CN110934575B - 用于估计生物信息的设备 - Google Patents

Abstract

公开一种用于估计生物信息的设备。所述用于估计信息的设备包括：传感器部，包括被配置为当对象接触传感器部的接触面时检测脉搏波信号的脉搏波传感器阵列和被配置为检测由对象施加到接触面的第一接触负载的负载传感器；以及处理器，被配置为：基于脉搏波信号获得接触面的接触负载分布，基于接触负载分布估计生物信息。

Description

用于估计生物信息的设备

本申请要求于2018年9月21日提交到韩国知识产权局的第10-2018-0114185号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过整体引用包含于此。

技术领域

以下描述涉及一种用于以非侵入方式估计生物信息的设备和方法。

背景技术

作为以不会对人体造成损害和引起疼痛的非侵入方式测量血压的方法，存在用于使用袖带压力测量来测量血压的基于袖带的测量方法和用于在没有袖带的情况下使用脉搏波测量来估计血压的无袖带测量方法。

作为用于测量血压的基于袖带的测量方法，存在科罗特科夫音法(Korotkoff-Sound method)和示波法(Oscillometric method)，其中，科罗特科夫音法通过将袖带缠绕在上臂并在袖带的充气(inflation)和放气(deflation)期间通过听诊器来听血管的声音来测量血压，示波法通过将袖带缠绕在上臂，在使用自动装置对袖带充气然后逐渐放气的同时连续测量袖带压力，并且基于最大压力信号变化的点来测量血压。

作为用于测量血压的无袖带测量方法，存在通过计算脉搏传导时间(PTT)来估计血压的方法和通过分析脉搏波形来估计血压的脉搏波分析(PWA)方法。

发明内容

根据实施例的一个方面，提供一种用于估计生物信息的设备，所述设备包括传感器部和处理器。传感器部可包括：脉搏波传感器阵列，被配置为当对象接触传感器部的接触面时检测脉搏波信号；以及负载传感器，被配置为检测由对象施加到接触面的第一接触负载。处理器可被配置为：基于脉搏波信号获得接触面的接触负载分布，基于接触负载分布和第一接触负载获得接触面的每个位置处的第二接触负载，并且基于第二接触负载和脉搏波信号估计生物信息。

脉搏波传感器阵列可包括：光源阵列，被配置为将光发射到对象上；以及检测器阵列，被配置为检测从对象反射或散射的光。

传感器部还可包括基底，其中，通过使用引线键合、倒装芯片键合和微制造技术中的至少一种，脉搏波传感器阵列可以以预定图案形成在基底上。

光源阵列可通过引线键合和倒装芯片键合中的至少一种布置在基底上；检测器阵列可通过微制造技术被图案化在基底上。

传感器部还可包括：触摸传感器，设置在脉搏波传感器阵列上以被对象接触。

处理器还可被配置为从由脉搏波传感器阵列在接触面的每个位置处检测的脉搏波信号提取每个直流(DC)分量，并且基于提取的每个DC分量获得每个位置处的第一接触负载的相对大小。

处理器还可被配置为：响应于脉搏波信号未从接触面的特定位置检测到，对提取的每个DC分量执行插值，以估计接触面的特定位置处的DC分量。

处理器还可被配置为：通过将一值乘以每个位置处的接触负载的相对大小，获得每个位置处的第二接触负载，其中，通过将第一接触负载除以接触负载分布的总和而获得所述值。

处理器还可被配置为：基于感兴趣区域的第二接触负载和感兴趣区域的面积获得对象与传感器部之间的接触压力，并基于接触压力和脉搏波信号来估计生物信息。

处理器还可被配置为：基于以下项中的至少一个来设置感兴趣区域：对象的血管分布、脉搏波传感器阵列的布置、接触面的特定位置和接触面的每个位置处的第二接触负载。

处理器还可被配置为：获得表示每个测量时间的接触压力与脉搏波信号幅度的示波包络，并基于示波包络估计生物信息。

处理器还可被配置为：基于示波包络的特征值来估计生物信息，特征值可包括以下项中的一个或多个：最大幅度点的接触压力值、小于最大幅度点的接触压力值并具有与最大幅度点的接触压力值的第一预定比例的第一接触压力值和大于最大幅度点的接触压力值并具有与最大幅度点的接触压力值的第二预定比例的第二接触压力值。

所述设备还可包括输出接口，输出接口响应于对估计生物信息的请求，输出关于对象与传感器部之间的接触压力的引导信息。

处理器还可被配置为：基于感兴趣区域的第二接触负载和感兴趣区域的面积获得感兴趣区域的接触压力，并基于接触压力来确定对象与传感器部之间的接触状态。

生物信息可包括血压、血管年龄、动脉僵硬度、主动脉压波形、血管顺应性、应力指数、疲劳度、皮肤弹性和皮肤年龄中的一个或多个。

根据另一实施例的一个方面，提供一种估计生物信息的方法，所述方法包括：当对象接触传感器的接触面时检测脉搏波信号；检测由对象施加到接触面的第一接触负载；基于脉搏波信号获得接触面的接触负载分布；基于接触负载分布和第一接触负载，获得接触面的每个位置处的第二接触负载；以及基于第二接触负载和脉搏波信号来估计生物信息。

获得接触负载分布的步骤可包括：从接触面的每个位置处的脉搏波信号提取每个直流(DC)分量；以及基于提取的每个DC分量获得每个位置处的第一接触负载的相对大小。

获得接触负载分布的步骤可包括：响应于脉搏波信号未从接触面的特定位置检测到，对提取的每个DC分量执行插值，以估计接触面的特定位置处的DC分量。

估计生物信息的步骤可包括：基于以下项中的至少一个来设置感兴趣区域：对象的血管分布、检测脉搏波信号的脉搏波传感器阵列的布置、传感器的接触面的特定位置以及接触面的每个位置处的第二接触负载。

估计生物信息的步骤还可包括：基于感兴趣区域的第二接触负载和感兴趣区域的面积获得对象与传感器之间的接触压力。

估计生物信息的步骤可包括：获得表示每个测量时间的接触压力与脉搏波信号幅度的示波包络，并基于示波包络估计生物信息。

根据另一实施例的一个方面，提供一种用于估计生物信息的设备，所述设备包括：传感器部，包括被配置为当对象接触传感器部的接触面时检测脉搏波信号的脉搏波传感器阵列和被配置为检测由对象施加到接触面的第一接触负载的负载传感器；存储器，被配置为存储基于从参考对象检测的参考脉搏波信号的校准模型；以及处理器，被配置为：从存储器获取校准模型；基于校准模型来校准由脉搏波传感器阵列检测的脉搏波信号；基于校准的脉搏波信号和第一接触负载获得接触面的每个位置处的第二接触负载；以及基于第二接触负载和校准的脉搏波信号来估计生物信息。

参考对象可包括由全反射材料制成并且具有平坦表面的反射面板。

处理器还可被配置为：生成用于将接触面的每个位置处的脉搏波传感器阵列的输出值之间的差校准为0的校准模型，并将校准模型存储在存储器中。

处理器还可被配置为：基于感兴趣区域的第二接触负载和感兴趣区域的面积获得接触压力，并基于接触压力和校准的脉搏波信号来估计生物信息。

对象可以是所述设备的用户，处理器还可被配置为：基于根据第二接触负载和校准的脉搏波信号估计生物信息的结果来确定是否执行附加校准，并将关于附加校准的引导信息提供给用户。

附图说明

通过参照附图描述特定的示例实施例，以上和/或其他方面将更加清楚，其中：

图1A和图1B是示出根据实施例的用于估计生物信息的设备的框图；

图2A、图2B和图2C是解释根据实施例的用于估计生物信息的设备的传感器部的结构的示图；

图3A和图3B是示出根据实施例的处理器的框图；

图4A、图4B、图4C、图4D和图4E是解释使用示波法估计生物信息的示例的示图；

图5是示出根据实施例的估计生物信息的方法的流程图；

图6是示出根据另一实施例的估计生物信息的方法的流程图；

图7是示出应用了用于估计生物信息的设备的可穿戴装置的示图；

图8是示出应用了用于估计生物信息的设备的智能装置的示图。

具体实施方式

下面参照附图更详细地描述示例实施例。

在以下的描述中，即使在不同的附图中，相同的附图参考标号也用于相同的元件。提供在说明书中限定的内容(诸如，详细的构造和元件)，以帮助对示例实施例的全面理解。然而，清楚的是，可在没有这些具体限定的内容的情况下实践示例实施例。此外，由于公知的功能或结构会以不必要的细节模糊描述，所以不对它们进行详细描述。

将理解，尽管可在此使用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。除非另有清楚地阐明，否则对单数的任何引用可包括复数。另外，除非明确地相反描述，否则诸如“包含”或“包括”的表述将被理解为暗示包括阐述的元件但不排除任何其他元件。此外，诸如“部”或“模块”等的术语应被理解为执行至少一个功能或操作的单元，并且该单元可被实现为硬件、软件或它们的组合。

当诸如“……中的至少一个”的表述在一列元素之后时，该表述修饰整列元素，而不修饰列中的单个元素。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应理解为包括：仅有a、仅有b、仅有c、a和b二者、a和c二者、b和c二者、所有的a，b和c，或者上述示例的任何变化。

在下文中，将参照附图详细描述用于估计生物信息的设备和方法的实施例。以下将描述的用于估计生物信息的设备的各种实施例可嵌入各种装置(诸如，便携式可穿戴装置、智能装置等)中。在这种情况下，各种装置的示例可包括但不限于各种类型的可穿戴装置(诸如，佩戴在手腕上的智能手表、智能带式可穿戴装置、耳机式可穿戴装置、发带式可穿戴装置等)、移动装置(诸如，智能电话、平板PC)等。

图1A和图1B是示出根据实施例的用于估计生物信息的设备的框图。图2A至图2C是解释根据实施例的用于估计生物信息的设备的传感器部的结构的示图。

参照图1A和图1B，用于估计生物信息的设备100a和100b包括传感器部110和处理器120。

传感器部110包括脉搏波传感器阵列以及负载传感器，其中，脉搏波传感器阵列被配置为响应于对象与接触面的接触而检测接触面的每个位置处的脉搏波信号，负载传感器被配置为检测由对象施加到接触面的第一接触负载。

参照图2A，传感器部110还可包括基底113。多个脉搏波传感器可以以预定图案布置在基底113上以形成脉搏波传感器阵列111。在传感器部110中，脉搏波传感器阵列111和负载传感器112可以以多层结构形成。参照2A的(1)，脉搏波传感器阵列111形成在基底113的顶部，负载传感器112可被设置在脉搏波传感器阵列111下方。参照图2A的(2)，传感器部110还可包括设置在基底113的顶部上并被配置为检测由对象进行的触摸的触摸传感器114。触摸传感器114可设置在脉搏波传感器阵列111上。触摸传感器114可以是电容式传感器或光学传感器，并且可包括指纹传感器。触摸传感器114可被设置在传感器部110的顶部，使得响应于对象的接触，触摸传感器114可将对象的接触区域的信息发送到处理器120。

脉搏波传感器阵列111包括：将光发射到对象上的光源111a的阵列和检测从对象散射或反射的光的检测器111b的阵列。在这种情况下，光源111a和检测器111b的对可形成脉搏波传感器。光源111a可包括一个或多个发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、荧光体等，但不限于此。此外，检测器111b可包括光电二极管、光电晶体管(PTr)、图像传感器(例如，CMOS或CIS图像传感器)等，但不限于此。

脉搏波传感器阵列111可以以各种图案布置在基底113上。参照图2B的(1)，脉搏波传感器阵列111包括以方形形状(例如，二维N×M矩阵，其中，N和M表示正整数)布置的多个脉搏波传感器。参照图2B的(2)，多个脉搏波传感器可以以十字形状布置。然而，脉搏波传感器阵列111的布置不限于此，脉搏波传感器阵列111可根据对象的特性以圆形形状、椭圆形形状或各种其他形状布置。包括在脉搏波传感器阵列111中的光源阵列可同时或顺序地被驱动。

包括在脉搏波传感器阵列111中的光源的阵列和检测器的阵列可通过各种方法形成在基底113上。

例如，参照图2C的(1)，光源(LED)的阵列和检测器(PD)的阵列可通过引线键合(wire bonding)或倒装芯片键合(flip-chip bonding)安装在基底113上。如图2C的(1)中所示，LED和PD可交替地设置在基底113上，并且LED和PD两者可从基底113突出。在另一示例中，参照图2C的(2)，光源(LED)的阵列可通过引线键合或倒装芯片键合安装在基底113上；检测器(PD)的阵列可通过微制造技术(microfabrication techniques)被图案化在基底113上。如图2C的(2)中所示，LED可从基底113突出，并且与被图案化在基底113上的PD交替设置。在这种情况下，基底113可以是硅基底，但不限于此。在另一示例中，参照2C的(3)，光源(LED)的阵列和检测器(PD)的阵列可通过微制造技术被图案化在基底113上。如图2C的(3)中所示，LED和PD可交替地设置在基底113上。在这种情况下，基底113可以是硅基底，但不限于此。参照图2C的(4)，每个光源可形成为发射不同波长(例如，红色R波长、绿色G波长和红外IR波长)的光的多个LED。

处理器120可电连接到传感器部110，并且可响应于对估计生物信息的请求来控制传感器部110。处理器120可接收由传感器部110检测的脉搏波信号和第一接触负载，并可基于接收的脉搏波信号和第一接触负载来估计生物信息。在这种情况下，生物信息可包括血压、血管年龄、动脉僵硬度、主动脉压波形、血管顺应性、应力指数、疲劳度、皮肤弹性和皮肤年龄中的一个或多个，但不限于此。

图3A和图3B是示出根据本公开的实施例的处理器的框图。图4A至图4E是解释使用示波法估计生物信息的示例的示图。下面将通过参照图1A至图4E描述处理器300a和300b的实施例。

参照图3A，根据本公开的实施例的处理器300a包括接触负载处理器310、特征值获得器320、估计器330、感兴趣区域设置器340和接触状态引导部350。

接触负载处理器310可通过使用由脉搏波传感器阵列111在接触面的每个位置处检测的脉搏波信号来获得传感器部110的接触面的接触负载分布。参照图4A，在用户如图4A的(1)中所示用手指接触传感器部110的接触面时，当手指以逐渐增大的力按压传感器部110的接触面以达到如图4A的(2)中所示的状态时，血液流出手指的接触部分，使得脉搏波信号的直流(DC)分量增大。通过基于这种特性获得接触面的每个位置处的接触负载的相对大小，接触负载处理器310可获得整个接触面的接触负载分布。在示例性实施例中，位置(x₁,y₁)处的接触负载的相对大小可与位置(x₁,y₁)处的接触负载除以包括位置(x₁,y₁)的整个区域的接触负载分布的结果成比例。

例如，接触负载处理器310可提取接触面的每个位置处的脉搏波信号的DC分量。在这种情况下，接触负载处理器310可通过使每个脉搏波信号通过低通滤波器(LPF)来提取DC分量。接触负载处理器310可基于每个脉搏波信号的DC分量获得每个位置处的接触负载的相对大小。例如，接触负载处理器310可将每个位置处的提取的DC分量值本身或者通过将预定义的函数应用于DC分量值而计算的值，确定为接触负载的相对大小。

在获得接触负载分布(即，接触面的每个位置处的接触负载的相对大小)时，接触负载处理器310可基于每个位置处的接触负载的相对大小和由负载传感器112检测的第一接触负载来获得每个位置处的第二接触负载。

例如，接触负载处理器310可通过使用下面的等式1来获得接触面的每个位置处的第二接触负载。

[等式1]

这里，P(x,y)表示将要获得的接触面的位置(x,y)处的第二接触负载；P_r(x,y)表示由接触负载处理器310在接触面的位置(x,y)的处获得的接触负载的相对大小；K表示与由负载传感器112指示的第一接触负载对应的负载传感器112的输出值；∑Pr表示由接触负载处理器310获得的接触负载分布的总和(即，通过将接触面的全部位置处的接触负载的相对大小加在一起而获得的值)。

然而，如图2B的(2)中所示，接触负载处理器310可能由于脉搏波传感器阵列111的布置而在特定位置处(例如，在虚线指示的位置处)检测不到脉搏波信号。在这种情况下，接触负载处理器310可通过基于检测到的脉搏波信号的DC分量执行插值来估计尚未检测到脉搏波信号的位置处的DC分量。

在接触面的每个位置处获得第二接触负载时，接触负载处理器310可获得感兴趣区域的第二接触负载。例如，在一个位置被包括在感兴趣区域中的情况下，接触负载处理器310可获得该位置处的第二接触负载(即，实际接触负载)作为感兴趣区域的第二接触负载。可选地，在多个位置被包括在感兴趣区域中的情况下，接触负载处理器310可获得包括在感兴趣区域中的所有位置处的第二接触负载的预定统计值和使用预定义的函数计算的值中的至少一个，作为感兴趣区域的第二接触负载。第二接触负载的统计值可以是但不限于第二接触负载的总和、平均值、最大值、最小值、中值或其他统计值。

在获得感兴趣区域的第二接触负载时，接触负载处理器310可通过将第二接触负载除以感兴趣区域的面积来获得接触压力。由于每个脉搏波传感器的大小是已知的并且作为预定值存储在设备100a或100b中，所以感兴趣区域的面积可通过包括在感兴趣区域中的脉搏波传感器的数量来确定。

感兴趣区域设置器340可将接触面的多个位置中的至少一个设置为感兴趣区域。例如，感兴趣区域设置器340可将包括接触面的特定位置(例如，接触面的中心位置)的预定区域设置为感兴趣区域。在另一示例中，一旦在每个位置处检测到脉搏波信号，感兴趣区域设置器340可评估每个脉搏波信号的质量，并且可基于评估来设置感兴趣区域。在这种情况下，感兴趣区域设置器340可基于每个脉搏波信号的最大幅度值、最大幅度值与最小幅度值之间的差、平均幅度值、每个脉搏波信号的DC分量等来评估每个脉搏波信号的质量。然而，设置感兴趣区域的步骤不限于此，并且感兴趣区域设置器340可基于具有脉搏波信号的最大幅度值与最小幅度值之间的最大差的位置或者具有最大幅度值、平均幅度值、大于或等于阈值的DC分量值等的位置来设置感兴趣区域。此外，感兴趣区域设置器340可基于对象的血管分布、脉搏波传感器阵列的布置、接触面的特定位置和接触面的每个位置处的第二接触负载中的至少一个来设置感兴趣区域。

参照图4B，在手指的观察部分BV接触被设置为感兴趣区域R的脉搏波传感器L2和D2的位置时，当手指以逐渐增大的力按压脉搏波传感器L2和D2时，感兴趣区域R的第二接触负载可基于由感兴趣区域R的检测器D2检测到的脉搏波信号的DC分量来获得。此外，如图4B中所示，例如，光源L1和检测器D3可被驱动以检测观察部分BV的脉搏波信号，由检测器D3检测到的脉搏波信号可用于估计生物信息。为了便于解释，图4B示出存在接触观察部分BV的一个脉搏波传感器L2和D2的示例，但是脉搏波传感器的数量不限于此。

图4C在被标记为“PPG”的顶部示出从感兴趣区域检测到的脉搏波信号。在被标记为“感兴趣区域的接触负载”的图4C的中部，整个接触区域的平均接触负载的变化和感兴趣区域的接触负载的变化在时域中被示出。感兴趣区域可对应于整个接触区域中的某一点(x,y)，或对应于小于整个接触区域并位于整个接触区域内的区域。图4C在被标记为“负载分布”的底部示出在预定时间段期间接触面的接触负载分布的变化。当用户用对象(例如，用户的手指)按压接触面时，压力的量可根据对象的年龄、性别、特性等而变化，使得通过仅使用整个接触负载的平均值可能无法准确地测量接触压力。在一个实施例中，通过将对象的接触状态良好的区域设置为感兴趣区域，并且通过经由使用感兴趣区域的实际接触负载来获得接触压力，可不管接触状态如何而准确地估计生物信息。

一旦接触负载处理器310获得接触压力，特征值获得器320可基于脉搏波信号和接触压力来获得用于估计生物信息的特征值。例如，参照图4D和图4E，特征值获得器320可使用示波法来获得用于估计血压的特征值。

参照图4D，特征值获得器320可获得表示接触压力与脉搏波信号幅度的示波包络OW。特征值获得器320可通过在脉搏波信号的每个测量时间从波形包络in1的正(+)点的幅度值in2减去负(-)点的幅度值in3来提取峰到峰(peak-to-peak)点，并且可基于每个测量时间的峰到峰幅度和与峰到峰幅度相同的测量时间的接触压力值来获得示波包络OW，例如，通过基于与峰到峰幅度相同的测量时间的接触压力值绘制每个测量时间的峰到峰幅度来获得示波包络OW。在此，“测量时间”表示用于测量脉搏波信号的相邻的正(+)点与负(-)点的时间。

参照图4E，特征值获得器320可从获得的示波包络OW获得用于估计血压的特征值。特征值获得器320可获取最大峰值点的幅度值MA和接触压力值MP、位于最大峰值点的接触压力值MP的右侧和左侧并且与最大峰值点的幅度值MA的预定比例(例如，0.5至0.7)对应的接触压力值SP和DP等作为特征值。

此外，特征值获得器320可从由脉搏波传感器阵列111获得的所有脉搏波信号、感兴趣区域的脉搏波信号和感兴趣区域附近的区域的脉搏波信号中选择任何脉搏波信号。例如，在感兴趣区域中存在一个脉搏波信号的情况下，特征值获得器320可选择该脉搏波信号。可选地，特征值获得器320可基于脉搏波信号的质量从包括在感兴趣区域中的所有脉搏波信号或多个脉搏波信号之中选择任何脉搏波信号。

此外，特征值获得器320可选择所有脉搏波信号或多个脉搏波信号，并且可通过将所有脉搏波信号或多个脉搏波信号应用于预定义的组合模型来获得用于提取特征值的一个脉搏波信号。可选地，在光源L1和检测器D3被预先确定用于从如图4B中所示的观察部分BV检测脉搏波信号的情况下，特征值获得器320可选择由检测器D3检测到的脉搏波信号作为用于估计生物信息的脉搏波信号。此外，特征值获得器320可基于多个脉搏波信号和接触压力来获得每个示波包络OW，并且可通过将各种预定义函数应用于从每个示波包络OW提取的特征值来组合特征值。然而，脉搏波信号的选择不限于此。

估计器330可通过使用预定义的生物信息估计模型组合提取的特征值来估计生物信息。具体的讲，生物信息估计模型可被定义为各种线性或非线性组合函数(诸如，加法、减法、除法、乘法、对数值、回归方程等)，而没有具体限制。例如，下面的等式2表示简单的线性方程。

[等式2]

y＝ax+b

在此，y表示将要获得的生物信息估计值；x表示提取的特征值；a和b表示通过预处理获得的预先计算的值，并且可根据将要获得的生物信息的类型和用户特性而不同地定义。例如，估计器330可通过使用针对平均动脉压(MAP)、舒张压(DBP)和收缩压(SBP)中的每个定义的上面的等式2来独立地估计MAP、DBP和SBP。例如，估计器330可通过将提取的特征值MP、DP和SP输入到针对MAP、DBP和SBP中的每个定义的函数中来获得这些值。

在接收到对估计生物信息的请求时，接触状态引导部350可提供关于将由用户施加到传感器部110的参考接触压力的引导信息。例如，接触状态引导部350可生成包括在每个测量时间的参考接触压力值和/或在整个测量时间段期间的参考接触压力的变化曲线图的引导信息，并且可通过稍后将描述的输出接口输出生成的引导信息。引导信息可包括用于在用户用对象触摸传感器部110时用于诱导用户以逐渐增大的力按压传感器部110持续预定时间段的信息；或者包括用于当用户以大于或等于阈值的压力按压传感器部110时诱导用户以逐渐减小的力按压传感器部110的信息。

此外，一旦在每个测量时间由用户施加到传感器部110的实际接触压力被获得，接触状态引导部350可提供关于实际接触压力的引导信息，使得用户可识别参考接触压力与由用户实际施加的接触压力之间的差异。接触状态引导部350可生成示出参考接触压力的变化和实际接触压力的变化的曲线图，并且可通过输出接口输出生成的曲线图，使得用户可视觉地识别参考接触压力与实际接触压力之间的差异。

此外，接触状态引导部350可基于感兴趣区域的脉搏波信号来确定接触状态。响应于感兴趣区域的脉搏波信号的质量不满足预定标准，接触状态引导部350可确定接触状态不正常。例如，在感兴趣区域中的脉搏波信号的最大幅度值与最小幅度值之间的差小于或等于阈值的情况下，接触状态引导部350可确定接触状态不正常，并且可引导用户重新接触传感器部110。然而，接触状态的确定不限于此。

参照图3B，根据本公开的实施例的处理器300b包括接触负载处理器310、特征值获得器320、估计器330和校准器360。以上描述了接触负载处理器310、特征值获得器320和估计器330，使得将省略对它们的详细描述。

一旦用户接触第一对象的接触面，传感器部110可在接触面的每个位置处检测第一脉搏波信号。在这种情况下，第一对象可包括由全反射材料制成的反射面板。反射面板可具有平坦和均匀的表面，并且可被设置在传感器部110上，使得用户能够触摸反射面板的接触面。

校准器360可通过使用在接触面的每个位置处检测到的第一脉搏波信号来生成校准模型。例如，在由全反射材料制成的反射面板允许接触负载均匀地作用在传感器部110上的情况下，由脉搏波传感器阵列111的每个检测器输出的值应当彼此相等。然而，如果由每个检测器输出的值彼此不同，则估计生物信息的准确度可被降低。为了防止准确度的下降的发生，校准器360可生成用于将由每个检测器输出的值之间的差校准为0的校准模型。下面的等式3示出了校准模型的示例，但是校准模型不限于此。

[等式3]

F_ic＝αF_im+β

在此，F_im和F_ic各自表示由检测器i输出的值和校准后获得的值；α和β表示由校准器360确定的值。

一旦每个位置处的第二脉搏波信号从第二对象被检测到，校准器360可通过使用生成的校准模型来校准第二脉搏波信号。也就是说，校准器360可通过使用校准模型来校准由检测器在每个位置处检测的值。在这种情况下，第二对象可以是人体组织(诸如手指、手腕等)，但不限于此。

接触负载处理器310可基于校准的第二脉搏波信号的DC分量获得接触负载分布(即，每个位置处的接触负载的相对大小)。

如上所述，特征值获得器320和估计器330可使用获得的接触负载分布和校准的第二脉搏波信号来估计生物信息。

校准器360可在制造商的请求下在制造用于估计生物信息的设备100a和100b时第一次执行校准，并且可稍后响应于用户的请求执行校准。此外，校准器360可以以预定的校准间隔或者基于生物信息的估计结果确定是否需要进行校准。例如，校准器360可通过组合各种条件(诸如，估计的血压值落在预定参考范围之外的总次数、估计的血压值连续落在该范围之外的次数以及从参考血压的变化示出连续上升或下降趋势的情况)来确定是否执行校准。然而，对校准的确定不限于此。在确定需要校准时，校准器360可引导用户执行校准。

返回参照图1B，用于估计生物信息的设备100B还可包括输出接口130、存储器140和通信接口150。

输出接口130可输出由传感器部110和处理器120处理的结果。例如，输出接口130可通过使用显示模块视觉地输出估计的生物信息值和/或引导信息，或者可通过使用扬声器模块、触觉模块等通过语音、振动、触感等以非视觉方式输出信息。输出接口130可根据设置将显示区域划分为两个或更多个区域，其中，在该设置中，输出接口130可在第一区域中以各种形式的曲线图输出用于估计生物信息的脉搏波信号、接触力、接触区域等；并且可在第二区域中输出估计的生物信息值。在这种情况下，如果估计的生物信息值落在正常范围之外，则输出接口130可以以各种方式(诸如，以红色等突出显示异常值、将异常值与正常范围一起显示、输出语音警告消息、调节振动强度等)输出警告信息。

存储器140可存储传感器部110和处理器120的处理结果。此外，存储器140可存储估计生物信息所需的各种标准。例如，标准可包括用户特征信息(诸如，用户的年龄、性别、健康状况等)。此外，标准可包括各种类型的信息(诸如，生物信息估计模型、生物信息估计标准、参考接触压力、校准标准等)，但不限于此。

在这种情况下，存储器140可包括闪存型存储器、硬盘型存储器、多媒体卡微型存储器、卡型存储器(例如，SD存储器、XD存储器等)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘、光盘等的至少一种存储介质，但不限于此。

通信接口150可在处理器120的控制下通过使用有线或无线通信技术与外部装置170通信，并且可向外部装置170发送各种数据和从外部装置170接收各种数据。例如，通信接口150可将生物信息的估计结果发送给外部装置170，并且可从外部装置170接收估计生物信息所需的各种标准。在这种情况下，外部装置170的示例可包括袖带式血压测量装置和信息处理装置(诸如，智能电话、平板PC、台式计算机、膝上型计算机等)。

通信技术的示例可包括蓝牙通信、蓝牙低能耗(BLE)通信、近场通信(NFC)、WLAN通信、ZigBee通信、红外数据协会(IrDA)通信、Wi-Fi直连(WFD)通信、超宽带(UWB)通信、Ant+通信、WIFI通信、射频识别(RFID)通信、3G通信、4G通信、5G通信等。然而，这仅仅是示例性的而不意图是限制性的。

图5是示出根据本公开的实施例的估计生物信息的方法的流程图。图5的估计生物信息的方法可以是由用于估计生物信息的设备100a和100b执行的估计生物信息的方法的示例，下面将简要描述该方法以避免重复。

在操作511和操作512中，当对象接触传感器部时，用于估计生物信息的设备可检测脉搏波信号和由对象施加到传感器部的第一接触负载。一旦用户用用于估计生物信息的对象来接触接触面，用于估计生物信息的设备可提供关于将由对象施加到接触面的参考接触压力的引导信息。

然后，在操作513中，用于估计生物信息的设备可基于检测的脉搏波信号获得接触面的接触负载分布。例如，如上所述，用于估计生物信息的设备可提取在接触面的每个位置处检测的脉搏波信号的DC分量，并且可通过使用提取的DC分量值来获得每个位置处的接触负载的相对大小。在这种情况下，用于估计生物信息的设备可将在每个位置处的提取的DC分量值本身或者通过将预定义的函数应用于每个位置处的DC分量值而计算的值确定为接触面的每个位置处的接触负载的相对大小。

随后，在操作514中，用于估计生物信息的设备可基于在操作512中检测的第一接触负载和在操作513中获得的接触负载分布，获得在接触面的每个位置处的第二接触负载。在这种情况下，用于估计生物信息的设备可在接触面上设置感兴趣区域，并且可获得设置的感兴趣区域的第二接触负载。例如，用于估计生物信息的设备可基于接触面的中心位置来设置感兴趣区域。在这种情况下，用于估计生物信息的设备可与操作611(参见图6)中关于参考接触压力的引导信息一起引导用户将对象的观察部分(例如手指的指纹中心点)放置在感兴趣区域(例如，接触面的中心点)上。在另一示例中，手指的指纹中心点与接触面的接触位置可根据每个用户的手指的特性或每个用户的接触习惯而变化。通过考虑每个用户的特性，用于估计生物信息的设备可基于指纹中心点与接触面的接触位置来针对每个用户设置感兴趣区域。可选地，用于估计生物信息的设备可基于在接触面的每个位置处检测的脉搏波信号的质量将一个或多个位置设置为感兴趣区域。

接下来，在操作515中，用于估计生物信息的设备可通过使用接触面的每个位置处的第二接触负载和在操作511中检测的脉搏波信号来估计生物信息。例如，用于估计生物信息的设备可基于感兴趣区域的第二接触负载和感兴趣区域的面积获得接触压力，并且可基于接触压力和脉搏波信号通过使用示波法来估计血压。

然后，在操作516中，用于估计生物信息的设备可输出生物信息的估计结果。在这种情况下，用于估计生物信息的设备可使用各种输出装置(诸如，用于视觉输出的显示模块、用于语音输出的扬声器模块、用于通过振动、触感进行触觉输出的触觉模块等)来输出生物信息的估计结果。

图6是示出根据本公开的另一实施例的估计生物信息的方法的流程图。图6的估计生物信息的方法可以是由用于估计生物信息的设备100a和100b执行的估计生物信息的方法的示例，下面将简要描述该方法以避免重复。

在操作601中，当从用户接收到请求时，用于估计生物信息的设备可确定该请求是对校准的请求还是对估计生物信息的请求。用户可根据由用于估计生物信息的设备提供的关于校准的引导信息或者根据它们自己的确定来执行校准。响应于制造商的请求，可在制造用于估计生物信息的设备时第一次执行校准。

然后，当在操作601中确定用户的请求是对校准的请求时，在操作611中，用于估计生物信息的设备可在第一对象接触接触面的同时从第一对象检测第一脉搏波信号。在这种情况下，第一对象可以是允许将接触压力均匀地施加到接触面的反射面板。在请求校准并使第一对象与接触面接触时，用户可通过用手指等以逐渐增大的力按压第一对象来改变接触压力。在这种情况下，用于估计生物信息的设备可引导将要施加的持续预定时间段的参考接触压力的变化。脉搏波传感器阵列111的每个脉搏波传感器可用相同的波长和电流强度来驱动光源。

其后，在操作612中，用于估计生物信息的装置可基于检测的第一脉搏波信号生成校准模型。例如，当使用反射面板将接触压力均匀地施加到接触面的所有位置时，用于估计生物信息的设备可用相同的驱动电流驱动光源，并且可生成用于将由检测器在每个位置处输出的值校准到相等值的校准模型。生成的校准模型被存储在存储器中，并且可用于估计生物信息。

当在操作601中确定用户的请求是对估计生物信息的请求时，在操作621和操作622中，用于估计生物信息的设备可响应于第二对象的接触来检测第二脉搏波信号和第一接触负载。在这种情况下，第二对象可以是人的皮肤组织(诸如，手指或手腕)，并且当校准被执行时，每个脉搏波传感器的每个光源驱动电流可以是相同的光源驱动电流。

然后，当在接触面的每个位置处获得第二脉搏波信号时，用于估计生物信息的设备可在操作623中使用校准模型校准第二脉搏波信号，并且可在操作624中基于校准的第二脉搏波信号获得接触负载分布。

其后，用于估计生物信息的设备可在操作625中基于接触负载分布和在操作622中检测到的第一接触负载来获得每个位置处的第二接触负载，并且可在操作626中基于获得的第二接触负载和脉搏波信号来估计生物信息。在这种情况下，用于估计生物信息的设备可基于第二接触负载和感兴趣区域的面积来获得接触压力，并且可基于接触压力和脉搏波信号使用示波法来估计生物信息。

接下来，在操作627中，用于估计生物信息的设备可基于生物信息的估计结果来确定是否需要校准。例如，用于估计生物信息的设备可在以下情况下确定需要校准：估计的血压值落在预定正常范围之外、估计值落在正常范围之外的总次数超过阈值、估计的血压值连续落在该范围之外的次数大于或等于预定次数、估计的血压值与参考血压值之间的差大于或等于阈值、与参考血压相比估计的血压的变化示出连续的上升或下降趋势。然而，对校准的确定不限于以上情况。

然后，当在操作627中确定需要校准时，在操作628中，用于估计生物信息的设备可输出关于校准的引导信息(例如，用于诱导校准的信息、关于校准所需的过程的信息等)。当在操作627中确定不需要校准时，或者即使当需要校准时，在操作629中，用于估计生物信息的设备也可根据设置输出生物信息的估计结果。

图7是示出应用了用于估计生物信息的设备的各种实施例的可穿戴装置的示图。上述用于估计生物信息的设备的各种实施例可安装在佩戴在手腕上的智能手表或智能带式可穿戴装置中。然而，可穿戴装置仅是为了便于解释的示例，并且不应被解释为实施例的应用限于智能手表或智能带式可穿戴装置。

参照图7，可穿戴装置700包括主体710和带730。

带730可以是柔性的，并且可连接到主体710的两端以围绕用户的手腕弯曲，或者可以以允许带730从用户的手腕拆卸的方式弯曲。可选地，带730可形成为不可拆卸的带。在这种情况下，空气可被注入带730中，或者气囊可被包括在带730中，使得带730可具有根据施加到手腕的压力的变化的弹性，并且手腕的压力的变化可被传递到主体710。

向可穿戴装置700供电的电池可嵌入主体710或带730中。

此外，主体710包括安装在其一侧上的传感器部720。如上所述，传感器部720可由脉搏波传感器阵列111和负载传感器112组成。当用户改变手腕与传感器部720之间的接触压力持续预定时间段时，传感器部720检测由手腕施加的接触负载，并且可检测来自手腕的血管组织的脉搏波信号。

例如，用户可通过在佩戴主体710的同时用另一只手的手指用逐渐增大的力触摸安装在主体710的前表面上的显示器，或者通过经由进行手部运动改变手腕的厚度(例如，在将主体710佩戴在手腕上的同时握紧拳头之后慢慢打开手)来改变手腕与传感器部720之间的接触压力。在这种情况下，手腕的厚度的变化导致围绕在手腕上的带的张力的变化，从而引起手腕与传感器部720之间的接触压力的变化。

此外，主体710可包括通过处理由传感器部720检测的脉搏波信号和接触负载来估计生物信息的处理器。响应于用户的估计生物信息的请求，处理器可生成控制传感器部720的控制信号。一旦接触面的每个位置处的脉搏波信号被检测到，处理器可通过使用脉搏波信号的DC分量来获得接触负载分布。此外，处理器可通过使用获得的接触负载分布和由传感器部720检测的接触负载来获得每个位置处的实际接触负载，并且可通过使用实际接触负载来估计生物信息。例如，处理器可基于实际接触负载和感兴趣区域的面积来计算接触压力，并且可基于计算的接触压力和脉搏波信号使用示波法来估计血压。

在从用户接收到对估计生物信息的请求时，处理器可通过显示器向用户提供关于接触状态的引导信息，使得用户可向主体710施加压力以改变传感器部720与对象之间的接触压力。在这种情况下，显示器可安装在主体710的前表面上，并且可视觉地输出关于接触状态的引导信息和/或生物信息的估计结果。

存储器可安装在主体710中，并且可存储由处理器处理的各种类型的信息和用于估计生物信息的各种标准。

此外，可穿戴装置700可包括接收用户的控制命令并将接收到的控制命令发送到处理器的操纵器740。操纵器740可安装在主体710的侧表面上，并且可包括用于输入打开/关闭可穿戴装置700的命令的功能。

此外，可穿戴装置700可包括用于将各种数据发送到外部装置和从外部装置接收各种数据的通信接口，以及用于执行由可穿戴装置700提供的附加功能的各种其他模块。

图8是示出应用了用于估计生物信息的设备的实施例的智能装置的示图。在这种情况下，智能装置可以是智能电话、平板PC等。

参照图8，智能装置800包括主体810和安装在主体810的一个表面上的传感器部830。传感器部830可包括脉搏波传感器阵列111和负载传感器112，其中，脉搏波传感器阵列111包括光源阵列和检测器阵列。传感器部830可安装在主体810的后表面上，但不限于此，并且可被配置为与形成在主体810的前表面上的指纹传感器或触摸面板组合。

此外，显示器可安装在主体810的前表面上。显示器可视觉地显示生物信息的估计结果等。显示器可包括触摸面板，并且可接收通过触摸面板输入的各种类型的信息，并且将接收的信息发送到处理器。

此外，图像传感器820可安装在主体810中。当用户的手指接近传感器部830以测量脉搏波信号时，图像传感器820可捕获手指的图像，并且可将捕获的图像发送到处理器。在这种情况下，基于手指的图像，处理器可识别手指相对于传感器部830的实际位置的相对位置，并且可通过显示器向用户提供手指的相对位置，使得脉搏波信号可以以提高的准确度被测量。

用于执行前述用于估计生物信息的设备的许多实施例的各种其他模块可安装在智能装置800中，并且将省略它的详细描述。

尽管不限于此，但是示例实施例可被实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够存储之后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可分布在联网的计算机系统上，使得计算机可读代码以分布的方式被存储和执行。此外，示例实施例可被编写为通过计算机可读传输介质(诸如，载波)传输并在执行程序的通用或专用数字计算机中被接收和执行的计算机程序。此外，应当理解，在示例实施例中，上述设备和装置的一个或多个单元可包括电路、处理器、微处理器等，并且可执行存储在计算机可读介质中的计算机程序。

前述示例性实施例仅是示例性的，并且不被解释为限制。本教导可容易地应用于其他类型的设备。此外，示例性实施例的描述意图说明，而不限制权利要求的范围，并且许多替换、修改和变化对于本领域技术人员来说将是清楚的。

Claims (26)

1.一种用于估计生物信息的设备，所述设备包括：

传感器部，包括：

脉搏波传感器阵列，被配置为：当对象接触传感器部的接触面时检测脉搏波信号；以及

负载传感器，被配置为：检测由对象施加到接触面的第一接触负载；以及

处理器，被配置为：基于脉搏波信号获得接触面的接触负载分布，基于接触负载分布和第一接触负载获得接触面的每个位置处的第二接触负载，并基于第二接触负载和脉搏波信号估计生物信息。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，脉搏波传感器阵列包括：

光源阵列，被配置为将光发射到对象上；以及

检测器阵列，被配置为检测从对象反射或散射的光。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，传感器部还包括基底，其中，通过使用引线键合、倒装芯片键合和微制造技术中的至少一种，脉搏波传感器阵列以预定图案形成在基底上。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，

光源阵列通过引线键合和倒装芯片键合中的至少一种布置在基底上；

检测器阵列通过微制造技术被图案化在基底上。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，传感器部还包括：触摸传感器，设置在脉搏波传感器阵列上以被对象接触。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：从由脉搏波传感器阵列在接触面的每个位置处检测的脉搏波信号提取每个直流分量，并且基于提取的每个直流分量获得每个位置处的第一接触负载的相对大小。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，处理器还被配置为：响应于脉搏波信号未从接触面的特定位置被检测到，对提取的每个直流分量执行插值，以估计接触面的特定位置处的直流分量。

8.根据权利要求6所述的设备，其中，处理器还被配置为：通过将一值乘以每个位置处的接触负载的相对大小，获得每个位置处的第二接触负载，其中，通过将第一接触负载除以接触负载分布的总和而获得所述值。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：基于感兴趣区域的第二接触负载和感兴趣区域的面积获得对象与传感器部之间的接触压力，并基于接触压力和脉搏波信号来估计生物信息。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，处理器还被配置为：基于以下项中的至少一个来设置感兴趣区域：对象的血管分布、脉搏波传感器阵列的布置、接触面的特定位置和接触面的每个位置处的第二接触负载。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，处理器还被配置为：获得表示每个测量时间的接触压力与脉搏波信号幅度的示波包络，并基于示波包络估计生物信息。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，处理器还被配置为：基于示波包络的特征值来估计生物信息，其中，

特征值包括以下项中的一个或多个：最大幅度点的接触压力值、小于最大幅度点的接触压力值并与最大幅度点的幅度值的第一预定比例对应的第一接触压力值和大于最大幅度点的接触压力值并与最大幅度点的幅度值的第二预定比例对应的第二接触压力值。

13.根据权利要求1所述的设备，还包括输出接口，输出接口响应于对估计生物信息的请求，输出关于对象与传感器部之间的接触压力的引导信息。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：基于感兴趣区域的第二接触负载和感兴趣区域的面积获得感兴趣区域的接触压力，并基于接触压力来确定对象与传感器部之间的接触状态。

15.根据权利要求1所述的设备，其中，生物信息包括血压、血管年龄、动脉僵硬度、主动脉压波形、血管顺应性、应力指数、疲劳度、皮肤弹性和皮肤年龄中的一个或多个。

16.一种存储程序的计算机可读存储介质，其中，当所述程序被处理器执行时，使处理器执行操作，所述操作包括：

接收脉搏波信号和第一接触负载；

基于脉搏波信号获得接触面的接触负载分布；

基于接触负载分布和第一接触负载，获得接触面的每个位置处的第二接触负载；以及

基于第二接触负载和脉搏波信号来估计生物信息。

17.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，获得接触负载分布的步骤包括：

从接触面的每个位置处的脉搏波信号提取每个直流分量；以及

基于提取的每个直流分量，获得每个位置处的第一接触负载的相对大小。

18.根据权利要求17所述的计算机可读存储介质，其中，获得接触负载分布的步骤包括：响应于未从接触面的特定位置检测到脉搏波信号，对提取的每个直流分量执行插值，以估计接触面的特定位置处的直流分量。

19.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，估计生物信息的步骤包括：基于以下项中的至少一个来设置感兴趣区域：对象的血管分布、检测脉搏波信号的脉搏波传感器阵列的布置、传感器的接触面的特定位置和接触面的每个位置处的第二接触负载。

20.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，估计生物信息的步骤还包括：基于感兴趣区域的第二接触负载和感兴趣区域的面积获得对象与传感器之间的接触压力。

21.根据权利要求20所述的计算机可读存储介质，其中，估计生物信息的步骤还包括：获得表示每个测量时间的接触压力与脉搏波信号幅度的示波包络，并基于示波包络估计生物信息。

22.一种用于估计生物信息的设备，所述设备包括：

传感器部，包括：脉搏波传感器阵列，被配置为当对象接触传感器部的接触面时检测脉搏波信号；以及负载传感器，被配置为检测由对象施加到接触面的第一接触负载；

存储器，被配置为存储基于从参考对象检测的参考脉搏波信号的校准模型；以及

处理器，被配置为：

从存储器获取校准模型；

基于校准模型，校准由脉搏波传感器阵列检测的脉搏波信号；

基于校准的脉搏波信号和第一接触负载，获得接触面的每个位置处的第二接触负载；以及

基于第二接触负载和校准的脉搏波信号来估计生物信息。

23.根据权利要求22所述的设备，其中，参考对象包括由全反射材料制成并且具有平坦表面的反射面板。

24.根据权利要求22所述的设备，其中，处理器还被配置为：生成用于将接触面的每个位置处的脉搏波传感器阵列的输出值之间的差校准为0的校准模型，并将校准模型存储在存储器中。

25.根据权利要求22所述的设备，其中，处理器还被配置为：基于感兴趣区域的第二接触负载和感兴趣区域的面积获得接触压力，并基于接触压力和校准的脉搏波信号来估计生物信息。

26.根据权利要求22所述的设备，其中，对象是所述设备的用户，

其中，处理器还被配置为：基于根据第二接触负载和校准的脉搏波信号估计生物信息的结果来确定是否执行附加校准，并将关于附加校准的引导信息提供给用户。