CN109069032A - 用于确定血压的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于监测用户的生理特性的系统、方法和设备包括可穿戴监测设备，所述可穿戴监测设备包括被配置为向用户的皮肤组织发光的一个或更多个LED以及沿用户的肢体的长轴横向设置的两个或更多个传感器。各传感器基于从抵靠或邻接传感器的源自用户心脏跳动的脉搏波通过的位置接收的光的强度产生信号。处理器基于从各传感器产生的信号和其间的横向距离计算用户的一个或更多个生理特性，诸如血压或压力。

Description

用于确定血压的系统和方法
背景技术
许多用于监测用户心脏特性的系统实现机械、电气和光学组件的各种组合。例如，一些血压监测器使用可充气的袖带(cuff)，该袖带在用户的四肢或其一部分周围收缩开口。袖带的附着可能不方便，而且在长时间或高水平的身体活动期间使用是不可行的。另外，袖带的膨胀通常会在用户的四肢周围产生明显的张力，并且袖带的长期使用在白天或尤其在睡眠期间不是所意图或期望的。
不同于用户可以久坐或以其它方式休息(即，患者在坐着或躺在床上时接受医疗护理)的患者护理、医疗环境中的常规袖带或心脏监测系统，用户可能希望在从事大多数日常活动(例如，打字、驾驶、写作、走路、跑步、骑马、游泳、划船等)时获得心脏信息。利用医学环境中的用于确定心脏和生理特性(心率、血压、水合状态)的常规监测系统，对于在大多数日常身体活动期间或在睡眠时使用是无效的和/或不可行的。
发明内容
在本发明的一个方面中，一种能够附着到用户的肢体并且确定用户的生理特性的可穿戴监测设备包括：容纳第一光电二极管和第二光电二极管、至少一个发光二极管(LED)和处理器的壳体。所述至少一个LED被配置为将光输出到用户的肢体中，其中，第一光电二极管被定位为接近所述至少一个LED，并且被配置为基于来自检测的脉搏波的光的反射产生第一PPG信号，并且其中，第二光电二极管接近所述至少一个LED并且在壳体内与第一光电二极管分开横向距离，并且被配置为基于来自检测的脉搏波的光的反射产生第二PPG信号。处理器耦合到第一和第二光电二极管并且被配置为接收第一和第二PPG信号、基于产生的第一和第二PPG信号确定用户的脉搏传导时间并且基于计算的脉搏传导时间以及第一和第二光电二极管之间的横向距离计算用户的生理特性，并且其中，当设备附着到用户的肢体时，第二光电二极管在第一光电二极管之后检测脉搏波。
在本发明的另一方面中，一种能够附着到用户的肢体并且确定用户的生理特性的可穿戴监测设备包括当设备附着到用户的肢体时与第二光电二极管分开横向距离的第一光电二极管。所述横向距离在第一光电二极管与第二光电二极管之间沿用户的肢体的长轴延伸。所述设备还包括接近第一光电二极管和第二光电二极管并且被配置为输出要由第一和第二光电二极管接收的光的至少一个LED。第一光电二极管检测用户的脉搏波并且产生第一PPG信号，并且第二光电二极管检测用户的脉搏波并且产生第二PPG信号。处理器耦合到第一和第二光电二极管并且被配置为基于产生的第一和第二PPG信号以及第一和第二光电二极管之间的横向距离计算用户的生理特性。
在本发明的又一方面中，一种能够附着到用户的肢体并且确定用户的血压的可穿戴监测设备包括一对光电二极管，该对光电二极管分开横向距离，使得，当设备附着到用户的肢体时所述横向距离在第一光电二极管与第二光电二极管之间沿用户的肢体的长轴延伸。所述设备还包括接近第一光电二极管和第二光电二极管并且被配置为输出光的至少一个LED，所述光由第一和第二光电二极管接收。第一光电二极管检测用户的脉搏波并且产生第一PPG信号，并且第二光电二极管检测用户的脉搏波并且产生第二PPG信号。所述设备还包括耦合到第一和第二光电二极管的处理器。指令存储于耦合到所述处理器的存储器上，其中，所述指令在被处理器执行时使处理器接收第一PPG信号，接收第二PPG信号，基于第一和第二PPG信号计算脉搏波的脉搏传导时间(PTT)，基于计算的脉搏传导时间以及第一和第二光电二极管之间的横向距离计算脉搏波的脉搏速度(PWV)，基于计算的脉搏速度计算用户的血压，并且显示计算的血压。
附图说明
图1A和图1B描绘能够附着到用户肢体附近的已知示例性可穿戴监测系统的光学传感器放置的配置；
图2描绘可以附着本发明的实施例的用户的示例性肢体的骨骼部分；
图3描述这里所述的用于监测用户的生理特性的示例性过程；
图4A、图4B和图4C描绘这里所述的用于布置本发明的可穿戴监测系统的光学传感器的各种配置；
图5描绘这里所述的本发明的可穿戴监测系统的实施例的光学传感器和LED的示例性布置；
图6A描绘根据这里描述的本发明的实施例的、由沿用户手腕的长轴的横向分开一距离放置的两个光学传感器产生的两个PPG信号；
图6B描绘从图6A所描绘的两个PPG信号得到的差分信号。
图7是描述能够执行这里所述的监测用户的生理特性的过程的系统的一个实施例的示图；
图9描绘与用户相关联的差分和滤波信号；
图8A和图8B描绘这里所述的本发明的移动监控系统的一个实施例的视图；
图10A、图10B、图10C和图10D描绘在这里描述的本发明的移动监控系统的一个实施例上显示的各种信息；
图11A、图11B和图11C描绘在这里描述的本发明的移动监控系统的另一个实施例上显示的各种信息。
具体实施方式
本发明的实施例提供具有这里描述的特征的改进的心脏监测系统。改进的心脏监测系统可以包括具有两个或更多个光学传感器(例如，光电二极管、光电传感器等)的可穿戴监测设备，当可穿戴设备附着到用户的肢体时，所述光学传感器与诸如用户手腕的用户的肢体对齐地定位。例如，可穿戴监测设备的壳体可以在壳体的后表面上包括沿用户的手腕的长轴或者在其旁边横向分开一距离的两个光学传感器，使得两个光学传感器中的一个比另一个光学传感器更靠近用户的肘部，当可穿戴监测设备在用户的手腕上工作时壳体的后表面与用户的手腕接触。光学传感器可以沿着用户的手腕或前臂被定位，使得脉搏波(随着心脏收缩和舒张而推动的血细胞)在脉搏波随着用户的心脏的每次收缩和舒张通过另一个光学传感器之前通过一个光学传感器。
不同于在壳体的后表面上具有取向垂直于血流方向的两个光学传感器(即，两个光学传感器到用户的肘部等距)使得用户的脉搏波同时通过各光学传感器的某些常规的可穿戴监测设备，本发明的实施例使得可穿戴监测设备的处理器能够在对应于第一和第二光学传感器的两个位置处识别脉搏波。在实施例中，第一光学传感器位于比第二光学传感器更靠近用户手肘的第一位置，该第二光学传感器位于更靠近用户指尖和手的第二位置。结果，在源自用户的心脏并且由于心脏的舒张和收缩得到的脉搏波到达与第二光学传感器相关联的第二位置之前，所述脉搏波将到达与第一光学传感器相关联的第一位置。
基于第一光学传感器和第二光学传感器之间的横向距离，获知第一位置和第二位置之间的横向距离。处理器可以基于脉搏波在第一和第二光学传感器之间的横向距离上行进的时间确定在脉搏波到达第一位置和第二位置之间经过的时间长度(脉搏传导时间)以及脉搏波的速度(脉搏波速度)。在实施例中，处理器可基于脉搏传导时间或脉搏波速度确定或利用存储在存储器中的数据以确定用户的生理特性(例如，血压、压力等)。例如，处理器可以利用存储在存储器中的数据，包括“收缩压、舒张压和/或平均动脉压”与“脉搏传导时间或脉搏波速度”之间的相关性。
一些常规的心脏监测系统通过使用电极(例如，导电垫)以感测诸如胸部区域的用户身体中的电信号并产生心电图(ECG)信号，确定用户的心率。处理器基于ECG信号确定用户的心率。其它心率监测系统利用某些波长的光和产生光容积描记图(photoplethysmogragh，PPG)信号的光学传感器(例如，光学传感器、光电二极管等)，其中，处理器基于产生的PPG信号确定用户的心率。
另外，一些常规心脏系统利用生物遥测技术，并利用位于用户胸部附近的电极与包括光学传感器和发光二极管(LED)的指尖脉搏血氧计的组合，以确定用户的心率和血压。具体地，位于用户胸部附近的电极产生ECG信号，并且指尖脉搏血氧仪通过将红色、蓝色和/或红外光谱的光输出到用户的指尖中并接收输出光的反射来产生PPG信号。处理器基于用户的心脏和指尖之间的估计距离确定用户的心率和血压。用户的心脏和指尖之间的距离的估计通常基于用户的身高。处理器可以利用由位于用户胸部附近的电极产生的ECG信号以检测与用户的心脏收缩相关联的电信号，该电信号可能先于心脏的实际收缩。用户心跳的激励与心脏的收缩之间的这种时间延迟，例如“喷射前时段”可能在个体之间变化，并且可能受到医学治疗(例如，处方药)的影响。在这种常规系统中的电学和光学设备的组合使用使得基于需要由利用不同的技术手段的组件产生的相应电学和光学信号的测量和分析(例如，比较)的处理来确定用户的心脏特性的过程复杂化。另外，由于产生ECG和PPG信号所需的设备和环境的类型及其放置(例如，胸部、指尖)，这些常规系统通常用于患者护理环境(例如，医院、诊所等)，并且通常被认为在与运动的或移动的用户相关联的环境中使用是不可行的。
其它光学心率监测系统嵌入诸如手表(例如，Garmin)或手镯(例如，Garmin )的可穿戴设备中。这些系统通常被称为基于腕部的心率监测器(WHRMS)。已知的WHRM系统一般包括单个光学传感器，该光学传感器位于与用户的主要动脉和静脉相对应的位置处的可穿戴监测设备壳体的后表面上。已知的包括多个光学传感器的WHRM系统将光学传感器定位为与血流的方向垂直，使得用户的血细胞同时通过各传感器(即，光学传感器与用户的肘部等距)。WHRM系统通常使用一个或更多个LED，所述LED被引导以向用户的手腕发射光，并且一个或更多个光学传感器被定位为测量从LED发射的光从用户皮肤的反射。一个或更多个光学传感器基于由光学传感器接收的反射光产生PPG信号。WHRM或相关系统的处理器可以在一段时间内分析PPG信号，以计算用户的心率和/或其它生理特性。
在不描绘发射被光学传感器接收的光的LED的情况下，在图1A和图1B中示出光学传感器(例如，光电二极管、光电传感器等)的已知布局的例子，这里，一个或更多个光学传感器被定位在用户的手腕周围(参见描绘肢体(例如，四肢、手臂、手腕、手)的部分骨骼图的图2)。一个或更多个LED可以定位在靠近光学传感器的任何位置，以输出足够的光，以使得来自用户的手腕的光反射能够被接收到。在图1A中，单个光学传感器可以定位在用户的尺骨和桡骨之间，在图1B中，两个光学传感器可以定位在垂直于肢体的直线中。在图1B的双光学传感器配置中，一个光学传感器被定位为更接近用户的尺骨，并且第二光学传感器被定位为更接近用户的桡骨。两个光学传感器的这种定位可以使得能够检测肢体内的更加明显或更强的动脉脉搏。例如，可穿戴监测设备的处理器可以选择由两个传感器中的一个产生的更高质量的PPG信号(例如，具有较高的幅度、预期的数据模式等)。如图1B所示，两个光学传感器中的每一个被定位在用户的肘部和指尖(指骨)之间的基本上相同的横向距离处。即，两个光学传感器垂直于肢体内的长轴(例如，血液流动的一般横向路径)对准，其中，没有光学传感器比其它光学传感器更接近或更靠近肘部或指尖。
当用户的心脏跳动时(通过舒张以吸引血细胞并收缩以推出血细胞)，血细胞的脉搏波从心脏穿过用户的动脉和血管。这里公开的处理器被配置为确定用户的生理特性(例如，血压(收缩压、舒张压，乃至于平均动脉压(MAP))、压力等)。在实施例中，处理器可以基于存储在存储器中的用户的脉搏波的速度、生物计量或物理信息(例如，年龄、身高、体重、性别、体重指数(BMI)、骨密度等)、活动类型(例如，跑步、坐等)与估计血压之间的相关性来确定生理特性。
如这里所公开的，两个或更多个光学传感器可以沿着用户的肢体(例如，手腕)被分开可以受可穿戴监测设备壳体的宽度或直径的限制的横向距离，以识别由用户的心跳引起的脉搏波在通过光学传感器中的每一个时的存在。处理器可以利用或从存储器中检索两个或更多个光学传感器之间的已知距离和由各光学传感器产生的PPG信号，以确定脉搏波到达和通过各光学传感器的时间。处理器可进一步配置为基于PPG信号和两个或更多个光学传感器之间的横向距离计算脉搏波的脉搏传导时间(PTT)和/或脉搏波速度(PWV)。
图3示出根据本发明的实施例的用于监测用户的生理特性(例如，血压、压力等)的方法流程300。在实施例中，方法300可以在可穿戴监测设备附着到诸如用户的手腕的用户的肢体时开始(块302)。可穿戴监测设备的壳体包括两个或更多个光学传感器(光学传感器、光电二极管)，这些传感器当附着到用户的肢体时被定位在壳体的后表面上以与肢体对齐。即，对于腕部穿戴的可穿戴监测设备，光学传感器沿腕部的长轴或在其旁边隔开横向距离，所述长轴沿着从一端的肩部向另一端的腕部、手和手指的血流的一般横向路径延伸。肢体通常可以从一端的肩膀、穿过上臂和下臂并向另一端的手腕、手和手指(例如，沿着前臂或手腕)延伸。例如，两个光学传感器可以都位于诸如手腕的肢体的末端附近，或者两个光学传感器可以位置相距几英寸。当一个光学传感器位于用户的肩膀与肘部之间(例如，上臂)而另一个光学传感器可以位于用户的肘部与腕部或手指之间(例如，下臂或前臂)时，两个光学传感器可以位置相距几英寸。
各光学传感器从其附近的皮肤组织接收通过定位在光学传感器附近的一个或更多个发光二极管(LED)发射(输出)的光的反射。各光学传感器基于通过光学传感器接收的光的强度产生光容积描记图(PPG)信号。第一光学传感器将从接近第一光学传感器的第一位置基于通过第一光学传感器接收的光反射产生第一PPG信号。(块304)。第二光学传感器将从接近第二光学传感器的第二位置基于通过第二光学传感器接收的光反射产生第二PPG信号。(块306)。通过各光学传感器产生的PPG信号将在脉搏波到达并通过接近光学传感器的位置时改变，原因是，当检测的从心脏行进到肢体的末端的脉搏波(例如，血细胞)到达并通过所述位置时，从用户的皮肤反射的光可增加。PPG信号可以由各光学传感器连续地或周期性地产生。可穿戴监测设备的处理器可以接收并分析各PPG信号，以识别脉搏波在对应于产生PPG信号的光学传感器的位置的地点处的存在。
在实施例中，处理器可以利用或从存储器中检索可穿戴监测设备壳体的后表面上的两个光学传感器之间的已知横向距离。可以从各光学传感器的中心或从各光学传感器的周边上最接近另一个光学传感器的点测量两个光学传感器之间的横向距离。横向距离可以存储在封闭于可穿戴监测设备内的存储器中，并由处理器计算脉搏波的脉搏传导时间(PTT)和脉搏波速度(PWV)。
在可穿戴监测设备包括壳体的配置(例如，具有能在壳体的后表面上包括两个或更多个光学传感器的宽度或直径的手表)中，两个光学传感器之间的横向距离可以是由手表壳体的宽度或直径(横向尺寸)限制的任何距离。例如，对于宽度或直径为25mm的手表壳体，两个光学传感器之间的横向距离可以是5～20mm。类似地，对于宽度或直径为38～51mm的手表壳体，两个光学传感器之间的横向距离可以是5～42mm。在另一种配置中，两个光学传感器可以被包含在用于将移动监控系统(例如，手表)附着到用户的肢体的带子内。
其它配置可以包括在单独的壳体和/或带子内实现的各光学传感器，其中，两个光学传感器之间的横向距离可以是2～24英寸，并且光学传感器通信地耦合到可以接收来自各光学传感器的PPG信号和光学传感器之间的横向距离的处理器。例如，在实施例中，第一光学传感器可以位于用户的肩膀和肘部之间(例如，上臂)，而第二光学传感器可以位于用户的肘部与手腕或手指之间(例如，下臂或前臂)。第一光学传感器可以以带(具有或不具有显示设备)的形式定位在具有壳体的可穿戴监测设备的内(下)表面上，使得第一光学传感器在用户的肩部和肘部之间的位置处抵靠或邻近用户的皮肤被定位，并且被配置为基于在该位置处从用户的皮肤接收的光反射的强度产生第一PPG信号。第二光学传感器可以以手表设备(具有显示设备)或带(具有或不具有显示设备)的形式定位在具有壳体的可穿戴监测设备的内(下)表面上，使得第二光学传感器在用户的手肘与手腕或手指之间的位置处定位为抵靠或邻近用户的皮肤，并且被配置为基于在该位置处从用户的皮肤接收的光反射的强度产生第二PPG信号。监测系统的处理器可以与第一光学传感器和第二光学传感器通信地耦合，并且被配置为分别接收第一和第二PPG信号，并且利用接收的PPG信号来确定用户的生理特性。
在实施例中，处理器可以利用或从存储器中检索两个或更多个光学传感器之间的已知距离和通过各光学传感器产生的PPG信号，以基于PPG信号和两个或更多个光学传感器之间的横向距离确定脉搏波到达和通过各光学传感器的时间即脉搏传导时间(PTT)。(块308)。PTT是用户的脉搏波(例如，血细胞)在两个光学传感器之间行进所述横向距离所经过的时间长度。两个或更多个光学传感器可以在时间上同步，以使得处理器能够比较通过各光学传感器产生并提供给处理器的PPG信号以用于脉搏波的PTT和/或PWV的计算。
对于一些用户，PTT可以是50～100ms，并且PTT可能受穿戴者生理特性的影响。例如，与当用户的血压比较低时脉搏波的血细胞行进两个光学传感器之间的横向距离的较长PTT相比，当用户的血压升高时，脉搏波的血细胞可以在较短的时间段内穿过从第一光学传感器到第二光学传感器的横向距离。计算或估计的PTT可以存储在可穿戴监测设备的存储器设备上，并且处理器可以使存储的PTT信息参考与其一起存储的生理特性数据(块310)。处理器可被配置为利用从各光学传感器接收的PPG信号以确定用户的生理特性，诸如血压(收缩压、舒张压和平均动脉压(MAP))或压力计算。
生理特性可以包括血压、心率、水合状态、压力、健康等。处理器可以基于存储在存储器中的脉搏波的PTT和/或PWV、生物计量或物理信息(例如，年龄、身高、体重、性别、体重指数(BMI)等)与诸如估计的血压、心率、压力或用户的压力的生理特性之间的相关性，确定生理特性。在实施例中，处理器还可以考虑其它因素，诸如用户的当前活动类型(例如，跑、走、坐等)，以确定生理特性。处理器可以利用存储在存储器设备中的有关生物计量或物理信息的信息，所述生物计量或物理信息对应于作为可穿戴监测设备的用户的具有相似或不同的生物学和/或生理特性的一组个体和/或参与与用户的当前活动类似的活动的一组个体。
处理器可以通过将两个光学传感器之间的已知横向距离除以PTT来计算PWV，PTT是由处理器确定为使脉搏波从第一光学传感器行进到第二光学传感器所经过的时间长度。PTT和PWV可以被包括在存储的相关生理特性数据中，该相关生理特性数据可以例如是图表或表，所述图表或表利用PTT和/或PWV将生理特性(例如，血压值(例如，收缩和/或舒张)、压力等)关联到确定的心率、水合状态、健康等以及诸如年龄、身高、体重、性别、体重指数(BMI)、骨密度、当前活动类型(例如，跑步、行走、坐着等)的其它生物计量或物理信息因素。例如，处理器可以利用存储的相关生理特性数据来确定用户的血压随着PTT降低(和PWV增加)而增加，并且用户的血压随着PTT增加(PWV减少)而降低。处理器可利用存储的相关生理特性数据，以基于计算的PTT和/或PWV确定用户的血压，所述计算的PTT和/或PWV是由处理器基于由两个光学传感器提供的PPG信号和光学传感器之间的横向距离确定的。
在实施例中，可穿戴监测设备可以包括具有用户接口的显示设备。处理器可以在用户界面上呈现测量和/或确定的生理特性(例如，血压、压力等)、PTT、PWV、PPG、氧饱和度。(块312)。在实施例中，测量和/或确定的生理特性可以通过有线和/或无线通信传送到远程显示设备或用户界面(例如，智能手机显示器)以供用户观看。
监测系统可以基于PPG和ECG信号的各种组合确定用户的一个或更多个生理特性。例如，如上所述，监控系统的处理器可以利用两个PPG信号。作为替代方案，处理器可以利用两个ECG信号和/或PPG信号与ECG信号来测量和/或确定一个或更多个生理特性(例如，血压、压力等)、PTT、PWV、PPG、氧饱和度。一个或更多个LED以及两个或更多个光学传感器可以沿着用户的肢体(例如，四肢)定位在不同的位置，以产生由各光学传感器提供的用于确定PTT的PPG信号。在实施例中，一个或更多个LED和两个或更多个光学传感器的不同位置可以在可穿戴监测设备壳体的后表面上，在该后表面处，部件被定位为抵靠用户的手腕。作为替代方案，处理器可从位于用户手腕上的光学传感器接收PPG信号，并从位于用户身体其它部位(诸如用户的胸部或上臂)的电极接收心电图(ECG)信号。处理器可以估计用户手腕和电极位置之间的距离，并且PPG和ECG信号可以用于确定源自用户的心跳的脉搏波的PTT和/或PWV。然后，处理器可以基于PTT和/或PWV确定一个或更多个生理特性。例如，处理器可以利用存储在存储器中的相关性数据以确定用户的生理特性，诸如血压。
图4A、图4B和图4C描绘用于抵靠着用户的手腕或用户的肢体或四肢的任何其它部分(例如，前臂、脚踝等)定位在可穿戴监测设备壳体的后表面上的两个光学传感器的不同配置。根据本发明的实施例，两个或更多个光学传感器沿着与用户手腕或其它肢体的长轴基本上平行的动脉路径定位在用户的皮肤组织上。所述两个光学传感器在可穿戴监测设备壳体的后表面的宽度内水平对准，并且当可穿戴监测设备被用户穿戴时所述两个光学传感器分开与手腕或其它肢体的长轴基本上平行的横向距离。各光学传感器独立地采样邻近光学传感器的皮肤组织，以检测从心脏行进到光学传感器的位置的脉搏波。
虽然两个光学传感器在图4A、图4B和图4C中被水平定位，但是两个光学传感器可以相对于彼此以及不会不利地影响通过沿四肢定位的光学传感器对行进的脉搏波的检测和通过一个或更多个物理特性的处理器的随后计算的位置垂直偏移。即，如图4B和图4C所示，一个光学传感器可以定位为更靠近尺骨，而另一个光学传感器可以定位为更靠近桡骨，反之亦然。如这里所讨论的，监测系统的处理器被配置为利用两个光学传感器之间的已知横向距离(水平分离)以确定脉搏波的PTT和/或PWV，并且随后通过执行这里公开的技术确定用户的诸如血压的生理特性。
在实施例中，监测系统可以包括包含被定位为充分地接近两个光学传感器的至少一个LED的可穿戴监测设备，以使得光学传感器能够操作地感测从所述至少一个LED最初发射并且从用户的皮肤组织反射回的光的反射。在一些实施例中，多个LED可以位于各个和/或两个光学传感器周围，使得光学传感器感测从多个共享LED发射的反射光。例如，在图5中，可穿戴监测设备壳体可以包括水平对准的两个光学传感器500、502和垂直对准并定位在两个光学传感器500、502之间的等距离处的多个LED 506。多个LED 506可以在用户的尺骨和桡骨之间延伸，使得由各光学传感器500、502感测到的光由共享的LED 506提供。在另一个实施例中，可穿戴监测设备可以包括两个或更多个光学传感器以及一个或更多个非共享LED的组合，所述非共享LED产生可以集中于壳体对应于各光学传感器的一侧的光，使得一个光学传感器不接收来自发射可反射到另一光学传感器的光的非共享LED的反射。
处理器对由两个光学传感器产生和提供的PPG信号进行操作和分析。例如，处理器可以接收来自第一光学传感器(例如，比第二光学传感器更靠近用户的肘部)的第一PPG信号和来自第二光学传感器(例如，比第一光学传感器更靠近用户的指尖)的第二PPG信号。由于被处理器识别和利用以确定生理特性的血细胞的脉搏波通常随着每次心跳而从心脏流向指尖，因此血细胞的脉搏波的独特时刻(或PPG信号值的序列)在血细胞的脉搏波将到达和通过相对更靠近用户的指尖的第二光学传感器之前到达并通过相对更靠近用户的肘部的第一光学传感器。处理器可以比较PPG信号，以确定在第一PPG信号中识别的独特时刻(或PPG值的序列)被识别的时间与在第二PPG信号中随后识别所述独特时刻的时间之间的PTT(例如，时间延迟)。例如，处理器可以确定脉搏波分别通过第一光学传感器和第二光学传感器的两个时间之间的数学差值(例如，减法)。
在实施例中，处理器可以控制光学传感器以利用较高的采样率，诸如当两个或更多个光学传感器被定位为彼此靠近时，以使得处理器能够在由受控光学传感器产生的PPG信号中更清楚地识别与通过光学传感器的脉搏波相关的光强度。光学传感器使用较高的采样率可以使得处理器能够将脉搏波位于第一光学传感器的位置时的脉搏波峰值与脉搏波位于第二光学传感器的位置时的、将在脉搏波通过第一光学传感器之后很快出现的脉搏波峰值区分开。
在实施例中，可以减小两个光学传感器之间的横向距离，使得脉搏波可以到达第一光学传感器的位置，并且第二光学传感器可以在脉搏波完全通过第一光学传感器之前开始检测(感测)脉搏波的存在。使用光学传感器的高采样率还使得处理器能够采样从光学传感器接收到的PPG信号的较高分辨率。处理器可以以更好的精度识别和确定PPG信号峰，这使得由处理器实现的峰值检测和互相关算法更准确。各光学传感器可以通过以高采样频率(例如50～2000Hz)采样从用户的皮肤反射的光来产生PPG信号，并将PPG信号提供给处理器和/或监控系统的存储器设备。存储器设备与处理器通信地耦合，并且可以包含于可穿戴监测设备壳体内并且/或者可以远离可穿戴监测设备。
在实施例中，一旦处理器从各光学传感器接收PPG信号，处理器就可以比较各PPG信号，并确定需要多少时间偏移以对准从第二光学传感器(比第一光学元件更远离心脏)接收的PPG信号和从第一光学传感器(比第二光学传感器更靠近心脏)接收的PPG信号。该时间偏移的确定可以为处理器提供与源自用户的心跳的脉搏波相关联的PTT。由于两个光学传感器之间的已知横向距离可以通过该过程被利用或从存储器中检索，因此处理器随后可以通过将两个光学传感器之间的横向距离除以PTT来确定与脉搏波相关联的PWV。
如图6所示，可穿戴监测设备的处理器可从被定位为抵靠或邻近用户的皮肤并且被定位为在可穿戴监测设备的壳体的后表面上分开横向距离的两个光学传感器中的每一个接收PPG信号。第一光学传感器产生并输出第一PPG信号602。第二光学传感器产生并输出第二PPG信号604。处理器可以分析第一PPG信号602，以识别第一PPG信号602的峰值602a、602b、602c和602D。类似地，处理器可以分析第二PPG信号604以识别第二PPG信号604的峰值604a、604b、604c和604d。
在实施例中，处理器可以通过分别计算在第一脉搏波的峰值602a和604a、第二脉搏波的峰值602b和604b、第三脉搏波的峰值602c和604c、以及第四脉搏波的峰值602d和604d之间经过的时间长度，确定一个或更多个脉搏波的PTT。在实施例中，处理器可以实现移动(或滑动)第二PPG信号604、同时将第一PPG信号602保持在适当位置直到两个PPG信号602、604基本上重叠以确定脉搏波的PTT的技术。然后，处理器可以确定第二PPG信号604为了与第一PPG信号602基本上重叠而需要的第二PPG信号604的移动(或滑动)量，并且基于确定的移动(或滑动)量识别PTT。
在实施例中，处理器可以对多个脉搏波中的每一个确定PTT，并确定用于确定诸如血压或压力的生理特性的PTT。例如，处理器可以对在图6A中描绘的四个脉搏波中的每一个确定PTT(PPG信号的幅度可以用毫伏(mV)表示)，并且通过使用用于确定诸如血压的生理特性的所有四个PTT计算来计算平均PTT。作为替代方案，处理器可以利用所有四个PTT计算的标准偏差以确定用于确定诸如血压的生理特性的PTT值。
处理器可以基于第一PPG信号602和第二PPG信号604产生图6B所示的差分信号606。差分信号606可以用于利用单个PPG信号以确定关于穿戴有可穿戴监测设备的用户的心率或其它生理信息的实施例中。
在实施例中，处理器可以利用信息存储存储器以确定诸如血压或压力的生理特性。例如，处理器可以基于确定的PWV和存储在存储器中的生理特性数据的曲线拟合确定用户的估计当前血压，所述生理特性数据的曲线拟合可解释用户之间与用户的生物计量或物理信息(例如，年龄、身高、体重、性别、体重指数(BMI)、骨密度、活动类型(例如，跑、走、坐等)和/或一般健康)有关的变化。在实施例中，处理器可以从存储设备检索通过使用临床血压上臂袖带收集的血压数据和信息，并且基于通过使用臂袖带收集的血压数据和信息周期性地校准存储的生理特性数据的曲线拟合。
在监测生理特性(例如，血压测量)期间，为了考虑用户是在休息还是在从事身体活动，也可以将加速度计并入可穿戴监测系统中。通过使用由加速度计提供的数据，处理器可以识别用户从事的身体活动的类型，并由此调整两个或更多个光学传感器和处理器利用的采样率(血压样本的周期或间隔)。处理器也可以在指定活动期间按预定时间增量执行血压测量。例如，如果用户正在骑自行车，则处理器可以被配置为在骑车期间每30秒执行血压测量。作为替代方案，如果用户在久坐，则处理器可以被配置为每10分钟执行血压测量。
另外，处理器可以在存储器件中存储作为用户心跳激励与用户心脏收缩之间的时间延迟的喷射前时段，并且利用喷射前时段以确定用户的生理特性(例如，血压、压力等)。喷射前时段可以在个体之间变化，并且可以由处理器基于生物计量或物理信息(例如，年龄、身高、体重、性别、体重指数(BMI)、骨密度等)来估计。个人变化可以作为相关的生理特性数据存储在存储器设备中，并由处理器用于在确定用户的诸如血压的生理特性时考虑。
图7示出包括能够执行上述方法和过程的健身监测器701的监测系统700的示例性实施例。健身监测器701包括应用处理器750，该应用处理器750还包括用户界面模块702、位置确定组件704(例如，全球定位系统(GPS)接收器、辅助GPS等)、通信模块706、惯性传感器708(例如，加速度计、陀螺仪等)和控制器710。在实施例中，惯性传感器708可以在应用处理器750的外部。
健身监测器701可以是能够监测这里所述的个人的生理方面的通用计算机、可穿戴监测设备(例如，手表、脚踝镯子等)、蜂窝电话、智能电话、平板计算机或移动个人计算机。健身监测器701可以是经由网络724向服务器设备722发送处理功能的瘦客户机设备或终端。经由网络724的通信可以包括有线和无线技术的任何组合。例如，网络724可以包括健身监测器701和计算设备748之间的USB电缆，以促进健身监测器701和计算设备744之间的数据的双向传送。
应用处理器750的控制器710可以包括程序存储器712、微处理器(MP)714、随机存取存储器(RAM)716和输入/输出(I/O)电路718，所有这些都可以经由地址/数据总线720通信互连。虽然I/O电路718在图7中被描绘为单个块，但是I/O电路718可以包括许多不同类型的I/O电路。程序存储器712可以包括操作系统726、数据存储设备728、多个软件应用730和/或多个软件例程734。程序存储器712的操作系统726可以包括多个移动平台中的任何一个，诸如分别由Apple Inc.、Google Inc.、Palm Inc.(现为Hewlett-PackardCompany)、Microsoft Corporation、Research in Motion(RIM)和Nokia开发的AndroidTM、webOS、Mobile/Phone、OS或OS移动技术平台。
程序存储器712的数据存储设备728可以包括用于多个应用730的应用数据、用于多个例程734的例程数据以及通过网络724与服务器722交互所需的其它数据。具体地，数据存储设备728可以包括与关于生理特性数据和/或活动输出的PPG信号770相关的一个或更多个确定的参考值。数据存储设备730可以存储与光电二极管744(光学传感器)的位置有关的信息。例如，数据存储设备730可以包括可以定位在健身监测器701的壳体的后表面上的两个或更多个光电二极管744(光学传感器)之间的横向距离。作为替代方案，数据存储设备730可以包括处理器714可以用于确定可以定位在健身监测器701的壳体的后表面上的两个或更多个光电二极管744(光学传感器)之间的横向距离的光电二极管744(光学传感器)的位置。
存储在数据存储设备728内的附加数据可以包括与用户和/或一个或更多个其它个人相关联的心脏成分数据。心脏成分数据可以包括记录的用户的生理方面的一个或更多个汇编(compilation)，包括但不限于心跳、心率、心率可变性、速度、行驶距离、计算燃烧的卡路里和体温等。在一些实施例中，控制器710还可以包括或者以其它方式操作地耦合以与可以驻留在健身监测器701内的其它数据存储机构(例如，一个或更多个硬盘驱动器、光存储驱动器、固态存储设备等)通信，并且/或者与网络524和/或服务器设备722操作耦合。
健身监测器701还包括可通信地耦合在应用处理器750和光学感测模块766之间的测光前端电路752。光学感测模块766包括一个或更多个LED 742和两个或多个光电二极管744，并且被配置为当健身设备701附着到用户时贴靠或邻近用户的皮肤。在实施例中，测光前端电路752可以包括模拟信号处理器754、数字信号处理器756、模拟-数字转换器558、时隙控制器762、I/O电路762和LED驱动器760。如图7中的组件的虚线所示，LED驱动器560可以交替地集成在光学感测模块766内。并且，光学感测模块766的LED 542、LED驱动器760和光电二极管744可以集成在测光前端752内。
测光前端752的操作有利于刺激一个或更多个LED 742发光并测量(感测)由分别产生并输出模拟光强度信号762的两个或多个光电二极管744接收的从用户皮肤返回的发射光的任何反射。测量的光强度信号762可以由模拟信号处理器754分析和/或由测光前端752的数字信号处理器756和/或模拟-数字转换器758数字化。经由I/O电路764促进应用处理器750、测光前端752和光学感测模块之间的控制和/或数据通信。测光前端752可以输出到应用处理器750和/或在数据存储设备728中存储与由光电二极管744产生的模拟光强度信号762相对应的数字或数字化形式的两个或更多个PPG信号770。
一个或更多个LED(例如，发射器)742输出可见光和/或非可见光，并且两个或多个光电二极管(光学传感器)744各自接收可见光和/或非可见光的反射，并基于接收的反射光的电磁辐射的强度产生模拟光强度信号762。在实施例中，一个或更多个LED 742可以包括将光发射到抵靠一个或更多个LED 742或位于其附近的用户皮肤中的绿色LED、红色LED和/或红外LED的任何组合。两个或更多个光电二极管744接收由LED 742发射到用户皮肤中的可见光和/或红外(IR)光的反射，并基于接收的所发射的光从抵靠两个或更多个光电二极管或位于其附近的用户皮肤的反射来产生光强度信号762。由两个或更多个光电二极管744产生的光强度信号762可以是模拟形式，并且传送到测光前端752，用于信号处理和数字化。测光前端752可以包括用于由模拟-数字转换器产生的光强度信号762的滤波器，以将光强度信号762数字化为数字PPG信号770，该数字PPG信号770包括与用户的心跳相关联的心脏周期信号分量。
通常，一个或更多个LED 742定位为抵靠用户的皮肤或在其附近，并将光发射到用户的皮肤中。两个或更多个光电二极管744位于一个或更多个LED 742附近，以接收两个或更多个LED 742发射的光在从用户皮肤反射之后的反射光。测光前端752可以基于由各光电二极管744基于在通过LED 742发射之后从用户皮肤反射的光的强度产生和输出的相应模拟光强度信号762，输出两个或更多个数字PPG信号770。
由于在心脏周期期间在抵靠或邻近光电二极管744的位置处组织血液灌注的变化，测量的光的强度可由心脏周期调制(modulate)。在用户活动环境中，通过光电二极管744接收(感测)的光反射的强度可能受到各种因素的影响，包括但不限于，固有的“噪声”特性静态和/或可变环境光强度、测量位置处的身体运动，皮肤上的静态和/或可变的传感器压力、健身监测器701在测量位置处相对于身体的运动、呼吸和/或光屏障(包括头发、不透明的皮肤层、汗液等)。相对于这些来源，PPG信号770的心脏周期分量可能非常弱，通常弱一个或更多个数量级。
位置确定组件704可以是被配置为提供健身监测器701的地理位置信息的GPS接收机。位置确定组件可以是例如GPS接收机，诸如在各种产品中提供的那些。一般来说，GPS是能够确定连续的位置、速度、时间和方向信息的基于卫星的无线电导航系统。多个用户可以同时利用GPS。GPS包含了多个环绕地球轨道的GPS卫星。基于这些轨道，GPS卫星可以将它们的位置中继到GPS接收机。例如，在接收到来自GPS卫星的例如为无线电信号的GPS信号时，这里公开的健身监测器701可以确定该卫星的位置。健身监测器701可以继续扫描GPS信号，直到它已经获取了数个(例如至少三个)不同GPS卫星信号为止。健身监测器701可以采用几何三角测量，例如，其中手表利用已知的GPS卫星位置以确定健身监测器701相对于GPS卫星的位置。对于健身监测器701，地理位置信息和/或速度信息可以例如连续地实时更新。
在实施例中，惯性传感器708可以包括被定位为确定健身监测器701的加速度和运动方向的一个或更多个加速度计。加速度计可确定X轴、Y轴和Z轴上的加速度大小，以测量健身监测器701在各相应方向(或平面)上的加速度和运动方向。本领域普通技术人员将理解，通过用已知方法组合X轴、Y轴和Z轴加速度计的输出，可以建立描述健身监测器701通过三维空间的运动的三维矢量。惯性传感器508的单轴和多轴模型能够检测作为矢量的加速度的大小和方向，并且可以用于感测用户的方位和/或坐标加速度。
光电二极管744、位置确定组件704和惯性传感器508可以统称为健身监测器701的“传感器”。还应当理解，附加的位置确定组件704和/或惯性传感器708可以操作地耦合到健身监测器701。在实施例中，健身监测器701还可以包括或耦合到与用户界面模块702结合并用于接收来自用户的语音输入的麦克风，同时健身监测器701确定并监测用户的生理特性和信息。
通信模块706可以独立地或通过使用I/O电路718经由任何合适的有线或无线通信协议与计算设备744和/或服务器设备722通信。有线或无线网络724可以包括无线电话网络(例如，GSM、CDMA、LTE等)、电气和电子工程师协会(IEEE)的一个或更多个标准(诸如802.11或802.16(Wi-Max)标准)、Wi-Fi Alliance颁布的Wi-Fi标准、Bluetooth SpecialInterest Group颁布的Bluetooth标准和近场通信标准(例如，ISO/IEC 18092，由NFC论坛提供的标准等)等。也可以考虑有线通信，诸如通过通用串行总线(USB)、以太网和串行连接等。
通信模块706通常允许用户向健身监测器701上传数据、从健身监测器701下载数据或调整健身监测器701的设定。通信模块706可以是有线或无线的，并且可以包括天线、信号或数据接收电路以及信号或数据传送电路。通信模块706可以传送和接收射频(RF)信号和/或数据，并且可以利用诸如ANT、ANT+、BluetoothTM低能量(BLE)或近场通信(NFC)等的通信标准进行操作。在各种实施例中，通信模块706可以通过使用2.4千兆赫(GHz)的工业、科学和医学(ISM)频带传送和接收数据。并且，在一些实施例中，通信模块706可以与连接到台式机、膝上型计算机、笔记本电脑或平板计算机或其它电子设备的USB端口的无线电子狗通信。示例性通信模块706包括来自Nordic Semiconductor of Trondheim,Norway的nRF51922RF集成电路(IC)。
健身监测器701可以被配置为经由一个或更多个网络724与蜂窝提供商和因特网提供商通信，以分别接收移动电话服务和各种内容。内容可以表示各种不同的内容，其例子包括但不限于：地图数据，可以包括路线信息；网页；服务；音乐；照片；视频；电子邮件服务；即时消息；设备驱动程序；实时和/或历史天气数据；指示更新等等。
健身监测器701的用户界面702可以包括呈现在健身监测器701的触摸屏显示设备746上的“软”键盘、经由有线或无线连接(例如，蓝牙键盘)通信的外部硬件键盘和/或外部鼠标、或者任何其它合适的用户输入设备或组件。如前所述，用户界面702还可以包括能够接收来自车辆操作员的语音输入的麦克风以及具有触摸输入的显示设备746，或者与能够接收来自车辆操作员的语音输入的麦克风以及具有触摸输入的显示设备746通信。
关于控制器710，应当理解，控制器510可以包括多个微处理器714、多个RAM 716和多个程序存储器712。控制器710可以将RAM716和程序存储器712实现为例如半导体存储器、磁性可读存储器和/或光学可读存储器。除了其它软件应用以外，一个或更多个处理器714可被适配和配置为执行多个软件应用730中的任何一个和/或驻留在程序存储器712中的多个软件例程734中的任何一个。多个应用730中的一个可以是客户端应用732，该客户端应用732可以实现为一系列机器可读指令，用于执行与实现性能监控系统相关联的各种功能，以及在健身监测器701处接收信息、显示关于健身监测器701的信息和/或从健身监测器701传送信息。客户机应用732可以起到实现系统的作用，其中，前端组件如上面描述的那样与后端组件通信和协作。客户端应用732可以包括用于实现用户界面702的机器可读指令，以允许用户向健身监测器701输入命令并从健身监测器701接收信息。多个应用730中的一个可以是本地网络浏览器736，诸如可实现为用于接收、解释和显示来自服务器设备722或其它后端组件的网页信息同时还从健身监测器701接收输入的一系列机器可读指令的Apple的Google AndroidTM移动网络浏览器、Microsoft InternetforMobile、Opera MobileTM。多个应用730的另一个应用可以包括嵌入式网络浏览器732，该嵌入式网络浏览器732可以实现为用于接收、解释和显示来自服务器设备722或客户机应用732内的其它后端组件的网页信息的一系列机器可读指令。
客户机应用730或例程734可以包括用于确定与健身监测器701的非理想操作特性相关联的参考值的一个或更多个过程。即，在健身监测器的空闲状态期间，基于发射器的参考值的分析和确定响应于零光脉冲输出光学感测模块766的值。客户机应用730或例程734还可以包括确定与用户的加速度、方向和运动相关的健身监测器701的加速度和运动方向的加速度计例程738。加速度计例程738可以接收和处理来自惯性传感器708的数据，以确定描述用户的运动的一个或更多个矢量，以便与客户机应用732一起使用。在惯性传感器708包括具有X轴、Y轴和Z轴加速度计的加速度计的一些实施例中，加速度计例程738可以组合来自各加速度计的数据，以建立通过三维空间描述用户运动的向量。在一些实施例中，加速度计例程738可以使用与少于三个轴有关的数据。客户机应用730或例程734还可以包括速度例程740，该速度例程740与位置确定组件704协调，以确定或获得速度和方向信息，以便与多个应用程序(诸如客户机应用732)中的一个或更多个一起使用或与其它例程一起使用。用户还可以启动或实例化任何其它合适的用户界面应用(例如，本地网络浏览器736，或者多个软件应用730中的任何其它一个)以访问服务器设备722以实现监测过程。另外，用户可以从健身监测器701启动客户机应用732，以访问服务器设备722以实现监测过程。
在由健身监测器701的传感器收集或确定数据之后，可以利用先前确定的参考值以调整用于确定由健身监测器701监测的一个或更多个生理特性的PPG信号770。健身监测器701还可以实现时间、频率、预和后调节(conditioning)、以及时变滤波技术。一旦评估了调整的程度，处理器就可以确定并利用处理的PPG信号以确定生理特性，例如血压或压力。健身监测器701还可以传送与用户心脏成分相关联的信息。例如，可以将传送的信息发送到能够分析数据的远程服务器722。
在健身监测器701是瘦客户机设备的实施例中，服务器设备722可以远程执行可以否则由健身监测器701执行的一个或更多个处理功能。在这种实施例中，服务器设备722可以包括能够接收由传感器收集的用户信息的数个软件应用，以用于确定用户的生理特性，诸如血压。例如，健身监测器701的处理器714可以如这里所述从两个或更多个光电二极管744和/或测光前端752收集PPG信号并且从数据存储器728收集信息，但是作为在本地使用所述信息的替代，健身监测器701可以向服务器设备722发送信息以供远程处理。服务器设备722可以如这里所述执行信息的分析以确定用户的生理特性，诸如血压。
公开的技术可以在诸如手表、移动电话、手持便携式计算机、平板计算机、个人数字助理、多媒体设备、媒体播放器、游戏设备及其任何组合的可穿戴设备中实现。例如，可穿戴设备可以包括壳体，该壳体包括被配置为在健身和/或体育活动期间使用的处理器。图8A和8B示出根据这里描述的一个或更多个方面的监控系统的可穿戴监测设备的一个示例实施例的视图。可穿戴设备可以以各种方式被配置以确定和提供健身信息，包括用户的一个或更多个生理特性，诸如血压，以及健身功能(例如，采取的步骤、跑步里程等)。可穿戴监测设备800包括壳体802，该壳体802被配置为容纳(例如，基本上封闭)监测系统的各种组件。壳体802可以由诸如例如塑料、尼龙、金属或其组合的轻质且抗冲击的材料形成。壳体802的部分可以由诸如非金属材料的非导电材料形成。壳体802可以包括一个或更多个垫圈，例如密封件，以使其基本上防水或耐水。壳体802可以包括用于电池和/或用于为可穿戴监测设备800的一个或更多个组件供电的另一电源的位置。壳体802可以是单个件，或者可以包括多个部分。在一些实施例中，壳体802可以由诸如金属的导电材料或半导电材料形成。
可穿戴监测设备800还包括图8B所示的光学感测模块810，该光学感测模块810包括可见光和/或非可见光的一个或更多个光发射器(例如，LED)以及被定位为接收可见光和/或非可见光并且基于接收光的强度产生模拟光强度信号762(PPG信号770)的一个或更多个光学传感器(光电二极管)。壳体802的后表面可以包括被定位为分开横向距离的一个或更多个LED以及两个或更多个光学传感器，使得通过一个或更多个LED发射的光的反射可以通过被定位为在穿戴可穿戴监测设备800的手腕处抵靠或邻接用户皮肤的两个或更多个光学传感器被接收(感测)。
可穿戴监测设备800包括显示设备804。显示设备804可以包括液晶显示器(LCD)、薄膜晶体管(TFT)、发光二极管(LED)、发光聚合物(LEP)和/或聚合物发光二极管(PLED)。显示设备804可以显示文本和/或图形信息。显示设备804可以是背光的，使得可以在黑暗或其它低光环境下观看它。显示设备804的一个示例性实施例是包括亮白色发光二极管(LED)背光的100像素×64像素胶片补偿超扭曲向列显示器(FSTN)。显示设备804可以包括覆盖和/或保护可穿戴监测设备800的组件的透明透镜。显示设备804可以设置有触摸屏以接收来自用户的输入(例如，数据、命令等)。例如，用户可以通过触摸触摸屏和/或通过在屏幕上执行手势来操作可穿戴监测设备800。在一些实施例中，触摸屏可以是电容式触摸屏、电阻式触摸屏、红外触摸屏及其组合等。可穿戴监测设备800还可以包括一个或更多个输入/输出(I/O)设备(例如，键盘、按钮、无线输入设备、拇指轮输入设备、轨迹输入设备等)。I/O设备可以包括一个或更多个音频I/O设备，诸如麦克风和扬声器等。
根据本公开的一个或更多个实施例，可穿戴监测设备800包括用户界面，该用户界面通常允许用户选择在显示器上呈现哪些信息，并且可以包括一个或更多个控制按钮806，或者触摸区域，诸如触摸屏。例如，用户可以通过按下按钮以通过多个数据画面循环来激活用户界面，其中，各数据画面可以包括信息项，诸如上面列出的那些。用户界面可以任意地位于壳体上、显示器上或腕带上。如图8A所示，四个控制按钮806与例如相邻的壳体802相关联。虽然图8A示出与壳体802相关联的四个控制按钮806，但是应当理解，可穿戴监测设备800可以包括更多或更少的控制按钮806。各控制按钮806被配置为一般地控制可穿戴监控设备800的功能。移动电子设备800的功能可以与位置确定组件和/或性能监测组件相关联。
可穿戴监测设备800的功能可以包括但不限于显示可穿戴监测设备800的当前地理位置、在显示器804上映射位置、定位期望位置并在显示器804上显示期望位置、以及基于包括但不限于用户的血压、水合状态、心脏周期信号、心跳信号、心率信号或心率信号的变异性的用户脉搏波(PTT和/或PWV)呈现生理特性信息。用户输入可由壳体802的移动提供，例如，惯性传感器(例如，加速度计)可用于识别壳体802的垂直、水平和/或角运动。另外，或可选地，用户输入可由通过使用诸如电阻式触摸或电容式触摸接口的各种触摸感测技术识别的触摸输入提供。
可穿戴监测设备800包括带子808，该带子808使得一个或更多个LED以及一个或更多个光电二极管能够安全地放置在用户的皮肤上。带子808与壳体802相关联，例如与其耦合和/或集成，并且可以通过将固定元件附着到相应的连接元件被可移除地固定到壳体802上。固定元件和/或连接元件的一些例子包括但不限于钩、闩、夹子和卡子等。带子808可由轻质且有弹性的热塑性弹性体和/或织物制成，例如，使得带子808可在将健身监测器固定到用户的同时环绕用户的一部分而不会不适。带子808可以被配置为附着到用户的各个部位，诸如用户的腿、腰、手腕、前臂和/或上臂。
在一些实施例中，监测系统的一个或更多个光学传感器(光电二极管)可以包含于带子中，并且/或者一个或更多个光学传感器(光电二极管)可以包含于可穿戴监测设备的壳体中，使得一些光学传感器(光电二极管)可以包含于带子中并且/或者远离壳体。将一个或两个光学传感器置于带子内以便与用户的手腕抵靠或相邻(与顶面相对的壳体表面通常包括显示装置)可以在分开处理器已知的距离的两个位置处提供用于充分地检测脉搏波的位置。无论被选择为将可穿戴监测设备800附着到用户的肢体是哪个，处理器都可以基于PTT和/或PWV、至少部分基于在使得能够检测脉搏波的位置处被定位为抵靠或邻近用户皮肤的两个或更多个光电二极管的已知位置或它们之间的横向距离，确定用户的一个或更多个生理特性(例如，血压、压力等)。
在实施例中，处理器可实现去除存在于PPG信号的运动伪像的技术。由于两个或多个光学传感器可以刚性地相互附着(例如，集成在可穿戴监测设备的壳体内)，因此预期光学传感器都将经历相似的(如果不相同)运动伪像。由于运动伪像可以在(稍微)不同的时间由两个光学传感器感测，因此处理器可以从另一个PPG信号中减去一个PPG信号以去除运动伪像。图9示出包括差分信号902(类似于图6B的差分信号606)的曲线900，该差分信号902具有各心跳的不同的峰值和滤波信号904，这消除被视为差分信号902中的缓慢上升和下降的缓慢DC偏移。差分信号902是从通过第二光学传感器(相对于第一光学传感器，位置更远离用户心脏)提供的第二PPG信号减去通过第一光学传感器(位置更靠近用户心脏)提供的第一PPG信号的结果。滤波的信号904示出经过了“高通”滤波器的滤波的差分信号902。高通滤波器可用于去除用户的呼吸。因此，处理器可以计算来自各光学传感器的信号之间的算术差值，并且，剩余的基本信号应当在噪声信号条件下具有可检测的脉搏信号。
显示设备804可由可穿戴监测设备的壳体包含、或者远离可穿戴监测设备并且包括在移动无线通信设备中(通过使用收发器与处理器无线耦合)。如图9A～9D所示，显示设备804通常呈现与用户的生理特性和/或活动相关的信息。例如，图10A中的显示设备804可以呈现通过使用指示器“BP”1022指示的用户的血压1020(收缩/舒张)。在图10B中，显示装置804显示通过使用活动指示器1034指示的用户的活动(例如，溜冰、滑雪、划船、骑自行车、步行、慢跑、跑步、有氧运动或任何其它身体活动)和通过指示器“HR”1032指示的心率1030(心跳/分钟)。在图10C中，显示设备804显示通过指示器“HS”1042指示的用户的水合状态1040。在图10D中，显示设备804显示通过使用指示器“MR”1052指示的用户的监测速率1050(周期、频率)。
另外，处理器可以以直观的方式控制生理特性信息的呈现。例如，处理器可以确定(并且在存储器中存储)用户的收缩血压和舒张压的简单平均值或平均动脉压(MAP)，并且控制显示设备(在可穿戴监测设备或远程智能电话的壳体内)以在一个或更多个时间段中呈现该信息，以帮助用户跟踪确定的血压随时间的变化趋势。在图11A(每日血压测量)、图11B(每周血压测量)和图11C(每月血压测量)中，示出远离可穿戴监测设备显示的用户的生理特性信息的一些例子。图11A描绘由处理器控制以呈现包括与一天的生理特性相关联的数据的用户界面1110的显示设备804。图11B描绘由处理器控制以呈现包括与一周的生理特性相关联的数据的用户界面1120的显示设备804。图11C描绘由处理器控制以呈现包括与一个月的生理特性相关联的数据的用户界面1130的显示设备804。
应当理解，在腕戴式可穿戴监测设备上进行连续血压测量最终有许多用途。例如，高血压前期、高血压、水合状态、压力水平、健身指标以及呈现高血压或低血压的各种健康/医疗状况可以通过这里描述的可穿戴监测系统来识别。例如，处理器可以使用确定的PWV(和/或PTT)和确定的心率(通过计数在一段时间内感测的心跳数)以确定用户的水化状态。
另外，可穿戴监测系统与用户的安全舒适的附着确保了高水平体育活动期间的精确测量。并且，光学传感器的非描述性测量方面提供用户基本上无法检测到的测量周期，这在睡眠期间和/或可能需要高度集中时(例如在工作时)，使得用户较少分心。
这里描述的系统、方法和技术的应用和益处不仅仅限于上述的例子。通过使用这里描述的系统、方法和技术，许多其它应用和益处是可能的。因此，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对这里描述和说明的技术和结构提出许多修改和变化。因此，应当理解，这里描述的方法和装置仅是说明性的，并不限制本发明的范围。
还应当理解，除非在本专利中通过使用“如这里所用的，术语“______”在里被定义为意味着…”或类似的句子明确定义术语，否则，不意图超出其明示或普通含义地限制该术语的含义，无论是明示还是暗示，并且，这种术语不应被解释为基于在本专利的任何部分(权利要求的语言以外)中所作的任何陈述而受到限制。就以与单一意思一致的方式在本专利中提到在本专利的末尾处的权利要求中记载的任何术语而言，这仅是为了清楚起见而不使读者混淆，并且不打算通过暗示或其它方式将这种权利要求术语限于该单一意思。另外，除非在不记载任何结构的情况下通过记载词语“手段”和功能限定权利要求要素，否则任何权利要求要素的范围都不打算基于35U.S.C.§112(f)和/或pre-AIA 35U.S.C.§112第六段的应用来解释。
并且，虽然前文阐述了许多不同的实施例的详细描述，但应当理解，专利的范围是由在本专利的末尾阐述的权利要求的词语限定的。详细描述仅被解释为示例性的，并且不描述每一个可能的实施例，原因是，描述每一个可能的实施例将是不切实际的(如果不是不可能的)。可以通过使用任意现有技术或在本专利申请日期之后开发的技术实现大量的替代性实施例，这些替代性实施例仍然落在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种可穿戴监测设备，能够附着到用户的肢体并且确定用户的生理特性，所述设备包括：
容纳第一光电二极管和第二光电二极管、至少一个发光二极管(LED)以及处理器的壳体；
所述至少一个LED被配置为将光输出到用户的肢体中；
第一光电二极管被定位为接近所述至少一个LED，第一光电二极管被配置为基于来自用户肢体的光的反射检测用户的脉搏波并且产生第一光容积描记图(PPG)信号；
第二光电二极管接近所述至少一个LED并且在壳体内与第一光电二极管分开横向距离，第二光电二极管被配置为基于来自用户肢体的光的反射检测用户的脉搏波并且产生第二PPG信号；和
耦合到第一和第二光电二极管的处理器，所述处理器被配置为：
接收第一和第二PPG信号；
基于产生的第一和第二PPG信号确定用户的脉搏传导时间；以及
基于计算的脉搏传导时间以及第一和第二光电二极管之间的横向距离计算用户的生理特性；并且
其中，当所述设备附着到用户的肢体时，第二光电二极管在第一光电二极管之后检测脉搏波。
2.根据权利要求1所述的可穿戴监测设备，其中，生理特性是用户的收缩压、舒张压、平均动脉压和/或水合状态。
3.根据权利要求1所述的可穿戴监测设备，还包括由壳体容纳的显示器，所述显示器耦合到所述处理器并且能够显示计算的用户的生理特性。
4.根据权利要求3所述的可穿戴监测设备，还包括远离壳体的远程显示器，所述远程显示器耦合到所述处理器并且能够显示计算的用户的生理特性。
5.根据权利要求3所述的可穿戴监测设备，还包括：
耦合到所述处理器并且被配置为检测用户移动的加速度计，其中，计算的生理特性的显示格式基于检测到的用户移动。
6.根据权利要求1所述的可穿戴监测设备，还包括：
耦合到所述处理器并且被配置为检测用户移动的加速度计，其中，用于计算用户的生理特性的操作模式基于检测的用户移动。
7.根据权利要求1所述的可穿戴监测设备，还包括能够将可穿戴移动设备附着到用户的肢体的紧固件。
8.根据权利要求1所述的可穿戴监测设备，其中，第一和第二光电二极管之间的横向距离为5～25毫米。
9.根据权利要求2所述的可穿戴监测设备，还包括：
存储于耦合到所述处理器的存储器设备上的数据，所述数据包括收缩压、舒张压和/或平均动脉压与脉搏传导时间和/或从脉搏传导时间导出的脉搏波速度之间的相关性。
10.根据权利要求2所述的可穿戴监测设备，还包括：
存储于耦合到所述处理器的存储器设备上的数据，所述数据包括水合状态与脉搏传导时间和/或从脉搏传导时间导出的脉搏波速度之间的相关性。
11.一种可穿戴监测设备,能够附着到用户的肢体并且确定用户的生理特性，所述设备包括：
当所述设备附着到用户的肢体时与第二光电二极管分开横向距离的第一光电二极管，所述横向距离在第一光电二极管与第二光电二极管之间沿用户的肢体的长轴延伸，
接近第一光电二极管和第二光电二极管并且被配置为输出光的至少一个发光二极管(LED)，所述光由第一和第二光电二极管接收；
第一光电二极管检测用户的脉搏波并且产生第一光容积描记图(PPG)信号；
第二光电二极管检测用户的脉搏波并且产生第二PPG信号；和
耦合到第一和第二光电二极管的处理器，所述处理器被配置为：
基于产生的第一和第二PPG信号以及第一和第二光电二极管之间的横向距离计算用户的生理特性。
12.根据权利要求11所述的可穿戴监测设备，其中，生理特性包括用户的收缩压、舒张压、平均动脉压和/或水合状态。
13.根据权利要求11所述的可穿戴监测设备，还包括容纳所述处理器以及第一和第二光电二极管中的至少一个的壳体。
14.根据权利要求13所述的可穿戴监测设备，还包括由壳体容纳的显示器，所述显示器耦合到所述处理器并且能够显示计算的用户的生理特性。
15.根据权利要求13所述的可穿戴监测设备，还包括远离壳体并且能够显示计算的用户的生理特性的远程显示器。
16.根据权利要求11所述的可穿戴监测设备，还包括：
容纳所述处理器以及第一和第二光电二极管中的至少一个的壳体；
由壳体容纳的显示器，所述显示器耦合到所述处理器并且能够显示计算的用户的生理特性；和
耦合到所述处理器的加速度计，其中，计算的生理特性的显示格式基于通过加速度计检测的用户移动。
17.根据权利要求11所述的可穿戴监测设备，还包括：
容纳所述处理器以及第一和第二光电二极管中的至少一个的壳体；
由壳体容纳的显示器，所述显示器耦合到所述处理器并且能够显示计算的用户的生理特性；和
耦合到所述处理器的加速度计，其中，用于计算生理特性的操作模式基于通过加速度计检测的用户移动。
18.一种可穿戴监测设备，能够附着到用户的肢体并且确定用户的血压，所述设备包括：
当所述设备附着到用户的肢体时，与第二光电二极管分开横向距离的第一光电二极管，所述横向距离在第一光电二极管与第二光电二极管之间沿用户的肢体的长轴延伸；
接近第一光电二极管和第二光电二极管并且被配置为输出光的至少一个发光二极管(LED)，所述光由第一和第二光电二极管接收；
第一光电二极管检测用户的脉搏波并且产生第一信号；
第二光电二极管检测用户的脉搏波并且产生第二信号；
用于基于产生的第一和第二信号以及第一和第二光电二极管之间的横向距离计算用户的血压的处理装置；和
耦合到用于计算用户的血压的处理装置并且显示计算的血压的显示器。
19.根据权利要求18所述的可穿戴监测设备，其中，用于计算用户的血压的处理装置包括耦合到第一和第二光电二极管并且被配置为基于产生的第一和第二信号计算用户的脉搏传导时间的处理器。
20.根据权利要求19所述的可穿戴监测设备，还包括：
存储于存储器设备上的数据，所述存储器设备耦合到用于计算用户的血压的处理装置，所述数据包括收缩压、舒张压和/或平均动脉压与脉搏传导时间和/或从脉搏传导时间导出的脉搏波速度之间的相关性。
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