CN107920785A - 用于皮质醇测量的汗液感测装置 - Google Patents

Abstract

本发明包括一种测量个体的皮质醇觉醒反应的装置和方法；一种测量包括基础皮质醇水平的个体昼夜可的松水平的装置和方法；一种基于汗液皮质醇测量来表明个体的应激分布的装置和方法；一种用于测量和解释与冒险行为相关的汗液分析物的装置；以及一种基于汗液分析物分布的测量和发展来确定个体冒险倾向的方法。

Description

用于皮质醇测量的汗液感测装置

相关申请的交叉引用

本申请的说明书基于2015年6月5日提交的美国临时申请62/171,578、2015年6月17日提交的美国临时申请62/180,698和2016年5月16日提交的美国临时申请62/336,982，其全部公开内容在此通过引用并入本文。

背景技术

汗液感测技术在体育、新生儿学、药理学监测、个体数字健康(未穷举)等领域具有巨大的应用潜力。这是因为汗液包含的许多生物标记、化学物质或溶质都与血液中所携带的相同，这可以提供重要的信息，使得甚至能够在任何体征出现之前诊断疾病、健康状况、毒素、行为表现以及其他生理属性。此外，汗液本身和出汗的行为或者其他参数、属性、溶质或者在皮肤上或者皮肤附近或者皮下的特征都可以被测量，以进一步揭示生理信息。

特别地，汗液感测装置在工作场所安全、体育、军事和临床诊断中具有巨大的应用前景。本发明的主要目的是在患者个体层面上提供信息，向装置的使用者提供决策支持。一种汗液感测贴片，其佩戴在皮肤上并通过读取装置，例如智能手机或其他便携式或固定式装置，连接到计算机网络，该贴片可帮助识别个体的生理状态，并且传递关于脱水水平、生理应激水平、排卵周期或其他生理状态的关键数据。在某些场景中，汗液感测器可以持续地监测个体某些方面的生理状态，并将相关信息传达给读取装置或计算机网络，然后将收集到的数据与阈值读数进行比较，并且生成给个体、护理人员、工作主管或其他装置使用者的通知消息。

特别地，因为皮质醇存在于汗液中，个体的皮质醇分布可以通过监测皮质醇水平来表示。使用汗液感测装置获取关于个体皮质醇水平的有意义的数据，并由此得到关于个体的身体和心理健康的信息的方法被考虑在本发明的范围内。

在继续描述背景技术之前，应当做出各种定义，这些定义的进一步的理解和范围在本发明的详细描述和实施例中获得。

汗液感测器是指任何类型的感测器，该感测器以绝对的、相对的、趋势的或其他方式测量汗液中的状态、存在、流速、溶质浓度、溶质存在。汗液感测器可以包括例如电位的、电流的、阻抗的、光学的、机械的、抗体的、肽的、适体的或其他感测或生物感测领域的技术人员已知的手段。

汗液感测器数据是指由装置感测器收集并通过该装置传送给使用者或数据汇总点的所有信息。

相关的汇总的汗液感测器数据是指已经收集在数据汇总位置并且与诸如时间、温度、天气、位置、使用者分布、其他汗液感测器数据或任何其他相关数据等外部信息相关联的汗液感测器数据。

皮质醇觉醒反应(“CAR”)是指血液皮质醇水平的激增，通常超过昼夜水平增加50％，该激增发生在个体长从时间睡眠醒来的不久之后。

昼夜皮质醇水平是指血液中皮质醇的正常周期变化，该变化通常与个体的生理节奏的睡眠‐觉醒周期相关。

基线皮质醇分布是指为个体、表型或相关人群(例如具有特定年龄、体重、职业等的个体)所生成的值，该值反映长期的昼夜皮质醇水平，将该水平与通过汗液感测装置测得的每日或短期基础皮质醇测量值或峰值皮质醇测量值相比较。例如，连续几天测量个体的基础皮质醇水平和峰值皮质醇水平，所测量的皮质醇水平的平均值可作为该个体的基线皮质醇分布。

基础睾酮水平是跨越整个昼夜睾酮周期对个体测得的最低的汗液睾酮浓度。

峰值睾酮水平是指跨越整个昼夜睾酮周期对个体测得的最高的汗液睾酮浓度。

皮质醇反应性是指与基础皮质醇值相比，个体对应力刺激的皮质醇反应的幅度。

EAB感测器是指例如在美国专利7,803,542和8,003,374中所公开的基于电子适体的感测器。

上述定义已经成为本发明的背景技术，包括为了充分理解本发明而需要的背景技术发明，现在将对本发明进行概述。

发明内容

本发明基于有效地汗液分析能够在同一装置内以单一的、连续的或重复的方式实现，本发明针对基于这种能力的设备的应用。具体而言，本发明提供：一种测量个体皮质醇觉醒反应的方法；一种测量包括基础皮质醇水平的个体昼夜皮质醇水平的方法；一种基于汗液皮质醇测量来表明个体的应激分布的方法；一种用于测量和解释与冒险行为有关的汗液分析物的装置；以及一种基于汗液分析物分布的测量和培育来确定个体冒险倾向的方法。

附图说明

根据以下的详细描述和附图将进一步理解本发明的目的和优点，在附图中：

图1是本发明的示例性汗液感测装置。

图2更详细地描绘了本发明的汗液感测装置。

图3是个体的皮质醇觉醒反应的示例图。

图4是个体昼夜皮质醇水平的示例图。

图5为表示一种指示个体的应激分布的方法的示例性流程图。

图6为表示一种方法的示例图，本发明可以通过该方法确定佩戴者的冒险倾向。

具体实施方式

本发明的详细描述将主要但不完全限于使用可穿戴的汗液感测装置的方法和子方法。因此，尽管这里没有详细描述，但是其他可以容易地从本发明解释或并入本发明的基本步骤应作为本发明的一部分被包括在本发明内。本发明的说明书提供了描述创造性步骤的具体示例，但是其不一定涵盖本领域技术人员通常已知的所有可能的实施例。例如，具体发明不一定包括操作所需的所有明显特征。几个具体但非限制性的实例提供如下。本发明包括参考在期刊《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》上发表的题为“Adhesive RFID Sensor Patch for Monitoring of Sweat Electrolytes”的文章；在期刊《AIP Biomicrofluidics》(9 031301(2015))上发表的题为“The Microfluidics of theEccrine Sweat Gland,Including Biomarker Partitioning,Transport,and BiosensingImplications”的文章；以及如下专利文献：PCT/US2013/035092，PCT/US2015/55756；美国临时申请62/180,698，美国临时申请62/171,578和美国临时申请62/336,982；其中每一个的全部公开内容在此通过引用并入本文。该方法的许多辅助特征可能需要或可能不需要所述汗液感测装置的各方面。可以理解的是，许多这样的感测器需要两个或更多个电极、参考电极或附加的支撑技术或特征，这些在本文的描述中并未出现，例如身体和汗液温度感测器以及汗液pH值感测器。

参考图1，将应用本发明的代表性汗液感测装置100放置在皮肤12上或皮肤12的附近。该汗液感测器装置可以通过微流体或其他合适的技术流体连接到皮肤或皮肤附近的区域。装置100与读取装置150有线通信152或者无线通信154，读取装置150可以是智能电话或便携式电子装置，或者对于一些装置，装置100和读取装置150可以被组合。通信152或154不是固定不变的，并且一旦完成了对汗液的测量，就可以从装置100简单地一次性下载数据。

参考图2，汗液感测装置的更详细的局部视图被提供为装置200。装置200可以包括以下元件：填充材料202；织物覆盖物204；衬底210；粘合剂212；自流平材料214；毛细体积减少部件230；由出汗刺激物和琼脂240组成的出汗刺激凝胶；以及离子电渗电极250。

该装置还包括至少一个感测器222，223；非必要的水凝胶232，其用于增强衬底210和刚性部件270之间的流体接触，使得毛细体积减小部件230和至少一个感测器222，223始终处于流体接触。该装置还包括毛细或微流体部件233；至少一个电化学适体感测器224、225，226；正向渗透膜234；聚合物密封件214；渗透泵送材料236；和毛细泵送材料238。

进一步参考图2，该装置可以按如下方式运行：电极250和凝胶240根据需要提供离子电渗出汗刺激。一旦刺激出汗液，电极250也可以用于测量皮肤阻抗，该皮肤阻抗可以用于导出电穿孔和/或汗液生成率的比例测量值。然后，毛细体积减少部件230通过毛细作用将被刺激出的汗液带离皮肤表面，并将汗液样本携带到至少一个感测器222，223，该感测器将测量Na⁺、K⁺和pH值。毛细部件230还可以包括热流量计感测器以测量出汗速率。然后，毛细部件233将汗液样品运送到电化学适体感测器224，225，226上。当水和小的汗液溶质通过正向渗透膜234被输送出汗液样本时，分析物将被浓缩。最后，毛细材料238吸收汗液样品，并且至少部分地驱动汗液样品流过该装置。

如本文所公开的，汗液感测装置可包括多个感测器以改善对汗液分析物的检测，这些感测器包括参考电极、pH值感测器、温度感测器、多个电流皮肤反应感测器、汗液电导率感测器、皮肤阻抗感测器、电容式皮肤接近感测器以及加速度计。本发明的许多辅助特征可能需要或者可能不需要汗液感测装置的其他方面，包括两个或更多个反电极、参考电极或附加的支撑技术或特征，这些在本文的描述中并未出现，例如身体或汗液温度和pH值感测器、板载实时时钟、板载闪存(即，最小1MB)，蓝牙(Bluetooth^TM)或其他通信硬件，以及用来处理多个感测器输出的多路复用器。

本文所公开的汗液感测器装置还包括足以运行该装置的计算能力和数据存储能力，这些能力包括在系统部件之间进行通信的能力、执行数据汇总的能力以及执行能够生成通知消息的算法的能力。该装置可以具有不同程度的板载计算能力(即处理能力和数据存储容量)。例如，所有计算资源可以板载于装置上，或者一些计算资源可以位于装置的一次性部分上，并且附加的处理能力位于装置的可再用部分上。可选地，该装置可以依靠便携式、固定式或基于云端的计算资源。

汗液感测装置的数据汇总能力可以包括收集所有由汗液感测器装置生成并传送到该装置的汗液感测器数据。汇总的汗液感测器数据可以与个体佩戴者去除识别，或者也可以与个体佩戴者保持关联。这些数据还可以与外部信息相关联，例如时间、日期、药物、药物敏感性、医疗状况、个体执行的活动、运动水平、体质水平、数据收集期间的心理和身体表现、身体方位、接近重要的健康事件或应激源、年龄、性别、健康史或其他相关信息。读取装置或伴随收发器也可以被配置为将速度、位置、温度或其他相关数据与汗液感测器数据相关联。收集到的数据可以通过安全网站门户访问，以使得汗液系统使用者能够对目标个体进行安全、依从性和/或护理监测。由使用者监测的汗液感测器数据包括实时数据、趋势数据，或者还可以包括从系统数据库中提取并与特定使用者相关联的汇总汗液感测器数据、使用者分布情况(例如年龄、性别或体质水平)、天气状况、活动、组合分析物分布或其他相关指标。趋势数据，例如目标个体的随时间变化的水合水平，可以用于预测未来的表现或者即将发生的生理事件的可能性。这样的预测能力可以通过使用相关的汇总数据来增强，这使得随着汇总数据的发展，使用者能够将个体的历史分析物和外部数据分布与实时情况进行比较，或者甚至将数以千计的其他个体的类似分析物和外部数据分布与实时情况进行比较。汗液感测器数据也可以用于识别需要额外监测或指导的佩戴者，例如需要喝额外的水或坚持一药物治疗方案。

由于汗液感测器装置可能产生潜在的敏感生理数据，所以一些数据库字段将被例行地加密。一种优选的加密方法是高级加密标准(Advanced Encryption Standard)。该装置将访问随机的128位加密和解密密钥，在需要进行数据传输时，该密钥将由伴随阅读器装置生成和存储。另外，由于一些汗液感测器数据可能频繁地重复，所以通过在每个值的加密之前引入随机初始化矢量来提供额外的保护。这将防止加密的汗液感测器数据中出现可观察的模式。其他的加密方法和步骤可能也是需要的并且将根据本领域技术人员已知的最佳实践来应用。

已知汗液含有大量可以用于指示个体生理状态的化合物。一般来说，确定个体的生理状态是一个重大的挑战。不仅每个个体在特定的生理状态可能如何呈现方面是不同的，而且即使是简单的生理状态或紊乱也是一组复杂的生物过程，该过程不容易适于简化。例如，水合状态，虽然其看似是一个熟悉的概念，然而从医学观点来说，水合状态很难描述，而且容易受到不同的定义(即血浆量损失相对(VS)身体水含量损失)的影响。因此，对生理状况的明确诊断往往是不可能的。相反，有必要根据表型或易感性来划分个体，该表型或易感性指示了一生理状态在这些个体中可能表现出来的特定方式。

这些表型可以通过汗液中出现的分析物特征来指示。在汗液中发现的最常见的物质包括如下：Na⁺、Cl^‐、K⁺、铵(NH4⁺)、尿素、乳酸盐，葡萄糖、丝氨酸、甘油、皮质醇和丙酮酸盐。可能有必要在多个个体之间建立起将生理状态与汗液感测器读数相关联的数据。通过这种方式，可以识别出特定的表型，在该特定表型中，给定的生理状态将体现在可辨别的汗液分析物特征中。此外，将分析物浓度和比率转换成有意义的生理信息将必须考虑与浓度差异无关的很多变量。例如，已知相对于血液或血浆浓度的分析物的汗液浓度会根据出汗速率、取样的身体位置、肾脏或肝脏疾病或功能、外部温度和其他因素而变化。为了生成有意义的生理信息，因此可能有必要采用反映各种分析物特征如何响应这些变量而发生改变的算法和技术。

在以上引证的常见汗液分析物中，皮质醇对于指示许多身体和精神状况以及行为而言特别相关。皮质醇是一种当垂体腺释放促肾上腺皮质激素后、在肾上腺内合成的类固醇激素。皮质醇在体内具有多种功能，包括促进葡萄糖代谢、调节电解质和水平衡、管理应激，调节免疫反应。由于皮质醇的重要性，皮质醇水平的不平衡会对人体产生深远的影响。

例如，皮质醇对身体的应激管理至关重要。在正常情况下，皮质醇通过刺激葡萄糖产生、增加血压以及减轻肿胀和疼痛来使机体准备好对外部情况作出反应。皮质醇在个体冒险行为中的作用与这种应激管理功能有关。在暴露于短时间应激源的情况下，皮质醇通过激活身体的交感神经系统，即所谓的“战斗或飞行”模式，来使机体准备好对外部情况作出反应。当暴露于长期或慢性的应激下，皮质醇水平可能会长时间地保持在高位。因为皮质醇与警戒状态和静息状态密切相关，所以由于应激和其他原因导致的皮质醇变化也会干扰睡眠周期，而反过来，睡眠不足或睡眠呼吸暂停可能会提高血液皮质醇水平。皮质醇在新陈代谢中的正常功能是抵制胰岛素并促进胰岛素抵抗，从而产生暂时的高血糖状态。如果由于长期高皮质醇水平导致高血糖状态持续存在，则可能导致糖尿病。皮质醇通常通过抑制胶原蛋白的产生、将钾从细胞中转运出来以及抑制小肠对钙的吸收来调节骨骼和结缔组织的形成。因此，过量的皮质醇会引发骨质疏松症和低钾血症。皮质醇在维持身体的水/电解质平衡中的作用是促进出汗、利尿、保钠和排钾。伴随着皮质醇的血管收缩作用，过量的皮质醇可能导致高钠血症、高血压和心血管疾病。皮质醇还有助于人体免疫反应，作用为抑制细胞介导的免疫反应，从而减轻炎症，激活体液免疫，这样会促进抗体的活化。皮质醇过量会降低有效的免疫反应并减缓伤口的愈合。皮质醇也被认为可以促进形成短期的“闪现”记忆以规避威胁，但是过量的皮质醇可能会妨碍学习和记忆回想。

过量的皮质醇水平可能是由慢性应激水平、垂体或肾上腺紊乱、肾脏或肝脏疾病、过度使用皮质醇类药物和肿瘤引起的。相反地，皮质醇水平不足可能是由垂体或肾上腺紊乱、类固醇的使用、自身免疫性疾病和肿瘤引起的。皮质醇不足可能表现为低血糖、脱水、低血压和其他情况。

由于皮质醇的正常变异周期，并且由于外部事件、个体健康和表型特征可以相当大地改变所测量的皮质醇水平，因此解释在汗液中检测到的皮质醇水平的生理意义是相当大的挑战。因此，作为汗液皮质醇的一级评估，该装置应当被配置为能够评估正常皮质醇变异性。皮质醇经历两种日常周期的变异性：昼夜皮质醇水平和皮质醇觉醒反应。

参考图3，昼夜皮质醇水平与个体的睡眠周期密切相关。皮质醇产生和相应的皮质醇血液水平在长时间睡眠的后半夜(与午睡截然相反)上升，在清晨达到峰值。此后，昼夜皮质醇水平通常在清醒期间降低，在睡眠开始后几小时达到最低点或基础皮质醇水平。这些血液皮质醇水平在早晨一般处于140nMol/L‐700nMol/L的范围内，在午夜一般处于80nMol/L‐350nMol/L的范围内(假设为夜间睡眠周期)。昼夜皮质醇水平可能受到各种紊乱或慢性病症的显著影响，这些紊乱或病症通常会影响皮质醇水平，但是昼夜皮质醇水平也可能响应短期情况而发生变化，该短期情况例如测试前的身体或情绪应激、妊娠、低血糖、食物或水的摄入，或服用一疗程的类固醇或皮质激素、避孕药或雌性激素。

与昼夜皮质醇水平相比，皮质醇觉醒反应一般更加能够预测，因此皮质醇觉醒反应可能更有意义。参考图4，与当时的昼夜皮质醇水平相比，CAR急剧增加约50％，并且血液中的峰值大致出现在个体从夜间睡眠中醒来后的大约三十分钟。CAR被认为在激活身体的下丘脑‐垂体‐肾上腺(HPA)轴方面发挥作用，以使有机体定好取向并为当天的需求做好准备。CAR与觉醒事件有明确的联系，CAR的大小与昼夜皮质醇变化无关。因此，评估个体的CAR分布可以表明个体激活HPA轴的能力，进而表明个体对应激源作出有效反应的能力。个体的典型CAR值由基因决定，并且在没有已知的影响CAR水平的短期因素的情况下，个体的典型CAR值每天都保持得相当稳定。

个体的CAR反应可能因各种因素而增加或减少。CAR反应在以下情况时会增加：清早醒来、在光明而不是黑暗中醒来、为了工作或体育比赛(而不是休闲)觉醒、具有较低的社会经济地位或较高的短期应激。CAR在以下情况时可能会减少，即：表现出更扁平的分布，个体睡眠不好或在过度的环境噪音下睡眠、个体经历慢性应激、遭受疼痛、或遭受身体上的过度劳累或过度训练。因此，一个准确的CAR的汗液测量将表明个体对身体劳累、精神应激和睡眠的短期反应。此外，由于相比于昼夜皮质醇分布，CAR对身体素质、慢性应激、抑郁和疾病等较长期因素的依赖程度较低，因此CAR已成为人体皮质醇的信息量最丰富的单一测量指标。

本发明的一个实施例是一种使用汗液感测装置来监测皮质醇觉醒反应的方法。由于CAR与长时间(即超过4小时)睡眠后的觉醒有关，因此使用者应该在个体入睡之前使用该装置。为了在整个CAR上正确地记录数据，该装置应该在个体醒来时开始读取数据，并以按照时间顺序确定的采样速率继续定期读数大约45分钟。该装置可以被配置为确定佩戴者已经在本领域已知的多种手段的作用下觉醒了。这些手段可以包括用计划的觉醒时间对装置进行编程，或使该装置与闹钟、智能电话应用程序、收发器或能够与该装置通信的其他计算装置同步。这样的方法将需要，例如通过区分何时某人已经关闭闹钟或者只是按下了小睡功能，来区分计划的觉醒时间和实际的觉醒时间。

可选地，并且优选地，汗液感测装置可以配置为与能够确定佩戴者正在醒来的感测器一起操作，所述感测器例如睡眠监测器、脉搏血氧饱和度感测器、心率监测器、加速度计或者其他测量循环活动、姿势和运动的装置。这些感测器通常可用作可穿戴式健身追踪器产品的一部分。一旦被激活，该装置理想情况下需要获取接近佩戴者醒来时间的至少一个有效读数以记录CAR的基线值。在佩戴者醒来后的30分钟左右至少应获取一次额外的有效读数，以及在30分钟后应至少获取一次额外的有效读数，以验证峰值后皮质醇下降。

与其他汗液感测器应用不同(在这些其他感测器应用中，可以定时为使汗液感测器读数与期望的出汗速率或出汗量同步)，CAR监测需要使有效的汗液读数与特定的外部事件，即觉醒，相协调。因此，为了获得期望的有效读数，该装置必须要能够刺激出汗液，以便定时为使足够的出汗速率或出汗量、以及由此而来的按时间顺序确定的汗液读数与唤醒和随后的CAR峰值和下降同步。

用于这种应用的出汗刺激可以通过化学或电刺激(例如离子透入法输送的卡巴胆碱、毛果芸香碱或乙酰甲胆碱)来实现，或者可以通过红外脉冲或其他热源(例如化学加热垫)来进行热刺激。为了达到适当的时机把握，出汗刺激必须考虑到两个基本因素，即个体的出汗反应时间，以及装置所需的汗液量。个体的出汗反应时间主要取决于个体的体温和出汗阈值之间的差异。当一个人处于静止状态，其通常具有相对较低的体温，因此可能需要显著的出汗刺激来达到所需的出汗速率和出汗量。故可能需要几分钟或更长时间才能使人开始出汗。一旦开始出汗，人必须产生足够的汗液量以供特定的汗液感测器获取按时间顺序确定的读数。用于这个因素的时间是出汗速率和汗液感测器静容量的函数。考虑到出汗反应和按时间顺序确定，因此，汗液感测器应该能够在激活的几分钟内获取第一次有效读数。

类似地，为了获取CAR峰值的测量值，应该协调出汗刺激以在佩戴者醒来后30分钟左右提供至少一个有效读数，并且在几分钟内提供另一个有效读数以记录CAR的下降。在本发明的另一个实施例中，汗液感测装置可以配置为在峰值时刻附近提高采样速率以获取峰值之前和之后的多个按时间顺序确定的读数。峰值采样的时机可以通过考虑佩戴者的个体差异来改进，该个体差异可以以相关的外部数据的形式提供给所述装置。通过使外部数据包括关于装置配戴者的、可能与CAR值相关的信息，例如佩戴者的历史CAR分布，和存在的可能影响CAR分布的已知因素，例如最近的身体劳累、健身水平、应激水平、睡眠模式或其他相关数据，外部数据也可以用于增强所述装置对CAR分布的测量。

除了测量皮质醇觉醒反应之外，在本发明的其他实施例中，该装置可以被配置为测量个体的昼夜皮质醇分布。使用汗液感测装置进行有意义的昼夜皮质醇分布测量所面临的挑战与获取CAR读数时所面临的挑战类似，但前者在所需的监测持续时间内被放大。因此，昼夜皮质醇周期可分为三个优先事项：基础皮质醇水平、峰值皮质醇水平和峰值后的皮质醇下降。进一步参考图3，典型的昼夜皮质醇分布被锚定在基础皮质醇水平，该基础皮质醇水平通常出现在个体正常入睡后几个小时内，这里显示为在凌晨12点左右。皮质醇水平保持低水平直到正常觉醒时间之前的大约三个小时，在这个时间皮质醇水平开始向着峰值急剧上升，该峰值出现在早晨，这里显示为在上午8点左右。然后皮质醇水平开始朝第二天的基础值下降。基于优先事项，优质的基础皮质醇测量将在感测器功率资源、出汗刺激化学供应和感测器寿命方面予以优先考虑。类似地，皮质醇峰值读数将在装置资源方面被给予第二优先事项，并且该装置将使用其剩余资源来监测峰值后的下降。优选地，整个周期将由相同的装置监测，但是如果需要的话，可以使用额外的贴片来覆盖所述周期。

在本发明的一个实施例中，装置使用者可以在就寝时间施用贴片。该装置可以通过贴片应用后的激活来标记睡眠的开始，或者可选地，可以结合其他感测器或者与其他感测器(例如睡眠监测器、心脏监测器、脉搏血氧饱和度仪、温度或加速度计)通信，以确定佩戴者何时开始睡眠。该装置将被配置为在睡眠开始后1小时30分钟时开始对基础皮质醇水平进行采样。在另一个实施例中，该装置可以被配置为在特定的时间，例如午夜(该午夜时间例如已知为佩戴者正常睡眠后一个半小时)，开始采样。为了采集基础皮质醇水平，该装置将被配置为至少获取一个，优选多个读数。与上面讨论的CAR取样一样，该装置可能需要刺激出汗以确保在窗口期间按时间顺序确定的读数。在一些实施例中，对于设置的窗口，例如一小时，汗液感测装置可以每几分钟，例如每15分钟，就刺激出汗以获取按时间顺序确定的读数。在其他实施例中，该装置可以每几分钟就刺激出汗，直到皮质醇水平超过基础的数值并明确开始增加。在一些实施例中，该装置可以监测或与其他感测器一起监测皮肤或体温、出汗起始温度和出汗速率。

昼夜皮质醇监测的次要优先事项是采集峰值皮质醇水平，该峰值皮质醇水平发生在醒来后的2小时左右。可以执行与采集基础皮质醇水平类似的过程来采集皮峰值质醇水平。在这种情况下，汗液感测装置将被配置为在个体醒来后一个半小时开始获取读数，或者该装置可以被配置为在设定时间(例如上午9点)运行，该设定时间为个体正常觉醒时间的一个半小时之后。该装置将继续刺激出汗(如果需要的话)，并继续获取按照时间顺序确定的读数一段时间，例如一小时，或者在其他实施例中，可以继续获取汗液读数，直到皮质醇水平超过峰值，并明确地开始下降。

汗液感测装置的第三优先事项是监测峰值之后的皮质醇的下降。在该周期的这一部分期间，该装置将被配置为刺激出汗(如果需要的话)，并且定期(例如，每隔一小时)获取按照时间顺序确定的汗液读数。在一些实施例中，该装置可以配置为响应于所检测到的皮质醇水平的意外上升，或响应于其他有关信息(例如心率变化、皮肤温度或体温、出汗速率、出汗起始温度、进餐的消耗、应激事件等)，提高该装置的采样速率。因此，该装置可以用于监测皮质醇水平响应于短期因素而发生的接近实时的变化。

和CAR不同(CAR通常是基础皮质醇水平之上可预测的百分比增加)，而基于长期因素，例如体质水平、慢性应激、抑郁、药物、疾病等因素，昼夜皮质醇值在个体之间可能差别很大。因此，为了实现昼夜皮质醇测量，该测量可以提供有关短期因素(例如失眠或者过度劳累)的影响的有意义的信息，可以生成个体的基线皮质醇分布。在本发明的一些实施例中，可以基于与所述个体有关的信息，例如人的年龄、体重、睡眠习惯、身体素质、应激水平、药物等，来估计该基线皮质醇分布。然后可以将该个体的信息与数据库中与其他个体有关的汇总数据进行比较，并选择来自具有可比性的个体的基线皮质醇分布。在其他实施例中，可在受控条件下监测个体的昼夜皮质醇数天，以形成该个体的基线皮质醇分布。一旦基线皮质醇分布被生成出来，昼夜皮质醇的短期变化便可以被区分和分析。例如，在个体经历了显著的应激事件之后，个体的基础皮质醇通常会升高超过正常水平。在掌握基线皮质醇分布的情况下，可以容易地理解这种变化。

参考图5，在本发明的另一个实施例中，汗液感测装置被配置并且被用于指示(1)个体是否正在经历显著的离散应激事件，例如恐慌发作，或者(2)是否正在经历长期发生的应激事件。当一个体经历应激时，身体通过释放一系列激素来进行反应。这些激素包括：促肾上腺皮质激素，其触发肾上腺释放去甲肾上腺素、肾上腺素和皮质醇；和来自神经细胞的多巴胺和血清素。雌性激素和睾酮也可能影响个体的应激表现。应激反应的特征在于一般性适应症候群(“GAS”)，该症候群包括初始警戒阶段、抵抗阶段和恢复阶段或衰竭阶段。在警戒阶段，血液中的Na⁺、Cl^‐和葡萄糖水平下降，出汗速率上升或出现突然开始的出汗。然后，随着皮质醇和其他激素起作用，葡萄糖、脂质和氨基酸水平上升，出汗减少。在恢复/衰竭阶段，出汗可能会再次出现。

个体的应激相关汗液数据可以被用来形成应激分布值。通过比较汗液浓度和皮质醇与其他相关分析物的比率以及起始出汗速率和出汗速率，应激分布将以合理的准确度反映一个人是否可能正在经历恐慌发作或严重程度低一些的应激反应。此外，可以随时监测应激分布以确定佩戴者是否经历了频繁的应激反应，并因此受到慢性应激的影响。尿液中高皮质醇水平所指示的慢性应激通常用于预测个体是否有发展成病症例如糖尿病、骨质疏松症和心血管疾病的风险。因此，使用如本文所公开的应激分布可以证明使用汗液感测器数据来诊断这样的风险因素是有用的。

在本发明的另一个实施例中，短期和长期应激显示出会影响个体的冒险能力。急性短期应激会导致皮质醇反应或者激增，并且也增加整体皮质醇的产生。初始的皮质醇反应的大小以及所产生的皮质醇的量都会影响应激事件后的行为，该应激事件通常以增加恐惧和寻求感官刺激为特征。然而，冒险倾向随着个体皮质醇水平反应量而减少，即对于急性应激事件，皮质醇反应越大，人的行为倾向于越受抑制。涉及金融交易者的研究表明，对于女性来说，对短期急性应激的反应会导致相对较大的皮质醇激增，从而导致更谨慎的行为或降低冒险倾向。参见文献[See Ceccato,S.,et al.,“Increased risk taking inresponse to chronic stress in adults,”Frontiers in Psychology,Jan.29,2016]。然而，对于男性来说，短期的急性应激引发了相对较弱的皮质醇激增，并且该短期急性应激与进行比平时更多的个体交易的个体相关联，这些交易在价格和基本价值之间显示出更大的偏差。参见Cueva，C等人所著的文章。换句话说，短期急性应激尤其会导致男性金融交易者进行高风险的交易行为。

然而，当将慢性应激考虑在方程中时，性别差异趋于变得不那么明显。慢性应激下的男性和女性个体当面临短期急性应激事件时都表现出更高的冒险倾向。参见文献[Ceccato,S.,et al.,But see Kandasamy,N.,et al.,“Cortisol shifts financialrisk preferences,”PNAS,March 4,2014,Vol.111,No.9](发现经历慢性应激的人的冒险行为减少)。这种不同性别个体的冒险倾向的趋同可能是由于以下事实：即不管是对于男性还是对于女性，慢性应激都倾向于减少对短期急性应激事件的反应性。

因为冒险行为的倾向性表现出性别依赖性，所以睾酮是合乎逻辑的次级汗液分析物，对于该应用而言，睾酮可以提高汗液感测装置的预测价值。睾酮是合成代谢类固醇和主要的雄性激素，对于哺乳动物来说，睾酮主要在雄性的睾丸和雌性的卵巢中产生。个体与个体之间的睾酮水平的主要决定因素是性别。雄性血液睾酮水平通常比雌性高7到8倍。在应激反应中，睾酮起到通过调节HPA来调节急性应激反应的作用。更高的睾酮基础水平(相对于同性别的其他成员)会促进竞争和寻求地位的行为的增加，特别是在不稳定期间，即：短期应激事件期间。参见文献[Mehta,P.,et al.,“The social endocrinology ofdominance,”J.of Personality&Social Psychology,2008,Vol.94,No.6,1078–1093.]。

睾酮和皮质醇相互作用，对某些冒险行为产生深远的影响。(相对于其他同性别成员)具有高基础睾酮水平的个体倾向于响应社交胜利而产生较低水平的皮质醇，响应社交失败而产生较高的皮质醇水平。相比之下，具有低基础睾酮的个体，无论是经历胜利还是失败，都倾向于进行略低的皮质醇生产。参见Mehta，P.等人的著作。因此，具有高基础睾酮的个体可能会寻求导致社交胜利的情况，同时避免导致社交失败的情况。应用于金融交易，高基础睾酮可能鼓励冒险行为，以避免社交失败，例如高基础睾酮可能与具有负交易日(Negative trading day)的个体相关联。此外，当基础皮质醇水平低时，高基础睾酮水平与增加的冒险行为相关，但当基础皮质醇水平高时，高睾酮水平的个体显示出较低的冒险倾向。参见文献[Mehta,P.,et al.,“Testosterone and cortisol jointly modulate risk-taking,”J.of Phychoneuroendocrinology,Mar.2015.]。睾酮和皮质醇之间的这种关系加强了以下主要是雄性的倾向，即：采取增加冒险的行为来应对短期急性应激，而慢性应激倾向于减弱两性(雄性和雌性)在面对急性应激事件时的反应差异。

使用汗液感测装置测定基础睾酮需要与用于检测皮质醇相似的技术。由于睾酮是一种激素，所以EAB感测器模式将是优选的，尽管也可以使用电流感测器或免疫分析感测器。和皮质醇一样，睾酮显示出昼夜变化，晚上达到其最低水平，早上达到峰值。对于30岁‐40岁的男性，这种变化表现为从早到晚降低20％‐25％。随着年龄的增长，这种差异变得不那么明显，例如在70岁时，昼夜变化仅为10％左右。平均而言，年轻男性的血清睾酮约为17.7nMol/L，而老年男性的平均值约为12.1nMol/L。参见文献[Plymate,S.,et al.,“Circadian variation in testosterone,”J.of Andrology,Sept.-Oct.1989.]。由于睾酮的昼夜变化，有必要测量睾酮的最低点或者晚上的基础睾酮水平，同时可以在早晨测量个体的峰值睾酮水平。为了确保在适当的时间进行汗液睾酮测量，可能需要类似于在皮质醇测量中使用的技术，例如出汗刺激和动态感测器激活和管理，以获取基础和峰值睾酮水平的有效读数。另外，由于基础睾酮水平可能在短期急性应激事件的预期下增加，所以在控制期间可能需要测量基础睾酮和/或峰值睾酮，或者可以为个体或针对个体的特定表型生成睾酮分布。

也可能有必要在另一事件发生的同时进行睾酮读数，所述另一事件例如装置佩戴者经历的短期急性应激事件，或者该装置进行的皮质醇读数。对于上面列出的每个示例，汗液睾酮测量的时机可以取决于多种因素，包括但不限于血清睾酮水平和相关汗液浓度之间的任何滞后时间、按时间顺序的确定、样品浓缩所需的时间等等。

因此，在某些实施例中，本文公开的汗液感测装置可以被配置为测量佩戴者的汗液皮质醇和睾酮水平，以确定佩戴者的冒险行为倾向。最初的步骤可以包括确定基础皮质醇、基础睾酮和皮质醇觉醒反应。这些测量将建立起对佩戴者的冒险行为倾向的冒险评估。例如，升高的基础皮质醇水平和的趋缓的CAR将表明佩戴者遭受了慢性应激。慢性应激的存在表明冒险行为倾向的增加，无论性别或睾酮水平如何。作为另一个示例，佩戴者可以记录低的基础皮质醇水平和大的CAR反应。结合低基础睾酮，佩戴者的冒险倾向会降低，因为他们倾向于具有对于急性应激的较高的皮质醇反应性，而低睾酮会增加从事风险规避行为的倾向。

除了冒险评估之外，汗液感测装置还可以被配置成分析佩戴者对短期应激事件的皮质醇反应性，并由此计算冒险倾向。这种类型的感测应用的特殊困难是需要具有皮质醇的精细粒度读数，并且在某些情况下也需要睾酮的读数。对于佩戴者对应激事件的反应的理想皮质醇反应性测量将包括在事件发生之前进行测量来评估事件前皮质醇水平。第二次测量将发生在皮质醇反应出现峰值时，以评估皮质醇反应的程度。第三次测量以及随后的测量将测量事件后的皮质醇水平，以评估应由激事件造成的皮质醇生产的增加。在一些实施例中，可以通过睾酮的协调测量来增强佩戴者的皮质醇反应性。

在没有连续的出汗刺激和小的采样间隔的情况下(这对于有些应用来说可能不是可持续的或优选的)，汗液感测装置可能需要确定应激事件正在进行，例如通过其他汗液感测装置读数、GSR、心率监测器或其他方式来确定。一旦该装置确定应激事件正在进行，该装置可以刺激出汗或激活感测器进行所需的测量。在实践中，佩戴者的皮质醇反应(因其体现在汗液中)将滞后于实际事件，这给该装置进行相关测量所需的前导时间(Lead Time)提供了一些灵活性。

汗液感测装置本身可以使用皮质醇反应性读数来估计冒险行为的倾向。例如，具有高皮质醇反应性的佩戴者将倾向于以更加能规避风险的方式行事，而表现出趋缓的皮质醇反应性的佩戴者将倾向于更大风险的行为。如上所述，该装置将皮质醇反应性转化为冒险倾向的能力可以通过结合对基础皮质醇、基础睾酮和皮质醇觉醒反应的评估来改善。例如，通过高基础皮质醇和趋缓的CAR表现出暴露于慢性应激的个体，当与相对较小的皮质醇反应性相结合时，将会具有增加的冒险行为倾向性。另一方面，表现出暴露于慢性应激的个体(该个体随后响应于一事件而表现出大的皮质醇反应性)，则可能不会具有增加的冒险倾向性。作为另一个示例，佩戴者通过基础皮质醇和CAR水平表明没有慢性应激，但具有高的基础睾酮，则该佩戴者可能具有趋缓的皮质醇反应性，这表明该佩戴者具有增加的冒险行为倾向性。如图所示，皮质醇反应性可以与基础皮质醇、基础睾酮和CAR联合使用，以改善冒险倾向性的评估。

此外，除了关于佩戴者对慢性和短期应激的反应的概括之外，可以使用关于个体或类似表型的个体的汇总数据来提高装置预测冒险倾向的能力。例如，关于一个或多个个体对急性应激的反应时的历史汗液感测器数据可用于构建个体或表型分布，该分布将能够改善冒险行为的预测。其他相关输入也可以提高该装置预测冒险行为的能力，例如，与佩戴者的脱水水平、血糖、疲劳水平或使用咖啡因、酒精或其他物质有关的信息。

在本发明的优选实施例中，汗液感测装置可以被配置为改善金融交易者的成果。当男性或女性从事金融交易活动时，该装置将因此用于监测佩戴者。通过评估个体的基础皮质醇、CAR，在某些情况下，还通过评估基础睾酮，该装置可以生成该个体作出高风险交易决策的一般倾向。在交易活动期间，该装置还可以评估个体响应于短期应激的皮质醇反应性。如果佩戴者表现出超过某个阈值的冒险倾向，则可以向佩戴者或装置使用者发送警报消息。该装置还可以将交易频率与皮质醇水平相关联以评估冒险倾向。

在一些实施例中，该装置可以使用其他输入来增强装置的能力以改善金融交易结果，例如，该装置可以考虑由于脱水、疲劳、咖啡因、酒精使用等而导致的认知障碍。例如，佩戴者可以被提示回答关于其当天的咖啡因消耗量的问题，或者该装置可以包括能够测量汗液中的咖啡因并且将这些测量值与咖啡因消耗量相关联的感测器。通过确定佩戴者所摄取的咖啡因的量，该装置可以改善其对于冒险行为倾向的预测性能，或者该装置可以将皮质醇或睾酮的变化与咖啡因消耗相关联。

以上为结合本发明的优选实践方法对本发明的进行描述，然而，本发明本身应该仅由所附权利要求限定。

Claims (46)

1.一种确定个体皮质醇觉醒反应的方法，包括：

将汗液感测装置应用于所述个体的皮肤；

将所述装置配置为在所述个体醒来之后进行至少一次汗液分析物测量；

记录皮质醇觉醒反应值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，刺激出汗以向所述装置供应至少一个汗液样本。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装置在所述个体醒来之后运行至少45分钟。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述个体的觉醒状态由以下方式中的至少一种来确定：在计时装置中设定觉醒时间；使用睡眠监测器；使用可穿戴装置；测量心率；测量体温；以及测量所述个体的运动和姿势。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少测量一次初始皮质醇值，至少测量一次皮质醇峰值，并且至少测量一次峰值后皮质醇值。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在皮质醇觉醒反应期间，按时间顺序确定的汗液采样速率增加。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述皮质醇觉醒反应与所述个体的昼夜皮质醇分布进行比较。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用与相关外部数据相关联的汇总的汗液感测器数据来确定所述皮质醇觉醒反应。

9.一种确定个体昼夜皮质醇分布的方法，包括：

将至少一个汗液感测装置应用于所述个体的皮肤；

将所述装置配置为在所述个体进入睡眠之后进行至少一次汗液分析物测量；

记录基础皮质醇水平；

将所述装置配置为在所述个体醒来之后进行至少一次汗液分析物测量；以及

记录峰值皮质醇水平。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述装置在所述峰值皮质醇测量之后的时间进行至少一次汗液分析物测量。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，刺激出汗以向所述装置提供至少一个汗液样本。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述装置通过以下方式中的至少一种确定所述个体已进入睡着状态：应用贴片后即激活；测量心率；测量体温；使用可穿戴装置；使用睡眠监测器；以及测量个体的运动和姿势。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述个体的醒来状态由以下方式中的至少一种来确定：在计时装置中设定觉醒时间；使用睡眠监测器；使用可穿戴装置；测量心率；测量体温；以及测量所述个体的运动和姿势。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述昼夜皮质醇分布与基线皮质醇分布进行比较。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用与相关外部数据相关联的汇总的汗液感测器数据来确定所述皮质醇分布。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，增加按时间顺序确定的汗液采样速率以测量所述基础皮质醇水平。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，增加按时间顺序确定的汗液采样速率以测量所述峰值皮质醇水平。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，增加按时间顺序确定的汗液采样速率以测量峰值后皮质醇水平。

19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，响应于以下因素中的至少一个来增加按时间顺序确定的汗液采样速率：心率变化；体温变化；出汗速率变化；出汗起始变化；进餐的消耗；以及应激事件的发生。

20.一种确定个体的应激水平的方法，包括：

使用汗液感测装置进行至少一次汗液分析物测量；

为所述个体生成应激分布值；以及

将所述值传达给使用者。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述分析物是皮质醇。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述分析物包括以下至少两种：皮质醇、Na⁺、Cl^-、K⁺、葡萄糖、促肾上腺皮质激素、去甲肾上腺素、肾上腺素、多巴胺、血清素、雌性激素和睾酮。

23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述汗液感测装置测量出汗速率、出汗起始速率、汗液pH值和感测器温度中的至少一个。

24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述汗液感测装置用于确定所述个体是否经历了恐慌发作。

25.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述汗液感测装置用于确定所述个体是否经历了轻微的应激事件。

26.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述汗液感测装置用于确定所述个体是否经历了慢性应激。

27.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，使用与相关外部数据相关联的汇总的汗液感测器数据来生成所述值。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述数据包括以下中的至少一个：皮质醇觉醒反应；昼夜皮质醇；心率；以及个体应激史。

29.一种确定个体冒险行为倾向的方法，包括：

将汗液感测装置放置在所述个体的皮肤上；

使用所述装置确定所述个体的皮质醇觉醒反应；

确定所述个体是否受到慢性应激水平的影响；以及

将所述个体的所述慢性应激水平与所述冒险行为倾向相关联。

30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括使用所述装置来确定所述个体的基础皮质醇水平。

31.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括使用所述装置来确定所述个体的基础睾酮水平。

32.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括使用所述装置来确定所述个体的皮质醇反应性值，其中，所述装置在所述个体经历应激事件之前进行至少一次汗液皮质醇测量；且所述装置在所述应激事件之后进行至少一次汗液皮质醇测量。

33.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用与以下至少一项相关的数据来确定所述冒险行为倾向：个体的水合水平；个体的疲劳程度；个体的睡眠史；个体的认知功能；个体的咖啡因消耗；个体的尼古丁消耗；以及个体的酒精消耗。

34.一种改善金融交易者业绩指标的方法，包括：

使用汗液感测装置来确定所述交易者的冒险行为倾向；以及

利用所述交易者的所述冒险倾向来改善所述业绩指标。

35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述指标是金融收益与金融损失的比率。

36.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述方法还使用与以下至少一项相关的数据来确定所述冒险倾向：个体的水合水平；个体的睡眠史；个体的咖啡因消耗；个体的尼古丁消耗；以及个体的酒精消耗。

37.一种能够确定个体的汗液皮质醇水平的装置，包括：

至少一个用于测量汗液皮质醇的感测器；

至少一个用于测量汗液分析物的感测器；

至少一个用于测量汗液pH值的感测器；以及

一计算工具。

38.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述装置被配置成刺激出汗以将至少一个汗液样本供应到所述装置。

39.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述装置被配置为使用与相关外部数据相关联的汇总的汗液感测器数据。

40.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述装置被配置为确定所述个体的皮质醇觉醒反应。

41.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述装置被配置为确定所述个体的昼夜皮质醇分布。

42.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述装置被配置为确定所述个体是否经历了恐慌发作。

43.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述装置被配置为确定所述个体是否经历了轻微的应激事件。

44.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述装置被配置为确定所述个体是否经历了慢性应激。

45.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述装置被配置为确定所述个体的冒险行为倾向。

46.根据权利要求45所述的装置，其特征在于，还包括至少一个用于测量汗液睾酮的感测器。