CN107920788A - 用于光电容积脉搏波和心电图的集成电子器件 - Google Patents

Abstract

提供了一种设备和系统，以电地和光学地检测身体的血液动力学特性。这样的设备配置为检测心电图信号和光电容积脉搏波信号并且操作单个模数转换器(ADC)以对每个这样的信号中的一个或多个进行采样。这包括操作复用器以在相应不同的采样时间或时间段期间将与检测到的光学和电特性相关的电信号连接到单个ADC。这可以包括在交替的时间段期间将检测到的心电图信号和光电容积脉搏波信号连接到ADC。使用单个ADC对心电图信号和光电容积脉搏波信号中的一个或多个进行采样可以提供具有已知的、稳定的和可控的相对定时的这种信号的采样。

Description

用于光电容积脉搏波和心电图的集成电子器件

与相关申请的横向引用

本申请要求2015年8月24日提交的美国非临时专利申请第14/833,195号的优先权，其内容通过引用结合于此。

技术领域

背景技术

除非本文另外指出，否则本部分中描述的材料不是本申请权利要求书的现有技术，且并非通过包含在本部分中而被认为是现有技术

可佩戴设备可以提供各种应用，例如配置为安装到手腕或用户身体的其他位置的设备。这样的设备可以向用户提供信息和/或通信功能(例如通过提供由用户接收的电子邮件的内容来提供当前时间或用户位置的指示)。这样的设备可以包括一个或多个传感器，其配置为检测用户的身体特性(例如血压、心率、血氧饱和度、心脏的电活动)和/或用户的环境特性(例如环境温度、大气压力)并且将这种检测到的特性记录、提供指示，与外部系统通信或以其他方式使用。在一些示例中，这种可佩戴设备可以配置为连接到外部系统，例如从外部系统接收能量以对可佩戴设备的电池进行再充电，与外部系统通信/通过外部系统通信，或者提供可佩戴设备的一些其他应用。

发明内容

本公开的一些实施例提供了一种系统，包括：(i)光发射器，其配置为经由外部身体表面照射皮下脉管系统的一部分；(ii)光电检测器，其配置为响应于所述光发射器的照射而接收从所述皮下脉管系统的一部分发射的光；(iii)心电图传感器，其配置为经由所述外部身体表面检测心电图信号；(iv)放大器；(v)复用器，其电连接到所述光电检测器的输出、所述心电图传感器的输出和所述放大器的输入，并且其是可控的，以将所述光电检测器的输出和所述心电图传感器的输出选择性地连接到所述放大器的输入；(vi)模数转换器，其配置为基于所述放大器的输出来生成数字代码；以及(vii)控制器。所述控制器配置为执行控制器操作，包括：(a)操作所述光发射器，以在第一多个指定时间段期间照射所述皮下脉管系统的一部分；(b)操作所述复用器，以在所述第一多个指定时间段期间将所述光电检测器的输出连接到所述放大器的输入；(c)操作所述模数转换器，以在所述第一多个指定时间段期间基于所述放大器的输出生成第一多个数字代码；(d)操作所述复用器，以在多个第二指定时间段期间将所述心电图传感器的输出连接到所述放大器的输入；并且(e)操作所述模数转换器，以在所述第二多个指定时间段期间基于所述放大器的输出生成第二多个数字代码。

本公开的一些实施例提供了一种方法，包括：(i)通过由控制器在第一多个指定时间段期间操作的光发射器经由外部身体表面照射皮下脉管系统的一部分；(ii)通过由所述控制器在所述第一多个指定时间段期间操作的复用器，将光电检测器的输出连接到放大器的输入，其中所述光电检测器配置为响应于所述光发射器的照射而接收从所述皮下脉管系统的一部分发射的光；(iii)通过由所述控制器在所述第一多个指定时间段期间操作的模数转换器，基于所述放大器的输出生成第一多个数字代码；(iv)通过由所述控制器在所述第二多个指定时间段期间操作的复用器，将心电图传感器的输出连接到所述放大器的输入，其中所述心电图传感器配置为经由所述外部身体表面检测心电图信号；并且(v)通过由所述控制器在所述第二多个指定时间段期间操作的模数转换器，基于所述放大器的输出生成第二多个数字代码。

通过阅读以下详细描述并适当地参考附图，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将变得显而易见。

附图说明

图1是安装到皮肤表面的示例性可佩戴设备的示意图。

图2是配置为检测光学和心电图信号的系统的电路的示例示意图。

图3A示出了由光电检测器产生的示例信号以及示例信号的采样定时。

图3B示出了由心电图传感器生成的示例信号以及示例信号的采样定时。

图4示出了配置为检测光学和心电图信号的系统的元件的操作定时。

图5是示例可佩戴设备的透视图。

图6是包括与服务器通信的多个可佩戴设备的示例系统的框图。

图7是示例设备的功能框图。

图8是示例方法的流程图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，对作为说明书一部分的附图进行参考。在附图中，除非上下文另外指出，否则相似的符号通常标识相似的部件。在详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施例并非意味着是限制性的。可以使用其他实施例，并且可以做出其他改变而不脱离本文提出的主题的范围。将容易理解的是，如本文一般性描述的以及在附图中示出的本公开的各方面可以以各种各样的不同配置进行布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都被明确地考虑于此。

此外，虽然本文所公开的实施例涉及使用配置为用于在活人体上使用或与其一起使用的设备和系统，但可以预期的是，所公开的方法、系统和设备可以用于配置成在动物体、自然环境(例如河流、溪流)、人造环境(例如食品加工环境、药物合成环境)或其他环境中使用或接近于其的任何设备，其中两个或更多个信号的采样可以通过使用复用器和模数转换器来生成，使得可以指定两个或更多个信号的采样之间的时间关系。

I.概述

可佩戴设备可以配置为执行各种不同的功能和/或应用。在一些示例中，可佩戴设备配置为测量佩戴者的一个或多个生理特性和/或测量佩戴者的环境的一个或多个特性。例如，可佩戴设备可以配置为检测脉搏率、血流速率或速度、血氧水平、血压、动脉硬度、脉搏传播时间或者一部分皮下脉管系统、心脏、血液或一个人的心血管系统的一些其他元件的一些其他血液动力学特性。这可以包括通过检测一个或多个相关物理变量来检测和/或确定一个或多个血液动力学特性。例如，可以基于从一部分皮下脉管系统接收到的光的检测强度(例如涉及一部分皮下脉管系统中的血液量随时间的变化关系)和/或基于与皮肤表面接触的两个或更多个电极之间的检测到的生物电势(例如涉及心脏的电活动，例如心电图)来确定脉搏率。

在一些示例中，可以确定两个或更多个不同的检测到的变量(例如检测到的光强度和检测到的生物电压)之间的时间关系的时间差或其他特性，并用于确定一个人的血液动力学或其他生理特性(例如脉搏传播时间、血压、动脉硬度)。在这样的示例中，可以使用单个模数转换器(ADC)来将两个或更多个检测到的变量中的每一个数字化，使得检测到的变量之间的时间关系(例如检测到的变量的采样之间的相对定时)可被控制、已知或以其他方式确定。在这样的示例中，复用器可以连接到ADC以及连接到配置为产生对应于两个或更多个检测到的变量的电信号的两个或更多个传感器或者其他元件。可以操作复用器和ADC以交替地产生两个或更多个检测到的变量的采样，或者根据一些其他模式产生两个或更多个检测到的变量的采样。

在一些示例中，可以在第一多个指定时间段(例如第一多个采样时间/时间段)期间操作复用器和ADC，以生成第一检测到的变量(例如从一部分皮下脉管系统接收的与例如一部分皮下脉管系统中的血液量有关的光的强度)的第一多个数字代码(例如采样)。复用器和ADC可以在第二多个指定时间段(例如从第一多个指定时间段偏离指定时间差的第二多个采样时间/时间段)期间操作复用器和ADC，以生成第二检测变量(例如两个电触点之间的与例如心电图有关的电压)的第二多个数字代码(例如采样)。使用单个ADC来生成与两个或更多个检测到的变量中的每一个相关的采样可以允许这样的采样在时间上具有已知的关系，例如与采样的时间之间的差异有关，与检测到的变量和由相应的传感器检测到的相关电、光学或其他信号之间的潜伏时间或者其他因素有关。

可以使用振荡器(例如数字时钟)或其他部件来生成用于控制由ADC生成的并且与两个或更多个检测到的信号有关的采样定时的定时信息。例如，这样的定时信息可以用于对采样保持、Σ-Δ调制器、一位数模转换器或ADC的其他元件进行定时，使得由ADC产生的数字代码对应于在指定的时间段和/或时间点期间检测到的变量和/或与其相关的电信号的值。此外，这样的定时信息可以用于操作复用器以将来自两个或更多个传感器的信号连接到ADC。在一些示例中，这可以包括操作复用器以将放大器(例如互阻抗放大器)连接到对应于在各个不同的时间段(例如各个不同的采样时间段或时间)期间的相应的两个或更多个不同的检测到的信号的两个或更多个不同的传感器或其他电子部件(例如前置放大器、滤波器、缓冲器)。此外，这样的定时信息可以用于操作可佩戴设备的一些其他元件，例如光发射器，其配置为在多个指定的时间段期间照射一部分皮下脉管系统，使得相应的光传感器(例如光电二极管、光电晶体管或其他类型的光电检测器)可以操作以在多个指定的时间段期间检测由该部分皮下脉管系统透射、反射、散射或以其他方式发射的光(例如以生成与该部分皮下脉管系统中的血液量有关的光电容积脉搏波信号)。

复用器可以配置为将多个不同的电信号和/或分量(例如心电图传感器的输出、光电二极管或其他类型的光电检测器的输出)选择性地连接到ADC。在一些示例中，复用器可以配置为将这样的电信号和/或部件连接到具有连接到ADC的输出的放大器的输入。这种放大器可以是互阻抗放大器，例如配置为向光电二极管施加指定的电压并且输出与流过光电二极管的电流有关的电信号(例如电压)的互阻抗放大器。这种放大器可以与ADC和/或复用器一起提供在单个集成电路中。这样的集成电路可以提供另外的部件/功能，例如可以包括定时发生器(例如数字振荡器)，其配置为产生用于控制由ADC产生的采样定时的定时信息，复用器的操作、一个或多个光发射器对一部分皮下脉管系统的照射、心电图传感器的操作或一些其他部件的操作。

在一些示例中，如本文所述的可佩戴设备可以包括多个光发射器，其配置为在相应的第一和第二多个指定时间段期间采用相应不同波长的照明照射一部分皮下脉管系统。可以操作光电检测器(例如光电二极管)以在第一和第二多个指定时间段期间检测从该部分皮下脉管系统响应地发出的光，并且这种检测到的强度可以用于检测血液动力学特性，例如脉搏率、血液充氧水平、血流量或其他特性。可以在第一和第二多个指定时间段期间操作ADC和复用器，以生成与光传感器的输出相关的数字代码。此外，可以在第三多个指定时间段期间操作ADC和复用器，以生成与心电图传感器(例如两个或更多个电触点和放大器、缓冲器、滤波器或其他相关部件)的输出相关的数字代码。例如，可以操作ADC和复用器以在生成数字代码之间交替，数字代码与下列有关：心电图传感器的输出、当第一光发射器正在照射一部分皮下脉管系统时光传感器的输出以及当第二光发射器正在照射一部分皮下脉管系统时光传感器的输出。可以操作ADC和复用器以在进一步的指定时间段期间产生与另外的变量和/或信号有关的数字代码，例如与在一部分皮下脉管系统未被可佩戴设备照射的时间段期间光传感器的输出有关(例如检测环境光线水平)。

在一些示例中，可佩戴设备可以包括用户界面，其配置为提供由可佩戴设备的传感器感测到的信息的用户可辨别的指示(例如视觉、听觉和/或触觉指示)、进度或其他与设备的功能有关的信息或者其他信息。在一些示例中，用户界面可以另外提供用于可佩戴设备的一个或多个设置(例如采样率、用户信息隐私设置、用于访问服务的用户凭据)的手段，以由佩戴者根据佩戴者的喜好来指定。由输出部件(例如显示器、蜂鸣器、振动器、扬声器)提供的指示可以指示与检测到的血液动力学特性或其他生理特性有关的信息，例如确定的心率、确定的脉搏传播时间、确定的血氧饱和度、确定的血压。在一些示例中，可佩戴设备可以包括无线通信接口，其可以将数据发送到外部设备/从其接收数据，例如使用蓝牙、ZigBee、WiFi和/或一些其他无线通信协议。无线通信接口可以另外或可替代地配置为从外部系统接收数据(例如与配置为将能量发射到佩戴者的血液中以实现血液中的一些分析物的变化的能量发射器的操作有关的参数)。

可佩戴设备可以包括配置为将可佩戴设备固定到手腕、脖子、腹部、脚踝或用户身体的一些其他位置的安装件(例如绑带、带、封闭构件、粘合剂)。另外或可替代地，本文描述的实施例可以配置为其他类型的设备，例如手持设备、台式设备或以其他方式配置的设备。如本文所述的设备(例如可佩戴设备)可以配置为可移除地联接到外部系统，例如外部充电器，以提供各种应用。例如，外部充电器可以提供电力(例如为可佩戴设备的电池充电的电力)、通信(例如下载更新的软件的通信信道，上载记录的信息，与交通工具交互)或者一些其他设施到可佩戴设备。

如本文中所用，词语“心电图”是指与身体的心脏的电活动有关的检测到的生物电势的方面(例如在身体的两个或更多个位置之间检测到的电压，例如身体的胸部上的皮肤的第一和第二位置、身体的第一和第二手臂上的第一和第二位置、身体上或身体内的一些其他位置)。在一些示例中，检测到的心电图可以包括与例如肌肉、神经、身体环境中的电磁场的电活动(与例如静电放电、电子设备中的电流流动、电流流入布线或建筑物有关)或者身体上或身体周围的其他电场或电流源有关的附加部件。检测到的心电图可以包括可检测的QRS波群、P波或其他特征，或者可以缺少这样的特征，或者可以包括其他特征。检测到的心电图的特性可以涉及用于检测心电图的装置(例如电极的电特性和/或这种电极和身体组织之间的电接口的电特性、身体上或身体内的这种电极的位置、配置为使用这种电极来检测心电图的心电图传感器的特性)、介于这种装置和心脏之间的组织(例如腹部、肢体、头部、皮肤或其他组织的电导率、几何形状或其他特性)或者其他因素。

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。

II.血液动力学特性的示例检测

可以基于两个或更多个检测到的物理变量来确定身体的各种生理参数(例如血压、脉搏传输时间、血液氧合、血管的硬度)。例如，可以基于由一部分动脉皮下脉管中的血液吸收两种或更多种不同波长的光之间的关系(例如比率)来确定血液氧合。在一些示例中，可基于相应特征(例如最大值、最小值、特征)之间的时间差或第一和第二(或更多)检测到的物理变量(例如由系统或设备的相应不同传感器检测到的物理变量)来确定这些生理参数。

这样的时间差可能与身体的过程或操作的持续时间、速度或其他特性有关。在这样的示例中，可以使用检测到的时间差来确定操作过程的一个或多个特性，例如确定从心房节点开始到最终从心脏排出血液的心跳的持续时间。另外或可替代地，这样的时间差可以与信号、压力波、流体流动或者其他过程或材料从第一位置传播到第二位置所花费的时间(例如在心跳期间由心脏产生的压力波从心脏传播到一部分皮下脉管系统所花费的时间)。在这样的示例中，可以使用检测到的时间差来确定参与传播的组织的特性(例如脉管系统的一个或多个部分的硬度、参与传播的血液的压力和/或压力波形、或者神经的动作电位速度)。

可以基于在两个或更多个位置处检测到的一个或多个物理变量来确定这种时间差，例如检测血液从心脏流到外围组织的皮下脉管系统的两个或更多个部分中的血液量。在示例中，可以基于用户的手臂中的动脉的上游和下游部分中的血液的检测到的体积来确定血液中的压力波的速度(例如通过照射上游和下游部分并且检测照射吸收随时间的变化来检测)。在两个或更多个位置处的检测到的物理变量(例如响应于照射的从一部分皮下脉管系统发射的光的强度、皮肤表面的两个位置之间的电压、施加在皮肤表面的位移和/或力)可以是相同的物理变量(例如在上游和下游位置处检测到的光强度)或不同的物理变量(例如在第一位置处的压力、力或位移以及在第二位置处的光强度)。

可以基于在基本上相同的位置处检测到的两个或更多个物理变量来确定这样的时间差。在一些示例中，一个或多个这样的检测到的物理变量的特征的定时可以与接近检测位置的过程相关。例如，可以分别基于从一部分皮下脉管系统接收到的光中的相长干涉和相消干涉的时变模式以及从一部分皮下脉管系统接收的光的强度来检测皮下脉管系统的特定部分中的血液的流量和体积。另外或可替代地，一个或多个这样的检测到的物理变量的特征的定时可以与远离检测位置的处理有关。例如，可以基于在两个皮肤位置(例如手腕上的两个位置、手腕上的位置和手腕的手臂相对的手臂的手指或其他皮肤上的位置)之间检测到的电压(例如生物电势)来检测心脏的电活动(例如与心脏的心室和/或心房的收缩以在心跳期间泵血相关的电活动)的时间。

作为示例，图1示出了设备100的元件的示意图，该设备具有安装在人的皮肤101的外部身体表面105(例如手臂的手腕表面)附近和/或与其接触的元件。一部分皮下脉管系统107设置在外部身体表面105的下方。两个电触点131a、131b安装到外部身体表面105上的相应位置，并且配置为与皮肤101电连接以提供设备100的功能(例如检测电触点131a、131b所暴露到的皮肤101的属性，例如与心电图有关的皮电阻抗、生物电势)。电触点131a、131b连接到配置为使用电触点131a、131b检测心电图的心电图(ECG)传感器135。第一光发射器121a和第二光发射器121b配置成用具有相应特性(例如相应不同的波长)的各个光照射皮下脉管系统107的一部分。光电检测器125配置成检测由皮下脉管系统107的该部分响应于光发射器121a、121b之一或二者的照射而发射(例如由其散射、由其反射、由其折射、由其荧光发射)的光的一个或多个特性(例如强度)。提供控制器140以操作光发射器121a、121b、光电检测器125和ECG传感器135，以提供设备100的操作，例如检测设备的元件所安装到的皮肤101的用户的生理参数。

设备100可被提供作为可佩戴设备(例如包括配置为将电触点131a、131b、光发射器121a、121b和光电检测器125固定成靠近皮下脉管系统107的一部分和/或外部身体表面105的安装件)。可替代地，设备100可以以某种其他方式配置，例如作为手持式桌面、墙壁、地板或天花板安装的设备，或者以其他方式配置。可佩戴设备可以是配置成安装到身体并提供可佩戴设备的一些功能的任何设备。这样的设备可以包括安装件、绑带、粘合剂，可以结合到服装中，或者包括其他装置或者以其他方式配置为安装到身体，例如安装到身体的皮肤表面。例如，可佩戴设备可以配置为安装到身体的手腕。可佩戴设备可以包括用户界面和/或通信装置(例如蓝牙无线电、WiFi无线电)，其配置为向用户指示信息和/或接收来自用户的输入，与外部系统通信信息或者提供其他功能。例如，可佩戴设备的通信接口可以配置为接收来自外部系统(例如手机)的通知并且使用显示器来指示这些通知。这样的显示器可以另外用于提供通过使用可佩戴设备的传感器而检测到的信息的指示(例如脉搏率、血氧饱和度、脉搏传播时间)。

注意，设备100的配置(即电触点131a、131b靠近皮肤101的外部身体表面105的位置靠近被光发射器121a、121b照射的皮下脉管系统107的一部分并且光电检测器125从中检测发射的光)旨在作为本文描述的系统和方法的说明性示例。配置为光学地、电地和/或以其他方式检测身体的物理变量和/或生理参数的设备(例如可佩戴设备)可不同地配置和/或可包括更多或更少的所示元件。例如，电触点131a、131b可以配置为电接触相应的皮肤位置，所述皮肤位置不靠近由光发射器121a、121b和光电检测器125光学询问的皮下脉管系统107的一部分，例如胸部上的位置、手臂、或身体的其他位置。

在一些示例中，第一电触点(例如131a)可以配置为电接触靠近由设备100光学询问的皮下脉管系统107的一部分的皮肤，并且另一电触点(例如131b)可以配置为电接触远离皮下脉管系统107的一部分的皮肤。例如，第二电触点可以安装到皮肤的远端位置并且可以经由导线连接到ECG传感器135。在一些示例中，第二电触点可以配置为在第二位置处被皮肤接触。第一电触点可以配置为在佩戴者的第一手臂的手腕(或者设备100所安装到的某个其他位置)处接触皮肤，并且第二电触点可以配置为与手指、手或佩戴者的第二手臂的其他位置的皮肤接触。

在一些示例中，设备100可以包括连接到ECG传感器135并且配置成在第三位置处安装到皮肤101的第三电触点(未示出)。ECG传感器135可以配置为根据在第一和第二电触点处存在的信号的平均值来驱动第三电触点，例如以减少存在于第一和第二电触点处的共模信号。也就是说，ECG传感器135可以使用第三电触点来减小设备100(例如设备的接地、设备的第一和第二电触点)与皮肤101之间的电压差。

如本文所述的传感器、电触点、用户界面元件(例如显示器、按钮、触敏元件)或设备(例如100)的其他部件的布置可被指定为允许传感器访问身体的某些部分，以允许用户舒适地向设备提供输入，允许用户看到显示器或以其他方式接收由设备提供的指示，或者提供一些其他应用。例如，可佩戴设备可以配置成安装到佩戴者的手腕上。这样的设备的用户界面的显示器和/或其他元件可以布置在设备上/内，使得当设备安装到用户的手腕上时，佩戴者可以容易地观看显示器和/或与用户界面交互。此外，这种可佩戴设备的传感器可以设置在设备上或设备内以检测身体的生理参数，例如光学询问手腕内的一部分皮下脉管系统，使用与手腕皮肤电接触的一个或多个电触点来检测心电图，或者当装置安装到用户的手腕上时操作一些其他传感器。这种腕式可佩戴设备可以通过检测手腕的两个或更多个皮肤位置之间的电压来检测心电图。另外或可替代地，腕式可佩戴设备可以检测手腕的皮肤位置与可电接近和/或可接近腕式设备的一些其他皮肤位置之间的电压(例如经由在一些其他皮肤位置处将设备连接到电触点的导线，经由佩戴者将手指或一些其他身体部分的皮肤置于与腕式设备的电触点接触)。

本文描述的系统或方法的实施例可以包括各种类型的传感器，其以各种方式配置成根据应用检测各种不同的生理和/或环境特性。传感器可以配置成与身体组织电的、热的、机械的、流体的、化学的、或某种其他形式的接触或接近。这可以包括具有一个或多个电极或探针的传感器，所述电极或探针具有指定的电阻、热阻或其他阻抗，并且配置为允许热能、电流或一些其他能量流过电极或探针。在一些示例中，传感器可以包括两个或更多个电极，它们配置为允许测量与电极接触的组织的两个或更多个相应部分之间的电压，允许测量通过两个或更多个电极的电流，允许将电流和/或电压提供给组织的某些部分，或者允许与组织的一些其他电相互作用。在一些示例中，设备的一个或多个电触点(例如131a、131b)可以配置为与外部充电器(或其他外部设备)的电触点电连接。

传感器可以配置成朝向组织的某些部分(例如皮下脉管系统的某些部分)发射能量/发射到其中和/或接收从组织的某些部分发射的能量以允许检测身体的血液动力学参数或其他特性。传感器可以配置为发射和/或接收光(例如可见光、红外或紫外光)、电磁辐射、声学振动(例如超声波脉冲)、电场、磁场或者一些其他定向的能量或能量场。在这样的示例中，激发光谱、中断光谱、发射光谱、散射光谱的一个或多个特性或特征、或者组织(例如一部分皮下脉管系统内的血液)或感兴趣的一些其他环境的一些其他光学特性可被检测到。

为了确定第一和第二(或更多)检测到的物理变量的对应特征或其他特性之间的时间差，设备(例如100)可以在多个不同的时间段(例如多个不同的采样时间段或时间)期间对与第一和第二检测到的物理变量有关的信号进行采样。可以分析信号的采样值以确定每个信号的采样值内的特征的定时信息(例如每个检测到的物理变量的最大值、最小值或其他特征的定时)。可以基于采样值内特征的所确定的定时和采样值的相对定时(例如基于期间生成采样值的每个时间段的相对定时)来确定检测到的信号的特征之间的时间差。

在一些示例中，这可以包括操作一个或多个模数转换器(ADC)和/或其他信号处理部件(例如放大器)以基于每个感兴趣的信号生成数字代码。例如，可以使用第一和第二ADC(以及相应的第一和第二放大器、缓冲器或其他元件)来基于与相应的第一和第二检测到的物理变量有关的信号(例如与从一部分皮下脉管系统接收的光的强度有关的第一信号以及与检测到的心电图有关的第二信号)来生成相应的多个信号代码。这种多个(例如第一和第二)ADC可以以基本相同的频率和/或相对定时(例如期间第一ADC生成数字代码的多个指定时间段可以与期间第二ADC生成数字代码的多个指定时间段基本相同)产生数字采样。可替代地，这样的多个ADC可以操作以不同的频率生成数字代码或者根据多个ADC之间不同的一些其他模式来生成数字代码。

在一些示例中，可以使用复用器来将与相应物理变量相关的多个信号选择性地连接到单个ADC和相关的信号处理部件(例如放大器、缓冲器、滤波器)。ADC可以与复用器一起操作以基于与相应物理变量有关的信号生成多个数字代码。在这样的示例中，使用单个ADC来生成用于多个不同信号的数字代码可以基于不同的信号提供对所生成的数字代码之间的相对定时的控制。例如，可以操作复用器和ADC，使得由ADC生成的数字代码序列交替地对应于第一和第二信号，其经由复用器可替代地电连接到ADC。这种不同的信号可以对应于多个不同传感器的输出(例如光电检测器的输出和ECG传感器的输出)、当暴露于不同的条件或环境时单个传感器的输出(例如当光电检测器的目标环境由具有不同波长的光的不同光源和/或由环境光源照射时光电检测器的输出)或其一些组合。

图2示出了使用单个ADC240基于多个信号生成数字代码的示例电路200。电路200包括连接到复用器220的输入的光电二极管250和心电图(ECG)传感器270。复用器配置为将光电二极管250和ECG传感器270之一的输出选择性地连接到放大器230的输入。放大器230连接到ADC240，使得ADC240可以操作成基于放大器230的输出来生成数字代码。ECG传感器220配置为经由外部身体表面检测心电图信号。光电二极管210配置为响应于第一光发射器260a和第二光发射器260b中的一个或多个的照射而接收(例如经由外部身体表面)从一部分皮下脉管系统发射(例如由其反射、由其散射)的光。提供控制器210以操作光发射器260a、260b、复用器220和ADC240。

ECG传感器270配置成检测与心脏的电活动有关的外部身体表面(即皮肤)上的两点之间的随时间变化的电压。ECG传感器270包括两个电触点或电极，其配置为安装成与外部身体表面上的两个点电耦合。这可以包括以电容方式耦合到皮肤(例如通过包括可以安装成与皮肤接触的电介质或其他非导电材料的薄层)，以电阻方式耦合到皮肤(例如通过全部或部分地由金、银/氯化银或一些其他金属或其他导电材料构成)或者以某种其他方式耦合到皮肤，使得可以使用电触点或电极来检测由心脏的电活动产生的电压和/或电流。这两点可能是胸部、手臂、腿部、头部或身体的其他位置上的点。例如，电极可以设置在腕式设备上，使得当设备安装到手腕上时，第一电极安装到手腕的皮肤上并与之电接触。第二电极可以设置在设备上，使得佩戴者可以用与设备所安装到的手臂相对的手臂的手指或其他元件接触第二电极。

ECG传感器270可以包括缓冲器、仪表放大器、滤波器、耦合电容器、运算放大器或配置为使用两个或更多个电极与心脏的电活动相关的信号的其他元件，所述电极与身体的外部表面上的相应位置接触。ECG传感器270的输出可以具有指定的偏移和/或动态范围，并且可以基于放大器230和/或ADC 240的对应特性来指定这种指定的偏移和/或动态范围。另外，ECG传感器270的增益、偏移、滤波器截止或其他特性可以是可控制的(例如基于检测到的心电图的幅度以防止放大器230的饱和)。此外，ECG传感器270可以包括用于检测两个或更多个电触点之间的阻抗和/或电容的装置。可以使用这种检测到的阻抗和/或电容来确定电触点是否被安装到外部身体表面，使得可以检测心电图。此外，ECG传感器270可以基于这样的确定来操作，例如禁用ECG传感器，消除ECG传感器的输出，或者响应于确定电触点未被安装到外部身体表面而执行一些其他功能。

复用器220可以包括一个或多个电子开关(例如双极晶体管、场效应晶体管)，其可操作以在各个不同的时间段期间将光电二极管250和ECG传感器270的不同输出连接到放大器230的输入。这种切换可以包括将来自其中一个信号源的输出的单个电信号连接到放大器230。也就是说，输出可以是以指定的接地信号为基准的单端电信号。另外或可替代地，这种切换可以包括将来自其中一个信号源的输出的两个或更多个电信号连接到放大器230。也就是说，输出可以包括两个电信号，使得信号源的输出包括两个电信号之间的差异。这种切换可以另外包括将未选择的信号源(例如ECG传感器270)的输出连接到指定的阻抗或其他信号汇或者其他部件。例如，当ECG传感器270的输出未连接到放大器230以节省电力时，复用器220可将ECG传感器270的输出连接到指定的阻抗，使得ECG传感器270的输出不振荡，使得ECG传感器270的输出级不饱和，或者根据其他考虑。

复用器可以具有指定的最大泄漏电流，例如以防止两个或更多个信号源之间的串扰和/或防止当信号源未被选择时这样的信号源和放大器230之间的串扰。例如，复用器220可以具有小于约1纳安的泄漏电流。

放大器230可以包括各种不同的部件(例如晶体管、运算放大器、有源或无源滤波器、电平移位器、缓冲器)，其配置为向ADC240提供输出电信号，该输出电信号与经由复用器220从光电二极管250、ECG传感器270或一些其他信号源接收的信号有关。这可以包括应用接收信号的特性(例如经由复用器220通过放大器230接收到的电流的大小)与施加到ADC240的输入的生成信号(例如电压或电流的大小)之间的增益、偏移或一些其他关系。例如，放大器230可以配置为将增益和偏移应用到接收的输入信号，使得施加到ADC240的生成的信号具有在ADC240的动态范围内的值。在一些示例中，放大器230的输出可以与放大器230的输入具有非线性关系，例如为通过复用器230接收的信号提供一定程度的幅度压缩，以防止放大器230饱和，或者根据其他考虑。

在一些示例中，放大器230可以是互阻抗放大器，其配置为向光电二极管250施加指定的反向偏置电压，并且当复用器220正将光电二极管250的输出连接到放大器230时产生与通过光电二极管250的电流的大小有关的输出信号。可替代地，光电二极管250可以用一些其他光电检测器(例如光电晶体管)代替。在这样的示例中，ECG传感器270可以包括放大器或其他部件，其配置为生成与使用外部身体表面的两个位置(例如人的手腕上的第一和第二皮肤位置)之间的电触点所测量的生物电势有关(例如等于放大和/或滤波版本)的输出电压。输出电压信号可以经由电阻器连接到复用器220，使得互阻抗放大器230的输出是输出电压信号的放大版本，其按照与互阻抗放大器230的增益和电阻器的值有关的量来缩放。此外，输出电压信号可以经由阻塞电容器连接到复用器220，例如以防止由ECG传感器270检测到的生物信号的大幅度DC分量被放大器230放大。

ADC240配置为生成与从放大器230接收的电信号有关的数字代码(例如表示二进制数字值的数字代码)。所生成的数字代码可以表示二进制值、增量调制的比特流，或者可以具有与在一个或多个点和/或时间段和/或其期间从放大器230接收的信号的电压、电流或其他性质的其他关系。ADC240可以包括一个或多个比较器、振荡器、采样保持器、积分器、数字开关、微分器、放大器、运算放大器、数模转换器、Σ-Δ调制器、或配置为快速ADC、积分ADC、逐次逼近型ADC、流水线型ADC、Σ-ΔADC的其他部件、或者以其他方式在相应的采样时间或采样时间段期间基于经由复用器220接收的电信号来生成多个数字代码。

ADC240可以配置为产生具有指定分辨率的数字代码，例如具有22位分辨率的数字代码。例如，ADC240可以是Σ-Δ ADC，其配置为基于由ADC240接收的信号的量值来生成Δ调制的比特流。这样的ADC可以进一步包括抽取器和数字解调器，其配置为基于所生成的Δ调制的比特流生成数字代码(例如通过对比特流的指定序列内的'1'值的比特的数目进行计数)。Δ调制的比特流的频率以及抽取器和数字解调器的配置可被指定为使得ADC240以指定频率(例如频率大于约400赫兹)生成具有指定的分辨率或比特宽度(例如比特宽度大于约22比特)的数字代码。

第一光发射器260a和第二光发射器260b配置为利用相应不同的光(例如根据波长、光谱含量、偏振的程度和/或方向而不同的光)照射一部分皮下脉管系统，使得光电二极管250可以响应于通过光发射器260a、260b的照射而接收响应地由一部分皮下脉管系统反射、散射、荧光再发射或以其他方式发射的光。光发射器260a、260b可以包括LED、激光器或一些其他发光部件。光发射器260a、260b可以包括滤波器、光栅、反射镜、透镜或其他光学元件，其配置为控制从光发射器260a、260b发射的光的波长、光谱、相干长度、焦距、光束宽度、角度或其他性质。

控制器210配置成操作电路200的元件。这包括在相应的第一和第二多个指定时间段期间驱动光发射器260a、260b以照射一部分皮下脉管系统。这可以包括在第一和第二多个指定时间段期间操作恒定电流驱动器，以将指定量的电流施加到每个光发射器260a、260b。施加到光发射器260a、260b的电流的量可被指定为使得从一部分皮下脉管系统响应地发出的光的强度(或其他特性)在指定的值范围内。例如，可以指定施加到光发射器260a、260b的电流的量，使得响应于从光发射器260a、260b发射的所得照射的光电二极管250输出的信号在由放大器230放大之后在ADC240的动态范围内。

操作电路200的元件的控制器210还包括操作复用器220以在第一和第二多个指定时间段期间选择性地将光电二极管250的输出连接到放大器230的输入，并且在第三多个指定时间段期间选择性地将ECG传感器270的输出连接到放大器230的输入。此外，控制器210配置为操作ADC240以基于在第一、第二和第三多个指定时间段中的指定时间段期间从放大器230接收的信号来生成第一、第二和第三多个数字代码。这可以包括提供时钟信号、定时信号、配置信息或以其他方式控制ADC240的操作。操作ADC240以生成第一、第二和第三多个数字代码还包括接收所生成的数字代码。

控制器210可以配置为执行附加的操作。例如，控制器210可以配置为基于由ADC240生成的多个数字代码来确定人体的血液动力学和/或生理参数。例如，可以基于由ADC240基于输入到复用器220中的一个或多个信号(例如心电图信号、与通过光源260a、260b之一的照射一部分皮下脉管系统相关的光电血管容积信号)而生成的多个数字代码来确定心脏活动的脉搏速率、脉搏定时、脉搏变化性或者其他特性。这可以包括确定特定的多个生成的数字代码内的最大值、最小值、峰值或其他特征的定时。

在一些示例中，控制器210可以基于与各个不同的检测信号相对应的多个生成的数字代码来确定身体的血液动力学或其他参数。例如，当第一光源260a和第二光源260b分别照射一部分皮下脉管系统时，控制器210可以基于与光电二极管250的输出相对应的第一和第二多个数字代码的值之间的比率、差异或其他关系来确定一部分皮下脉管系统中的血液的氧含量。在另一示例中，控制器210可以基于分别对应于光电二极管250和ECG传感器270的输出的第一和第二多个数字代码来确定脉搏传播时间、动脉硬度、血压或一些其他血液动力学参数。这可以包括确定检测到的心电图中的特征的定时(例如通过检测复用器220正在将ECG传感器270连接到放大器的指定时间段期间生成的对应的多个数字代码中的特征)与检测到的光电血管容积图中对应特征的定时(例如通过检测复用器220正在将光电二极管250连接到放大器230且一部分皮下脉管系统正被光发射器260a、260b中的特定一个照射的指定时间段期间生成的对应的多个数字代码中的特征)之间的时间差。控制器210可以配置为基于由ADC240和/或其他信息源生成的数字代码来确定其他血液动力学和/或生理参数或者其他信息。

可以在单个集成电路中实现电路200的一个或多个元件和/或所示部件的元件(例如计数器、数字振荡器、恒定电流驱动器或控制器210的其他方面)。例如，放大器230和ADC240可被提供在单个集成电路中。此外，这样的集成电路可以包括恒流驱动器或配置成控制施加到光发射器260a、260b中的一个或两个的定时和/或电流的其他元件。这样的集成电路可以另外包括数字计数器、振荡器或其他元件，其配置为控制复用器220的操作的定时以将信号连接到放大器230，控制ADC240的定时以生成数字代码，或者控制附加部件的操作定时(例如以控制ECG传感器270的电力状态)。

图3A和3B示出了在相应的多个时间段(例如多个采样时间或时间段)期间基于多个相应的物理变量(即基于与其相关的检测到的信号)而生成的多个数字代码。所示的信号可以是分别由图1和图2的设备100或电路200的元件生成的信号。图3A示出了在示例时间段内的第一光电容积脉搏波形310a和第二光电容积脉搏波形310b。图3B示出了在如图3A所示的相同示例时间段内的心电图波形310c。垂直虚线指示第一320a、第二320b和第三320c多个指定时间段，例如多个采样时间，在该采样时间期间，ADC和复用器可以操作成分别基于每个光电容积脉搏波310a、310b和心电图310c而生成数字代码。

光电容积脉搏波形310a、310b对应于光电检测器响应于配置为以相应的第一和第二波长(例如红色和近红外波长或各自不同的绿色波长)发射光的相应的第一和第二光发射器的照射而从一部分皮下脉管系统接收的光的量。光强度波形310a、310b随时间的变化可能与一部分皮下脉管系统中的血液量的变化有关。第一310a和第二310b光强度波形之间的差异(例如算术差异、比率)可以与一部分皮下脉管系统中的血液的氧合程度有关(例如以照射一部分皮下脉管系统的光的第一和第二波长的血液中的氧合的和脱氧的血红蛋白的相对吸收)。

心电图波形310c对应于在两个位置(例如胸部上的位置、身体的相应第一和第二手臂上的第一和第二位置)的身体的外部表面之间的随时间变化的电压。心电图波形310c的特性(例如波形的峰值或其他特征的时间、频率、形状、幅度或其他特性)可以与心脏的特性和/或活动相关。例如，心电图波形310c中的QRS波群的定时可以与心脏跳动的定时有关。

所示出的波形310a、310b、310c的采样值由位于与相应多个指定时间段(320a、320b、320c)对应的时间处的填充点示出。如图所示，三个多个指定时间段中的每一个的时间段交替。也就是说，在第一时间段期间生成与第一光电容积脉搏波形310a有关的第一数字代码；在紧接第一时间段之后的第二时间段期间生成与第二光电容积脉搏波形310b相关的第二数字代码；以及在紧接第一时间段之后的第二时间段期间生成与心电图波形310c相关的第三数字代码。第一、第二和第三时间段分别是第一、第二和第三多个指定时间段的指定时间段。此外，所示出的时间段具有基本类似的持续时间，即以恒定的速率(例如约300Hz)产生所生成的数字代码，使得对应于特定一个信号(例如310a、310b、310c)的数字代码以基本上相同的速率(例如约100Hz)产生。

可以基于依据每个信号生成的数字代码来确定每个信号(例如310a、310b、310c)的最大值、最小值、峰值或其他特征的定时。可以基于所生成的代码内的确定的定时和生成数字代码的相对定时来确定这些特征之间(例如基于心电图生成的代码中的QRS波与基于光电容积脉搏波生成的代码中的对应的吸收最大值之间)的定时差异。使用单个ADC(以及相关部件，例如设置在复用器和ADC之间的放大器)提供信号中事件的定时(例如峰值或其他特征的定时)与相应的一个或多个数字代码的定时之间的共同等待时间。结果，可以基于单个ADC的操作定时来确定一组生成的数字代码内的特征的相对定时，以生成对应于这些特征的数字代码。

注意，如图3A和3B所示，相应生成的数字代码的信号的这些特性和定时旨在作为非限制性的说明性示例。可以使用复用器、ADC和其他部件(例如放大器、缓冲器、滤波器)来基于两个或更多个信号根据一些其他模式、序列或定时来生成相应的多个数字代码。在一些示例中，可以比另一信号更频繁地采样特定信号(例如可以操作复用器和ADC以重复地生成包括基于第一信号的第四代码后跟基于第二信号的第五代码的数字代码序列)。例如，第一信号可以包括比第二信号更高频率的内容，并且复用器和ADC可以操作以更频繁地基于第一信号生成数字代码。在一些示例中，采样时间/时间段的持续时间可能不同。例如，可以操作复用器和ADC以在第一指定时间段期间基于第一信号生成数字代码，该第一指定时间段基本上长于复用器和ADC操作以在其期间基于第二信号生成数字代码的第二指定时间段(例如由于放大器相对于不同信号的不同建立时间、放大器或ADC相对于不同信号的噪声特性的不同积分时间、或者根据一些其他考虑)。

可以根据应用来指定数字代码被生成的频率和/或基于特定信号生成数字代码的频率。在一些示例中，信号可以与通过光电检测器从一部分皮下脉管系统接收的光的强度(例如光电容积脉搏波)、与外部身体表面上的两点之间的随时间变化的电压有关的信号(例如心电图)或与身体的血液动力学参数有关的其他信号有关。这样的血液动力学参数包括与身体的心脏、血液、脉管系统或心血管系统的其他方面的特性和操作有关的信息(例如脉搏率、血压、脉搏时间、脉搏变化性、脉搏转移时间、动脉硬度、或者皮下脉管系统的一部分中的血液的体积、氧合、流速或其他特性)。

在这样的示例中，可以基于检测到的信号的特性来指定在其期间生成数字代码的指定时间段的定时、持续时间、频率、数量或其他特性。在信号包括与皮下脉管系统的一部分中的血液的体积或其他特性有关的光强度信号(即光电容积脉搏波)和与心脏的电活动有关的电压信号(即心电图)的示例中，每个信号的数字代码可以以大于约100赫兹的速率产生。因此，由ADC产生数字代码的总速率可能大于多倍的约100赫兹。例如，可以操作复用器和ADC以基于以下输出来生成数字代码：ECG传感器的输出、当光电检测器的目标(例如一部分皮下脉管系统)正在被第一光源照射时光电检测器的输出、当光电检测器的目标正在被第二光源照射时光电检测器的输出以及当光电检测器的目标正在被环境光源照射时光电检测器的输出。在这样的示例中，可以操作ADC，从而以大于约400赫兹的频率生成数字代码。

为了说明操作复用器(例如220)、ADC(例如240)、ECG传感器(例如270)、光电检测器(例如250)、光发射器(例如260a、260b)和其他部件(例如放大器230)来生成这样的数字代码，图4示出了这些部件基于光电检测器和ECG传感器的输出生成六个数字代码的相对定时(如本文其他地方所述)。ADC定时迹线400a示出了与由ADC生成的数字代码相对应的时间段(曲线的“采样”水平)。所指示的时间可以对应于采样和保持被操作以将信号的值传送到ADC中的时间段、流水线ADC的第一阶段暴露于信号的时间段、ADC的比较器或其他部件基于该信号而操作的时间段、或ADC的操作定时的其他方面。

复用器配置为将ADC(例如经由放大器、滤波器或一些部件)选择性地连接到光电检测器和ECG传感器的输出。复用器定时迹线400b示出了对应于将光电检测器的输出(迹线的“PD”电平)或ECG传感器的输出(迹线的“ECG”电平)连接到放大器、滤波器或者电连接到ADC的其他部件或直接连接到ADC的复用器的时间段。如图所示，光电检测器在对应于由ADC生成的第一、第二、第四和第五数字代码的时间段期间(如由ADC定时迹线400a所示)连接到ADC。ECG传感器在对应于由ADC生成的第三和第六数字代码的时间段期间(如由ADC定时迹线400a所示)连接到ADC。

红外定时迹线(400c，“IR”)和近红外定时迹线(400d，“NIR”)分别示出了与第一和第二光发射器的操作对应的指定时间段，以照射光电检测器(即光电检测器配置为接收光的一部分皮下脉管系统或其他区域)。这样的光发射器在它们发射的光(例如第一发射红外光和第二发射近红外光)的波长方面不同。因此，当光电检测器的目标被第一光发射器照射时，第一和第四生成的数字代码对应于光电检测器的输出，并且当光电检测器的目标被第二光发射器照射时，第二和第五生成的数字代码对应于光电检测器的输出。

与光发射器发射的光的波长差有关，可以基于当第一光发射器正在发光时光电检测器的输出产生的数字代码与基于当第二光发射器正在发光时光电检测器的输出产生的数字代码之间的比较来确定光电检测器的目标(例如一部分皮下脉管系统中的血液)的光学特性(例如吸收光谱)。例如，可以基于这样生成的数字代码来确定作为光电检测器的目标的皮下脉管系统的一部分中的血液的氧合。注意，使用红外和近红外来表征由第一和第二光发射器产生的光意在作为非限制性的示例实施例；配置为照射光电检测器(例如皮下脉管系统的一部分)的目标的两个(或更多个)光发射器可以发射相应不同波长的绿光、具有不同偏振和/或偏振方向的光，或者根据应用的一些其他特性而不同。

注意，如本文所述的设备(例如可佩戴设备)的配置和操作意味着设备的非限制性示例，该设备包括配置为允许单个ADC生成与两个或更多个信号源的输出有关的数字代码的复用器，使得可以容易地确定从信号源输出的信号的特征的相对定时。这样的信号源可以包括配置为检测与人体或动物体的血液动力学和/或生理参数相关的物理变量(例如光的强度或其他特性、身体上或身体内的两个或更多个位置之间的电压)的传感器。可替代地，可以应用这样的系统和方法来生成与自然环境(例如湖泊、溪流、高层大气中的位置)、家庭环境(例如环境光、声音、或房屋中的房间的一些其他特性)、办公室环境、工业环境或其中可以确定两个或更多个特性之间的相对定时并且将其用于应用的某个其他环境的检测到的特性有关的数字代码。

III.示例性可佩戴设备

如本文所描述的设备和系统可以配置为安装到佩戴者的外部身体表面(即可以配置为可佩戴设备)，并且能够实现各种应用和功能，包括检测佩戴者的生理和/或血液动力学特性(例如血液流量、血液氧合、血压、心电图(ECG)信号、脉搏率、脉搏传播时间)、检测佩戴者的环境特性(例如环境温度、气压)、向佩戴者呈现信息(例如当前时间、由佩戴者接收的电子邮件的内容、由可佩带设备检测到的关于佩戴者的生理特性的信息)、或者其他应用。

可佩戴设备500(在图5中示出)可以配置成安装到手腕或其他身体部位或表面和/或围绕手腕或其他身体部位或表面，并检测身体的一个或多个生理特性(例如检测身体的血液动力学特性)和/或提供其他功能(例如提供检测到的血液动力学特性、时间或一些其他信息的指示，以与远程系统进行无线通信)。如在本公开中使用的术语“可佩戴设备”是指能够被佩戴在身体表面(比如手腕、脚踝、腰部、胸部或其他身体部位)上或其附近的任何设备。为了提供可佩戴设备的应用(例如提供信息的指示，检测佩戴者的生理参数)，可佩戴设备可以定位在可佩戴设备可被容易地观看和/或与之相互作用(例如按下按钮)的身体的一部分上，在可以容易观察佩戴者的身体的皮下脉管系统或者其他目标或元件的一部分上，或者在根据一些其他考虑的位置上。该设备可以放置成靠近皮肤或组织。可以提供安装件510，比如带子、腕带、脚踝带等以将设备安装在身体表面处或其上或其附近。安装件510可以防止可佩戴设备相对于身体移动，以减少生理特性测量误差和噪声。在图5所示的一个示例中，安装件510可以采取可围绕身体的一部分佩带的绑带或带子520的形式。此外，安装件510可以是用于将可佩戴设备500粘附到佩戴者身体上的粘合衬底。

壳体530设置在安装件510上，使得其可以定位在身体上。壳体530的接触表面540旨在面向外部身体表面安装。壳体530可以包括配置为检测佩戴者的一个或多个生理和/或血液动力学参数(例如脉搏率、血液氧合、血压、血液流量、心电图)的一个或多个传感器。这样的传感器包括配置为检测佩戴者的心电图的心电图传感器。心电图传感器包括电触点555、556，其配置为当可佩戴设备安装到佩戴者的皮肤上时与佩戴者的皮肤表面的对应位置电连接。然后，心电图传感器可以通过检测电触点555、556之间的电压来检测心电图。另外或可替代地，心电图传感器可以配置为通过检测电触点555、556中的一个或两个与设备的第三电触点(例如部分地围绕显示器592的电触点)之间的电压来检测心电图，其中第三电触点与佩戴者的另一皮肤表面(例如与可佩带设备500安装到的手臂相对的佩戴者的手臂的手指的皮肤表面)接触。

传感器还包括光学传感器551，其配置为测量皮肤的颜色、反射率、吸收光谱、反射光谱或皮肤的一些其他光学特性，例如与在外部皮肤表面之下的一部分皮下脉管系统中的血液的体积、氧合水平、速度、或其他特性有关的特性。光学传感器551包括配置为接收来自外部皮肤表面的光的至少一个光电检测器(例如光电二极管)。光学传感器551可另外包括一个或多个LED或其他发光元件，其配置为照射外部皮肤表面(例如照射一部分皮下脉管系统，使得光电检测器可以检测从该部分皮下脉管系统响应性反射、散射或以其他方式发射的光的强度或其他特性)。

壳体530可以配置成防水的和/或不透水的。也就是说，壳体530可以配置为包括密封剂、粘合剂、垫片、焊缝、透明窗口、孔、压配合接缝和/或其他接头，使得当壳体530暴露在水中时，壳体530抵抗水进入壳体530的内部容积。当壳体530浸没在水中时，壳体530可以进一步是防水的，即抵抗水进入壳体530的内部容积。例如，壳体530可以防水至1米的深度，即配置成当壳体530浸没至1米的深度时阻止水进入壳体530的内部容积。

可佩戴设备500还可以包括用户界面590，设备的佩戴者可以经由其接收从远程服务器或其他远程计算设备或者从该设备内的处理器生成的一个或多个建议或警报。警报可以是佩戴可佩戴设备的人可以注意到的任何指示。例如，警报可以包括视觉部件(例如显示器上的文本或图形信息)、听觉部件(例如警报声音)和/或触觉部件(例如振动)。此外，用户界面590可以包括显示器592，其中可以显示警报或建议的视觉指示。显示器592可以进一步配置为提供佩戴者的测量的生理参数的指示。

注意，这里的示例性设备配置成安装到佩戴者的手腕上。然而，这里描述的实施例可以应用于其他身体部位(例如脚踝、大腿、胸部、前额、大腿、手指)。此外，这里描述的实施例可以应用于不可佩戴的设备，例如手持式、台式或以其他方式配置。此外，这样的设备可以配置为在除了接近人体的环境之外的其他环境中操作以提供其他功能，例如检测某个其他目标环境的一个或多个特性(例如自然环境、工业、制药或水处理过程的环境)。

如本文所述的可佩戴设备和其他实施例可以包括以各种方式配置的各种部件。这里描述的设备可以包括电子器件，其包括以各种方式配置的各种不同部件以实现可佩戴设备的应用。电子器件可以包括控制器、放大器、开关、复用器、模数转换器、电池充电器、RF功率接收器、显示驱动器、触摸传感器、无线通信芯片组(例如蓝牙无线电或使得能够在可佩戴设备与一些其他系统之间进行无线通信的其他无线电收发器以及相关的基带电路)或者其他部件。电子器件可以包括复用器，其配置为将设备的两个或更多个传感器的输出(例如光电检测器和心电图传感器的输出)选择性地连接到设备的放大器和/或ADC。控制器可以包括配置为执行计算机可读指令(例如存储在可佩戴设备的数据存储器中的程序指令)的处理器，以实现可佩戴设备的应用。根据可佩戴设备的应用，电子器件可以包括附加的或替代的部件。

如本文所述的可佩戴设备可以包括一个或多个用户界面。用户界面可以包括显示器，其配置为向佩戴者呈现图像并且检测佩戴者在界面上的一个或多个手指按压。电子器件的控制器或一些其他部件可操作用户界面以向佩戴者或设备的其他用户提供信息，并且使佩戴者或其他用户能够影响可佩戴设备的操作，以确定可佩戴设备的和/或可佩戴设备的佩戴者的某些特性(例如一部分皮下脉管系统的血液动力特性和/或可佩戴设备的佩戴者的健康状态)，或者向佩戴者和/或用户提供一些其他功能或应用。作为一个示例，佩戴者可以按压用户界面的指示区域来指示可佩戴设备应该开始记录关于佩戴者的检测到的医疗信息。还可以预期其他指示的信息、可佩戴设备的操作的变化或用户界面的其他功能和应用。

注意，附图中示出的实施例是说明性示例，而不意味着限制。还可以预期替代实施例，包括替代配置中更多或更少的部件。可佩戴设备可以包括多个壳体或其他这样的组件，每个组件包含某组部件以使得这种可佩戴设备的应用成为可能。例如，可佩戴设备可以包括第一壳体，其内设置有配置成检测佩戴者身体特性的光学、心电图或其他传感器，以及第二壳体，其包含配置成操作传感器并将信息呈现给可佩戴设备的用户并且从其接收命令的用户界面和电子器件。可佩戴设备可以配置为执行各种功能并且实现各种应用。可佩戴设备可以配置为与其他设备或系统一起操作；例如，可佩戴设备可以包括无线通信接口，其配置为发送指示可佩戴设备的佩戴者的身体的一个或多个检测到的特性的数据和/或关于由可佩戴设备的用户界面(例如按钮、触摸屏)从佩戴者接收的用户输入的信息。还可以预期如本文所述的可佩戴设备的其他实施例、操作、配置和应用。

图6是包括一个或多个可佩戴设备600的系统的简化示意图。一个或多个可佩戴设备600可以配置为经由通信接口610在一个或多个通信网络620上将数据传输到远程服务器630。在一个实施例中，通信接口610包括用于向服务器630发送通信和从服务器630接收通信的无线收发器。在进一步的实施例中，通信接口610可以包括用于传输数据的任何装置，包括有线和无线通信。例如，通信接口可以包括通用串行总线(USB)接口或安全数字(SD)卡接口。通信网络620可以是以下任何一种：普通老式电话服务(POTS)网络、蜂窝网络、光纤网络和数据网络。在一些示例中，通信接口610可以包括可佩戴设备600的一个或多个电触点，其配置为电连接到通信网络620的外部充电器或其他系统，使得当可佩戴设备600安装到外部充电器时，可佩戴设备600可以经由电触点与通信网络620进行通信。服务器630可以包括任何类型的远程计算设备或远程云计算网络。此外，通信网络620可以包括一个或多个中间件，例如包括其中可佩戴设备600将数据传输到移动电话或其他个人计算设备，其又将数据传输到服务器630。

除了从可佩戴设备600接收通信之外，比如佩戴者的生理特性或其他收集的信息(例如用户通过设备600的用户界面输入到可佩戴设备600中的信息)，服务器630还可以配置为从可佩戴设备600或者从某个其他源收集和/或接收关于佩戴者的总体病史、环境因素、用户简档、登录信息、地理数据的信息或其他信息。例如，可以在服务器上为包含佩戴者的病史的每个佩戴者建立用户帐户。此外，在一些示例中，服务器630可以配置为定期从环境数据源接收信息，比如来自疾病控制中心(CDC)的病毒性疾病或食物中毒暴发数据以及来自国家气象局的天气、污染和过敏原数据。此外，服务器可以配置为从医院或医师接收关于佩戴者的健康状态的数据。这些信息可以用在服务器的决策过程中，比如识别相关性和生成临床协议。

另外，服务器可以配置为在每个测量时段期间收集和/或接收日期、时间、设备的每个佩戴者的地理位置。这些信息可以用来检测和监测疾病的时空传播。这样，可佩戴设备可以配置为确定和/或提供其自身位置的指示。例如，可佩戴设备可以包括GPS系统，从而其可以包括在与服务器的通信中的GPS位置信息(例如GPS坐标)。作为另一示例，可佩戴设备可以使用涉及三角测量(例如在蜂窝网络中的基站之间)来确定其位置的技术。其他位置确定技术也是可能的。

此外，系统的一些实施例可以包括可以由设备的佩戴者自动实施或控制的隐私控制。例如，在佩戴者的收集的生理特性数据和健康状态数据被上传到云计算网络以供临床医生进行趋势分析的情况下，数据可以在被存储或使用之前以一种或多种方式来处理，从而使得个人可识别信息被移除。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特定位置或其他信息。

另外或可替代地，可以向设备的佩戴者提供机会来控制设备是否或如何收集关于佩戴者的信息(例如关于用户的病史、社交行为或活动、职业、用户的喜好或用户的当前位置的信息)，或者控制如何使用这些信息。因此，佩戴者可以控制如何收集关于他或她的并由临床医生或医师或数据的其他用户使用的信息。例如，佩戴者可以选择从他或她的设备收集的诸如健康状态和生理参数的数据可仅用于响应于他或她自己的数据的收集和比较来生成个体基线和建议，并且可以不用于生成人口基线或用于人群相关性研究。

IV.示例性设备部件

图7是示出根据示例性实施例的设备700的部件的简化框图。设备700可以采取图5中所示的可佩戴设备500的形式或与其类似。然而，设备700也可以采取其他形式，比如脚踝、腰部或胸部安装的设备。设备700也可以采取未配置为安装到身体的设备的形式。例如，设备700可以采取手持式设备的形式，其配置为由设备700的用户或操作者或者通过框架或其他支撑结构维持在感兴趣的环境(例如身体部位、生物采样容器、水处理系统的体积)附近。设备700也可以采取其他形式。特别地，图7示出的设备700的示例具有光电检测器710a、心电图(ECG)传感器710b、复用器711、放大器713、模数转换器(ADC)715以及一个或多个光发射器720。设备700还包括用户界面730、用于向远程系统发送数据和/或从远程系统接收数据的通信接口740、以及控制器750。设备700的部件可以设置在安装件上或某个其他结构上，用于将设备安装到感兴趣的位置，例如设备700的佩戴者的身体的位置(例如手腕)。

控制器750可被提供为包括一个或多个处理器760的计算设备。一个或多个处理器760可以配置为执行计算机可读程序指令780，其存储在计算机可读数据存储器770中并且可执行以提供在此描述的功能。

计算机可读介质770可以包括或采取可以由至少一个处理器760读取或访问的一个或多个非暂时性计算机可读数据存储介质的形式。一个或多个计算机可读存储介质可以包括可整体地或部分地与一个或多个处理器760中的至少一个集成的易失性和/或非易失性存储部件，比如光学、磁性、有机或其它存储器或盘存储器。在一些实施例中，计算机可读介质770可以使用单个物理设备(例如一个光学、磁性、有机或其他存储器或者盘存储单元)来实现，而在其他实施例中，计算机可读介质770可以使用两个或更多个物理设备来实现。

光电检测器710a配置为接收来自皮肤表面下方的一部分皮下脉管系统的光。光电检测器710a可以配置为产生与接收到的光的强度、波长、光谱、偏振或其他特性有关的输出(例如电流、电压或其他信号)。例如，光电检测器710a的输出可以是与接收到的光的强度有关的电流(即光电检测器710a可以是光电二极管、光电晶体管或配置为输出与接收到的光的强度有关的电流的其他光电子元件)，并且接收到的光的强度可以与从其接收光的一部分皮下脉管系统中的血液的体积、氧含量、血细胞比容或其他特性有关。光发射器720配置为利用具有指定波长、光谱、强度、偏振或其他特性的照明来照射一部分皮下脉管系统，使得由光电检测器710a接收的至少一部分光响应于光发射器720的照射而从该部分皮下脉管系统被接收。

光发射器720可以包括一个或多个LED、激光器或其他发光元件。光发射器720可以包括配置为发射信号波长的光的元件，该信号波长例如是指定为透射穿过皮肤和/或其他介入组织并被一部分皮下脉管系统中的血液吸收、散射或以其他方式与之(例如与血液中的血红蛋白或其他发色团)相互作用的红色、绿色或近红外波长。因此，从一部分皮下脉管系统响应地发射的并且由光电检测器710a接收的光的强度或其他特性可以与一部分皮下脉管系统中的血液的一个或多个特性(例如相对或绝对体积、流速、血细胞比容、氧气内容物或饱和度)有关。在一些示例中，光发射器720可以配置为发射不同波长的光和/或以其他方式在相应不同的时间段期间(例如在相应不同的多个时间段期间，例如相应不同的多个采样时间)具有不同的光谱含量的光，使得可以基于由光电检测器710a接收的光的强度或其他特性，响应于通过相应不同波长的光照射一部分皮下脉管系统来确定血液的血液氧合或其他特性。

ECG传感器710b配置成生成与在用户的皮肤表面上的两个或更多个点之间检测到的心电图相关的输出(例如输出电压和/或电流)。这可以包括检测安装到用户的皮肤表面的相应不同位置的两个或更多个电触点之间的电压。这样的不同位置可以是用户的单个手臂上的不同位置(例如图5的示例性可佩戴设备500的电触点555、556所安装到的用户的手腕上的位置)。另外或可替代地，这样的不同位置可以是佩戴者的第一和第二手臂上的位置(例如电触点555、556之一所安装到的第一手臂的手腕位置和已经与示例性可佩戴设备500的另一电触点接触的相对的手臂的手指或其他皮肤位置)、用户胸部上的位置或人体的一些其他皮肤位置。电触点可以配置为电容地、电阻地或以某种其他方式电连接和/或联接到皮肤表面。

ECG传感器710b可以包括放大器、仪表放大器、自动增益控制器、滤波器、缓冲器或其他电子部件，其配置为使用两个或更多个电触点来检测ECG并且生成具有电压、电流或与检测到的ECG相关的其他特性的输出。这样的输出可以通过增益、偏移、非线性关系或一些其他关系而与检测到的ECG相关。ECG传感器710b可以配置为提供一些其他功能，例如检测两个或更多个电触点之间的阻抗，检测两个或更多个电触点是否安装到用户的皮肤(例如通过检测电触点之间的阻抗和/或电容)，禁用ECG传感器710b的输出(例如当电触点没有安装到皮肤上时，当复用器711没有将ECG传感器710b的输出电连接到放大器713和ADC715时)，或者根据一些其他应用。

在一些示例中，设备700可以包括连接到ECG传感器710b并且配置为在相应不同的皮肤位置处安装到人的皮肤的三个(或更多)电触点。ECG传感器710b可以配置为从第一和第二电触点之间的电压波动检测心电图信号。ECG传感器710b可以进一步配置为根据在第一和第二电触点处存在的信号的平均值来驱动第三电触点，例如以减少在第一和第二电触点处存在的共模信号。也就是说，ECG传感器710b可以使用第三电触点来减小设备700(例如设备的接地、设备的第一和第二电触点)与人的身体之间的电压差。

复用器711配置为将光电检测器710a的输出、ECG传感器710b的输出和/或另外的传感器或其他部件的一个或多个另外的输出选择性地连接到放大器713的输入。这可以包括操作一个或多个电子开关(例如双极型晶体管、场效应晶体管)，以在相应不同的时间段期间将不同的输出(例如710a和710b的)连接到放大器的输入。这种切换可以包括将来自信号源(例如710a、710b)之一的输出的单个电信号连接到放大器713(即输出可以是单端信号)。另外或可替代地，这样的切换可以包括将来自信号源(例如710a、710b)之一的输出的两个或更多个电信号连接到放大器713(例如输出可以是差分信号)。这样的切换可以另外包括将未选择的信号源(例如光电检测器710a、ECG传感器710b、一些其他传感器)的输出连接到指定的阻抗或其他信号汇或其他部件。

放大器713可以包括各种不同的部件(例如晶体管、运算放大器、有源或无源滤波器、电平移位器、缓冲器)，其配置为向ADC715提供与从光电检测器710a、ECG传感器710b或一些其他信号源经由复用器711接收到的信号有关的输出电信号。这可以包括应用接收到的信号的特性(例如由放大器713通过复用器711接收的电流的大小)和施加到ADC715的输入的生成的信号(例如电压的大小)之间的增益、偏移或一些其他关系。例如，放大器713可以配置为将增益和偏移应用于接收到的输入信号，使得施加到ADC715的生成的信号具有在ADC715的动态范围内的值。在一些示例中，放大器713可以是互阻抗放大器，其配置为将指定的反向偏置电压施加到光电检测器710a(例如光电检测器710a的光电二极管)，并且当复用器711操作成连接放大器713和光电检测器710a时生成与通过光电检测器710a的电流的大小有关的输出信号。

ADC715配置为生成与从放大器713接收的电信号有关的数字代码(例如表示二进制数字值的数字代码)。所生成的数字代码可以表示二进制值、Δ调制的比特流，或者可以具有与在一个或多个点和/或时间段和/或其期间从放大器713接收的信号的电压、电流或其他特性的其他关系。ADC715可以包括一个或多个比较器、振荡器、采样保持器、积分器、数字开关、微分器、放大器、运算放大器、数模转换器、Σ-Δ调制器或配置为闪速ADC、积分ADC、逐次逼近型ADC、流水线型ADC、Σ-Δ型ADC或者以某种其他方式基于在相应的采样时间或采样时间段期间经由复用器711接收的电信号来生成多个数字代码的其他部件。ADC715可以配置为产生具有指定分辨率的数字代码，例如具有22位分辨率的数字代码。

存储在计算机可读介质770上的程序指令780可以包括执行本文描述的任何方法的指令。例如，在所示实施例中，程序指令780包括控制器模块782、计算和决定模块784以及警报模块786。

控制器模块782可以包括用于操作复用器711、ADC715、光发射器720和/或其他部件(例如ECG传感器710b)以产生与身体的一个或多个生理和/或血液动力学特性有关的数据(例如数字代码)的指令。这可以包括操作复用器711以在相应多个指定时间段(例如相应的多个采样时间或采样时间段)期间将光电检测器710a、ECG传感器710b和/或其他传感器选择性地连接到放大器713，并且操作ADC715以在这样的指定时间段期间基于放大器713的输出来生成相应的多个数字代码。这可以进一步包括在多个指定时间段中的一个或多个期间操作光发射器720来照射一部分皮下脉管系统。

在一些示例中，放大器713、ADC715、配置为操作光发射器720的一个或多个驱动器或者设备700的其他部件可被提供为单个集成电路。这样的集成电路可以包括数字振荡器、有限状态机或者其他部件，其配置为控制由ADC715生成的数字代码的定时、复用器711的操作定时、由光发射器720生成的照射定时或设备700的其他操作以使用光电检测器710a、ECG传感器710b和/或其他传感器来检测光学和/或电信号。在这样的示例中，控制器模块782可以包括用于操作这样的部件和/或集成电路的指令，例如用于设置ADC715的采样的定时和/或速率，用于设置由ADC715生成的数字代码的位的数量或其他特性(例如设置ADC715生成具有22位的有效分辨率的数字代码)，用于设置由复用器711选择的信号的相对定时和/或身份，或者设置ADC715、放大器713、复用器711、光发射器720或一些其他部件的操作的一些其他特性。此外，控制器模块782可以包括用于开始这些部件的操作的指令，例如用于向这些部件发送开始命令，用于向这些部件提供时钟信号，用于接收和/或访问由ADC715生成的数字代码或者用于通过使用ADC715来执行与生成和/或接收与光学和/或电信号相关的数字代码有关的一些其他操作。

计算和决定模块784可以包括用于使用由ADC715生成的数字代码来确定用户的一个或多个血液动力学或其他生理特性的指令。这样的确定可以包括检测通过使用光电检测器710a、ECG传感器710b或其他传感器而检测到的光学、电或其他信号的峰值、最大值、最小值或其他特征。这样的确定可以进一步包括确定用户的脉搏率、脉搏时间、脉搏变化性或其他血液动力学性质，通过例如确定所检测到的光学、电或其他信号的一个或多个峰值或其他特征的特性。在一些示例中，计算和决定模块784可以包括用于比较使用光电检测器710a而检测到的信号(例如与一部分皮下脉管系统中的血液的体积和/或流量相关的光电容积脉搏波信号)的特征(例如峰值、心跳)的定时与使用ECG传感器710b而检测到的信号(例如检测到的心电图的QRS波群)的特征的定时的指令。例如，可以使用检测到的心电图与检测到的光电容积脉搏波信号的峰值之间的时间差来确定脉搏传播时间。例如，可以确定在特定心跳过程中(如使用ECG传感器而电检测到的)泵送血液的心脏活动与在一部分皮下脉管系统中的血液的体积和/或流量的相应变化(如使用光电检测器710a而光学地检测到的)之间的时间差。这样的所确定的脉搏传播时间可以用于确定该部分皮下脉管系统的硬度、血压或者关于用户的一些其他生理、血液动力学或者健康信息。

控制器模块782可以进一步包括用于操作用户界面720的指令。例如，控制器模块782可以包括用于显示使用ADC715收集并由计算和决定模块784分析的数据或者用于显示由警报模块786生成的一个或多个警报的指令。控制器模块782可以包括用于基于计算和决定模块784的确定(例如确定的脉搏率、血压、脉搏传播时间、动脉硬度、血液氧合或其他血液动力学和/或生理学参数)来操作用户界面730的指令。控制器模块782可以包括用于显示与用户的用户账户有关的数据的指令，例如用户的电子邮件账户中的未读电子邮件的数量、用户接收的电子邮件的内容或一些其他信息。此外，控制器模块782可以包括用于基于由用户界面720接受的输入来执行某些功能的指令，比如由布置在用户界面上的一个或多个按钮所接受的输入。

通信接口740还可以由控制器模块782内的指令来操作，比如用于经由无线天线发送和/或接收信息的指令，其可以设置在设备700上或设备700中。通信接口740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/或解调待由天线发送和/或接收的载波频率上的信息。在一些示例中，设备700配置为通过以远程服务器或其他远程计算设备可感知的方式调制天线的阻抗来指示来自处理器的输出。

计算机可读介质770还可以包含其他数据或信息，比如设备700的用户的医疗和健康历史、用户账户信息、用户证书(例如用户名、密码、密码密钥和/或证书)，这对于执行设备700的功能可能是有用的。在一些示例中，设备700可以配置为检测用户的一个或多个生理和/或血液动力学参数(例如心率、血液氧合、血压、佩戴者的血液中一种或多种分析物的存在和/或浓度)，并且计算机可读介质770可以包含与这样的生理参数检测有关的信息(例如传感器校准信息、用户的生理参数基线、指示医疗状况的生理参数水平)。计算和决定模块784可以配置成使用这样的存储的信息来确定佩戴者是否正在经历医疗状况，并且还可以在确定指示了这样的医疗或其他紧急状况时至少部分地基于临床协议的咨询而生成针对设备700的用户的一个或多个建议。这种建议可以替代地由远程服务器生成并传输到设备700。

在一些示例中，由设备700收集的信息(例如收集的生理参数数据、基线简档、由设备用户输入的健康状态信息)可被输入到云网络并且可以由用户的医生下载。还可以在云计算网络上对所收集的数据(比如血液动力特性数据和健康状态信息)进行趋势和其他分析，并且可以由医生或临床医师下载。

响应于计算和决定模块784确定医疗或其他指定条件被指示，警报模块786可以经由用户界面720生成警报。警报可以包括视觉部件，比如在显示器上显示的文本或图形信息、听觉部件(例如警报声音)和/或触觉部件(例如振动)。文本信息可以包括一个或多个建议，比如建议设备的用户联系医疗专业人员，立即寻求医疗关注或者施用药物。另外或可替代地，警报模块786可以经由通信接口740产生警报，使得警报被传送到远程系统，例如医生办公室、急救室、或医院其他位置中的服务器，紧急医疗服务和/或警察部门派遣办公室中的服务器、或者一些其他远程系统。

V.示例性方法

图8是方法800的流程图。方法800包括通过由控制器在第一多个指定时间段期间操作的光发射器经由外部身体表面照射一部分皮下脉管系统(810)。这可以包括用具有指定波长、光谱含量、偏振程度和/或偏振方向、相干长度或具有一些其他指定特性的光照射一部分皮下脉管系统。外部身体表面可以是身体的皮肤上的任何位置，其中皮下脉管系统是容易看见的，例如人的手腕。多个指定的时间段可以具有基本上相同的持续时间，并且可以具有规律定时，例如可以包括以指定频率(例如约100赫兹)重复的指定持续时间(例如约2.5毫秒)。

方法800还包括通过由控制器在第一多个指定时间段期间操作的复用器将光电检测器的输出连接到放大器的输入(820)。光电检测器配置为接收响应于光发射器的照射而从一部分皮下脉管系统发射的光。光电检测器可以包括光电二极管、光电晶体管或其他光电子元件，其可被反向偏置(例如通过配置为互阻抗放大器的放大器)并且配置为使得通过光电检测器(例如通过光电检测器的光电二极管)的电流与光电检测器从一部分皮下脉管系统接收的光的强度成比例。光电检测器可以包括滤波器、光栅或其他光学元件，其配置为基本上阻挡一个或多个波长范围之外的光被光电检测器接收，控制光电检测器接收光的方向，或者以其他方式修改和/或控制光电检测器从一部分皮下脉管系统接收的光。

方法800还包括通过由控制器在第一多个指定时间段期间操作的模数转换器(ADC)基于放大器的输出生成第一多个数字代码(830)。这可以包括在第一多个指定时间段期间生成表示与由光电检测器输出的信号相关的二进制值的多个数字代码。生成特定的数字代码可以包括操作采样和保持电路以在多个指定时间段的相应特定的指定时间段期间将从放大器接收的信号的幅度传送到ADC的一个或多个其他部件。生成特定的数字代码可以包括基于在相应特定的指定时间段期间从放大器接收的信号的幅度来生成Δ调制的比特流，并且基于Δ调制的比特流的位数确定具有指定的位数的数字代码(例如大于22位)。生成特定的数字代码可以包括在相应的指定时间段期间以及在一个或多个后续时间段期间计时流水线ADC。

方法800还包括通过由控制器在第二多个指定时间段期间操作的复用器将心电图传感器的输出连接到放大器的输入(840)。心电图传感器配置为经由外部身体表面检测心电图信号。ECG传感器可以包括放大器、缓冲器、电平移位器、滤波器或其他部件，其配置为检测外部身体表面的两个点(例如通过两个电触点或电极)之间的随时间变化的电压，其与心脏的电活动有关。这可能包括检测胸部、手臂、手腕、腿部或身体的其他部位上的两点之间的电压。例如，ECG传感器可以基于人的手腕上的两点之间的电压来检测心电图。另外或可替代地，ECG传感器可以基于安装到人的手腕的第一电触点和人正在用与第一电触点所安装到的手臂相对的手臂的手指或其他元件接触的第二电触点之间的电压来检测心电图。

用于操作可佩戴设备的方法800还可以包括附加步骤，涉及经由外部皮肤表面检测光信号和电信号，基于这样的检测信号生成多个数字代码，以及使用这样生成的数字代码来确定关于人身体的信息(例如生理和/或血液动力学参数)。例如，控制器、光电检测器、心电图传感器、光发射器、复用器、放大器和ADC可以是可佩戴设备的一部分，并且方法800可以包括使用安装件将可佩戴设备安装到外部身体表面。方法800可以包括在对应的多个指定时间段期间基于附加传感器的输出来操作复用器和ADC以生成额外的多个数字代码。另外或可替代地，方法800可以包括在相应的多个指定时间段期间，例如当一部分皮下脉管系统正被另一光发射器(例如发射与用于在第一多个指定时间段期间照射一部分皮下脉管系统的光发射器不同的波长、光谱含量或其他特性)照射时，基于光电检测器(或一些其他传感器或信号源)的输出来操作复用器和ADC以生成额外的多个数字代码。

方法800可以包括基于与相应不同的检测信号对应的多个生成的数字代码确定身体的血液动力学或其他参数。例如，方法800可以包括基于第一和第二多个数字代码来确定脉搏传播时间、动脉硬度、血压或一些其他血液动力学参数。这可以包括确定检测到的心电图中的特征(例如通过检测第二多个数字代码中的特征)的定时与检测到的光电容积脉搏波中的对应特征(例如通过检测第一多个数字代码中的特征)的定时之间的时间差。方法800可以包括基于由ADC和/或其他信息源生成的数字代码确定其他血液动力和/或生理参数或其他信息。方法800可以包括基于这样的所确定的血液动力学和/或生理参数确定人的健康状态。例如，方法800可以包括基于检测到的脉搏率、脉搏时间、脉搏变化性、血液氧合、血压、动脉硬度、血流速度或人的某个其他确定的参数来确定一个人是否正在经历心动过速、心律不齐、心动过缓、血容量不足、贫血、睡眠呼吸暂停、动脉粥样硬化、高血压、低血压、直立性低血压或一些其他健康状态。

方法800还可以包括提供与这样的确定有关的指示，例如在包括光发射器、光电检测器、ECG传感器、复用器、放大器和ADC的可佩戴设备的显示器上提供指示，提供无线指示到远程系统(例如服务器、手机)，或以某种其他方式提供指示。这样的指示可以包括确定的参数的值(例如确定的心率、血压、血液氧合的值)的指示、确定的健康状态(例如心律失常心脏活动的事件)的指示、一个人应承担的与确定的健康状态或生理参数有关的活动的指示(例如服用药物、寻求紧急医疗援助)或一些其他指示。

图8中示出的示例性方法800意味着作为说明性的非限制性示例。对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以预见该方法的附加或替代元素以及可佩戴的或另外配置的设备的附加或替代部件。

VI.结论

在示例性实施例涉及与人或人的设备相关的信息的情况下，应理解实施例包括隐私控制。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有关的信息的功能。

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，可以向用户提供机会来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、用户的喜好或用户的当前位置的信息)，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。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，从而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身份信息，或者在获得位置信息(比如城市、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特定位置。因此，用户可以控制如何收集关于用户的并且由内容服务器使用的信息。

图中所示的特定布置不应被视为限制性的。应该理解，其他实施例可以包括或多或少的给定附图中所示的每个元件。此外，所示元件中的一些可被组合或省略。另外，示例性实施例可以包括未在附图中示出的元件。

另外，虽然本文已经公开了各个方面和实施例，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。这里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，真正的范围和精神由下面的权利要求指出。还可以使用其他实施例，并且可以做出其他改变而不偏离本文所呈现的主题的精神或范围。将容易理解的是，如本文一般性描述的以及在附图中示出的本公开的方面可以以各种各样的不同配置进行布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在本文中被考虑。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

光发射器，其中，所述光发射器配置为经由外部身体表面照射皮下脉管系统的一部分；

光电检测器，其中，所述光电检测器配置为响应于所述光发射器的照射而接收从所述皮下脉管系统的一部分发射的光；

心电图传感器，其中，所述心电图传感器配置为经由所述外部身体表面检测心电图信号；

放大器；

复用器，其中，所述复用器电连接到所述光电检测器的输出、所述心电图传感器的输出和所述放大器的输入，并且其中，所述复用器是可控的，以将所述光电检测器的输出和所述心电图传感器的输出选择性地连接到所述放大器的输入；

模数转换器，其中，所述模数转换器配置为基于所述放大器的输出来生成数字代码；以及

控制器，其中，所述控制器配置为执行控制器操作，包括：

操作所述光发射器，以在第一多个指定时间段期间照射所述皮下脉管系统的一部分；

操作所述复用器，以在所述第一多个指定时间段期间将所述光电检测器的输出连接到所述放大器的输入；

操作所述模数转换器，以在所述第一多个指定时间段期间基于所述放大器的输出生成第一多个数字代码；

操作所述复用器，以在多个第二指定时间段期间将所述心电图传感器的输出连接到所述放大器的输入；并且

操作所述模数转换器，以在所述第二多个指定时间段期间基于所述放大器的输出生成第二多个数字代码。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外部身体表面是手腕位置。

3.根据权利要求1所述的系统，还包括：

显示器，其中，所述控制器操作还包括操作所述显示器，以基于由所述模数转换器生成的至少一个数字代码来提供指示。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述模数转换器是Σ-Δ模数转换器。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述放大器是互阻抗放大器，并且所述光电检测器是光电二极管。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括连接到所述心电图传感器的至少一个电触点和配置为将所述光发射器、光电检测器以及至少一个电触点安装在所述外部身体表面附近的安装件。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括：

另一光发射器，其中，所述另一光发射器配置为经由所述外部身体表面照射所述皮下脉管系统的一部分，其中所述光检测器配置为响应于所述另一光发射器的照射而接收从所述皮下脉管系统的一部分发射的光；并且其中所述控制器操作还包括：

操作所述另一光发射器，以在第三多个指定时间段期间照射所述皮下脉管系统的一部分；

操作所述复用器，以在所述第三多个指定时间段期间将所述光电检测器的输出连接到所述放大器的输入；

操作所述模数转换器，以在所述第三多个指定时间段期间基于所述放大器的输出生成第三多个数字代码。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制器操作还包括基于所述第一多个数字代码和所述第三多个数字代码来确定血液氧合。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器操作还包括基于所述第一多个数字代码和所述第二多个数字代码来确定脉搏传播时间。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述放大器和模数转换器设置在单个集成电路上。

11.根据权利要求1所述的系统，还包括：

发射机，其中，所述控制器操作还包括操作所述发射机以基于由所述模数转换器生成的至少一个数字代码来提供无线指示。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器操作还包括基于所述第一多个数字代码或所述第二多个数字代码来确定脉搏率。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器操作还包括基于所述第一多个数字代码或所述第二多个数字代码中的至少一个来确定血压。

14.一种方法，包括：

通过在第一多个指定时间段期间由控制器操作的光发射器经由外部身体表面照射皮下脉管系统的一部分；

通过在所述第一多个指定时间段期间由所述控制器操作的复用器，将光电检测器的输出连接到放大器的输入，其中所述光电检测器配置为响应于所述光发射器的照射而接收从所述皮下脉管系统的一部分发射的光；

通过在所述第一多个指定时间段期间由所述控制器操作的模数转换器，基于所述放大器的输出生成第一多个数字代码；

通过在所述第二多个指定时间段期间由所述控制器操作的复用器，将心电图传感器的输出连接到所述放大器的输入，其中所述心电图传感器配置为经由所述外部身体表面检测心电图信号；并且

通过在所述第二多个指定时间段期间由所述控制器操作的模数转换器，基于所述放大器的输出生成第二多个数字代码。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

基于由所述模数转换器生成的至少一个数字代码来提供指示。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括：

通过在第三多个指定时间段期间由所述控制器操作的另一光发射器经由所述外部身体表面来照射所述皮下脉管系统的一部分；

通过在所述第三多个指定时间段期间由所述控制器操作的复用器，将所述光电检测器的输出连接到所述放大器的输入，其中所述光电检测器配置为响应于所述另一光发射器的照射而接收从所述皮下脉管系统的一部分发射的光；并且

通过在所述第三多个指定时间段期间由所述控制器操作的模数转换器，基于所述放大器的输出生成第三多个数字代码。

17.根据权利要求14所述的方法，还包括：

基于所述第一多个数字代码和所述第二多个数字代码来确定脉搏传播时间。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括：

基于由所述模数转换器生成的至少一个数字代码来提供无线指示。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括：

基于所述第一多个数字代码或所述第二多个数字代码来确定脉搏率。

20.根据权利要求14所述的方法，还包括：

基于所述第一多个数字代码或所述第二多个数字代码来确定血压。