CN113194817A - 用于测量生理参数的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量血管中生理参数的设备。该设备包括至少一个能够定位在受试者身体部位上的声感测器，该声感测器被构造为从目标血管处接收声信号。该声感测器通过附接机构被附接至受试者身体部位。

Description

用于测量生理参数的方法和设备

技术领域

本发明涉及通过确定受试者体内目标血管的声学特性来非侵入性地测量生理参数的装置。本发明还包括通过确定受试者体内目标血管的声学特性来非侵入性地测量生理参数的方法以及对其进行评估的计算机程序和/或软件。

背景技术

在许多不同情况下期望对某些生理参数即脉搏、心率变化和血压进行连续监测。例如，老年人或残疾人或那些患有可能是危险的(脉搏或血压升高的许多医疗状况)之一的人将从监测中受益以在发生导致某些生理参数测量的异常变化的事件时通知事件中的人或其他人。

存在许多能够连续监测脉搏和其他与心脏相关的参数的装置的示例。引入一组电极引线的胸带已经存在多年。现代胸带引入传送器，传送器将来自胸带的简单的无线电脉冲或编码信号传送至接收器(通常为腕戴式装置、自行车计算机或移动电话)。接收器对来自胸带的信号进行识别和接收并且显示代表所测得的生理参数的数据。

最近，一些智能手表和其他腕戴式装置引入光学感测器，该光学感测器能够通过使来自LED的光照射通过皮肤来测量血流的变化并且测量光是如何被目标血管所吸收、折射或反射。此光学感测器通常能够确定其他生理参数，比如但不限于血氧饱和度。

上述装置中的每一个在某些预期用途方面均具有缺点。胸带通常仅能够测量心率。虽然这对于体育运动比如跑步和自行车是理想的，但是在检测人们的医疗状况变化时所导出的数据用途有限。当光学感测器未牢固地抵靠人们的皮肤放置时，光学感测器具有更大的适用性，但是精度受到影响。这需要将表或其他腕带式装置紧紧地系至人手腕上，这会令人感到不舒适。另外，在剧烈运动期间以及表未被紧紧地系至人手腕的情况下，表倾向于在两个自由维度上运动，从而影响感测器测量LED光线从人的血管折射的能力。用于连续监测生理参数的光学感测器也易于快速耗尽装置电池组。

本发明旨在提供用于测量生理参数和信号的改进装置和方法。

发明内容

出于所要保护的本发明的目的，对声感测器的提及应被解释为包括但不限于麦克风、压电感测器和其他压力感测器。本领域技术人员应理解的是当前公开的方法和装置可应用于动物，尤其是供兽医使用。

本发明的一个方面提供用于测量目标血管中生理参数的设备，该设备包括能够定位在受试者身体部位上的至少一个声感测器和用于将声感测器附接至所述受试者身体部位的机构，其中至少一个声感测器被构造为接收目标血管的声信号。

心脏病等疾病造成的全球死亡人数呈现逐年上升趋势，这主要是因为许多发达国家的寿命更长以及与肥胖相关的健康状况。与心脏相关的健康状况通常不会被发现直到这些状况对受试者的健康造成显著影响。即使诊断出心脏病，在常规体检时也通常是定期进行监测，并且受试者或其健康专家可能不会立即发现病情的变化。本发明旨在提供一种可佩戴设备，该设备能够佩戴在受试者的肢体上以持续监测某些生理信号，例如心率、S1-S4心音、心率变化、呼吸频率、血压和呼吸暂停事件。此监测通过测量来自目标血管(优选位于受试者前臂中的血管)的声信号来提供。申请人已经发现来自目标血管的声信号可以提供代表例如S1-S4心音、心率、心率变化、舒张压和收缩压或呼吸频率的输出，其相当于比如借助于心电图的传统定期监测。

在一个实施例中，声感测器包括第一麦克风、第二麦克风和用于从第一麦克风和第二麦克风处接收信号的处理器，其中第一麦克风被构造为测量来自目标血管的声信号，第二麦克风被构造为确定背景噪音，处理器被构造为从由所述第一麦克风测得的声信号中去除由所述第二麦克风确定的背景噪音。

实践中，从受试者身体外部测量目标血管的声信号涉及收听频率低达10Hz的声波。任何背景噪音均可能具有大于10Hz的更高频率并且由此可能从目标血管中标记声信号。为了对此进行计算，本发明的实施例采用第一麦克风来测量来自目标血管的声信号并且采用第二麦克风来监测环境噪音。处理器从测得的声信号中去除环境噪音以得到推导的输出。

在另一个实施例中，该设备还包括光学感测器，该光学感测器包括光源和光电传感器，其中该光电传感器被构造为通过对来自目标血管的光源进行吸收、折射或反射来测量光源的一种或多种性能。

为了确保声感测器的精确读数，重要的是将声感测器靠近目标血管安置。在受试者肢体即前臂上的视觉定位通常需要反复尝试，声感测器非常有可能无法准确定位。为了降低错误定位的风险，可提供光学感测器，其包括光源即LED、光纤或激光器，例如光电传感器。在使用时，光源将光线照射在受试者的皮肤上，并且根据光源是否位于目标血管的正上方而以不同方式吸收、折射或反射该光源。光电传感器检测光源的吸收、折射或反射以确定光源的一种或多种性能。此种测量方式可用于确定声感测器是否准确定位。

在另一个实施例中，该设备还包括温度感测器，其中该温度感测器检测其所附接的表面的温度，并且该处理器确定所测得的温度是否表示该设备正与受试者的皮肤接触。

如上文所述，重要的是声感测器靠近目标血管安置。为了大致定位并且为了确定是否正在佩戴该设备，温度感测器有利地提供了对局部温度的测量，处理器采用该局部温度来确定该温度是否处于通常表示受试者皮肤的表面温度的范围内。结合其它感测器获得的测量结果，处理器可采用该确定结果以确定是否为设备的其它电子器件供电。

在另一个实施例中，用于将声感测器附接到肢体上的机构包括感测器外壳和具有第一附接构型和第二附接构型的附接接口，从而当附接接口位于第一附接构型时，感测器外壳能够相对于附接结构在三自由度上运动，而当附接接口位于第二附接构型时，感测器外壳相对于附接接口固定定位。

如上文所述，声感测器的位置对于确保获得精确的测量结果而言是重要的。为了保护声感测器，其被包围在感测器外壳中。感测器外壳能够借助于附接接口(即带)附接至受试者的肢体。由于在第一次尝试时准确定位感测器外壳可能存在困难，因此本发明的附接接口有利地使感测器外壳相对于附接接口宽松地定位以将感测器外壳保持就位。仍然需要施加合理的力以使感测器外壳相对于附接接口运动，但受试者将能够施加足够大小的力以在x和y维度上平移感测器外壳以及绕着Y轴旋转地移动感测器外壳。一旦确定感测器外壳位于正确位置，附接接口从感测器能够相对于附接接口移动的第一构型改变至感测器外壳相对于附接接口固定定位的第二构型。此构型有利地实现对感测器外壳的少量调整以确保准确定位。在其他实施例中，该设备可通过强力胶粘剂固定就位。

在另一个实施例中，该设备还包括传送器，其用于将由声感测器检测到的声信号发送至外部电子装置。

本发明能够通过声感测器对某些生理参数进行连续监测。该传送器能够将这样参数值通过路由器传送至外部装置，即手机、计算机或云。在外部装置上采用适当的软件能够通过佩戴该设备的受试者、家庭成员或医疗保健专家监测所选择的参数。

在另一个实施例中，该设备还包括用于确定该设备是否正由受试者佩戴的运动感测器，其中该设备被构造为当运动感测器确定表示该设备正由受试者佩戴的运动时仅启动声感测器和/或光电传感器。

在设计可佩戴电子装置时，电池寿命是需要考虑的一个重要问题。任意时刻启动的感测器越多，电池消耗越大。因此，期望仅启动感测器使得它们能够在电子装置正被佩戴时获取电池组电能。此愿望需要与对装置用户而言的易用性相平衡。由此，用户并非总是期望必须手动打开和关闭感测器。为了达到此平衡，本发明采用运动感测器来确定是否正在佩戴该设备。该确定通过在一个时间段内测量运动变化(即加速度)的运动感测器(即加速度计)做出。如果确定运动的类型和频率表示该设备正由用户佩戴，则一个或多个感测器和周围的电子装置在没有用户干扰的情况下自动启动。相反地，如果确定运动的类型和频率不能表示该设备正由用户所佩戴，则没有感测器和周围的电子装置被启动，并且如果任何感测器已经被启动，那么它们会在没有用户干扰的情况下自动停用。温度感测器(如上文所述)可仅在运动感测器检测到设备的运动时启动。光学感测器(也如上文所述)可仅在温度感测器检测到表示佩戴的设备的温度时被启动。应理解的是，启动的顺序可根据应用而改变。

在另一个实施例中，该设备被构造成在光电传感器确定表示该设备安置在目标血管附近的光吸收、折射或反射时启动第一和第二麦克风。

为了进一步优化电池组消耗，如果感测器外壳靠近目标血管安置，则第一和第二麦克风仅在光学感测器的光电传感器提供对应于期望测量结果的吸收、折射或反射测量结果时启动。其他电子器件也仅在确定感测器靠近目标血管时被供电。这与在确定设备由受试者佩戴时仅启动的光学感测器的结合降低了在设备未被使用或者在设备未正确安装时的电池组消耗。

本发明的另一方面提供用于测量目标血管生理参数的系统，还提供电子装置，该电子装置构造为接收感测器的信号并且显示一个或多个表示由感测器测得的生理参数的数据域。

本发明的另一方面提供靠近目标血管安装声感测器的方法，该方法包括：i)采用光学感测器确定包括用于测量生理参数的感测器的装置安置在目标血管的预设阈值距离内；ii)如果光学感测器的位置超出预设阈值距离，则向外部装置发送信号以指示该装置未靠近目标血管安置：和iii)如果光学感测器的位置未超出预设阈值距离，则向外部装置发送信号以指示该装置靠近目标血管安置。

本发明的另一方面提供确定受试者是否正在佩戴声感测器的方法，该方法包括：i)采用感测器来测量装置的参数并且确定此参数是否表示受试者正在佩戴该装置；ii)如果感测器测量到表示受试者正在佩戴该装置的参数，那么启动声感测器和/或光学感测器；和iii)在超过预设阈值的时间段之后，如果感测器没有检测到表示受试者正在佩戴该装置的参数，那么停用声感测器和/或光学感测器。

该参数可例如是运动或温度。

本发明的另一方面提供测量血管中生理参数的方法，该方法包括：i)采用本发明的设备的运动感测器测量受试者的身体部位的位置和/或运动，和ii)仅当确定受试者的身体部位处于期望位置或者执行期望运动时测量血管中的生理参数。

本发明的另一方面提供测量血管中生理参数的方法，该方法包括：i)采用本发明的设备的运动感测器以测量受试者身体部位的位置和/或运动，ii)指示受试者身体部位的期望位置和/或运动，和iii)仅当确定受试者的身体部位位于期望位置或执行期望运动时测量血管中的生理参数。

本发明的另一方面提供测量血管中生理参数的方法，该方法包括：i)采用本发明的设备的运动感测器测量受试者身体部位的位置和/或运动，ii)指示受试者身体部位的期望位置和/或运动，iii)向用户提供反馈以指示受试者的身体部位是否处于期望位置或者正在执行期望运动，和iii)仅当确定受试者的身体部位位于期望位置或正在执行期望运动时测量血管中的生理参数。

本发明的另一方面提供测量血管中生理参数的方法，该方法包括：i)采用本发明的设备的运动感测器测量受试者身体部位的位置和/或运动，ii)采用运动水平将所测得的生理信号标记为不可靠的假象。

本发明的另一方面提供了测量血管中生理参数的方法，该方法包括：i)采用本发明的设备的运动感测器测量受试者身体部位的位置和/或运动；ii)确定所测得的运动水平与从测得的生理信号处获得的心脏参数之间的关联性。

本发明的另一方面提供用于测量血压的设备，其包括构造用于围绕受试者的肢体附接的可充气橡胶气囊、用于为围绕受试者肢体的可充气橡胶气囊充气的机构、用于为可充气气囊释放压力的阀以及用于识别声信号的设备，其中在为所述可充气橡胶气囊充气并随后部分释放所述可充气橡胶气囊压力后检测到声信号的某些特征值时，所述设备记录此时的收缩血压，并在进一步释放所述可充气橡胶气囊压力后检测到声信号的其他特征值(比如功率降低)时，进一步记录此时的舒张压。在这两种情况下，该特征可与柯氏音相关。

本发明的另一方面提供确定血压的方法，该方法包括：i)测量在受试者的或者动物的身体的第一位置处的心脏参数；ii)测量在受试者的或动物的身体的第二位置处的心脏参数；iii)确定从第一位置到第二位置的脉冲瞬时时刻；和iv)从该脉冲瞬时时刻推断血压。

本发明的另一方面提供监测睡眠阶段的方法，该方法包括：i)采用根据本发明的设备监测预设时间段内的运动、心脏参数和呼吸频率中的任意个，和ii)推断这样的运动、心脏参数和呼吸频率以将睡眠阶段指定至预设时间段的标识区段。

本发明的另一方面提供识别与心脏或呼吸相关事件的方法，该方法包括：i)采用本发明的设备测量一个或多个生理参数，ii)确定一个或多个测得的生理参数中的任意个是否落入预设阈值范围之上或之下，和iii)如果一个或多个测得的生理参数中的任意个落入预设阈值范围之上或之下，则发出警报信号。

附图说明

现将参照附图对本发明的实施例进行描述。

图1示出根据本发明的某些实施例的佩戴在受试者前臂上的设备。

图2示出本发明的设备的特征。

图3示出本发明的实施例的示例用法。

图4是本发明的感测器外壳的侧视立体图。

图5是本发明的感测器外壳的仰视立体图。

图6是通过本发明的感测器外壳的中心的截面图。

图7是本发明的感测器外壳的主体壳体的仰视立体图。

图8是本发明的感测器外壳的底座壳体的俯视立体图。

图9是本发明的感测器外壳的底座壳体的仰视立体图。

图10是本发明的感测器外壳的分解视图。

图11是通过具有改进组装方法的本发明的感测器外壳的壳体中心的截面图。

图12是通过底部具有改进凹处的本发明的感测器外壳的壳体中心的截面图。

图13是通过底部具有另一改进凹处的本发明的感测器外壳的壳体中心的截面图。

图14是具有增加的强度和刚度的本发明的感测器外壳的主体壳体的仰视立体图。

图15是具有增加的强度和刚度的本发明的感测器外壳的底座壳体的俯视立体图。

图16是具有增加的强度和刚度的本发明的感测器外壳的主体壳体、底座壳体和内部电子产品的截面图。

图17是通过具有光学端口的本发明的感测器外壳的底座壳体中心的截面图。

图18是通过具有一体开关机构的本发明的感测器外壳的底座壳体中心的截面图。

图19是具有转动固定机构的本发明实施例的主体壳体的仰视立体图。

图20是具有转动固定机构的本发明的感测器外壳的底座壳体的俯视立体图。

图21是通过凹处和电子器件之间具有密封垫圈的本发明的感测器外壳的主体壳体、底座壳体和内部电子产品的中心的截面图。

图22是具有辅助机械隔绝的本发明的感测器外壳的立体图。

图23是本发明实施例的粘性垫的分解图。

图24是粘性垫的分解图，该粘性垫具有用于将本发明的感测器外壳固定至受试者的内托。

图25是本发明的感测器外壳的立体图，其带有附加固定点和带。

具体实施方式

根据附图，本发明涉及用于测量血管中(例如前臂或颈部中)的生理参数的设备(10)。本发明将参照测量人体血管的生理参数进行描述，但是应理解的是本发明的实施例同样能够应用于测量某些其他哺乳动物的血管的生理参数。

呈最简单形式的设备(10)包括声感测器(12)和传送器(14)，该声感测器用于接收声信号，该传送器用于将所接收到的声信号传送至接收器(16)(即移动电话或其他计算机设备)。声信号可以通过定制或建立的通信协议由传送器(14)传送到接收器(16)，该通信协议包括但不限于：

ANT+、WIFI和无线电信号。

该信号可以作为原始数据传送，或者其可在被传送之前在设备内转换为受试者可读数据。本发明的一些实施例可包括显示屏，该显示屏被构造为显示受试者的可读数据，该数据表示由设备测量的参数(即例如心率或血压)。原始数据和/或受试者可读数据可被存储在设备(10)内非易失性存储器上。该数据可在传送之前进行压缩以减小数据包大小并且可被加密以防止私人或敏感数据被拦截。

该声感测器(12)可能为一个或多个麦克风。在一个实施例中，该声感测器(12)包括至少两个麦克风(12a、12b)。第一麦克风(12a)在使用时靠近目标血管定位并且构造为测量来自受试者动脉的声信号。由第一麦克风测得的声信号的频率可最低为10-30Hz且最高为10KHz。第二麦克风(12b)远离受试者的动脉定位并且构造为测量背景噪音。第二麦克风(12b)可测量10Hz至10KHz之间的声频率。提供处理器(18)以从该第一和第二麦克风(12a、12b)处接收声信号。处理器从第一麦克风(12a)所接收到的来自受试者动脉的声信号中消除由第二麦克风(12b)所接收到的噪音。处理过的信号接下来由传送器(14)传送至接收器(16)。表示处理过的信号的数据显示在接收器(16)上。

为了便于靠近受试者的动脉、尤其是在前臂上精确地定位该设备，可提供光学感测器(20)。该光学感测器(20)被构造成将LED照射在动脉上。测量由LED发出的光的折射和/或吸收以确定LED是否照射在动脉上。该LED可为单个LED或多个LED，即与中心点等距分布的三个LED。本文的其余部分对LED的提及是指单个LED或多个LED。

如果确定LED照射在动脉上，那么启动第一和/或第二麦克风以及其他电子器件，传送器(14)向接收器(16)发送信号以指示该设备被准确布置。如果确定LED没有照射在动脉上，那么不启动第一和第二麦克风以及其他电子器件，传送器(14)向接收器(16)发送信号以指示该设备(10)未被准确布置。接收器(16)接下来显示表示该设备是否被准备布置的视觉表示。

为了进一步辅助受试者安置该设备(10)，光学感测器(20)可在LED照射受试者时标测来自LED的光的吸收、折射或反射。处理器(18)利用所标测的光的吸收、折射或反射来确定该设备相对于受试者的动脉的位置。此信息通过传送器(14)发送给接收器(16)，接收器(16)显示视觉表示，该视觉表示指示应向哪个方向移动或旋转该设备(10)以实现最佳定位的方向。随着设备(10)被移动，接收器(16)显示该设备(10)正相对于受试者动脉的确定位置移动。

一旦该设备(10)相对于受试者动脉处于最佳位置，那么设备(10)的位置就被固定以防止进一步移动。这将在下文进一步进行描述。

为了确保由第一麦克风(12a)所接收到的声信号较强并且不会被过多背景噪音影响，该设备(10)设有在设备(10)与受试者皮肤之间的密封件(22)。第一麦克风(12a)借助于位于由密封件(22)界定的设备区域内的端口而声学连接至受试者的皮肤。该设备(10)可借助于胶粘剂固定至用户的皮肤以防止声感测器(12)移动。

电池消耗是所有佩戴式装置的问题，佩戴式装置需要足够小以实用且舒适地使用，但是也要足够大以包含多个感测器和足够大的电池组以为所述感测器供电。根据本发明的实施例的设备(10)由此引入运动感测器(24)比如加速度计以确定受试者何时佩戴该设备。如果运动感测器(24)确定出该设备正以与受试者佩戴的方式一致的方式移动，则启动光学感测器(20)以使得该设备(10)能够安置在受试者的身体上。一旦确定出该设备(10)被正确安置，那么启动第一和第二麦克风(12a、12b)以及其他电子器件。在没有光学感测器的实施例中，当确定出该设备(10)正被受试者所佩戴时，启动第一和第二麦克风(12a、12b)和其他电子器件。当确定该设备(10)不再被佩戴时，停用光学感测器(20)和/或第一和第二麦克风(12a、12b)以及其他电子器件以节省电池组电量。引入本发明的实施例的运动感测器还可被用于识别受试者是否在需要进行控制的测量条件下正在执行某种运动，如果是这样，则给出自动反馈。在一个示例中，该设备可用于在指定时间读取读数，在那些时间，(多个)运动感测器可用于确定受试者是否已经按需碰到肢体以提高读数的精度。这可包括位于某个高度、角度且是静态的。运动感测器将检测某些事情是否是错误的，并且可向用户给出反馈以对此进行纠正。该反馈可例如通过显示器或声学方式给出。在另一个示例中，运动感测器可用于将生理输出与用户的活动水平(例如心脏模式，有时与位置或运动有关，或将两者结合以确定睡眠阶段)相关联。在另一个示例中，这些感测器可用于辅助减小信号伪影以辅助解释关注的生理信号，或者在那些信号被认定为被高度破坏时消除信号。

运动感测器可与光学感测器和声感测器结合地构造成识别且监测睡眠阶段以及与睡眠相关的健康状况比如呼吸暂停。

运动感测器(24)结合设备(10)的其他用途包括测量相较于参考标准的身体位置和/或运动并且仅在身体位置和/或运动位于参考标准的预设范围内时进行参数测量。在一些实施例中，如果与身体位置和/或运动存在偏差，那么将为用户提供反馈。该反馈将引导用户找到正确的身体位置和/或运动。该反馈可以是通过嵌入在设备(10)内的触觉、视觉或声学反馈的触觉型反馈或者是通过能够在智能手机、平板电脑或其他计算装置上运行的伙伴应用程序的视觉或声学反馈。另外，运动感测器(24)可允许处理器(18)将某个身体位置和/或运动与心脏参数相关联。例如，图3示出受试者手臂的两个不同位置。当手臂朝向受试者的心脏抬高时，设备(10)将测量预设参数，比如血压。当受试者的手臂在其身侧时，该设备(10)将无法测量预设参数。身体部位的位置和/或运动可根据应用以及待测量的参数而改变并且不打算加以限制。

能够与本发明的实施例一起使用的运动感测器的示例包括但不限于加速度计和陀螺仪。

设备(10)通过电池组供电。一些实施例可在电池组耗尽时进行更换。其他实施例可提供有线充电端口以将设备(10)连接至市电或便携式电源或者进行无线充电。提供电池指示器，其指示电池组的大致充电水平。

图4-25示出适于与根据本发明的方面和实施例的设备一起使用的感测器的示例壳体。

图1总体示出本发明的第一实施例。壳体100包括主体部104和底座部(图1未示出)。主体部由通过弯曲顶边缘102结合至平面顶表面的非垂直环形侧壁101来限定。充电/数据传输接口103设置成穿过环形侧壁101。如图2所示，底座部105装配入主体部104而提供平坦底面。凹槽或凹部107设置在底座部内以使声端口108与待接触的表面间隔开。壳体的底座还具有一个或多个进入端口106以接近内部器件(例如重置开关)而不必拆开壳体100。

主体部104和底座部105利用环形扣合机构114/117附接在一起，该环形扣合机构在制造期间允许轻松组装但是在使用或跌落或碰撞时限制接近内部器件。环形扣合几何结构114/117和底座部105上缺少可抓持特征以在有限的力量下实现接合的方式创建，但脱离接合需要破坏全部或部分壳体100。

壳体100设计成容纳非常小的声监测装置的电子器件109。如图3的截面图所示，典型的装置将由一个或多个声传感器如MEMS传声器、相关的电子电路109和电源110构成。在设置有多个声传感器的实施例中，一些声传感器将旨在“捕获”关注的声信号，然而其它声传感器将旨在“捕获”声干扰。这些过程的效率将受到以下因素的影响：每个传感器的具体位置(这将决定关注的声信号的相对位置)；每个声传感器关于彼此的相对位置(例如它们分开得越远，该传感器的关注信号越有可能被来自其它传感器的信号破坏)；以及内部的声环境(不同的气隙将导致声信号传递的差异)。在本发明的实施例中，在壳体的底座部105的底部处存在面向传感器感测端口的孔(尽管多个孔可施加至它们中的多个)。孔具有的尺寸使得任何可能违反60601-1安全限制的内部活动轨道均为不可接触部分。除此之外，附接区分布在全方位附接区和中空凹处或凹槽之间，典型高度可以是2.5mm。注意，中空区的形状不必是圆形的。凹槽周围是平坦区，该平坦区构造成能够最佳地附接至用户的身体。

在模拟-数字转换之前，调节电路109(主要是放大器和滤波器，尽管也可能有对信号进行模拟处理的算法)在不同的声传感器之后以为无线传输准备(原始或处理的)信号。微控制器(或等效芯片)将为不同的电路区块以及传送器芯片提供控制信号。除此之外，可能需要一些外围电路，比如提供偏置信号的稳压器、提供电池组状态的LED以及充电和保护电路、用于降低噪声和干扰以及优化传输的无源器件、天线和电源110(如可充电电池组l。

如图4所示，主体部104具有在其内侧水平延伸的多个肋113。这些肋增强壳体的强度和刚度并为一个或多个内部器件提供机械限位。组装期间，电子器件如电池组110被限位在主体壳体内，异形部段116包括在内部肋中。主体壳体还包括附接至内侧壁的多个垂直支柱112，其用于多个目的。首先，这些支柱112要支撑并限位内部电路109(印制电路板)。一些支柱112限位电路109以校正壳体100内的水平面，一些支柱112限制电路109在壳体100内转动。这种对电路109的限制确保所有器件准确地对准以执行它们各自的功能，例如使程序或充电端口对准壳体100中的开口103。其次，这些支柱112将使壳体100增强并变硬。重要的是这些支柱112的垂直几何结构使其质量和体积最小化，使得壳体100的整体质量降低，同时还避免对无线通信的任何不必要的阻碍。

如图5和图6所示，底座部包括用于附接粘性垫的宽的平坦接合区(如图20和21所示)。底座部中的凹槽可具有倾斜的或垂直的侧壁121和平坦或弯曲的顶表面122，该顶表面通向与电子元器件109配合的中心孔108。该凹槽是腔室的一部分(当与表面接触时)并且其尺寸比声传感器的声端口的尺寸大。

凹槽和内部电子电路109之间的接口可以形成有压靠电子电路或其它内部器件的唇缘119。该唇缘119的几何结构和位置如此设计，即其确保了从底座部到感测电路109的良好声传递。该唇缘119的几何结构和位置还用作预载/弹性夹持机构以限制内部器件的位置和取向。弹性或可压缩片状材料111可包括在电子组件的不同器件之间以帮助夹持内部器件并适应器件几何结构的任何微小制造变化。该材料还可用作机械、电气或热隔绝体。

如图7所示，包括内部电路109和电源110的内部器件预构造成单个单元以易于插入壳体的主体部104。一旦通过垂直支柱112和水平肋113将内部器件限制在正确位置，那么底座部105扣合至主体部104。

图8以截面图示出本发明的另一实施例。壳体200包括主体部201和底座部202，它们通过表面结合技术比如超声焊接或胶固定在一起。底座部202包括从底座部202的接触表面垂直伸出的环状凸起204。环状凸起204被构造成位于主体部201内侧或围绕主体部201的外侧(图8示出位于主体部201内侧的环状凸起204)。这种构造允许精确对准壳体的主体部和底座部以确保正确的信号传递和功能性，并且为表面结合方法提供增加的表面积203以与之接合，从而提供强度并阻碍主体部201和底座部202分离。

图9以截面图示出本发明的另一实施例。壳体300包括主体部301和底座部302，它们通过扣合接口或表面结合技术固定在一起。底座部302包括大致平面的表面和细长的向内凹部，该凹部具有贯穿其中的通道303。通道303具有大致直立或倾斜的侧壁，侧壁被构造成将气压从声事件直接导入声感测电路304。该实施例使从用户到内部感测电子产品304的声传递效率最大化。

图10以截面图示出本发明的另一实施例。壳体400包括主体部401和底座部402，它们通过扣合接口或表面结合技术固定在一起。底座部402包括具有倾斜侧壁404的凹槽，侧壁限定出被构造成与声感测电路403直接配合的大的开口。该实施例通过与内部电子电路板403的底表面结合为凹部提供节省空间的阶梯轮廓。凹部的侧壁404是底座部402的一部分，且在比实施例100更大的直径处压靠电子电路板403。通过结合底座部402和内部电子电路板403形成的凹部可具有与实施例100相同但垂直尺寸减小(即小于2.5mm)的体积特征。

图11、图12和图13示出本发明的另一实施例。壳体500具有多个特征以增强强度并且允许壳体500承受更大的冲击和挤压。相比于实施例100，该实施例在主体部501内侧具有数量和深度均增加的肋502并且在底座部506具有附加的径向肋507。此外，该实施例在主体部501的内侧上具有阶梯唇缘504以限制内部电子电路。阶梯唇缘504提供了与电路显著增加的接触面积并且因此提供更大的限制。在该实施例中的底座部506具有尺寸增大的外插入件，该外插入件压靠内部电子电路的底座。将底座部506尺寸增大的外插入件与主体部501内侧上的阶梯唇缘504结合产生了机械增强，该机械增强将冲击和挤压载荷分配到整个壳体500。相比于实施例100，该实施例还包括位于主体部501中尺寸增大的支撑立柱502以提供更大的阻力抵抗挤压载荷。实施例500包括更大强度的环形扣合设计以确保器件在负载期间不会分离。该扣合由底座部中的环形凹槽508和主体部501侧壁中的环形凸起505提供，以避免外露的主体部501中的任何薄壁部段。此外，扣合凸起505具有非对称钩状外形，其在拆卸时需要比组装明显更大的力。

图14示出本发明的另一实施例。壳体600包括底座部601，该底座部具有隐蔽端口602以允许从内部器件到底座部601的底表面的光传递，同时维持一定程度的入侵保护。隐蔽端口602通过结合透射光学装置(例如透镜)603、穿过壳体底座的相应孔以及将光学装置保持在壳体600内的方法而形成。保持光学装置的方法可以包括胶、保持夹、保持凸舌和扣合机构、或者通过将光学装置与其它内部器件对齐以将其限制在壳体内。该设计可以被构造成使得透射镜片605的底表面与壳体底座的底表面齐平以确保正确的粘合并使对某些光学信号的任何破坏最小化。声监测器可具有指示各种事项的指示灯，比如电源、通信或其它状态项目。壳体600可以设计成具有这样的材料和厚度，即该材料和厚度无需修改而允许光通过，或者出于安全原因材料可以在不妨碍隔绝强度的区域变薄，以促进光源的光传递，或者可以使用不同的半透明/透明材料作为可以在制造过程中组装的单独零件。该“光优化区”(光学窗口)将通常位于壳体的底部区或在侧面。它们的具体位置将取决于现有内部气隙、提供从光源到壳体600的光路以及从不同现有轨迹到壳体600中的具体位置的距离。

图15示出本发明的另一实施例。壳体700包括底座部701，其具有合并的按钮或开关702以供用户与内部电子元器件对接同时维持入侵保护的等级。按钮或开关702位于底座部701的孔中。按钮702可以用夹子或相似的机构705保持并且可以绕其直径安装弹簧、其它张紧机构或密封机构。按钮主体可以在指定范围内垂直自由移动并且可以弹簧加载以返回到底部位置。交界点705可以以任何需要的方式成形，使得在用户向上推动主体时，它将根据需要与内部电子电路配合并接合。通过将电感性器件或类似器件安装到底座部701的内表面，该动作还可以用非接触开关来形成。

图16和图17示出本发明的另一实施例。壳体800包括键锁机构，其协助组装和制造并且确保壳体底座上的所有端口均与内部电子系统中对应插槽、器件或感测器准确对准，同时还允许通过模制实现壳体的批量生产并维持水入侵保护。主体部801的键锁机构由一个或多个延长支柱802形成，支柱从主体部801的顶部延伸至距离主体部801的底部一小段距离。底座部803在其顶部、边缘以及精确定义的角度处具有相应数量的U形切口804。在组装期间，底座803上的U形切口804与主体部801上的延伸支柱802接合，限制底座部803相对于主体部801转动，从而根据需要对准所有端口。

图18示出本发明的另一实施例。壳体900包括主体部901和底座部902。底座部902包含在凸起的唇缘903上的凹槽，该凹槽与电子电路板配合以允许它们之间容纳、约束密封垫圈或O形环904并使其有效工作。该布置最小化壳体的内部体积的压力或气体损失的可能性，从而最大化声信号从用户到电子感测器件的传递。

为了优化性能在空间上分布所有这些器件并非微不足道的任务，因为必须同时考虑一系列复杂的不同的电子、物理、可用性和生理的权衡。例如这类监测器最有益的应用类型是需要长期连续监测的一类。但由于电源的持续时间，监测的不间断持续时间受到限制。但是，如果选择电池组，电源的持续时间既取决于电池组的化学组成、电池的性质(一次或二次)，又取决于其体积。电池的性质将具有重要的可用性含义，因为二次电池具有更小的容量(每单位体积的能量)，但是它们允许对系统充电。体积将影响系统的大小以及其重量。所有这些结果在于电池组将是系统体积中的主要部件。但在大多数情况下，电池组的形状固定(可以是定制化的，但是这导致制造成本增加)，并且因此这将严格地限制其它器件的空间分布。但是这些器件还具有它们自己的空间需求。天线就是一个示例。取决于天线选择，必须考虑其占据的表面积、增益以及其周围需要留下的无器件的空间而进行权衡。但是除此之外，因为系统的大小，器件的分布总是要对需要考虑的传递存在影响。除此之外，传感器的定位将严重影响它们的有效信噪比(即，这将被理解为他们可以检测的更大信号与本底噪声之间的比，考虑到在某些情况下，本底噪声还会计入由其它声信号引入的干扰)。壳体的设计在正确权衡这些方面起着非常重要作用。壳体可显著影响不同声信号的传递(身体关注信号以及需要感测的假象，使得它们可以在之后消除)；可以将某些器件(比如电池组)的空间位置以最佳方式“固定”，而不必依赖会损害其它器件空间分布的特殊内部连接器；可以消除对某些电池组/通信件或者其它指示器的需求；可以促进系统重置(或改变状态)；可以消除会影响一些重要系统权衡的某些用户保护机构的需求；可以保护系统；可以促进安全的电池组充电；并且可以消除繁琐的用户附接机构的需求。

壳体的每部分可以由1毫米(mm)厚的医用级丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)制成。但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的条件下使用其它类型的材料。出于美观以及性能因素，希望对壳体进行抛光处理。粗糙的表面处理将产生更强的声假象，导致更多信号被破坏。但是，抛光处理也导致更高的生产成本。

尽管用适当的身体附接机构将会优化身体声音的声传递，但体外声音也会被传感器接收。因为如此，阵列(一个或多个)传声器将布置在印制电路板中以感测那些环境噪声，以促进处理和消除。那些传感器的感测端口将通常面向PCB的其它侧，使得它们将不会在接收噪声的同时接收身体信号。壳体可以设计成保证那些端口和表面之间的气隙以促进信号传递。

壳体可具有内部增强件，以使在强烈冲击的情况下破裂成多个件的可能性最小化，否则可能会接触到损害安全性的电子件。该内部增强件可以同时用于引导组装并固定一些器件位置以最小化因振动造成的危害，同时还保证上述气隙。这样的示例示出在实施例500中。

壳体是定制颜色并且可以包括任意数量的标识、标签或图形设计或其组合。标识、标签或设计可以通过任何其它材料比如油漆或乙烯基的粘接或附接、或通过壳体表面本身的外形修整比如压花或雕刻而包括在壳体中。

图19示出本发明的另一实施例。副壳体1100使壳体能够如图1至18(在本段中称为主壳体)所示被如此存储和运输，即使得它对机械载荷、冲击和振动具有显著增加的阻力。副壳体由抵抗冲击外壳1101和机械隔绝层1102形成，外壳由材料比如ABS制造，隔绝层由材料比如低密度泡沫制造。在机械隔绝层的两半中包括凹槽1103，以允许主壳体1104牢固就位。外壳可以由具有固定机构1106的铰链设计1105形成以将副壳体的两部分保持在一起并将主壳体固定就位。此外，辅助孔1107可以位于副壳体的侧面以允许绳索或其它连接器应用到主壳体的端口。在主壳体在保护性副壳体内时，这可以用于为装置电池组充电。

壳体也必须具有足够的特性，使得它可以适当地附接至受试者的身体而无需改变声学特性并最小化脱离风险。附接可以通过将粘接带附接至壳体底座部的底部(当移除衬里时，粘接部分可以与受试者的身体接触)来实现。通过这样做，胶可以用于：保持壳体就位并对传声器孔进行防水/防尘处理。为了允许多个用途(和用户)，壳体的粘接部分必须可更换。有许多方式可以实现这一点，但是被发现非常有效的一种是具有两个标签的双面胶，如图20所示。凸舌的缺少使得用户由于其体积小而难以将壳体放在中央并移除衬里。但这是重要的要求，因为由于在壳体的中心产生的凹处而导致留下了很小的接触面积，以避免主要由颈部较大的人的皮肤或组织松弛造成的信号衰减。

用户将通过使用带有衬里的双面胶垫来更换胶，衬里针对于附接至壳体和附接至用户的可用性进行设计。胶和衬里的实施例1200示出在图20中。衬里1201/1203设计为具有容易操作的凸舌1204，凸舌向外突出超过粘接带1202，粘接带彼此呈角度(例如90度)放置并且每个都由具有与另一种不同的剥离强度的材料制得，以允许控制首先移除哪个衬里，使得可以向用户提供更清楚的指示。衬里上的凸舌角度对于确保用户轻松剥离而言是重要的。一旦已经移除第一衬里，那么装置可以精确地放置在粘接带的顶部。在此之后，用户可以通过拉动其余的凸舌并将壳体附接至他们自身而移除第二衬里。使用之后，粘接带的大小既可以稍微大于壳体也可以具有多余的凸舌以允许用户易于操作粘接带并将其从壳体上移除。

如图21所示的胶1300的另一实施例在粘接带上具有中心孔1305以改善进入底座壳体中的中空凹处中的声传递。

因为这倾向用于非常小的监测系统，在儿科应用的具体情况下，如果仅用胶/表面胶或儿童可将其脱下并放入他们口中的可选的方法来附接，系统本身会造成窒息危险。在这种情况下，可将如图22所示的捆扎机构增加至壳体以减少危险。壳体1400在主体部1401的任一侧具有附加的安装点1402以稳固地附接捆扎带1403。该带为将壳体附接至用户身体提供附加安全性并最小化儿童移除壳体并将壳体塞入其口中的风险。带可以由将舒适附上用户1405身体的任何材料制得并且可以通过使用夹子、钩环扣件或任何其它形式的带紧固件1404附接。

图3至24的壳体适用于附接至朝向受试者腕侧的手掌，从而感测器或者封闭其内的感测器靠近受试者的动脉安置。用于将壳体附接至受试者的前臂的机构的示例示出在图25中，其包括构造为围绕受试者的前臂附接的带，该带具有用于接收壳体的开口并且当带处于第一构型时允许壳体相对于带的受限定位和旋转运动。该壳体可以在带绕受试者的腕部定位时预先附接至该带，或者该壳体可以在带已经以其第一构型围绕受试者腕部定位之后插入带中。壳体相对于带的这种受限的运动允许受试者将壳体移到通过壳体内声感测器从受试者动脉处接收良好声信号的位置。

从设备传送出或者存储并显示在设备上的信号通过信号处理算法进行处理以为受试者提供可读数据，该可读数据可由设备的用户或者医疗保健专家解读成生理信息。该信号处理技术可在设备上运行以降低将数据传递至外部装置的需要或者可以在远程计算机或装置上运行以最小化设备的必要处理功率。该算法采用信号处理方法以从声信号中提取有用的生理参数。多种方法可用于算法的不同部分。例如，需要对来自连续监测的声信号进行预处理以去除噪音和运动假象。这可使用来自其他感测器例如麦克风和运动感测器的信息来推断上下文信息，接下来应用特定于不同活动的滤波器。该算法采用窄带和宽带滤波以分割代表心脏和呼吸情况的声信号的部段。分割过程之后在每个关注区域内进行特征提取。它包括在时域和频域中提取特征，例如振幅、零交叉、信号梯度、频谱功率、能量、熵、频谱边缘频率、小波系数、MFCC系数等。这些特征接下来采用对于每种情况均不同的分类器进行分类。例如，呼吸情况可以使用逻辑回归模型进行分类，而心脏情况可以使用支持向量机进行分类。对于血压监测，算法还从静止位置处找寻声信号中某些特征的变化率。采用关于所施加气压的更多信息，然后将其用于推导出收缩压值和舒张压值。

如图26所示的本发明的另一方面包括包含上述设备的血压袖带。此种血压袖带可包括围绕受试者的手臂紧固的可充气橡胶气囊，或者带本身可包括可充气袖带。手动或动力泵用于为橡胶气囊充气。在充气后，气阀允许充气橡胶气囊内部的气压缓慢释放。根据本发明的各个方面的设备用于测量一个或多个目标血管内的血流。随着心脏跳动，其会推动血液通过血管，由此导致血压的升高和降低。本发明的设备能够代替传统的听诊器来听血流声，比如在测量血压时的紊流声。传统地，当橡胶气囊充气时，其在目标血管上施加大于最大动脉压力(即收缩压)的压力。在最大量充气时，通过目标血管的血流被完全切断，由此该设备将不能检测到任何声信号。随着橡胶气囊的压力释放使得橡胶气囊所施加的压力等于动脉收缩压，血液能够流经袖带。此时，设备开始识别与由流经袖带的血液引起的血液紊流相关的声信号。声信号将继续直至橡胶气囊的气压降到最低血压(即舒张压)之下。此时，无法检测到进一步的声信号。

为了测量血压，在血液能够流经袖带时即当听到由血液紊流引起的声信号时，记录下可充气气囊的气压。此过程通常手动进行。采用本发明，在设备测量关于收缩压的声信号并且停止测量关于舒张压的声信号时，可以自动提取患者的收缩压和舒张压。

设备(10)还可与一个或多个其他心脏感测器结合使用以测量从受试者体内的一个位置到另一个位置的脉冲瞬时时刻。例如，心脏感测器可位于受试者的胸部。心脏感测器在那个位置处测量受试者的脉搏。该设备(10)接下来检测例如在前臂或大腿区域上的目标血管中的受试者的脉搏。接下来对所测得的脉冲瞬时时刻进行推断以提供关于血压的指示。因此，可以通过持续或定期监测并不需要使用传统血压测量设备(例如充气袖带)来随时间监测血压。

仅借助于示例给出上文描述并且其不旨在限定权利要求书的范围。

Claims (25)

1.用于测量血管内生理参数的设备，其包括至少一个声感测器，所述声感测器能够定位至受试者的身体部位并且构造为从受试者处接收声信号，还包括用于将所述声感测器附接至受试者的身体部位上的机构。

2.根据权利要求1所述的设备，其中至少一个声感测器包括至少一个麦克风或压电感测器。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述声感测器包括第一麦克风或第一压电感测器、第二麦克风或第二压电感测器和用于从所述第一麦克风或第一压电感测器和所述第二麦克风或第二压电感测器处接收信号的处理器，其中所述第一麦克风或第一压电感测器被构造成测量来自所述受试者的声信号且所述第二麦克风或第二压电感测器被构造为确定背景噪音且所述处理器被构造成从由所述第一麦克风或第一压电感测器测得的来自受试者的声信号中去除由所述第二麦克风或压电感测器确定的背景噪音。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，还包括光学感测器。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述光学感测器包括光源和被构造成测量所述光源的一种或多种特性的光电传感器。

6.根据权利要求4或5所述的设备，其中所述第一麦克风和所述光学感测器均安装至同一表面并且面向受试者的身体表面的一部分。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括用于将所述声感测器附接至所述受试者的肢体的机构。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括感测器外壳和附接接口，所述附接接口具有第一附接构型和第二附接构型，以使得在第一附接构型时所述感测器外壳能够相对于所述附接接口在三自由度上运动，而在第二附接构型时所述感测器外壳相对于所述附接接口固定定位。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述感测器外壳还包括密封机构，所述密封机构被构造成在所述感测器外壳和所述受试者的身体表面之间提供气密密封。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其中所述感测器外壳包括侧壁，所述侧壁具有至少一个开口和上下敞开的表面以在所述附接接口处于所述第一附接构型时允许所述声感测器插入所述感测器外壳。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述侧壁内的所述至少一个开口中的至少一个安装有透镜。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括用于将由所述声感测器测得的声信号发送至外部电子装置的传送器。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括用于确定所述受试者是否正佩戴所述设备的运动感测器。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述设备被构造为仅在所述运动感测器确定代表所述设备正由所述受试者佩戴的运动时启动所述声感测器和/或光电传感器。

15.根据权利要求13或14所述的设备，其中所述设备被构造成在所述光电传感器确定代表所述设备正布置在动脉或静脉附近的光的一种或多种特性时启动一个或多个其他的电子器件。

16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述声感测器被构造成测量位于10赫兹(Hz)至10千赫兹(KHz)范围内的声信号。

17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备被构造成佩戴至所述受试者的前臂。

18.一种用根据权利要求13至17中任一项所述的设备测量血管中生理参数的方法，包括：

(i)用运动感测器测量所述受试者身体部位的位置和/运动，

(ii)可选地，指示所述受试者身体部位的期望位置和/或运动，并且可选地向用户提供反馈以指示所述受试者身体的所述部位是否处于期望位置或者正在执行期望运动，和

(iii)仅在确定受试者身体的所述部位位于期望位置或正在执行期望运动时测量血管内的生理参数。

19.一种用根据权利要求13至17中任一项所述的设备测量血管中生理参数的方法，包括：

(i)用运动感测器测量所述受试者身体部位的位置和/或运动，和

(ii)用测得的运动将测得的生理参数标记为不可靠的假象。

20.一种用根据权利要求13至17中任一项所述的设备测量血管中生理参数的方法，包括：

(i)用运动感测器测量受试者身体部位的位置和/或运动，和

(ii)确定测得的运动与从测得的生理信号处获得的心脏参数之间的关联性。

21.一种用于测量血管内生理参数的系统，其包括根据权利要求1至17中任一项所述的设备和电子装置，所述电子装置构造成从所述设备处接收信号并且显示代表由所述设备测得的生理参数的一个或多个数据域。

22.一种将声感测器安装在目标血管附近的方法，所述方法包括：

(i)用光学感测器确定包括用于测量生理参数的感测器的装置位于目标血管的预设阈值距离之内；

(ii)如果所述光学感测器的位置超出预设阈值距离，那么向外部装置发送信号以指示所述装置未布置在所述目标血管附近；和

(iii)如果所述光学感测器的位置未超出预设阈值距离，那么向外部装置发送信号以指示所述装置布置在所述目标血管附近

其中，可选地，所述声感测器是根据权利要求1至17中任一项所述的设备的部件。

23.一种确定受试者是否正佩戴声感测器的方法，所述方法包括：

(i)用运动感测器来测量装置的运动并且确定是否此运动代表所述受试者佩戴了所述装置；

(ii)如果所述运动感测器检测到代表所述受试者佩戴了所述装置的运动，那么启动声感测器和/或光学感测器；和

(iii)在已经过超出预设阈值的时间段后，如果所述运动感测器没有检测到代表所述受试者佩戴了所述装置的运动，则停用所述声感测器和/或光学感测器

其中，可选地，所述声感测器是根据权利要求1至17中任一项所述的设备的部件。

24.用于测量血压的设备，包括：构造用于围绕受试者肢体附接的可充气橡胶气囊、用于为围绕受试者肢体的所述可充气橡胶气囊充气的机构、用于自所述可充气气囊释放压力的阀和用于识别声信号的根据权利要求1至17中任一项所述的设备，其中在为所述可充气橡胶气囊充气并随后部分释放所述可充气橡胶气囊压力后检测到声信号时，所述设备记录此时的收缩血压，并在进一步释放所述可充气橡胶气囊压力后不再检测到声信号时，进一步记录此时的舒张压。

25.一种监测睡眠阶段的方法，所述方法包括：

(i)用根据权利要求1至17中任一项所述的设备来监测以下内容中的一项或多项：在预设时间段内的运动、心脏参数和呼吸频率，和

(ii)推断该运动、心脏参数和呼吸频率以将睡眠阶段配属至预设时间段的标识区段。

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