CN115066206A - 使用三电极装置的12导联心电图 - Google Patents

使用三电极装置的12导联心电图 Download PDF

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Abstract

一种设备包括具有第一电极组装件、第二电极组装件和第三电极组装件的心电图装置，该第一电极组装件、第二电极组装件和第三电极组装件分别具有适于测量个体的第一电信号、第二电信号和第三电信号的第一电极、第二电极和第三电极。该设备还包括处理装置，该处理装置用于：根据第一电信号和第二电信号确定导联I；根据第二电信号和第三电信号确定导联II；使用(导联III＝导联II‑导联I)生成导联III；使用利用测量到的12导联ECG数据所训练的机器学习模型，基于导联I、导联II和导联III来确定导联aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6；并且提供导联即导联I、导联II、导联III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6以供在客户端装置上显示。

Description

使用三电极装置的12导联心电图
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年12月10日提交的美国临时申请号62/946,331和2020年12月9日提交的美国非临时申请号17/116,905的权益，其全部内容通过引用而被包含于此。
技术领域
本发明涉及消费和医疗装置、系统和方法。特别地，本发明涉及个人生理监测装置以及相关系统和方法，并且更特别地涉及用于利用诸如个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话或可穿戴计算装置等的计算装置来提供心电图(ECG)、心率和心律失常监测的这种装置、系统和方法。
背景技术
心血管疾病是世界上死亡的主要原因。在2008年，所有全球死亡中的30％可归因于心血管疾病。另据估计，到2030年，每年将有超过2300万人死于心血管疾病。心血管疾病在高收入和低收入国家的人口中都很普遍。
心律失常是心脏的电活动不规则或者比正常更快(心动过速)或更慢(心动过缓)的心脏病症。尽管许多心律失常不会危及生命，但有些可导致心脏骤停，甚至心脏性猝死。实际上，心律失常是去往医院时最常见的死亡原因之一。
附图说明
在所附权利要求书中特别地阐述了本发明的新颖特征。将通过参考阐述了利用本发明的原理的例示性实施例的以下详细说明以及附图来获得对本发明的特征和优点的更好理解，其中：
图1示出根据许多实施例的用于测量和监测生物特征或生理参数的系统的示意图；
图2A至图2K示出根据许多实施例的包括智能电话和保护性智能电话外壳的生物特征或生理参数测量和监测系统；
图3A至图3F示出根据许多实施例的包括平板计算机和保护性平板计算机外壳的生物特征或生理参数测量和监测系统；
图4A至图4C示出根据许多实施例的包括计算装置的键盘和键盘配件的生物特征或生理参数测量和监测系统；
图5A至图5C示出根据许多实施例的包括膝上型或掌上型计算机和传感器配件的生物特征或生理参数测量和监测系统；
图6示出根据许多实施例的用于生物特征或生理参数测量和监测的方法；
图7是身体的图示，其示出用于进行标准12导联ECG的电极放置的示例；
图8是胸部的图示，其示出用于进行12导联ECG的胸部上的电极放置的示例(示出V6-V12的定位)；
图9A示出如本文所述的设备的一个变形的前视图(其中在该示例中，无线移动电信装置被示出为插入到被配置为外壳的设备中)；
图9B、图9C和图9D分别示出图9A的设备的左侧视图、后视图和右侧视图；
图10A是如本文所述的设备的另一变形的前视图，其被配置为被示出为空的外壳，但适于保持移动电信装置；
图10B至图10D分别示出图4A的设备的左侧视图、后视图和右侧视图(在该示例中，腿(第一)电极在外壳的左侧)；
图11A至图11C分别从左侧视图、后视图和右侧视图例示如本文所述的设备的另一变形(在该示例中，腿(第一)电极在外壳的后表面和左侧面之间的边缘上)；
图12A至图12C分别从左侧视图、后视图和右侧视图例示如本文所述的设备的另一变形(在该示例中，腿(第一)电极在后表面上，与左侧面相邻)；
图13A至图13C分别从左侧视图、后视图和右侧视图例示如本文所述的设备的另一变形(在该示例中，腿(第一)电极在外壳的后表面和左侧面之间的边缘上)；
图14A至图14C分别从左侧视图、后视图和右侧视图例示如本文所述的设备的另一变形(在该示例中，左(第一)电极在外壳的左侧面，并且第二电极和第三电极是由外壳保持在后表面上的电极单元的一部分)；
图15A至图15C分别从左侧视图、后视图和右侧视图例示如本文所述的设备的另一变形(在该示例中，腿(第一)电极在后表面上位于第二电极和第三电极之间)；
图16A至图16B分别从左侧视图、后视图和右侧视图例示如本文所述的设备的另一变形(在该示例中，腿(第一)电极在可从装置的主体延伸以附接到腿的绳上)；
图17例示本文所述的用于检测ECG的设备的一个变形的应用，其被保持抵靠患者的腿，使得在患者的手分别与设备背面上的左电极和右电极接触的同时腿电极接触腿；
图18是来自http://en.labs.wikimedia.org/wiki/Acoustics的人类听力范围和阈值的图示；
图19是来自www.neuroreille.com/promenade/english/audiometry/audiometry.htm的随年龄增长的听力损失的图示；
图20是示出来自www.hearinglossky.org/hlasurvivall.html的常见声音的强度和频率的听力图；
图21A是被配置为将对一个或多于一个生物参数进行编码的数字数据用超声波(ultrasonically)传送到诸如智能电话等的电信装置的系统的示意图；
图21B是包括医疗感测装置的系统的示意图，该医疗感测装置被配置为将对一个或多于一个生物参数进行编码的数据用超声波传送到诸如智能电话等的电信装置；
图21C是包括医疗感测装置的系统的示意图，该医疗感测装置被配置为向诸如智能电话等的电信装置用超声波传送和接收对一个或多于一个生物参数进行编码的数据(例如，ECG数据)；
图22示出如所描述的已在超声(ultrasound)范围内使用频率键移编码的数字信号的一个变形；
图23是例示传送编码数据作为超声信号的一个方法的示例性流程图；
图24A至图24E是用于传送信号(例如，包传送)作为超声信号的方法的示例性流程图；
图25示出被配置为接收和解码如本文所论述的用超声波传送的数据的接收器所用的解调器和包解码器的流程图的一个示例；
图26A示出混合数字和模拟超声波数据格式的一个示例性格式；
图26B示出混合数字和模拟超声波数据格式的另一示例性格式；
图27是用于数据的安全超声波传送的系统的示意图，该系统包括具有超声波换能器的超声波通信装置、以及位于该超声波通信装置上且对可在电信装置上执行的逻辑进行解密的加密密钥，其中电信装置包括用于从超声波通信装置接收超声波信号的接收器；
图28A和图28B例示用于感测一个或多于一个生物参数并用于以极低功率将该一个或多于一个生物参数无线传送到移动通信/计算装置的腕套装置的一个变形(图28A示出腕套的外观图，而图28B例示包括用于感测、供电和传送超声信号的各种模块的内部区域的示意图，并且这些元件中的许多元件是可选的)；
图29示出被配置为用于检测ECG信号的手表的腕套的一个变形；
图30示出图29的腕套(经由超声)与移动电信装置进行通信以传送ECG信息；
图31是根据本发明的一些实施例的用于利用三电极装置进行12导联ECG的方法的流程图；
图32是根据本发明的一些实施例的用于利用三电极装置进行12导联ECG的机器学习训练的方法的流程图。
具体实施方式
公开了用于以用户友好和方便的方式测量和监测生物特征或生理参数的装置、系统和方法。
应当理解，本发明在其应用方面不限于以下描述中阐述的构造、实验、示例性数据和/或组件的布置的详情。本发明的发明能够具有其他实施例或者能够以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文采用的术语是为了描述的目的，并且不应被认为是限制性的。
在本发明的实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明内的概念。在其他实例中，没有详细描述公知的特征，以避免不必要地使描述复杂化。
心房颤动(A-fib)是最常见的心律失常。在A-fib中，通过心脏的心室的电传导是不规则和紊乱的。尽管A-fib可能不引起症状，但A-fib通常与心悸、呼吸短促、昏厥、胸痛或充血性心力衰竭相关联，并且还增加了中风的风险。通常通过捕获被检者的心电图(ECG)来诊断A-fib。为了治疗A-fib，患者可以服用药物来减慢心率或改变心脏的节律。患者还可以服用抗凝血剂以预防中风，或者甚至可以经历包括心脏消融的手术干预以治疗A-fib。
通常，长时间监测患有心律失常或A-fib的患者以管理疾病。例如，可以向患者提供Holter监测器或其他动态心电描记装置，以连续监测心血管系统的电活动至少24小时。
心电描记法用于研究心脏的电活动，并且可以用于诊断和治疗这两者。可以使用放置在患者皮肤上的多个位置的电极来记录或捕获心电图(ECG)。在电极对之间记录的电信号被称为导联。可以使用不同数量的导联来捕获ECG，并且可以使用不同组合的电极来形成各种导联。用于捕获ECG的导联的示例是1、3、5和12个导联。对于12导联ECG，可以使用10个电极，其中在胸部上有六个电极，并且在患者的手臂和腿各自上有一个电极。
存在可用于将电极放置在患者上的电极放置所用的不同“标准”配置。例如，手臂和腿电极可以放置得更靠近胸部或更靠近手臂/腿的末端。电极在手臂和腿上的放置变化可能影响ECG，并且使得更难与标准ECG进行比较。
标准或常规12导联ECG配置使用10个电极。图1例示10个电极的图示，其中在患者的胸部上有六个电极，并且在患者的手臂和腿各自上有一个电极。放置在右臂上的电极可以被称为RA。放置在左臂上的电极可以被称为LA。RA和LA电极放置在左臂和右臂上的相同位置(优选靠近腕部)。腿电极对于右腿可以被称为RL并且对于左腿可以被称为LL。RL和LL电极放置在左腿和右腿的相同位置上(优选靠近踝部)。
在另一实施例中，可以使用三个电极(例如，利用包括三个电极的装置)来生成12导联ECG。例如，在一个实施例中，如本文所述的具有三个电极的装置可用于与导联II(例如，左腿和右臂之间的电压)同时确定导联I(例如，左臂和右臂之间的电压)、以及与导联V2或胸导联中的另一个(诸如V5等)同时确定导联I。在其他实施例中，导联的任何其他组合是可以的。然后，处理逻辑可以使用导联I或测量共有的另一导联对两组记录进行时间对准，使得可以在相同的模拟时间段内比较两组测量。
处理逻辑可以进一步对两组导联进行变换以生成完整的12导联ECG。在一个实施例中，处理逻辑可以使用机器学习模型(例如，神经网络、深度学习技术等)来进行这种变换。可以使用与个体群体相对应的12导联ECG数据来训练机器学习模型。该数据在被输入到机器学习模型中之前，可以被预处理从而以适合于应用的方式过滤该数据。例如，数据在被用于训练一个或多于一个机器学习模型之前可以根据身高、性别、体重、国籍等进行分类，使得针对特定类型的个体对如此得到的一个或多于一个模型进行微调。在另一实施例中，可以基于用户自己的ECG数据进一步训练机器学习模型，以更进一步微调和个性化模型以减少任何残余综合误差。
在一个实施例中，使用本文所述的机器学习技术，可以以单个形状因子仅使用三个电极来生成完整的12导联ECG。如本文所述，三个电极可以以任何合适的方式定位在装置上，包括两个电极在装置的正面上并且一个电极在背面上。
图7和图8例示六个电极在胸部上的放置(标记为V1、V2、V3、V4、V5和V6)。V1放置在第四肋间隙中，例如在肋骨4和5之间，恰好在胸骨右侧。V2放置在第四肋间隙中，例如在肋骨4和5之间，恰好在胸骨左侧。V3放置在电极V2和V4之间。V4放置在锁骨中线中的肋骨5和6之间的第五肋间隙中。V5与V4齐平地水平放置在左腋前线中。V6与V4和V5齐平地水平放置在腋中线中。
导联I通常是左臂(LA)和右臂(RA)之间的电压，例如I＝LA-RA。导联II通常是左腿(LL)和右臂(RA)之间的电压，例如II＝LL-RA。导联III通常是左腿(LL)和左臂(LA)之间的电压，例如III＝LL-LA。威尔逊中心电端(WCT或VW)可以通过(RA+LA+LL)/3计算。考虑到导联I和II都是参考RA记录的、使得RA的电压可以被认为是零，WCT(VW)可以被计算为导联I+导联II/3。
也可以根据RA、RL、LL和LA来确定加压肢体导联。加压向量右(aVR)等于RA-(LA+LL)/2或-(I+II)/2。加压向量左(aVL)等于LA-(RA+LL)/2或I-II/2。加压向量足(aVF)等于LL-(RA+LA)/2或II-I/2。
I、II、III、aVR、aVL和aVF全部可以在六轴系统上表示。不正确或偏移的电极放置可以使ECG的结果在六轴系统上偏移。
然而，诸如Holter监测器等的当前动态心电描记装置通常是庞大的，并且在没有医疗专业人员的帮助的情况下对于被检者来说难以施用。例如，Holter监测器的使用需要患者在他们的胸部上佩戴庞大的装置并且将多个电极精确地放置在他们的胸部上的精确位置上。这些要求可能妨碍被检者的活动，包括他们的自然移动、洗澡和淋浴。一旦生成完全公开的ECG，该ECG被发送到患者的医生，然后医生分析该ECG，然后提供诊断和其他建议。目前，该过程通常必须通过医院管理员和健康管理组织来进行，并且许多患者没有方便地接收反馈。
许多手持式ECG测量装置是已知的，包括可以适配现有移动电信装置(例如，智能电话)的装置，使得这些装置可以用于记录ECG。然而，这样的装置需要使用外部(例如，插入式)电极，或者在壳体中包括难以正确地握持并应用于身体的电极。
用于检测一个或多于一个生物特征参数(包括被检者运动、心率、温度、ECG等)的可穿戴监测器通常必须与监测、分析或记录站(“监测站”)无线通信。通常，信息的传送已通过短波长无线电传送(例如，“蓝牙”)来进行。值得注意的是，尽管关于超声波通信描述了一些实施例，但可以设想，蓝牙通信同样(如果不是更多)适用于所描述的技术，并且超声波仅被提出作为任何数量的其他合适的通信技术的非限制性示例。预期本领域具有合理技术的人员将认识到这一点。
在希望装置重量轻使得在正常的日常活动或锻炼期间可以舒适地佩戴该装置的一些情形中，许多生产者已选择记录数据而不是传送数据，并通过直接连接到监测站来定期地下载数据。提供可以由被检者佩戴在腕部(例如，腕套)或能够可靠且低能量地无线传送数据的其他身体区域上的监测装置将是有利的。
例如，诸如美国专利号4,221,223、美国专利号4,295,472和美国专利号4,230,127中描述的心脏监测装置等的心脏监测装置描述了可以从佩戴该装置的患者检测ECG信号的腕表大小的可穿戴监测器；这些信号可以显示在该装置上。不传送这些信号。在美国专利号4,938,228中描述了其他类似的装置。US 5,351,695、US 5,333,616、US 5,317,269和US 5,289,824(全部属于Mils)描述了该装置的改进，其包括一体式助听型扬声器，该一体式助听型扬声器用于使用可听声音(例如，在1kHz和3kHz之间)，使用电话的语音通道上的声音，通过电话线传送ECG信号。ECG信号通常被数字化和频率调制(例如，作为频移键控信号)。不幸的是，这样的装置确实是含噪声地产生可听信号，需要大量电力来生成和传送，并且不能进行双向通信，特别是不能与移动电信装置进行双向通信。
以下专利参考文献也可以是相关的：美国专利号5,735,285、美国专利号6,264,614、美国专利号6,685,633、美国专利号6,790,178、美国专利号8,301,232、美国专利号8,509,882和美国专利号8,615,290以及美国公开号2011/0015496。
超声波传送与电传送具有许多相似之处，但也存在实质性差异，包括先前被认为是缺点的差异。此外，尽管诸如用于数字化信息的频移键控等的技术是已知的，但在使这种技术实用于医疗(例如，ECG)监测的时间尺度上实现这种技术是困难且不切实际的。特别地，超声波数据的传送迄今在信息内容方面受到一定程度的限制。例如，通过超声对信息进行数字编码在所传送的信息的量和内容方面受到限制。还没有任何用于超声波传送的传送或编码的标准。此外，这种超声波信号不是常规加密的。
因此，提供用于编码或布置通过超声波传送所发送的信息的系统、装置和方法将是有利的。特别地，以规避超声波(与电磁或可听相对比)传送的限制的方式对信息进行编码将是有利的。另外，提供用于安全地传送(例如，加密和/或解密)超声波传送的方法、装置和系统将是有帮助的。例如，将用超声波传送ECG信息的装置(例如，腕套)与一个或多于一个接收装置动态地配对将是有帮助的。
本文描述了如下的方法、装置和系统，这些方法、装置和系统用于使用(或适于使用)一个或多于一个广泛可用的电信装置(包括移动电信装置)(诸如智能电话、平板计算机、便携式计算机或台式计算机等)来接收和发送已由应用装置编码成超声波信号的信息(包括但不限于数字健康信息)，该超声波信号可以由电信装置听到，然后由电信装置存储、传送和/或分析。特别地，本文描述了用于对该信息进行编码使得该信息可以仅由被提供了密钥的电信装置解译的方法、装置和系统。系统、装置和方法(包括可执行逻辑)可以包括用于使用与超声波传送不同的模态(例如，光学)容易地提供密钥的技术。
2010年6月8日提交的标题为“HEART MONITORING SYSTEM USABLE WITH ASMARTPHONE OR COMPUTER”的美国专利申请号12/796,188(现在为专利号8,509,882)和2011年5月16日提交的标题为“WIRELESS,ULTRASONIC PERSONAL HEALTH MONITORING SYSTEM”的美国专利申请号13/108,738(现在为美国专利申请公开号US/2011/0301439-Al)描述了ECG监测器，ECG监测器将ECG数据转换成可以由诸如智能电话等的电信装置接收然后存储、分析和/或显示的超声信号。本申请扩展并调整了该教导，并且可以与本文所述的任何系统、方法和装置一起使用。
因此，需要改进的心脏疾病和/或节律管理和监测装置、系统和方法来解决上述挑战中的一个或多于一个。
公开了用于以用户友好和方便的方式测量和监测生物特征或生理参数的装置、系统和方法。特别地，可以在用户正常操作计算装置或其他手动操作或手持装置时测量用户的相关生理参数。例如，本发明的系统可以使得能够在用户正常操作诸如膝上型计算机、平板计算机或智能电话等的计算装置时测量用户的一个或多于一个生理参数。可以使用计算装置的配件(诸如膝上型电脑外壳、平板电脑外壳或智能电话外壳等)来测量一个或多于一个生理参数。计算装置的正常使用可以包括web浏览、读取和写入电子邮件或短信、玩游戏或以其他方式使用其他常见应用(诸如书籍或文本阅读器等)。本发明的生理参数监测和测量应用可以在计算装置正常使用期间在后台操作。
本发明的各方面提供了一种用于测量用户的心脏参数的系统。该系统可以包括被配置为耦接到计算装置和加载到该计算装置上的第一应用的设备。该设备可以包括用于测量心脏参数的传感器。第一应用可以被配置用于从传感器接收测量到的心脏参数。传感器可以测量心脏参数，并且第一应用可以在第二应用被加载到计算装置上并由用户操纵的同时接收测量到的心脏参数。
心脏参数可以包括心率、心率变异性、血压、血压变异性、心律失常、心震图(SCG)、SCG参数、心电图(ECG)和ECG参数中的一个或多于一个。在许多实施例中，心脏参数包括心电图(ECG)或ECG参数。
计算装置可以包括个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、个人数字助理(PDA)、智能电话和可穿戴计算装置中的一个或多于一个。在许多实施例中，计算装置包括平板计算机或智能电话。设备可以被配置为可移除地耦接到计算装置，并且可以包括用于覆盖计算装置的罩，诸如平板电脑外壳或智能电话外壳或罩等。
用于测量心脏参数的传感器可以包括第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极被配置为在与用户接触时生成包括心脏参数的信号。例如，第一电极可以被配置为接触用户的右臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左臂，以生成导联I ECG。可替代地或组合地，第一电极可以被配置为接触用户的右臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左腿，以生成导联II ECG。可替代地或组合地，第一电极可以被配置为接触用户的左臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左腿，以生成导联III ECG。传感器还可以包括用于接触的第三电极，其被配置为在与用户接触时生成包括心脏参数的信号。第一电极、第二电极和第三电极例如可以同时用于生成导联I ECG、导联II ECG和导联III ECG中的一个或多于一个。第一电极可以被配置为接触用户的右臂，第二电极可以被配置为接触用户的左臂，并且第三电极可以被配置为接触用户的左腿。
第一应用还可以被配置为例如在计算装置的显示器上显示测量到的心脏参数。可以实时显示心脏参数。第一应用还可以被配置用于将测量到的心脏参数存储在计算装置的存储器中。第一应用还可以被配置用于将测量到的心脏参数发送到诸如远程服务器等的远程计算装置。远程计算装置可以存储心脏或其他生理参数数据，并允许医疗专家和其他专业人员访问这些数据以进行数据分析、解释和/或诊断。分析和诊断可以通过远程计算装置和用户的计算装置或者通过诸如电子邮件、发短信或其他电子警报等的其他通道发送回用户。可替代地或组合地，加载到计算装置上的第一应用、加载到远程服务器上的另一应用和由医学专家或专业人员使用的另一应用中的一个或多于一个可以自动生成这种数据分析、解释和/或诊断。
对第二应用的操纵可以包括在第二应用的键盘上键入、在第二应用上滚动、在第二应用中放大或缩小以及以其他方式将数据输入到第二应用等中的一个或多于一个。通过允许用户在第一应用测量和监测用户的心脏和其他健康参数的同时操纵加载在计算装置上的第二应用，本发明的实施例允许心脏和其他健康参数的用户友好、方便且侵入性和破坏性较小的测量和监测。例如，用户可以在第一应用和计算装置罩在后台测量和/或监测用户ECG或其他心脏和生理参数的同时，握持并正常操作计算装置以检查电子邮件、web浏览或操作移动应用。
本发明的方面还提供了一种测量用户的心脏参数的方法。包括用于心脏参数的传感器的设备可以耦接到计算装置。可以利用传感器测量用户的心脏参数。可以利用设备将测量到的心脏参数发送到加载在计算装置上的第一应用。可以测量心脏参数，并且第一应用可以在用户操纵加载到计算装置上的第二应用的同时接收所发送的测量到的心脏参数。
心脏参数可以包括心率、心率变异性、血压、血压变异性、心律失常、心震图(SCG)、SCG参数、心电图(ECG)和ECG参数中的一个或多于一个。在许多实施例中，心脏参数包括心电图(ECG)或ECG参数。
计算装置可以包括个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、个人数字助理(PDA)、智能电话和可穿戴计算装置中的一个或多于一个。在许多实施例中，计算装置包括平板计算机或智能电话。通过将设备可移除地附接到计算装置，可以将设备耦接到计算装置。例如，设备可以包括用于覆盖计算装置的罩，诸如平板电脑外壳或智能电话外壳或罩等。并且，该方法可以包括用外壳或罩至少部分地包围诸如平板计算机或智能电话等的计算装置。
通过利用传感器的第一电极和第二电极测量心脏参数，可以利用传感器测量心脏参数。第一电极和第二电极可以被配置为在与用户接触时生成包括心脏参数的信号。例如，第一电极可以被配置为接触用户的右臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左臂，以生成导联I ECG。可替代地或组合地，第一电极可以被配置为接触用户的右臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左腿，以生成导联II ECG。可替代地或组合地，第一电极可以被配置为接触用户的左臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左腿，以生成导联IIIECG。还可以利用传感器的第三电极测量心脏参数，该第三电极被配置为在与用户接触时生成包括心脏参数的信号。第一电极、第二电极和第三电极例如可以同时用于生成导联IECG、导联II ECG和导联III ECG中的一个或多于一个。第一电极可以被配置为接触用户的右臂，第二电极可以被配置为接触用户的左臂，并且第三电极可以被配置为接触用户的左腿。
此外，可以在计算装置的显示器上/利用计算装置的显示器显示所接收到的测量到的心脏参数。可以实时显示心脏参数。此外，测量到的心脏参数可以存储在计算装置的存储器中。测量到的心脏参数还可以被发送到诸如远程服务器等的远程计算装置。远程计算装置可以存储心脏或其他生理参数数据，并允许医疗专家和其他专业人员访问这些数据以进行数据分析、解释和/或诊断。分析和诊断可以通过远程计算装置和用户的计算装置或者通过诸如电子邮件、发短信或其他电子警报等的其他通道发送回用户。可替代地或组合地，加载到计算装置上的第一应用、加载到远程服务器上的另一应用和由医学专家或专业人员使用的另一应用中的一个或多于一个可以自动生成这种数据分析、解释和/或诊断。
对第二应用的操纵可以包括在第二应用的键盘上键入、在第二应用上滚动、在第二应用中放大或缩小以及以其他方式将数据输入到第二应用等中的一个或多于一个。通过允许用户在第一应用测量和监测用户的(一个或多于一个)心脏和其他健康参数的同时操纵加载在计算装置上的第二应用，本发明的实施例允许心脏和其他健康参数的用户友好、方便且侵入性和破坏性较小的测量和监测。例如，用户可以在第一应用和计算装置罩在后台测量和/或监测用户ECG或其他心脏和生理参数的同时，握持并正常操作计算装置以检查电子邮件、web浏览器或操作移动应用。在一些实施例中，如果健康参数传感器被不正确地定位而使得无法或不能进行正确测量，则第一应用可以使计算装置警告用户(即，弹出窗口可以在第二应用中示出)。
本发明的方面还提供了一种用于测量用户的心脏参数的系统。该系统可以包括被配置为可移除地附接到便携式计算装置的罩。便携式计算装置可以包括正面、背面以及二者之间的边缘。罩可以包括多个传感器电极，这多个传感器电极被配置用于测量心脏参数，并且当罩附接到便携式计算装置时布置在便携式计算装置的边缘上。在许多实施例中，多个传感器电极仅布置在便携式计算装置的边缘上。便携式计算装置可以包括膝上型计算机、平板计算机、个人数字助理(PDA)或智能电话。
心脏参数可以包括心率、心率变异性、血压、血压变异性、心律失常、心震图(SCG)、SCG参数、心电图(ECG)和ECG参数中的一个或多于一个。在许多实施例中，心脏参数包括心电图(ECG)或ECG参数。
多个传感器电极可以包括第一传感器电极和第二传感器电极。第一传感器电极和第二传感器电极可以被配置为在分别与用户的第一肢体和第二肢体接触时生成包括心脏参数的信号。例如，第一电极可以被配置为接触用户的右臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左臂，以生成导联I ECG。可替代地或组合地，第一电极可以被配置为接触用户的右臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左腿，以生成导联II ECG。可替代地或组合地，第一电极可以被配置为接触用户的左臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左腿，以生成导联III ECG。多个传感器电极还可以包括第三传感器电极，该第三传感器电极被配置成在与用户的第三肢体接触时生成包括心脏参数的信号。还可以利用传感器的第三电极测量心脏参数，第三电极被配置为在与用户接触时生成包括心脏参数的信号。第一电极、第二电极和第三电极例如可以同时用于生成导联I ECG、导联II ECG和导联III ECG中的一个或多于一个。
该系统还可以包括加载到便携式计算装置上的第一应用。第一应用可以被配置用于从多个传感器电极接收测量到的心脏参数。第一应用可以在第二应用被加载到便携式计算装置上并由用户操纵的同时接收测量到的心脏参数。对第二应用的操纵可以包括在第二应用的键盘上键入、在第二应用上滚动、在第二应用中放大或缩小以及以其他方式将数据输入到第二应用等中的一个或多于一个。通过允许用户在第一应用测量和监测用户的心脏和其他健康参数的同时操纵加载在计算装置上的第二应用，本发明的实施例允许心脏和其他健康参数的用户友好、方便且侵入性和破坏性较小的测量和监测。例如，用户可以在第一应用和计算装置罩在后台测量和/或监测用户ECG或其他心脏和生理参数的同时，握持并正常操作计算装置以检查电子邮件、web浏览器或操作移动应用。
第一应用可以被配置为在便携式计算装置的显示器上显示接收到的心脏参数。可以实时显示接收到的心脏参数。第一应用还可以被配置用于将测量到的心脏参数存储在便携式计算装置的存储器中。第一应用还可以被配置用于将测量到的心脏参数发送到诸如远程服务器等的远程计算装置。远程计算装置可以存储心脏或其他生理参数数据，并允许医疗专家和其他专业人员访问这些数据以进行数据分析、解释和/或诊断。分析和诊断可以通过远程计算装置和用户的计算装置或者通过诸如电子邮件、发短信或其他电子警报等的其他通道发送回用户。可替代地或组合地，加载到计算装置上的第一应用、加载到远程服务器上的另一应用和由医学专家或专业人员使用的另一应用中的一个或多于一个可以自动生成这种数据分析、解释和/或诊断。
本发明的方面还提供了一种用于测量用户的心脏参数的方法。罩可以可移除地附接到便携式计算装置。便携式计算装置可以包括正面、背面以及二者之间的边缘。罩的第一电极和第二电极可以分别接触用户的第一肢体和第二肢体，以生成包括心脏参数的信号。罩的第一电极和第二电极可以布置在便携式计算装置的边缘上。在许多实施例中，多个传感器电极可以仅布置在便携式计算装置的边缘上。便携式计算装置可以包括膝上型计算机、平板计算机、个人数字助理(PDA)或智能电话。
心脏参数可以包括心率、心率变异性、血压、血压变异性、心律失常、心震图(SCG)、SCG参数、心电图(ECG)和ECG参数中的一个或多于一个。在许多实施例中，心脏参数包括心电图(ECG)或ECG参数。
第三电极可以接触用户的第三肢体以生成包括心脏参数的信号。第一肢体可以包括右臂，第二肢体可以包括左臂，并且第三肢体可以包括左腿。这三个肢体可以分别同时与第一电极、第二电极和第三电极接触，以同时生成导联I ECG、导联II ECG和导联III ECG。可替代地，第一电极和第二电极可以用于生成导联I ECG、导联II ECG、导联III ECG。例如，第一电极可以被配置为接触用户的右臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左臂，以生成导联I ECG。可替代地或组合地，第一电极可以被配置为接触用户的右臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左腿，以生成导联II ECG。可替代地或组合地，第一电极可以被配置为接触用户的左臂，并且第二电极可以被配置为接触用户的左腿，以生成导联IIIECG。
可替代地或组合地，第一应用可以被加载到平板计算机或智能电话上。第一应用可以被配置用于从多个传感器电极接收测量到的心脏参数。第一应用可以在第二应用被加载到计算装置上并由用户操纵的同时接收测量到的心脏参数。对第二应用的操纵可以包括在第二应用的键盘上键入、在第二应用上滚动、在第二应用中放大或缩小以及以其他方式将数据输入到第二应用等中的一个或多于一个。通过允许用户在第一应用测量和监测用户的心脏和其他健康参数的同时操纵加载在计算装置上的第二应用，本发明的实施例允许心脏和其他健康参数的用户友好、方便且侵入性和破坏性较小的测量和监测。例如，用户可以在第一应用和计算装置罩在后台测量和/或监测用户ECG或其他心脏和生理参数的同时，握持并正常操作计算装置以检查电子邮件、web浏览器或操作移动应用。
可以利用第一应用在平板计算机或智能电话的显示器上显示接收到的心脏参数。可以实时显示接收到的心脏参数。测量到的心脏参数可以存储在计算装置的存储器中。测量到的心脏参数可以被发送到诸如远程服务器等的远程计算装置。远程计算装置可以存储心脏或其他生理参数数据，并允许医疗专家和其他专业人员访问这些数据以进行数据分析、解释和/或诊断。分析和诊断可以通过远程计算装置和用户的计算装置或者通过诸如电子邮件、发短信或其他电子警报等的其他通道发送回用户。可替代地或组合地，加载到计算装置上的第一应用、加载到远程服务器上的另一应用和由医学专家或专业人员使用的另一应用中的一个或多于一个可以自动生成这种数据分析、解释和/或诊断。
本发明的方面还提供了一种用于测量用户的心脏参数的系统。该系统可以包括传感器设备和应用。该设备可以被配置用于耦接到计算装置的键盘、机动车辆的方向盘、或者自行车、摩托车、诸如跑步机或椭圆机或举重机等的运动器材的把手、座位、椅子、一副眼镜、衣服等。该设备可以包括用于测量心脏参数的传感器。该设备可以被配置为在接触、握持或操纵计算装置的键盘、机动车辆的方向盘、自行车、摩托车或运动器材的把手时从传感器接收测量到的心脏参数。还设想了用于在用户正常操作与用户的身体接触的计算或其他装置时方便地、非侵入性地和非破坏性地测量和监测心脏和其他生理参数的其他方法和系统。
本发明还描述了用于使用与具有三个电极的移动电信装置兼容的接口从被检者捕获心电图(ECG)信息的设备(包括系统、软件和装置)以及方法(包括用于使用这些设备的方法)。本文描述了用于检测ECG的设备，其可以解决当前可用的ECG感测系统的问题(包括但不限于上述那些)。
通常，本文所述的设备(包括装置和系统)和方法用于检测诸如心电图(ECG)等的生物信号。特别地，本文描述了与移动电信装置一起使用的设备，使得移动电信装置可以接收直接从患者测量到的生物信号。该设备通常包括用于从患者的身体接收诸如电压或电流等的信号的三个或多于三个电极(或恰好三个电极)。该设备还可以包括壳体。壳体可以被配置为保持或直接连接到移动电信装置，诸如“外壳”等。一个或多于一个电极可以直接定位在壳体的外表面上。该设备还可以包括用于将感测信号(包括感测信号的修改/处理版本)从电极通信到移动电信装置的一个或多于一个传送器。移动电信装置可以连接到壳体，例如，在由壳体形成的外壳内或附近。在一些变形中，该设备可以包括用于处理电极上检测到的信号的一个或多于一个处理装置。
可以使用任何适当的传送器(包括无线传送器)。在一些变形中，无线传送器是如下的超声传送器，其可以使用可以由移动电信装置上的麦克风接收并由移动电信装置传送和/或进一步处理的听不见的超声(例如，>10kHz、>12kHz、>15kHz、>18kHz、>19kHz)。在美国专利号8,301,232和美国专利申请公开号US/2011/0301435和US/2011/0301439中以及通过PCT申请公开号PCT/US2013/023370(其各自均通过引用而被全部包含于此)描述了这种系统的示例。
本文所述的设备可以被配置成使得这些设备可以由患者使用双手抵靠患者的腿(例如，左腿或右腿)握持，以测量来自患者的六个“导联”(导联I-III和加压导联aVR、aVL、aVF)。在一些变形中，该设备可以被配置成使得患者在用双手握持(包围移动电信装置的)设备抵靠腿(右或左)以记录来自右臂、左臂以及右腿或左腿各自的隔离信号的同时，可以容易地看见移动电信装置的画面。这将允许患者在进行测量时从设备接收即时视觉反馈，该即时视觉反馈包括(使用移动电信装置画面或音频输出)提供引导以调整或校正电极的接触或位置、和/或显示一个或多于一个ECG信号。因此，该设备可以如本文所述被配置成使得可以容易地握持该设备以允许来自各手臂(右、左)和腿(左或右)的不同电子读数，同时仍允许握持该装置的被检者观察耦接到该装置的移动电信装置的画面。
通常，患者(如本文所使用)可以是人或非人患者，其包括但不限于动物(狗、猫、马等)。因此，本文所述的任何设备或方法均可以用于兽医用途或被配置为兽医产品。
通常，移动电信装置可以包括任何移动电信装置，诸如但不限于移动(例如，蜂窝)电话或等同物(包括iPhoneTM或DroidTM等)等。移动电信装置通常可以包括可以运行软件或硬件等的处理装置或其他计算模块/装置，该软件或硬件等包括被配置为操作该装置以从本文所述的设备接收和/或发送信息的机器可读代码。这种代码可以与所描述的设备一起提供，或者与所描述的设备分开提供。移动电信装置可以指(并且包括)电话或蜂窝电话、移动电话、智能电话、手持式计算机、平板计算机或可穿戴计算机等。代码可以被称为软件或应用软件(“app”或“应用”)，并且可以从远程位置下载到移动电信装置上。
例如，本文描述了与无线电信装置一起使用的心电图(ECG)检测设备。在一些变形中，一种设备包括：外壳，其被配置为装配在电信装置上，该外壳具有外后表面、垂直于后表面的至少两个外侧表面、以及前部区域，通过该前部区域可以看到保持在外壳中的电信装置的画面；在至少两个外侧表面其中之一上或与其相邻的第一电极；在外后表面上的第二电极，该第二电极具有外接触表面；以及在外后表面上的第三电极，该第三电极具有外接触表面，其中第二电极和第三电极的外接触表面相对于外后表面的至少一部分凹进，使得当外壳以外后表面面向工作台表面的方式放置在工作台表面上时，第二电极和第三电极的外接触表面不接触工作台表面，以及进一步地，其中第二电极和第三电极被布置成使得患者可以在将所述第一电极保持抵靠腿的同时仅用左手触摸第二电极的外接触表面并且仅用右手触摸第三电极的外接触表面，并且可以观看保持在外壳中的电信装置的画面。
当设备被配置为外壳时，外壳可以被配置为将移动电信装置保持在腔内，或者以其他方式应用在移动电信装置上。因此，外壳可以包括用于保持移动电信装置的一个或多于一个内表面，并且可以具有前部区域，通过该前部区域可以看到和/或操纵移动电信装置的画面和/或任何控件。例如，外壳可以包括切出区域或透明覆盖物，通过该切出区域或透明覆盖物可以看到移动电信装置。电极可以安装在外壳上。外壳还可以包括用于访问移动电信装置的控件、输入、输出或连接区域(例如，插孔、插入式插座等)的一个或多于一个其他开口。通常，电极布置在外壳上，使得：(1)当不使用装置时，保护这些电极以免接触表面(特别是金属表面)；以及(2)这些电极可以容易地由保持设备抵靠腿的患者接触，以同时从两个手臂(经由手)和腿记录，同时仍容易地观看画面。外壳还可以容纳附加组件，诸如如上所述的传送器、电源(例如，电池、太阳能电源等)和/或处理装置或者用于调节、放大、滤波或以其他方式修改由电极接收到的(一个或多于一个)信号的其他电路等。在一些变形中，该设备可以被配置成使得电极中的一个(例如，第二电极或第三电极)可以充当另外两个(或在一些情况下为更多个)电极的参考电极。
在变形中，外壳可以包括用于一个或多于一个电极的一个或多于一个附接区域。例如，外壳可以包括背部上的开口，该开口用于与可以与具有不同配置的外壳一起使用的电极单元连接(例如，用于装配不同大小的移动电信装置)。所有三个电极可以是同一电极单元的一部分，或者可以使用多个电极单元。电极单元可以包括诸如所提及的处理装置等的附加硬件，并且还可以包括电源或其他电子组件。
第二电极和第三电极通常被配置成使得它们各自可以容易地被患者的手接触。例如，第二电极可以被定位和确定大小成使得在患者也正用他/她的右手触摸适当形状和大小的第三电极时，患者可以用他/她的左手触摸第二电极。例如，在一些变形中，第二电极和第三电极完全在外后表面上。第二电极可以(相对于移动电信装置)在外壳的背面的上/左半部分上，而第三电极位于外壳的背面的下/右半部上。第二电极和第三电极可以分开了大小和/或形状被确定成在与左手和右手的接触之间防止重叠的间隙。通常，患者应仅用一只手触摸各电极。
第二电极和第三电极可以由任何适当的导电材料(包括金属、合金等)形成，并且可以被确定大小，使得它们可以容易地被保持装置的患者的一个或多于一个手指(或手掌)接触。在一些变形中，第二电极和第三电极相对于外后表面的中心相对于彼此对称地定位。
第一电极可以被配置成使得在握持外壳并且分别用左手和右手触摸第二电极和第三电极的同时，容易地保持第一电极抵靠患者的腿。因此，在一些变形中，第一电极完全位于外壳的侧面上(例如，在至少两个外侧表面中的一个上)。可选地，第一电极可以位于外壳的后表面上，但沿着边缘延伸，使得当外壳的边缘被保持抵靠腿时，第一电极可以被保持抵靠腿。因此，第一电极可以在后表面上，但邻接或紧邻侧表面(至少两个外侧表面中的一个)。在一些变形中，第一电极从外壳的后表面向侧面越过外壳的边缘弯曲(例如，沿着外壳的边缘)。因此，第一电极可以延伸越过外侧表面其中之一与外后表面之间的边缘。这些配置中的任何配置均可以允许移动电信装置的外壳相对于患者的腿以一定角度保持，使得患者可以与腿良好接触，同时仍用双手握持外壳，接触第二电极和第三电极，并且观看移动电信装置的画面。
因此，通常，第一电极可以沿着外壳的一侧的长度的全部或一部分(例如，>一半)延伸。如果第一电极在外壳的边缘上或附近、并且沿着外壳的边缘的全部或大部分(例如，在约100％和约50％之间，在约90％和约60％之间，约75％)延伸，则如本文所述和所示，可以容易地将外壳保持抵靠腿并进行接触。例如，外壳的外侧表面可以是大致矩形的；第一电极可以在外侧表面其中之一的两个短边缘之间居中，并且在外侧表面其中之一的长边缘的方向上纵向延伸。如上所述，第一电极可以在外侧表面上或与外侧表面相邻地延伸超过外侧表面的长度的一半。
在一些变形中，设备在外壳的外表面上仅具有三个电极(例如，第一电极、第二电极和第三电极)。
通常，设备可以被配置成使得当设备以电极(第一电极和/或第二电极和第三电极)面向工作台的方式向下放置在工作台上时，电极不接触工作台表面。这许可在不会在电极之间产生导电路径并由此潜在地放电(和/或从设备消耗电力)的情况下将装置向下放置在金属表面上，如在医院或其他医疗环境中经常发现的那样。在一些变形中，电极相对于外后表面凹进。例如，电极可以凹进在形成外壳的材料内。可替代地或附加地，外壳可以包括外壳在后表面向下放置时可以倚靠的一个或多于一个突起，从而防止一个或多于一个电极接触表面。例如，外壳的外后表面可以包括一个或多于一个“间隔件”，其被配置为使外后表面的一部分相对于第一表面和第二表面的外接触表面延伸，使得外接触表面相对于一个或多于一个间隔件的外表面凹进。通常，间隔件可以指相对于装置的后表面的从后表面起的高度比(一个或多于一个)电极的高度大的突起。例如，间隔件可以是从后表面延伸的(在一些变形中为电极周围的(例如，全部或部分包围电极的))凸块、岛状物、条状物、片状物、拉片等。
通常，电极可以具有足够的表面积，以容易地与患者的手和/或腿可靠接触。第一(腿)电极可以具有与第二电极和第三电极不同的形状或大小。在一些变形中，三个电极的表面积近似相同。在一些变形中，第二或第三(参考)电极的表面积大于其他电极。
如上所述，本文所述的任何设备可以包括用于与无线电信装置进行通信的传送器。传送器通常可以是无线的，或者传送器可以直接连接(插入)无线电信装置。可以使用电磁传送器(包括近场传送器、无线电(RF)传送等)、光学传送器或任何其他传送类型。特别地，本文描述了可以集成到设备中的超声传送器。
例如，本文描述了与无线电信装置一起使用的心电图(ECG)检测设备，该设备包括：外壳，其被配置为装配在电信装置上，该外壳具有外后表面、垂直于后表面的至少两个外侧表面、以及前部区域，通过该前部区域可以看到保持在外壳中的电信装置的画面；在至少两个外侧表面其中之一上或与其相邻的第一电极；在外后表面上的第二电极，该第二电极具有外接触表面；在外后表面上的第三电极，该第三电极具有外接触表面；以及超声波传送器，其被配置为将从第一电极、第二电极和第三电极感测到的信号用超声波传送到无线电信装置，其中第二电极和第三电极的外接触表面相对于外后表面的至少一部分凹进，使得当外壳以外后表面面向工作台表面的方式放置在工作台表面上时，第二电极和第三电极的外接触表面不接触工作台表面。
本文还描述了使用所描述的任何设备的方法。例如，本文描述了使用手持无线电信装置外壳从患者生成心电图(ECG)的方法，该手持无线电信装置外壳在外壳的外表面上具有三个电极，该方法包括：指示患者将沿着外壳的侧面延伸的第一电极保持抵靠腿，同时用右手触摸外壳背面上的第二电极并用左手触摸外壳背面上的第三电极，使得患者接触外壳上的不超过三个电极；检测第三电极和第二电极之间的ECG的第一导联信号(导联I)；检测第二电极和第一电极之间的ECG的第二导联信号(导联II)；以及检测第一电极和第三电极之间的ECG的第三导联信号(导联III)。
本文还描述了使用手持无线电信装置外壳从患者生成心电图(ECG)的方法，该手持无线电信装置外壳在外壳的外表面上具有三个电极，该方法包括：指示患者将外壳的第一电极保持抵靠腿，同时用右手触摸第二电极并用左手触摸第三电极，使得患者接触外壳上的不超过三个电极；检测第三电极和第二电极之间的ECG的第一导联信号(导联I)；检测第二电极和第一电极之间的ECG的第二导联信号(导联II)；检测第一电极和第三电极之间的ECG的第三导联信号(导联III)；以及将导联信号从外壳用超声波传送到电信装置。
本发明的方面还提供了一种与无线电信装置一起使用的心电图(ECG)检测设备。该设备可以包括被配置为装配在电信装置上的外壳。外壳可以具有外后表面、垂直于后表面的至少两个外侧表面、以及前部区域，通过该前部区域可以看到保持在外壳中的电信装置的画面。该设备还可以包括在至少两个外侧表面其中之一上或与其相邻的第一电极、在外后表面上并具有外接触表面的第二电极、以及在外后表面上并具有外接触表面的第三电极。第二电极和第三电极的外接触表面可以相对于外后表面的至少一部分凹进，使得当外壳以外后表面面向工作台表面的方式放置在工作台表面上时，第二电极和第三电极的外接触表面不接触工作台表面。此外，第二电极和第三电极可以被布置成使得患者可以在将第一电极保持抵靠腿的同时仅用左手触摸第二电极的外接触表面并且仅用右手触摸第三电极的外接触表面，并且可以观看保持在外壳中的电信装置的画面。
第二电极和第三电极可以完全在外后表面上。第一电极可以完全位于至少两个外侧表面其中之一上。第一电极可以位于外后表面上紧邻至少两个外侧表面其中之一的位置。第一电极可以在外侧表面其中之一与外后表面之间的边缘上延伸。外侧表面各自可以是矩形的，并且第一电极可以在外侧表面其中之一的两个短边缘之间居中，并且可以在外侧表面其中之一的长边缘的方向上纵向延伸。第一电极可以在外侧表面上或与外侧表面相邻地延伸超过外侧表面的长度的一半。第二电极和第三电极可以相对于外后表面的中心相对于彼此对称地定位。第二电极和第三电极可以是电极单元的装配在外壳的外后表面中的开口内的部分。第一电极可以具有与第二电极或第三电极的表面积近似相同的表面积。
该设备可以在外壳的外表面上仅包括三个电极。外壳的外后表面可以包括一个或多于一个间隔件，该一个或多于一个间隔件被配置为使外后表面的一部分相对于第一表面和第二表面的外接触表面延伸，使得外接触表面相对于一个或多于一个间隔件的外表面凹进。
该设备可进一步包括超声波传送器，该超声波传送器被配置为将从第一电极、第二电极和第三电极感测到的信号用超声波传送到无线电信装置。
本发明的方面还提供了一种与无线电信装置一起使用的心电图(ECG)检测设备。该设备可以包括被配置为装配在电信装置上的外壳。外壳可以具有外后表面、垂直于后表面的至少两个外侧表面、以及前部区域，通过该前部区域可以看到保持在外壳中的电信装置的画面。该设备还可以包括：在至少两个外侧表面其中之一上或与其相邻的第一电极；在外后表面上并且具有外接触表面的第二电极；在外后表面上并且具有外接触表面的第三电极；以及超声波传送器，其被配置为将从第一电极、第二电极和第三电极感测到的信号无线地(例如，用超声波)传送到无线电信装置。第二电极和第三电极的外接触表面可以相对于外后表面的至少一部分凹进，使得当外壳以外后表面面向工作台表面的方式放置在工作台表面上时，第二电极和第三电极的外接触表面不接触工作台表面。
本发明的方面还提供了一种使用手持无线电信装置外壳从患者生成心电图(ECG)的方法，该手持无线电信装置外壳在外壳的外表面上具有三个电极。可以指示患者将沿着外壳的侧面延伸的第一电极保持抵靠腿，同时用右手触摸外壳背面上的第二电极并用左手触摸外壳背面上的第三电极，使得患者接触外壳上的不超过三个电极。可以在第三电极和第二电极之间检测ECG的第一导联信号(导联I)。可以在第二电极和第一电极之间检测ECG的第二导联信号(导联II)。可以在第一电极和第三电极之间检测ECG的第三导联信号(导联III)。
本发明的方面还提供了一种使用手持无线电信装置外壳从患者生成心电图(ECG)的方法，该手持无线电信装置外壳在外壳的外表面上具有三个电极。可以指示患者将外壳的第一电极保持抵靠腿，同时用右手触摸第二电极并用左手触摸第三电极，使得患者接触外壳上的不超过三个电极。可以在第三电极和第二电极之间检测ECG的第一导联信号(导联I)。可以在第二电极和第一电极之间检测ECG的第二导联信号(导联II)。可以在第一电极和第三电极之间检测ECG的第三导联信号(导联III)。导联信号可以从外壳无线地(例如，用超声波)传送到电信装置。
本文还描述了可以使用超声可靠且方便地传送从用户记录的信息(例如，ECG信息)的可穿戴腕套装置。还描述了监测站，其包括用于将移动计算/电信装置配置和操作为能够安全且可靠地接收该超声数据的监测站的控制逻辑。
通常，本文描述了用于从(并且在一些情况下向)可穿戴(例如，腕套)装置用超声波传送数字和/或模拟数据的装置、系统和方法，该可穿戴装置具有一个或多于一个传感器、微处理器和能够传递超声波频率的换能器(即，压电扬声器)。数字传送的数据可以由具有麦克风的接收装置(诸如电信装置(例如，个人电信装置，诸如iPhone、DROID或其他智能电话等的电话、iPad或其他个人计算机、或者PDA等)等)接收，其中麦克风能够接收超声频率范围内的音频(例如，大于17kHz、大于18kHz、在约16kHz至约22kHz之间、在约17kHz至约30kHz之间、在约18kHz至32kHz之间、在约17kHz至42kHz之间等)。如以下更详细地所述，可以对传送的数字信息进行编码和/或加密。另外，可以在加密之前对信息进行压缩(数据压缩)。
设想了单向(例如，从腕套到装置)和双向通信这两者，其包括用于在可穿戴装置和监测站(例如，智能电话)之间进行简单双向通信的各种方法。
本文还描述了用于将数字信号用超声波从诸如腕套等的可穿戴装置安全传送到被配置为接收器的电信装置的超声波数字调制解调器以及数字调制解调器协议和逻辑。
本文描述了腕套装置，其包括用于感测与佩戴者有关的活动和/或健康信息的一个或多于一个传感器，该一个或多于一个传感器包括被配置为超声波调制解调器的微控制器。在一些变形中，微控制器包括许可装置驱动来自扬声器(例如，压电扬声器元件)的数据的超声波传送的逻辑(例如，硬件、软件、固件或其一些组合)。还描述了配置或适配微控制器以作为超声波调制解调器进行操作的方法。例如，在一些变形中，微控制器可以被编程为作为超声波调制解调器进行操作。超声波调制解调器可以被配置为将要传送的信息格式化为混合数字和模拟格式。在一些变形中，超声波调制解调器可以是使用加密密钥对信息进行加密的超声波调制解调器组件。
本文还描述了被配置为接收由超声波数字调制解调器声学地传送的超声波数字数据的接收器。通常，电信装置(例如，智能电话)可以被配置为充当接收器以接收超声波数字数据。因此，电信装置可以包括被配置为接收、解码、解释、显示、分析、存储和/或传送从数字超声波调制解调器通过超声波传送所发送的数据的硬件、软件和/或固件。在一些变形中，可以在电信装置上执行逻辑(例如，客户端软件和/或固件、应用等)，使得该逻辑可以充当数字超声数据的接收器。因此，本文描述了用于接收和解译(例如，解码)由数字超声波调制解调器传送的数据的可执行逻辑、以及包括用于接收和解译(例如，解码)由数字超声波调制解调器可执行逻辑所传送的数据的可执行逻辑的装置。
本文进一步描述了被配置为包括数字超声波调制解调器的特定装置和系统。这些装置中的任何装置可以包括数字信息源(例如，诸如医用传感器或装置(例如，温度计、脉搏血氧计等)等的装置)、声换能器(例如，能够发射超声信号的扬声器)和控制器(例如，微控制器)，该控制器被配置为将来自数字信息源的数字信息编码为要由声换能器传送的超声信号。在一些变形中，声换能器被配置为发射可听(例如，低于超声)声音(在正常人类听觉范围内的蜂鸣声和哔哔声等)以及以超声频率(例如，大于17kHz)发射。
在本文所述的示例中，如所述修改了Texas Instrument的AFE4110数字温度计，以将温度数据编码并用超声波传送到位于离温度计一定距离的电信装置(例如，智能电话)。该装置的微控制器(来自Texas Instrument的MSP430型控制器)已被配置为包括超声波调制解调器，该超声波调制解调器用于通过(经由微处理器)对供在连接的压电扬声器上传送的数据信号进行编码来传送超声波数字数据。扬声器可以是在温度计中预设并且用于可听地(例如，利用人类的正常可听范围)向用户通知温度稳定的相同扬声器。因此，可以通过执行微控制器中的控制逻辑来处理来自温度计的数据并在超声波频率范围(例如，>17kHz)中在压电扬声器上传送编码信号，以非常低的成本将温度计改造为包括数字超声调制解调器。温度计可以包括印刷在装置外部上的可以由接收电信装置(例如，智能电话)读取的安全密钥(例如，条形码、QR码等)。
例如，在一些变形中，本文描述了医疗感测装置和包括这样的装置的系统，其使用超声将由医疗感测装置接收到的生物参数数字传送到一个或多于一个电信装置(例如，智能电话)，其中可以在该电信装置上进一步处理信息和/或可以在该电信装置上传送信息。可执行逻辑也可以被称为用于适配医疗感测装置使得医疗感测装置可以将生物参数信息用超声波传送到电信装置以进行进一步处理的适配器。还描述了与电信装置一起使用的系统和/或子系统，使得电信装置可以接收和转译用超声波编码的健康度量信息信号。这些子系统可以包括要在电信装置(例如，电话)上运行以将超声波健康信息(或生物参数)信号转译成可以由电信装置上传、存储和/或分析的数字信号的客户端软件(例如，应用)。
医疗感测装置可以是用于接收生物参数(诸如患者生命体征等)的任何装置。生物参数也可以被称为生物特征数据。例如，医疗感测装置可以是温度计、血压换能器、葡萄糖监测器、脉搏血氧计、脉搏率计、计步器、活动监测器、水合监测器等。本文所涉及的医疗感测装置或系统通常是数字系统，因为它们可以显示生物参数的数值(例如，数字)表示。例如，这些装置可以将模拟生物参数(例如，温度、血糖、血压或任何其他健康度量信息)转换成可以向用户显示或以其他方式呈现的数字信号。例如，医疗感测系统可以包括用于捕获被检者的温度的数字温度计、用于呈现患者血压的血液袖带、血糖(葡萄糖)监测器或脉搏血氧计等(包括这些装置的组合)。家庭使用的医疗感测系统或装置是特别受关注的，并且尤其是具有监测或收集来自患者的生物参数并在显示器上呈现信息的传感器的那些医疗感测系统或装置。
如以下更详细地所述，在一些变形中，装置和系统格式化和/或编码信息，使得该信息包括数字(例如，提取的和/或字母数字的)信息和模拟(例如，图形)信息这两者的混合。如本文所使用的，短语“模拟”是指顺次排序并且可以用图形显示以示出变化或趋势的信息。模拟信息可以指被量化的可变物理水平(例如，随时间变化的变量)。实际信息可以是数字的(例如，通过从连续转换为离散)，但在本文中仍可以被称为“模拟”，因为它表示一个或多于一个参数随时间、距离或一些其他变化的变化。
可以对作为超声波信号(例如，模拟、数字、混合数字/模拟等)传送的任何信息进行加密。例如，可以使用加密密钥来对信息进行加密。加密密钥可以在传送超声波信号的装置上显示或可以以其他方式由该装置利用。通常，加密密钥可以被输入到电信装置中，使得该特定装置然后与包括超声波调制解调器的装置配对，并且可以接收和解密信息。数据的加密可以允许保护患者敏感信息。加密还可以减少系统中的噪声，因为它可以将接收到的信号限制到正确加密的信号。
如本文所使用的，生物参数或信息可以包括由医疗感测系统处理、感测和/或计算的任何患者信息，特别是数字编码的生物参数。例如，生物参数可以包括温度、血压、血糖水平、pH、氧合、脉搏率、呼吸率或任何其他生物测量，特别是与医疗情况(包括诊断和健康监测)相关的那些参数。
如本文所使用的，电信装置包括智能电话(例如，iPhoneTM、droid TM或其他个人通信装置)、平板计算机(例如，iPad或平板PC等)和/或包括(或可以适于包括)能够接收超声波声音的麦克风的台式计算机。电信装置可以包括用于将由超声波声音编码的数字信号转译成可以被显示、上传/传送、存储和/或分析的数字信号的逻辑。
因此，在一些变形中，本文描述了用于用超声波传送数字生物参数的医疗感测装置。在一些变形中，该装置可以包括：传感器，用于检测来自患者的生物参数；处理装置，用于将生物参数的数字表示编码为超声声音信号；以及超声波换能器，用于传送来自处理装置的超声波声音信号。
例如，传感器可以是用于转换生物参数的换能器(温度传感器、压力传感器等)。该装置还可以包括用于处理来自(一个或多于一个)传感器的信号的控制器(例如，微控制器)。处理装置可以包括信号生成器，该信号生成器从感测和/或处理的患者生物参数信息生成信号；可以对信号进行编码以进行传送。信号可以被编码为数字包(例如，字、字节等)。例如，信号可以包括起始位、停止位、识别生物参数的类型或来源的(一个或多于一个)信息位(例如，包标识符)、生物参数的数字表示以及在一些变形中的循环冗余校验(CRC)部分。在一些变形中，信号(包括生物特征测量或数据部分)可以具有时间和/或日期戳。
如上所述，在一些变形中，系统可以被配置为加密信息并仅传送加密的信息；电信装置可以被配置为(例如，通过捕获和/或分析描述加密密钥的图)直接接收加密密钥。
在一些变形中，系统或装置可以被配置成使得测量在时间x进行并存储在装置(例如，温度计、血糖仪等)上，并在稍的时间用超声波传送到电信装置(例如，智能电话或平板电脑)，并最终上传(例如，到云)。在一些变形中，数个时间/日期标记的测量可以存储在装置上，并且可以以突发的形式一起传送到电信装置。如以下更详细地所述，尽管在一些变形中装置可以主要是单向的(例如，将数据从生物特征测量装置发送到电信装置)，但装置可以被配置为至少接收确认信号和/或电信装置的接近的指示符。在一些变形中，超声波换能器还可以被配置为从电信装置接收确认信号。确认可以表示电信装置接收到发送的消息(数据)或电信装置准备好接收发送的数据、或这两者。
超声波换能器可以是任何适当的换能器(包括压电晶体换能器)。
在一些变形中，一种用于用超声波传送数字生物参数的系统包括：医疗感测装置，其具有用于检测生物参数的传感器、用于将生物参数的数字表示编码为超声声音信号的处理装置、以及用于传送超声波声音信号的超声波换能器；以及客户端控制逻辑，其被配置为由电信装置执行并且接收超声波声音信号并将其转换回生物参数的数字表示。
处理装置可以通过使用任何适当的信号处理技术(包括但不限于频移键控)将一些或全部数字生物参数信号(其通常是数值)转换成超声波信号。
客户端控制逻辑还可以被称为软件(尽管它可以是软件、硬件、固件等)或客户端应用。客户端控制逻辑可以在电信装置上执行。客户端控制逻辑例如还可以包括用于将生物参数的数字表示传递到其他装置上(例如，将其上传到网站或服务器)的组件。在一些变形中，客户端控制逻辑可以被配置为在电信装置上本地显示或以其他方式呈现信息。
本文还描述了一种用于传送数字健康参数的系统，该系统包括：超声波换能器，其中该超声波换能器能够在露天环境中以高于约17kHz(例如，19kHz、或以20kHz为中心)的频率传送信号；以及信号生成器，其被配置为生成与生物参数的数字表示相对应的超声波信号，其中标识符与高于约17kHz(例如，19kHz、或以20kHz为中心)的至少一个频率相关联。
作为示例，本文描述了一种用于将数字温度信息用超声波传送到电信装置以用于进一步处理和传送的数字温度计。数字温度计可以包括：温度传感器，用于感测患者温度；信号生成器，用于生成与患者温度的数字表示相对应的信号；以及超声波换能器，用于将患者温度的数字表示作为包括高于19kHz的一个或多于一个频率的超声波信号进行传送。温度计可以包括温度计外部的加密密钥，其可以由用户和/或被配置为接收超声波信号的电信装置成像和/或观察。
通常，本文描述了一种用于用超声波安全地传送数字数据的数字超声波调制解调器装置。这样的装置可以包括：微处理器；超声波换能器；位于该装置上的加密密钥；以及超声波传送逻辑，其配置数字数据以供由超声波换能器以17kHz或高于17kHz的频率进行声学传送，该超声波传送逻辑还被配置为根据加密密钥对数字数据进行加密。
可以使用任何适当的超声波换能器。例如，超声波换能器可以是压电扬声器。如上所述，加密密钥可以可视地标记在装置上，并且可以被配置为字母数字代码或符号等。例如，加密密钥可以被配置为条形码、QR码等。
本文所述的任何系统可以被配置为用于数据的安全超声波传送的系统，并且可以包括：超声波通信装置，其包括超声波换能器、位于超声波通信装置上的加密密钥、以及配置数字数据以供由超声波换能器以17kHz或高于17kHz的频率进行声学传送的超声波传送逻辑，该超声波传送逻辑还被配置为根据加密密钥对数字数据进行加密；以及可在电信装置上执行的解密逻辑，其中电信装置包括用于从超声波通信装置接收超声波信号的接收器，以及其中，解密逻辑被配置为接收加密密钥并应用加密密钥来对超声波信号进行解密。
通常，加密密钥可以在超声波通信装置或装置的包装等上可见。
在本文所述的这些变形中的任何变形中，电信装置可以包括用于输入加密密钥的输入件，其可以向解密逻辑提供信息。例如，该输入件可以是用于捕获加密密钥(例如，条形码、QR码等)的图像并根据该图像确定加密密钥的照相机。在一些变形中，输入件包括用于手动输入加密密钥的手动输入件(例如，键盘、触摸屏等)。
本文还描述了使用超声安全地传送信息的方法。例如，在一些变形中，该方法包括：接收存在于超声波通信装置的外表面上的加密密钥；从超声波通信装置接收加密的超声波信号；以及用加密密钥解密超声波信号。
在一些变形中，接收加密密钥的步骤包括：从超声波通信装置的外表面捕获加密密钥。对超声波信号进行解密可以包括：在电信装置中对超声波信号进行解密。如上所述，接收加密密钥可以包括：使用电信装置上的照相机对加密密钥成像。
通常，本文所述的任何系统可以使用混合数字和模拟编码。例如，用于传送数字和模拟超声波数据(混合数字和模拟数据)的装置可以包括：微处理器；超声波换能器；以及混合传送逻辑，其被配置为生成包括附加到模拟数据的数字数据的信号，以供由超声波换能器以17kHz或高于17kHz的频率进行声学传送。
如上所述，可以利用频移键控(FSK)对信息进行编码；可以将FSK数字数据附加到未通过FSK编码但已被频率调制的模拟数据，以形成混合数字/模拟信号。
在这些变形中的任何变形中，该装置可以包括用于检测来自患者的生物参数的传感器、和/或被配置为从模拟数据中提取数字数据的微处理器。在一些变形中，数字数据包括模拟数据的校准数据(例如，最小值、最大值、可变间隔(例如，时间间隔)、比例等)。模拟数据可以包括通常从装置传感器测量的任何适当的信号，诸如EEG、被检者随时间的温度、被检者随时间的葡萄糖水平、被检者随时间的血压、被检者随时间的氧水平或被检者随时间的身体活动等。
本文还描述了使用超声来传送混合数字和模拟信号的方法。例如，一种方法可以包括：生成超声信号，该超声信号包括附加到模拟信号的利用频移键控(FSK)编码的数字数据，该模拟信号包括以高于17kHz的频率调制的频率调制信号；以及使用超声波换能器声学地传送信号。
该方法还可以包括检测来自患者的生物参数，其中模拟信号包括生物参数。该方法还可以包括从模拟信号中提取数字数据。模拟信号可以包括EEG、被检者随时间的温度、被检者随时间的葡萄糖水平、被检者随时间的血压、被检者随时间的氧水平或被检者随时间的身体活动。
在一些变形中，该方法还包括在具有超声波音频拾取器的电信装置上接收超声信号的步骤。
在本文所述的任何变形中，可以在传送之前存储超声信号。本文所述的任何变形可以用纠错码编码。该方法还可以包括重新传送超声信号；信号可以重新传送固定次数，或者可以连续重新传送。在一些变形中，可以在超声波通信装置与包括用于接收和/或解密超声波信号的可执行逻辑的电信装置之间使用双向通信。因此，在一些变形中，电信装置可以被配置为将信号传送回超声波通信装置。超声波通信装置可以包括接收器，或者其可以适于在传送器(例如，压电元件)上接收信号。
本文还描述了ECG感测腕套，其被配置为将ECG信息传送到移动电信装置或多个装置。
例如，本文描述了无线可穿戴腕套装置，其用于从佩戴这种装置的被检者接收心电图(ECG)信号，并将该信息用超声波传送到移动电信装置。腕套装置可以包括：腕套本体，其被配置为装配在腕部周围；两个或多于两个电极，用于检测来自被检者的ECG信号；超声换能器；以及处理装置，其耦接到超声换能器，并且被配置为从两个或多于两个电极接收ECG信号并将这些要传送到信号编码为超声信号以供由超声换能器以高于约17kHz的频率传送。
腕套本体可以被配置为带(例如，任何类型的表带)、箍或镯等。在一些变形中，腕套包括可以面朝上地佩戴在被检者腕部的顶部上的“面部”区域。腕套可以包括一对电极(或多于两个电极)。例如，在一些变形中，腕套包括在佩戴腕套时面向佩戴者腕部的内电极，使得腕套可以在佩戴时与佩戴者的皮肤可靠接触。第二电极可以位于腕套的面部或侧面上；该第二电极可以被配置为允许穿戴者用另一只手/手臂触摸腕套。在一些变形中，第三电极可以位于腕套上。例如，第三电极可以存在于腕套的侧面上并且被配置为使得被检者可以使第三电极触摸身体的另一部分(例如，胸部、腿等)。
处理装置可以被配置为将要传送的信号编码为超声信号，以供由超声换能器以在约17kHz至约30kHz(或本文指定的任何其他范围，包括大于16kHz、大于17kHz、大于18kHz等)之间的频率传送。通常，处理装置可以被配置为将要传送的信号编码为包括附加到模拟信号的数字信息的混合信号。
该装置还可以被配置为接收信号(例如，超声信号)(包括来自移动电信装置的超声信号)。在一些变形中，该装置还包括超声接收器，该超声接收器被配置为从移动电信装置接收超声信号。这还可以在装置之间创建信息的配对(例如，用于同步、确认信息的传送等)。可以使用单独的接收超声换能器，或者相同的超声换能器可以被配置为既发送又接收。例如，超声换能器可以被配置为将来自处理装置的信号作为超声信号传送并且(例如，从移动电信装置)接收超声信号。
在一些变形中，本文所述的装置(腕套)可以被配置为以极低的功率进行操作。如上所述，该装置可以包括具有小于1.8V的电压的电池。
通常，本文所述的装置通常可以被配置为实时操作。特别地，可以实时接收和传送ECG信息；移动电信装置可以实时显示(和/或重新传送)。例如，处理装置可以被配置为实时传送编码的ECG信号。
通常，任何腕套装置可以被配置成没有显示器或输出，或者仅具有可听输出(例如，哔哔声、音调)或具有LED(例如，简单的指示灯)。作为代替，该装置可以依赖于与诸如移动电信装置等的基础站的通信来显示并且在一些情况下分析信号。例如，该装置可以包括表示该装置何时与移动电信装置进行通信的指示器。因此，不包括用于显示ECG信息的显示器的腕套装置可以使装置更小、更轻并且制造和操作更便宜。
此外，在一些变形中，这些装置可以被配置为存储大部分数据(例如，ECG数据)，并且一旦诸如移动电话等的接收器准备好接收数据就传送数据。因此，这些变形中的任何变形可以附加诸如时间/日期戳、用户输入数据等的附加信息。因此，在一些变形中，该装置还包括耦接到处理装置并被配置为存储编码信号以供稍后传送的存储器。
在一些变形中，如上所述，处理装置被配置为将要传送的信号编码为数字信号。
通常，装置(例如，处理装置)还可以被配置为确定移动电信装置何时从装置接收到编码信号。
本文所述的腕套装置还可以被配置为钟表，并且可以包括表盘等。
本文还描述了无线可穿戴腕套装置，以从佩戴该装置的被检者检测心电图(ECG)信号并将该信息用超声波传送到移动电信装置，该腕套装置包括：腕套本体，其被配置为装配在腕部周围；两个或多于两个电极，用于从被检者检测ECG信号；超声换能器；以及处理装置，其耦接到超声换能器，并且被配置为从两个或多于两个电极接收ECG信号，并且将要传送的信号编码为混合超声信号以供由超声换能器以高于约17kHz的频率传送，该混合超声信号包括附加到ECG信号的模拟表示的数字信息。
如本文所述，混合超声信号可以被配置为利用频移键控(FSK)对数字信息进行编码，并且将FSK数字信号附加到未通过FSK编码但已被频率调制的模拟信号。例如，处理装置可以被配置为从ECG信号中提取数字信息。在一些变形中，数字信息包括模拟信号的校准数据。处理装置可以被配置为将要传送的信号编码为超声信号，以供由超声换能器以诸如本文所述的频率(例如，以在约17kHz和约30kHz之间的频率)等的任何适当的超声频率(例如，高于正常可听范围的频率)传送。
在这些装置变形中的任何装置变形中，装置可以被配置为发送和接收超声信号。例如，装置可以包括被配置为从移动电信装置接收超声信号的超声接收器。在一些变形中，用于传送超声信号(例如，ECG信号)的相同换能器也可以被配置为接收超声信号(例如，准备接收、请求传送、确认传送、请求重新传送等)。超声换能器可以被配置为将来自处理装置的信号作为超声信号传送并从移动电信装置接收超声信号。
本文还描述了无线可穿戴腕套装置，以从佩戴该装置的被检者检测心电图(ECG)信号并将该信息用超声波传送到移动电信装置，该腕套装置包括：腕套本体，其被配置为装配在腕部周围；两个或多于两个电极，用于从被检者检测ECG信号；超声换能器，其被配置为传送和接收超声信号；以及处理装置，其耦接到超声换能器，并且被配置为从两个或多于两个电极接收ECG信号并将要传送的信号编码为超声信号以供由超声换能器以高于约17kHz的频率传送；进一步地，其中，处理装置被配置为从移动电信装置接收超声信号。
本发明的各方面还提供了一种无线可穿戴腕套装置，以从佩戴该装置的被检者检测心电图(ECG)信号，并将该信息无线地(例如，用超声波)传送到移动电信装置。腕套装置可以包括被配置为装配在腕部周围的腕套本体、用于从被检者检测ECG信号的两个或多于两个电极、无线(例如，超声)换能器和处理装置。处理装置可以耦接到无线换能器，并且可以被配置为从两个或多于两个电极接收ECG信号，并将要传送的信号编码为无线信号(例如，供由超声换能器以高于约17kHz的频率传送的超声信号)。
处理装置可以被配置为将要传送的信号编码为超声信号，以供由超声换能器以在约17kHz至约30kHz之间的频率传送。处理装置可以被配置为将要传送的信号编码为包括附加到模拟信号的数字信息的混合信号。该装置还可以包括超声接收器，该超声接收器被配置为从移动电信装置接收超声信号。超声换能器可以被配置为将来自处理装置的信号作为超声信号进行传送并从移动电信装置接收超声信号。
装置还可以包括具有小于1.8的电压的电池。处理装置可以被配置为实时传送编码的ECG信号。装置还可以包括存储器，该存储器耦接到处理装置且被配置为存储编码信号以供稍后传送。处理装置可以被配置为将要传送的信号编码为数字信号。装置还可以包括表示装置何时正与移动电信装置进行通信的指示器。处理装置还可以被配置为确定移动电信装置何时从装置接收到编码信号。装置可以被配置为钟表。
本发明的方面还提供了一种无线可穿戴腕套装置，以从佩戴该装置的被检者检测心电图(ECG)信号，并将该信息无线地(例如，用超声波)传送到移动电信装置。腕套装置包括被配置为装配在腕部周围的腕套本体、用于从被检者检测ECG信号的两个或多于两个电极、无线(例如，超声)换能器和处理装置。处理装置可以耦接到无线(例如，超声)换能器，并且被配置为从两个或多于两个电极接收ECG信号，并且将要传送的信号编码为混合无线(例如，超声)信号以供传送，该混合无线信号包括附加到ECG信号的模拟表示的数字信息。超声换能器可以以高于约17kHz的频率传送信号。
混合超声信号可以被配置为利用频移键控(FSK)对数字信息进行编码，并且将FSK数字信号附加到未通过FSK编码但已被频率调制的模拟信号。处理装置可以被配置为从ECG信号中提取数字信息。数字信息可以包括模拟信号的校准数据。处理装置可以被配置为将要传送的信号编码为超声信号，以供由超声换能器以在约17kHz至约30kHz之间的频率传送。超声接收器可以被配置为从移动电信装置接收超声信号。超声换能器可以被配置为将来自处理装置的信号作为超声信号进行传送并从移动电信装置接收超声信号。
装置还可以包括具有小于1.8V的电压的电池。处理装置可以被配置为实时传送编码信号。装置还可以包括存储器，该存储器耦接到处理装置并且被配置为存储编码信号以供稍后传送。处理装置可以被配置为将要传送的信号编码为数字信号。装置还可以包括表示装置何时与移动电信装置进行通信的指示器。处理装置还可以被配置为确定移动电信装置何时从装置接收到编码信号。装置可以被配置为钟表。
本发明的方面还提供了一种无线可穿戴腕套装置，以从佩戴该装置的被检者检测心电图(ECG)信号，并将该信息无线地(例如，用超声波)传送到移动电信装置。腕套装置可以包括被配置为装配在腕部周围的腕套本体、用于从被检者检测ECG信号的两个或多于两个电极、被配置为传送和接收超声信号的无线(例如，超声)换能器、以及处理装置，该处理装置耦接到无线(例如，超声)换能器并且被配置为从两个或多于两个电极接收ECG信号并将要传送的信号编码为无线(例如，超声)信号以用于通过无线(例如，超声)传送。超声换能器可以以高于约17kHz的频率传送信号。处理装置可以被配置为从移动电信装置接收超声信号。
可穿戴计算装置还可以采用腕套或臂带的形式。本发明的方面还提供了一种用于腕部或手臂佩戴式计算装置的外部壳体或罩。外部壳体或罩可以包括用于从被检者检测ECG信号的两个或多于两个电极以及用于将ECG信号传送到腕部或手臂佩戴式计算装置的无线传送器。
图1示出用于测量和监测用户US的一个或多于一个生物特征或生理参数的系统1000的示意图。系统1000可以包括计算装置1100和用于耦接或可移除地附接到计算装置1100的外部传感器装置1200。计算装置1100可以包括以下中的一个或多于一个：个人计算机、膝上型计算机、平板计算机(诸如Apple iPad、Apple iPod、Google Nexus平板电脑、Samsung Galaxy平板电脑、Microsoft Surface等)、个人数字助理(PDA)、智能电话(诸如Apple iPhone、Google Nexus电话、Samsung Galaxy智能电话等)和可穿戴计算装置(诸如Google Glass、Samsung Galaxy Gear Smart Watch等)。在许多实施例中，计算装置包括平板计算机或智能电话。外部传感器装置1200可以被配置为可移除地耦接到计算装置1100，并且可以包括用于覆盖计算装置的罩，诸如平板计算机外壳或智能电话外壳或罩等。以这种方式，当用户US更换或升级他或她的计算装置1100时，可以不需要更换外部传感器装置1200。也就是说，相同的外部传感器装置1200可以由用户用于用户可能具有的不同计算装置1100。
计算装置1100可以包括处理装置1110、诸如RAM模块等的存储器单元1120、数据存储单元1130(例如，闪速存储器模块、硬盘驱动器、ROM等)、被配置为与例如蜂窝数据网络(例如，使用GSM、GSM加上EDGE、CDMA、四频或其他蜂窝协议)或WiFi(例如，802.11协议)网络连接的网络接口1140、本地接口1150、操作系统1160(其可以存储在数据存储单元1130上、加载到存储器单元1120上、并由处理装置1110实现)、第一应用1170(诸如从在线应用分发平台下载的第一移动软件应用(“移动app”)等)、第二应用1180(诸如从在线应用分发平台下载的第二移动软件应用(“移动app”)等)、以及用户界面1190。例如，在线应用分发平台可以是Apple App Store、Google Play、Windows Phone Store或BlackBerry App World等。操作系统1160可以包括用于操作计算装置1100的指令。用户界面1190可以包括用于显示操作系统1160、第一应用1170或第二应用1180的一个或多于一个组件的显示器1195。例如，显示器1195可以是用于操纵和控制操作系统1160、第一应用1170或第二应用1180的触摸屏显示器。可以组合或省略这些元件中的一个或多于一个。计算装置1100还可以包括其他组件，诸如运动检测组件、一个或多于一个照相机、附加显示器、电源、风扇、各种I/O端口等。
外部装置1200可以包括传感器1210、处理装置1220和本地接口1230。传感器1210被配置成通过连接1215(例如，物理接触)与用户US耦接，以感测或检测用户US的一个或多于一个生理参数。通常，一个或多于一个生理参数包括用户的心脏参数，诸如心率、心率变异性、血压、血压变异性、心律失常、心震图(SCG)、SCG参数、心电图(ECG)或ECG参数等。还考虑了其他生理参数。例如，传感器1210可以包括活动传感器、血糖传感器、血氧传感器、温度计、呼吸传感器、代谢传感器或气味检测器等。处理装置1220可以接收检测到的生理参数并将其处理成供本地接口1230通过连接1235发送到计算装置1100的本地接口1150用的信号。连接1235可以包括有线连接，诸如USB连接、火线连接或闪电连接等。可替代地或组合地，连接1235可以包括无线连接，诸如WiFi连接、蓝牙连接、低功率蓝牙连接、NFC(近场通信)连接或者如美国专利号8,301,232和美国专利号8,509,882中描述的近场超声通信连接等。
第一应用1170可以存储在计算装置1100的存储部1130中，加载到计算装置1100的存储器1120上，并且可以使用处理装置1110和操作系统1160运行。处理装置1110在来自第一应用1170的指令下，可以耦接到计算装置1100的本地接口1150以接收检测到的(一个或多于一个)生理参数。此外，处理装置1110在来自第一应用1170的指令下，可以将接收到的(一个或多于一个)生理参数存储在计算装置的存储器1120和存储部1130中的一个或多于一个中。所存储的(一个或多于一个)生理参数可以用用户识别信息加时间戳和标记，以供稍后访问和分析。处理装置1100在来自第一应用1170的指令下，还可以使生理参数显示在用户界面的显示器1195上。例如，可以在测量生理参数时实时显示生理参数。第一应用1170还可以包括由处理装置1100运行以分析生理数据的算法，并且可以将解释和分析呈现给用户US。例如，如果检测到心律失常，则处理装置1100在来自第一应用1170的指令下，可以通过网络接口1140警告用户US或甚至远程医疗保健提供方(诸如医生、护士或医院等)。此外，处理装置在来自第一应用1170的指令下，可以被配置为通过网络接口1140将生理数据自动发送到远程计算装置、远程服务器或远程医疗保健提供方(诸如医生、护士或医院等)。
在一些实施例中，处理装置1110在来自第一应用1170或其他应用的指令下，可以使用测量到的(一个或多于一个)生理参数来识别或认证用户并基于用户的身份执行操作。例如，可以基于用户心跳的属性来认证用户。可以处理用户心律的特定部分的持续时间、用户心电图(ECG)的峰的相对大小或其他相关振幅或振幅比，并将其与存储的简档进行比较以认证用户。处理装置1100在来自第一应用1170或其他应用的指令下，可以用于生成基准简档。在一些实施例中，处理装置1100在来自第一应用1170或其他应用的指令下可使用测量到的(一个或多于一个)生理参数来确定用户的情绪并提供相关数据。
例如，可以检测和分析用户US的心脏的电活动。典型的心跳可以包括电位的数个变化，其可以被分类为波和波群(如本领域中已知的，包括P波、QRS波群、T波、并且有时包括U波)。P波的形状和持续时间可以与用户心房的大小相关(例如，表示心房扩大)，并且可以是用户特有的心跳特性的第一来源。
QRS波群可以对应于心室的去极化，并且可以分成Q波、R波和S波这三个不同的波。由于心室包含比心房更多的肌肉质量，因此QRS波群大于P波。此外，心脏的希氏/浦肯野系统(其可以增加传导速度以协调心室的去极化)可以导致QRS波群看起来是“尖峰的”而不是圆形的。健康心脏的QRS波群的持续时间可以在60至100ms的范围内，但可能由于传导异常而变化。QRS波群的持续时间可以用作用户特有的心跳特性的另一来源。
Q波、R波和S波各自的持续时间、振幅和形态可以在不同个体中变化，并且特别是对于患有心脏疾病或心率异常的用户可以显著变化。例如，大于R波的高度的1/3或持续时间大于40ms的Q波可以表示心肌梗塞并提供用户心脏的独特特性。类似地，可以使用Q波和R波的其他健康比来区分不同用户的心跳。
用户US的心脏的电活动还可以包括可以用于区分不同用户的一个或多于一个特性持续时间或间隔。例如，心脏的电活动可以包括如本领域已知的PR间隔和ST段。可以从P波的开始到QRS波群的开始测量PR间隔。PR间隔通常可以持续120到200ms。具有不同持续时间的PR间隔可以表示心脏中的一个或多于一个缺陷，诸如一度心脏传导阻滞(例如，持续超过200ms的PR间隔)、经由导致心室早期激活的辅助通路的预激综合征(例如，持续小于120ms的PR间隔)或另一类型的心脏传导阻滞(例如，可变的PR间隔)。可以从QRS波群到T波(例如在QRS波群与ST段之间的接合处开始并且在T波的开始处结束)测量ST段。ST段通常可以持续从80ms到120ms，并且通常具有略微向上的凹度。ST段的长度与ST段的凹度或高度的组合也可以用于生成各用户的心跳特有的特性信息。
T波可以表示心室的复极化或恢复。从QRS波群的开始到T波的顶点的间隔可以被称为绝对不应期。T波的最后一半可以被称为相对不应期或脆弱期。T波的振幅、绝对不应期的持续时间和相对不应期也可以用于定义用户的心率的特性。
可以从QRS波群的开始到T波的结束测量可以表示心室去极化和复极化所需的总时间的QT间期。QT间期通常可以持续在300ms和450ms之间，并且可以基于用户的心率的状况而变化。开发了数个校正因子来校正心率的QT间期222。测量到的QT间期值和校正后的QT间期值都可用于定义用户的心跳的独特特性。
由于用户US的心跳或心率可以基于用户US的活动或情绪而略微变化，因此各授权用户US可以首先在第一次使用之前向装置提供基本或标准心率、心跳或电活动。第一应用1170可以由处理装置1110运行以记录该基线读数。例如，外部装置或传感器1200可以在数个不同时间对数个心跳或电活动进行采样，以检测用户US的心脏电活动的变化。该数据可以被发送到计算装置1100。处理装置1110在来自第一应用1170的指令下，然后可以处理检测到的信号以确定用户US的心脏活动的数个独特特性，并且识别各个经处理的特性的合适特性值的范围。基于特性值和关联范围，处理装置1110可以选择这些特性中的一个、全部或子集，以定义授权用户US的独特心脏活动简档。特性和关联范围的特定组合可被选择成使与其他授权用户的重叠最小化，或者基于未落在平均值和范围的范围内的特性值和范围(例如，不使用装置的普通用户将具有的特性值和范围)。
系统1000可用于基于用户US的心脏的测量到的电活动与所生成的简档相比来认证用户US。如果测量到的电活动与生成的简档匹配，则处理装置1110在来自操作系统1160、第一应用1170或其他应用的指令下可以认证用户US。还可以指示处理装置1110响应于识别和认证用户US而进行任何合适的操作。在一些实施例中，可以指示处理装置1110提供对受限应用(例如，仅特定用户具有许可证或仅特定用户已购买的应用)的访问。在一些实施例中，可以指示处理装置1110提供对与授权用户US相关联的特定数据或应用设置的访问。例如，可以指示处理装置1110提供对所识别的用户US的联系人列表
的访问，或者对所识别的用户US的电子邮件账户或电话历史的访问。作为另
一示例，可以指示处理装置1110允许用户US使用电子装置访问私人银行应用或进行金融交易(例如，将资金转移到不同的账户或购买商品)。在一些实施例中，计算装置1100可以加载用户US设置和简档以向用户提供定制显示。例如，计算装置1100可以以由用户设置的方式显示图标或选项，或者使用与所识别的用户相关联的颜色方案、字体或其他可定制的显示属性来提供显示。
在一些实施例中，系统1000可以使用检测到的心率或心跳特性来确定用户US的情绪。特别地，由于与各用户US相关联的可允许的确定特性可以包括值的范围，因此可以指示处理装置1110确定可允许的特性范围中的检测到的特性的分布。使用所确定的分布，处理装置1110可以建立用户的情绪并提供与外推的情绪相关联的电子装置操作或数据(例如，媒体)。
在一些实施例中，计算装置1100可以基于用户US的检测到的情绪或心脏信号来提供媒体回放。例如，计算装置1100可以识别具有与用户US的心脏信号或心率相关联或相关的每分钟跳动或其他特性的媒体，并回放所识别的媒体。作为另一示例，所提供的媒体可具有比用户的当前心率更快或更慢的每分钟跳动，以引导用户更努力地锻炼(例如，在健身期间)或者使用户凉爽或平静(例如，在健身结束时)。
本发明的方面还可以包括用于基于用户US的心脏信号来进行计算装置操作的处理。在第一步骤中，系统1000可以检测用户US的心脏信号。例如，可以使用外部装置1200的传感器1210来检测用户US的心率或心跳。外部装置1200可以将检测到的信号通过连接1235发送到计算装置1100。计算装置1100可以使用任何合适的方法来处理接收到的信号(包括确定信号的独特特性)。这样的特性例如可以包括EKG信号中的峰之间的持续时间、EKG信号中的峰之间的峰值或分配、或如本文所述的任何其他合适的特性。在进一步的步骤中，计算装置1100可以确定先前检测到的用户US是否是授权用户。例如，计算装置1100可以将检测到的心脏信号的确定特性与同已知授权用户相关联的信号库进行比较。如果计算装置1100确定为用户US未被授权(例如，检测到的心脏信号的特性与存储器中所存储的心脏信号的特性不匹配)，则计算装置1100可以在进一步的步骤中防止对受限电子装置操作的访问。例如，计算装置1100可以防止用户访问与其他用户相关联的个人或私人信息。作为另一示例，计算装置1100可以防止用户US访问与特定用户相关联的应用或操作(例如，由特定用户购买的应用)。作为又一示例，计算装置1100可以防止用户US访问任何电子装置操作(例如，除了紧急呼叫之外没有操作)。
如果计算装置替代地确定为用户US被授权，则处理可以进入第四步骤，在该第四步骤中，计算装置1100确定与用户US相关联的受限操作。例如，计算装置1100可以确定与授权用户相关联的特定私人数据(例如，电子邮件账户、联系人列表和银行信息)。作为另一示例，计算装置1100可以确定与授权用户US相关联的特定操作或应用(例如，由用户US使用应用商店购买的应用，或者控制与管理账户相关联的操作的系统)。在第五步骤，计算装置1100可以提供对用户US的确定受限操作的访问。例如，计算装置1100可以加载所确定的数据。作为另一示例，计算装置1100可以提供用于启动所确定的个人或私人应用的链接。
当第二应用1180在显示器1195的前台并且正由用户US主动操纵时，第一应用1170还可以在操作系统1160的后台运行以进行接收、存储和分析生理数据中的一个或多于一个。例如，第二应用1180可以包括用户US作为第一应用1170进行操作并且外部传感器装置1200在后台测量用户的(一个或多于一个)生理参数的电子邮件应用、web浏览器、音乐播放器或游戏。
例如，外部传感器装置1200可以包括许多形状因子，这取决于计算装置1100的形式和对用户US的便利性。
图2A至图2K示出包括智能电话2100和保护性智能电话外壳2200的生物特征或生理参数测量和监测系统2000。图2A示出系统2000的立体图，其中智能电话2100和保护性智能电话外壳2200是分开的。保护性外壳2200具有用于容纳智能电话2100的腔2200C。图2B和图2C示出系统2000的后视图。图2D示出系统2000的立体图，其中智能电话2100和保护性智能电话外壳2200彼此耦接或可移除地附接。智能电话2100例如可以包括Apple iPhone、Google Android智能电话、Google Nexus、Samsung Galaxy电话、HTC智能电话、NokiaWindows智能电话或Blackberry智能电话等。
智能电话2100可以包括正面2110、边缘2120、背面2130和正面2110上的显示器2140。保护性智能电话外壳2200可以包括用于检测诸如心电图(ECG)等的生理参数的多个电极。多个电极可以包括第一电极2210和第二电极2220。当智能电话2100和保护性外壳2200耦接在一起时，多个电极中的至少一些电极将布置在智能电话2100的边缘2120上。以这种方式，例如，为了用户的方便，可以维持智能电话2100的薄型和低轮廓。如图2B所示，第一电极2210和第二电极2220可以分别彼此相对地布置在保护性外壳2200的顶部边缘和底部边缘(即，较短边缘)上。如图2C所示，第一电极2210和第二电极2220可以分别彼此相对地布置在保护性外壳2200的左边缘和右边缘(即，较长边缘)上。图2B和2C示出保护性外壳2200的背面2200B。各电极通常将彼此电隔离以避免短路或干扰。各电极通常也将最小程度地从保护性外壳2200的本体突出。例如，各电极可以被抛光、粗糙化或以其他方式精加工以匹配保护性外壳2200的外表面。
本文所述的传感器电极可以由任何合适的材料构成。例如，电极可以由针对许可更有效地传送反映用户的心脏活动的电信号的特定导电性质所选择的特定材料构成。电极可以由银基化合物构成，银基化合物可以提供相对于其他金属化合物(例如，钢或铝)的优异导电性。还可以选择电极的大小和位置以确保在用户(例如，用户的手或手指)与电极之间进行充分接触。例如，各电极可以包括放置在外部传感器装置1200的本体的外表面上的垫或延伸区域。
在使用中，如图2E和图2F所示，用户可以用他们的手握持系统2000，以使第一电极2210与用户的右臂RA接触并且使第二电极2220与用户的左臂LA接触，以测量诸如心率或ECG等的一个或多于一个生理参数。如图2E所示，第一应用1170可以在系统2000上是活动的并且正实时显示测量到的参数。如图2F所示，第二应用1180(例如电子邮件应用)可以在系统2000上是活动的，并且可以在第一应用1170在后台接收生理参数数据时由用户US操纵。通过使多个电极与右臂RA和左臂LA接触，可以测量导联I ECG。用户US还可以使第一电极2210与右臂RA和左腿LL接触以测量导联II ECG。用户US还可以使第一电极2210与右臂RA和左腿LL接触以测量导联III ECG。
还设想了多个电极的其他放置。如图2G所示，第一电极2210和第二电极2220可以布置在保护性外壳2200的角部上。此外，多个电极可以包括第三电极2230。如图2H所示，第一电极2210和第二电极2220可以布置在保护性外壳2200的顶部边缘和底部边缘(即，较短边缘)上，而第三电极2230可以存在于保护性外壳2200的侧面或较长边缘上。如图2I所示，第一电极2210和第二电极2220可以布置在保护性外壳2200的相对角部上，而第三电极2230可以存在于保护性外壳2200的侧面或较长边缘上。如图2J所示，第一电极2210和第二电极2220可以布置在左边缘和右边缘(即，较长边缘)上，而第三电极2230可以存在于保护性外壳2200的侧面或较长边缘上。在一些实施例中，第一电极2210和第二电极2220可以布置在保护性外壳2200的边缘上，并且第三电极2230可以布置在保护性外壳2200的背面2200B上。
在使用中，如图2K所示，用户可以用他们的手握持系统2000，以使第一电极2210与用户的右臂RA接触，使第二电极2220与用户的左臂接触，并使第三电极2230与用户的左腿LL接触，以测量诸如心率或ECG等的一个或多于一个生理参数。如图2K所示，第二应用1180(例如，电子邮件应用)可以在系统2000上是活动的，并且可以在第一应用1170在后台接收生理参数数据时由用户US操纵。通过使多个电极与右臂RA、左臂LA和左腿LL接触，可以测量导联I ECG、导联II ECG和导联III ECG。甚至可以同时测量导联I ECG、导联II ECG和导联III ECG。在2013年7月11日提交的标题为“Three-Electrode Wireless ECG Apparatus”的共同拥有的美国临时专利申请号61/845,254(其内容通过引用而被包含于此)中进一步描述了具有三个电极的无线ECG设备。
图3A至图3F示出包括平板计算机3100和保护性平板计算机外壳3200的生物特征或生理参数测量和监测系统3000。系统3000可以在许多方面类似于系统2000。然而系统2000适于与智能电话2100一起使用，系统3000适于与平板计算机3100一起使用。平板计算机3100可以包括Apple iPad、Google Nexus平板计算机、Samsung Galaxy平板计算机或Microsoft Surface平板计算机等。
图3A示出系统3000的立体图，其中保护性外壳3200具有用于容纳平板计算机3100的腔3200C。平板计算机3100具有正面3110、边缘3120、背面3130和显示器3140。图3B示出耦接或可移除地附接到保护性外壳3200的平板计算机3100。
图3B还示出平板计算机保护性外壳3200可以包括包含第一电极3210和第二电极3220的多个传感器电极。如图3B和图3C所示，第一电极3210和第二电极3220可以彼此相对地布置在平板计算机3100的边缘3120上。还设想了其他替代放置。例如，图3D示出布置在保护性外壳3200的背面3130上的第一电极3210和第二电极3220。此外，如图3E所示，多个电极还可以包括布置在保护性外壳3200的背面3130上的第三电极3230。
系统3000可以以与如上所述的系统2000类似的方式用于测量生理信号。例如，系统3000的多个电极可以与用户US接触以测量导联I ECG、导联II ECG和导联III ECG中的一个或多于一个。如图3F所示，用户US可以正常地操作系统3000和平板计算机3100，而第一电极3210接触用户的右臂RA，第二电极3220接触用户的左臂LA，并且第三电极3230(未示出)接触用户的左腿。尽管图3F示出用于管理检测到的(一个或多于一个)生理参数的第一应用1170在平板计算机3100上是活动的，但还可以设想，在第一应用1170和保护性外壳3200感测和检测(一个或多于一个)生理参数期间，第二应用1180反而是活动的并由用户US操纵。
还设想了用于在计算装置正常使用期间同时测量用户US的(一个或多于一个)各种生理参数的其他计算装置配件。
图4A至图4C示出生物特征或生理参数测量和监测系统4000，其包括计算装置1100的键盘4100和可以包括键盘腕托的键盘配件4200。键盘4100可以可移除地耦接到键盘配件4100(将图4A与图4B进行比较)。键盘配件4200包括诸如多个电极(诸如第一电极4210和第二电极4220等)等的生理参数传感器。如图4C所示，在用户US通过键盘4100正常操作计算装置1100期间，第一电极4210可以接触用户的右臂RA，并且第二电极4220可以接触用户的左臂LA，以检测导联I ECG。
图5A至图5C示出包括膝上型或掌上型计算机5100和传感器配件5200的生物特征或生理参数测量和监测系统5000。计算机5100可以可移除地耦接到传感器配件5100(比较图5A与图5B)。传感器配件5200包括诸如多个电极(诸如第一电极5210和第二电极5220等)等的生理参数传感器。如图5C所示，在用户US正常操作计算机5100期间，第一电极5210可以接触用户的右臂RA，并且第二电极5220可以接触用户的左臂LA，以检测导联I ECG。
还设想了用于与日常使用装置耦接的另外的传感器配件。例如，本发明的实施例可以提供用于自行车、摩托车、诸如跑步机或椭圆机或举重机等的运动器材的把手、座位、椅子、一副眼镜、衣服等的传感器配件。作为另一示例，本文所述的传感器系统可以是采用手表、腕套、腕带或这些装置的配件的形式。在2013年8月30日提交的标题为“UltrasonicTransmission of Signals from an ECG Sensing Wristlet”的共同拥有的美国临时专利申请号61/872,555中描述了ECG感测手表和腕套。传感器配件可以检测和测量一个或多于一个生理参数，并将测量结果通信到与日常使用装置相关联的计算装置或另一个计算装置。
图6示出用于生物特征或生理参数测量和监测的方法6000。在步骤6050中，可以提供诸如本文所述的计算装置1100等的计算装置。在步骤6100中，可以提供诸如本文所述的外部装置1200等的用于计算装置的外部装置或壳。在步骤6150中，外部装置或壳可以耦接到计算装置。例如，参见本文所述的系统2000(图2A至图2D)、本文所述的系统3000(图3A至图3B)、本文所述的系统4000(图4A至图4C)和本文所述的系统5000(图5A至图5C)。在步骤6200中，可以将生理信号或参数测量和监测应用下载到计算装置上。应用可以包括上述第一应用1170，并且如本文所述可以通过因特网从应用分发平台下载。在步骤6250中，可以在计算装置上运行应用。在步骤6300中，可以使耦接到计算装置的外部装置或壳与用户接触以测量(一个或多于一个)生理参数。在步骤6350中，可以测量(一个或多于一个)生理信号或(一个或多于一个)参数。在步骤6400中，可以存储、显示或以其他方式处理(一个或多于一个)生理信号或(一个或多于一个)参数。在步骤6450中，可以将生理信号或参数测量和监测应用放置在计算装置的后台中。在步骤6500中，在生理信号或参数测量和监测应用在后台中进行其作业的同时，可以在计算装置上运行第二应用。
尽管上述步骤示出生物特征或生理参数测量和监测的方法6000，但本领域普通技术人员将认识到基于本文所述的教导的许多变形。这些步骤可以以不同的顺序完成。可以添加或省略步骤。这些步骤中的一些步骤可以包括子步骤。可以尽可能有益地重复这些步骤中的许多步骤。
方法6000的步骤中的一个或多于一个可以利用如本文所述的电路(例如，计算装置或其配件的处理装置或逻辑电路中的一个或多于一个)进行。处理装置或逻辑电路可以被编程为提供方法6000的步骤中的一个或多于一个，并且程序可以包括存储在计算机可读存储器上的程序指令或逻辑电路的编程步骤。
通常，本文描述了用于从包括手持无线电信装置外壳的患者生成心电图(ECG)的设备和方法及其使用方法，该手持无线电信装置外壳在外壳的外表面上具有三个电极。这些设备和方法可以许可用户使用单个手持装置获取多达六个导联(例如，导联I、导联II、导联III、aVR、aVL和aVF)，该单个手持装置由患者容易地抵靠他或她的腿握持，同时观察装置的显示器。特别地，该装置可以与移动电信装置(例如，智能电话)结合使用。在另一实施例中，装置能够作为独立装置操作，具有适当的电路以独立地起作用或与单独的电信装置通信。
通常，本文所述的设备(包括装置和系统)可以包括三个电极，并且被配置为与无线电信装置一起使用。无线电信装置可以是包括智能电话(例如，iPhoneTM、AndroidTM等)、平板电脑(iPadTM等)、膝上型电脑、PDA等的任何适当的电信装置。该设备可以被配置为移动电信装置的外壳和/或附件。该设备可以将信息无线地通信到移动电信装置。在一些变形中，本文所述的系统将信息发送到(例如，通过操作程序或应用(“app”)等)已被配置以接收和分析来自设备的信息的移动电信装置。
因此，通常，本文所述的设备可以包括被配置为外壳等的壳体。壳体通常包括布置有三个(或在一些情况下为更多个)电极的外表面。在壳体被配置为保持移动电信装置的外壳的变形中，外壳可以具有外后表面和垂直于后表面的至少两个外侧表面、以及前部区域，通过该前部区域可以看到保持在外壳中的电信装置的画面。
例如，图9A至图9D例示被配置为智能电话的外壳的壳体的一个变形。在该示例中，外壳300被示出为具有容纳在外壳内的移动电信装置(智能电话)301。外壳300包括(图9C所示的)背面和(图9B和图9D所示的)侧面。该示例中的外壳300的正面具有可以看到和/或触摸智能电话的正面(包括画面)所通过的开口301。外壳还可以在侧面上包括用于电话控制的开口(例如，图9B)。
通常，壳体还包括至少(并且在一些变形中，恰好)三个电极，每一个电极用于接触被检者的右手、左手和腿。例如，第一电极可以被配置为保持抵靠患者的腿。第二电极和第三电极也可以被配置和布置在壳体上，使得患者可以在将第一电极保持抵靠他们的腿的同时，用右手触摸第二电极并用左手触摸第三电极。电极的位置、形状和/或大小可以被配置成使得当测量ECG时，患者的手不接触壳体上的多于一个电极，并且患者的腿也不接触壳体上的多于一个电极。例如，第一电极可以位于壳体的侧面或侧边缘(后侧边缘)或这两者上，而第二电极和第三电极位于背面上，并且所有电极彼此分离足够远，以避免腿或手与多于一个电极接触。因此，左手可以接触单个电极，右手可以接触另一电极，并且腿可以接触全部在同一壳体上的第一(腿)电极。
在图9A中，电极被布置成使得第一电极309在外壳的外侧表面其中之一上。将第一电极放置在外壳的侧面上可以允许在患者握持外壳的同时将第一电极容易地保持抵靠被检者的腿，使得他们的第一(例如，左)手接触第二电极并且他们的另一(例如，右)手接触第二电极。
通常，在本文所述的任何设备中，电极可以在壳体的外表面上；在一些变形中，壳体可以被配置为(或可以包括附加元件)在设备设置在诸如工作台等的表面上时保护一个或多于一个电极免于与该表面接触。在将设备放置到导电表面(例如，金属工作台)上的情况下，壳体或附加特征可以防止电极的外表面接触表面。例如，壳体的外表面上的电极可以相对于外后表面的至少一部分凹进，使得当外壳以外后表面面向工作台表面的状态放置在工作台表面上时，第一电极、第二电极和/或第三电极的外接触表面不接触工作台表面。
如上所述，将第一电极放置在侧表面上可以在观看外壳内的电信装置的表面(例如，画面)的同时，允许设备用于从腿进行测量。
在图9A至图9D中，外壳仅包括三个电极309、311和313，并且第一(腿)电极位于壳体的侧外表面上。侧(第一)电极被配置为沿着壳体的侧面的大部分长度延伸。第二电极311和第三电极313被定位成更靠近壳体的后外表面的中心。如在图9B和图9D的侧面轮廓图中显而易见，壳体保护第二电极和第三电极，因为电极的高度低于外壳的其余部分的外表面。
图10A至图10D例示具有三个电极的外壳的另一变形。然而，在该示例中，第一(腿)电极413不具有比外壳的外表面低的外表面，而是如图10D所示，第三电极从外表面突出。所示的外壳在其他方面类似于图9A至图9D中所示的变形，尽管这些图被示出为在外壳内没有移动电信装置(例如，智能电话)。
在一些变形中，如图11A至图11C所示，腿电极(电极1)509从侧表面延伸到其他电极511、513所在的后表面。
可替代地，在一些变形中，如图12C所示，腿电极位于外壳的边缘附近(例如，靠近侧边缘)。通常，腿电极可以与侧表面其中之一相邻。电极可以紧邻侧面并且可以接触边缘。图12A至图12C例示被配置成使得第一电极613与外壳的侧面相邻的外壳；第二电极609和第三电极611可以远离第一电极偏移，以防止被检者的手和腿电极(或另一电极)的无意接触。
图13A至图13C例示外壳的另一变形，如图所示，该外壳具有从后表面并围绕侧边缘延伸到侧表面的第一电极709。在该示例中，第二电极和第三电极相对于外壳背面的外表面凹进，而第一电极从外表面延伸。这可以使得更容易接触腿并以一定角度保持外壳。
在一些变形中，壳体可以被配置为保持装配在外壳的外后表面中的开口内的电极单元；电极单元包括第二电极和第三电极(并且在一些变形中包括第一电极)，并且还可以包括用于控制/接收ECG记录的电路。例如，图14A至图14C例示被配置为如下的外壳的设备，该外壳保持包括将由患者的右手和左手触摸的第二电极811和第三电极813的电极单元805、以及在外壳的侧面上的单独第一电极809。电极单元可以从外壳伸出，并且可以包括与第二电极和第三电极相比从外壳的外表面进一步延伸的外(非电极)表面，从而防止在装置设置在工作台上时第二电极和第三电极触摸工作台表面。
图15A至图15C例示三电极壳体的另一变形，其中如图所示，所有三个电极(第一电极909、第二电极911和第三电极913)都布置在外壳的后表面上。
尽管本文所述的许多变形具有集成在外壳的外表面上的所有三个电极，但在一些变形中，这些电极中的一个或多于一个可以被配置为从外壳的表面延伸。例如，在图16A和图16B中，示出具有可以在导线上从壳体延伸的第一电极1009的装置的示例。当不使用时，导线可以缩回到外壳内，并且电极1009可以耦接到外壳，在使用中，电极可以从外壳中拉出并且可以接触患者的腿，使得外壳和智能电话可以由患者握持和观看。在这些变形中的任何变形中，智能电话可以在记录之前或期间向患者提供视觉反馈。例如，表示正在进行良好的电接触，和/或示出由系统捕获到的ECG的迹线。
例如，图17例示操作具有两个手(右手、左手)电极和腿电极的装置400的方法。在该示例中，被检者SU正坐在椅子CH中并且用双手握持被配置为保持智能电话的智能电话外壳的设备400，使得每只手仅接触外壳背面上的一个电极。外壳被保持抵靠被检者的腿，使得腿电极被压抵腿。然后，如上所述，可以使用外壳和智能电话来记录可以确定至少三个附加导联的导联I、导联II和导联III。具体地，可以确定加压导联(aVR、aVL和aVF)。
如本文所述，可以使用三个电极(例如，通过本文所述的任何装置)生成12导联ECG。例如，在一个实施例中，如本文所述的具有三个电极的装置可以用于与导联II(例如，左腿和右臂之间的电压)同时确定导联I(例如，左臂和右臂之间的电压)，并且与导联V2同时确定导联I。在其他实施例中，导联的任何其他组合都是可以的。然后，处理逻辑可以使两组记录时间对准，使得可以在相同的模拟时间段内比较这两组测量。
处理逻辑可以进一步变换两组导联以生成完整的12导联ECG。在一个实施例中，处理逻辑可以使用机器学习模型(例如，神经网络、深度学习技术等)来进行这种变换。可以使用与个体群体相对应的12导联ECG数据来训练机器学习模型。数据在被输入到机器学习模型中之前，可以被预处理以便以适合于应用的方式过滤数据。例如，数据在被用于训练一个或多于一个机器学习模型之前，可以根据身高、性别、体重、国籍等被分类，使得针对特定类型的个体对如此得到的一个或多于一个模型进行微调。在另一实施例中，可以基于用户自己的ECG数据进一步训练机器学习模型，以更进一步微调模型。
在一个实施例中，使用本文所述的机器学习技术，可以在单个装置中仅使用三个电极来生成完整的12导联ECG。如本文所述，三个电极可以以任何合适的方式(包括两个在装置的正面上且一个在背面上)定位在装置上。
通常，本文还描述了用于利用超声波传送装置将来自可穿戴(例如，腕套)感测装置的信息(例如，生物参数信息)用超声波传送到电信装置的装置和系统，该电信装置然后可以处理和/或传送生物参数信息。特别地，生物参数可以包括ECG信号。可穿戴装置通常包括超声波换能器，其可以是用于将信息编码和传送为声学超声波信号的超声波调制解调器模块/子系统的一部分。在本文所述的许多变形中，这些装置被配置为要由被检者佩戴的腕套。
如以下将详细描述的，在一些变形中，可以使用加密密钥安全地传送超声波信号(例如，编码ECG)。本文还描述了用于使用加密密钥容易地将超声波传送装置与电信装置配对的系统、方法和装置。例如，在一些变形中，电信装置可以读取在超声波传送装置上显示的加密密钥(例如，拍摄其图像)。通过利用电信装置拍摄包含加密密钥的标记(例如，条形码、QR码等)的图像并基于图像确定加密密钥，可以容易地进行该技术。在电信装置上运行的可执行逻辑(例如，解密逻辑)可以被配置为解释和应用该加密密钥。
例如，能够用超声波传送数字生物参数信息的系统可以包括用于感测生物参数(例如，生命体征)的传感器、用于将生物参数的表示配置为“数字”超声波信号、模拟信号或混合数字/模拟信号的处理装置、以及用于转换超声波信号使得其可以露天传送到具有电信能力的装置的换能器。处理装置可以是控制器(例如，微控制器)的一部分，由控制器(例如，微控制器)控制或与控制器(例如，微控制器)通信。具有电信能力的装置(电信装置)可以包括能够接收超声波范围内的音频信号的接收器(音频接收器)、以及用于将超声波信号转换回电子信号以供进一步处理或传送的处理装置。
人类听觉范围通常被称为20Hz至20kHz，然而在理想的实验室条件下，儿童的最大听觉范围实际上低至12Hz，少数情况高达20kHz。此外，如图18所示，阈值频率(即，可检测的最小强度)快速上升到10kHz至20kHz之间的疼痛阈值。因此，高于约16kHz的声音必须相当强烈才能被听到。几乎从出生开始，这些较高频率的阈值声级就会增加。如图19所示，平均20岁的人在8kHz范围内损失了约10dB，而在90岁时，普通人在该频率损失了超过100dB。
使用非常高频率的声音的示例产品是蚊子警报器，这是一种有争议的装置，其发出有意令人烦恼的17.4kHz警报，并用于劝阻年轻人游荡。由于在该频率成人听力损失，因此通常仅由小于25岁的人听到。类似地，学生通过在学校期间在他们的电话上使用15-17kHz的“蚊子”铃声来利用成人听力损失。学生们能听到蚊子铃声，而他们的成人老师却听不到。术语“超声波”通常意指高于人类感知的范围。然而，如图所示，听力频率的上限通常随个体和年龄而变化。由于该上限的差异，本文和所附权利要求中定义的术语“超声波”可以指16kHz或更大(例如，大于约17kHz、大于18kHz等)的声音频率。
然而，有趣的是，几乎没有约10kHz以上的环境声音或噪声。参考图20，大多数日常声音以低于约4kHz的频率发生。因此，超声波范围内的信号的使用不仅对周围无声，而且还提供非常期望的信噪比(SNR)。
声学工程师安全地假定高于约20kHz的任何频率将对感知声音没有影响，并且可以过滤高于该范围的所有内容。低于20kHz但仍在超声波范围内的声音几乎不受关注，并且相应地建立了标准采样过程。通常理解的是，对模拟信号(无论是无线电信号还是可听声音信号)进行采样需要采样频率fs满足fs/2>f，其中f是正弦频率。由于该原因，声音系统被设计为以现在的标准采样率44.1kHz对声音进行采样，该采样率被设置成略高于针对20kHz声音上限所计算出的40kHz的奈奎斯特-香农采样率。使用现有的解调过程、计算机、电话、蜂窝电话、立体声系统等实际解调超声波范围内的FM窄带信号将导致原始信号的再现非常差。这是不幸的，因为如上所述，超声波范围内的载波信号也将具有非常低的信噪比，这是由于在这些较高频率处存在非常小的自然“噪声”这一事实。
用于测量生理信号(例如，生物参数)并且无线且无声地传送与这些测量有关的数字信息的装置、方法和系统使用与传统的电话传送方法相比具有大大改善的信噪比的超声波信号。还提供了使用现有的计算机和智能电话技术以优异的准确度接收和解调超声波信号的方法和算法。
图21A示出包括数据输入0433(例如，提供任何种类的信息，包括数字信息和/或模拟信息)和微控制器0405的系统的示意概述。在一些变形中，微控制器包括用于对生物参数的数字表示进行编码的处理装置或与该处理装置耦接，并且如以下更详细地所述，该编码信号可以被转换为超声信号。例如，编码信号可以由超声波换能器0407用超声波传送。在一些变形中，微处理器和换能器可以耦接在一起或形成为同一组件0405’的一部分，可替代地，微处理器可以包括压电/扬声器元件。然后，该超声波信号0420可以由包括音频拾取器(接收器)0429的电信装置0425接收。电信装置0425可以运行客户端控制逻辑0427，该客户端控制逻辑0427使电信装置准备接收和转译超声波信号使得该超声波信号可以被处理，例如，将超声波信号转换回电子信号并且解释超声波信号是哪种类型的信号(例如，脉搏率、温度等)。
图21B示出包括医疗感测装置0401(例如，温度计或血糖监测器等)的系统的示意图，该医疗感测装置0401具有微控制器0405以及用于检测来自患者的生物参数(例如，体温、脉搏率、血糖等)的传感器0403。微控制器可以包括用于对生物参数的数字表示进行编码的处理装置或与该处理装置耦接，并且如以下更详细地所述，该编码信号可以被转换为超声信号。例如，编码信号可以由超声波换能器0407用超声波传送。然后，该超声波信号0420可以由包括音频拾取器(接收器)0429的电信装置0425接收。电信装置0425可以运行客户端控制逻辑0427，该客户端控制逻辑0427使电信装置准备接收和转译超声波信号使得超声波信号可以被处理，例如，将超声波信号转换回电子信号并且解释超声波信号是哪种类型的信号(例如，脉搏率、温度等)。
因此，该示例中的医疗感测装置0401包括被配置为感测诸如温度、脉搏或压力(例如，血压)等的一个或多于一个生理信号的传感器(或传感器组装件)。传感器可以产生表示感测到的生理信号的电信号，并且这些信号可以被转换为输入到微控制器或其他关联组件的一个或多于一个数字信号。该数字信号通常可以显示在装置(未示出)上，并且还可以被电编码为数字信号的一部分，该数字信号然后可以(例如，通过诸如频移键控等的技术)用超声波编码为超声波声音并从装置发射。信号的编码可以由任何适当的电路(例如包括诸如MSP430(例如来自Texas Instrument的AFE4110)等的微控制器)进行。
中心频率可以选自任何适当的超声波频率(包括(但不限于)20kHz)。在一些变形中，本文所述的医疗感测装置被配置为仅传送，使得数据被传送到电信装置(但不从电信装置接收)。在一些变形中，医疗感测装置被配置为发送和接收超声波(声音)频率信息(例如，参见图21C和图27)。此外，在一些变形中，可以使用多个通道(频率通道)。
在图21C中，示出医疗感测装置(例如，被配置为“ECG手表”以检测ECG信号并将ECG信号传送到电信装置的腕套)的示意图。在该示例中，装置(例如，腕套)包括传感器0403。在一些变形中，传感器可以包括两个或多于两个电极以检测ECG信号。超声换能器可以被配置为超声传送器和超声接收器这两者。在一些变形中，相同的换能器元件(例如，压电元件)可用于这两者。电信装置0425可以被配置成接收(经由音频拾取器0429)和传送(经由超声传送器0433)(诸如由医疗感测装置0401发送的超声等的)超声。
在一个实施例中，超声波信号的中心频率在约17kHz至约32kHz的范围内。在另一实施例中，调频超声波信号的中心频率在约18kHz至约24kHz、或约20kHz至约24kHz的范围内。
图22示出已使用键移编码的数字信号的一个变形。在该变形中，超声信号以一个表示高(“1”)且一个表示低(“0”)的两个不同频率调制。例如，0和1的频率可以被选择为以20kHz为中心(例如，19.5kHz和20.5kHz)。
在一些变形中，如上所述，传感器对ECG信号进行编码，然而通常传感器可以包括可操作以检测用户期望监测的生理信号的任何合适的传感器。可以包括多个传感器。这种生理信号的非限制性示例包括但不限于呼吸、心跳、心率、脉搏血氧测量、光电容积描记图(PPG)、温度等。可以使用呼吸检测器。也可以检测心跳和心率。例如，可以使用脉搏血氧测量传感器以非侵入性方式间接监测人的血红蛋白的氧合，而不是直接从血液样本测量。将传感器放置在人身体的薄部位(诸如指尖或耳垂等)上，并且包含红色和红外波长的光从一侧传递到另一侧。测量两个波长中的各波长的吸光度的变化，并且使用该差来估计人的血液的氧饱和度和皮肤中的血量的变化。然后可以使用脉搏血氧计传感器或利用使用单个光源的光学传感器获得光电容积描记图(PPG)。PPG能够用于测量血流量和心率。然后可以如本文所述使用并传递该数据的数字表示。在(以下参考图26A和图26B所述的)一些变形中，模拟信息也可以被编码和/或附加到数字信息，以形成由超声波传送装置发送的模拟和数字信息的混合。
在一些变形中，转换器组装件将生物参数的电(例如，数字、模拟等)编码转换为可以传送的超声信号。在图21A所示的实施例中，转换器组装件0405’包括用于输出超声波信号的超声换能器0407。合适的超声波传送器(包括换能器)的非限制性示例包括但不限于微型扬声器和压电蜂鸣器等。
在电信装置0425内，超声波信号例如可以由诸如智能电话、个人数字助理(PDA)、平板个人计算机、袖珍个人计算机、笔记本计算机、台式计算机和服务器计算机等的装置中的麦克风0429接收。
信号的音量可以保持较低以保存电力，尽管更高的音量也是可以的，因为声音是听不见的。例如，可以在无需担心存在“听众”的情况下在超声波频率处进一步增加信号的音量，因为听众不能听到信号。此外，信号可经编码以防止(未与超声波传送装置配对的)其他装置接收并理解信号。
如上所述，电信装置可以包括由客户端逻辑(例如，软件)配置的用于接收和处理超声信号的处理装置。例如，智能电话上的软件可以解码超声信号。数据的处理可以提供与用户相关的附加信息(包括信息的类型(例如，生物参数的性质))。例如，信号可以被编码，使得信号(在开始标识符之后)包含：表示ECG数据的8个脉冲；表示信号是温度计读数的10个脉冲(例如，最后4位数在小数点之后)；表示信号是血压读数的12个脉冲(例如，3位收缩压、3位舒张压和3位脉搏率)；表示信号是脉搏血氧计数据的14个脉冲(例如，3位02sat和3位脉搏率)；表示信号是血糖仪数据的16个脉冲(例如，3位血糖水平)；等等。在数字和EOM(消息结束)指示符之间可以存在“分隔符”。在实践中，信号可以被发送数次，使得可以在接收到的数据之间进行比较以进行验证。
在一个变形中，可以对信号进行编码，使得(假定8位字节加上开始和停止位)：允许同步的一定数量的AA或55；表示版本号的字节；包的剩余部分的一字节长度；一字节的包标识符(用于BP的0x01，用于脉冲ox的0x02，用于葡萄糖的0x03等)；数据；以及8位CRC。
在一些变形中，信号还可以包括用于与数字信息一起传送的一段模拟数据(例如，随时间的信号、随距离的信号等)，其包括格式化模拟数据或从模拟数据提取(例如，缩放)的信息。例如，用于通过超声从超声波传送装置传送的信号可以包括一个或多于一个数字部分和一个或多于一个模拟部分。数字部分可以包括从模拟信号中提取的信息，诸如缩放(例如，最大值和/或最小值)、持续时间、平均值等。模拟、数字以及模拟和数字(混合)信号可以被编码(包括加密编码)和/或可以包括纠错码。
如上所述，信号可以具有时间和/或日期戳。在一些变形中，装置或系统可以被配置为进行多次测量并将它们批量或突发地发送到电信装置。例如，可以在时间ti、t2等进行测量，并将测量结果存储在装置(例如，温度计、血糖仪等)上，并在稍后的时间(tn)用超声波传送到电信装置(例如，智能电话、平板电脑等)。数据可以由电信装置处理和/或上传到外部服务器等(例如，云)。
可以选择所传送的超声波数据的波特率以允许快速传送。例如，如果使用约300波特的波特率，则即使对于成批信号，传送也可能花费不到一秒。在一些变形中，波特率约为400。
如上所述，来自传感器的原始信号以及导出信息可以在智能电话上本地显示和存储，以及通过因特网连接传送到web服务器。web服务器上的软件可以提供用于实时或回顾性显示从智能电话接收的信号和信息的web浏览器界面，并且还包括进一步的分析和报告。
如本文所使用的超声信令通常是指使用超声波信号传送信息(诸如生物参数的振幅以及生物参数测量结果的起源等)。如上所述，这些超声波信号可以被编码以允许传送和处理。然后可以通过任何适当的方法将编码信号转换成超声波范围。例如，可以使用与各种信号值相对应的一个或多于一个频率，例如DTMF或频移到超声波频率的DTMF。转换信号的另一示例是使用幅移键控。另一示例是使用频移键控。另一示例是使用相移键控。在一些实施例中，可以使用诸如扩频通信等的多频信令、或者多频载波信令。多频载波信令的示例是指定由间隔(诸如在40Hz和100Hz之间的间隔等，诸如近似65Hz等)分开的预定一组频率(例如，在20kHz和22kHz之间，或者在20kHz和24kHz之间，或者通常在19kHz和20kHz之间的下限与等于或略低于预期接收器的采样率的奈奎斯特频率的上限之间)，并且对于每个这样的频率，将“1”位编码为存在载波信号(诸如在该频率处的正弦波等)，并且将“0”位编码为不存在这样的信号。然后，这种多频信号的接收器可以进行快速傅里叶变换或本领域已知的相关技术，以识别载波在各相关频率处是否可用，并由此推断出对数字进行编码的一组位。在多频载波信令的一些实施例中，例如当信号不充分明确时，可以随时间获取多个样本并对其求平均，然后可以如上所述处理平均信号。在多频载波信令的一些实施例中，例如在频率足够接近而引起干扰的情况下，可以使用维特比解码器来解码位模式。通常，可以采用通信领域技术人员已知的技术，特别是关于调制和解调(例如，调制解调器)的技术。这种技术的示例包括由国际电信联盟T部门颁布的被指定为V.x(其中x是整数)的各种调制解调器标准，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。
在一些实施例中，不是在电信装置上(或除电信装置之外)，服务器可以进行信号分析以确定编码数据。在一些实施例中，信号可以存储在服务器处并被提供给人员以用于传送和/或接收技术的细化。
如上所述，信令可以由传送器进行。传送器可以包括包含诸如处理装置等的信号生成器的硬件系统，该处理装置为诸如微处理器、微控制器、或者连接到存储器(例如，DRAM或SRAM，其在一些实施例中可以与处理装置集成)的数字信号处理器，该存储器包含可由处理装置执行的程序指令和/或由程序使用的数据。传送器还可以包含耦接到处理装置和/或并入处理装置中的诸如闪速存储器等的持久性存储器。信号生成器可以生成如上所述传送的超声波信号。在一些实施例中，用于传送的波形可以存储在持久性存储器中。在一些实施例中，传送器包括电源和/或电池，或者使用用于为医疗感测装置上的其他组件供电的电源。如上所述，传送器可以包括换能器，例如将电脉冲转换为超声波振动的压电换能器。传送器可以包括(直接或间接地，例如经由音频数模转换器(DAC)，其在一些实施例中可以与处理装置集成)耦接到处理装置的放大器，该放大器通过其输出向换能器提供电脉冲。在一些实施例中，传送器可以包括实时时钟和/或用于接收广播时间信号的接收器。在一些实施例中，传送器可以包括加密器，其例如可以是在处理装置上执行的程序指令，或者可以是单独的集成电路。在一些实施例中，传送器可以包括纠错码生成器和/或检错码生成器，其例如可以是在处理装置上执行的软件指令，或者可以是单独的集成电路。本文所述的关于声波信令的传送和接收的技术可以以本领域技术人员将容易理解的方式在如本文所述的传送器处进行。
在一些变形中，从医疗感测装置到电信装置的传送是单向的，通常提供设计的简单性、更低的费用和更低的电力消耗等。当与医疗感测装置包括附加接收器(包括用于接收声波信号的麦克风或天线)的系统相比时，这些优点是特别有用的。然而，在一些配置中，医疗感测装置可以适于在无需添加诸如天线或麦克风等的接收器的情况下从电信装置接收简单的指示器信号。例如，在一些变形中，可以使用超声波换能器(例如，压电扬声器)作为20kHz传感器来实现返回确认(ACK)。例如，电信装置(例如，电话)可以在接收、解码和核实CRC之后产生短的20kHz突发，以向传感器发信号通知电信装置正确地接收到它，这表示不需要重新传送。在其他变形中，来自电信装置的信号可以表示电信装置准备好接收来自生物特征测量装置的传送。也可以使用成对或多个定时信号/确认。
在一个示例中，装置或系统被配置成使得用超声波传送的数据包括前向纠错(FEC)，从而允许接收器校正N个位错误。如果系统被配置成使得生物特征测量装置(医疗感测装置)是单向传送(例如，单向)，则这可能是特别有用的。FEC可以帮助确保正确地接收数据。
在一些实施例中，由超声波信令发送的数据可以被处理为包括纠错码，诸如BCH码、定权码、卷积码、群码、诸如二元Golay码等的Golay码、Goppa码、Hadamard码、Hagelbarger码、汉明码、基于拉丁方阵的码、字典码、诸如低密度奇偶校验码等的稀疏图码、LT或“喷泉”码、在线码、Raptor码、Reed-Solomon码、Reed-Muller码、重复累积码、诸如三模冗余码等的重复码、Tornado码、Turbo码或本领域技术人员已知的其他纠错码。在各种实施例中，这样的代码可以在单个维度或多个维度中应用，可以组合，并且可以与诸如奇偶校验和循环冗余校验等的检错码组合。纠错码根据它们各自的技术，可以被解码并应用以在接收器处或在从接收器接收通信的服务器处校正传送和/或接收错误。
示例1：数字温度计
在一个示例中，数字温度计可以被配置为包括数字超声波调制解调器。在该示例中，基于Texas Instrument MSP430数字温度计的数字温度计已适于包括固件，使得固件可以将温度读数(数字数据)用超声波传送到移动电信装置(例如，iPhone)。尽管该示例特定于APE 4110微处理器(来自Texas Instrument的MSP 430微处理器的一个变形)，但可以使用其他微处理器并且类似地适配有固件、软件和/或硬件来起作用。
通常，装置可以捕获数据(例如，温度计温度读数)并对数据进行编码以用于超声波传送。编码信号可以包括错误检查(例如，CRC编码、汉明码等)并且可以被加密。例如，数据可以是使用例如高级加密标准(AES)加密的数据。美国专利号5,481,255和美国专利号5,452,356都描述了可以与本文所述的数据一起使用的数据加密方法和技术。
例如，从温度计接收到的数据可被编码和/或加密成一个或多于一个数据包以供传送。微处理器可以对数据进行编码，然后可以通过驱动压电扬声器来传送包。如上所述，可以使用频移键控(FSK)，其中使用两个单独的超声波频率(例如，18817Hz和19672Hz)来分别传送布尔0和1。控制逻辑(数据超声调制解调器逻辑)可以配置、编码和加密数据，并且还可以控制由扬声器(例如，压电换能器)驱动编码/加密数据的准备好的包的传送。控制逻辑还可以控制传递的定时，使得在各数据位之间存在足够的间隔。另外，控制逻辑还可以重复传送并对传送的开始进行计时。
例如，在一个变形中，温度计通常测量温度，并且一旦温度已稳定到某值，温度计就发出可听见的哔哔声以警告用户可以读取该值。该温度计(在初始未修改的配置中)包括微控制器(例如，AFE4110)和压电扬声器；微控制器驱动扬声器发出哔哔声。通过修改/配置如本文所述的微控制器以包括用于数字超声调制解调器的控制逻辑，温度计可以适于“无线地”(经由超声)将温度计数据传送到被配置为接收和解码/解密信号的装置，诸如运行数字超声调制解调器接收器逻辑的智能电话等。
在该示例中，微处理器可以包括以下(示例性)代码以实现上述功能。图23和图24A至图24E示出描述用于传送数据的方法的流程图。这些示例不限于数字温度计，而是可以与本文所述的任何装置(包括ECG传送)一起使用。
尽管上述步骤示出图23和图24A至图24E的传送数据的方法，但本领域普通技术人员将认识到基于本文所述的教导的许多变形。这些步骤可以以不同的顺序完成。可以添加或省略步骤。这些步骤中的一些步骤可以包括子步骤。这些步骤中的许多步骤可以尽可能有益地重复。
图23和图24A至图24E的方法的步骤中的一个或多于一个可以利用如本文所述的电路(例如，计算装置或其配件的处理装置或逻辑电路中的一个或多于一个)来进行。处理装置或逻辑电路可以被编程为提供方法的步骤中的一个或多于一个，并且程序可以包括存储在计算机可读存储器上的程序指令或逻辑电路的编程步骤。
在本文所述的任何系统、装置或方法中，数据(包括数字、模拟和/或混合数字/模拟数据)可以在被加密之前被压缩。可以使用任何适当的数据压缩技术。例如，可以使用有损和/或无损技术来进行数据压缩。可以使用已知类型的有损和无损数据压缩。例如，Lempel-Ziv(LZ)压缩和其他统计冗余技术可以用于无损压缩。类似地，也可以应用有损数据压缩技术。执行控制逻辑的接收器可以解压缩数据。
如上所述，接收器(数字超声调制解调器接收器)可以用于接收传送的超声信号。接收器可以是专用装置，其包括接收超声信号的麦克风组件和能够分析信号的处理装置(例如，微处理器)，或者接收器可以是具有微处理器和麦克风的装置，该麦克风适于在执行控制逻辑(例如，数字超声调制解调器接收器逻辑)时接收超声信号。
例如，图25例示示出用于接收、解调和检测数字超声信号的方法的流程图的一个变形。在该示例中，应用(接收控制逻辑)经由麦克风输入接收二进制FSK编码数据。例如，输入可以来自智能电话上的麦克风。如上所述，二进制FSK编码使用表示二进制1的“传号”频率Fr和表示二进制0的“空号”频率Fs这两个频率。在该实现中，不使用载波。
该应用由两个很大程度上独立的组件组成：解调器，其从原始音频数据中提取传号和空号频率分量；以及包解码器，其监测用于包传送的解调信号并对这些解调信号进行解码。这些在图25中示出。解调器以采样率S从麦克风硬件接收音频样本，使得S>2*max(Fm9F8)。音频样本由(分别)计算接收信号的传号和空号频率分量的强度的两个频率检测器处理。在该实现中，Goertzel算法用于频率检测。为了在传号频率和空号频率之间实现足够的频率分辨率，将Goertzel算法应用于G个样本的滑动窗口，其中G＝S/abs(Fm-F)。
Goertzel算法对传号和空号频率的输出被传递到独立的低通滤波器，其通带等于波特率。然后从传号频率信号的滤波输出中减去空号频率信号的滤波输出。这样产生在没有发生传送时近似为0的波形，在“传号”频率有效时上升到正值，并且在“空号”频率有效时下降到负值。
然后将该解调波形传递到包解码器。对于从麦克风硬件接收到的各原始音频样本，解调器产生解调波形的单个解调样本。包解码器从解调器接收解调样本。解码器维持接收到的最后N个样本的缓冲，其中N等于同步序列的长度。对于各新样本，解码器评估缓冲中的过去N个样本，以确定这些样本是否包含同步序列。使用两阶段测试：首先是消除由于随机噪声引起的大多数误报的计算上简单的评估，然后是消除其余的计算上更昂贵的评估。
一旦接收到有效的同步序列，解码器就存储接收信号的性质(例如，最大传号/空号振幅等)。这些均衡参数用于校准用于读取包的剩余部分的解码器阈值。然后，该示例中的解码器依次读取各编码字节。解码器使用存储的均衡参数来确定各字节的起始位的最小振幅阈值。一旦针对给定字节接收到有效起始位，就在不存在用于解码的最小阈值的情况下基于解调波形的符号来评估后续位。
如果没有接收到有效起始位，则解码器在再继续侦听新包之前，中止读取包并等待静默，或者直到经过固定时间量为止。包中的各逻辑字节实际上作为两个编码字节传送：第一个字节包含逻辑字节的汉明编码的低半字节，第二个字节包含汉明编码的高半字节。
读取的第一个逻辑字节是对照支持的版本号进行检查的包版本。接着，读取包长度，其指定之后的数据字节的数量。如果包长度超过指定包版本的最大长度，则拒绝该包。随后，读取各逻辑数据字节。
在读取数据字节之后，读取两个逻辑校验和字节，并且将接收到的校验和值与针对接收到的数据字节所计算出的值进行比较。如果这两个校验和值匹配，则包被认为是有效的，并且可用于应用的其余部分。如果这两个校验和值不匹配，则拒绝包。两个逻辑校验和字节表示包的结束。在接收到包之后，解码器恢复侦听新包。
一旦接收到数据(并且在一些变形中解密了数据)，就可以使用电信装置的任何通信能力来进一步处理和/或存储和/或显示和/或传送数据。例如，数据可以显示在智能电话上和/或上传到医学数据库中以供存储和/或稍后查看。
尽管上述步骤示出图25的传送数据的方法，但本领域普通技术人员将认识到基于本文所述的教导的许多变形。这些步骤可以以不同的顺序完成。可以添加或省略步骤。这些步骤中的一些步骤可以包括子步骤。这些步骤中的许多步骤可以尽可能有益地重复。
图25的方法的步骤中的一个或多于一个可以利用如本文所述的电路(例如，计算装置或其配件的处理装置或逻辑电路中的一个或多于一个)来进行。处理装置或逻辑电路可以被编程为提供方法的步骤中的一个或多于一个，并且程序可以包括存储在计算机可读存储器上的程序指令或逻辑电路的编程步骤。
尽管以上示例描述被配置为传送数字信息的系统，但本文中所描述的技术、装置及系统也可以被配置为传送模拟信号和/或模拟及数字混合信号。通常，所描述的技术包括使用计时器(例如，在微控制器中)传送到压电元件以生成超声信号。可替代地，在一些变形中，系统使用D/A转换器来驱动扬声器以进行非数字输出。此外，在一些变形中，输出的系统不是压电元件，而是更传统的扬声器(尽管在超声范围内)。在传送期间可能发生附加的数模(D/A)转换。
例如，图26A和图26B例示可以与超声传送器一起使用的混合数字/模拟格式的一个变形。通常，信号可以包括被调制或配置用于超声调制解调器传送的数字分量。例如，数字信号可以被编码为FSK信号，并且数据(例如，诸如ECG、血氧/脉搏血氧等那样的生物特征数据等的模拟数据)可以被编码为附加到数字信息的频率调制波形。
例如，在一些变形中，超声波传送装置被配置为脉搏血氧测量/监测装置。在该示例中，可以检查从脉搏血氧获取的信息以提取诸如最小值、最大值、模拟信号持续时间等的信息，并且可以(使用一个或多于一个加密和/或纠错码)将其数字编码并放置在缓冲器中和/或通过超声传送。模拟信号可以与可被发送到传送元件并由电信装置接收的数字信号(或提取的信号)组合。在被配置为脉搏血氧测量装置(例如，体积描记器)的装置的示例中，脉搏血氧测量装置通过从模拟信号(例如，时变脉搏血氧测量信号)确定模拟信号的峰值、最小值、持续时间、时间间隔等来准备混合数据/模拟信号。因此，混合信号可以包括提取的或标记的数字信息以及从装置获取的波形(或多个波形)。
在一些变形中，信号可以是ECG数据。ECG头信息可以包括与附加到数字信息的模拟波形有关的数字信息，诸如持续时间、脉搏率、诸如间隔数据等的(在预先分析的情况下)与ECG波形有关的信息等。
可以通过装置或用户特定的识别码加密地发送信号。通常，本文所述的任何装置可以对数据进行编码，并且可以提供加密密钥，使得其可以被接收电信装置(例如，电话、平板电脑、pad等)读取和理解。
传送可以由电信装置读取和理解的混合模拟/数字信号有许多潜在的益处。例如，如果混合信号包括一系列值(例如，最小值/最大值)和波形(例如，ECG、心率等)，则这种混合数字/模拟系统可以允许比仅FSK值数据更高效的通信。
例如，超声波传送装置的变形可以包括计步器、活动监测器、心率监测器等。在一些变形中，信号被格式化，使得在模拟部分中存在有限数量的点。然后，超声传送装置可以发送一系列数据点(包括任何校准点)。在一个示例中，心率的曲线图可以包括表示生物特征数据随时间的曲线图的2秒(传送时间)内的1000个点。信号可以包括数字值(例如，编码为FSK)和模拟(例如，图形)数据。这种混合信号可以包括仅数字信号信号和仅模拟信号这两者的最佳特性。
在一个示例中，如前面所提到的，超声波传送装置是包括上述超声波调制解调器元件的温度计。超声温度计装置可以被配置为包括用于实际使用范围的约95°F和106.7℃的温度范围。因此，温度通常可以被传送为具有0.1分辨率(例如，120个值，因此8位可能是所有需要的)。在被配置为将生物特征数据编码在混合信号中的装置中，可以首先附加信号的数字分量，并且该数字分量可以包括与仅数字信号之后的模拟信号有关的信息，而模拟信号可以附加或嵌入在信号的其余部分中，并且可以从一起包括数字信息的数字信号中提取数字信息。混合信号的示例可以包括如上所述的温度计装置，其将温度显示为时间的函数，并且测量和/或记录和传送最大/最小温度、测量到的时间等，最后信号还可以包括示出时间过程的温度波形。其他装置和/或信号(混合信号)可以包括血糖监测信号(例如，将超声波传送装置配置为血糖仪等)，其可以发送血糖信号(包括最大值、最小值等的数字信号)和示出血糖随时间的波形的一个或多于一个曲线图等。
准备和传送信号以包括模拟和数字信息这两者还可以允许系统以压缩形式作为波形发送更多数据，这可以是非常高效的。例如，原型超声波传送装置应用特定采样率(例如，300或500个样本/秒，其中各值是16位二进制值)。可以以压缩形式作为波形高效地发送更多数据。将提取信息(诸如模拟信号的最小值和最大值)包括在信号的数字部分中可以为信号的模拟部分提供轴校准以供例如显示。
如所提到的，图26A示出可以如本文所述使用的混合数字/模拟格式的一个变形。在该示例中，信号包括使用诸如FSK等的技术(或本领域已知的任何其他技术)被编码用于超声传送的初始数字分量0901。数字信息可以适当地分成位、字节、字等。数字信息的大小和位置可以是预先确定的。可以包括纠错码(例如，汉明码等)。在图26A中，信号包括起始位或字节0905、从模拟信号提取的校准数据序列0907(例如，最大值/最小值)、模拟信号上的附加数据0909(例如，类型、定时、数据戳/时间戳等)。可以包括任何其他数字信息。之后，信号可以包括模拟分量0903。在图26A中，模拟信号是稍微开放的，并且可以持续固定或不固定的持续时间；在一些变形中，整个信号可以被重复以供电信装置接收。图26B示出混合信号格式的类似变形，其中，数字分量0901被附加到模拟分量0903，并且附加数字分量0911(“结束”信号)可以在结束时附加。在一些变形中，多个模拟分量可以与多个模拟分量组合。如下所述，可以在传送之前对整个信号进行加密。
在一些变形中，混合数字/模拟格式可用于对已由装置(超声波传送装置)保持一段时间的存储数据进行编码。例如，可以准备诸如小时、天或周的数据(例如，诸如计步器数据等的生物特征数据)等的存储数据作为由数字数据组件描述/校准的模拟信号(随时间的曲线图)，并被发送到电信装置。
在本文所述的任何装置、系统和方法中，可以对由装置传送的超声波信号进行加密。可以使用任何适当的加密方法，这些加密方法包括使用密钥的加密方法，诸如数据加密标准(DES)和高级加密标准(AES)等。
通常，用于特定装置(例如，超声波传送装置)的加密密钥可以呈现在装置上(或在装置的关联包装、壳体等上)，使得加密密钥可以由接收电信装置的用户容易地访问。加密密钥可以被准备为条形码或其他机器可读格式(例如，QR码)，并且特别是可以使用接收电信装置以与超声传送不同的模态读取的可读格式。如本文所使用的，提及在超声波传送装置上呈现或显示加密密钥旨在包括超声波传送装置、其包装或关联结构(例如，壳体等)上显示所准备的表示(特别是机器可读表示)。在一些变形中，加密密钥被准备为条形码或QR码并印刷在超声波传送装置的外部，使得该加密密钥可以由电信装置拍摄或扫描。然后，电信装置上的机器可执行逻辑(例如，客户端逻辑、软件、固件等)可以确定加密密钥并将应用该加密密钥以对从超声通信装置接收到的超声波信号进行解密。
以这种方式，超声波传送装置可以与仅能由拥有和应用加密密钥的电信装置读取的私有加密密钥唯一地配对。加密密钥(encryptionkey)容易由电信装置显示和确定。因此，在一些变形中，各超声波传送装置可以具有印刷在装置上的唯一ID，从而提供必须与电信装置匹配的代码。扫描印刷的加密密钥允许电信装置解密数据。
图27示意性例示包括超声波传送装置(“源装置”01031)的系统的一个变形，该超声波传送装置具有在该装置的本体上可见的加密密钥01051，该加密密钥可以由电信装置01025读取并应用以对传送的超声波传送进行解密。图27还例示装置和系统的一个变形，其中超声波传送装置(“源装置”01031)与电信装置进行双向(或有限双向)通信。
如上所述，在电信装置(例如，智能电话或计算机)和超声波传送装置(诸如医疗保健/健身感测装置、家庭自动化和安全装置(门和窗传感器、远程灯开关等)、工厂水位检测器等)之间进行通信可能是有用的。例如，实现半双工协议将是有帮助的，使得电信装置(例如，智能电话/计算机)可以向感测装置(源装置或超声波传送装置)提供成功接收到数据(具有正确CRC)的确认(ACK)并停止重新传送该数据。该半双工协议的另一用途将是通过从电信装置发送参数或信息(诸如校准数据、个人信息等)来配置远程装置。
为了简单确认，由装置(超声波传送装置)用于传送数据的压电/扬声器可以用作频率调谐传感器。通常，用于传送声音的压电元件也可以被配置为接收器。使用压电元件作为接收传感器需要相对“大声”的信号(即使该信号是听不见的)，因此信号应该处于最敏感的压电元件的谐振频率。可以配置这种“频率突发”的持续时间或编码，以便由医疗保健/健身感测装置的低功率电子器件容易地识别。例如，确认脉冲可以被过滤并检测为在预定持续时间内仅存在特定超声波频率。
在一些变形中，可以使用成熟的电话调制解调器技术来实现对称双向通信，从而仅将载波频率改变到超声波范围内。例如，电话调制解调器调制技术基于FSK(频移键控)、QAM(正交振幅调制)和PSK(频移键控)。这些电话调制解调器技术假定仅两个装置正试图通信。射频协议可用于增强调制解调器协议，以允许多个装置无错误地同时通信。
这种双向通信技术的实现可以在装置中包括足以进行解调和解码接收到的音频所需的信号处理的附加处理能力。这种处理能力可能需要附加的电池电力以及装置中的物理空间。可以适于超声波通信的现有调制解调器通信标准的部分列表可以包括ITU V.21(300bps,FSK)和ITU V.22(1200bps,PSK(相移键控))。例如，参见诸如以下等的参考网页：
ftp://kermit.columbia.edu/kermit/cu/protocol.html，
http://www.LSU.edu/OCS/its/unix/tutorial/ModemTutorial/ModemTutorial.html，
http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc？AD-ADA499556，
http://alumni.media.mit.edu/～wiz/ultracom.html，
http://nesl.ee.ucla.edu/fw/torres/home/Dropbx/good_paper_mico_controller.pdf，
http://edocs.nps.edu/npspubs/scholarly/theses/2010/Sep/10Sep_Jenkinds.pdf。
关于图27，源装置可以包括附加的换能器/麦克风，其用于从电信装置接收超声信号以及支持用以控制超声信号、解释通信(其可以是编码和/或加密的)和执行任何命令功能的处理(例如，微处理器/微控制器逻辑)。类似地，电信装置可以包括被配置为发射超声波信号的扬声器(压电元件)。
根据以上描述，清楚的是，当前公开和要求保护的(一个或多于一个)发明构思很好地适于实现本文提及的目的并获得本文提及的优点、以及当前公开和要求保护的(一个或多于一个)发明构思中固有的优点。尽管已经出于本发明的目的描述了所呈现的实施例，但应当理解，可以进行许多改变，这些改变将容易地向本领域技术人员提出并且在当前公开和要求保护的(一个或多于一个)发明构思的精神内完成。
示例2：使用音频音调进行心率传送的心率监测器
本文所述的任何装置、系统和方法可以被配置为与移动电信(计算)装置(诸如智能电话等)兼容使用的无线(超声波)心率监测器。还参见下面的示例3，其描述了也可以提供心率信息(例如，通过从检测到的ECG信号中提取心率)的可穿戴ECG监测器。用于感测心率的可穿戴组件(例如，可穿戴监测器)可以被配置为腕套、脚链、臂带、胸带、腰带等(统称为“带”)，并且可以经由上述任何超声波方法(包括使用接收控制逻辑(例如，软件、硬件等)来接收、存储和/或分析感测到的(生物特征)信息)无线地传送信息。
大多数心率监测器由胸带组成，该胸带并入有ECG放大器、R波检测器和用于当检测到R波时输出通常50ms宽的5kHz电磁脉冲的电路。该电磁脉冲由手表或其他接收器检测，该手表或其他接收器然后测量脉冲之间的间隔并计算和显示心率。这种配置需要移动电话或计算机中可能不存在的特殊接收器，因此在没有附加设备的情况下，移动电话或计算机不能接收心率信息。该范围也限于近似1米，因为通常使用近场电磁传送。
在本文所述的装置和系统的一个变形中，心率监测器可以包括带(例如，胸带、腕套等)，该带并入有ECG放大器、R波检测器和用于在(例如，在近似17kHz至30kHz的超声频率区域内)检测到R波时输出通常5ms宽的音频时间(信号)的电路。该音频音调可以由诸如智能电话或其他移动计算装置等的装置使用智能电话装置上的内置麦克风来检测，然后可以测量音调之间的间隔并计算和显示心率。移动计算装置(例如，电话)可以包括用于控制移动装置以接收和分析音频(例如，超声波)音调、计算心率、以及存储、上传和/或显示心率的软件、固件或硬件(尽管通常是软件，包括可以从远程服务器下载的应用或“app”)。
该系统的一个优点是不需要附加设备来接收心率信息，因为麦克风电路已存在于智能电话或其他移动计算装置中，并且该范围可以更长，如果需要，根据音频音调的响度，范围为5m或更大。
当使用范围16kHz至32kHz内的音频音调(例如，超声、17kHz至30kHz、17kHz至22kHz等)时，这些音频音调对于大多数人来说是听不见的，不会干扰音乐或语音，并且也不太容易受到音频干扰。
在一些变形中，装置、方法和系统可以被配置成使得可以紧密接近地使用多个心率监测器，或者一个接收装置同时从多个用户接收心率信息。可能期望来自各心率监测器的心率信息是唯一可识别的，因此这些心率信息不会彼此干扰。
例如，可以通过使用一系列音调持续时间、具有特定时间间隔的相同频率的多个音调、不同的音频频率或这些的组合来针对各监测器唯一地编码来自各心脏监测器的音频音调。
第一实施例是如下的实施例，其中各心脏监测器使用不同的音频频率，这些音频频率充分间隔开以允许当心率监测器相对于接收器快速移动时的多普勒频移，并且允许具有高信噪比的频率鉴别。
因此，各心脏监测器不必被设置为特定音调频率，当心脏监测器在首次被戴上之后首次检测到R波心跳信号时，可以通过伪随机序列来确定频率。然后使音频音调固定，直到心脏监测器被移除为止。因此，每个监测器不必被唯一地编码。
在心率监测器发出的音频音调在18kHz至22kHz的范围内的情况下，可以使用500Hz的分隔。这允许各监测器的9个可能的音频操作频率。
要使用的频率的伪随机分配可以通过具有从心脏监测器首次附接到身体时起随时间而递增的计数器来实现，使得当检测到第一R波时的计数器值确定要使用的音频频率。可以通过将监测器从身体上拆下和重新附接来改变音频频率。
在上述示例中，在两个心脏监测器正在使用相同频率并且非常接近因此可能存在干扰的一些可能性的罕见情况下，可以通过移除并重新附接一个监测器来改变该监测器的频率。接收装置也可以检测这种干扰，并且如果需要，建议用户移除和重新附接监测器。
接收装置可以通过进行接收到的音频的频谱分析来确定特定超声传送装置(在该示例中为心脏监测器)的音频音调频率。一旦已知音频音调频率，就使用窄音频滤波器来分离来自各心脏监测器的音调。然后可以检测音频音调，并且通过测量音频音调之间的间隔来计算心率。由于各音频音调的持续时间是固定的，因此该信息可以用于抑制来自频带中的其他音频源的干扰。
第二实施例是多个装置(例如，心率监测器)使用相同频率但具有不同持续时间的音频音调的实施例。各音调的持续时间可以由接收装置测量。仅使用特定持续时间的音调来计算特定心率监测器的心率。在两个心率监测器紧密接近、使得接收装置同时从两个监测器拾取音频音调的情况下，可以基于音调持续时间在二者之间进行区分。音频音调不太可能同时到达，因为音调持续时间与音调之间的间隔(心率间隔)相比较短，但如果音频音调确实同时到达，则这可以由接收装置识别，并且可以调整心率计算以进行补偿。
在一些变形中，当检测到心跳时发出的音频信号可以被数字编码(例如，包括高频的多个脉冲的突发)，并且如上所述，编码(突发模式)可以是唯一的或预先选择的(随机的)，并且由用户(例如，通过取下装置并重新应用该装置)来重置。
可以包括以上论述的任何示例作为方法、装置或系统(包括软件)的一部分。因此，用于测量心率的系统可以包括监测器(例如，心率传感器等)，该监测器包括用于产生用患者的心率定时的音频信号(例如，一个或多于一个脉冲)的换能器。因此，监测器充当音频中继器。音频信号可以在超声范围内。该系统还可以包括控制逻辑，以控制诸如智能电话或平板电脑等的移动装置接收和分析用用户的脉搏率定时的音频信号。在一些情况下，代替运行控制逻辑的智能电话或者除了运行控制逻辑的智能电话之外，可以使用专用接收器。
在特定示例中，系统可以包括供在诸如智能电话等的移动装置上使用的应用，其控制智能电话使用内部音频拾取器(麦克风)来接收由传感器发出的音频信号并根据该音频(例如，超声)脉冲信号计算心率。
示例3：用于检测运动和/或ECG信号的腕套
图28A和图28B例示可穿戴装置的另一变形，其可以检测健康参数并将健康参数用超声波传送到由控制逻辑控制的监测站(例如，智能电话)，使得监测站用超声波从可穿戴装置接收信息和/或引起信息的接收。
图28A示出被配置为腕套的装置的一个变形的外观图。该装置可以包括用于检测生物参数的一个或多于一个传感器，诸如运动/振动传感器、以及一个或多于一个电极等。在图28A中，示意性示出装置的外表面。第一导电(例如，金属)窗口01151在腕套的外表面上可见，并且第二导电(例如，金属)窗口01153在腕套的内表面上可见。这些电极可以允许用户向下按压电极和腕套以与皮肤电接触。内电极可以在正常使用期间进行恒定或定期接触。导电窗口也可以是导热的，并且也可以连接到温度感测模块。
腕套可以是柔性的，使得腕套可以在穿戴者的腕部上延伸并固定到穿戴者的腕部。腕套可以是可弯曲的，使得一旦围绕穿戴者的腕部弯曲，腕套就保持在适当位置。在一些变形中，腕套是打开的；在一些变形中，腕套可以是闭合的(在被检者的腕部上形成闭环)。腕套的外表面可以与内表面密封以防止损坏，并且使腕套在被佩戴时防汗和防水。
如以上针对导电窗口区域所示，腕套的外部部分可以适于通过外保护性壳体从腕套内的模块传送能量。例如，以上示出导电窗口区域。腕套的覆盖超声换能器01184的区域也可以适于许可超声波信号通过。在一些变形中，腕套的端部适于通过包括可以容易地转换超声波能量的相对刚性的端盖来许可超声波信号通过。在一些变形中，外(例如，聚合物)覆盖物由本领域已知的超声相对可穿透的材料制成。在一些变形中，端部区域(或相对端部区域)还可以适于允许对装置的电池进行再充电。
图28B例示示出内部模块(结构)的腕套的示例性内部示意图。如上所述，可以包括(一个或多于一个)任何适当的传感器，这些传感器包括上述任何传感器。在该示例中，腕套包括运动传感器01186，其可以是用于跟踪身体移动的高精度运动传感器。该示例中的其他传感器包括可以电连接到外表面上的导电窗口01151、01153的第一电极01191和第二电极01192。在一些变形中，外表面是(一个或多于一个)电极。在其他变形中，导电表面(例如，对于下部电极)围绕腕套的内表面的长度延伸，使得每当佩戴装置时可能与腕部的裸露皮肤的至少一部分接触。类似地，上部电极的外导电表面可以完全围绕腕套的外(面向外的)表面延伸。可以包括或省略附加的传感器。例如，在一个变形中，腕套仅包括运动传感器，但不包括电极。
在一些变形中，腕套还包括触觉反馈元件即振动马达01194。该振动马达可以产生振荡频率以从装置向用户提供反馈。在一些变形中，腕套还可以包括允许用户手动触发腕套和/或监测站的一个或多于一个功能(诸如通过超声传送数据等)的按钮或接触区域。可以通过腕套的保护性外覆盖物按压或激活按钮，并且外覆盖物可以通过图案或颜色等表示可以在何处按压按钮。
腕套还可以包括用于接收和/或编码来自一个或多于一个传感器的信息的处理装置01183、以及超声换能器01184。如以上论述的，换能器可以从处理装置接收编码/加密的信息以经由超声进行传送。当包括多个传感器时，可以对信息进行编码以表示包括什么数据。
还可以包括一个或多于一个存储器模块(未示出)以存储记录的信息。存储器可以与处理装置集成。在一些变形中，还可以使用单独的超声检测器01194，或者超声换能器01184可以是能够发送和接收超声信号的组件。因此，可以在装置和监测站(例如，运行控制逻辑的智能电话)之间通过超声进行双向通信。
腕套还可以包括电力管理系统，该电力管理系统包括通常可再充电的电池01182。电池可以是足以对电子器件和超声换能器供电的相对较低的电力(例如，诸如1.5V等的低电压)。处理装置可以管理电力(包括电池的充电)。系统可以(例如，通过振动的警告模式的振动)表示电池电量低并且需要再充电。
在操作中，腕套可以被佩戴并用于监测被检者(例如，身体活动)，并且可以记录和/或无线地传送被检者的感测值。例如，可以通过超声检测运动传感器数据并传送到移动计算装置(例如，智能电话01130)。如以上论述的，感测的数据可以被编码(例如，作为模拟和数字信息)和加密，这可以防止其他装置之间的干扰(例如，允许装置之间的特定键控)并且还允许纠错。
例如，腕套装置(例如，活动监测器)可以由被检者佩戴。当腕套装置被佩戴时，该装置可以记录穿戴者的运动(活动)。该装置还可以包括诸如一对电极等的附加传感器。当被检者向下按压电极1的外表面时，这些电极可以用于测量患者上(例如，患者的手臂之间)的ECG。在一些变形中，按下还可以触发装置记录该时间段内的电位。记录的电信号可以包括与脉搏和ECG有关的信息，该信息可以直接在处理装置上传递、或者最初由处理装置分析然后在处理装置上传递(包括传递任何分析的信息)。
该装置可以被配置为连续地(例如，经由超声广播)和/或重复地传送数据，或者其可以被配置为与智能电话(或其他接收站)握手。例如，腕套装置可以被配置为待机，直到超声换能器/检测器(01184/01194)接收到超声触发(‘就绪’)为止。然后，腕套可以与接收站进行通信，以通过如上所述的编码/加密的超声传送所收集的数据。该系统可以被配置为定期传送、或者在收集到足够的数据时尝试传送。
一般来说，以上描述的技术、组件和/或子系统中的任何可以与其他示例中的任何示例一起使用或组合。例如，本文所述的任何ECG腕套装置可以包括上述任何特征。
示例3：ECG检测腕表
在图29和图30中示出被配置为检测ECG信号并传送对ECG数据进行编码的超声信号的ECG测量装置的另一变形。在该示例中，手表已被修改为包括两个电极。第一电极(在图29和30中不可见)位于手表(“腕套”)的背面，并且接触佩戴该装置的人的腕部。如图29所示，第二电极01203位于手表01201的“正面”。因此，手表可以用作单导联ECG传感器，从而记录导联I(左臂/右臂)。在一些变形中，手表还可以包括例如在手表或带区域的一侧的附加电极01207，该电极可以被保持抵靠被检者的腿(右腿或左腿)以产生(一个或多于一个)附加/替代导联(例如，导联II、导联III等)。
手表还可以包括一个或多于一个控件和/或指示器。例如，手表还可以被配置为钟表(示出时间等)。手表可以包括按钮、拨盘等以选择功能(例如，打开/关闭ECG读取、开始传送ECG信息等)。
图30示出图29所示的ECG装置01203向移动电信装置01205传送的变形。在该示例中，移动电信装置是被配置为充当ECG手表的接收站并接收ECG信息的超声波传送的智能电话(iPhoneTM)。因此，智能电话正在运行应用软件，使得智能电话的处理装置使对超声敏感的音频接收器(麦克风)“收听”超声信号。然后，接收装置(智能电话)可以处理信号，并且在正在记录ECG信号时如图30所示实时显示这些ECG信号。在该示例中，智能电话正在连续地接收、显示和记录信号。
如上所述，信号可以在被显示和/或存储和/或传送之前被处理。例如，可以对信号进行滤波以去除伪像和/或平滑。还可以分析信号以自动检测心脏事件(例如，心律失常)。处理可以在利用手表的超声传送之前、在由接收装置(例如，智能电话)传送到接收装置之后、或者在两者之间分配进行。
在一些变形中，如上所述，手表可以确定/确认接收装置(例如，智能电话)准备好接收信息。在一些变形中，可以使用半双工或全双工。手表可以连续地广播ECG数据，或者手表可以仅在接收器准备好接收的表示时传送；在这样的变形中，装置可以存储检测到的ECG数据以供稍后传送。
在图29和图30所示的示例中，系统还根据ECG信息确定心率。还可以从信号中提取附加信息。如上所述，信号可以由装置(例如，腕套)作为数字、模拟或混合数字/模拟超声信号传送。此外，可以对信号进行编码；在一些变形中，如上所述，装置包括可以由智能电话扫描以提供智能电话(接收器)和装置之间的解密/配对的密钥。
尽管本文所述的许多示例性装置是可穿戴装置(例如，腕套、胸带、吊坠、珠宝等)，但本文所述的原理、模块、子系统和元件可以用于其他装置，特别是生物传感器装置。例如，用于移动电信装置(例如，智能电话)的外壳或保持器可以结合这些方面中的任何方面，诸如超声波信号的编码或者编码为混合数字/模拟超声信号等。因此，除可穿戴医用传感器之外，任何独立医学传感器也可以包括这些特征中的任何特征。
当特征或元件在本文中被称为在另一特征或元件“上”时，该特征或元件可以直接在另一特征或元件上，或者也可以存在中间特征和/或元件。相反，当特征或元件被称为“直接在”另一特征或元件“上”时，不存在中间特征或元件。还应当理解，当特征或元件被称为“连接”、“附接”或“耦接”到另一特征或元件时，该特征或元件可以直接连接、附接或耦接到另一特征或元件，或者可以存在中间特征或元件。相反，当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接耦接”到另一特征或元件时，不存在中间特征或元件。尽管关于一个实施例进行了描述或示出，但如此描述或示出的特征和元件可以应用于其他实施例。本领域技术人员还将理解，对与另一特征“相邻”布置的结构或特征的引用可以具有与相邻特征重叠或位于相邻特征之下的部分。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。例如，如本文所使用的，除非上下文另外明确说明，单数形式“a”、“an”和“the”旨在也包括复数形式。将进一步理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”当在本说明书中使用时，指定所述特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多于一个其他特征、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括关联的列出项中的一个或多于一个的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。
在本文中可以使用诸如“在...之下”、“低于”、“较低”、“在...之上”和“上部”等的空间相对术语，以便于说明书描述如图所示的一个元件或特征与(一个或多于一个)另一元件或特征的关系。应当理解，除了图中所示的朝向之外，空间相对术语旨在涵盖装置在使用或操作中的不同朝向。例如，如果图中的装置被倒置，则被描述为在其他元件或特征“之下”或“下方”的元件将被定向为在其他元件或特征“之上”。因此，示例性术语“在...之下”可以涵盖上和下这两个朝向。装置可以以其他方式定向(转动90度或处于其他朝向)，并且相应地解释本文使用的空间相对描述符。类似地，除非另外具体说明，术语“向上”、“向下”、“垂直”和“水平”等在本文中仅用于解释的目的。
尽管本文中可以使用术语“第一”和“第二”来描述各种特征/元件，但除非上下文另外说明，这些特征/元件不应受这些术语的限制。这些术语可以用于将一个特征/元件与另一特征/元件区分开。因此，在没有背离本发明的教导的情况下，以上论述的第一特征/元件可以被称为第二特征/元件，并且类似地，以上论述的第二特征/元件可以被称为第一特征/元件。
如本文在说明书和权利要求书中所使用的(包括如在示例中所使用的，并且除非另外明确说明)，所有数字都可以被解读为以词语“约”或“近似”开头，即使该术语没有明确出现。短语“约”或“近似”可以在描述大小和/或位置时使用以表示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围内。例如，数值可以具有所述值(或值范围)的+/-0.1％、所述值(或值范围)的+/-1％、所述值(或值范围)的+/-2％、所述值(或值范围)的+/-5％、所述值(或值范围)的+/-10％等的值。本文所述的任何数值范围旨在包括归入其中的所有子范围。
尽管本文已示出和描述了本发明的优选实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施例仅以示例的方式提供。在没有背离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替换。应当理解，本文所述的本发明实施例的各种替代方案可用于实施本发明。所附权利要求书旨在定义本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。
图31是根据本发明的一些实施例的用于利用三电极装置进行12导联ECG的方法3101的流程图。方法3101可以由包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微代码等)、软件(例如，在处理装置上运行以进行硬件模拟的指令)或其组合的处理逻辑来进行。在一个实施例中，与图1至图30的一个或多于一个组件或方法相对应的处理逻辑可以进行以下操作中的一个或多于一个。例如，在一个实施例中，处理装置1110的处理逻辑关于图1至图30的各个组件和操作进行以下操作。在另一实施例中，任何其他合适的处理装置均可以进行所描述的操作。
参考图31，在框3103处，处理逻辑可以根据第一电极的第一电信号和第二电极的第二电信号确定导联I(值)。可以根据本文所述的任何方法来计算导联I。例如，可以基于来自接触用户的第一上肢的第一电极和接触用户的第二上肢的第二电极的电信号来计算导联I。在框3105处，处理逻辑可以根据第二电信号和来自第三电极的第三电信号确定导联II。在一个实施例中，可以根据本文所述的任何方法来计算导联II。例如，可以基于来自接触用户的第二上肢的第二电极和接触用户的第一下肢的第三电极的电信号来计算导联II。在一个实施例中，顺次测量导联I和导联II(例如，用户首先放置导联I的电极，获得测量结果，然后放置导联II的电极并获得相应的测量结果)。在这种情况下，处理逻辑可以进一步对导联I和导联II进行时间对准。在另一实施例中，同时测量导联I和导联II(例如，用户放置导联I和导联II的电极，并且同时地、并发地或基本上同时地获得这两个测量结果)。
在框3107处，处理逻辑可以生成导联III(例如，使用导联III＝导联II-导联I)。在另一实施例中，可以直接根据接触用户的电极的电信号生成导联III。在框3109处，处理逻辑可以由处理装置使用利用测量到的12导联ECG数据训练的机器学习模型，基于导联I、导联II和导联III来确定导联aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6。在一个实施例中，仅导联I、II和III数据被提供给机器学习模型，该机器学习模型仅使用导联I、II和III数据来提供12导联输出。在另一实施例中，如以下关于图32所述，该模型可以使用附加数据。
在另一实施例中，处理逻辑可以使用基于非机器学习的技术从导联I和导联II确定导联aVR、aVL和aVF。在又一实施例中，处理逻辑还可以根据第四电信号确定V导联。例如，处理逻辑可以基于第四电信号确定V2或V5或任何其他V导联。然后，处理逻辑可以由处理装置使用利用测量到的12导联ECG数据训练的机器学习模型，基于导联I、导联II、导联III和V导联来确定导联和其余的V导联。
在框3111处，处理逻辑可以提供导联，即导联I、导联II、导联III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6，以供在客户端装置上显示。在另一实施例中，可以提供十二个导联的子集(或不提供十二个导联)。
在一个实施例中，基于深度卷积结构来构建机器学习模型。输入层将多导联ECG处理为空间图像，其中一个维度用于时间轴并且另一维度用于多个通道。ECG通道可以具有导联I、II、III、aVR、aVL、aVF、V1-V6的规律顺序。可替代地，ECG通道可以具有称为“Cabrera格式”的更有生理意义的顺序，其中额平面导联的顺序为导联aVL、I、-aVR、II、aVF、III、V1-V6。在另一输入格式中，仅使用Cabrera格式肢体导联和一个实际测量的心前导联来形成输入ECG图像。
代替如由大多数其他ECG训练模型使用的1D卷积模型，可以使用2D卷积层来处理输入ECG图像。训练模型可以包括4至10个卷积/残差层块，之后是2至4个全连接层。输出层是识别出可能多于一个类(如“心肌梗塞”和“左心室肥大”或“右束支传导阻滞”和“下壁缺血”那样)的多分类层。
在一个实施例中，利用具有许多时期的大标记训练集来训练模型。为了防止过度拟合并改善泛化，可以使用随机连接丢弃和批量归一化。数据分为训练集、验证集和测试集。验证集用于防止训练过程期间的过度拟合和训练。测试集用于最终性能检查。首先利用现有的12导联诊断ECG数据库形成数据集。并且第二数据集将由来自这里描述的目标装置的实际采样ECG形成。迁移学习可以用于仅调整第二数据集的深度学习模型的几个层。
图32是根据本发明的一些实施例的用于利用三电极装置对12导联ECG进行机器学习训练的方法3201的流程图。方法3201可以由包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微代码等)、软件(例如，在处理装置上运行以进行硬件模拟的指令)或其组合的处理逻辑来进行。在一个实施例中，与图1至图30的一个或多于一个组件或方法相对应的处理逻辑可以进行以下操作中的一个或多于一个。例如，在一个实施例中，处理装置1110的处理逻辑关于图1至图30的各个组件和操作进行以下操作。在另一实施例中，任何其他合适的处理装置均可以进行所描述的操作。
参考图32，在框3207处，处理逻辑可以使用与个体群体相对应的12导联ECG数据来训练机器学习模型。在另一实施例中，可以使用来自单个个体(例如，要确定ECG的用户)的数据来训练模型。在一个示例中，可以训练机器学习模型以将来自导联I、II和III的测量数据与测量到的12导联数据相关。一旦被训练，机器学习模型就可以仅使用来自导联I、II和III的数据来准确地预测12导联ECG的各导联。
可选地，在框3203处，处理逻辑可以在将12导联ECG数据用于训练机器学习模型之前预处理12导联ECG数据，以基于身高、性别、体重和国籍中的至少一个对数据进行分类。通过以这种方式进行预处理，可以更高效地训练模型以提供特定于要确定12导联ECG的用户的更准确结果。例如，处理逻辑可以基于个体的特性对12导联ECG数据进行分类(3205)。在一个实施例中，如果个体识别为男性，则可以预处理12导联ECG数据以仅包括与男性被检者相对应的数据。在另一实施例中，如果个体识别为具有特定国籍，则可以预处理数据以仅包括该特定国籍。使用这种预处理数据来训练模型可以允许更快地训练模型，并且提供比没有这种预处理的先前可能结果更准确的结果。
在一个实施例中，例如通过进行一个或多于一个机器学习操作，可以选择、提取和标记12导联数据的特征，以实时地从三个导联预测12导联ECG。这样的操作可以从对(一个或多于一个)特征进行排名、对(一个或多于一个)特征进行分类、对(一个或多于一个)特征进行标记、预测(一个或多于一个)特征以及对(一个或多于一个)特征进行聚类的操作中选择。可替代地或组合地，可以标记和保存所提取的特征以用于机器学习算法或机器学习操作集合的离线训练。例如，可以从任何上述操作中选择操作。可以训练任何数量的机器学习算法或方法以从三个导联预测12导联ECG。这些可以包括使用诸如利用随机森林等的决策树学习、关联规则学习、人工神经网络、归纳逻辑编程、支持向量机、聚类、贝叶斯网络、强化学习、表示学习、相似性和度量学习或者稀疏字典学习等。
用于从三个导联预测12导联ECG的基于机器学习的算法或操作可以作为来自远程服务器的服务来提供，该远程服务器可以与在用户的计算装置上设置的客户端程序(例如，作为移动app)交互或通信。交互或通信可以通过应用程序接口(API)。例如，API可以提供对机器学习操作的访问，以用于从三个导联对12导联ECG进行排名、聚类、分类和预测。
通过远程服务器和/或在本地计算装置上的本地应用上提供的基于机器学习的算法或操作可以对例如来自用户群体的12导联和/或三导联数据进行操作、学习和进行分析预测。
本文所述的比较和分析可用于得出对患者健康状态的结论和见解，其包括患者在测量时或将来时间可能经历的潜在健康问题。结论和确定可以预测将来健康状况或诊断患者已患有的状况。结论和确定还可以包括对与患者可能正在服用、已服用或将来可能考虑服用的药品或药物相关联的有效性或风险的见解。另外，比较和分析可以用于确定可能降低或增加不良事件的风险的行为和活动。基于本文所述的比较和分析，可以根据不良事件的风险水平对ECG数据进行分类。例如，ECG数据可以被分类为正常、低风险、中等风险、高风险和/或异常。正常和异常指定可能需要医疗保健专业人员评估、诊断和/或确认。
医生和其他健康护理专业人员对异常、不良事件或疾病状态的诊断和确定可以被传送到服务器和数据库，以用相应的ECG数据标记并与相应的ECG数据相关联。诊断和确定可以基于ECG数据的分析，或者可以使用其他测试或检查程序来确定。专业诊断和确定可以从患者的电子健康记录中提取，可以由患者输入到系统中，或者可以由医疗专业人员输入到系统中。可以将系统的结论和确定与来自医疗专业人员的实际诊断和确定进行比较，以验证和/或细化系统使用的机器学习算法。异常、不良事件或疾病状态的发生时间和持续时间也可以包括在数据库中，使得与发生相对应的ECG数据和/或异常、不良事件或疾病状态之前和/或之后的ECG数据可以关联在一起并被分析。在异常之前或之后的时间长度可以是预先确定的，并且长达1至30天、或者大于1至12个月。对异常、不良事件或疾病状态之前的时间的分析可以允许系统识别在异常、不良事件或疾病状态发生之前的各种ECG特征的模式或相关性，从而提供异常、不良事件或疾病状态的提前检测或警告。异常、不良事件或疾病状态之后的时间的分析可以提供与治疗功效有关的信息和/或向患者或医生提供与疾病进展有关的信息，诸如患者的状况是否改善、恶化或保持不变等。诊断和确定还可以用于通过例如将其包括在与相应ECG数据相关联的元数据中来进行编索引。
如本文所述，各种参数可以与ECG数据一起包括在数据库中。这些参数可以包括患者的年龄、性别、体重、血压、药物、行为、习惯、活动、食物消耗、饮料消耗、药品、病史和可能影响患者的ECG信号的其他因素。附加参数可以用于或可以不用于ECG信号随时间和环境的变化的比较。
由系统生成的对患者健康的结论、确定和/或见解可以直接或经由患者的护理人员(大夫或其他医疗保健专业人员)传达给患者。例如，可以向患者发送由系统自动生成的电子邮件或短信。电子邮件或短信可以是指导患者登录到安全站点以检索完整结论、确定或见解的通知，或者电子邮件或短信可以包括结论、确定或见解。可替代地或附加地，电子邮件或短信可以被发送给患者的护理人员。还可以经由智能电话、平板电脑、膝上型电脑、台式电脑或其他计算装置上的应用来提供通知。
如本文所述，系统可以识别与患者的异常ECG读数相关联的行为、习惯、活动、食物、饮料、药物和药品等。除了向患者通知这些关联之外，系统还可以向患者提供指示或建议以避免与患者的异常ECG读数相关联的这些行为、习惯、活动、食物、饮料、药物和药品等。类似地，系统可以识别与正常或改善的ECG读数相关联的行为、习惯、活动、食物、饮料、药物和药品等，并且可以指示或推荐患者进行这些行为、习惯和活动和/或消耗这些食物、饮料、药物和药品。患者可以通过修改他们的行为、习惯或通过采取任何行动过程来按照系统指示或推荐避免将来的医疗保健问题，该行动过程包括但不限于服用药物、药品或遵守饮食或锻炼计划，该行动过程可以是由系统推荐的独立于ECG数据的任何分析的预定行动过程以及/或者也可以是从通过如本文所述的该系统和方法学习到的见解产生的。另外，系统的见解可以涉及一般健康和/或心理健康。
如本文所述的ECG数据和关联的元数据以及其他相关数据可以存储在中心数据库、云数据库或这两者的组合中。可以根据本文所述的任何特征、参数或标准对数据进行编索引、搜索和/或排序。系统可以分析单个患者的ECG数据，并且系统还可以分析一组患者的ECG数据，该一组患者可以根据本文所述的任何特征、参数或标准来选择。当分析来自单个患者的数据时，可能期望减少和/或校正ECG数据的个体内变异性，使得在一个特定时间获取的一组ECG数据与在另一时间获取的另一组ECG数据的比较揭示了由以下变化引起的差异：健康状况的变化而不是所使用的ECG记录装置的类型的变化、导联和电极放置的变化以及皮肤状况的变化(即，干燥、出汗、施加或未施加的导电凝胶)等。如上所述，一致的导联和电极放置可以帮助减少ECG读数的变异性。系统还可以检索在类似情况下获取的患者的ECG数据，并且可以分析ECG数据的该子集。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
心电图装置，其具有第一电极组装件、第二电极组装件和第三电极组装件，所述第一电极组装件、所述第二电极组装件和所述第三电极组装件分别具有适于测量个体的第一电信号、第二电信号和第三电信号的第一电极、第二电极和第三电极；以及
处理装置，用于：
根据所述第一电信号和所述第二电信号来确定导联I，
根据所述第二电信号和所述第三电信号来确定导联II，
使用(导联III＝导联II-导联I)来生成导联III，
使用利用测量到的12导联ECG数据所训练的机器学习模型，基于导联I、导联II和导联III来确定导联aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6，以及
提供导联即导联I、导联II、导联III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6，以供在客户端装置上显示。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，导联II与导联I是顺次确定的。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述处理装置还用于对导联I和导联II进行时间对准。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，导联II与导联I是同时确定的。
5.根据权利要求1所述的设备，所述处理装置还用于使用与个体群体相对应的12导联ECG数据来训练所述机器学习模型。
6.根据权利要求5所述的设备，所述处理装置还用于在将所述12导联ECG数据用于训练所述机器学习模型之前，预处理所述12导联ECG数据，以基于身高、性别、体重和国籍中的至少一个来对所述12导联ECG数据进行分类。
7.根据权利要求6所述的设备，所述处理装置还用于基于所述个体的特性来表征所述12导联ECG数据。
8.根据权利要求1所述的设备，所述处理装置还用于仅使用与所述个体相对应的12导联ECG数据来训练所述机器学习模型。
9.一种用于生成12导联心电图的方法，所述方法包括：
根据第一电极的第一电信号和第二电极的第二电信号来确定导联I；
根据所述第二电信号和来自第三电极的第三电信号来确定导联II；
使用(导联III＝导联II-导联I)来生成导联III；
根据导联I和II来确定导联aVR、aVL和aVF；
通过处理装置使用利用测量到的12导联ECG数据所训练的机器学习模型，基于导联I、导联II和导联III来确定导联V1、V2、V3、V4、V5和V6；以及
提供导联即导联I、导联II、导联III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6，以供在客户端装置上显示。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，导联II与导联I是顺次确定的。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：对导联I和导联II进行时间对准。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，导联II与导联I是同时确定的。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括：使用与个体群体相对应的12导联ECG数据来训练所述机器学习模型。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：在将所述12导联ECG数据用于训练所述机器学习模型之前，预处理所述12导联ECG数据，以基于身高、性别、体重和国籍中的至少一个来对所述12导联ECG数据进行分类。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：基于所述个体的特性对所述12导联ECG数据进行分类。
16.根据权利要求9所述的方法，还包括：仅使用与个体相对应的12导联ECG数据来训练所述机器学习模型。
17.一种非暂时性计算机可读存储介质，其存储有指令，所述指令在由处理装置执行时，使所述处理装置：
根据第一电极的第一电信号和第二电极的第二电信号来确定导联I；
根据所述第二电信号和来自第三电极的第三电信号来确定导联II；
根据第四电信号来确定V导联；
根据导联I和II来确定导联aVR、aVL和aVF；
使用(导联III＝导联II-导联I)来生成导联III；
通过所述处理装置使用利用测量到的12导联ECG数据所训练的机器学习模型，基于导联I、导联II、导联III和V导联来确定导联和其余的V导联；以及
提供导联即导联I、导联II、导联III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5和V6，以供在客户端装置上显示。
18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，导联II与导联I是同时确定的。
19.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读存储介质，所述处理装置还用于使用与个体群体相对应的12导联ECG数据来训练所述机器学习模型。
20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述V导联是导联V2和导联V5中的至少一个。
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