CN112294276A - 用于估计生物信息的设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于估计生物信息的设备。所述用于估计生物信息的设备可包括：脉搏波传感器，被配置为测量来自对象的脉搏波信号；力传感器，被配置为测量由所述对象施加到脉搏波传感器的力；以及处理器，被配置为基于所述力和所述对象与接触面之间的参考接触面积来获得接触压力，并且基于接触压力和脉搏波信号来估计生物信息。

Description

用于估计生物信息的设备

本申请要求于2019年7月25日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0090105号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

公开的示例实施例涉及估计生物信息，更具体地，涉及无袖带地估计血压。

背景技术

通常，非侵入式地测量血压的方法可包括测量基于袖带的压力的方法以及在不使用袖带的情况下通过测量脉搏波来估计血压的方法。

科罗特科夫音(Korotkoff-Sound)法是基于袖带的血压测量方法中的一种，在科罗特科夫音法中，增大缠绕上臂的袖带中的压力，并且通过在减小压力的同时经由听诊器探听血管中产生的声音来测量血压。另一基于袖带的血压测量方法是使用自动化机器的示波(oscillometric)法，在示波法中，将袖带缠绕上臂，增大袖带中的压力，在逐渐减小袖带压力的同时连续测量袖带中的压力，并且基于压力信号的变化大的点来测量血压。

无袖带血压测量方法通常包括：通过计算脉搏传导时间(PTT)来估计血压的方法以及通过分析脉搏波形状来估计血压的脉搏波分析(PWA)方法。

发明内容

根据示例实施例的方面，提供了一种用于估计生物信息的设备，所述设备包括：脉搏波传感器，被配置为测量来自对象的脉搏波信号；力传感器，被配置为测量由所述对象施加到脉搏波传感器的力；以及处理器，被配置为基于所述力和所述对象与接触面之间的参考接触面积来获得接触压力，并且基于接触压力和脉搏波信号来估计生物信息。

脉搏波传感器可包括：光源，被配置为将光发射到所述对象上；以及检测器，被配置为检测从所述对象反射或散射的光。

所述设备还可包括：存储器，被配置为存储参考接触面积，其中，当脉搏波信号被测量到时，处理器还可被配置为从存储器获取参考接触面积。

处理器还可被配置为：确定是否对参考接触面积执行校准，并且响应于确定执行校准，获得参考接触面积并更新存储器中的参考接触面积。

处理器还可被配置为：基于以下中的至少一个来确定是否执行校准：存储器是否存储参考接触面积的确定、用户的请求、预定校准间隔以及生物信息估计历史。

处理器还可被配置为：通过从用户或从外部装置接收参考接触面积的输入，或者通过使用包括在用于估计生物信息的所述设备中的显示器和图像传感器中的至少一个来获得参考接触面积。

处理器还可被配置为：基于在用户使用所述对象接触显示器之后余留在显示器上的残留指纹图像来获得参考接触面积。

处理器还可被配置为：执行面积测量应用以测量残留指纹图像的尺寸，并且获得残留指纹图像的尺寸作为所述参考接触面积。

显示器可包括：触摸屏；并且当用户使用所述对象接触显示器时，处理器还可被配置为：基于从触摸屏生成的触摸数据来获得参考接触面积。

处理器还可被配置为：计算触摸数据的像素强度的统计值，并且通过将统计值输入到面积转换函数来获得参考接触面积。

显示器可包括指纹传感器，指纹传感器提供具有比脉搏波传感器的表面积大的表面积的接触面，并且与脉搏波传感器分开设置。

处理器还可被配置为：通过使用图像传感器，当所述对象与外部对象接触时获取所述对象的图像，或者获取在所述对象与外部对象接触然后从外部对象移开之后余留的指纹图像，并且基于所述对象的图像或所述对象的指纹图像来获得参考接触面积。

处理器还可被配置为：获得表示脉搏波信号的幅度相对接触压力的示波包络，并且基于示波包络来估计生物信息。

当接收到估计生物信息的请求时，处理器还可被配置为：向脉搏波传感器提供指示所述对象的接触位置和将由所述对象施加的接触力中的至少一个的信息。

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、应力指数和疲劳度中的一个或多个。

根据另一示例实施例的方面，提供了一种估计生物信息的方法，所述方法包括：测量来自对象的脉搏波信号；测量由所述对象施加的力；基于所述力和所述对象与接触面之间的参考接触面积获得接触压力；以及基于接触压力和脉搏波信号估计生物信息。

所述方法还可包括：响应于确定没有针对所述对象存储参考接触面积，或者响应于确定需要参考接触面积的校准，执行校准以获得参考接触面积。

执行校准的步骤可包括：通过从用户或从外部装置接收参考接触面积的输入，或者通过使用包括在用于执行生物信息的估计的设备中的显示器和图像传感器中的至少一个来获得参考接触面积。

执行校准的步骤可包括：基于在用户使用所述对象接触显示器之后余留在显示器上的残留指纹图像来获得参考接触面积。

执行校准的步骤可包括：执行面积测量应用以测量残留指纹图像的尺寸；以及获得残留指纹图像的尺寸作为参考接触面积。

执行校准的步骤可包括：当用户使用所述对象接触显示器时，基于从显示器的触摸屏生成的触摸数据来获得参考接触面积。

执行校准的步骤可包括：计算触摸数据的像素强度的统计值；以及通过将统计值输入到面积转换函数来获得参考接触面积。

执行校准的步骤可包括：当用户使用所述对象接触显示器时，基于由显示器的指纹传感器生成的指纹数据来获得参考接触面积。

执行校准的步骤可包括：通过使用图像传感器，获取当所述对象与外部对象接触时所述对象的图像，或者获取在所述对象与外部对象接触然后从外部对象移开之后余留的指纹图像；以及基于所述对象的图像或所述对象的指纹图像来获得参考接触面积。

估计生物信息的步骤可包括：获得表示脉搏波信号的幅度相对接触压力的示波包络，并且基于示波包络来估计生物信息。

附图说明

通过参照附图描述特定示例实施例，以上和/或其它方面将更加清楚，其中：

图1和图2是示出根据本公开的示例实施例的用于估计生物信息的设备的框图；

图3是示出根据图1和图2的示例实施例的用于估计生物信息的设备的处理器的示例的框图；

图4A和图4B是解释对象的接触压力的变化与接触面积之间的关系的示图；

图5A至图5E是示出获得参考接触面积的各种示例的示图；

图6A和图6B是解释基于示波法估计生物信息的示例的示图；

图7是示出根据本公开的示例实施例的估计生物信息的方法的流程图；

图8A至图8D是示出校准参考接触面积的各种示例的流程图；

图9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例的示图；以及

图10是示出应用了用于估计生物信息的设备的智能装置的示例的图。

具体实施方式

以下参照附图更详细地描述示例实施例。

在下面的描述中，即使在不同的附图中，同样的附图参考标号也可用于同样的元件。提供在描述中定义的事物(诸如，详细的构造和元件)，以帮助全面理解示例实施例。然而，清楚的是，可在没有那些具体定义的事物的情况下实践示例实施例。此外，由于公知的功能或构造会以不必要的细节模糊描述，所以不详细描述它们。

将理解，尽管可在此使用“第一”、“第二”等的术语来描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。此外，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。在说明书中，除非明确地相反地描述，否则词语“包括”和变形将被理解为表明包括陈述的元件，但不排除任何其它元件。诸如“部”和“模块”的术语表示处理至少一个功能或操作的单元，并且“部”和“模块”可通过使用硬件、软件或它们的组合来实现。

当诸如“……中的至少一个”的表述位于一列元素之后时，修饰整列元素，而不修饰列的单个元素。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两者、a和c两者、b和c两者、a、b和c全部、或前述示例的任何变型。

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示例实施例。

图1和图2是示出根据本公开的示例实施例的用于估计生物信息的设备的框图。

根据本公开的示例实施例的用于估计生物信息的设备100和设备200可被嵌入在专业医疗机构中使用的医疗装置、戴在手腕上的智能手表、各种类型的可穿戴装置(诸如，智能带型可穿戴装置、耳机型可穿戴装置、头带(headband)型可穿戴装置等)或移动装置(诸如，智能电话、平板个人计算机(PC)等)中，但不限于此。

参照图1和图2，用于估计生物信息的设备100和设备200包括脉搏波传感器110、力传感器120和处理器130。脉搏波传感器110可测量来自对象的包括光电容积描记(PPG)信号的脉搏波信号。脉搏波传感器110可包括光源110a和检测器110b，光源110a将光发射到对象上以检测来自对象的光信号，检测器110b在由光源110a发射的光从对象的身体组织(诸如，皮肤表面或血管)散射或反射时检测散射或反射的光。光源110a可包括发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、荧光体等，但不限于此。检测器110b可包括光电二极管、光电晶体管(PTr)、图像传感器(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器)等，但不限于此。脉搏波传感器110可以以各种结构(诸如，具有多个光源110a和一个检测器110b的结构、具有光源110a和检测器110b的对的阵列的结构等)形成，而没有任何特定限制。

当用户在将对象与脉搏波传感器110接触的同时逐渐增大施加到脉搏波传感器110的力以估计生物信息时，或者当用户在施加大于或等于阈值的力之后逐渐减小力时，力传感器120可测量接触力。

处理器130可处理与估计生物信息有关的各种操作。例如，在从用户接收到估计生物信息的请求时，或者如果满足用于估计生物信息的预定标准，处理器130可控制脉搏波传感器110和力传感器120。处理器130可电连接到脉搏波传感器110和力传感器120，并且可分别从脉搏波传感器110和力传感器120接收脉搏波信号和接触力。

处理器130可基于接收的脉搏波信号和接触力来估计生物信息。生物信息可包括心率、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、皮肤年龄等，但不限于此。在下文中，为了便于说明，如果必要，将使用血压作为示例来给出描述。

在接收到接触力时，处理器130可基于接收的接触力和参考接触面积来获得接触压力。例如，处理器130可通过将接触力除以参考接触面积来获得接触压力值。参考接触面积可以是在生物信息的当前估计时间之前通过校准针对每个对象预先获得的值，并且可以是与在最终时间(例如，接触压力测量时间)的接触面积对应的值，最终时间是当对象与脉搏波传感器110接触时从对象施加到设备100上的压力达到预定压力(或预定最大压力)时的时间。可针对各种对象(诸如，右手的食指、左手的食指、手腕的上部等)获得参考接触面积。例如，设备100可请求用户用他的/她的手指接触设备100，并且可在处理器130获得接触压力之前或者在处理器130正在测量接触压力时测量并存储设备100与手指之间的接触面积。

例如，可通过使用安装在用于估计生物信息的设备100或外部装置或者其它硬且平坦的对象处的显示模块或图像传感器来获得当对象接触并且施加压力时获得的在最终时间的参考接触面积。然而，参考接触面积不必限于在施加最大压力时的最终时间的接触面积，并且可根据各种标准(例如，在施加预定力时的时间的接触面积、在多个时间的接触面积的统计值等)获得。此外，如果满足预定标准，则可再次校准参考接触面积。

另外，处理器130可基于获得的接触压力和测量的脉搏波信号来估计生物信息。例如，处理器130可基于脉搏波信号和接触压力获得与血压相关的特征，并且可基于获得的特征来估计血压。处理器130可基于脉搏波信号和接触压力获得表示脉搏波信号的幅度相对接触压力的示波包络，并且可通过使用示波包络来获得特征。

此外，在接收到估计生物信息的请求时，处理器130可生成关于对象与脉搏波传感器110之间的接触位置和/或由对象施加到脉搏波传感器110的接触力的引导信息，以测量脉搏波信号。例如，为了引起脉搏波信号的幅度的改变，引导信息可包括用于在对象与脉搏波传感器110接触时引起接触力的逐渐增大的信息。引导信息可包括用于当施加大于或等于预定阈值的接触力时引起接触力的逐渐减小的信息。另外，当获得由对象实际施加到脉搏波传感器110的接触力时，处理器130可基于获得的接触力来确定接触状态，并且可基于确定的接触状态来生成引导信息。

参照图2，用于估计生物信息的设备200还可包括输出接口210、存储器220和通信接口230。

输出接口210可在处理器130的控制下输出分别由脉搏波传感器110和力传感器120获得的脉搏波信号和接触力，和/或处理器130的各种处理结果。例如，输出接口210可通过显示模块视觉地输出估计的生物信息值和/或引导信息，或者可使用扬声器模块、触觉模块等通过声音、振动、触感等非视觉地输出信息。显示区域可被划分为两个或更多个区域，其中，输出接口210可在第一区域中以各种曲线的形式输出用于估计生物信息的脉搏波信号、接触力和/或接触压力。与所述信息一起，输出接口210可在第二区域中输出估计的生物信息值。如果估计的生物信息值落在正常范围之外，则输出接口210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、调整振动强度等)输出警告信息。

存储器220可在处理器130的控制下存储分别由脉搏波传感器110和力传感器120获得的脉搏波信号和接触力，和/或处理器130的各种处理结果。此外，存储器220可存储估计生物信息所需的各种参考信息。例如，参考信息可包括用户特性信息，诸如用户的年龄、性别、健康状况等。另外，参考信息可包括诸如生物信息估计模型、用于估计生物信息的标准、每个对象的参考接触面积等的各种信息，但不限于此。

存储器220可包括闪存型存储器、硬盘型存储器、多媒体卡微型存储器、卡式存储器(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，但不限于此。

一旦测量到脉搏波信号和接触力，处理器130可查询存储器220来提取接触的用户的对象的参考接触面积，并且可通过使用提取的参考接触面积来获得接触压力。处理器130可确定是否需要校准存储在存储器220中的参考接触面积。例如，处理器130可确定在以下情况下需要校准参考接触面积：当参考接触面积未存储在存储器220中时、当参考接触面积存储在存储器220中并第一次用于估计生物信息时、当设备100或设备200被初始化或复位时和/或当在参考接触面积被测量并被存储在存储器220中时的第一时间点与从存储器220获取参考接触面积以获得接触压力时的第二时间点之间存在对象的改变时。在确定需要校准时，处理器130可再次获得用户的对象的参考接触面积，并且可通过使用获得的参考接触面积来更新存储器220的参考接触面积。

通信接口230可在处理器130的控制下通过使用有线通信技术或无线通信技术与外部装置250进行通信，并可将各种数据发送到外部装置250或从外部装置250接收各种数据。例如，通信接口230可将生物信息估计结果发送到外部装置250，并且可从外部装置250接收估计生物信息所需的各种参考信息。例如，通信接口230可将对参考接触面积的请求发送到外部装置250。一旦外部装置250从用户的对象接收到参考接触面积，通信接口230就可从外部装置250接收参考接触面积。外部装置250可包括袖带型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，这仅是示例性的并且不意在限制。

图3是示出根据图1和图2的示例实施例的用于估计生物信息的设备的处理器130的示例的框图。图4A和图4B是解释对象的接触压力的变化与接触面积之间的关系的示图。

参照图3，根据本公开的示例实施例的处理器300包括校准器310、接触压力获得器320、包络获得器330和生物信息估计器340。

参照图4A，用于估计生物信息的设备可包括主体40、安装在主体40的一个表面上以与用户的对象OBJ接触的PPG传感器41以及安装在主体40的另一表面上的用于显示各种信息的显示模块42。力传感器和接触面积传感器可安装在主体40中。在这种情况下，如图4B中所示，当用户使用对象接触脉搏波传感器110并且逐渐增大接触压力以估计生物信息时，PPG传感器41、接触面积传感器和接触力传感器可分别测量PPG信号、接触面积和接触力。

然而，在不需要用于测量对象的接触面积的单独传感器的情况下，如图4B中所示，根据本公开的示例实施例的用于估计生物信息的设备100和设备200可从对象预先获得在特定时间的接触面积(例如，施加最大接触压力时的时间的最终接触面积，或者当施加的接触压力达到预定接触压力时测量的接触面积)作为参考接触面积，并且可通过使用参考接触面积来估计生物信息，使得估计生物信息的准确度可提高，并且该设备可以以小尺寸来制造。

校准器310可监视校准事件的发生，并且响应于校准事件的发生，校准器310可获得用户的对象的参考接触面积。

例如，如果在存储器220中不存在对象的参考接触面积，则可生成校准事件。例如，可在用户第一次使用设备100或设备200来估计生物信息时的时间生成校准事件。可选地，可针对各种原因(诸如，在接触压力获得器320从存储器220提取参考接触面积以获得接触压力时的时间用户改变对象、用于估计生物信息的设备100或设备200的初始化等)生成校准事件。

在另一示例中，可以以预定校准间隔生成校准事件。具体地，可基于用户的年龄、健康状况、测量环境的变化等来预设校准间隔。

在另一示例中，可基于生物信息估计结果来生成校准事件。一旦估计器340估计到生物信息，校准器310就可通过分析在先前时间估计并存储在存储器220中的估计的生物信息值、接触力和/或接触压力值以及在当前时间估计的估计的生物信息值、接触力和/或接触压力值来确定是否执行校准。例如，如果在当前时间的估计的生物信息值与在先前时间的估计的生物信息值相比的变化大于或等于预定阈值，或者如果在当前时间的接触力与在先前时间的接触力相比的变化大于或等于预定阈值，则校准器310可确定对象的参考接触面积改变，或者正与脉搏波传感器110接触的对象本身改变。

在又一示例中，可响应于用户的请求来生成校准事件。例如，如果用户处于频繁使用的对象不可用的情况下，或者如果用户仅仅希望改变对象，则用户可请求校准。然而，校准事件不限于此。

响应于校准事件的发生，校准器310可通过使用安装在用于估计生物信息的设备100和设备200中的各种模块(例如，显示模块、触摸屏、指纹传感器、图像传感器等)、安装在设备100和设备200中的面积测量应用等来直接获得对象的参考接触面积；或者校准器310可使用各种方法(诸如，从外部装置接收参考接触面积、接收由用户直接输入的参考接触面积等)获得新的参考接触面积。

图5A至图5E是示出获得参考接触面积的各种示例的示图。以下将参照图5A至图5E描述获得参考接触面积的各种实施例，其中，假设用户的对象是手指，但示例实施例不限于此。

参照图5A，校准器310可向安装在用于估计生物信息的设备100和设备200的主体50的前表面上的显示模块52输出界面，以便从测量参考接触面积的用户或外部装置接收参考接触面积。

例如，用户可通过使用外部装置(例如，智能装置等)来测量参考接触面积。例如，当用户向外部装置的显示模块的表面施加压力时，外部装置可通过使用显示模块、触摸屏、大面积指纹传感器和/或面积测量应用等来获得参考接触面积。

可选地，如图5E中所示，当用户使手指OBJ按压透明对象TO(诸如，玻璃板)并对其施加压力时，外部装置可通过使用图像传感器IS获得手指的图像，并且可通过分析手指图像获得参考接触面积。例如，外部装置可通过在手指施加最大压力时的时间分析手指图像来获得感兴趣区域，并且可获得感兴趣区域的面积作为参考接触面积。在这种情况下，各种已知技术可用于图像分析，使得其详细描述将被省略。

用户可通过使用外部装置多次获得对象的接触面积，并且可使用获得的接触面积的统计值(例如，平均值、中间值、最大值、最小值等)作为参考接触面积。在这种情况下，可从多个接触面积排除离群值(outlier)。用户可将通过使用外部装置获得的参考接触面积直接输入到界面中。可选地，通过使用通信接口230与外部装置的通信模块进行通信，校准器310可接收通过外部装置获得的参考接触面积，并且可将接收的参考接触面积自动输入到界面中。

在另一示例中，用户可直接测量在使手指按压透明对象(诸如，玻璃板)并对其施加最大压力之后余留的指纹残留图像，或者通过将手指按压到印台(ink pad)上并将手指在纸上滚动等而形成的指纹，然后可基于测量的指纹的尺寸获得参考接触面积，并且可将获得的参考接触面积输入到界面中。在这种情况下，为了提高准确度，可输入通过多次执行上述处理而获得的指纹尺寸的统计值，或者从其移除了离群值的指纹尺寸的统计值作为参考接触面积。

参照图5B和图5C，当用户用手指OBJ接触安装在用于估计生物信息的设备100和设备200的主体50上的显示模块52并逐渐增大对其的压力，然后根据引导信息将手指OBJ从显示模块52上取走时，校准器310可基于余留在显示模块52的表面上的残留指纹图像FI获得参考接触面积。例如，校准器310可执行安装在用于估计生物信息的设备100和设备200中的面积测量应用，并且可基于通过面积测量应用测量的残留指纹图像的尺寸AR来获得参考接触面积。校准器310可以以预定时间间隔多次引导手指的接触，并且可获得多次测量的残留指纹图像的尺寸的统计值。

参照图5D，用于估计生物信息的设备100和设备200的显示模块52可包括用于接收触摸输入的触摸屏。当用户将手指放置在显示模块52上并对其施加压力时，校准器310可通过使用由触摸屏生成的触摸数据来获得参考接触面积。在这种情况下，触摸数据可表现为由触摸屏的每个像素接收的光量的大小。

例如，如图5D中所示，校准器310可提取包括均具有大于或等于阈值的光量的像素的区域作为感兴趣区域TR，并且可获得提取的感兴趣区域TR的面积作为参考接触面积。例如，可通过将包括在感兴趣区域TR中的像素的数量乘以每个像素的单位面积来获得感兴趣区域TR的面积。在另一示例中，基于感兴趣区域TR中的像素的强度(即，光量的大小的统计值(例如，总和、最大值、最小值、平均值、中间值、最大值与最小值之间的差等))与接触面积之间的相关性，校准器310可获得参考接触面积。也就是说，当接触面积随着手指的接触压力的增大而增大时，由每个像素接收的光量也增大，使得接触面积与每个像素中的光量之间的相关性可由各种线性/非线性函数预定义。处理器可通过将像素强度的统计值输入到面积转换函数来获得参考接触面积。

参照图5E，用于估计生物信息的设备100和设备200可包括图像传感器IS。校准器310可通过使用图像传感器IS引导用户来获取手指的接触图像。如上所述，当用户在使手指OBJ按压透明对象TO的同时向透明对象TO(诸如，玻璃板)施加压力时，图像传感器获取手指的图像，并且校准器310可通过使用图像分析算法分析手指图像来获得参考接触面积。

此外，用于估计生物信息的设备100和设备200的显示模块52可包括大面积指纹传感器。大面积指纹传感器的示例可以是光学传感器、电容传感器或超声波传感器，但不限于此。大面积指纹传感器可具有比脉搏波传感器110的表面积大的表面积，并且可与脉搏波传感器110分开设置。由于处理器130能够通过在不同时间分别测量脉搏波信号和手指的接触面积来估计生物信息(例如，血压)，所以大面积指纹传感器不必必须集成到脉搏波传感器110中，或者与脉搏波传感器110堆叠。大面积指纹传感器可设置在显示模块52中的任何位置，以向用户提供大的接触面从而提高测量准确度，而不需要用于大面积指纹传感器的额外空间。当用户用手指接触显示模块52并对其施加压力时，校准器310可基于由大面积指纹传感器获取的手指的指纹图像来获得参考接触区域。

返回参照图3，当从力传感器120接收到接触力时，接触压力获得器320可基于接收的接触压力和由校准器310获得的参考接触面积来获得接触压力。

包络获得器330可通过使用由脉搏波传感器110测量的脉搏波信号和由接触压力获得器320获得的接触压力来获得示波包络。

图6A和图6B是解释基于示波法估计生物信息的示例的图。

例如，图6A示出当用户在使用对象接触脉搏波传感器110的同时逐渐增大接触压力时由脉搏波传感器110测量的PPG信号。如图6A中所示，在用户的对象与脉搏波传感器110接触的同时当用户逐渐增大压力时，脉搏波信号的幅度也在预定时间段期间呈现逐渐增大的趋势。包络获得器330可通过在每个测量时间从波形包络in1的正(+)幅度值in2减去负(-)幅度值in3来提取脉搏波信号波形的峰到峰(peak-to-peak)点，并且可基于在每个测量时间的峰到峰幅度和在同一测量时间的接触压力值来获得示波包络OW，例如，通过绘制与在同一测量时间的接触压力值相对的在每个测量时间的峰到峰幅度来获得示波包络OW，如图6B中所示。在此，“测量时间”表示用于测量脉搏波信号的相邻的正(+)幅度值与负(-)幅度值的时间。

参照图6B，估计器340可从获得的示波包络OW获得用于估计生物信息的特征(例如，血压)。估计器340可从示波包络OW获得最大峰值点处的幅度值MA、最大峰值点处的接触压力值MP、远离最大峰值点处的接触压力值MP并且与“与最大峰值点处的幅度值MA具有预设峰值比例(例如，0.5至0.7)的幅度值”对应的右侧点和左侧点处的接触压力值SP和DP等作为特征。然而，特征不限于此，并且估计器340可获得附加特征(诸如，最大幅度值、与最大幅度值对应的时间值、与传播波和反射波相关的点处的时间和幅度值、获得的值的组合等)。

在提取到特征时，估计器340可通过应用预定义的生物信息估计模型来估计生物信息。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)，而没有特定限制。例如，下面的等式1表示简单的线性函数。

[等式1]

y＝ax+b

在此，y表示将被获得的估计的生物信息值；x表示提取的特征值；a和b是通过预处理预先获得的值，并且可根据生物信息的类型和用户特性来不同地进行定义。例如，通过使用针对平均动脉压MAP、舒张压DBP和收缩压SBP中的每一个定义的上面的等式1，估计器340可独立地估计每个血压。例如，通过将提取的特征值MP、DP和SP输入到针对特征值中的每个定义的函数中，估计器340可独立地获得MAP、SBP和DBP。

图7是示出根据本公开的示例实施例的估计生物信息的方法的流程图。图7的估计生物信息的方法可以是由上述用于估计生物信息的设备100和设备200执行的估计生物信息的方法的示例，并且其描述将在下面简要地作出。

参照图7，在操作710中，响应于估计生物信息的请求，当用户使用对象接触脉搏波传感器并在预定时间段内改变接触力时，用于估计生物信息的设备100和设备200可测量来自对象的脉搏波信号和接触力。当接收到由用户输入的或以预定间隔生成的估计生物信息的请求时，用于估计生物信息的设备100和设备200可引导对象的接触位置、接触力等来估计生物信息。

然后，在操作720中，用于估计生物信息的设备100和设备200可获得与脉搏波传感器接触的对象的预注册的参考接触面积以测量脉搏波信号。

随后，在操作730中，用于估计生物信息的设备100和设备200可确定是否执行参考接触面积的校准。例如，如果存储器中不存在参考接触面积，或者存储器中存储的参考接触面积的校准时间已经过去，则用于估计生物信息的设备100和设备200可确定执行校准。

接下来，当在操作730中确定执行校准时，在操作740中，用于估计生物信息的设备100和设备200可校准参考接触面积。例如，用于估计生物信息的设备100和设备200可通过参照标准(诸如，设备100和设备200的配置、安装在设备100和设备200中的应用以及获得参考接触面积的预定基本方法等)来引导用户以获得参考接触面积。如上所述，用于估计生物信息的设备100和设备200可通过使用设备100和设备200的显示模块、显示模块的触摸屏、面积测量应用、图像传感器和/或外部装置，或者通过用户的直接测量来获得参考接触面积。在这种情况下，如果可使用多种方法获得参考接触面积，则可预先确定基本方法，并且可根据用户的设置来改变基本方法。

然而，在估计生物信息时，可省略操作730中的确定是否执行校准的步骤和操作740中的执行校准的步骤。

然后，如果在操作730中确定不需要校准，或者如果在操作740中执行了校准，则在操作750中，用于估计生物信息的设备100和设备200可基于获得的参考接触面积和接触力来获得接触压力。

随后，在操作760中，用于估计生物信息的设备100和设备200可基于接触压力和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100和设备200可获得表示脉搏波信号的幅度相对接触压力的示波包络，并且可通过使用示波包络来提取用于估计生物信息的特征。例如，用于估计生物信息的设备100和设备200可从示波包络获得与最大幅度对应的接触压力值、与“与最大幅度具有预设峰值比例的幅度值”对应的右侧点和左侧点处的接触压力值等作为特征。此外，用于估计生物信息的设备100和设备200可通过使用预定义的生物信息估计模型来估计生物信息。

接下来，在操作770中，用于估计生物信息的设备100和设备200可输出生物信息估计结果。用于估计生物信息的设备100和设备200可通过使用各种输出装置(诸如，显示模块、扬声器模块、触觉模块等)的视觉/非视觉方法来输出生物信息估计结果、生物信息估计历史、警告信息等。

图8A至图8D是示出在操作740中校准参考接触面积的各种示例的流程图。

参照图8A，在操作811中，用于估计生物信息的设备100和设备200可引导用户使用对象接触显示模块。例如，用于估计生物信息的设备100和设备200可向显示模块输出指示接触位置的标记(圆形、正方形、椭圆形、箭头等)。另外，用于估计生物信息的设备100和设备200可以以曲线图等的形式向显示模块视觉地输出将由对象施加的接触压力。

然后，用于估计生物信息的设备100和设备200可在操作812中执行面积测量应用，并且可在操作813中通过使用面积测量应用来测量在对象接触并施加压力之后余留的残留指纹图像的尺寸。在这种情况下，当面积测量应用自动地确定残留指纹图像的轮廓，或者用户手动地确定将被测量的残留指纹图像的轮廓或校正由面积测量应用自动地确定的轮廓时，面积测量应用可计算确定的轮廓的面积。可将操作813执行预定次数。

随后，在操作814中，用于估计生物信息的设备100和设备200可基于通过面积测量应用测量的残留指纹图像的尺寸来获得参考接触面积。例如，用于估计生物信息的设备100和设备200可获得残留指纹图像的尺寸直接作为参考接触面积，或者可获得通过根据预定标准调整测量的残留指纹图像的尺寸获得的值作为参考接触面积。可选地，通过多次执行操作813获得残留指纹图像的多个尺寸时，用于估计生物信息的设备100和设备200可获得所获得的残留指纹图像的尺寸的统计值作为参考接触面积。

参照图8B，在操作821中，用于估计生物信息的设备100和设备200可引导用户使用对象接触显示模块的触摸屏。

然后，用于估计生物信息的设备100和设备200可在操作822中接收当对象对触摸屏进行接触并施加压力时由触摸屏生成的触摸数据，并且可在操作823中基于接收的触摸数据的像素强度来获得参考接触面积。例如，用于估计生物信息的设备100和设备200可基于触摸数据的每个像素的强度来获得感兴趣区域，其中，在预定时间段期间在逐渐增大压力的同时由对象施加最大压力的时刻获得该触摸数据，并且用于估计生物信息的设备100和设备200可获得通过如上所述的各种方法获得的感兴趣区域的面积作为参考接触面积。

参照图8C，在操作831中，用于估计生物信息的设备100和设备200可引导用户使用对象接触显示模块。在这种情况下，显示模块可包括大面积指纹传感器。

然后，用于估计生物信息的设备100和设备200可在操作832中接收示出当对象对大面积指纹传感器进行接触并施加压力时由大面积指纹传感器生成的指纹图像的指纹数据，并且可在操作833中基于接收的指纹数据获得指纹的面积作为参考接触面积。

参照图8D，在操作841中，用于估计生物信息的设备100和设备200可引导用户使用用户的对象接触外部参考对象。在这种情况下，参考对象可以是硬的、透明的对象(诸如，玻璃板)。

然后，当对象对图像传感器进行接触并施加压力时，用于估计生物信息的设备100和设备200可在操作842中通过使用图像传感器来获取对象的图像，并且可在操作843中通过分析获得的对象的图像来获得参考接触面积。

图9是示出应用了用于估计生物信息的设备100和设备200的上述示例实施例的可穿戴装置的示例的图。

参照图9，可穿戴装置900包括主体910和带930。

带930可以是柔性的，并且可连接到主体910的两端以围绕用户的手腕弯曲，或者可以以允许带930从用户的手腕拆卸的方式弯曲。可选地，带930可形成为不可拆卸的带。在这种情况下，空气可被注入带930中，或者气囊可被包括在带930中，使得带930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发送到主体910。

向可穿戴装置900供电的电池可嵌入主体910或带930中。

此外，传感器部920安装在主体910的一侧上。传感器部920可包括从与面积传感器接触的手腕的血管组织测量脉搏波信号的脉搏波传感器110，以及测量手腕与脉搏波传感器110之间的接触力的力传感器120。脉搏波传感器110可包括用于将光发射到手腕上的一个或多个光源110a以及用于检测从手腕的皮肤和血管组织反射或散射的光的检测器110b。在这种情况下，光源110a中的每个可发射不同波长的光，并且可设置在距检测器110b的不同距离处。

当用户在用于估计生物信息的预定时间段内改变手腕与传感器部920之间的接触压力时，传感器部920可测量脉搏波信号和接触力。在这种情况下，用户可通过在佩戴主体910的同时用另一只手的手指以逐渐增大的力按压安装在主体910的一个表面(例如，与传感器部920相对的表面)上的显示器来改变手腕与传感器部920之间的接触压力。可选地，用户可通过进行手的运动来改变手腕的厚度(例如，在将主体910戴在手腕上的同时在握紧拳头之后缓慢地张开手)。在这种情况下，手腕的厚度的变化导致缠绕在手腕周围的带的张力的变化，从而导致手腕与传感器部920之间的接触压力的变化。

另外，主体910可包括处理器，处理器可通过使用脉搏波信号和接触力来估计生物信息，并且可控制可穿戴装置900的各种其它功能。

处理器可电连接到传感器部920，并且可响应于用户的估计生物信息的请求来控制传感器部920。处理器可基于从传感器部920接收的脉搏波信号和接触力来估计生物信息。例如，处理器可获得被预存储在存储器中的手腕的参考接触面积，并且可通过使用参考接触面积和接触力来获得接触压力。此外，处理器可通过使用接触压力和脉搏波信号的幅度来获得示波包络，并且可基于获得的示波包络来估计生物信息。

当从用户接收到估计生物信息的请求时，处理器可通过显示器引导用户的接触压力，使得用户可通过向主体910施加压力来改变传感器部920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910的前表面上，并且可视觉地输出关于接触压力的引导信息和/或生物信息的估计结果。在这种情况下，显示器可以是包括触摸屏和/或大面积指纹传感器等的显示模块，并且处理器可通过使用显示器的显示模块获得手腕的参考接触面积。

存储器可安装在主体910中，并且可存储由处理器处理的各种信息以及用于估计生物信息等的参考信息(诸如，参考接触面积)。

此外，可穿戴装置900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940。操纵器940可安装在主体910的侧表面上，并且可包括用于输入打开/关闭可穿戴装置900的命令的功能。

此外，可穿戴装置900可包括用于向外部装置发送各种数据和从外部装置接收各种数据的通信接口，以及用于执行可穿戴装置900提供的附加功能的各种其他模块。响应于处理器的请求，通信接口可向外部装置(例如，用户的智能电话)发送对参考接触面积的请求；并且一旦外部装置从用户获得参考接触面积，则通信接口可从外部装置接收获得的参考接触面积。

图10是示出应用了用于估计生物信息的设备的示例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10，智能装置1000包括主体1010和安装在主体1010的一个表面的传感器部1030。传感器部1030可包括力传感器和包括一个或多个光源1031和检测器1032的脉搏波传感器。如图10中所示，传感器部1030可安装在主体1010的后表面上，但不限于此，并且可与形成在主体1010的前表面上的指纹传感器或触摸面板组合配置。在这种情况下，指纹传感器或触摸面板可执行面积传感器的功能，并且脉搏波传感器和力传感器可安装在指纹传感器或触摸面板下方。

另外，显示器可安装在主体1010的前表面上。显示器可以视觉地显示生物信息估计结果等。显示器可以是包括触摸屏和/或大面积指纹传感器等的显示面板，并且可将通过触摸屏和/或大面积指纹传感器等输入的各种信息发送到处理器。

此外，图像传感器1020可安装在主体1010中。当用户的手指接近传感器部1030以测量脉搏波信号时，图像传感器1020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1030的实际位置的相对位置，并且可通过显示器将手指的相对位置提供给用户，使得脉搏波信号可以以提高的准确度被测量。此外，处理器可基于由图像传感器测量的手指图像来确定与脉搏波传感器接触的手指的类型。

一旦传感器部1030测量到脉搏波信号和接触力，处理器就可从存储器获得与脉搏波传感器接触的手指的参考接触面积，并且可通过使用接触力、参考接触面积和脉搏波信号来估计生物信息。在这种情况下，处理器可基于由图像传感器获取的手指图像来确定与脉搏波传感器接触的手指的类型(例如，右手的食指)，并且可获得与确定的手指的类型对应的参考接触面积。

如上所述，处理器可通过使用显示器校准手指的参考接触面积，并且可将获得的参考接触面积存储在存储器中。处理器可执行用于估计生物信息的上述设备的各种其它示例实施例，并且其详细描述将被省略。

虽然不限于此，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其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接收和实现的计算机程序。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性的。本教导可容易地应用于其它类型的设备。此外，示例性实施例的描述意图是说明性的，而不意图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 (25)

1.一种用于估计生物信息的设备，所述设备包括：

脉搏波传感器，被配置为测量来自对象的脉搏波信号；

力传感器，被配置为测量由所述对象施加到脉搏波传感器的力；以及

处理器，被配置为基于所述力和所述对象与接触面之间的参考接触面积来获得接触压力，并且基于接触压力和脉搏波信号来估计生物信息。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，脉搏波传感器包括：

光源，被配置为将光发射到所述对象上；以及

检测器，被配置为检测从所述对象反射或散射的光。

3.根据权利要求1所述的设备，还包括：存储器，被配置为存储参考接触面积，

其中，当脉搏波信号被测量到时，处理器还被配置为从存储器读取参考接触面积。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，处理器还被配置为：确定是否对参考接触面积执行校准，并且响应于确定执行校准，获得参考接触面积并更新存储器中的参考接触面积。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，处理器还被配置为：基于以下中的至少一个来确定是否执行校准：存储器是否存储参考接触面积的确定、用于估计生物信息的设备的初始化或重置、用于估计生物信息的对象的改变、用户的请求、预定校准间隔以及生物信息估计结果。

6.根据权利要求4所述的设备，其中，处理器还被配置为：通过从用户或从外部装置接收参考接触面积的输入，或者通过使用包括在用于估计生物信息的所述设备中的显示器和图像传感器中的至少一个来获得参考接触面积。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，处理器还被配置为：基于在用户使用所述对象接触显示器之后余留在显示器上的残留指纹图像来获得参考接触面积。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，处理器还被配置为：执行面积测量应用以测量残留指纹图像的尺寸，并且获得残留指纹图像的尺寸作为参考接触面积。

9.根据权利要求6所述的设备，其中：

显示器包括：触摸屏；并且

处理器还被配置为：当用户使用所述对象接触显示器时，基于从触摸屏生成的触摸数据来获得参考接触面积。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，处理器确定触摸数据的像素强度的统计值，并且通过将统计值输入到面积转换函数来获得参考接触面积。

11.根据权利要求6所述的设备，其中，显示器包括指纹传感器，指纹传感器提供具有比脉搏波传感器的表面积大的表面积的接触面，并且与脉搏波传感器分开设置。

12.根据权利要求6所述的设备，其中，处理器还被配置为：通过使用图像传感器，当所述对象与外部对象接触时获取所述对象的图像，或者获取在所述对象与外部对象接触然后从外部对象移开之后余留的指纹图像，并且基于所述对象的图像或所述对象的指纹图像来获得参考接触面积。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：获得表示脉搏波信号的幅度相对接触压力的示波包络，并且基于示波包络来估计生物信息。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，当接收到估计生物信息的请求时，处理器还被配置为：向脉搏波传感器提供指示所述对象的接触位置和将由所述对象施加的接触力中的至少一个的信息。

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、应力指数和疲劳度中的一个或多个。

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：

测量来自对象的脉搏波信号；

测量由所述对象施加的力；

基于所述力和所述对象与接触面之间的参考接触面积获得接触压力；以及

基于接触压力和脉搏波信号估计生物信息。

17.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质，其中，所述操作还包括：响应于确定没有针对所述对象存储参考接触面积，或者响应于确定需要参考接触面积的校准，执行校准以获得参考接触面积。

18.根据权利要求17所述的计算机可读存储介质，其中，执行校准的步骤包括：通过从用户或从外部装置接收参考接触面积的输入，或者通过使用包括在用于执行生物信息的估计的设备中的显示器和图像传感器中的至少一个来获得参考接触面积。

19.根据权利要求18所述的计算机可读存储介质，其中，执行校准的步骤包括：基于在用户使用所述对象接触显示器之后余留在显示器上的残留指纹图像来获得参考接触面积。

20.根据权利要求19所述的计算机可读存储介质，其中，执行校准的步骤包括：

执行面积测量应用以测量残留指纹图像的尺寸；以及

获得残留指纹图像的尺寸作为参考接触面积。

21.根据权利要求18所述的计算机可读存储介质，其中，执行校准的步骤包括：当用户使用所述对象接触显示器时，基于从显示器的触摸屏生成的触摸数据来获得参考接触面积。

22.根据权利要求21所述的计算机可读存储介质，其中，执行校准的步骤包括：

确定触摸数据的像素强度的统计值；以及

通过将统计值输入到面积转换函数来获得参考接触面积。

23.根据权利要求18所述的计算机可读存储介质，其中，执行校准的步骤包括：当用户使用所述对象接触显示器时，基于由显示器的指纹传感器生成的指纹数据来获得参考接触面积。

24.根据权利要求18所述的计算机可读存储介质，其中，执行校准的步骤包括：

通过使用图像传感器，获取当所述对象与外部对象接触时所述对象的图像，或者获取在所述对象与外部对象接触然后从外部对象移开之后余留的指纹图像；以及

基于所述对象的图像或所述对象的指纹图像来获得参考接触面积。

25.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：获得表示脉搏波信号的幅度相对接触压力的示波包络，并且基于示波包络来估计生物信息。

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