CN114340492A - 用于监测生理变化的可穿戴设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于监测患者的生理变化的可穿戴设备。所述设备可包括适于固定到患者身体的壳体，所述壳体包括针，所述针被配置用于与皮肤表面下的体液流体接触；室，所述室具有细胞层并且被配置为监测所述体液中的生理变化并生成与所述生理变化相关联的一个或多个信号；以及读取器，所述读取器用于检测和/或解码来自所述细胞层的信号以监测所述患者的生理变化。所述设备能够通过传输一个或多个信号来与第二设备进行双向通信。

Description

用于监测生理变化的可穿戴设备及其使用方法

技术领域

本公开涉及包括具有一个或多个传感器的可穿戴设备的系统或设备，并且更具体地涉及包括适于监测身体内的生理变化的可穿戴设备的系统或设备。

背景技术

有多种电子和机械设备用于监测和治疗患者的医疗状况。在一些示例中，诸如生物传感器的医疗设备可以根据被监测或治疗的潜在医疗状况而通过外科手术植入到患者体内。这种医疗设备能够监测患者的生理变化，例如血压、心率、ECG、体温、葡萄糖水平、基因和蛋白质变化、反映全身疾病的局部细胞变化或健康状态或其他身体参数的变化。在一些情况下，医生可以单独使用医疗设备或与药物治疗结合使用医疗设备来治疗患者的医疗状况。

可监测患者生理变化的可穿戴生物传感器可显著提高医生治疗这些不然会危及生命的状况的能力。然而，此类设备具有某些限制，即它们需要被植入。植入设备需要患者将设备通过外科手术植入其体内，这可能导致住院治疗、并发症和手术后的停机时间。因此，需要可穿戴设备以及用于将可穿戴设备联网的系统，以帮助监测患者的生理状况。

发明内容

需要用于监测患者生理变化的改进的可穿戴设备和方法。本公开涉及解决这一需求的另外的解决方案，另外还具有其他期望的特性。

根据本公开的示例实施方案，公开了一种用于监测患者的生理变化的可穿戴设备。所述设备可包括适于固定到患者身体的壳体，所述壳体包括针，所述针被配置用于与皮肤表面下的体液流体接触；室，所述室具有细胞层并且被配置为监测所述体液中的生理变化并生成与所述生理变化相关联的一个或多个信号；以及读取器，所述读取器用于检测和/或解码来自所述细胞层的信号以监测所述患者的生理变化。

根据本公开的方面，壳体可通过可移除元件而固定到患者身体。可移除元件可为胶带。

根据本公开的方面，室可固定在壳体内。

根据本公开的方面，室可包括生物部件。生物部件可包括细胞层，所述细胞层具有在植入前预先定位在设备上或设备中的细胞。预先定位的细胞可响应于来自患者的生理信号。

根据本公开的另外的方面，室还可包括在生物部件的任一侧上的第一膜和第二膜。第一膜可为无孔膜，细胞层预先定位在该无孔膜上。第一膜可由玻璃制成。第二膜可为允许选定的流体和营养物传递到细胞层的多孔膜。

根据本公开的另外的方面，室还可包括电子部件。电子部件可为光源。光源可以将光照射到细胞层上，从而使细胞层内的某些细胞发光。

根据本公开的另外的方面，室还可包括用于将新鲜流体泵送到细胞上方的微流体泵。

根据本公开的另外的方面，室还可包括废流体室。废流体室可以在流体已经过细胞后接收和储存流体。

根据本公开的另外的方面，所述设备能够通过传输多个信号中的一个信号来与第二设备进行双向通信。

根据本公开的另外的方面，所述设备还可包括用于监测细胞中的温度变化的温度传感器。

根据本公开的另外的方面，所述设备还可包括用于将温度调节到期望参数的温度控制器。

根据本公开的示例实施方案，公开了一种用于监测患者的生理变化的系统。所述系统可包括用于监测患者的生理变化的可穿戴设备，所述设备包括适于固定到患者身体的壳体，所述壳体包括被配置用于与皮肤表面下的体液流体接触的针；室，所述室具有细胞层并且被配置为监测所述体液中的生理变化并生成与所述生理变化相关联的一个或多个信号；以及读取器，所述读取器用于检测和/或解码来自所述细胞层的信号以监测所述患者的生理变化；以及第二设备，所述第二设备用于检测和/或解码所述一个或多个信号以监测所述患者的生理变化。

根据本公开的示例实施方案，公开了一种用于监测患者的生理变化的方法。所述方法可包括提供用于监测患者的生理变化的可穿戴设备，所述设备包括适于固定到患者身体的壳体，所述壳体包括被配置用于与皮肤表面下的体液流体接触的针；室，所述室具有细胞层并且被配置为监测所述体液中的生理变化并生成与所述生理变化相关联的一个或多个信号；以及读取器，所述读取器用于检测和/或解码来自所述细胞层的信号以监测所述患者的生理变化；将一个或多个信号从所述可穿戴设备传输到第二设备，所述第二设备能够检测和/或解码所述一个或多个信号以监测所述患者的生理变化；以及检测和/或解码所述一个或多个信号以监测所述患者的生理变化。

附图说明

通过研究附图，本文所阐述的主题的关于其结构和操作的细节可以是显而易见的，在附图中，相同的附图标记指示相同的部件。附图中的部件不一定是按比例绘制的，而是着重说明本公开的原理。此外，所有的图示都是用来传这样的观念，其中相对的尺寸、形状和其他详细的属性可能是示意性地而不是如实地或精确地示出。

图1是描绘用于监测身体内的生理变化、数据采集和/或处理的系统的示例实施方案的概要图。

图2是描绘根据本公开的实施方案的可穿戴设备的图。

图3A、图3B和图3C是根据本公开的实施方案的可穿戴设备的透视图。

图4是根据本公开的实施方案的可穿戴设备的图。

图5A和图5B是根据本公开的实施方案的可穿戴设备的图。

图6A、图6B、图6C和图6D是根据本公开的实施方案的可穿戴设备的图。

图7A、图7B、图7C和图7D是根据本公开的实施方案的可穿戴设备的图。

图8A和图8B是根据本公开的实施方案的可穿戴设备的图。

图9是根据本公开的实施方案的可穿戴设备的图。

具体实施方式

本公开的说明性实施方案涉及一种适于监测身体内的生理变化的可穿戴设备。所述设备可包括适于固定到患者身体的壳体，所述壳体具有针，所述针被配置用于与皮肤表面下的体液流体接触以监测患者的生理变化。

如本文所用，术语“可穿戴设备”是可以由个体穿戴并且具有在一些实施方案中接触用户的皮肤的背面和正面的任何设备。如本文所用，术语“可穿戴”是指可移除、可拆卸或以其他方式非手术方式植入患者体内的设备。如果术语“可穿戴设备”包括监测元件，则其还可为监测设备。

如本文所用，术语“计算机”是可被编程以执行有限的一组算术或逻辑运算的通用设备。由于运算顺序可容易地改变，因此计算机可以解决多于一种的问题。计算机可包括至少一个处理元件，通常是中央处理单元(CPU)和某种形式的存储器。处理元件执行算术和逻辑运算，以及可基于存储的信息改变运算顺序的排序和控制单元。外围设备允许从外部源检索信息，并且保存和检索运算结果。

如本文所用，术语“用户”包括但不限于受医生照顾的生理变化将被测量的人。

“患者”或“受试者”或“个体”或“动物”或“哺乳动物”是指需要诊断、预后或治疗的任何受试者，特别是哺乳动物受试者。哺乳动物受试者包括人、家畜、农场动物，以及动物园动物、竞技动物或宠物动物，例如狗、猫、豚鼠、兔、大鼠、小鼠、马、牛、熊等。

图1至图9示出了根据本公开的适于监测身体内的生理变化的可穿戴生物传感器的一个或多个示例实施方案，图中相同的部件始终由相同的附图标记表示。尽管将参考附图中示出的一个或多个示例实施方案来描述本公开，但是应当理解，许多替代形式可以体现本公开。本领域技术人员还将理解，以仍然保持本公开的精神和范围的方式改变所公开的实施方案的参数(例如元件或材料的尺寸、形状或类型)的不同方式。

如图1所示，用于监测患者的生理变化的系统100的实施方案可包括用于监测体内生理变化的可穿戴设备101，例如生物传感器。已经开发了许多系统和方法用于自动监测体液，例如血流、间质液(“ISF”)、真皮层的真皮液或其他生物流体。这些系统中的一些被配置为使得传感器的至少一部分被定位在用户的皮肤表面下方，例如在用户的血管中或在皮下组织中，以获得关于身体的至少一种分析物的信息。

可穿戴医疗设备101可以是移动设备(例如，能够并被设计用于在患者进行他或她的日常活动时随患者移动的设备)。在实施方案中，设备101可由患者以连续(例如，基本上连续)的方式穿戴，并且可连续地监测患者的生理状态，例如，通过其传感器监测患者的生理变化。在一些实施方案中，连续使用可为基本上连续的或几乎连续的。也就是说，除了使用暂时停止的零星时段(例如，当患者洗澡时，当患者重新穿上新的和/或不同的衣服时，当电池充电/更换时，当衣服被清洗时等)之外，可穿戴医疗设备101可以连续使用。但是，如本文所述的这种基本上或几乎连续的使用仍可被称为连续使用。例如，可穿戴医疗设备101可被配置为由患者每天穿戴多达24小时。在一些实施方案中，患者可以在一天的较短时间内(例如，洗澡的半小时内)移除可穿戴医疗设备。

可穿戴设备101还能够扩展使用，并且在一些实施方式中，能够扩展长期使用。例如，可穿戴设备可被配置为由患者使用数小时、数天、数周、数月或甚至数年。在一些实施方案中，扩展使用本质上可以是连续的。可穿戴设备的使用(例如，连续和/或扩展使用)可包括患者的连续穿戴、对患者的连续附接和/或对患者的连续监测。可穿戴设备101可以在周期性或非周期性时间间隔或时间内执行其监测。例如，在间隔或时间期间的监测可由用户动作或另一事件触发。例如，周期性或非周期性间隔或时间之间的一个或多个持续时间可为用户可配置的。

系统100可具有产生信号的第一设备101和与第一设备101间隔开的用于接收信号的第二设备103，所述第一设备和所述第二设备通过本地通信路径(或链路)180彼此通信，所述本地通信路径可为有线的或无线的并且可为单向的或双向的。在路径180是无线路径的实施方案中，可以使用任何近场通信(NFC)协议、RFID协议、蓝牙或蓝牙低功耗协议、Wi-Fi协议、专有协议等，包括本申请日之前存在的那些通信协议或它们的后来开发的变型。在实施方案中，信号可以是光学信号或光信号。如本文所用，“光学信号”可以指红外光、可见光和紫外光。根据本公开的实施方案，信号可以是红外光。根据本公开的实施方案，信号可以是可见光。根据本公开的实施方案，信号可以是紫外光。根据本公开的实施方案，信号可以包括红外光、可见光、紫外光、电磁辐射、无线电波、微波、X射线、伽马射线、超声信号或其组合。应当理解，也可以包括本领域已知的其他信号

在实施方案中，信号，例如光学信号，可以在来自周围组织或器官的干扰最小的情况下行进穿过身体。例如，信号，例如光学信号，可以穿过肌肉、器官如肺和心脏、骨、软骨或身体中的任何其他组织，同时经历波长频率的最小干扰和/或损失。在实施方案中，预期波长频率的损失将小于10％、小于9％、小于8％、小于7％、小于6％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％或小于1％。应当理解，损失量可以基于多个因素而变化。例如，损失量可取决于信号的类型和/或所选波长的类型。另外，损失量可以取决于吸收、扩散和/或散射的量。然而，本领域技术人员应当理解，损失量将是最小的，并且将不会影响本申请的公开内容的操作。

在实施方案中，使用频率和/或幅度调制来对信号进行编码。这样，信号，例如光学信号，可以将诸如血压、心率、ECG、体温、葡萄糖水平、基因和蛋白质变化、反映全身疾病或健康状态变化的局部细胞变化、或其他身体参数的数据传送到第二设备103。在实施方案中，信号可具有在大约1×10-8到1×10-1Hz范围内的波长频率。当然，本领域的任何技术人员都应当理解，波长可以变化。

在实施方案中，第一设备101可监测整合的生物组织(活检的和生长的细胞)，并且当其响应于所关注的生理信号时，注意细胞的电活动、增加的收缩或伸展活动、或代谢活动是否存在变化。在一个实施方案中，信号的方向被反转。在一个实施方案中，使用频率和/或幅度调制来对信号进行编码。这样，信号可以将诸如血压、心率、ECG、体温、葡萄糖水平、基因和蛋白质变化、反映全身疾病或健康状态变化的局部细胞变化、或其他身体参数的数据传送到第二设备103。

在一个实施方案中，第一设备101和第二设备103都位于身体外部。例如，第一设备101在身体外部，但是被固定到身体，而第二设备103与身体间隔开。在另一个实施方案中，仅一个部件在个体外部，而另一个在体内。例如，第一设备101在体内，而第二设备103在体外。在另一个实施方案中，可以有任何数量的设备植入体内或位于体外。第一设备101可以与美国专利第8,024,020号；第8,849,416号；第8,938,300号和美国专利申请第13/212,804号中描述的设备相同或基本上相同，所有这些专利均据此以引用方式并入本文。

在实施方案中，第二设备103可以与第一设备103相同或基本上相同。在另一个实施方案中，第二设备103可以与第一设备103不同。例如，第二设备103可为起搏器、葡萄糖监测泵、胰岛素泵、神经刺激器、除颤器或可植入人体内或在人身上携带的任何其他医疗设备。

在实施方案中，第一设备101可以包括用于容纳用于监测患者体液中的生理变化的系统的壳体110。壳体110可以适于固定到患者身体上。在实施方案中，壳体110可具有任何合适的形状和尺寸。壳体110可以是椭圆形、管状、矩形、正方形、五边形、六边形或任何其他形状，只要壳体110能够固定到患者身体上即可。为了在组织或周围材料被接合和移动时最小化不适感并且防止对组织或周围材料的尖锐边缘或阻塞点，壳体110可以尽可能薄并且边缘可以被倒圆或斜切。壳体110可以由任何适于形成结构的材料构成，例如不锈钢、塑料、聚酰胺、特弗隆、聚合物、陶瓷或其他合成或生物材料，例如但不限于软骨。在一个实施方案中，材料具有足够的硬度以保持它们自己的相应柱，并且能够增加它们所施加到的探针的抗挠刚度。

壳体110可以放置在身体上的任何地方，并且可以放置成与皮肤直接接触。在实施方案中，壳体110可以用粘合元件105固定到皮肤。粘合元件105包含用于附接到患者身体的皮肤表面的粘合剂层。除了粘合剂之外或代替粘合剂，可以使用其他形式的主体与主体的附接。例如，将壳体110连接到皮肤的其他形式可以包括但不限于使用吊带、托架、支架、腕带、腰带、腿或腹部束带。设备101还可以通过使用延伸的流体管而远离皮肤和身体定位，以允许在病床或其他方法中使用，其中设备在用于不能走动的患者时不直接连接到身体。

在壳体110内，可以找到用于监测患者体液中的生理变化的系统。在许多实施方案中，系统可被消毒并密封在其壳体110内，使得壳体110的内部不能被外部材料环境(例如，空气和用户)触及。在这种构型中，用户无法触及系统的部件。系统可以与传感器107耦合，所述传感器可延伸通过粘合元件105并从壳体110突出。传感器107适于至少部分地插入用户的身体中，该传感器在用户体内可与用户的体液(例如，间质液(ISF)、皮肤液或血液)流体接触，并且与体内分析物监测电路一起用于测量用户的分析物相关数据。

在一个实施方案中，传感器107是针。传感器107可以皮下插入或静脉内插入到患者体内。在实施方案中，可穿戴设备101能够从患者身体移除。一旦移除，设备101可以重新施加或者新的设备101可以施加于患者。当传感器107插入皮下时，设备101的可移除意味着包括传感器107在内的整个设备101从患者身体移除。另一方面，当传感器107插入静脉内时，设备101的移除意味着传感器107能够与插入患者体内的静脉内管路分离。或者，设备101的移除意味着设备101与传感器107分离，该传感器与静脉内管路一起留下。

在一个实施方案中，第一设备101及其部件可用机械施加器150以一个或多个步骤或以任何其他所需方式施加到身体。一旦用户选择了施加部位，设备101就被固定到身体。为了固定设备101，用户将机械施加器150放置在插入部位的皮肤上，然后施加力以安装设备101。机械施加器150被驱动以将传感器107的远端插入穿过用户的皮肤，将设备101粘附到皮肤表面，并且将设备101与机械施加器150分离。在一些实施方案中，用户通过向施加器施加力来执行施加操作，其中所施加的力是沿着施加器的纵向轴线的单一连续推动运动，所述单一连续推动运动一旦开始就使施加器执行施加操作，使得施加器在完成之前不停止操作。在实施方案中，设备101的粘合元件105直到执行施加操作才接触用户。因此，即使在施加器已经放置在皮肤上之后，施加器也可以移动到不同的位置，直到执行施加操作，而不会损坏装置或其他系统部件。

根据各种实施方案，壳体110和设备101可被制成整体件或段，或者可以被制成能够(i)机械地、(ii)通过粘附、(iii)通过热熔、(iv)利用磁体、(v)通过其他联接机构等而被联接在一起的单独的段。

在启用之后，第一设备101可将所收集的体液数据(例如，与监测到的生理变化相对应的数据)无线地传送到第二设备103，其中在某些实施方案中，可以将所述体液数据通过算法处理成表示用户的生理变化的数据，然后向用户显示和/或以其他方式并入针对特定状况的监测方案中。

如图1所示，系统100还可包括第二设备103，所述第二设备从第一设备101接收生理数据，并且以任何数量的形式检测、解码、处理和/或向用户显示所述生理数据。在实施方案中，第二设备103可以解码或解调信号180以接收在信号180内编码的数据，并且可以将信号180与参考信号进行比较以诊断疾病或状况。响应于检测到的信号180，所述第二设备103可以启动动作。所述动作可包括调整患者的医疗(即，药物递送)、启用警报、向医生发送信息等。应当理解，信号180可为单向的或双向的。

举例来说，该第二设备103及其变型可以被称为“读取器设备”(或简称为“读取器”)、“手持式电子器件”(或手持式设备)、“便携式数据处理”设备或单元、“数据接收器”、“接收器”设备或单元(或简称为接收器)、或“远程”设备或单元。诸如个人计算机的其他设备也已经与这样的监测系统一起使用或被并入这样的监测系统中。

在一个实施方案中，第二设备103可为移动通信设备，例如Wi-Fi或支持因特网的智能电话、平板电脑或个人数字助理(PDA)。智能电话的示例可包括但不限于基于WINDOWS操作系统、ANDROID操作系统、IPHONE操作系统、PALM WEBOS、BLACKBERRY操作系统或SYMBIAN操作系统的那些电话，其具有用于通过因特网或局域网(LAN)进行数据通信的网络连通性。

第二设备103可包括向用户输出信息和/或接受来自用户的输入的显示器(例如，如果被配置为触摸屏)，以及一个或多个可选的用户接口部件，诸如按钮、致动器、触敏开关、电容式开关、压敏开关、滚轮等。第二设备103也可包括一个或多个数据通信端口，用于与外部设备，例如计算机系统170或云172进行有线数据通信。

计算机系统170可以是个人或膝上型计算机、平板电脑或其他合适的数据处理设备。计算机170相对于第二设备103可为本地的(例如，可经由诸如USB的直接有线连接访问)或远程的，并且可为(或包括)用于数据管理和分析以及与系统100中的部件通信的软件。

计算机系统170可以用于执行第一设备101和/或第二设备103的认证、用于存储从设备101和/或103接收的机密数据、用于向设备101和/或103输出机密数据，或者用于执行其他操作。计算机系统170可包括一个或多个计算机、服务器、网络、数据库等。计算机系统170可物理地或虚拟地通过安全连接而由第一设备101的制造商或经销商拥有，或者可以由不同方(例如，第三方)来维护和操作。计算机系统170在系统100可假定计算机系统170提供真实数据或信息的意义上是可信的。计算机系统170可以简单地依靠其在制造商的拥有或控制下而被信任，例如，像典型的web服务器。或者，计算机系统170可以以更安全的方式实现，诸如通过要求附加的密码、加密、防火墙或其他因特网访问安全增强，其进一步防止伪造者攻击或计算机黑客的攻击。

系统100内的数据处理和软件执行可以由第一设备101、第二设备103和/或计算机系统170的一个或多个处理器来执行。例如，由传感器107测量的原始数据可以通过算法处理成表示生理水平并且容易适合于向用户显示的值，并且这可在第一设备101、第二设备103或计算机系统170中进行。此信息和从原始数据导出的任何其他信息可以以上述任何方式显示在驻留在第一设备101、第二设备103或计算机系统170中的任何一个上的任何显示器上。用户可以利用所述信息来确定任何必要的校正动作，以确保分析物水平保持在可接受的和/或临床安全的范围内。

图2是具有用于监测患者体液中的生理变化的部件的壳体110的视图。在实施方案中，壳体110可以包括室120、电子器件源122、微流体泵124、废流体室126和电源128。

图3A、图3B、图3C、图3D、图4、图5A、图5B、图6A、图6B、图6C、图6D、图7A、图7B、图7C和7D示出室120的各种图示。如图3A所示，室120可以包括至少一个开口130。开口130可以是圆形、矩形、正方形、五边形、六边形或任何其他形状。在一个实施方案中，开口130是圆形的。开口130可以是适合于室120的任何尺寸。在实施方案中，开口130的直径范围从约0.10mm到约0.40mm。如图6B所示，直径为约0.17mm。室120可以基本上如美国专利申请第16/410,294号中所示。

在实施方案中，室120可以包括位于主体中的开口130内的生物部件132。在实施方案中，生物部件可以包括在植入之前预先定位在设备上或设备中的细胞134。预先定位的细胞134可适于响应于来自患者的生理信号。在一个实施方案中，细胞134可以来自靶部位。在另一个实施方案中，细胞134可以来自其他部位。

细胞134可以放置在一个层、两个层或多个层中。此外，细胞可以放置在三维(即，多层)基质内，并且不限于二维板上的这种层。细胞134被放置成使得细胞134具有通常不超过约0.5-1mm的厚度，以便细胞接收包括氧暴露在内的充足营养物质。

细胞134是从患者培养或以其他方式获得并在室中生长的所关注的细胞(例如但不限于心脏、血管、胃肠、骨、组织或软骨，取决于应用)。室的内部环境和结构被优化以支持所关注的特定细胞，并且可以包括但不限于用于细胞134的支架和支持的天然和合成基质材料。由于细胞是来自患者的所关注的细胞，因此它们一旦被植入就能够存活。室120是允许细胞健康生长和粘附的生物相容性结构。尽管合成和/或天然存在的物质是优选的，但可以使用与靶细胞具有生物相容性并保持细胞结构完整同时允许细胞在其环境中生长和存活的任何物质。

基于细胞检测和响应所关注的生理信号的能力来选择细胞134。例如，如果对循环化学信使如儿茶酚胺的响应是所需信息，则可以使用骨骼肌。因此，这些细胞不需要单独的传感器来检测所需的化学信使。在这种情况下，从手臂或腿上对肌肉进行活组织检查，并将肌肉放置在允许以无创伤方式分离细胞的环境中，以便使损伤最小化。然后使细胞在设备上生长。生长部位包括与电极或微机电设备阵列的直接接触。电极阵列界面可以在单个平面中，或者电极分布在三维结构中，使得细胞与多个电极直接接触。当细胞成熟并附接于电极/传感器电路/MEM时，将所述设备准备用于植入到获得细胞的同一人体内。或者，细胞可以来自另一个人或非人来源，并且以与植入其的人相容的方式产生。这使疤痕形成和排斥减至最少。

在这种情况下，细胞134通过增加它们的击发频率以及收缩强度来对儿茶酚胺的增加作出响应，这通过剪切应力记录传感器、经由压力传感器获得的压力和机械构象变化的变化速率来测量。可以检测剪切应力/压力和/或电活动(振幅和频率)的变化。如果电活动是用作标记的期望信号或细胞响应，则也记录所述电活动。第一设备101然后将检测结果传输到外部控制器，或者可以具有其本身的控制器，所述控制器通过发射电刺激来存储信息和/或作用于信息，以抑制或刺激其中植入所述设备的目标器官。数据还可例如使用超声波无线地传送到另一联网的植入或外部设备，所述设备然后执行可以由电刺激或触发通过植入泵或外部泵的物质输注组成的介入。

在室120内，细胞134位于第一膜136和第二膜138之间，如图3C所示。第一膜136和第二膜138用于将细胞134保持在一个位置并防止细胞变形。在一个实施方案中，第一膜136是无孔的。第一膜136邻近或邻接容器110定位，并在容器110和其所接触的细胞134之间提供界面。在一个实施方案中，第一膜136由玻璃制成。第二膜138邻近人体定位，并在人体和其所接触的细胞134之间提供界面。与第一膜136相比之下，第二膜138可以是多孔的，以允许选定的流体和营养物通过细胞134。

为了保持细胞134在第一膜136和第二膜138之间的定位，室120的开口可以是凹坑的形式，如图3A和图3B所示。在图3B所示的一个实施方案中，凹坑形状可以包括从凹坑的基部142延伸到凹坑的顶部144的壁140。在凹坑的基部142是包含细胞层134的第二膜138。壁140用于将细胞层固定在生物部件内，并防止细胞的变形或迁移。在一个实施方案中，凹坑的基部142具有比凹坑的顶部144小的直径。在另一个实施方案中，凹坑的基部142具有与凹坑的顶部144相同或基本上相同的直径。在一个实施方案中，壁140可具有相对于生物材料132成角度的侧面。在一个实施方案中，壁140的侧面可以成约30度到90度之间的角度。在一个实施方案中，壁140的侧面可以成约45度的角度。

另外，可以将任选的涂层施加到细胞134的外表面或施加到第一膜136或第二膜138。涂层可以抑制第一设备101上方的瘢痕组织形成或纤维化生长。另外，涂层可以包括促进设备周围血管生长的物质，以增强或优化与血液/流体传播信号的接触。在另一个实施方案中，涂层可以是以预定速率将药物递送至周围组织的药物洗脱涂层。类固醇随时间稀释并最终消失。

现在参考图9，第一设备101还可以包括电子部件114。在实施方案中，电子部件114可以包括光源(未示出)，用于使光透过第一膜136而照射到细胞134上，从而使某些细胞134发光，如图8A所示。在图8A中，光形式的激发信号由进入细胞134的激发发射器(未示出)发射。细胞134具有与细胞膜蛋白整合的表面受体。当信号(例如光)与受体相互作用时，它们形成刺激信号传导应答的触发机制，所述信号传导应答还可以包括DNA/RNA应答，所述DNA/RNA应答进而引起细胞134合成蛋白质。它还以触发直接的蛋白质构象变化，而与可检测的蛋白质合成无关。该蛋白质具有某些物理特性，包括在吸收某些波长的光时发荧光的能力。细胞134中存在的蛋白质越多，荧光强度越高。在另一个实施方案中，检测蛋白质，如来自水母的绿色荧光蛋白(GFP)，可与所述蛋白质连接(也可使用其他检测物质)。在替代实施方案中，细胞内染料也可以用于代替GFP。

为了检测和/或解码从细胞134发射的光，第一设备110的电子部件114还可以包括读取器(未示出)。读取器检测和/或解码从细胞134发射的光以监测患者的生理变化。细胞134提供可由读取器114测量的感测和个体细胞响应，诸如细胞结构中的压力和变形变化、由细胞引起的光-光学变化。由于能够检测和测量这些各种细胞响应，第一设备101提供了其可以使用的广泛的临床应用。诸如本公开的第一设备101可以被单独地定制以测量患者的不同生理变化。

第一设备101还可以包括微流体泵124以允许新鲜流体在细胞134上方流动。在实施方案中，流体可以在细胞134上方连续地流动，或者其可以不连续地流动。微流体泵124通常是指能够对流体施加压力和/或促进流体在微流体设备中沿一个或多个期望方向流动的任何结构或结构组。根据本公开的实施方案，多个阀结构可以串联放置并且通过微通道互连以形成微泵124。泵124可以类似蠕动的循环进行操作。当以适当的顺序启动时，将迫使流体通过泵结构。

根据图2中所示的实施方案，第一设备还可以包括废流体室126，用于在流体已经过细胞134之后接收和存储流体。根据本公开的实施方案，离开患者身体的流体从不返回或再循环回到身体中。相反，流体被收集在废流体室126中，直到其被丢弃。这样，本公开的设备101是单向设备。废流体室126可为任何形状和尺寸，只要其适配在壳体110内即可。

在实施方案中，废流体室126可为可移除的和可替换的，使得室126的内容物可以被丢弃并且新的或空的室126可以由用户重新插入。在实施方案中，废流体室126可包括传感器，所述传感器能够监测和检测废流体室126中的流体量，并且随后在需要丢弃流体时向用户发出警报。

第一设备101还可以包括电源128。在实施方案中，电源128可以是被配置为向集成在设备101中的一个或多个部件提供电力的电池。在实施方案中，电源128可包括可再充电的多单元电池电池组。在一个示例实施方案中，电源128可包括三个或更多个2200mAh的锂离子单元电池，其向设备101内的其他设备部件提供电力。例如，电源128可以提供的功率输出在20mA到1000mA(例如，40mA)输出之间的范围内，并且可以支持充电之间的24小时、48小时、72小时或更长的运行时间。在某些实施方案中，可以改变电池容量、运行时间和类型(例如，锂离子、镍镉或镍金属氢化物)以最佳地适配设备101的特定应用。然而，应当理解，也可以使用其他电源。

在实施方案中，电源128可以位于壳体110内。在这种构型中，用户无法触及电源128。在实施方案中，电源128可以是可移除的。在实施方案中，电源128可为可再充电的。这样，电源128可以从设备101移除，并且可以无线地再充电或者可以在连接到电源的充电站中再充电。

根据本公开的实施方案，当不被主动使用时，电源128可以被置于睡眠状态以便节省电力。唤醒特征允许电源128和设备101的其他电子器件在非使用期间“休眠”，或者通过某些预定事件被启动到“唤醒”模式。例如，当第一设备101出厂时，第一设备101可以处于休眠状态，其中在电源128上仅存在非常低的功率消耗。当用户准备好第一次使用第一设备101时，第一设备101可以通过由用户启用的机制从其休眠状态进入相对较高的功率状态或全功率状态(例如，唤醒或启用)。这提高了第一设备101的保存和操作寿命。

第一设备101还可以包括温度传感器和控制器(例如，热电偶、热敏电阻、电阻温度设备、光学或红外传感器、其组合等)，其能够将细胞维持在适当温度以便起作用。在这些器件中，电参数，通常为电压或电阻，相对于温度变化而变化。电路被配置为测量参数的变化以导出温度变化或温度。使用导线将设备连接到电路并将数据传送到数字显示器。对于血管内导管，需要减少或消除导线以便最小化对导管性能的影响。如本文所用，“温度传感器”包括用于测量温度并将温度信息传送至控制器和/或泵处理器的任何温度确定设备/机构。在实施方案中，温度传感器可以监测高温或低温信号，然后指示控制器将温度调节到期望的量。这样，本实施方案的设备101可以在人体外部操作。

第一设备101还可以包括射频识别(RFID)标签160，用于远程存储和检索数据。RFID标签160是诸如不干胶贴纸的小物体，其可附接到或并入到本公开的可穿戴设备110中。如图3B和图3C所示，容器122的主外壳124可以包括用于容纳RFID标签160的槽162。存在无源和有源RFID标签。无源RFID标签是通常在比有源标签更短的范围内使用并且用于更简单的跟踪和监测应用的小型设备。无源标签通常在高达3-5米的范围内起作用，并且通常在读取器的三米内可同时读取几百个标签。因为它们由来自RFID标签读取器的无线电波供电，所以无源标签不使用电池。因此，这些器件通常是低成本的，并且比有源标签小，并且可以持续较长时间。有源RFID标签具有电源，例如电池，并且通常比无源标签具有更长的范围和更大的存储器。例如，有源标签通常在高达100米的范围内起作用，并且数千个标签通常在读取器的100米内同时可读。关于无源和有源RFID标签的更多细节，参见http://RFID-Handbook.com，其在此引入作为参考。应当理解，也可以使用任何种类的识别标记，包括条形码或其他电子手段。

因此，可以设想，系统100和用于与本文公开的系统和技术一起使用的可穿戴医疗设备101可以被配置为监测和/或治疗患者。例如，可穿戴设备101可以被配置为监测来自患者的生理信号，并且在基于监测的信号检测到医疗事件时，根据需要治疗患者。如本文所述，治疗顺序可包括检测可治疗的医学状况，使设备准备用于状况的治疗，向患者和/或其他人提供关于即将进行的治疗的通知，和/或当满足某些条件时递送治疗。

在另一个实施方案中，系统100可用于药物释放或药物递送应用。药物递送可以通过表皮递送、经皮递送、静脉内递送或任何其他已知的合适的递送方法来实现，所述递送方法经由可穿戴设备提供药物递送，例如通过经皮基质或针。另一治疗可以包括通过本公开的用户界面经由与提供者或数据库的通信而递送的指令。在一些实施方案中，治疗可以是自动的，或者由用户或提供者决策触发，无论是远离用户还是在现场的情况。就此而言，药物递送可以经由通信部件执行，所述通信部件将剂量指令发送到可以固定到患者的分配设备(例如，胰岛素泵或药物泵)。在实施方案中，第二设备103可联接到药物分配设备。响应于信号180，第二设备103可以指示药物分配设备将药物释放到身体内。传感器然后可以检测药物的有效性，并允许用户触发另一剂量的释放。这样的系统可以允许患者靶向治疗。这在慢性病患者中尤其有用，例如糖尿病患者或经历癌症治疗的患者。应当理解，信号180可为单向的或双向的。

在另一应用中，可穿戴设备101可以用于健康监测。类似于上述应用，第二设备103可检测并解码信号180，并且可将数据存储于存储媒体上，例如闪存卡、硬盘驱动器或所属领域的技术人员已知的其他设备，和/或将数据发送到基站，例如计算机、智能电话或蜂窝式电话。根据系统设置的复杂性，信息可以被直接转发到医生的办公室或护士站、第一响应者或其他有资格的人员，然后他们可以检查数据并访问可能的最佳治疗路径。应当理解，信号180可为单向的或双向的。

在另一应用中，所公开的可穿戴设备101的实施方案可以用于诊断医学状况。目前，保健专业人员可能仅在查看和分析诸如血液工作、x射线、计算机断层摄影或磁共振成像等的结果的数据之后才能够诊断状况和疾病。不受理论的限制，据信病症或疾病可能具有失真的信号180。在健康个体中，信号180的传输可能与在非健康个体中不同。使用所公开的系统的实施方案，信号107或传输速率的差异可以向健康护理专业人员警告可能的损伤、疾病或状况。

本公开的可穿戴设备101还可提供由诸如心脏心室辅助设备的其他医疗设备使用的信息，以改变其流量和参数来最大化心输出量。可穿戴设备101可以替代地用于调节血压和中枢神经系统反射，诸如来自周围神经系统点或直接形成大脑本身的压力感受器反射系统。它还可用于通过检测仅可以由生物组织检测的神经传输器变化来预测诸如心室纤维性颤动或脑内癫痫活动的发作的事件。

本公开的可穿戴设备101能够以预定的亚阈值起搏来刺激组织，并且确定细胞134的响应以获得关于细胞对身体的生理过程的感知的数据。例如，细胞可以响应于事件而稍微增加去极化的电频率，但是第一设备101可以通过刺激细胞132来增加检测的灵敏度并且研究细胞132对刺激的响应作为解释信号的方式。刺激根据应用触发来自细胞的响应。所诱发的响应提供关于细胞所感知的状况的信息。

本公开的设备101的优点包括设备101连续监测患者的生理变化的能力，从而提供关于患者的更准确的信息。这又通过允许设备更加个性化而改善对患者的诊断和治疗。另外，本公开的设备101可在诊所就诊期间由医疗专业人员而不是通过手术固定到患者和/或从患者移除。这使得与进行外科手术程序以安装医疗设备相关的时间、疼痛和不便最小化。这样，本公开的设备101易于使用、可靠，并且使用户的不便和疼痛最小化。

鉴于前述描述，本公开的许多修改和替代实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本说明书仅意图解释为说明性的，并且其目的是教导本领域技术人员实施本公开的最佳方式。在不脱离本公开的精神的情况下，结构的细节可以有很大变化，并且保留落入所附权利要求的范围内的所有修改的排他使用。在本说明书中，已经以使得能够书写清楚且简明的说明书的方式描述了实施方案，但是意图并且将理解的是，在不脱离本公开的情况下，可以各种方式组合或拆分实施方案。意图是本公开不仅限于所附权利要求和适用法律条款所要求的范围。

还应当理解，所附权利要求旨在涵盖本文所述的公开内容的所有一般特征和具体特征，并且可认为对本公开的范围的所有语言方面的陈述落入般特征和具体特征之间的范围内。

Claims (20)

1.一种用于监测患者的生理变化的可穿戴设备，其包括：

适于固定到患者身体的壳体，所述壳体包括针，所述针被配置用于与皮肤表面下的体液流体接触；

室，所述室具有细胞层并且被配置为监测所述体液中的生理变化并生成与所述生理变化相关联的一个或多个信号；以及

读取器，所述读取器用于检测和/或解码来自所述细胞层的信号以监测所述患者的生理变化。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述设备能够基本上连续地进行监测。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述壳体通过可移除元件固定到所述患者身体。

4.如权利要求3所述的设备，其中所述可移除元件是胶带。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述室适于固定在所述壳体内。

6.如权利要求1的设备，其中所述室包括具有细胞层的生物部件，所述细胞层具有在植入前预先定位在所述设备上或所述设备中的细胞，并且其中所述预先定位的细胞适于响应于来自所述患者的生理信号。

7.如权利要求1所述的设备，其中所述室还包括在所述生物部件的任一侧上的第一膜和第二膜。

8.如权利要求7所述的设备，其中所述第一膜是无孔膜，所述细胞层预先定位在所述无孔膜上。

9.如权利要求8所述的设备，其中所述第一膜由玻璃制成。

10.如权利要求8所述的设备，其中所述第二膜是允许选定的流体和营养物传递到所述细胞层的多孔膜。

11.如权利要求8所述的设备，其中所述室还包括电子部件。

12.如权利要求11所述的设备，其中所述电子部件是光源，所述光源将光照射到所述细胞层上，从而使所述细胞层内的某些细胞发光。

13.如权利要求1所述的设备，其中所述室还包括用于将新鲜流体泵送到所述细胞上方的微流体泵。

14.如权利要求1所述的设备，其中所述室还包括废流体室。

15.如权利要求14所述的设备，其中所述废流体室在所述流体已经过所述细胞后接收并储存所述流体。

16.如权利要求1所述的设备，其中所述设备能够通过传输多个信号中的一个信号来与第二设备进行双向通信。

17.如权利要求1所述的设备，其中所述设备还包括用于监测所述细胞中的温度变化的温度传感器。

18.如权利要求17所述的设备，其中所述设备还包括用于将所述温度调节到期望参数的温度控制器。

19.一种用于监测患者的生理变化的系统，其包括：

可穿戴设备，所述可穿戴设备用于监测所述患者的生理变化，所述可穿戴设备包括：

适于固定到患者身体的壳体，所述壳体包括针，所述针被配置用于与皮肤表面下的体液流体接触；

室，所述室具有细胞层并且被配置为监测所述体液中的生理变化并生成与所述生理变化相关联的一个或多个信号；以及

读取器，所述读取器用于检测和/或解码来自所述细胞层的信号以监测所述患者的生理变化；

第二设备，所述第二设备用于检测和/或解码所述一个或多个信号以监测所述患者的生理变化。

20.一种用于监测患者的生理变化的方法，其包括：

提供用于监测所述患者的生理变化的可穿戴设备，所述可穿戴设备包括：

适于固定到患者身体的壳体，所述壳体包括针，所述针被配置用于与皮肤表面下的体液流体接触；

室，所述室具有细胞层并且被配置为监测所述体液中的生理变化并生成与所述生理变化相关联的一个或多个信号；以及

读取器，所述读取器用于检测和/或解码来自所述细胞层的信号以监测所述患者的生理变化；

将一个或多个信号从所述可穿戴设备传输到第二设备，所述第二设备能够检测和/或解码所述一个或多个信号以监测所述患者的生理变化；以及

检测和/或解码所述一个或多个信号以监测所述患者的生理变化。

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