传感器520连接的耳机的一个示例。耳机521位于外耳道中，电极线523夹在耳机的柄上。电极线523与位于用户背部或胸部的hlm传感器连接。
69.图5c示出了与hlm传感器540连接的耳机的一个实施例的剖视图。典型的耳机包括至少一个扬声器或驱动器541、一个带有电池543的电子装置。耳机可以具有至少一个麦克风545。
70.盖547(在图5a中也示为507)由金属、镀金属塑料或导电聚合物制成。盖547在位置549处通过焊接或机械连接与内部导线551电连接，从而导线551可以将盖547从皮肤拾取的电流传输到耳机柄上的环555。环555由金属、镀金属塑料或导电聚合物制成，并在位置553处与导线551连接。夹式连接器557(在图5a中也示为501)在位置559处与导线561电连接。夹式连接器557夹在环555周围，并为从皮肤经由盖547到通过导线561的hlm传感器的整个链条建立可靠的电接触。同样的设计也适用于第二耳机。麦克风545可以仅存在于一个耳机中。
71.在不背离本发明精神的情况下，将电极线连接到耳朵中的皮肤、将hlm传感器与耳机中的电极进行电连接的其他实施例也是可能的。带有磁性电极连接器的耳机示例
72.图6a、6b和6c示出了与所公开的hlm传感器一起使用的耳机的另一实施例。
73.图6a示出了使用磁性连接器与hlm传感器600连接的耳机的另一实施例的剖视图。耳机通常包括至少一个扬声器或驱动器605和带有电池603的电子装置。耳机还可以具有至少一个麦克风。柔软的入耳式耳塞609旨在放置在耳道内。柔软的入耳式耳塞由导电材料制成，例如导电聚合物、导电胶乳或橡胶。管口607被设计成将来自驱动器605的音频声音集中到用户的耳朵中。入耳式耳塞609紧贴在管口607上。管口607由导电材料制成，例如金属、镀金属塑料或导电聚合物。管口607在位置611处与电线613电连接。电线613与位于耳机壳体
601内部的第一磁铁617连接。第一磁铁617在位置615处与导线613电连接。
74.第二磁铁619通过磁力吸附到第一磁铁617上。两块磁铁都以这样的方式极化，即它们在一侧相互吸引，在另一侧相互排斥。磁铁619在位置621处与电极线623电连接。
75.磁铁617和619都由金属、金属织物或钕合金制成，并且通过电极线623、管口607、入耳式耳塞609将hlm传感器电连接到用户耳内的皮肤。磁铁617和619借助磁力建立可靠的电连接，并将图1所示的电极103连接到用户耳内的皮肤上。
76.在另一个实施例中，可以使用两个耳机，每只耳朵一个。第二耳机具有与上述第一耳机相同的部件。磁铁617和619借助磁力建立可靠的电连接，并将图1所示的电极105连接到用户耳内的皮肤上。第二耳机可以不包含麦克风。
77.图6b示出了耳朵的侧视图，其示出了用户如何佩戴与hlm传感器630连接的耳机的另一个示例。当用户将耳机631插入耳朵内时，电极线635通过磁性夹连接器633连接到耳朵的皮肤。
78.对于本领域普通技术人员来说，显而易见的是，在不背离本发明精神的情况下，其他实施例也可以将电极连接到耳朵内的皮肤——将hlm传感器与内置在耳机中的电极电连接。hlm传感器的使用示例
79.图7以剖视图700示出了用户如何使用hlm传感器的一个实施例。图7没有详细描述hlm传感器的所有组件。hlm传感器的组件的详细描述在图3中示出。hlm传感器701被放置在胸部的剑突上或剑突附近，或靠近使用者的皮肤702的背面的胸椎和肩胛骨之间，使得钟形盖707与盖边缘709周围的皮肤建立牢固的接触。盖707由金属、金属合金、镀金属塑料或导电聚合物制成，并用于接收由心脏715产生的电信号717。电信号717通过与边缘周围的皮肤709的接触、盖707的圆周传输到afe708。盖707通过位于盖707的内表面上的具有电触点706的电线704与afe708电连接，逻辑上如图1中的109所示。钟形盖707在其与皮肤709的接触表面处被逻辑地示出为图1中的电极104。来自心脏717的电信号通过在盖707的周边、边缘处与皮肤709的接触而被接收，并通过电线704传输到afe708。
80.如图2和图3中详细描述的，这两个电极(在图1中逻辑地示为电极103和105)通过电极导线721内的两条电线连接到afe708。
81.钟形盖707中的开口703使麦克风705可以接收由心脏715产生的声学声音719以及由肺和气道711产生的声学声音713。麦克风705通过吸音壳体与其他声音隔离，仅通过开口703拾取声音。
82.在另一实施例中，hlm传感器的电极707由围绕麦克风开口703的环形导电材料制成。保护膜可以将麦克风开口703与皮肤702隔开。
83.对本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明精神的情况下，其他实施例可以将hlm传感器701结合电极707和麦克风到一个壳体中——将一个hlm传感器的电极电连接到用户的胸部或背部的皮肤上，接收用户的心脏、肺和气道产生的声音。框图中hlm传感器的逻辑示例
84.图8示出了用户与hlm系统800交互的框图。hlm传感器101在逻辑上被表示为图1中整个hlm系统的一部分，在图2中也表示为202，包括至少一个主机119和一个耳机123组成。当用户为了听音乐或通过麦克风说话而佩戴耳机202时，hlm传感器201被关闭，并且可能根
本没有被佩戴。当用户想要测量和记录ecg、心脏或肺的声音时，需要将hlm传感器201放置在胸部或背部，借助衣服(如胸罩、衬衫或特殊的领带)紧贴皮肤223，并借助电极线215与至少一个耳机202连接。
85.801-默认情况下传感器处于休眠状态。这是一种低功耗状态，以节省电池。传感器被配置为当它检测到至少两个电极之间的电流时自动开启。如图5a、图5d、图5c或图6a和图6b所示，当第一电极连接到耳朵中的耳机时，另一电极连接到用户胸部或背部的皮肤时，如图7所示，就会发生这种情况。一旦hlm传感器打开，它就会开始同时处理ecg、心音和肺音。
86.802
–
hlm传感器通过蓝牙等无线连接连接到主机。它使用一种可用的音频配置文件同时传输带有ecg信号和心肺音。在另一个实施例中，传感器可以独立工作而不连接到主机。它还可以与定期丢失或断开的主机无线连接一起工作。当hlm传感器与主机断开连接时，它在mcu113的帮助下将所有ecg信号、心脏和肺部声音存储在本地数据存储器(ds)117中，如图1所示。当连接可用时，存储的数据将传输到主机。
87.803
–
一旦与主机建立连接，hlm传感器就会使用一种可用的调制方法之一调制ecg信号，将调制信号与心肺声音混合，并将混合信号传输到主机。
88.804
–
当麦克风处于放大模式时，用户可以将hlm传感器切换到特殊状态，以便更好地检测心脏、肺和气道产生的低振幅声音。hlm传感器配备按钮或非接触式(例如电容或动态侦测)开关。
89.805
–
用户可以通过在主机上运行的应用程序与hlm传感器进行交互。主机上的应用程序可以通过hlm传感器中的麦克风或耳机接收用户的语音指令，并指示hlm传感器执行与用户指令相关的操作。例如，用户可以通过说“放大”等指令开启hlm传感器放大模式。主机应用程序将此指令转换为数字控制消息，发送给hlm传感器，指令其进入放大模式。类似地，用户可以说“正常”等指令hlm传感器回到正常模式。
90.用户还可以通过说“开始录音”等指令主机上的hml应用程序开始记录ecg、心肺音。类似地，用户可以通过说“停止录制”等来停止录制。
91.806
–
当用户从皮肤或耳机上断开其中一个电极时，hlm传感器会检测到并通知主机。主机应用程序依次通知用户其中一个电极断开。如果用户有意这样做，那么主机会向hlm传感器发出命令，使其在一段时间后关闭。然后，hlm传感器与主机断开连接，并返回休眠(等待)状态。
92.具有普通技术的人可以认识到，框图中所描述的事件流用于许多可能场景之一的说明目的。本公开不限于图8中描述的一种情形。
93.图9示出了主机900上的hlm应用的逻辑框图。整个心脏监测系统在图1中逻辑地表示，并且包括至少一个无线连接到主机设备119的hlm传感器101。主机设备119还可以无线连接到至少一个耳机123。主机设备119还可以无线连接到耳机123和125。如图1所示，主机设备119通过内置的无线发射器111从hlm传感器101无线接收音频数据包。同时，主机设备119可以通过如图1所示的至少一个耳机123或125无线接收音频数据包。主机上的hlm应用程序无线接收来自一个耳机123或125以及来自hlm传感器的音频流。hlm应用程序处理来自hlm传感器和耳机的音频流，并与hlm传感器协调行动。
94.hlm应用程序将来自耳机和hlm传感器的所有音频流记录到一个数字音频文件中。数字音频文件包括来自耳机中麦克风的语音音频、心脏和肺部声音以及从hlm传感器接收
的ecg信号。这种单个数字音频记录允许以与接收到的时间相同的时间回放原始记录的音频流，其中语音音频、心脏和肺部声音与ecg信号同步。这可以更好地诊断心脏和肺部活动。一些数字文件格式，如mp3，提供多声道(2声道立体声或4声道)录制。在这种情况下，hlm应用程序使用一个声道(例如左声道)用于语音音频、心脏和肺的声音，而另一个声道(例如右声道)用于ecg信号。在另一实施例中，语音音频被记录在第一声道中，心肺声音被记录在第二声道中，ecg信号被记录在第三声道中。进一步的步骤将描述hlm应用程序逻辑的许多可能场景之一。
95.901-主机设备上的hlm应用程序从hlm传感器和至少一个耳机接收音频流。hlm应用程序将ecg信号分离到另一个逻辑通道中。然后，它将从耳机接收到的语音音频和从hlm传感器接收到的心脏和肺部的声音混合到一个音频通道中。然后在两个并行线程中处理音频通道和ecg通道，每个线程用于每个数据流或信道。
96.902-音频被记录到一个音频通道中，例如mp3、wav的数字音频文件或其他数字音频文件格式中的左声道。
97.903-使用与在图1所示的调制器md110中使用的相同的解调方法将ecg信号解调成原始ecg信号。
98.904-ecg信号被记录到另一个声道，例如同一个数字音频文件的右声道。
99.905-hlm应用程序根据ecg信号波形计算重要的ecg数据，包括但不限于：p、q、r、s和t幅度位置和时间、rr间期、脉搏、心跳变异性、房颤先决条件和其他参数。
100.906-hlm应用程序与用户就计算的ecg重要的数据进行交互。hlm应用程序通过语音消息通知用户的异常情况，例如“心房纤颤的可能前提条件，请求医。”或“心跳变异超过平均值”等。然后，用户可以通过声音向hlm应用程序询问有关一些其他重要数据的问题，例如“我的平均心率是多少？”或“如何减少我的变异性？”。hlm应用程序将尝试使用其在人工智能(ai)中的逻辑能力来寻找答案，或者它可以通过与主机设备的无线连接将此问题发送给基于云端的ai系统。
101.用户可以通过语音命令指示hlm应用程序将ecg记录上传到主机设备和云端。主机hlm应用程序按照指示上传录音，并在语音提示中向用户确认。耳机可以保持通电并连接到主机，以便听音乐或打电话。
102.在另一个实施例中，图1所示的trx107，可以有两个独立的麦克风音频通道。hlm传感器通过一个麦克风通道传输心脏和肺的声音，并通过另一个麦克风通道传输ecg信号。在这种情况下，步骤901简单地将心脏和肺的音频通道转发至步骤902，并将ecg信号通道转发至步骤903。此外，ecg信号可以以原始的非调制形式传输。在这个实施例中，步骤903中的解调变得非必要，逻辑进行到步骤904。
103.可以利用所公开的发明，将hlm传感器附接到或集成到可穿戴附件或设备中的其他设计变体是可行的，其中电极使用可穿戴设备与皮肤的现有接触点连接到皮肤。图1至图9中呈现的上述示例并不限于所描述的可穿戴设备或附件仅与电极连接的选项。根据本发明的精神，任何耳机都可以通过所公开的心脏监测传感器得到增强，其中第一电极利用耳机的特定功能连接到耳朵的皮肤。第二电极可以与用户胸部或背部的皮肤接触。连接到另一只耳朵皮肤的第三电极可以用作参考电极。所有2或3个电极都连接到hlm传感器，目的是利用从两个电极获得的电信号测量心脏活动，并记录心肺声音。
104.因此，已经描述了一种用于心肺活动监测的装置，其耳机具有不同的安装选择。尽管已经参照特定示例实施例描述了实施方案，但是显而易见的是，在不背离本技术的更广泛的精神和范围的情况下，可以对这些示例实施例进行各种修改和变化。因此，本说明书和附图应以说明性而非限制性的意义来看待。