CN107847191B - 绷带型分析传感器的校准方法 - Google Patents

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Abstract

一种柔性的身体可安装的分析物感测设备,其包括配置为安装到活体皮肤的柔性基底。感测设备还包括传感器探头,其附接到柔性基底并且被配置为穿透皮肤,使得设置在传感器探头端部的传感器可以暴露于间质液中的分析物。传感器可以是电化学传感器,其包括设置在传感器探头的端部处并被配置为电化学地检测分析物的两个或更多个电极。感测设备被配置为显示有关间质液中的分析物的检测浓度或其他信息。感测设备的柔性基底被配置为以最小程度地影响活体活动的方式粘附或以其他方式安装到皮肤。

Description

绷带型分析传感器的校准方法
背景技术
除非另有说明,本节中描述的材料不是本申请的权利要求的现有技术,并且,包含在本节中不认为是现有技术。
某些医疗状况或状态可以通过生理特性(例如,血糖浓度)在长时间段的缓慢变化和/或不常见的短时间事件来表征。这样的生理特性可以被周期性地测量(例如,通过周期性地访问人的血液)。另外地或可替代地,可以采用植入的或可佩戴的设备提供对这种生理特性的连续或接近连续的测量。这样的可植入或可佩戴的设备可以由电池供电,和/或由射频能量或其他无线能量源供电。这样的可植入或可佩戴的设备可以被配置成以非常低的功率水平操作,以在电池或其他电源耗尽之前在很长时间段(例如数周、数月)内进行操作。此外,这样的设备可以被配置为无线地(例如,通过使用RFID天线和发射器,通过使用蓝牙天线和发射器)指示所测量的生理特性。
发明内容
本公开的一些实施例提供了一种身体可安装设备,其包括:(i)被配置为安装到皮肤表面的柔性基底;(ii)被配置为生成与生理特性相关的电信号的传感器;(iii)被配置为接收由传感器生成的电信号并且生成与所接收的电信号相关的数字代码的模数转换器,其中,所述模数转换器设置在所述柔性基底上,以及(iv)可操作地联接到所述模数转换器并设置在所述柔性基底上的控制器。所述控制器配置为执行控制器操作,所述控制器操作包括:(a)获得校准数据;(b)在第一时间段期间操作所述传感器以生成与生理特性相关的电信号的多个样本;(c)在第一时间段期间操作所述模数转换器以生成与由传感器生成的电信号的各个样本对应的多个数字代码;(d)在第一时间段期间记录所生成的多个数字代码;以及(e)基于在所述第一时间段期间记录的至少一个数字代码和所述校准数据,在第二时间段期间确定至少一个生理特性值。
本公开的一些实施例提供了一种身体可安装设备,其包括:(i)被配置为安装到皮肤表面的柔性基底;(ii)被配置为生成与生理特性相关的电信号的传感器;(iii)模数转换器,被配置为接收由传感器生成的电信号并且生成与所接收的电信号相关的数字代码,并且设置在所述柔性基底上,(iv)设置在所述柔性基底上的通信接口;以及(v)可操作地联接到所述模数转换器并设置在所述柔性基底上的控制器。所述控制器配置为执行控制器操作,所述控制器操作包括:(a)在第一时间段期间操作所述传感器以生成与生理特性相关的电信号的至少一个样本;(b)在第一时间段期间操作所述模数转换器以生成与由所述传感器生成的电信号的相应的至少一个样本对应的至少一个数字代码;(c)使用所述通信接口将所生成的至少一个数字代码的指示发送到外部系统;(d)使用所述通信接口从所述外部系统接收指示指定的数字代码组的信息;(e)在第二时间段期间操作所述传感器以生成与生理特性相关的电信号的多个样本;(f)在第二时间段期间操作模数转换器以生成与由传感器产生的电信号的各个样本对应的多个数字代码;(g)确定所生成的多个数字代码中的每一个是否对应于指定的数字代码组的数字代码;(h)响应确定特定的所生成的数字代码对应指定的数字代码组的数字代码,提供警报指示。
本公开的一些实施例提供了一种包括操作身体可安装设备的方法,其中所述身体可安装设备包括:(i)被配置为安装到皮肤表面的柔性基底;(ii)被配置为生成与生理特性相关的电信号的传感器;(iii)模数转换器,被配置为接收由传感器生成的电信号并且生成与所接收的电信号相关的数字代码,并且所述模数转换器设置在所述柔性基底上,以及(iv)可操作地联接到所述模数转换器并设置在所述柔性基底上的控制器。操作所述身体可安装设备包括:(a)由所述控制器获得校准数据;(b)由所述控制器在第一时间段期间操作所述传感器生成与生理特性相关的电信号的多个样本;(c)由所述控制器在第一时间段期间操作所述模数转换器以生成与使用传感器生成的电信号的各个样本对应的多个数字代码;(d)由所述控制器在第一时间段期间记录所生成的多个数字代码;以及(e)基于在所述第一时间段期间记录的至少一个数字代码和所述校准数据,由所述控制器在第二时间段期间确定至少一个生理特性值。
通过阅读以下详细描述并参考适当的附图,这些以及其他方面、优点和替代方案对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
图1是包括与外部读取器进行无线通信的身体可安装设备的示例系统的框图。
图2是包括模数转换器的示例系统的框图,模数转换器被配置成生成与由系统生成的电信号相关的数字代码。
图3是包括模数转换器的示例系统的框图,模数转换器被配置成生成与由系统生成的电信号相关的数字代码。
图4A是将数字代码与相关的生理特性值相关联的校准曲线。
图4B是将数字代码与相关的生理特性值相关联的校准曲线。
图5A是示例的身体可安装设备的顶部视图。
图5B是图5A所示的示例的身体可安装设备的底部视图。
图6是用于操作身体可安装设备的示例过程的流程图。
图7是用于操作身体可安装设备的示例过程的流程图。
具体实施方式
在下面的详细描述中,参考形成其一部分的附图。在附图中,相似的符号通常标识相似的组件,除非另有说明。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着限制。可以使用其它实施例,并且可以进行其它改变,而不脱离本文给出的主题的范围。将容易理解的是,如通常描述并且在附图中示出的本发明的各方面以各种各样的不同配置布置、取代、组合、分离和设计,在本文中所有这些都被明确地设想到。
I.概述
本公开的一些实施例提供了一种具有一个或多个传感器的身体可安装设备,所述一个或多个传感器用于实时地定量和定性地检测活体的一种或多种生理特性(例如,心率、温度、组织液或一些其他流体中的葡萄糖或一些其他分析物的浓度)。这样的身体可安装设备可以被配置为使用非常低的功率量来操作,例如以允许该设备操作来在延长的时间周期内(例如几个小时,几天或几周)测量生理特性,并且记录和/或传输关于所测量的生理特性的信息。这可以包括在第一时间段期间操作身体可安装设备,以(例如,使用联接到配置为检测生理特性的传感器的输出的模数转换器(ADC))在相应的不同时间点生成与感兴趣的生理特性值相关联的多个数字代码(即,所生成的代码表示生理特性随时间的样本),并且记录生成的代码。
然后,身体可安装设备可以在第二时间段期间操作,以基于所记录的数字代码和通过身体可安装设备获得的(例如,手动输入到身体可安装设备中的、由身体可安装设备无线地接收的、在制造期间被编程到身体可安装设备中的、由身体可安装设备的控制器确定的)校准数据来确定随时间变化的生理特性的值。响应于接入电源(例如,使用身体可安装设备的天线无线地接收的无线电频率能量)或根据一些其他因素或方法,可以响应于请求(例如,经由用户接口从用户接收到的,经由天线从外部系统接收的)执行这一转换。基于相应的一个或多个记录的数字代码和由身体可安装设备获得的校准数据来确定一个或多个生理特性值可以包括使用逻辑门、算术逻辑单元、硬件乘法器或身体可安装设备的其他电子元件(例如,身体可安装设备的控制器的电子元件)来进行加、减、乘、除、取幂、求对数或执行一些其他操作。
基于数字代码确定生理特性值的这一操作可能需要比第一时间段期间身体可安装设备的操作(例如,生成和记录与感兴趣的特性相关的数字代码)更多的功率和/或能量。这种操作可以响应于由身体可安装设备所接收的请求来执行。例如,用户可以操作用户接口(例如,触摸传感器、按钮、电容式触摸屏)来请求对生理特性值的指示,并且作为响应,身体可安装设备可以基于最近生成并记录的数字代码和校准数据来确定生理特性值。身体可安装设备可以进一步提供与所确定的值相关的指示(例如,可以使用身体可安装设备的用户接口的显示器来呈现所确定的值的数字指示)。在另一个示例中,身体可安装设备可以从外部系统接收对于生理特性值的请求(例如,通过使用天线无线接收信息),并且可以基于对应的一个或多个记录的数字代码和校准数据来确定一个或多个生理特性值。身体可安装设备可以进一步将所确定的值传输(例如,使用天线无线地传输)到外部系统。另外地或可替代地,身体可安装设备可以传输一个或多个所记录的数字代码,而不将它们转换成确定的生理特性值。在一些示例中,身体可安装设备可响应于(例如,使用环形天线或以其他方式配置的天线)接收足够的射频能量来确定一个或多个生理特性值。
身体可安装设备可以被配置为安装到活体的皮肤表面(例如,安装到人的上臂或腹部的皮肤)。例如,身体可安装设备可以包括柔性基底,在柔性基底上布置有部件(例如,电子器件、电池、天线、用户接口、一个或多个传感器),并且柔性基底被配置为(例如,使用粘合剂)安装到皮肤表面。柔性基底(以及整个身体可安装设备)的灵活性可以提供一感测平台,其最小限度地干扰传感平台所安装到的身体的活动和/或可以长时间舒适地安装在身体上。这可以包括足够柔性的柔性基底和/或感测平台,使得柔性基底贴合皮肤表面的形状,并且根据皮肤表面的形状的变化而变形。此外,这种身体可安装设备的传感器可以设置在传感器探头上,该传感器探头配置成穿透皮肤,使得传感器与间质液接触(例如,使得传感器可以检测皮肤中的间质液中的分析物的浓度、是否存在或其他特性)。另外地或可替代地,设备的一个或多个传感器可以设置在柔性基底上。
身体可安装设备可以包括配置为检测身体可安装设备的环境的特性和/或各种生理特性的各种传感器。在一些示例中,传感器可以包括分析物传感器,该分析物传感器被配置为检测皮肤表面上或内、或者感测平台安装或暴露于其中的其他生物环境(例如,在皮肤内或下方的间质液)的流体中的分析物(例如,葡萄糖)。在这样的示例中,传感器可以包括:两个或更多个电极,其被配置为以电化学方式(例如,电位分析或电流分析)检测分析物;光学传感器,其以光学方式(例如,通过照射和/或检测从具有与分析物相关的光学性质的分析物敏感物质发射的光)或者通过其他方式检测分析物。
另外地或可替代地,身体可安装设备可以包括光学、电学、热学、机械和/或其他传感器(例如,光电容积脉搏波传感器、皮肤电极、眼压计、温度计),其被配置为检测身体的光学或电学特性,例如检测心血管特性(例如脉搏率、脉管系统中血液的流速、血液的氧饱和度、心电图信号)、肌电图信号、电流皮肤响应、皮肤温度、环境温度、大气压力或一些其它生理特性和/或身体可安装设备的环境的特性。这样的传感器可以被配置成生成电压、电流或一些其他电信号,其具有与感兴趣的生理(或其他)特性相关的特性,并且可以由ADC使用来生成与生理特性值相关的数字代码。
用于基于数字代码来确定生理(或其他)特性的值的校准数据可以与身体可安装设备的各种特性(例如,传感器的特性、ADC的特性)和/或身体可安装设备的环境(例如,由传感器感测到的变量与生理特性之间的关系,靠近传感器的组织的灌注度)相关。在一些示例中,校准数据可以包括应用于所生成的数字代码的偏移和增益,以确定对应的生理特性值(例如,从数字代码添加或减去的量和/或数字代码所乘以的因子)。
校准数据可以以各种方式获得,例如从与身体可安装设备通信的外部系统获得、从来自用户的接收到的输入(例如,使用身体可安装设备的用户接口)获得、从在身体可安装设备的制造期间制造和/或校准身体可安装设备所用的设备获得、或者从一些其他的外部来源获得。例如,校准数据可以包括使用一些其他系统测量的生理特性值,和/或从使用一些其他系统测量的生理特性值确定,(例如,使用葡萄糖计和刺血针测量的血糖值),并且其被呈现给身体可安装设备(例如,通过来自外部系统的无线传输,来自用户呈现的输入)。另外地或可替代地,校准数据可以基于由身体可安装设备的一个或多个传感器产生的信息来确定。
身体可安装设备可以包括电源(例如电池)、电子器件、天线和/或其他部件。这样的部件可以布置在柔性基底上或一些其他元件上,柔性基底上或一些其他元件被配置成安装到活体的皮肤上,或以其他方式布置在身体附近。电子器件可以操作一个或多个传感器和/或ADC以生成与感兴趣的生理特性相关的(例如,与皮肤内或下方的间质液中的分析物的浓度相关的)数字代码,并且记录该生成的数字代码用于以后使用。电子器件可以附加地操作天线,以通过天线将信息(例如,记录的数字代码、由其确定的生理特性值)无线地传送到外部读取器或一些其他远程系统。感测平台的电源、天线、电子器件或其他部件中的一个或多个可以是柔性的;例如,电源可以包括薄的柔性锂离子电池。在一些示例中,感测平台的电源、天线、电子器件或其他部件中的一个或多个可以是足够柔性的,以允许整个感测平台和/或感测平台的安装到皮肤的元件的柔性(例如,在安装到用户的皮肤上时,提供更大的舒适度和/或最小化对用户活动的影响)。
应当理解的是,上述实施例以及本文所述的其他实施例是为了说明的目的而提供的,并不意在进行限制。虽然感测平台的实施例在本文中被描述为身体可安装的,并且被配置成检测它们所安装到的身体的特性(例如,生理特性),但是预见其他实施例被配置为被安装到和/或设置在不同的环境内或附近和/或检测不同的特性或变量。例如,被配置为在第一时间段期间生成并记录与感兴趣的特性相关的多个数字代码并且在第二时间段期间基于校准数据和所生成的数字代码来确定感兴趣的特性值的感测平台可被配置为检测自然环境的特性(例如,湖泊或溪流中的流体的特性、空气的特性)、人造环境的特性(例如,水处理过程中的流体特性、建筑物中空气的特性)、药物或化学合成环境的特性、动物体的特性或其他一些感兴趣的环境的特性。
II.柔性生物传感器平台的示例电子器件
图1是包括与外部读取器180进行无线通信的身体可安装传感器平台100的系统的框图。身体可安装传感器平台100包括由柔性聚合物或金属材料制成的柔性基底130,柔性基底130形成为安装到皮肤表面。柔性基底130提供用于电源140、电子器件150、用户接口155和通信天线170的安装表面。电源140向电子器件150和/或感测平台100的其他元件提供操作电压。天线170由电子器件150操作,以将信息传送至身体可安装感测平台100和/或从身体可安装感测平台100传送信息。天线170、电子器件150、用户接口155和电源140都可以位于柔性基底130上。
柔性基底130可以具有规定的厚度、形状、组分和/或其他性质,使得柔性基底130可以安装到活体的皮肤表面,并且进一步使得这种安装最小程度地干扰活体的活动(例如,活体的运动)。这可以包括足够柔性的柔性基底130,使得将柔性基底130安装到皮肤表面引起最小的不适。柔性基底130可以由聚酰亚胺(polyimide)或一些其他柔性聚合物或其他材料构成。柔性基底130的一个或多个表面可以用作用于安装天线170的部件或元件、电子器件150、用户接口155、和诸如芯片(例如,通过倒装芯片安装)的电源140和形成电极、天线(e)和/或连接件的导电材料(例如,通孔沉积技术)的平台。可以指定柔性基底130的组成,使得金属触头、迹线和互连件可以直接图案化在柔性基底130的表面上(例如,通过溅射、CVD或一些其他沉积工艺)和/或在形成在柔性基底130的一个或多个表面上的涂层或层上。
设置在柔性基底130上的电子器件150可以包括各种设备。例如,电子器件150可以包括天线(例如芯片天线),微控制器,放大器,光发射器,光检测器,模数转换器(ADC),温度传感器,发射器,无线电组件,收发器或一些其他部件。这样的部件可以经由柔性基底130上图案化的互连件或迹线安装和/或电连接。此外,天线,电极,电容器,电阻器或其他部件可以由在柔性基底130的表面上形成的这种迹线或其他互连件形成。电子器件150可以包括被配置为操作传感器162以检测分析物或一些其他生理特性的模拟部件(例如,放大器、缓冲器、电流源),逻辑元件(例如,比较器、计数器、数字时钟或振荡器),或其他部件(例如ADC),天线(例如,在柔性基底130上形成的环路,偶极子或其他类型的天线,或设置在柔性基底130上的芯片天线),以便无线地指示关于检测到的分析物或其他生理特性的信息(例如浓度水平,由ADC生成的数字代码),和/或提供其他功能。
(例如用于电化学分析物传感器等的)电互连件(例如迹线),天线和/或导电电极可以由在柔性基底130上图案化的导电材料通过用于精确地图案化这些材料的工艺(例如沉积、光刻等)来形成。在柔性基底130上图案化的导电材料可以是例如金、铂、钯、钛、碳、铝、铜、银、氯化银、由贵金属形成的导体、金属、这些的组合等。
身体可安装感测平台100还包括附接到柔性基底130的传感器探头160。传感器探头160是身体可安装感测平台100的长形元件,其配置为穿透皮肤表面,使得当传感器探头160穿透皮肤时,位于传感器探头160的远端处的传感器162与包含感兴趣分析物(例如葡萄糖)的流体(例如间质液或血液)接触。也就是说,传感器探头160配置为在皮肤表面下方延伸到包括皮肤表面的身体的表皮、真皮或皮下组织中。传感器探头160可以由柔性材料(例如聚酰亚胺)或相对非柔性的材料构成;此外,可以规定传感器探头160的厚度、宽度、形状或其他特性,以提供一定程度的柔性或非柔性。在一些示例中,传感器探头160可以由与柔性基底130相同的材料形成;即,传感器探头160可以是柔性基底130的长形部分,其从配置为安装到皮肤表面的柔性基底130的一部分延伸和/或在其上设置电子器件150或其他部件。可替代地,传感器探头160可以附接到柔性基底130。例如,传感器探头160可以包括粘附、焊接、结合或以其他方式附接到柔性基底130的光纤、导线、成形硅的长形片、图案化导电迹线或其他元件。可替代地,这样的传感器探头可以用于其他应用和/或与除了如本文所述的柔性基底(例如,130)以外的部件或设备组合。
基底130包括适合于安装电子器件150(包括传感器接口152,存储器154和通信电路156)、电源140和天线170的一个或多个表面。柔性基底130可以用作基于芯片的电路(例如通过倒装安装)的安装平台和/或用作用于图案化导电材料(例如,金、铂、钯、钛、铜、铝、银、金属,其它导电材料,这些的组合等)以产生电极、互连件、天线等的平台。例如,天线170可以通过在柔性基底130上沉积金或其他导电材料的图案来形成。类似地,电子器件150与电源140之间,传感器接口152与传感器162之间,以及通信电路156与天线170之间的互连件141、151、157可以分别通过在基底130上沉积导电图案的合适材料来形成。可以采用微制造技术的组合,包括但不限于使用光致抗蚀剂、掩模、沉积技术和/或电镀技术来图案化基底130上的材料。基底130可以是诸如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)、聚对二甲苯的材料,或足以在结构上支撑电路和/或电子器件的其它材料。
电源140被配置为提供能量以给电子设备150供电。例如,电源140可以包括电池。这样的电池可以是柔性的,例如,电池可以是柔性锂离子电池或一些其他类型的柔性电池。电池可以是柔性的,以允许安装有电池的柔性基底130响应于柔性基底130所安装到的皮肤表面的变形和/或运动而弯曲。可以提供这样的柔性以增加安装感测平台100的活体的舒适度和/或最小程度地干扰这样的活体的运动和/或活动。电池(或作为电源140的一部分而提供的电池的组合)可以具有足够的容量以在长时间内为设备供电,例如,18小时、一周、14天,或传感器162,天线170和存储器154的周期性操作的某个其它长时间段,以检测分析物或其他生理特性,将与分析物或其他生理特性相关的信息记录在存储器154中,并将这些检测到的信息无线传送给外部读取器180。例如,电池可以是容量超过大约60微安小时并且厚度小于大约0.5毫米的柔性电池。
在一些示例中,电源140可以包括可再充电电池,并且还可以包括用于对这样的电池进行再充电的一些装置。例如,电源140可以包括设置在柔性基板130的表面上并被配置为从充电设备(例如,外部读取器180)的互补触点接收功率的触点。在另一个示例中,感测平台100可以包括环形天线(例如,包括在柔性基板130上图案化的导电迹线的环形天线),并且电源140可以被配置为使用环形天线来从外部设备(例如,外部读取器180)接收RF能量;在一些示例中,这样的RF能量接收天线可以是与用于与外部设备通信的天线170相同的天线。
传感器接口模块152和传感器接口模块152与传感器162之间的连接151可以根据用于检测传感器162暴露于其中的流体(例如间质液)中的分析物或检测一些其他生理特性的方法采取各种形式。传感器162可以包括选择性地与流体中的分析物相互作用的分析物选择性物质。分析物选择性物质可以包括蛋白质,酶,试剂,离子载体,抗体,荧光团,纳米结构化表面和/或结构,或响应于分析物的存在而与之选择性结合,与之反应,改变一种或多种性质或以其他方式选择性地与分析物相互作用的其他物质。然后传感器162和传感器接口152可以检测分析物和分析物选择性物质之间的选择性相互作用,以检测分析物的存在,浓度或其他特性。
这样的检测可以包括直接检测分析物与分析物选择性物质之间的相互作用(例如通过检测分析物选择性物质响应于与分析物的相互作用的光学特性的变化,通过检测由于被分析物选择性物质累积带电分析物而在传感器162处的电位的变化)或间接检测分析物与分析物选择性物质之间的相互作用(例如通过检测分析物的选择性反应的反应产物,例如通过检测通过选择性物质由分析物氧化分析物产生的过氧化氢)。直接或间接检测分析物可以包括电化学检测(即,传感器可以包括配置成电化学检测分析物的两个或更多个电极),光学检测(即,传感器162和/或传感器接口152可以包括配置成检测分析物和/或与分析物的存在,浓度或一些其他特性相关的分析物选择性物质的光学特性的光发射器和/或光检测器),或一些其他检测手段。
在一些示例中,传感器162包括至少参考电极和工作电极。工作电极例如通过使分析物选择性物质位于工作电极附近(例如,通过设置在工作电极的表面上,通过设置在工作电极上的分析物可渗透聚合物层中)而对感兴趣的分析物是选择性敏感的。传感器接口152被配置为操作传感器162以电化学地检测分析物,例如以产生与分析物相关的电信号(例如,所产生的信号的电压,电流或其他特性与分析物的浓度或其他特性相关)。
在一些示例中,这样的电化学分析物传感器162可以是电位传感器。在这样的示例中,在工作电极和参考电极之间可能产生与工作电极暴露于的流体中的分析物浓度相关的电压。因此,传感器接口152可以测量工作电极和参考电极之间的电位电压的大小,以提供分析物浓度的指示。例如,传感器接口152的模数转换器(ADC)可以被操作以生成与电位电压相关的一个或多个数字代码。在这样的实施例中,传感器接口152可以包括被配置成测量工作电极和参考电极之间的电压差同时基本上阻止电流流过工作电极和参考电极的高阻抗伏特计。
另外地或可替代地,这样的电化学分析物传感器162可以是安培传感器。在这样的示例中,传感器接口152可以在参考电极和工作电极之间施加指定的电压。施加的电压可以驱动通过工作电极的电化学电流,其与工作电极附近的分析物的浓度相关。这样的电化学电流可以与工作电极表面处的分析物的氧化还原或其他反应相关和/或可以与工作电极表面处的分析物的反应产物的氧化还原或其它反应相关(例如,由于与分析物选择性物质的选择性相互作用而由分析物的反应产生的反应产物)。因此,传感器接口152可以测量通过工作电极的安培电流的大小,以提供分析物浓度的指示。例如,传感器接口152的ADC可以被操作以生成与安培电流相关的一个或多个数字代码。在这样的实施例中,传感器接口152可以包括指定的电压源(以在参考电极和工作电极之间提供指定的电压)以及被配置为测量由于施加的指定电压而通过工作电极的电流的电流计。在一些示例中,传感器162可以另外包括反电极,返回电流(即具有与通过工作电极的电流大致相等但相反的电流)可以通过反电极,使得基本上没有电流通过参考电流。这种实施例可以允许参考电极相对于传感器162所暴露的流体提供更稳定的电压。
在一些示例中,传感器162可以包括分析物选择性物质,该分析物选择性物质具有与分析物的存在,浓度或一些其他特性相关的光学性质。例如,该物质可以包括具有荧光强度,荧光寿命,发射波长,激发波长或与分析物相关的一些其他特性的荧光团。在一些示例中,这样的分析物选择性物质可以包括被配置为选择性地结合分析物并且响应于这样的结合而经历构象改变的蛋白质或其它元素。可以将荧光团和猝灭剂附接到蛋白质,使得荧光团和猝灭剂之间的距离与蛋白质是否与分析物结合相关;结果,荧光团的荧光度可以与蛋白质是否与分析物结合相关。另外地或可替代地,设置在传感器探头的端部的物质的颜色,饱和度,吸收光谱或一些其它光学特性可以与分析物的存在,浓度或一些其他特性相关。
在这样的示例中,传感器接口152和/或传感器162可以包括被配置为分别照亮分析物敏感物质和/或接收从分析物敏感物质发射的光的光发射器和/或光检测器,以便确定与分析物相关的物质的光学特性。在一些示例中,光发射器和/或光检测器可以被设置为传感器162的一部分(即,设置在传感器探头160上)并且经由导电互连件连接到传感器接口152(例如,传感器互连件151可以包括图案化或以其他方式设置在传感器探头160上的迹线)。另外地或可替代地,传感器探头160可以包括光纤,并且分析物选择性物质可以设置在这种光纤的远端上。在这样的示例中,光发射器和/或光检测器可以设置在光纤的近端(例如,作为传感器接口152的一部分的柔性基底130上),使得光发射器和光检测器经由光纤照亮分析物敏感物质和/或从分析物敏感物质接收光。
传感器接口152包括被配置为接收由传感器162和/或传感器接口152的元件产生的电信号的ADC,该电信号涉及生理特性,例如体温,血流速率,血氧,皮肤中血液的体积,分析物的浓度或其他性质,或一些其他生理特性。电信号可以是由设备100的电极,放大器,缓冲器,光电检测器,多路复用器或一些其他电子部件生成的信号。此外,所产生的数字代码可能与电信号的电压,电流,频率,脉冲率,脉冲间间隔或一些其他特性相关。ADC可以包括直接转换ADC,逐次逼近型ADC,斜坡比较型ADC,流水线型ADC,Σ-Δ型ADC或一些其他类型的ADC和/或被配置为基于接收到的电信号的特性生成数字代码的电子部件。
由传感器接口152的ADC生成的数字代码可以根据应用各自包括离散数量的二进制数字(比特)。例如,根据应用,传感器接口152的ADC可以被配置为生成8,12,16或者一些其他数量的比特宽度的数字代码。生成的数字代码可以与由ADC接收的电信号和/或测量的生理特性具有特定的关系。例如,每个数字代码可以对应于检测到的生理特性值的范围和/或所生成的电信号的值的范围,例如,数字代码“0010”可以对应于电压在2毫伏和3毫伏之间的电信号,而数字代码“0011”可以对应于电压在3毫伏和4毫伏之间的电信号。数字代码可以按顺序或者根据某种其它关系与电信号的对应值相关(例如,二进制数字表示大于第二数字代码的二进制数字表示的第一数字代码可以对应于幅度大于对应于第二数字代码的值的范围的电信号值的范围)。例如,可以通过数字代码的二进制数字表示和电信号的相应值和/或检测到的生理特性之间的线性关系或其它关系来描述这样的顺序。
电子器件150可以包括基于由传感器接口152的ADC生成的一个或多个数字代码来确定检测到的生理特性(例如分析物浓度)的值的装置。例如,电子器件150可以包括数字加法器,乘法器,算术逻辑单元,可编程门阵列,寄存器,累加器,桶形移位器或被配置为对生成的数字代码执行计算以确定相关生理特性的值的其他逻辑元件。在一些示例中,这些元件的操作可能比检测生理特性以及生成相关数字代码的操作(例如操作电化学传感器以生成与分析物浓度相关的电信号,以及操作ADC以基于这样产生的电信号产生数字代码)需要显著更多的功率。例如,设备100可以被配置成使用小于约1微瓦的功率来生成与生理特性相关的电信号并且基于这样生成的电信号来生成数字代码。
在这样的示例中,电子器件150可以以这样的较低功率水平操作,以基于测量的生理特性在多个相应的时间段期间生成并存储多个数字代码(例如,以指定的采样速率,例如,大约每秒一次)。然后,电子器件150可以以较高的功率水平操作,以基于相应的一个或多个所存储的数字代码,例如通过加、减、乘或对数字代码进行一些其他的计算来确定在相应时间点的一个或多个生理特性值。此外,电子器件150可以操作以指示这样确定的值(例如,使用用户接口155,使用通信电路156)。设备的这种操作(即,以第一较低功率水平操作以基于生理特性生成和/或存储多个数字代码,并间断地以较高功率水平操作以确定生理特性值和/或执行一些其他动作)可以被执行以通过降低设备100的功率预算来增加设备100的操作持续时间(例如,增加与可以由设备100生成和存储的生理特性相关的数字代码的数量)。
可以操作设备100以响应于各种因素或其他考虑,基于一个或多个对应的所生成的数字代码来确定一个或多个生理特性值(例如,分析物浓度)。例如,设备100可以(例如,使用用户接口155)接收请求当前或过去的生理特性值的用户输入(例如,用户可以按下用户接口155的按钮和/或接触用户接口155),并且电子器件150可以响应地基于一个或多个对应的数字代码来确定生理特性值(例如,可以基于最近生成的数字代码来确定生理特性值)。
附加地或可替换地,设备100可以从另一个系统(例如,使用通信电路156)接收请求当前或过去的生理特性值的通信(例如,读取器180可以发送指示这样的请求的无线信号171),并且电子器件150可以响应地基于一个或多个对应的数字代码来确定生理特性值。
在一些示例中,可以响应于设备100从外部源接收额外的功率(例如,由电源140的电池提供的功率之外的功率),基于相应的生成的数字代码来确定一个或多个生理特性值)。例如,电源140的电池可以提供足够的功率以生成与生理特性相关的电信号(例如,操作传感器162和/或传感器接口152以生成与皮肤内的间质液中的分析物浓度相关的电信号)并且生成并存储与这种电信号相关的多个数字代码(例如,通过操作传感器接口152的ADC);然而,由电池提供的功率可能不足以基于这样生成的数字代码来确定生理特性值(例如,可能不足以提供操作硬件乘法器,算术逻辑单元或其他逻辑和/或计算元件的功率)。设备100可以被配置为从外部源接收功率(例如,经由例如天线170接收的RF能量,太阳能,从人体获取的热能和/或机械能),并且当接收到的能量超过某个阈值时,基于相应的生成的数字代码来确定一个或多个生理值。
电子器件150可以被配置为基于所生成的数字代码来执行一些附加或替代的操作。例如,电子器件150可以被配置成基于所生成的数字代码来确定关于人的健康状态或其他信息。在一些示例中,这可以包括基于数字代码确定对应的生理特性值,并且还基于确定的生理特性值(例如,将确定的值与指定的范围或阈值进行比较)来执行一些确定。另外地或可替代地,可以基于直接生成的数字代码来确定关于人的健康状态或其他信息。
例如,可以(例如,通过电子器件150的逻辑元件)将所生成的数字代码与指定的数字代码组(例如,一组指定的数字代码,其对应于指示健康状态的生理特性值)进行比较。响应于所生成的数字代码与指定的数字代码组中的一个相匹配的确定,电子器件150可以提供指示(例如,可以经由用户接口155和/或通信电路156来指示与对应于该组数字代码的生理特性对应的健康状态)或者可以执行一些其他的动作。这种指定的数字代码组可以由外部系统提供(例如,通过外部读取器180响应于从设备100接收数字代码并从一些其他测量系统接收相关生理特性的测量)、可以由设备100确定(例如,响应于用户输入相关生理特性的已知值或一些其他信息)、或者可以通过一些其他步骤来获得。设备100的这种操作和/或配置可以允许设备100在较低功率水平下(例如,比基于一个或多个生成的数字代码来确定一个或多个生理特性值所需要的功率水平小的功率水平)的同时确定关于人的健康状态或其他信息。
存储器154可以包括各种易失性和非易失性电子存储元件,其被配置为提供用于感测平台100记录和/或记载与生理特性相关(例如,与分析物浓度相关)的生成数字代码,这样的数字代码的生成的相对和/或绝对定时,校准信息和/或通过感测平台100检测的或输入到感测平台100的其它信息(例如,通过感测平台100的用户接口部件155)的装置。例如,存储器154可以包括一个或多个EEPROM存储器、闪存、NVRAM存储器、DRAM存储器、SRAM存储器、触发器或其他信息存储元件。存储器154可以具有足够的信息存储容量,以某种特定的检测速率记录一些指定周期的生成的数字代码;例如,当以大约每分钟一次的速率检测时,存储器154可以具有足以记录多于18小时,一周或一些其它长时间的检测到的信息(例如,生理特性,分析物浓度)的容量。附加地或可替代地,感测平台100可以与感测平台100外部的并且可以如上所述使用(例如,存储所生成的数字代码,以存储和/或访问感测平台100的校准或其他配置数据)的存储器通信。
用户接口155被配置为接收来自用户(例如,其身体安装有设备的用户)的输入和/或向用户呈现输出以提供感测平台100的一些应用。这样的用户接口元件(例如,显示器,传感器,按钮)可以是柔性的和/或安装到感测平台100的柔性基底130。在一些示例中,用户接口155可以提供用于改变或设置感测平台100的操作状态和/或用于引起感测平台100执行一些功能的手段。例如,用户接口155可以提供用于使用户使用传感器162使感测平台100执行对生理特性的测量(即,生成与生理特性相关的电信号,基于电信号生成数字代码,和/或基于所生成的数字代码确定生理特性值),将感测平台100设置为睡眠或其他低功率状态,设置传感器162的操作速率来检测生理特性,或者控制感测平台100的操作或功能的一些其他方面的手段。在一些示例中,用户接口155可以提供用于将校准或其他数据输入到感测平台100的手段,例如用于输入与传感器162的操作相关的校准数据以检测生理特性。附加地或可替换地,用户接口155可以提供用于输入关于感测平台100的用户的状态的信息的手段,例如,指示用户的身体或精神状态,指示用户的活动,指示用户已经吃过饭或服用了药物,或者指示其他一些信息。用户接口155可以提供用于向用户指示信息的手段,例如关于感测平台155的操作的信息(例如,电池电量状态,空闲存储量),确定的生理特性(例如,使用传感器162检测到的血糖水平),或感测平台100可用的一些其他信息。
用户接口155可以被配置为检测各种输入。用户接口155可以被配置为检测声音(例如语音命令),感测平台100的运动(例如,包括感测平台所安装到的皮肤表面的运动的姿势),感测平台100和用户身体的手指或其他部分之间的接触,或一些其他输入。例如,用户接口155可以被配置为检测关于感测平台100附近的物体(例如,手指或其他身体部位)的位置,运动,压力,手势或其他信息。用户接口155可以包括被配置为检测单点触摸,多点触摸,手势,滑动或其他输入的电容式触摸传感器。用户接口155可以包括柔性部件。在一些示例中,用户接口155可以包括与传感器162共同的一个或多个元件。例如,感测平台100的传感器162可以被配置为检测感测平台100被安装到的皮肤表面的温度;此外,传感器162可以用于通过检测使用传感器162检测到的温度随时间的变化来检测输入(例如,感测平台100与手指或其他物体之间的接触)。
用户接口155可以被配置为通过各种手段提供各种不同类型的信息。用户接口155可以指示与感测平台100的操作状态相关的信息(例如,指示设备的电池充电状态或空闲存储器空间)和/或与使用传感器162检测到的生理特性相关的信息(例如,指示使用传感器162检测到的血糖水平)。用户接口155可以用于指示用户可以采取的行动的进程(例如,管理药物,寻求医疗帮助)。用户接口155可用于指示由感测平台100产生的一些警报(例如,确定的生理特性值超出指定限制的警报,生成的数字代码与指定组的数字代码中的一个相匹配的警报,用户正在经历不利健康状态的警报)。用户接口155可以包括发光元件(例如,LED,OLED,显示器),颜色改变元件(例如,电子墨水元件或显示器,LCD),触觉元件(例如,振动器,蜂鸣器,电触发元件),声学元件(例如,蜂鸣器,扬声器),或被配置为例如向用户指示某些信息的一些其它元件。用户接口155可以包括柔性元件,例如用户接口155可以包括柔性OLED显示器。
电子器件150包括用于经由天线170发送和/或接收信息的通信电路156。通信电路156可以可选地包括一个或多个振荡器,混频器,频率注入器等,以调制和/或解调由天线170发送和/或接收的载波频率上的信息。在一些示例中,身体可安装感测平台100被配置成通过以由外部读取器180可感知的方式调制天线170的阻抗来指示信息(例如,所生成的数字代码,由其确定的生理特性值)。例如,通信电路156可以引起来自天线170的反向散射辐射的幅度,相位和/或频率的变化,并且这样的变化可以被读取器180检测到。这样的无线通信可以与一个或多个现有的反向散射无线通信标准(例如RFID)兼容。附加地或可替代地,通信电路156和天线170可以被配置为根据一些其他方法,例如根据蓝牙(例如,蓝牙低能量),ZigBee,WiFi,LTE和/或一些其它无线通信标准或方案,来传输无线信号。在一些示例中,这样的通信(例如,从传感器平台100传输的数据,传输到传感器平台100的操作指令)可以被密码保护;也就是说,无线通信链路可以被加密。
传感器接口152经由传感器互连件151连接到传感器162。在一些示例中,传感器互连件151可以包括图案化导电材料(例如,金、铂、钯、钛、铜、铝、银、金属,这些的组合等)以将电极、光发射器、光检测器,或传感器162的其他部件连接到包括传感器接口152的一个或多个其他部件上的终端。类似地,电子器件150经由互连件157连接到天线170。附加地或可替代地,传感器互连件151可以包括用于在传感器162和传感器接口152之间传输光的光纤或其他装置。例如,传感器接口152可以包括光发射器和/或光检测器,并且传感器162可以包括分析物选择性物质,该分析物选择性物质具有与分析物的存在,浓度或一些其他特性相关的光学性质。在这样的示例中,光发射器和/或光检测器可以设置在光纤的近端,使得光发射器和光检测器经由传感器互连件151的光纤照亮分析物敏感物质和从分析物敏感物质接收光。可预期传感器互连件151的其他构造(例如,毛细管,微流体元件等)。
注意,为了便于描述,结合功能模块来描述图1中所示的框图。然而,身体可安装感测平台100的实施例可以与在单个芯片,集成电路和/或物理特征或多个这样的元件中实现的一个或多个功能模块(“子系统”)一起布置。
外部读取器180包括天线188(或多于一个天线的组),以发送和接收来自身体可安装感测平台100的无线信号171。外部读取器180还包括具有与存储器182通信的处理器186的计算系统。外部读取器180还可以包括一个或多个用户控件185,显示器187和通信接口189。存储器182是非临时性计算机可读介质,其可以包括但不限于磁盘,光盘,有机存储器和/或可由处理器186读取的任何其他易失性(例如,RAM)或非易失性(例如,ROM)存储系统。存储器182可以包括用于存储数据指示诸如传感器读数(例如,与使用传感器162产生的电信号相关的由此产生的数字代码和/或确定的生理特性值),程序设置(例如,调整身体可安装感测平台100和/或外部读取器180的行为)等的数据存储器183。存储器182还可以包括程序指令184,用于由处理器186执行,以使外部读取器180执行由指令184指定的过程。例如,程序指令184可以使外部读取器180执行本文所述的任何功能。例如,程序指令184可以使得外部读取器180提供用户接口,通过响应于通过用户控件185输入的命令在显示器187上显示从身体可安装感测平台100传送的信息(例如,由传感器接口152生成的数字代码,由其确定的生理特性值),该用户接口允许检索该信息。外部读取器180还可以包括一个或多个硬件部件,用于操作天线188以将无线信号171发送到身体可安装感测平台100和从身体可安装感测平台100接收无线信号171。例如,振荡器、频率注入器、编码器、解码器、放大器、滤波器等可根据来自处理器186的指令来驱动天线188。
外部读取器180还可以被配置为包括通信接口189,以经由通信介质191向远程系统190传送信号和从远程系统190传送信号。例如,远程系统190可以是智能手机,平板电脑,膝上型计算机或个人计算机,并且通信接口189和通信介质191可以分别是蓝牙模块和无线蓝牙通信信号。在该示例中,外部读取器180可以被配置为将关于由感测平台100检测到的生理特性的信息发送到智能电话,平板电脑,膝上型计算机或个人计算机以用于存储和离线分析。在另一个示例中,远程系统190是诊所或医生办公室的服务器,通信接口189是WiFi无线电模块,并且通信介质191是互联网的元件,足以使得远程服务器和WiFi无线电模块之间的数据传送。医生可以使用这些数据来确定或诊断与受试者的状况相关的信息。此外,外部读取器180可以被配置为从远程服务器接收信号,例如由远程医生发送的指令,以例如增加或减少采样频率。通信接口189可以被配置为实现其他形式的有线或无线通信;例如CDMA,EVDO,GSM/GPRS,WiMAX,LTE,红外线,ZigBee,以太网,USB,FireWire,有线串行链路或近场通信。
外部读取器180可以是智能电话、数字助理或具有足以提供无线通信链路171的无线连接的其他便携式计算设备。外部读取器180也可以实现为可插入便携式计算设备的天线模块,诸如在通信链路171以在便携式计算设备中不常用的载波频率工作的示例中。在一些情况下,外部读取器180是被配置为周期性地放置在感测平台100附近以允许无线通信链路171以低功率预算来操作的专用设备。
在一些示例中,感测平台100可以被配置成检测人体内的葡萄糖,并且外部读取器180可以包括或接触胰岛素泵。这样的胰岛素泵可以包括供应的胰岛素和泵,泵被配置为以受控的速率将胰岛素提供到人体内(例如通过使用例如针置于人体皮肤中的管和/或穿过人体皮肤的管)。在这样的示例中,胰岛素泵可以基于使用传感器162检测到的人体内的葡萄糖水平(例如,浓度,数字代码)的测量来操作。例如,可以操作胰岛素泵来以基于检测到的葡萄糖水平的速率提供胰岛素,使得该人的血糖水平保持在指定范围内,或者根据一些其他方案(例如,胰岛素泵可以作为包括传感器162的反馈回路的一部分被操作)。另外地或可替代地,外部读取器180可以包括或接触用于一些其他药物的泵,并且可以基于检测到的葡萄糖水平或使用传感器162检测到的一些其他生理特性以受控速率操作。
在身体可安装感测平台100已经安装至活体的皮肤使得传感器162与活体的间质液接触的示例中,可以操作感测平台100以检测生理特性(例如测量间质液中的分析物的浓度)。间质液是一种血管外液,其可以充满活体动物的许多组织。间质液通过组织结构(例如真皮组织,皮下组织)中的毛细血管不断地被补充,并且包括血液中发现的许多生物标记,其被分析以表征一个人的健康状况。例如,间质液包括尿素、葡萄糖、钙、钠、胆固醇、钾、磷酸盐、其他生物标志物等。间质中的生物标志物浓度可以系统地与血液中生物标志物的相应浓度相关,可以建立两个浓度水平之间的关系,以将间质液生物标志物浓度值映射到血液浓度水平。因此,与通过在人体外刺入一定量待分析的血液进行的血液采样技术相比较,使用如本文所述的感测平台测量间质液分析物浓度水平可以提供用于监测分析物水平的技术。此外,本文公开的身体可安装传感器平台可以基本连续地操作,以实现分析物浓度或关于分析物或其他生理特性的其他信息的实时测量。
在一些实施例中,身体可安装感测平台100可以操作以非连续(“间歇地”)指示与检测到的生理特性(例如,分析物的浓度值)相关的信息。例如,身体可安装感测平台100可以操作以周期性地操作传感器162以生成和存储与生理特性相关的数字代码到存储器154中。感测平台100然后可以不太频繁地操作来传输与分析物的多于一次检测相关的存储的信息。另外地或可替代地,用户可以操作外部读取器180来请求由感测平台100进行的这种信息传输。在另一个示例中,感测平台100可以向用户(例如,经由感测平台的光,振动电机或其他用户接口元件)指示用户应该操作外部读取器180来从感测平台接收这样传输的信息(例如,由于存储器154几乎已满,由于电源140的电池几乎耗尽)。示出的系统的其它操作连续地,周期性地和/或间歇地使用传感器162和传感器接口152来生成与生理特性相关的数字代码,使用存储器154来存储生成的数字代码,和/或使用天线170来无线地指示这样的数字代码和/或由此确定的生理特性值被预期。
如本文所述的设备(例如,100)可以以各种不同的方式生成和存储与生理特性(例如分析物的浓度)相关的数字代码。例如,这样的设备可以以规定的顺序(例如顺序地)在存储器中产生并记录多个这样的数字代码。在一些示例中,顺序生成的数字代码之间的差异可以被记录在存储器中(例如,增加由其确定的生理特性值的分辨率)。在一些示例中,所生成的数字代码的相对或绝对定时也可以被存储在存储器中(例如,以允许将所生成的代码与已知事件或其他信息的定时进行比较,以允许多组存储的校准数据用于基于数字代码和数字代码的相对定时以及与多组存储的校准数据对应的时间来确定生理特性值。
作为说明性示例,图2示出了系统200,其被配置为生成与生理特性相关的多个数字代码,以基于相应的数字代码确定一个或多个数字特性值,并且指示这样确定的值(例如,到用户、到远程系统)。系统200包括传感器205(例如,电化学传感器,光传感器和被配置为具有与生理特性相关的光学特性的光学物质)以及被配置为生成与生理特性相关的电信号(例如,具有电压、电流、频率、占空比或与生理特性相关的其它特性)的信号调节器210(例如,放大器,缓冲器,稳压器,互阻抗放大器和/或一些其他电子部件)。该系统还包括模数转换器(ADC)220,其被配置为基于所生成的电信号生成数字代码。
该系统还包括控制器230(例如,微控制器,一个或多个集成电路),其被配置为从ADC 220接收数字代码并且基于所接收的数字代码执行一些操作。控制器230包括可用于存储所接收的数字代码(多个存储的数字代码由图中所示的二进制代码指示;最近生成的数字代码237由箭头指示)的存储器235。控制器还可以被配置为操作传感器205,信号调节器210和/或ADC220以生成数字代码。该系统包括用户接口240,其被配置为向用户指示(例如,显示)确定的生理特性值(或其他信息)和/或接收来自用户的输入。该系统还包括通信接口250,该通信接口250被配置为向外部系统指示确定的生理特性值(或其他信息)和/或从外部系统接收信息。
如图2所示,存储器235被配置为存储与感兴趣的生理特性相关的多个12位数字代码。存储器中存储的代码的顺序可以与数字代码的生成顺序相关,例如,指示的数字代码237可以是最近生成的数字代码。可替代地,可以根据一些其他布置来指定所生成的数字代码的相对顺序和/或这些代码在存储器235内的位置的描述,和/或描述这样的顺序的信息可以被存储(例如存储在存储器235)。在一些示例中,所生成的数字代码的定时也可以被存储在存储器235中,并且存储器235内的存储的代码的顺序可以是随机的或者根据一些其它布置。注意,如图所示,存储器235的最后单元是空白的。在实践中,根据存储器235和/或控制器230的配置,这样的单元可以是全0、全1、其他指定模式、或者可以包含随机内容。在一些示例中,单元可以包含与生理特性相关的生成的数字代码。例如,控制器230可以操作存储器235作为环形缓冲器,用新生成的数字代码覆盖最不近生成的最少存储的数字代码。在一些示例中,所存储的数字代码的生成顺序可能与存储器的对应单元的顺序无关,例如,
生成的数字代码可以以各种方式与生成的与感兴趣的生理特性(例如分析物浓度)相关的电信号相关。例如,每个数字代码可以对应于所生成的电信号的值的范围,例如,数字代码“0010”可以对应于电压在2毫伏和3毫伏之间的电信号,而数字代码“0011”可以对应于电压在3毫伏和4毫伏之间的电信号。数字代码可以按顺序或者根据某种其它关系与电信号的对应值相关(例如,二进制数字表示大于第二数字代码的二进制数字表示的第一数字代码可以对应于幅度大于对应于第二数字代码的值的范围的电信号值的范围)。例如,可以通过数字代码的二进制数字表示和电信号的相应值和/或检测到的生理特性之间的线性关系或其它关系来描述这样的顺序。在一些示例中,每个数字代码可以与电信号的Σ-Δ调制、脉冲代码调制或其他改变版本相关。另外地或可替代地,每个生成的数字代码可以与所生成的电信号中的改变相关,例如以提供生理特性的更高分辨率的记录。
注意,图2作为非限制性说明性示例将存储器235图示为控制器230的一部分。被配置为存储或记录如本文所述的数字代码的存储器可以与控制器分离和电联接到控制器,可以由多个部件组成,或者可以以其他方式可替代地配置。在一些示例中,这样的存储器可以是可移除的,例如可以是SD卡,USB存储棒的一部分,或者可以包括一些其他形式的可移动介质。
控制器230可以被配置为执行各种操作,例如涉及与检测到的生理特性相关的一个或多个生成和/或存储的数字代码的操作。控制器230被配置为基于一个或多个生成的数字代码来确定生理特性值(例如,分析物的浓度值,皮下血管的一部分中的血液的相对或绝对体积值,生物电势的量值)。控制器230还被配置为指示这样的确定的生理特性值,例如使用用户接口240的显示器来向用户指示所确定的值和/或使用通信接口250将这些值无线地指示给外部系统。
基于生成的数字代码来确定生理参数的值(例如,通过操作算术逻辑单元,硬件乘法器或一些其他电子元件)可能需要使用指定量的功率。控制器230可以被配置为间歇地执行这样的确定,例如以增加系统200在由电池供电时可以操作的时间段。例如,控制器230可以在第一时间段期间操作以生成与生理特性相关的多个数字代码(例如,使用传感器205,信号调节器210和ADC 220)。控制器230然后可以在第二时间段期间基于在第一时间段期间生成和存储的对应数字代码来确定一个或多个生理参数值。在第二时间段期间确定生理特性值可以响应于一些因素或确定来执行,例如响应于接收到对这种信息的请求(例如,经由用户接口240和/或通信接口250),响应于接收到补充电力源(例如,从外部系统传输的RF电力,来自环境光的太阳能,从安装有系统200的身体收获的热能或机械能),或响应于一些其他事件,输入或确定。
相对于包括在生成每个相关的数字代码时确定生理特性值的操作,控制器230在附加功率可用时或者根据其他考虑响应于请求确定生理特性值的操作可以允许系统200在延长的时间段内操作(例如,记录多个时间点的与多个生成的和/或存储的数字代码相对应的生理特性相关的信息)。例如,以这种方式配置和/或操作的感测平台可以由低容量电池供电来操作,以在多天(例如,大约2周以上)的时段内生成和/或存储与感兴趣的生理特性相关的数字代码。此外,在如上所述的第一时间段期间,这样的操作可以使用小于约1微瓦的功率。
控制器230可以被配置成使用校准数据基于所生成的数字代码来确定生理特性值。这样的校准数据可以包括描述数字代码与生理特性之间的关系的信息,例如可以描述将数字代码的二进制值与生理特性值(例如浓度)相关联的校准曲线。例如,这样的校准数据可以包括可以从数字代码被数字地加上或减去的偏移值,可以用于缩放数字代码的增益值,或其它信息。在一些示例中,校准数据可以包括查找表或描述一个或多个特定数字代码、相应的生理特性值的其他信息。
在一些示例中,控制器230可以使用一组以上的校准数据来基于特定的生成的数字代码来确定生理特性值。例如,多组校准数据可以与多个相应的时间点相关(例如,可以基于在多个时间点7由其它一些其他系统检测到的生理特性值来确定)。可以使用对应于校准数据组的多个时间点之间的相对定时(relative timing)和特定的生成的数字代码的定时来确定生理特性值,例如通过基于相对定时确定校准数据组的组合(例如,加权平均),通过基于特定的生成的数字代码确定多个生理特性值并基于相对定时组合它们(例如,所确定的值的加权平均),或根据一些其他的方法。在一些示例中,对应于多组校准数据的多个时间点可以是比特定的所生成的数字代码的时间更早的时间点。
控制器230可以从用户(例如,通过用户使用用户接口240输入这样的数据)和/或从外部系统(例如通过经由通信接口250接收这样的信息)接收这种校准数据。例如,控制器230可以以这种方式接收偏移值,增益值,查找表或其他信息。另外地或可替代地,控制器230可以确定这样的校准数据。在一些示例中,控制器230可以从外部系统(例如,从被配置为检测来自操作用户接口240的用户的生理特性的外部设备)接收测量的生理特性值,并且可以基于所接收的生理特性值和由ADC 20生成的一个或多个数字代码确定校准数据(例如,可以随后由控制器230使用以基于所生成的数字代码来确定生理特性值的增益值)。
在一些示例中,控制器230可以使用用户接口240将确定的生理特性值呈现给用户,并且用户可以提供输入以指示确定的值是大于还是小于已知正确的生理特性值(例如,由被配置为检测生理特性的一些其他系统提供的值)。这样的输入可以用来更新校准数据(例如增加或减少增益值);控制器230然后可以使用更新的校准数据来基于所生成的数字代码确定新的生理特性值。用户可以再次使用用户接口240来指示新确定的值和已知的正确值之间的任何差异。以这种方式,控制器230可以基于来自用户的输入迭代地确定校准数据。
如本文所述的感测平台或其他系统可以被配置为基于与感兴趣的生理特性相关的生成的数字代码来执行一些其他操作。感测平台可以被配置成基于所生成的数字代码来确定关于人的健康状态或其他信息。作为说明性示例,图3示出了被配置为生成与生理特性相关的多个数字代码,将这样生成的数字代码与一组指定的数字代码进行比较,并且响应于这样的确定来提供指示(例如到用户,到远程系统)的系统300。系统300包括传感器305和信号调节器310,信号调节器310被配置为生成与生理特性相关的电信号。该系统300还包括模数转换器(ADC)320,其被配置为基于所生成的电信号生成数字代码。
该系统还包括被配置为从ADC 320接收数字代码(由存储在例如寄存器或控制器330的其他存储器中的特定的生成的数字代码333指定)并将接收到的数字代码(例如,333)与一组指定的数字代码进行比较的控制器330(例如,微控制器,一个或多个集成电路)。如图3所示,该组指定的数字代码被单独存储在存储器335中,并且包括与特定的生成的数字代码333相匹配的匹配代码337(即,具有与特定的生成的数字代码333相同的二进制值)。控制器330也可以被配置为操作传感器305,信号调节器310和/或ADC320以生成数字代码。该系统包括警报指示电路340,警报指示电路340被配置为响应于确定接收到的数字代码(例如333)与指定的数字代码(例如,337)中的一个相匹配来指示(例如,显示,发送)警报。这可以包括例如通过提供显示(例如通过提供确定的生理特性值的指示,通过提供生理特性在指定范围之外的指示,通过提供用户应该应用药物、寻求医疗帮助或采取其他行动的指示),提供声音(例如,嘟嘟声),通过振动或者通过向用户提供一些其他指示来经由用户接口元件向用户提供指示。附加地或可替代地,警报指示电路340可以向与所接收的数字代码相关的外部系统(例如,手机,外部读取器设备,通过例如发送的无线信号)提供指示(例如,指示数字代码,指示数字代码在指定范围之外)。
将与感兴趣的生理特性相关的接收到的数字代码与指定的数字代码组进行比较(例如,确定健康状态,确定警报状态)可能需要比使用数字代码确定感兴趣的生理特性值并且随后基于确定的生理特性值执行一些比较或其他确定更少的功率和/或能量。这样,以这种方式操作的系统(例如300)可以在由电池供电的情况下在延长的时间段(例如,几个星期)操作以提供与感兴趣的生理特性相关的警报(例如,提供与超过一个或多个指定阈值的血糖水平相关的警报)。
这里描述的一组特定的代码(例如,存储在存储器335中的代码)可以用各种方式指定。在一些示例中(例如,如图3所示),可以单独指定该组指定的代码。另外地或可替代地,可以通过一个或多个阈值来描述指定的一组代码,例如,指定的一组代码可以包括具有大于第一阈值且小于第二阈值的二进制值的所有代码的集合。这种指定的数字代码组可以包括一个或多个连续的数字代码的序列(即,具有相差一个值的数字代码),或者可以包括通过某种其他方法描述的任何其他指定的数字代码组。
这种指定的数字代码组(例如存储在储存器335中的代码)可以由外部系统提供(例如,通过外部读取器响应于从设备接收数字代码并从一些其他测量系统接收相关生理特性的测量),可以由设备300确定(例如,响应于用户输入相关生理特性的已知值或一些其他信息),或者可以通过一些其他步骤来获得。在一些示例中,系统300可以将所生成的数字代码发送到外部系统(例如,使用警报指示电路340的无线发射器)。然后外部系统可以确定对应于警报状况,例如对应于不利健康状态(例如,对于过高或过低的血糖水平)的数字代码组。也就是说,所指定的数字代码可以对应于与警报状态相对应的生理特性的水平,并且当生理特性具有这样的水平时,可以由系统300(例如,由ADC320)生成。
这样的确定可以包括基于生理特性的已知值(例如,由外部系统检测到的值,通过用户由外部系统接收的值)来确定由系统300生成的数字代码与生理特性值之间的关系。例如,外部系统可以基于由系统300发送的所生成的数字代码和生理特性的已知值来确定系统300的校准数据。然后外部系统可以使用确定的校准数据来确定当生理特性具有对应于警报条件的值(例如,当血糖水平超过某个阈值时)时系统300可以生成的指定的数字代码组。然后,外部系统可以向系统300提供确定的指定的数字代码组(例如,可以提供描述指定的数字代码组的阈值的一个或多个二进制值)(例如,通过无线发送与指定的数字代码组相关的信息)。
III.示例生物传感器和校准数据
被配置为检测感兴趣的生理特性(例如,分析物的浓度或其他特性)的存在,浓度或一些其他特性的传感器可以以各种方式配置并且被并入各种不同的系统或设备中。例如,传感器可以被包括在被配置成穿透活体皮肤的传感器探头的远端上,使得当传感器探头穿透皮肤时传感器可以检测到皮肤内的间质(或其他流体)中的分析物。此外,这样的传感器探头可以被包括作为身体可安装感测平台的一部分,该感测平台包括柔性基底,传感器探头附接到该柔性基底,并且该柔性基底配置为安装(例如通过粘合剂层或一些其他手段)到皮肤表面。
传感器可以电化学地(例如通过检测通过两个或更多个电极之间的电压和/或通过两个或更多个电极的电流),光学地(通过检测分析物和/或环境的一些其他元件和/或传感器的光学特性),或者通过其他手段检测分析物。这样的传感器和/或与其相关的电子器件可以产生与分析物(或其他感兴趣的生理特性)相关的电信号,例如可以产生电位测量电压,电流测量电流,光电检测器的与接收到的光的强度相关的电压输出,或其他电信号。这样的生成的电信号可以用于执行与感兴趣的生理特性相关的一些操作,例如,可以由ADC用来生成一个或多个与感兴趣的生理特性相关的数字代码,并且可以用于确定人的健康状态,确定生理特性值,或者根据一些其他应用。
传感器可以被配置为通过包括选择性地与分析物相互作用的一种或多种物质来检测分析物。这样的物质可以具有与分析物的存在,浓度或其他特性相关的电,光学或其他性质。另外地或可替代地,分析物选择性物质可以选择性地与分析物反应和/或选择性地催化分析物的反应,并且这种反应的产物可以由传感器检测以允许检测分析物。分析物选择性物质可以涂覆传感器的一个或多个表面,可以结合到聚合物,凝胶或一些其他材料的分析物可渗透层中,或者可以通过一些其他方法定位和/或结合到传感器上或内部。
电化学传感器包括至少两个电极并被配置为电化学检测分析物。这可以包括操作两个或更多个电极以检测两个或更多个电极之间的电压,通过一个或更多个电极的电流,一个或更多个电极的阻抗,或者与分析物的一种或多种特性相关的一些其它电化学变量。这种电化学传感器的电极可以由一种或多种金属或金属合金构成。另外地或可替代地,电极可以包括导电聚合物或其他导电材料。电极可以被配置成具有特定的欧姆电阻,以催化与一种或多种化学物质的某些氧化还原反应(例如,与分析物,具有被分析物选择性物质催化的分析物反应的产物),以对流体具有特定的电容,相对于流体具有稳定的电极电压,或具有其他特定的特性。
被配置为用作参考电极的电极可以被配置为相对于与其接触的流体提供相对稳定的电压。这种配置可以包括参考电极的组成(例如,用于形成电极的金属或其他材料),参考电极的结构(例如,电极的形状,电极的微米级结构,电极材料的多个层的配置),或参考电极的其他特性。此外,这种构造可能与电极将与之接触的流体的特性和/或流体的和/或电极的环境的特性相关。例如,当流体是与足够的氧源定期接触的水性流体(例如,流体是泪液或眼睛)时,参考电极可以包括由铂构成的表面层(例如,大约100纳米至约1微米厚的铂层)。在另一个示例中(例如,流体是不能接触到足够的氧气来源的含水流体),参考电极可以包括形成在银层上的氯化银层(例如,具有组合厚度在约2微米和约20微米之间的银和氯化银层)。这种银/氯化银电极可以通过沉积银层并随后通过阳极氧化银层在银层上形成氯化银层来形成。这种阳极氧化可以包括将沉积的银层浸没在含有氯离子源的酸性溶液(例如,1M盐酸溶液)中,并使电流流过银层,使溶液中的氯化物在银层上形成氯化银。
被配置为用作工作电极的电极可以通过在传感器的工作电极上或附近固定选择性地与的分析物相互作用的物质(例如,试剂,蛋白质,酶)来对分析物选择性地敏感。这种分析物选择性物质可以通过将物质交联成电极表面上的交联层而固定在工作电极的表面上。这可以包括使用醛,二醛(例如戊二醛)或其他交联剂在电极表面上形成物质的交联层。另外地或可替代地,这种分析物选择性物质可以位于设置在工作电极上的分析物可渗透聚合物层内。
分析物选择性物质可以设置在工作电极表面上形成的聚合物层内。这样的聚合物层可以是分析物可渗透的并且包含选择性地与分析物反应的试剂以产生可以由电极直接感测和/或通过一些其他元件感测的反应产物(例如,荧光团或与反应产物相互作用的其他物质)。在一些示例中,聚合物层是包含甲基丙烯酸2-羟乙酯单元的水凝胶。这样的水凝胶可以含有额外的聚合物单元或其他化学物质以调节水凝胶对分析物的渗透性,将分析物选择性物质结合在水凝胶内,增加水凝胶的交联度,或指定水凝胶的一种或多种其他特性。例如,这样的水凝胶可以另外包含二(乙二醇)二甲基丙烯酸酯单元。通过形成包含单体单元(例如,甲基丙烯酸2-羟乙酯单元),交联剂单元(例如,二(乙二醇)二甲基丙烯酸酯的单元),共聚物单元,分析物选择性物质和/或聚合引发剂(例如光引发剂2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮)的溶液,将形成的溶液沉积在工作电极上,并将溶液聚合到含有分析物选择性物质的聚合物层中,可以在工作电极上形成聚合物层。在一些示例中,可以指定这样的分析物可渗透层的渗透性,厚度或其他特性以控制分析物从间质液扩散到工作电极表面的速率(例如,聚合物层的厚度可以在大约5微米和大约20微米之间)。
在一些示例中,分析物选择性物质可以被配置为选择性地引起分析物的化学反应,并且反应的一种或多种反应产物可以被工作电极检测(例如电位分析,电流分析)。例如,分析物选择性物质可以包括选择性氧化和/或还原分析物的试剂(例如,分析物选择性物质可以是氧化还原酶或蛋白质)。例如,分析物可以是葡萄糖,丙酮酸盐或尿素,分析物选择性物质可以分别是葡萄糖氧化酶,丙酮酸氧化酶或脲酶。这样的反应可以产生包括氧化物(例如过氧化氢)的反应产物,工作电极可以被配置为检测那些氧化物。例如,反应产物可以包括过氧化氢,并且工作电极可以包括层铂(例如厚度在约1微米和约5微米之间的铂层)。
传感器的电极的面积可以根据应用来指定。例如,安培传感器的工作电极的面积可以被指定为使得传感器具有特定的电流增益(即,使得通过工作电极的测量电流与工作电极所暴露的流体中的分析物的浓度之间的关系具有某个特定值和/或具有某个特定值范围内的某个值)。例如,安培传感器的工作电极可以具有大约0.05平方毫米和大约0.5平方毫米之间的面积。此外,安培传感器的参考电极可以具有足够大的面积,以使得当返回电流通过参考电极时,参考电极和参考电极所暴露的流体之间的相对电压在参考电极的零电流相对电压的可接受的范围内。例如,安培传感器的参考电极可以具有大约0.5平方毫米与大约3.0平方毫米之间的面积。
在一些示例中,感测平台的传感器可以包括分析物选择性物质,该分析物选择性物质具有与分析物的存在,浓度或一些其他特性相关的光学性质。例如,该物质可以包括具有荧光强度,荧光寿命,发射波长,激发波长或与分析物相关的一些其他荧光特性的荧光团。另外地或可替代地,设置在传感器探头的端部的物质的颜色,饱和度,吸收光谱或一些其它光学特性可以与分析物的存在,浓度或一些其他特性相关。传感器和/或包括该传感器的传感器平台可以包括被配置为分别照亮分析物敏感物质和/或接收从分析物敏感物质发射的光的光发射器和/或光检测器,以便确定与分析物相关的物质的光学特性。这样的光检测器可以被配置成产生与分析物(或其它感兴趣的生理特性)相关的电信号,例如以产生与分析物敏感物质的光学特性相关的电信号。
在一些示例中,这样的分析物选择性物质可以设置在布置在光纤的远端处的聚合物,凝胶或其它可分析物渗透性材料的层中。另外地或可替代地,保护层可以设置在分析物可渗透材料上方。在一些示例中,光纤可以设置在(例如,粘附到,形成于)柔性基底上,柔性基底又与配置为安装到皮肤表面并且其上可以设置电子器件(包括,例如,光发射器和/或光检测器)的柔性基底连续。此外,光发射器和光检测器中的一个或两个可以设置在分析物选择性物质附近,使得光发射器和/或光检测器可以分别直接照射分析物选择性物质和/或接收来自分析物选择性物质的发射光而不是通过光纤。在这样的示例中,光发射器,光检测器和/或分析物选择性物质可以设置在传感器探头的远端上,如结合本文所述的其它实施例所描述的。
设置在如本文所述的传感器(例如,电化学传感器,光学传感器)上方的保护层可以通过多种工艺形成,包括CVD,单体溶液的施加随后进行聚合,从浸有传感器的溶液中沉淀保护层的元素,或其他方法。例如,可以将传感器(和/或其某个终端方面,例如,传感器设置在其远端的长形传感器探头的远端的特定长度)浸入包含单体,共聚单体,交联剂和/或其他化学品(例如甲基丙烯酸2-羟乙酯单元和/或二甲基丙烯酸二(乙二醇酯)单元)的溶液中,然后将施加到传感器的溶液聚合以形成保护层。
由设备(例如100、200、300)产生的与感兴趣的生理特性相关的电信号和/或数字代码可以以各种方式与感兴趣的生理特性相关。这样的关系可以与传感器,ADC,放大器或者设备的其他元件的特性相关(例如,与这样的设备的增益,偏移或者其他操作参数相关)。这样的关系可以另外与传感器和组织或感兴趣的其他环境之间的界面的特性相关。例如,感兴趣的生理特性可以是血糖水平,并且由设备生成的数字代码与血糖水平之间的关系可以与设备的传感器周围的组织的灌注水平,葡萄糖转运形成血管进入传感器附近的间质空间的特性相关,或者与这样的组织的其他特性和/或设备的特性相关。这种关系可以随时间变化,例如与组织变化相关。例如,这种关系可能与传感器附近的组织灌注水平的变化相关。
与这种关系相关的校准数据可以被用于基于通过被配置为检测这种特性的系统(例如,由ADC)生成的数字代码来确定生理参数值。这样的校准数据可以包括描述这种关系的信息,例如可以描述将数字代码的二进制值与生理特性值(例如浓度)相关联的校准曲线。例如,这样的校准数据可以包括可以从数字代码被数字地加上或减去的偏移值,可以用于缩放数字代码的增益值,多项式项的系数值,或其它信息。在一些示例中,校准数据可以包括查找表或描述一个或多个特定数字代码、相应的生理特性值的其他信息。
作为说明性示例,图4A示出了将数字代码与感兴趣的分析物的浓度的值相关联的线性校准曲线410a的示例。这种线性关系可以由包括偏移值和增益值的校准数据来描述。例如,设备的控制器可以将偏移值添加到所生成的数字代码,然后将增益值(例如,通过操作硬件逻辑乘法器或其他逻辑元件)应用于偏移数字代码以生成感兴趣的分析物的浓度的确定值的数字表示。在另一个示例中,图4B示出了将数字代码与感兴趣的分析物的浓度值相关联的非线性校准曲线410b的示例。这种非线性关系可以通过校准数据来描述,校准数据包括偏移值、一个或多个多项式系数值、一个或多个指数系数、或者描述非线性校准曲线410b和/或可以基于数字代码用来确定浓度值的一些其它值。
校准数据可以描述多项式关系、指数关系、正弦关系、或者数字代码(和/或其二进制值)与浓度或感兴趣的其他生理特性之间的一些其它关系。在一些示例中,这样的关系可以是分段定义的关系,即,数字代码的不同范围或集合可以通过各自不同的校准数据与生理特性值相关。例如,第一组数字代码可以通过线性关系(例如,通过包括偏移和增益的校准数据)与分析物浓度值相关,而第二组数字代码可以通过非线性关系(例如,通过包括两个或更多个多项式系数值的校准数据)与分析物浓度值相关。此外,在一些示例中,校准数据可以包括查找表或用于定义对应于相应的一个或多个数字代码的一个或多个生理特性值的类似信息。
此外,特别注意的是,尽管分析物传感器(或其他感兴趣的生理特性的其他传感器)和包括这种传感器的身体可安装传感器平台在本文中作为例子被描述为身体可安装的,皮肤穿透的/或皮肤表面安装的设备,但是应该注意的是,所公开的传感器,电极装置和感测平台也可以应用在其它情况下。例如,本文公开的传感器和感测平台可以包括在用于测量动物的流体中的分析物(或者检测动物的一些其他感兴趣的生理特性)的身体可安装的和/或可植入的传感器和/或感测平台中。在另一个示例中,本文所公开的传感器和/或感测平台可以被包括在用于测量环境流体(诸如河流,湖泊,沼泽,水库,供水,生活污水系统或者雨水管系统中的流体)中的分析物或其它特性的设备中。在另一个示例中,本文公开的传感器和/或感测平台可以被包括在用于测量作为过程(诸如废物处理过程,药物合成过程,食物制备过程,发酵过程或医疗过程)的一部分的流体中的分析物或其他特性的设备中。
IV.示例柔性生物传感器平台
图5A是示例身体可安装感测平台500的顶部视图。图5B是图5A所示的示例身体可安装感测平台的底部视图。应注意的是,图5A和图5B中的相对尺寸不一定按比例绘制,而是仅在描述示例身体可安装感测平台500的布置时出于解释的目的而呈现。身体可安装设备500由成型(作为说明性示例)为圆盘的柔性基底510形成。传感器探头520从柔性基底510延伸,并被配置成穿透皮肤表面(例如,以穿入人体的上臂或腹部的皮肤中)。传感器525设置在传感器探头520的远端。传感器525被配置为当传感器探头520穿透皮肤时检测皮肤之下和/或皮肤内的间质液或其他流体中的分析物(例如,葡萄糖)。提供粘合剂层560以将柔性基底510安装到皮肤表面(粘合剂层560未在图5B中示出,以允许示出身体可安装感测平台500的设置在柔性基底510的底表面550上的元件)。
身体可安装感测平台500另外包括设置在柔性基底510上并配置成提供感测平台500的各种应用的电子器件530,所述各种应用包括例如操作传感器525以生成与分析物相关的多个数字代码(例如,使用电子器件530的ADC),将这样产生的数字代码记录在电子器件530的存储器中,基于这样产生的数字代码确定分析物的特性值(例如,浓度值),和/或将这样产生的数字代码和/或从其确定的相关生理特性值(例如,通过使用天线来无线地指示这样的信息)传送给外部系统和/或用户(例如,通过显示器或其他用户接口元件)。天线(未示出)可以被配置为底表面550上的环形天线(例如,环绕电子器件530),或者天线可以被配置为芯片天线或一些其他配置。提供电池540以向身体可安装感测平台500供电(例如,为电子器件530供电)。元件(例如,天线,电池,电子器件,用户接口元件)可以附加地或可替代地设置在柔性基底510的顶表面(即柔性基底510的与底表面550相对的表面)上。
柔性基底510配置为安装到皮肤表面。在图5A和图5B所示的示例中,这包括提供用于将柔性基底510粘附到皮肤表面的粘合剂层560。可以提供额外的或替代的手段来将柔性基底510安装到皮肤表面。例如,可以将液体或凝胶粘合剂施加到皮肤表面和/或柔性基底510上以将柔性基底510安装到皮肤表面。柔性基底510可以放置在皮肤表面上并使用胶带或其他粘合剂固定。在一些示例中,身体可安装感测平台500可以包括被配置为将柔性基底510可移除地安装到皮肤表面的干式粘合剂。预期用于将柔性基底510或身体可安装感测平台500的其它元件安装至皮肤表面或活体的其他元件或方面的其他手段。此外,在一些实施例中,身体可安装感测平台500可以提供为被配置成靠近目标流体(例如间质液、滑液、血液、眼泪、唾液、粘液)放置而不安装到皮肤表面或其他组织表面。例如,如本文所述的身体可安装感测平台500可以被配置为放置在活体的牙齿和脸颊之间、活体的眼睛上或活体的一些其他位置处,而不是被安装到特定的组织表面。
柔性基底510可以具有规定的厚度、形状、组成和/或其他性质,使得柔性基底510可以安装到活体的皮肤表面,并且进一步使得这种安装最小程度地干扰活体的活动(例如,活体的运动)。这可以包括柔性基底510具有足够的柔性,使得将柔性基底510安装到皮肤表面引起最小的不适。柔性基底510可以由聚酰亚胺或一些其他柔性聚合物或其他材料构成。柔性基底可以具有小于约100微米的厚度。此外,柔性基底510可以具有规定的尺寸以最小程度地干扰活体的活动。例如,柔性基底510可具有小于约11毫米的尺寸(例如,如图5A和图5B所示的圆形部分的直径)。直径和厚度值仅提供为用于说明目的。此外,柔性基底510的形状可以不同于图5A和5B中所示的或本文其他地方的形状;例如,根据应用,柔性基底510可以具有长形形状、正方形或矩形形状或一些其它形状。
例如,柔性基底510可以具有长形形状,以提供足够的面积用于在柔性基底510上布置电子器件、电池、天线或其他部件,同时最小限度地阻止柔性基底510所安装的皮肤表面的运动和/或变形(例如,通过形成和/或安装到皮肤表面,使得柔性基底510的长形形状的取向垂直于皮肤表面的应变的方向)。
柔性基底510的一个或多个表面(例如,底表面550)可以用作用于安装诸如芯片的电子器件(例如,通过倒装芯片(flip-chip)安装)和用于图案化导电材料(例如,经由沉积技术)以形成电极、天线(e)和/或连接件的平台。可以选择柔性基底510的组成以允许身体可安装感测平台500的这种元件的形成和/或设置。例如,柔性基底510可以由聚酰亚胺或一些其他聚合物和/或金属材料构成,使得金属接触,迹线和互连件可以直接图案化在柔性基底510的表面上(例如,通过溅射、CVD或一些其他沉积工艺)和/或在形成在柔性基底510的一个或多个表面上的涂层或层上。此外,设置在柔性基底510上的这种图案化的结构和/或其他元件(例如,电子器件530、电池540、天线)可以与柔性基底510结合,具有规定的厚度或其他特性,以为身体可安装感测平台500提供柔性。例如,柔性基底510与设置在其上的电子器件530和电池540可以具有小于大约0.5毫米的厚度。
设置在柔性基底510上的电子器件530可以包括各种设备。例如,电子器件130可以包括天线(例如芯片天线),微控制器,放大器,模数转换器,光发射器,光检测器,温度传感器,发射器,无线电,收发器,或一些其他部件。这样的部件可以经由柔性基底510上图案化的互连件或迹线安装和/或电连接。此外,天线,电极,电容器,电阻器或其他部件可以由在柔性基底510的表面上形成的这种迹线或其他互连件形成。电子器件530可以包括被配置为操作传感器525以产生与分析物或其他生理特性相关的数字代码的逻辑元件,无线地指示信息(例如,数字代码,由其确定的生理特性值)和/或提供其他功能的的天线(例如,形成在柔性基底510上的环路,偶极子或其他类型的天线,设置在柔性基底510上的芯片天线)。环路,偶极子或其他类型的天线可以是在柔性基底510的表面(例如550)上图案化以形成一个或多个指定的导电形状(例如,环形,螺旋形,曲线或直线形,椭圆形或矩形斑块,分形)的一个或多个导电材料层。(例如用于电化学分析物传感器等的)电互连件(例如迹线),天线和/或导电电极可以由在柔性基底510上图案化的导电材料通过用于精确地图案化这种材料(例如沉积,光刻等)来形成。在柔性基底510上图案化的导电材料可以是例如金,铂,钯,钛,碳,铝,铜,银,氯化银,由贵金属形成的导体,金属,这些的组合等。
传感器探头520是身体可安装感测平台500的长形元件,其配置为穿透皮肤表面,使得当传感器探头520穿透皮肤时,位于传感器探头520的远端处的传感器525与包含感兴趣分析物(例如葡萄糖)的流体(例如间质液,血液)接触。例如,传感器探头520可以大于约2毫米长。传感器探头520可以具有指定的长度或其他特性,使得当传感器探头520穿透皮肤和/或柔性基底520被安装到皮肤表面时,传感器(例如525)或传感器探头520上的其他元件在皮肤内的特定深度(例如皮肤真皮组织,皮下组织)接触组织。例如,传感器探头520可以具有在约500微米与约6000微米之间的长度。此外,传感器探头520可以具有指定的一个或多个尺寸,以提供足够的面积用于设置在传感器探头520上的电极或其他元件,以最小程度地干扰皮肤(例如,通过要求皮肤的最小切口或其他改变来提供传感器探头520的穿透),或者根据一些其他应用。例如,传感器探头520可以具有在约25微米与约400微米之间的宽度。
传感器探头520可以由各种工艺形成的各种材料和元件组成。传感器探头520可以由柔性材料(例如聚酰亚胺)或相对非柔性的材料构成;此外,可以指定传感器探头520的厚度,宽度,形状或其他特性以提供一定程度的柔性或非柔性。例如,柔性传感器探头520可以具有在约25微米与约400微米之间的宽度和/或小于约100微米的厚度。在一些示例中,传感器探头520可以由与柔性基底510相同的材料形成;即,传感器探头520可以是柔性基底510的长形部分,其从配置为安装到皮肤表面的柔性基底510的一部分延伸和/或在其上设置电子器件530或其他部件。可替代地,传感器探头520可以附接到柔性基底510。例如,传感器探头520可以包括光纤,柔性元件(例如,聚酰亚胺或其他聚合物或金属物质的长形片),导线,成形硅的长形片或其他粘附,焊接,粘合或以其他方式附接到柔性基底510的元件。可替代地,这样的传感器探头可以用于其他应用和/或与除了如本文所述的柔性基底(例如,510)以外的部件或设备组合。
传感器探头520可被配置为刺穿皮肤以允许传感器探头520穿透皮肤并将传感器525设置成与皮肤内的间质或其他流体接触。例如,传感器探头520可以被磨尖,可以包括一种或多种刚性材料以便于将力施加到传感器探头520以刺穿皮肤(例如,不锈钢管,棒,片和/或针),或者可以以其他方式配置为刺穿皮肤。在一些示例中,传感器探头520可以包括具有改变的硬度或某种其他特性的材料,以允许传感器探头520在第一时间段期间刺穿皮肤并且随后根据应用变得不太刚性或者改变其他一些特性。在一些示例中,传感器探头520可以包括被配置为最初具有高刚性的材料以允许刺穿皮肤,并且当传感器探头穿透皮肤一段时间时软化。例如,传感器探头520可以包括一片聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯(poly-HEMA)或一些其他水凝胶,一旦传感器探头520穿透皮肤,其就被配置为通过吸收水(例如从间质液)而软化。在另一个示例中,传感器探头520可以包括被配置为溶解在皮肤中和/或被皮肤吸收的硬质材料(例如,聚乳酸(PLA))。
另外地或可替代地,传感器探头520可以通过被配置为刺穿皮肤的另一个设备插入皮肤中或插入由另一个设备形成的皮肤中的切口中。例如,传感器探头520可以被配置成安装在设备的半针通道内(例如,被配置为将传感器探头520插入到皮肤中和/或将柔性基底510安装到皮肤表面的设备),使得半针可刺穿皮肤并随后缩回,使传感器探头520留在穿透皮肤的适当位置。
注意,具有布置有单个传感器525的远端上的单个传感器探头520的身体可安装传感器平台500的描述旨在作为非限制性说明性示例。身体可安装感测平台的特定传感器探头可以包括设置在特定传感器探头上不同位置处的附加传感器。例如,特定的传感器探头可以包括沿着特定的传感器探头的长度设置的多个传感器,以允许在皮肤内的各种深度处检测皮肤的某些特性(例如,皮肤内的分析物的浓度)。身体可安装传感器平台可以包括多于一个的传感器探头,并且这样的多于一个的传感器探头可以具有各自的宽度,长度,厚度,传感器,传感器位置或其他特性。此外,身体可安装感测平台可以包括不设置在传感器探头的远端或其他位置处的传感器。例如,一个或多个传感器可以设置在柔性基底(例如,510)或这种身体可安装感测平台的其他元件上。
设置在如本文所述的传感器探头的远端处或身体可安装感测平台的一些其他位置处的传感器可以包括以各种方式配置的各种部件和/或物质。在一些示例中,这种传感器可以包括一种或多种选择性地与分析物相互作用的物质。例如,这样的物质可以包括蛋白质,酶,适体,DNA,RNA,纳米结构,抗体,试剂,纳米结构表面或被配置为选择性结合感兴趣的分析物,催化感兴趣的分析物的反应或以其他方式选择性地与感兴趣的分析物相互作用的其它物质。这样的分析物敏感物质可以设置在感测平台的表面上(例如,在电极的金属表面上,在光纤的表面上,在传感器探头和/或柔性基底的一些其他表面上)和/或在聚合物,凝胶或分析物可渗透的且布置在这样的表面上的其他层内。
在一些示例中,分析物选择性物质可通过交联表面上的物质(例如使用戊二醛交联分析物敏感物质)而设置在感测平台的表面上(例如,在电极表面上)。在一些示例中,分析物选择性物质可以设置在感测平台的表面上形成的聚合物层内。这样的聚合物层可以是分析物可渗透的并且包含选择性地与分析物反应的试剂以产生可以由电极直接感测和/或通过一些其他元件感测的反应产物(例如,荧光团或与反应产物相互作用的其他物质)。在一些示例中,包括分析物选择性物质的聚合物层是包含甲基丙烯酸2-羟乙酯单元的水凝胶。这样的水凝胶可以含有额外的聚合物单元或其他化学物质以调节水凝胶对分析物的渗透性,将分析物选择性物质结合在水凝胶内,增加水凝胶的交联度,或指定水凝胶的一种或多种其他特性。例如,这样的水凝胶可以另外包含二(乙二醇)二甲基丙烯酸酯单元。
在一些示例中,感测平台的传感器可以包括被配置为电化学地检测或测量分析物的两个或更多个电极。两个或更多个电极可以包括选择性地对分析物敏感的工作电极和参考电极。在一些示例中,将传感器暴露于目标流体(例如间质液)导致在工作电极和参考电极之间产生电位电压,该电位电压可以指示工作电极附近的分析物浓度。另外地或可替代地,可以在参考电极和工作电极之间施加指定的电压,并且响应性地流过工作电极的电流量可以与工作电极附近的分析物的浓度和/或分析物扩散到工作电极(例如,通过含有分析物选择性物质的水凝胶层和/或通过设置用于保护工作电极和/或传感器的其它部件的水凝胶层)的速率相关。
在一些示例中,感测平台的传感器可以包括分析物选择性物质,该分析物选择性物质具有与分析物的存在,浓度或一些其他特性相关的光学性质。例如,该物质可以包括具有荧光强度、荧光寿命、发射波长、激发波长或与分析物相关的一些其他特性的荧光团。另外地或可替代地,设置在传感器探头的端部的物质的颜色、饱和度、吸收光谱或一些其它光学特性可以与分析物的存在,浓度或一些其他特性相关。传感器平台可以包括被配置为分别照亮分析物敏感物质和接收从分析物敏感物质发射的光的光发射器和/或光检测器,以便确定与分析物相关的物质的光学特性。在一些示例中,感测平台的传感器探头可以包括光纤,并且分析物选择性物质可以设置在这种光纤的远端上。在这样的示例中,光发射器和/或光检测器可以设置在光纤的近端,使得光发射器和光检测器经由光纤照亮分析物敏感物质和从分析物敏感物质接收光。在这样的示例中,光发射器和/或光检测器可以设置在传感器平台的柔性基底上(例如,作为设置在柔性基底上的电子器件的一部分)。
在一些示例中,可将分析物可渗透的聚合物,凝胶或其他层布置在传感器的一个或多个部件上(例如,在工作电极上,在包含分析物选择性物质和/或由分析物选择性物质组成的层上)和/或感测平台的其它元件上以保护感测平台的元件或根据一些其他应用。在一些示例中,可以指定这样的分析物可渗透层(和/或含有分析物选择性物质的类似层)的渗透性,厚度或其它特性,以控制分析物从间质液扩散到传感器(例如,传感器的金属电极表面)或感测平台的某个其他元件(例如,电极,光纤或设置在感测平台的一些其他元件附近的分析物选择性物质)的速率。在一些示例中,保护层或其他聚合物层可以是水凝胶,例如包含甲基丙烯酸2-羟乙酯单元和/或二甲基丙烯酸二(乙二醇)单元的水凝胶。
如本文所示的身体可安装设备(例如100、200、300、500)可以包括一个或多个传感器(未示出),其被配置为检测身体的生理特性(例如血液、汗液、眼泪或其它体液中分析物的浓度、皮下血管的一部分中的血液量、血液的氧合状态),设备的环境的特性(例如,环境照度、气压、温度),设备的特性(例如,加速度、方向),或检测一些其他信息。这样的传感器可以包括加速度计、电极(例如电化学分析物传感器的电极,被配置为检测电流皮肤电位、心电图、眼电图、肌电图或一些其他生物电信号的电生理传感器的电极)、光检测器、温度计、陀螺仪、电容传感器、压力传感器、应变计、光发射器、麦克风,或被配置为检测与感兴趣的特性相关的一个或多个物理变量的其它元件。
如这里所示的身体可安装设备可以操作这样的元件,以使用由电化学电池提供的功率和/或由一些其他电源提供的功率(例如,由外部系统通过身体可安装设备的天线提供的RF功率)在一个或多个时间点处测量生理参数或其他感兴趣的信息。这可以包括生成与感兴趣的特性相关的电信号(例如,具有与感兴趣的特性相关的电压、电流、频率或其它特性的信号)以及基于这样生成的电信号生成数字代码(例如,使用一个或多个ADC)。这样产生的数字代码可以被记录(例如,在设备的存储器中,例如用于稍后传送到外部系统)、被传送到外部系统、被使用设备的元件指示(例如使用显示器,使用一个或更多的发光元件)、被用于确定感兴趣的特性值、被用于确定用户的健康状态、或被根据一些其他应用使用。
虽然装置在本文中以举例的方式被描述为身体可安装设备,但是应该理解的是,所公开的实施例也可以应用在其它情况下。例如,如本文所公开的实施例可以被包括在可植入设备中。在一些情况下,本文描述的设备位于基本上被适于与外部身体表面接触和/或被植入的生物相容性聚合物材料包封。在一个示例中,嘴部可安装设备被配置为安装在口腔环境内,例如邻近牙齿或粘附到内部口腔表面。在另一个示例中,可植入医疗设备可被封装在生物相容性材料中并植入宿主生物体内。
V.示例方法
图6是用于操作身体可安装设备以检测身体的生理特性(例如,流体中的分析物浓度)的方法600的流程图。身体可安装设备包括(i)被配置为安装到皮肤表面的柔性基底,(ii)被配置为生成与生理特性相关的电信号的传感器,(iv)被配置为接收所生成的电信号并且生成与所接收的电信号相关的数字代码的模数转换器(ADC),其中,所述模数转换器设置在所述柔性基底上,以及(v)设置在基底上并且可操作地联接到ADC的控制器。操作身体可安装设备以检测生理特性包括控制器执行所述方法的所示步骤。
方法600包括由控制器获得校准数据(602)。这可以包括从用户(例如经由用户接口的按钮或其他元件)和/或从某个外部系统(例如,通过无线通信接口)接收与校准数据相关的信息(例如,偏移(offset)、增益(gain)/或其他校准数据值,使用一些其它系统检测到的生理特性值)。附加地或可替代地,获得校准数据(602)可以包括身体可安装设备例如基于使用传感器检测到的信息,基于来自用户接口的输入(例如,生理参数的输入已知值),基于身体可安装设备的一些另外的传感器的输出,或者根据一些其他方法确定校准数据。
方法600包括通过控制器在第一时间段期间操作传感器来生成与生理特性相关的电信号的多个样本(604)。这可以包括向电化学传感器的电极(例如,电化学分析物传感器的参考电极和/或工作电极)施加电压和/或电流。生成电信号的多个样本(604)可以包括操作光检测器和/或光发射器以生成与分析物敏感物质的光学性质相关的电信号的样本,所述分析物敏感物质具有与生理特性相关的光学特性。生成电信号的多个样本(604)可以包括跨越多个样本连续地生成电信号(例如,在包括多个样本的定时/时间段的时间段期间维持通过电化学传感器的电极的电流)。可替代地,生成电信号的多个样本(604)可以包括间歇地操作传感器和/或身体可安装设备的其他元件(例如,操作连接到光检测器的光发射器和互阻抗放大器,以在与所述多个样本对应的多个时间段期间生成与分析物敏感物质的光学特性相关的信号)。
方法600包括由控制器在第一时间段期间操作ADC来生成与使用传感器生成的电信号的各个样本相对应的多个数字代码(606)。这可以包括操作ADC以生成与电信号相关的Σ-Δ调制、脉冲编码调制或其他调制的二进制位串(即,数字代码)。生成数字代码(606)可以包括生成具有对应于生理特性值的范围的二进制值的数字代码,例如使得具有第一二进制值的特定数字代码对应于具有在第一范围内的值的生理特性,并且具有第二二进制值的特定数字代码对应于具有基本上不与第一范围重叠的第二范围内的值的生理特性。在一些示例中,所生成的数字代码可以与当前样本期间的生理特性值和先前样本期间的生理特性值之间的改变或差异相关。
方法600包括由控制器在第一时间段内记录所生成的多个数字代码(608)。这可以包括操作易失性存储器,控制器的多个易失性寄存器,非易失性存储器,闪存或用于记录数字代码的一些其它存储器的元件。在一些示例中,记录数字代码(608)可以包括确定校验或一些其他纠错信息并且另外记录这样的信息。在一些示例中,记录数字代码(608)可以另外包括在存储器中记录数字代码的绝对或相对定时。
方法600另外包括由控制器在第二时间段期间基于在第一时间段期间记录的至少一个数字代码和校准数据来确定至少一个生理特性值(610)。这可以增加、减去、乘、除、取幂、在查找表中执行查找、或者基于偏移、增益、一个或多个多项式系数、查找表、阈值或校准数据的一些其他信息执行一些其他确定。确定至少一个生理特性值(610)可以包括例如基于存储的多个数字代码的最近生成的数字代码来确定生理特性的信号值。确定至少一个生理特性值(610)可以包括确定多个生理特性值,例如确定对于在第一时间段期间生成和存储的每个数字代码的生理特性值。
由控制器在第二时间段期间基于在第一时间段期间记录的至少一个数字代码和校准数据来确定至少一个生理特性值(610)可以响应于检测到的或确定的状态、定时、请求、用户输入或其他因素或其他考虑来执行。也就是说,第二时间段的定时可以基于这样的因素或其他考虑。例如,确定至少一个生理特性值(610)可以响应于由身体可安装设备接收到的请求来执行。例如,用户可以操作用户接口(例如,触摸传感器、按钮、电容式触摸屏)来请求生理特性值的指示,并且作为响应,身体可安装设备可以基于最近生成并记录的数字代码和校准数据来确定生理特性值。在另一个示例中,身体可安装设备可以从外部系统接收对于生理特性值的请求(例如,通过使用天线无线接收信息),并且可以基于对应的一个或多个记录的数字代码和校准数据来确定一个或多个生理特性值。在一些示例中,身体可安装设备可以响应于从外部源接收到能量供应(例如,从外部设备传输的RF能量、太阳能、从身体可安装设备所安装的身体释放的热能和/或机械能)来确定至少一个生理特性值(610)。
方法600可以包括另外的步骤。例如,方法600可以包括基于所生成的数字代码和/或由其确定的生理特性值来确定健康状态、治疗进程、药物施用的剂量和/或定时、或一些其他信息。方法600可以包括指示检测到的分析物数据、确定的药物施用的剂量和/或定时、或使用设备的用户接口(例如,LED、显示器、振动器)和/或经由与设备通信的外部设备的用户接口产生和/或对设备可用的一些其他信息。方法600可以包括传送(例如,无线传送)一个或多个生成的和存储的数字代码和/或由其确定的一个或多个生理特性值。预期附加的和/或可替代的步骤或所列步骤的替代实施例。
图7是用于操作身体可安装设备以检测身体的生理特性(例如,流体中的分析物浓度)的方法700的流程图。身体可安装设备包括(i)被配置为安装到皮肤表面的柔性基底,(ii)被配置为生成与生理特性相关的电信号的传感器,(iv)被配置为接收所生成的电信号并且生成与所接收的电信号相关的数字代码的模数转换器(ADC),其中,所述模数转换器设置在所述柔性基底上,(v)设置在基底上的通信接口,以及(vi)设置在基底上并且可操作地联接到ADC和通信接口的控制器。操作身体可安装设备以检测生理特性包括控制器执行所述方法的所示步骤。
方法700包括在第一时间段期间操作传感器来生成与生理特性相关的电信号的至少一个样本(702)。这可以包括向电化学传感器的电极(例如,电化学分析物传感器的参考电极和/或工作电极)施加电压和/或电流。生成电信号的至少一个样本(702)可以包括操作光检测器和/或光发射器以生成与分析物敏感物质的光学性质相关的电信号的样本,所述分析物敏感物质具有与生理特性相关的光学特性。
方法700包括在第一时间段期间操作ADC来生成与使用传感器生成的电信号的相应的至少一个样本相对应的至少一个数字代码(704)。这可以包括操作ADC以生成与电信号相关的Σ-Δ调制、脉冲编码调制或其他调制的二进制位串(即,数字代码)。生成至少一个数字代码(704)可以包括生成具有对应于生理特性值的范围的二进制值的数字代码,例如使得具有第一二进制值的特定数字代码对应于具有在第一范围内的值的生理特性,并且具有第二二进制值的特定数字代码对应于具有基本上不与第一范围重叠的第二范围内的值的生理特性。
方法700包括使用通信接口将所生成的至少一个数字代码的指示发送到外部系统(706)。这可以包括发送与至少一个数字代码相关的射频指示(例如,幅度调制、相位或频移键控或以其他方式调制的射频传输)。这(706)可以包括通过有线或其他物理连接的通信介质提供指示。这(706)可以包括光学地传输指示,例如通过向外部系统发射光学或红外照明的脉冲图案。
方法700包括使用通信接口从外部系统接收指示指定的数字代码组的信息(708)。这可以包括接收射频信号、光学信号或一些其他无线信号。附加地或可替代地,这(708)可以包括经由有线或其他物理连接的通信介质来接收指示。指示指定的数字代码组的信息可以包括指定的数字代码组的每个数字代码的列表或其他指示。附加地或可替代地,指示指定的数字代码组的信息可以包括指示数字代码的范围或集合的一个或多个阈值或其他信息(例如,指示具有高于阈值的二进制值的所有数字代码是指定的数字代码组的一部分)。所指定的数字代码可以包括对应于不利健康状态(例如,高血糖水平)的数字代码或者对应于具有由身体可安装设备检测到的生理特性的身体的某个其他感兴趣状态的数字代码。
方法700包括在第二时间段期间操作传感器来生成与生理特性相关的电信号的至少一个样本(710)。这可以包括向电化学传感器的电极(例如,电化学分析物传感器的参考电极和/或工作电极)施加电压和/或电流。生成电信号的至少一个样本(710)可以包括操作光检测器和/或光发射器以生成与分析物敏感物质的光学性质相关的电信号的样本,所述分析物敏感物质具有与生理特性相关的光学特性。生成电信号的多个样本(710)可以包括跨越多个样本连续地生成电信号(例如,在包括多个样本的定时/时间段的时间段期间维持通过电化学传感器的电极的电流)。可替代地,生成电信号的多个样本(710)可以包括间歇地操作传感器和/或身体可安装设备的其他元件(例如,操作连接到光检测器的光发射器和互阻抗放大器,以在与所述多个样本对应的多个时间段期间生成与分析物敏感物质的光学特性相关的信号)。
方法700包括在第二时间段期间操作ADC来生成与使用传感器生成的电信号的各个样本相对应的多个数字代码(712)。这可以包括操作ADC以生成与电信号相关的Σ-Δ调制、脉冲编码调制或其他调制的二进制位串(即,数字代码)。生成数字代码(712)可以包括生成具有对应于生理特性值的范围的二进制值的数字代码,例如使得具有第一二进制值的特定数字代码对应于具有在第一范围内的值的生理特性,并且具有第二二进制值的特定数字代码对应于具有基本上不与第一范围重叠的第二范围内的值的生理特性。在一些示例中,所生成的数字代码可以与当前样本期间的生理特性值和先前样本期间的生理特性值之间的改变或差异相关。在一些示例中,所生成的数字代码可以与当前样本期间的生理特性值和先前样本期间的生理特性值之间的改变或差异相关(例如ADC可以是积分或差分ADC)。
方法700包括确定所生成的多个数字代码中的每一个是否对应于指定的数字代码组中的数字代码(714)。在一些示例中,这可以包括将每个数字代码与指示指定的数字代码组的一个或多个阈值进行比较(例如,确定特定的生成的数字代码的二进制值是否超过指示的阈值)。在一些示例中,这(714)可以包括例如使用逻辑比较器或其它电子部件将每个数字代码与指定的数字代码组中的每个数字代码进行比较。预测确定所生成的多个数字代码中的每一个是否对应于指定的数字代码组中的数字代码(714)的其他方法。
方法700包括响应于确定特定的生成的数字代码对应于指定的数字代码组的数字代码而提供警报指示(716)。这可以包括操作通信接口以传送这样的指示(例如,无线地、经由有线或光纤)。附加地或可替代地,提供警报指示(716)可以包括操作通信接口的显示器,蜂鸣器或其他用户接口元件以提供用户可检测的警报指示。警报指示可以简单地提供已经检测到警报状态的指示(即,所生成的数字代码与指定的数字代码组中的一个或多个数字代码相匹配)。附加地或可替代地,警报指示可以包括生成的数字代码的指示,指定的数字代码组中的哪个数字代码与所生成的数字代码相匹配的指示,基于所生成的数字代码所确定的生理特性值的指示,或其他信息。提供警报指示(716)可以包括根据应用的其他步骤或特征。
方法700可以包括另外的步骤。例如,方法700可以包括基于对应的存储的数字代码确定一个或多个生理特性值。方法700可以包括指示检测到的分析物数据,确定的药物施用的剂量和/或定时,或使用设备的用户接口(例如,LED、显示器、振动器)和/或经由与设备通信的外部设备的用户接口产生和/或对设备可用的一些其他信息。方法700可以包括传送(例如,无线传送)一个或多个生成的和存储的数字代码和/或由其确定的一个或多个生理特性值。预期附加的和/或可替代的步骤或所列步骤的替代实施例。
本文所述的方法(例如,600、700)可以包括将身体可安装设备安装到皮肤表面。这可以包括使用身体可安装设备的粘合层来将柔性基底安装到皮肤表面。另外地或可替代地,可以使用液体粘合剂、胶带、带、干粘合剂或其他手段来将柔性基底安装到皮肤表面。此外,将身体可安装设备安装到皮肤表面可以包括将身体可安装设备的传感器探头安装在皮肤中,使得传感器探头穿透皮肤,并且进一步使得数字在传感器探头上的传感器被放置为接触皮肤内的流体(例如间质液)。这可以包括将传感器探头放置在已经在皮肤中形成的刺穿,切割或其他切口中(例如,通过针、刺血针、手术刀或其他手段)。可替代地,传感器探头可以被配置为穿透和/或刺穿皮肤(例如,通过磨尖和/或具有足够高的刚性)。在一些示例中,将身体可安装设备安装到皮肤表面可以包括使用某种插入设备或插入辅助装置将传感器探头安置在皮肤中。在一些示例中,这可以包括将传感器探头联接到针(例如,将传感器探头放置在半针通道中)并使用针刺穿皮肤,使得针和联接的传感器探头穿透皮肤。
VI.结论
在示例实施例涉及与个人或个人设备相关的信息的情况下,实施例应被理解为包括隐私控制。这种隐私控制至少包括设备标识符、透明度和用户控制的匿名化,包括使用户能够修改或删除与用户使用产品相关的信息的功能。
此外,在本文所讨论的实施例收集关于用户的个人信息或者可以利用个人信息的情况下,可以向用户提供控制程序或特征是否收集用户信息(例如,关于用户病史、社交网络、社交行为或活动、职业、用户的偏好或用户的当前位置),或者控制是否和/或如何从内容服务器接收可能与用户更相关的内容的机会。另外,某些数据在存储或使用之前可能会以一种或多种方式进行处理,因此可以删除个人身份信息。例如,可以对用户的身份进行处理,使得不能为用户确定个人可识别信息,或者在获得位置信息(例如城市、邮政编码或州级)的情况下可以将用户的地理位置概括化,使得不能确定用户的具体位置。因此,用户可以控制如何收集关于用户的信息和如何由内容服务器使用。
图中所示的具体布置不应视为限制。应当理解,其它实施例可以更多或更少包括给定图中所示的每个元件。此外,可以组合或省略所示出的元件中的一些。另外,示例实施例可以包括图中未示出的元件。
另外,虽然本文已经公开了各种方面和实施例,但是其他方面和实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是为了说明的目的,而不是限制性的,其真正的范围和精神由所附权利要求指示。可以使用其它实施例,并且可以进行其它改变,而不脱离本文给出的主题的精神和范围。将容易理解的是,如通常描述并且在附图中示出的本发明的各方面以各种各样的不同配置布置、取代、组合、分离和设计,在本文中所有这些都被设想。

Claims (19)

1.一种身体可安装设备,包括:
传感器,其被配置为生成电信号,其中,所述电信号与生理特性相关;
模数转换器,其中,所述模数转换器被配置为接收由所述传感器产生的电信号,并产生与所接收的电信号相关的数字代码;
存储器;以及
控制器,其可操作地联接到所述模数转换器和所述存储器,其中,所述控制器被配置为执行控制器操作,所述控制器操作包括:
获得校准数据;
操作所述传感器,以生成与所述生理特性相关的电信号的多个样本;
在获得校准数据之后的第一时间段期间操作所述模数转换器,以生成与由所述传感器生成的电信号的各个样本对应的多个数字代码;
在所述存储器中记录所生成的多个数字代码;以及
在第一时间段之后,确定满足触发条件,其中确定满足触发条件包括以下至少一项:(i)接收用户输入,或(ii)接收射频能量来为身体可安装设备供电;和
响应于确定满足触发条件,使用校准数据将记录在存储器中的至少一个数字代码转换成生理特性值。
2.根据权利要求1所述的身体可安装设备,还包括:
传感器探头,其中,所述传感器探头的第二端部被配置为在皮肤表面的下方延伸以接触间质液,并且其中,由所述传感器生成的电信号与间质液中的分析物相关。
3.根据权利要求2所述的身体可安装设备,还包括设置柔性电池,其中,所述柔性电池被配置为向所述控制器供电。
4.根据权利要求1所述的身体可安装设备,其中,所述传感器包括电化学传感器。
5.根据权利要求1所述的身体可安装设备,还包括用户接口,其中,确定满足触发条件包括通过用户界面接收用户输入,其中,所述控制器操作还包括使用所述用户接口响应于确定满足触发条件提供与所确定的至少一个生理特性值相关的指示。
6.根据权利要求1所述的身体可安装设备,还包括用户接口,其中,获得校准数据包括:
使用所述用户接口接收输入;以及
基于所接收的输入确定校准数据。
7.根据权利要求1所述的身体可安装设备,还包括天线,其中,确定满足触发条件包括通过天线接收来自外部系统的射频能量,其中,所述控制器操作还包括响应于确定满足触发条件使用所述天线将与所确定的至少一个生理特性值相关的指示提供给外部系统。
8.根据权利要求1所述的身体可安装设备,还包括天线,其中,所述天线被配置为接收射频能量来为所述身体可安装设备供电,并且其中,确定满足触发条件包括通过所述天线接收射频能量来为所述身体可安装设备供电。
9.根据权利要求1所述的身体可安装设备,还包括天线,其中,获得校准数据包括:
使用所述天线接收来自外部系统的通信;以及
基于所接收的通信确定校准数据。
10.根据权利要求1所述的身体可安装设备,其中,当操作模数转换器以生成与由传感器生成的电信号的各个样本相对应的多个数字代码时,所述身体可安装设备使用小于1微瓦的功率。
11.一种方法,包括:
操作身体可安装设备,其中,所述身体可安装设备包括:
传感器,其被配置为生成电信号,其中,所述电信号与生理特性相关;
模数转换器,其中,所述模数转换器被配置为接收由传感器产生的电信号,并产生与所接收的电信号相关的数字代码;
存储器;以及
控制器,其可操作地联接到所述模数转换器和所述存储器,其中,所述操作包括:
由所述控制器获得校准数据;
由所述控制器操作所述传感器,以生成与所述生理特性相关的电信号的多个样本;
由所述控制器在获得校准数据之后的第一时间段期间操作所述模数转换器,以生成与使用所述传感器生成的电信号的各个样本对应的多个数字代码;
由所述控制器在所述存储器中记录所生成的多个数字代码;以及
在第一时间段之后,确定满足触发条件,其中确定满足触发条件包括以下至少一项:(i)接收用户输入,或(ii)接收射频能量来为身体可安装设备供电;和
响应于确定满足触发条件,使用校准数据将记录在存储器中的至少一个数字代码转换成生理特性值。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述身体可安装设备的传感器包括电化学传感器。
13.根据权利要求11所述的方法,其中,所述身体可安装设备还包括用户接口,并且其中,确定满足触发条件包括由控制器通过用户界面接收用户输入,并且其中,所述操作还包括:
由所述控制器使用所述用户接口响应于确定满足触发条件提供与所确定的至少一个生理特性值相关的指示。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,获得校准数据包括:
由所述控制器使用所述用户接口接收输入;以及
由所述控制器基于所接收的输入确定校准数据。
15.根据权利要求11所述的方法,其中,所述身体可安装设备还包括天线,其中,确定满足触发条件包括由控制器通过天线接收来自外部系统的射频能量,并且其中,所述操作还包括:
由所述控制器使用所述天线响应于确定满足触发条件而将与所确定的至少一个生理特性值相关的指示提供给外部系统。
16.根据权利要求11所述的方法,其中,所述身体可安装设备还包括天线,其中,所述天线被配置为接收射频能量来为所述身体可安装设备供电,并且其中,确定满足触发条件包括通过所述天线接收射频能量来为身体可安装设备供电。
17.根据权利要求13所述的方法,其中,所述身体可安装设备还包括天线,并且其中,获得校准数据包括:
由所述控制器使用所述天线接收来自外部系统的通信;以及
由所述控制器基于所接收的通信确定所述校准数据。
18.根据权利要求11所述的方法,其中,所述校准数据包括第一校准数据和第二校准数据,所述第一校准数据对应于所述身体可安装设备在第一时间点的操作,所述第二校准数据对应于所述身体可安装于设备在第二时间点的操作,并且其中,基于在第一时间段期间记录的至少一个数字代码和所述校准数据确定至少一个生理特性值包括基于在所述第一时间点和所述第二时间点之间的相对定时以及生成所述至少一个数字代码的定时来确定所述至少一个生理特性值。
19.一种身体可安装设备,包括:
柔性基底,其中,所述柔性基底被配置为安装在身体上或身体内;
传感器,其被配置为生成电信号,其中,所述电信号与生理特性相关;
模数转换器,其中,所述模数转换器被配置为接收由所述传感器产生的电信号,并产生与所接收的电信号相关的数字代码,其中,所述模数转换器设置在所述柔性基底上;
存储器;以及
控制器,其可操作地联接到所述模数转换器,其中,所述控制器设置在所述柔性基底上,其中,所述控制器被配置为执行控制器操作,所述控制器操作包括:
获得校准数据;
操作所述传感器,以生成与所述生理特性相关的电信号的至少一个样本;
在获得校准数据之后的第一时间段期间操作所述模数转换器,以生成与由所述传感器生成的电信号的相应的至少一个样本对应的至少一个数字代码;
将产生的多个数字代码记录在存储器中;
在第一时间段之后,确定满足触发条件,其中确定满足触发条件包括以下至少一项:(i)接收用户输入,或(ii)接收射频能量来为身体可安装设备供电;和
响应于确定满足触发条件,使用校准数据将记录在存储器中的至少一个数字代码转换成生理特性值。
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