CN115605132A - 用于测量和分析体液的可穿戴系统、设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本文针对使用样本分析系统分析来自用户的体液的样本以确定与用户相关联的参数的各种实施例描述了方法、系统和装置等，参数包括水合、脱水、再水合、电解质损失、健康、恢复等的状态。在一些实施例中，所公开的方法能够使用用户穿戴并且可操作地耦合到样本分析系统的设备来实现，该样本分析系统被配置为收集体液的样本，并且测量和分析体液以确定用户的体液的性质和/或生理/健康健康参数(例如，水合程度、电解质损失、出汗率等)。

Description

用于测量和分析体液的可穿戴系统、设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年3月23日提交的美国专利申请No.16/827,349的优先权和权益，其内容通过引用并入本文。
背景技术
本文描述的实施例涉及用于体液和其中包含的潜在分析物的近乎瞬时和累积测量和分析的系统、设备和方法。本文描述的实施例还涉及在活动期间使用的实时水合检测系统和水合战略制定系统的实施方式。
发明内容
本文针对用户穿戴的样本分析系统的各种实施例描述了系统、设备和方法，样本分析系统被配置为收集体液的样本，并测量和分析体液以确定体液的特性和/或用户的生理/健康参数(例如，水合程度、电解质流失、出汗率等)。
附图说明
图1是根据实施例的样本处置设备在用户皮肤表面上的示例使用的示意图。
图2A和2B是根据实施例的样本处置设备的示意图。样本处置设备可以与样本分析系统(“SA系统”)一起使用。
图3是根据实施例的包括图2A、2B的样本处置设备的示例样本分析系统(“SA系统”)的示意图。
图4是根据一个实施例的由样品处置设备存储和/或使用的示例数据的示意图。
图5A是根据实施例的示例样本处置设备的透视图的示意图。
图5B是图5A中的示例样本处置设备的顶视图的示意图。
图5C是根据实施例的示例样本分析系统的分解视图的示意图。
图6是示意性地图示根据实施例的使用SA系统来测量和分析来自用户的样本体液的示例方法的流程图。
图7是示意性地图示根据实施例的使用SA系统来测量用户的出汗率的示例方法的流程图。
图8是示意性地图示根据实施例的使用SA系统来测量用户的水合状态的示例方法的流程图。
图9是示意性地图示根据实施例的使用SA系统来测量累积电解质损失及其相关联的用户生理效应的示例方法的流程图。
图10是示意性地图示根据实施例的使用SA系统来测量用户的核心体温的示例方法的流程图。
图11是根据实施例的示例图，示出了在一段时间内使用示例SA系统测量和分析的样本体液的阻抗和流率的测量。
图12是根据实施例的示例图，示出了使用示例SA系统对受试者预测的体液损失水平的验证。
图13是根据实施例的示例图，示出了与使用示例SA系统测得的与体液相关联的阻抗测量的验证。
图14是根据实施例的示例图，示出了经由与使用示例SA系统进行的体液的阻抗测量相关联的测量误差对示例SA系统的使用的验证。
图15是根据实施例的示例图，示出了与使用示例SA系统测得的示例流体相关联的阻抗和温度的测量。
图16是根据实施例的示例图，示出了与使用示例SA系统进行的温度测量和阻抗测量之间的关系相关的数据。
图17是示出阻抗和温度之间的关系的示例图，该关系是从实际测量中获得的并基于来自数学模型的数据(诸如图16中所示的数据)进行预测。
图18示出了使用一些实施例的示例SA系统从多个样本流体获得的渗透压和阻抗测量之间的关系的示例图。
图19是根据实施例的示例图，示出了使用SA系统随时间从样本流体获得的渗透压、温度和阻抗测量。
图20是根据实施例的示例图，示出了验证由SA系统预测的渗透压值的平均绝对百分比误差(MAPE)值，其中渗透压是使用独立方法测得的。
图21A-D示出了从执行低水平和中等水平活动的用户身体的多个位置获得的汗液样本中离子浓度的示例图。
图22是示出从执行低水平和中等水平活动的用户身体的多个位置获得的汗液样本中离子浓度的改变的示例表格。
图23示出了根据一些实施例的与样本处置设备一起使用的伴随应用的示例图示。
具体实施方式
所公开的实施例包括一种方法，该方法包括在设备的样本收集区域中收集体液的样本并将体液的样本的一部分从样本收集区域指引到第一电化学界面，第一电化学界面包括激发电极和感测电极。该方法包括通过激发电极将激发信号施加到第一电化学界面处的体液的样本的该部分，并响应于施加激发信号而感测响应信号。该方法还包括基于响应信号测量与和体液的样本的该部分相关的电化学特性的实例相关联的数据。
所公开的实施例包括一种系统，该系统包括存储指令集的存储器，以及耦合到存储器并被配置为执行存储在存储器中的指令的处理器。处理器被配置为在第一时间点接收从从用户收集的样本体液的第一部分获得的第一响应信号，并且与和系统相关联的设备的第一电化学界面接触。处理器被配置为在第二时间点接收从样本体液的第二部分获得的第二响应信号，并且样本体液的第二部分与和系统相关联的设备的第二电化学界面接触。处理器还被配置为接收与第一电化学界面和第二电化学界面之间的距离以及样本体液流经过的距离相关的信息。处理器还被配置为基于第一响应信号、第二响应信号和距离计算样本体液通过包括在设备中的流通道的流率。
所公开的实施例包括一种装置，该装置包括具有入口的样本收集区域、与样本收集区域流体连通的进入端口，以及与进入端口流体连通的流通道。样本收集区域被配置为经由入口接收初始体积的体液。流通道被配置为将初始体积的体液的一部分指引到电极的集合。该电极的集合包括激发电极和感测电极。激发电极被配置为将激发信号施加到体液的初始体积的该部分，并且感测电极被配置为响应于激发信号而从体液的初始体积的该部分接收响应信号。感测电极还被配置为将响应信号传输到处理器以计算与体液的初始体积的该部分相关联的阻抗。
本文描述的实施例涉及用于使用测量和分析的可穿戴系统来测量和分析体液的系统、设备和方法。样本分析系统可以被配置为收集体液的样本，并测量和分析体液以确定体液的特性(例如，阻抗、渗透压)和/或用户的生理/健康参数(例如，水合程度、电解质损失、出汗率等)。例如，如本文所述的系统和设备可以收集体液(例如，汗液)的样本并测量体液的阻抗。然后可以使用阻抗测量来确定和/或预测汗液的特性(例如，渗透压)。在一些情况下，体液的样本可以作为连续或半连续流被收集，即，由身体产生。
在一些情况下，所收集的体液可以被指引沿着受控流路径流动，并且可以在与受控流路径相关联的两个或更多个测试区域或位置中进行体液的阻抗的测量。阻抗的测量和受控流路径的已知特征(例如，体积、长度、测试区域之间的距离等)可以被用于确定与体液相关联的线性和/或体积流率。体积流率可以是与穿戴用于收集体液的设备的用户身体部分相关的区域或局部流率。在一些实施方式中，本文描述的方法可以被用于从用户身体区域的局部流率外推至全身流率和/或全身出汗率。
不希望受任何特定理论的束缚，据信汗液的电解质含量是汗液渗透压的主要贡献者；因此，所确定的渗透压可以被用于估计汗液的电解质含量。然后可以使用汗液数据来确定或预测用户的生理参数(例如，水合程度、电解质流失、出汗率等)。
虽然上述系统被描述为用于基于阻抗测量确定汗液的电解质含量，但该系统也可以用于确定其它体液和/或分泌物的渗透压，包括例如唾液、眼泪、尿液、母乳等，这可以提供关于用户的水合或其它生理参数的见解。此外，不希望受任何特定理论的束缚，一些科学证据表明母乳的渗透压可以被用于确定母乳的营养成分。因此，与上述分析类似，该系统可以被用于测量母乳的阻抗，该阻抗可以与母乳的渗透压相关，以提供关于其营养成分的见解。
如本文所述，使用健康状态的合适指标，诸如运动员、军人、劳动者、儿童、老人、重症监护患者和普通人群之类的个人可以从及时监视他们的生理状态和健康中获益，并基于监视及时干预或校正。生理状态和健康的一些示例次要指标包括水合程度、身体水分流失和电解质流失的迹象，这会影响身体和认知表现。
研究表明，高达87％的耐力运动员在他们的锻炼和比赛期间由于脱水而身体受损，虽然有充足的液体可用。脱水会造成血压降低、心率加快、呼吸频率加快以及流向四肢的血流量减少。这些生理改变会导致心肺压力、体温调节受损和疲劳——所有这些都会对患者的健康和/或运动表现产生重大影响。因为轻度脱水的症状是微妙的——常常是难以察觉的——个人在不知不觉中遭受后果。
例如，在一些情形下，体液在丢失且未被充分补充时会导致脱水，这会降低血压并损害血液和血液所携带的成分(例如，氧气、营养物质等)的循环。在一些情况下，经历脱水的身体可能通过发起一种或多种可能导致不期望影响的生理响应来进行补偿。例如，为了补偿循环减少，身体可能以增加的心率做出响应，从而导致心脏压力和疲劳；或增加呼吸率，从而导致呼吸压力和疲劳。在一些情况下，身体可能通过减少流向四肢(例如，皮肤、附肢、肌肉)的血流量来做出响应，以保存重要器官的血流。这可能造成体温调节受损和中暑风险增加，和/或造成肌肉痉挛和疲劳。在一些情形下，身体可能通过收缩毛细血管或以其它方式改变循环以减少流向胃肠道的血流量来保护流向重要器官的血流量来对脱水做出响应。这会导致液体吸收受损、胃肠道不适(呕吐)。在脱水持续恶化的情形下，身体会进一步恶化，核心体温升高导致热损伤，并且流向重要器官的血流会进一步受限，从而导致多系统器官衰竭和死亡。
脱水仅在体重减轻1％之后造成身体机能恶化，并且随着每减轻1％的体重以指数方式恶化。与体重2％对应的脱水被广泛认为是观察到具有统计学意义的性能损害的阈值(近似29％的损害)。之后发现性能急剧下降，随后脱水程度增加。脱水还会造成认知障碍，例如，反应时间延迟、决策制定延迟和受损，以及记忆力和判断力受损。这些影响会直接导致安全风险增加。如果个人的脱水程度达到临界水平，那么需要进行医疗干预以防止永久性副作用或主要重要器官衰竭。在极端情况下，甚至会发生死亡。因为个人在锻炼期间无法有效监视他们的水合状态，所以他们常常误解它发生的容易程度和速度。脱水对儿童、老年人和重症监护患者的影响会更加明显和/或破坏性更大。
由于出汗速率的高度可变性，管理水合变得复杂。基于如年龄、性别、体重、体脂百分比和健康水平等个人因素，每个个人可以以不同的速率出汗。对于任何个体运动员来说，有许多附加的变量会影响出汗速率，这些变量来自天气条件、体力活动的强度、穿着的衣服或装备的数量和类型等。同一个个人在任何给定的一天进行相同的活动可以具有不同的出汗速率。
用于测量水合程度的一种方法是记录活动之前和之后的裸体质量。测量之前与之后的差异被转换成体重减轻的百分比。由于用于测量脱水的这种方法只能在活动之前和之后进行测量执行，因此个人目前无法确定他们在进行活动期间的水合状况。
用于测量水合状况的其它方法包括在活动期间定期收集血液样本并用渗透压计测量血浆的渗透压。由于目前的血液样本收集方法无法在活动期间执行，因此这种方法具有一些与裸体质量测量方法相同的问题。它提供活动之前或之后的水合状况信息，但不提供活动期间的信息。它也令人望而却步地具有侵入性和不便。与为血浆渗透压测量收集血液类似，也使用用于渗透压测量的其它体液收集方法作为确定水合状况的方法，但结果不太成功。收集的其它液体包括唾液、尿液、汗液和眼泪。这些流体中的每一种都对收集和渗透压测量提出了挑战。
一些设备用贴附到皮肤的贴片收集汗液。汗液可以或者收集到吸水贴片中或者储液器中。然后从个人身上取下贴片，并用台式设备测量贴片中汗液的渗透压。这种方法要求大量的汗水；个人必须出汗最少15至20分钟才能收集到这一最低量。这种方法不能为运动员提供实况、即时的水合监视。此外，这些贴片需要每15到20分钟更换一次，以便能够在所研究的整个活动期间收集准确的水合状况。因此，需要用于体液的近瞬时测量和分析的系统、设备和方法。
样本分析系统
本文描述的实施例涉及用于体液(诸如汗液和其中包含的潜在分析物)的近乎瞬时测量和分析的系统、设备和方法。系统和设备的所公开的实施例本质上是轻量级的，因此可以在任何形式的活动期间由个人穿戴。所公开的系统、设备和方法允许通过其独立的、实时的样本收集和分析性质对体液进行近乎瞬时的测量和分析。所公开的系统和方法的实施例还支持对体液的样本的重复瞬时测量，这在个人从事活动的同时执行一段时间。
如本文所使用的，术语“分析物”和/或“目标分析物”是指待检测和/或可以结合到结合物质(例如，检测分子或试剂)的任何离子、分子或化合物，如本文所述。合适的分析物可以包括但不限于金属和非金属离子(例如，Na+、Cl-、Ca2+、K+或Mg2+离子)、含氮化合物(诸如氨基酸和尿素)、代谢物(例如，乳酸盐和丙酮酸盐)、异生素(诸如药物分子酶、代谢副产物、疾病相关生物标志物)、小化学分子(诸如例如环境分子、临床分子、化学品、污染物和/或生物分子)。更具体而言，此类化学分子可以包括但不限于杀虫剂、杀虫剂、毒素、治疗和/或滥用药物、激素、抗生素、抗体、有机材料、蛋白质(例如，酶、免疫球蛋白和/或糖蛋白)、核酸(例如，DNA和/或RNA)、脂质、凝集素、碳水化合物、全细胞(例如，原核细胞(诸如致病细菌)和/或真核细胞(诸如哺乳动物肿瘤细胞))、病毒、孢子、多糖、糖蛋白、代谢物、辅因子、核苷酸、多核苷酸、过渡态类似物、抑制剂、营养物、电解质、生长因子和其它生物分子和/或非生物分子，以及它们的片段和组合。本文所述的一些分析物可以是蛋白质，诸如酶、药物、细胞、抗体、抗原、细胞膜抗原和/或受体或其配体(例如，神经受体或其配体、激素受体或其配体、营养物受体或其配体，和/或细胞表面受体或其配体)。
如本文所使用的，术语“样本”是指包含待检测的一种或多种分析物的组合物。样本可以是异质的，包含多种成分(例如，不同的蛋白质)，或均质的，包含一种成分。在一些情况下，样本可以是天然存在的生物材料，和/或人造材料。此外，样本可以是天然的或变性的形式。在一些情况下，可以在检测分析物之前对样本进行处理。例如，样本可以经历裂解步骤、变性步骤、加热步骤、纯化步骤、沉淀步骤、免疫沉淀步骤、柱层析步骤、离心等。在一些情况下，样本的分离和/或固定(经由电泳)可以对天然底物和/或感兴趣的分析物(例如，蛋白质)执行。在其它情况下，样本可以经历变性以暴露其内部疏水基团以固定在流体路径中。
如在本说明书和权利要求书中使用的，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数所指对象。因此，例如，术语“构件”旨在表示单个构件或构件的组合，“材料”旨在表示一种或多种材料，或其组合。
如在本说明书中使用的，除非另有说明，否则在本公开中使用的术语“和/或”表示“和”或“或”。
如本文所使用的，“体液”可以包括从个人(例如，运动员、劳动者、患者等)的身体获得的任何流体。例如，“体液”包括但不限于汗液、眼泪、血液、尿液、母乳、唾液、皮脂液、粘液、玻璃体等，或其任何组合。
如在本申请中使用的，术语“大约”和“近似”用作等同物。本申请中使用的带有或不带有大约/近似的任何数字都旨在覆盖相关领域的普通技术人员所认识到的任何正常波动。在某些实施例中，除非另有说明或从上下文中明显看出，否则术语“近似”或“大约”是指在所述参考值的任一方向(大于或小于)上落在10％或以下的值范围(除非这种数字会超过可能值的100％或低于可能值的0％)。
如本文所使用的，术语“刚度”与物体对由施加的力产生的偏转、变形和/或位移的抵抗力相关，并且一般被理解为与物体的“柔韧性”相反。例如，当受到力时，具有较大刚度的壁比具有较低刚度的壁更能抵抗偏转、变形和/或位移。类似地说，具有较高刚度的物体可以被表征为比具有较低刚度的物体更刚硬。刚度可以根据施加到物体的力的量和由此产生的物体的第一部分相对于物体的第二部分偏转、变形和/或位移的距离来表征。当表征物体的刚度时，偏转距离可以被测量为物体的与直接施加力的物体的部分不同的部分的偏转。换句话说，在一些物体中，偏转点与施加力的点不同。
如本文所使用的，词语“近侧”和“远侧”分别是指靠近和远离将靠着他们的身体放置设备或系统的用户的方向。因此，例如，首先接触用户身体的设备的一端将是近端，而设备的另一端(例如，设备远离用户身体的一端)将是设备的远端。
如本文进一步详细描述的，任何系统、设备和方法可以被用于以重复的方式收集和分析体液样本，例如通过收集体液的第一样本或第一体积、测试体液的第一体积或样本，排出体液的第一体积或样本，并在给定的持续时间之后收集体液的后续体积或样本。术语“第一”、“后续”和/或“初始”中的每一个可以互换使用，以描述和/或指代在使用本文所述的样本分析系统期间被收集、传送、转移、引导和/或排出的体液的量、部分或体积。在一些实施例中，术语“第一”、“后续”和/或“初始”可以指体液的预定的、定义的、期望的或给定的体积、部分或量，其可以取决于若干参数，包括设备配置、用户需求等。
本文描述的实施例和/或其部分可以由一种或多种生物相容性材料形成或构造。在一些实施例中，生物相容性材料可以基于组成材料的一种或多种特性(诸如例如刚度、韧性、硬度、生物反应性等)来选择。合适的生物相容性材料的示例包括金属、玻璃、陶瓷，或聚合物。合适的金属的示例包括医药级不锈钢、金、钛、镍、铁、铂、锡、铬、铜，和/或它们的合金。
本文描述的实施例和/或其部分可以包括由一个或多个零件(part)、特征、结构等形成的组件。当提及此类组件时，应当理解的是，组件可以由具有任何数量的区段、层、区域、部分和/或特点的单个零件形成，或者可以由多个零件或特征形成。例如，当提及诸如壁或腔室之类的结构时，该结构可以被认为是具有多个部分或多个不同子结构等的单个结构，这些子结构被耦合以形成该结构。因此，整体结构可以包括例如子结构的集合。子结构的这种集合可以包括彼此或者连续或者不连续的多个部分。子结构的集合也可以由分开生产并随后接合在一起(例如，经由焊接、粘合剂或任何合适的方法)的多个物品或组件制成。
根据一些实施例，样本分析系统(本文也称为“SA系统”)包括一次性使用或单次使用的样本处置设备和连接到样本处置设备的耐用样本处理设备。在一些实施例中，SA系统包括可重用的样本处置设备和耦合到样本处置设备的可重用的耐用样本处理设备。样本处置设备被配置为收集体液的样本，将样本指引到测试和测量界面，并允许用测试刺激测试样本并测量来自样本响应于测试刺激的响应信号。在对收集的样本进行测试之后，样本处置设备被配置为引导样本被排出。然后可以分析响应信号以确定样本的定量特性，诸如溶质浓度、溶剂含量、分析物浓度等。
样本处置设备
图1示出了用户皮肤的区段的示意图，并图示了定位在用户皮肤上的示例样本处置设备。皮肤区段的示意图示出了导致释放体液(例如，汗液)的孔的分泌腺(例如，汗腺)的密度。样本处置设备(在本文中也称为“SH设备”)由盘表示并且被示为定位在用户皮肤的表面上。如图所示，盘覆盖释放体液的孔的子集并且被配置为当用户参与活动(即，近实时地)时从用户收集可以被测量和分析的样本体液(例如，汗液)。虽然样本处置设备被示为在用户的皮肤上用于收集和分析汗液，但是应当理解的是，包括样本处置设备的本文描述的样本分析系统可以在不附接到用户的情况下被使用并且可以被用于分析任何数量的其它体液。
图2A和2B是根据实施例的示例样本处置设备110的示意图，指示样本处置设备110中包括的一些组件。图2B中的示意图包括样本处置设备110的各种组件的示例配置的图示，以及由虚线箭头指示的为体液的样本的流定义的流路径。在一些实施例中，样本处置设备110可以整体构造。在一些其它实施例中，样本处置设备110可以通过部分或层的集合的组装来构造，如本文进一步详细描述的。如图2A和2B中所示，样本处置设备110包括样本收集区域112、进入端口114、流通道116、测试区域118A、118B、电极的集合120A和120B，以及可选地温度传感器140。
样本收集区域112是样本处置设备110的一部分，其被配置为当用户穿戴样本处置设备110时从用户的身体接收和收集体液样本，例如汗液。样本收集装置112包括开口122，如图2B中所指示，当用户穿戴样本处置设备110时，该开口允许获取体液的源。样本收集区域112还定义空间或容积，该空间或体积被配置为流体耦合到开口122并被配置为当用户穿戴样本处置设备110时保持或收集体液的样本。虽然在图2A和2B中未示出，但是样本处置设备110可以包括在用户身体和样本处置设备110的样本收集区域112之间的一个或多个接口结构。此类接口结构可以被配置为在使用样本处置设备110时易于使用或增加舒适度。例如，在使用样本处置设备110期间，可以使用一个或多个衬垫来提供与用户身体更好的接口，并增加舒适度。此外，接口结构可以被用于在样本处置设备110和用户身体之间提供密封，使得由汗腺生成的压力促使汗液通过流通道116。
在一些实施例中，样本收集区域112可以由样本处置设备110的一个或多个部分定义。例如，在一些实施例中，样本收集区域112可以通过组装结构的两个或更多个部分或层来形成以包括用于收集体液的开口122，并且定义特定体积以临时保持所收集的体液的样本。可以选择或制作两个或更多个部分或层，使得一旦组装，样本收集区域112就包括合适的开口122，并且样本处置设备110的组装的部分的主体定义样本收集区域112中的体积，该体积可以保持适量收集的体液。例如，可以选择两个或更多个部分的厚度以确定样本收集区域112的体积或流体容量。两个或更多个部分可以使用任何合适的方法组装，诸如摩擦配合、使用粘合剂材料(例如，转移粘合剂)胶合、使用紧固件等。在一些其它实施例中，样本收集区域112可以由单个整体部分或结构整体地形成，以包括开口122，该开口122被适当地被配置为收集体液样本，并限定容纳收集的体液样本的体积。
形成样本处置设备110和/或样本收集区域112的部分可以具有合适的柔性以提供使用者穿戴的便利性，并提供获取体液源的便利性。例如，在一些实施例中，形成样本处置设备110和/或样本收集区域112的部分或层可以具有柔性性质，使得样本处置设备110可以穿戴在用户皮肤的表面上，并且样本收集区域112的近侧部分可以最优地与用户的皮肤对接并且符合用户身体的轮廓，即使当用户参与活动时也是如此。在一些实施例中，样本处置设备110和/或样本收集区域112可以具有相对刚性的构造，使得刚度允许更好地与用户身体的表面对接并防止在剧烈活动期间样本处置设备110错位或从用户身上脱落。
在图2B中所示的样本收集区域112中定义的开口122可以能够获取体液样本的源(例如，含有汗孔的皮肤)，并且开口122流体连接到被配置为暂时包含从源收集的体液的样本的体积。样本收集区域112可以被形成为使得体积和开口122被定义在样本处置设备110的主体或样本处置设备110的主体的一部分中。在一些实施例中，例如，样本收集区域112可以被配置为使得，当样本处置设备110定位在用户的身体上时，样本收集区域112位于用户皮肤表面的近侧并且覆盖合适的皮肤区域，以在合适的时间段内收集合适体积的体液(诸如汗液)。例如，如图1中的示意图中所示，用户的人体皮肤的区段可以具有特定密度的释放汗液的汗孔，每个孔以特定距离与其它孔隔开。样本收集区域112可以被构造为使得开口122在被放置在用户的皮肤上时它可以覆盖包含特定最小数量的汗孔的特定皮肤区域。这样的定位可以允许在期望的时间段内收集从那些毛孔释放的初始量的汗液。换句话说，开口122可以足够大以从足够多的汗腺收集汗液以在相对短的时间内基本填充样本收集区域112，因此可以在用户开始出汗之后不久分析汗液。
在一些实施例中，SA系统可以要求最少量的体液以进行准确的测试和分析。开口122和/或样本收集区域112的体积可以被配置为确定初始样本中收集的体液的体积，并确保收集的初始样本满足用于准确测试和分析的最小体液量的要求。在一些实施方式中，样本收集区域112可以包括一个或多个结构(图2A和2B中未示出)，其被构造为占据和/或占用样本收集区域112中的体积，使得与由样本收集区域112定义的总体积相比，要经由进入端口114收集和引导的体液的初始样本的体积可以更小。
(一个或多个)空间占用结构可以以任何合适的方式定义在样本收集区域112中。在一些实施例中，(一个或多个)空间占用结构可以固体地形成，例如在样本收集区域112的表面上使用间隔器膜的一个或多个间隔器部分被组装和/或沉积作为材料，诸如间隔器墨水(例如，通过紫外光固化的墨水)等。例如，空间占用结构可以包括(例如，沉积)在用于形成样本收集区域112的壁的层或部分上。在一些实施例中，空间占用结构可以由一个或多个间隔器层或部分与一个或多个其它部分组装以形成样本收集区域112来实现。在一些实施例中，(一个或多个)空间占用结构可以包括外覆盖物，该外覆盖物在外覆盖物内定义中空部分和/或封装了外覆盖物内定义的体积。在一些实施例中，空间占用结构的外覆盖物可以被模制和/或轮廓化以定义可以与由样本收集区域112定义的体积排除或隔离的空间。
在一些实施例中，初始样本的体积也可以确定收集的容易程度、待测试的流体流的方向和排出，从而确定可以收集和测试或分析样本的速率。换句话说，在样本处置设备110的一些实施例中，可以收集体液(例如，汗液)的初始样本，初始样本的体积由样本收集区域112的体积确定。收集到的初始样本可以通过进入端口114被引导到流通道116中以进行测试并在体液的连续流中排出，从而为连续收集随后由用户在使用期间分泌的体液留出空间。样本收集、样本测试和样本排出的过程可以以连续方式执行，所收集的身体样本以合适的速率连续流动通过收集区域112、进入端口114、流通道116和(一个或多个)测试区域118。在此类实施例中，样本收集区域112的体积和样本收集区域112中定义的开口122的尺寸可以确定收集样本的初始量的速率。样本收集区域112的体积和开口122的尺寸可以部分地确定样本在被排出之前被引导通过进入端口114、流动通道116和(一个或多个)测试区域118的线性流速(即，体积流速除以流动通道116的横截面区域)。
在一些实施例中，作为示例，样本收集区域112可以具有介于大约0.001毫升(mL)和大约25.000mL之间的体积和/或流体容量。在一些实施例中，样本收集区域112可以具有大约0.001mL和大约0.01mL之间、大约0.01mL和大约0.50mL之间、大约0.01mL和大约1.00mL之间、大约1.00mL和大约25.000mL之间的流体容量，包括其间的所有范围或子范围。在一些实施例中，样本收集区域112可以具有足以容纳体液的小至微升的体积(例如，小至0.001mL体液、0.005mL体液、0.01mL体液、0.1mL体液、1mL体液、10mL体液、25mL体液、50mL体液的体积，或它们之间的任何合适体积)或更少(例如，小至20滴体液、10滴体液、5滴体液、单滴体液的体积，或它们之间的任何合适体积)。在其它实施例中，样本收集区域112可以具有高达例如大约5.0mL、10.0mL、15mL或更多的体积。在一些实施例中，样本收集区域112可以具有基于由一个或多个空间占用结构定义的体积和/或基于由空间占用结构隔离和/或移除的体积的流体容量，如先前所述。
如图2A和2B中所示，样本处置设备110的进入端口114流体耦合到样本收集区域112。进入端口114可以是开口、通孔、导管、流体流路径等，在样本处置设备110的主体中定义，以将样本收集区域112流体连接到流通道116，下面进一步详细描述。在一些实施例中，样本收集区域112可以通过组装两个或更多个部分或结构而形成，如本文所述。在一些实施例中，部分中的一个可以被配置为包括和/或定义开口122，而另一个部分可以被配置为包括和/或定义进入端口114。组装的部分中的一个或多个可以被配置为在组装时形成样本收集区域112的一个或多个壁。在样本收集区域112被定义为整体结构的实施例中，进入端口114可以是在样本处置设备110的主体中定义的孔口、导管和/或流路径以流体耦合样本收集区域112与流通道116。
进入端口114可以位于相对于样本收集区域112的任何合适位置，以介导样本收集区域112和流通道116之间的流体连接。例如，在一些实施例中，进入端口112可以是定义在样本收集区域112的内表面上的孔口。在一些实施例中，进入端口114可以定义在样本收集区域112的远侧部分上(即，在使用样本处置设备110时远离用户的身体)。在一些实施例中，例如，进入端口114可以被限定于相对于如下的中心部分：开口122和/或由样本收集区域112的一个或多个壁定义的以保持收集的体液的体积。在一些其它实施例中，例如，进入端口114可以被限定于相对于如下的偏心位置：开口122和/或由样本收集区域112的壁定义的以保持收集的体液的体积。在一些实施例中，进入端口114可以位于相对于样本收集区域112、开口122和/或流通道116的任何合适位置，以防止和/或冲洗收集的体液的样本中气泡的形成。在一些实施例中，进入端口114可以位于这样的位置，使得样本收集区域112适于形成以例如经由一个或多个结构的变窄、导管、轮廓引导流体等流向进入端口114。
进入端口114可以是任何合适的尺寸以允许将收集的体液样本从样本收集区域112运输到样本处置设备110的其它部分(例如，(一个或多个)测试区域118，等等)。在实施例中，进入端口114的尺寸可以在几百微米到几毫米的范围内。例如，进入端口114可以具有在大约0.05毫米(mm)和大约5.0毫米(mm)之间的内部横截面直径。在一些实施例中，进入端口114可以具有足以允许收集的体液样本连续流到流动通道116的横截面面积。
在一些实施例中，进入端口114可以被配置为一旦体液的初始样本达到最小体积量就允许收集的体液样本连续流动。在一些实施例中，进入端口114可以被配置为使得在样本收集区域112从收集大量或最小体积的体液(例如，小至20滴体液、10滴体液、5滴体液、单滴体液、0.00lmL、0.0015mL、0.010mL、0.05mL、0.2mL、1.00mL或它们之间的任何合适体积)而达到最小量的正压力之后允许收集的体液样本连续流动。
进入端口114可以使用带有样本处置设备110的SA系统来确定要测试的收集的体液的流速。在一些实施例中，进入端口114可以具有芯吸特性以将收集的流体样本从样本收集区域112吸入流通道116。在一些实施例中，样本收集区域112中收集的样本可以通过压差被引导到进入端口114中并且超出。例如，与样本收集区域112相比，进入端口114和流通道116中的较低压力可以汲取所收集的体液样本通过进入端口114和流通道116。类似地，随着样本收集区域112越来越多地充满所收集的体液，样本收集区域112中压力的增加(即，由汗腺生成)可以推动所收集的体液样本通过进入端口114进入流通道116。换句话说，样本处置设备110和用户身体之间的密封足够不透流体，使得汗腺生成的压力促使汗液通过流通道116。在一些其它实施例中，进入端口114可以被配置为使得样本收集区域112中的流体通过毛细作用被抽出。
流通道116可以具有任何合适的宽度、高度、直径或横截面区域，以经由进入端口114从样本收集区域112接收收集的体液样本并适当地将体液样本输送到样本处置设备110的其它部分，诸如(一个或多个)测试区域118。例如，流通道116可以具有具有合适直径的圆形横截面，或者具有合适宽度和高度的流通道116的矩形横截面。流通道116的宽度、高度或直径可以在几百微米到几毫米的范围内。例如，流通道116的一个或多个部分的宽度、高度和/或直径可以介于大约0.05毫米(mm)和大约5.0mm之间。流通道116可以延伸任何合适的长度，从几毫米到几厘米，并且被配置为沿着长度呈现任何合适的形状。例如，流通道116可以在5毫米(mm)和大约15.0厘米(cm)之间的长度上延伸。流通道116可以被配置为遵循任何合适的路径，诸如线性、直线、曲线或蛇形路径。
在一些实施例中，流通道116可以被形成为具有每单位长度的预定体积，使得给定任何两点之间的流通道116的长度，可以计算那些点之间的流通道116的部分的体积。例如，如图2B中所示，流通道116可以包括两个测试区域118A和118B，它们之间具有间距DD。给定两个测试区域118之间的流通道116的长度DD，可以计算两个测试区域118之间的流通道116的部分的体积，由此可以计算两个测试区域118之间流动的体液的体积。在一些实施例中，流通道116可以被形成为使得流通道116的尺寸(例如，高度、宽度、直径、长度等)在指定的容限范围内，使得流通道116的一部分的体积可以在指定的容限范围内进行估计(例如，在±1pL、±1nL、±1μL等内)
在一些实施例中，基于流通道116的尺寸的精度和/或容限，SH设备110可以被配置为使得可以测量体液的样本的一部分到达第一测试区域118A和体液的样本的相同部分到达第二测试区域118B之间的时间延迟。例如，体液的部分可以被识别为首先与第一测试区域处的电极120A交互，其中第一激发信号可以施加在体液的该部分上并且记录响应。体液的相同部分然后可以通过距离DD的流通道116和第二测试区域118B，其中可以施加第二激发信号，并且可以测量诱发的响应。基于在第一和第二测试区域118处测得的响应，在第一测试区域处识别出的体液的部分可以在测得的时间段T之后，在通过第二测试区域118B时被识别，如本文进一步详细描述的。基于沿着距离DD在测试区域118A和118B之间的流通道116的部分的已知体积以及测得的时间段T，可以计算与体液的样本的流相关联的体积流率。在一些情况下，如本文所述，被收集和分析的体液可以是用于用户身体的部分的区域的连续体液流的形式(例如，来自用户的手臂/胸部/腹部/肩膀上的皮肤斑块的汗液畅通无阻的流)。因此，计算出的体液的样本的体积流率可以被用于生成在用户身体的局部部分和/或用户的整个身体处的用户体内的体液分泌或表达速率的估计。虽然在本文的示例中描述了两个测试区域，但是在一些实施例中，SH设备110可以适当地包括任何数量的测试区域，例如，第三、第四和第五测试区域等等。
在一些实施例中，流通道116可以被定义在整体构建的整体结构内，使得流通道116的直径至少部分地由定义流通道116的整体结构的厚度确定。在一些其它实施例中，流通道116可以通过组装结构的两个或更多个部分或层来构造，共同定义流通道116。在一些实施例中，流通道116可以由组装在一起的若干层或部分形成以引导流体经由一个或多个通道、通孔、孔等流动。流通道116可以被配置为使得在使用期间的外部影响(诸如由重力、用户身体的运动等产生的力)不干扰流通道116内的流体流动。
在一些实施例中，流通道116可以包括各种部分，这些部分被适当地构造成以合适的流速或流量引导体液的流动。例如，在一些实施例中，流通道116可以包括构造有不同横截面形状和/或尺寸的部分。例如，流通道116的一些部分可以是圆形或矩形，而其它部分不是。类似地，与流通道116的其它部分相比，流通道116的一些部分可以具有更窄或更宽的横截面区域。在一些实施例中，流通道116可以包括流入部分和流出部分。流通道116的流入部分可以被构造为将在样本收集区域112中收集的体液经由进入端口114输送到下文描述的测试区域118。流通道116的流出部分可以被构造为在(一个或多个)测试区域118处测试之后移除体液样本，以将其从样本处置设备110排出，例如排到环境中。例如，在一些实施例中，流路径116可以被构造为在由一个或多个测试区域118定义的一些部分处是线性的并且流通道116的流出部分可以包括曲折的排出路径以减少和/或避免空气进入。
流通道116的流入和流出部分可以适当地成形以允许体液样本的最优流动、以最优方式获取用于测试的体液样本、以及在测试之后最优地排出样本。在一些实施例中，流通道116的部分还可以包括结构和/或功能调整以克服或允许对物理力(诸如在用户从事激烈的活动时使用样本处置设备110时可能遇到的应力和/或应变)的耐受。例如，在一些实施例中，流通道116可以被构造为包括合适的线性、角形和/或弯曲部分或蛇形部分以更好地耐受不同类型的物理力，包括在样本处置设备110由用户在高强度或接触性运动活动中穿戴时遇到的应力和/或应变。在一些实施例中，流通道116可以被构造为包括一个或多个弯曲部分或蛇形部分以充当局部捕集器以防止来自样本处置设备110外部的空气进入流通道116。
如图2B中的示意图所指示的，流通道116可以包括出口124以排出收集和测试的体液样本。在一些实施例中，体液样本可以通过流通道116的流出部分并经由出口124借助一系列压差被引导。在一些其它实施例中，在(一个或多个)测试区域118处测试之后，体液样本可以通过一种或多种合适的物理力被朝着出口124引导。例如，体液样本可以通过重力、毛细作用、用户的运动等经由出口124排出。
如图2A和2B中所示，样本处置设备110包括测试区域118A和118B。虽然图示为具有两个测试区域118A和118B，但在一些其它实施例中，样本处置设备110可以包括沿着流通道116定义的任何合适数量的测试区域。例如，在一些实施方式中，样本处置设备110可以包括在流通道116的指定部分处定义的一个、两个、三个或更多个测试区域，使得在样本收集区域112处收集的体液可以经由进入端口114被引导并且通过一个或多个测试区域以进行顺序或并行处理，如本文所述。在一些实施例中，(一个或多个)测试区域118可以与流通道116分开但流体耦合。在一些实施例中，(一个或多个)测试区域118可以被定义为流通道116的一部分。例如，流通道116可以包括由作为第三部分的(一个或多个)测试区域118分开的流入部分和流出部分。(一个或多个)测试区域118可以被构造为与流通道116中的体液流相交。在一些实施例中，(一个或多个)测试区域118可以被构造为定义在被测试时足以容纳体液样本的一部分的体积。如前所述，在一些实施例中，测试区域118A和118B可以分开已知距离DD，该已知距离DD可以在SH设备110的制造期间被实现为在指定容限内。
样本处置设备110的(一个或多个)测试区域118可以包括电极的集合120。在一些实施例中，电极120可以包括被配置为向样本处置设备110中包括的一个或多个组件(例如，一个或多个传感器，诸如温度传感器等)供电和/或将来自一个或多个组件的信号携带到样本处理设备(例如，通过温度传感器报告温度测量值的信号)的电极。
电极的集合120可以包括激发电极和感测电极。在一些实施例中，电极的集合120中的每个电极可以被配置为用作或者激发电极或者感测电极。在一些实施例中，电极的集合120可以包括被指定为将激发信号递送到(一个或多个)测试区域118处的体液的样本的一部分的激发电极，以及被指定为响应于激发信号的施加而感测来自体液的样本的响应信号的感测电极。电极的集合可以包括被配置为与本文描述的样本处理设备的一部分交互的终端(由图2B中的电极120A和120B的圆形部分指示)，以及被配置为与在一个或多个测试区域118处的样本流体的一部分交互的样本端。
在一些实施例中，例如，激发电极可以被配置为在终端接收来自电源的激发信号并且在样本端将激发信号递送至用流通道引导并指引到测试区域118的体液样本的部分。再举一个示例。感测电极可以被配置为在与测试区域118处的体液样本的一部分接口的样本端处接收从测试区域118处的体液样本部分发射的响应信号并且将接收到的响应信号递送到与样本处理设备的一部分接口的终端，使得响应信号可由处理器适当地处理和/或分析，和/或存储在与样本处理设备相关联的存储器中。在一些实施例中，样本处理设备可以被配置为接收来自与两个或更多个测试区域118相关联的电极120的响应信号，使得可以比较来自两个或更多个测试区域118A和118B中的每一个的响应信号以确定样本体液的特性。
电极的集合120可以包括与电信号和/或电力的供应接口连接的终端，例如在与用于与样本处理设备130电耦合的连接器125的电接口处，如本文所述。电极的集合120可以包括样本端，该样本端被形成为在一个或多个测试区域118处与流通道116相交并且被配置为与流过(一个或多个)测试区域118的体液的样本接口。电极的集合120可以包括任何合适数量的电极，并且每个电极的样本端可以被配置为将激发信号递送到待测试的体液的样本(例如，作为电流递送电极)，或者感测来自用激发信号测试的体液的样本的响应信号(例如，作为电压感测电极)。
在样本处理设备的不同实施例中，电极的数量可以在考虑参数的情况下适当优化，参数诸如是激发信号的有效递送所需的电极的数量、从被测体液的样本获得的响应信号中预定信噪比所需的电极的数量、适于满足预定形状因数或结构和/或功能限制的电极的数量等。例如，在一些实施例中，电极的集合可以包括四个电极，其中两个被配置为以测试电流信号的形式递送激发信号，其中两个被分配为记录施加测试电流信号之后来自体液的样本的响应电压。作为示例，电极120可以被配置为四极阻抗单元格。作为另一个示例，在一些其它实施例中，电极的集合可以包括两个电极，其中一个被配置为递送激发信号，另一个被配置为从被测体液的样本读取电压，从该电压可以计算阻抗。在一些情况下，感测电极可以是阻抗电极，其被配置为响应于激发信号的施加(例如电流的施加)而直接感测阻抗。例如，电极120可以被配置为双极阻抗单元格。
在一些实施例中，一个或多个电极可以在多个测试区域之间共享。例如，在一些实施例中，被配置为递送电流的激发电极可以在两个或更多个测试区域118之间共享，其中共享的激发电极可以具有与耦合到样本处理设备130的连接器125接口的单个终端，并且两个或更多个样本端部署在两个或更多个测试区域118处(图2B中未示出)。
在一些情况下，与两个或更多个测试区域118相关联的电极118之间的距离可以用于确定样本体液的特性。例如，与来自每个测试区域118的响应信号相关联的阻抗可以被用于评估样本体液的流率和/或体积流率。在一些情况下，模式识别方法可以被用于将在第一测试区域118A处测得的来自与体液的一部分的交互的第一响应(和/或阻抗)与在后续测试区域118B处测得的响应(和/或阻抗)相比较，以识别体液样本的引起第一响应的相同部分。在一些情况下，在沿着流通道116的已知距离DD处测量第一测试区域118A处的第一响应的时间与测量后续测试区域118B处的后续响应的时间之间的时间延迟可以被用于使用合适的方法和/或算法确定体液的样本的线性流率和/或体积流率。根据样本体液的体积流率，可以估计或推断样本体液的分泌或表达的速率(例如，出汗的速率)。在一些实施例中，激发信号可以是用于测试电极120或SH设备110的其它组件和/或SH设备110包括在其中的样本分析系统(例如，连接器、样本处理设备等)的测试电流信号。
在一些实施例中，电极120被配置为使得测试电流信号为直流电流的形式。在一些实施例中，电极被配置为使得施加的测试电流信号是交流电流(AC)的形式。在使用交流电流的实施例中，电极120可以被配置为使得电极经历的测试电流信号的交替极性允许体液样本的盐度对电极的影响的部分逆转。因此，使用AC进行激发可以帮助防止测试区域中电极的电界面的快速腐蚀或电离，否则这可以是直流激发信号的结果。在一些实施例中，电极120中的一个或多个可以具有碳涂层以减少被测试体液的腐蚀作用。在一些实施例中，电极可以电容耦合或AC耦合到电子器件，使得没有DC可以流过样本，从而降低腐蚀或电离的风险。
在一些实施例中，电极120可以被配置为检测体液样本中一种或多种离子的存在。例如，在一些实施例中，电极120可以被配置为检测初始体液体积的一部分中Na+、Cl-、Ca2+、K+或Mg2+离子中的一种或多种的存在和/或量化其量。
在一些实施例中，例如，用于形成电极(例如，经由丝网印刷)的导电墨水的组成可以被优化以执行特定的检测和/或保护功能。在一些实施例中，电极可以涂覆有材料，该材料可以用作针对特定分析物的键合剂，该特定分析物可能存在于待分析的样本体液中。例如，电极可以涂覆有用于键合和/或检测特定分析物的存在的特定功能化材料，使得可以确定特定分析物的存在和/或浓度。作为示例，涂层使用导电墨水制成，导电墨水可以是最适合检测离子的银/氯化银合金。在一些实施例中，导电墨水的不同成分可以被用于促进特定目标离子的检测。在一些实施例中，功能化涂层可以使电极针对特定分析物(例如，Na+)与其它分析物(例如，K+、Cl-等)分开而优化。虽然参考检测离子的存在进行描述，但本文所述的系统、设备和方法可以同样适合和/或用于检测和/或量化体液样本中分析物的存在。例如，可以检测和/或量化乳糖、葡萄糖等的存在。
在一些实施例中，样本处置设备110可以可选地包括一个或多个温度传感器140。温度传感器140可以适当地位于一个或多个测试区域118处或附近并且被配置为使得温度传感器140可以记录在一个或多个测试区域118处被测试的体液样本的温度。在一些实施方式中，温度传感器140可以被定位成在一个或多个测试区域118中的测试期间监视和测量体液样本的温度。温度传感器140可以是能够适当地邻近测试区域118适当地定位并且用于测量体液样本的温度的任何合适的温度感测设备。例如，温度传感器140可以是热敏电阻或热敏电阻组件。在一些实施例中，样本处置设备110可以包括附加的传感器(未示出)以记录环境条件。例如，样本处置设备110可以包括温度传感器以测量用户的皮肤温度和/或环境空气温度。在一些实施例中，样本处置设备110和/或与其耦合的样本处理设备可以包括任何数量的附加传感器以感测压力、湿度等。
在使用中，样本处置设备110被定位在用户的身体表面上以收集和引导体液用于测试和分析，以确定用户和/或他/她的健康的物理状态。例如，样本处置设备110可以定位在参加体育赛事的运动员的手臂上以收集和测试用户的汗水并分析收集的汗水的盐度，从中可以确定用户的水合状态、电解质损失和出汗率。汗液被收集在样本处置设备110的样本收集区域112中并且被连续地引导通过进入端口114到达流通道116。在一些情况下，样本收集区域112中包括的间隔器部分可以占据样本收集区域112内的空间并减少需要收集的体液样本量以促使或开始体液经由流通道116流动。流通道116的部分被构造为将收集的汗液以连续的流速指引到(一个或多个)测试区域118，在测试区域118中汗液与电极120的集合交互。经由电极120的集合中的一个或多个电极(电流输送电极)将激发或测试电流信号递送到测试区域118中的样本汗液。由汗液样本响应于激发或测试电流信号而生成的响应电压由一个或多个电极(电压感测电极，不同于电流递送电极)从电极120的集合读取。在一些情况下，可以递送激发或测试电流信号，并且可以以连续的方式读取响应电压。从汗液样本读取的电压被用于计算与汗液样本相关联的阻抗，并且阻抗可以与汗液盐度的量化或测量以及用户的其它生理信息相关联。因此，可以在一段时间内连续测试用户的汗液，并且可以将用户汗液的盐度测量与当用户从事一项活动时一段时间内水合电解质损失程度和用户的出汗率的连续测量相关联。
样本分析系统示例
图3是根据实施例的样本分析系统100的示意图。SA系统包括如上所述经由连接器125彼此耦合的样本处置设备110(在本文中也称为SH设备)和样本处理设备130(在本文中也称为SP设备)。在一些实施例中，连接器125可以与样本处置设备110和/或样本处理设备130永久地连接或可移除。在一些情况下，样本分析系统100可以被配置为结合可穿戴设备145(例如，智能手表、腕带里程计、活动跟踪器、心率监视器等，其可以是商业上可获得的(例如，可从
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Apple
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获得的设备))。虽然SA系统100在图3中被图示为包括样本处理设备130并耦合到可穿戴设备145，但在一些实施方式中，样本处置设备110可以直接耦合到或连接到可穿戴设备145而不要求样本处理设备130。
在一些实施方式中，SA系统100可以可选地包括和/或被配置为与可以是存储在存储器中并由处理器执行的指令的伴随应用147一起工作。在一些实施例中，伴随应用147可以在远程设备(例如，智能电话、平板电脑、计算机等)中执行。伴随应用147可以被配置为从SH设备110和/或样本处理设备130和/或可选的可穿戴设备145接收数据，并为用户执行附加分析和/或生成数据报告。伴随应用147的示例实施方式在图23中示出。
连接器125可以是机械连接器，其被配置为将样本处置设备110与样本处理设备130接合、耦合和/或连接。在一些情况下，连接器125可以被配置为与样本处置设备110的部分接合，使得样本处置设备110可以在被用户穿戴之前安装在样本处理设备130上。在一些实施例中，样本处理设备130可以被构造为耐用的多次使用设备，并且样本处置设备110可以被构造为一次性设备，其可以安装和/或连接到样本处理设备以用于使用期(例如，活动期)并被丢弃以便被另一个样本处置设备110更换。连接器125可以被配置为使得它允许容易地移除和更换样本处置设备110。除了物理连接之外，连接器125还可以包括合适的电连接的集合以将样本处置设备110电耦合到样本处理设备130。例如，连接器可以是弹簧针或柔性触点的形式，它们可以被接合以在样本处置设备110机械耦合到样本处理设备130时提供电连接，例如使用卡环界面。虽然被描述为被配置为将样本处置设备110与样本处理设备130连接，但在一些实施例中，样本处置设备110可以直接安装到可穿戴设备145上，连接器125可以被配置为接合、耦合和/或将样本处置设备110与可穿戴设备145连接。
样本处置设备130可以具有合适的形状因数以在进行剧烈的活动时由用户容易地穿戴，使得样本处置设备110可以与用户的身体(例如，用户皮肤的一部分)适当地对接。样本处理设备130可以包括处理器132、存储器136、通信器138和显示器142。
处理器132可以是例如基于硬件的集成电路(IC)或被配置为运行和/或执行指令集或代码的任何其它合适的处理设备。例如，处理器132可以是通用处理器、微处理器、中央处理单元(CPU)、微控制器、加速处理单元(APU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、可编程逻辑控制器(PLC)等。处理器132通过系统总线(例如，地址总线、数据总线和/或控制总线)可操作地耦合到存储器136。处理器132可以被配置为执行功能的集合以近乎瞬时地或实时地测试、测量和分析由样本处置设备收集的样本体液的特性。例如，处理器132可以被配置为生成激发信号的集合以探测体液样本、提供关于经由样本处置设备110中的电极递送激发信号的指令、接收从由样本处置设备110中的电极读取的体液样本获得的响应信号，并解释响应信号以确定样本体液的特性，进而指示用户的物理状态。在一些实施例中，处理器132还可以被配置为执行附加功能，诸如经由显示器142向用户指示关于所分析的样本体液的特性和/或测试时用户的状态的相关信息。在一些实施例中，处理器132还可以被配置为将信号的集合、解释和/或分析结果传输到远程计算设备以供进一步处理，如本文所述。
样本处理设备130的存储器136可以是例如随机存取存储器(RAM)、存储器缓冲器、便携式硬盘驱动器、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)等。存储器136可以存储例如用户数据以供以后使用/分析和/或一个或多个软件模块和/或代码，其可以包括使处理器132执行本文描述的一个或多个处理、功能等(例如，激发信号的生成、测试信号的递送、响应信号的读取和分析等)的指令。在一些实施方式中，存储器136可以是可以可操作地耦合到处理器132的便携式存储器(例如，闪存驱动器、便携式硬盘等)。在其它情况下，存储器的至少一部分可以与样本处理设备130远程操作耦合。例如，远程数据库服务器可以经由样本处理设备130可操作地耦合到样本分析系统100。
通信器138可以是可操作地耦合到处理器132和存储器136的硬件设备和/或由处理器132执行的存储在存储器136中的软件。通信器138可以是例如紧凑型网络接口卡(NIC)、Wi-Fi模块、
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模块、射频通信模块和/或任何其它合适的有线和/或无线通信设备。此外，通信器可以包括交换机、路由器、集线器和/或任何其它网络设备。通信器138可以被配置为将样本处理设备130连接到通信网络或一个或多个计算设备。在一些情况下，通信器138可以促进通过通信网络将文件和/或文件的集合接收和/或传输到一个或多个计算设备(例如，计算机、智能电话、远程数据库、服务器等)。
显示器142可以是低功率模块，其被配置为指示来自由样本分析系统100收集和测试的体液样本的分析的一个或多个结果。例如，显示器142可以被配置为具有背光图标的集合，其指示用户的水合状态，或者用户的水合增加的指示等。在一些实施例中，显示器142还可以被配置为包括与样本处理设备130或样本处置设备110相关的状况指示器。例如，显示器142可以被配置为提醒用户样本处置设备110需要更换或样本处理设备130需要充电。例如，样本处理设备130可以被配置为由一次性或可再充电电池电源单元供电。在包括可再充电电源的实施例中，样本处理设备130可以包括用于在插入电源插座时对电源单元再充电的适配。在一些实施例中，样本处理设备130可以包括指示充电状态的设备。
图4是根据实施例的由样本分析系统200处置的不同类型数据的示意图。样本分析系统200可以在形式和/或功能上与以上参考图3描述的样本分析系统100基本相似。例如，样本分析系统200可以包括与参考图2A和2B描述的样本处置设备110在形式和/或功能上基本相似的样本处理装置210。例如，样本处置设备210可以包括样本收集区域、接入端口、流通道、测试区域和电极的集合，如参考样本处置设备110所描述的。样本处置设备210可以被用于收集和分析样本体液，如上文参考样本处置设备110所描述的。样本分析系统200可以可选地包括在形式和/或功能上与上述样本处理设备130基本相似的样本处理设备230。例如，样本处理设备230可以包括处理器、存储器、通信器和显示器等。在一些实施方式中，如本文所述，样本分析系统200可以包括可穿戴设备(未示出)或可操作地耦合到样本处置系统210的远程设备(未示出)。
图4图示了由示例样本分析系统200使用和/或存储的数据的类型。本文所述的数据的部分可以部分和/或完全由样本处置设备210和/或样本处理设备230处置。例如，本文描述的数据的部分可以以任何合适的方式存储、使用和/或从样本处置设备210和/或样本处理设备230发送/接收。在一些实施方式中，数据可以由可操作地耦合到样本处置设备210和/或样本处理设备230的一个或多个远程设备和/或可穿戴设备来处置。数据可以包括由样本处置设备210收集、测量和/或计算的数据。数据还可以包括由样本处理设备230获得和/或计算的数据。在一些情况下，数据还可以包括由样本分析系统200接收的数据(例如，从远程源或外部设备接收的数据)。在一些实施方式中，数据可以包括由可操作地连接到SA系统200的伴随应用(图4中未示出)收集、测量和/或计算的数据。伴随应用(例如，参考图3描述的伴随应用147)可以被配置为从SH设备210和/或SP设备230和/或耦合到SH设备210/SP设备230或与其一起使用的任何远程设备/可穿戴设备接收数据。例如，伴随应用可以被配置为接收数据、执行计算、生成和/或报告附加的下游度量(例如，将汗液损失转换成出汗速率、将其与天气和/或用户生物特征信息相关联，等等)。
阻抗数据221可以包括来自由样本处置设备210收集的待分析的样本流体部分的阻抗的测量。在包括多于一个测试区域的实施例中，阻抗数据可以包括每个测试区域处的阻抗的测量。
在一些情况下，阻抗的测量可以作为时间的函数。流率数据223包括与由样本处置设备210分析的样本体液的流率计算相关的数据。在一些实施方式中，样本处置设备210被配置为使得来自两个或更多个测试区域的阻抗的测量可以被用于估计与被分析的样本体液相关联的流率，如本文所述。温度数据225包括在由温度传感器140测试期间对样本体液的温度的测量。在一些情况下，温度数据225可以包括由与样本分析系统200相关联的其它温度传感器进行的温度测量。例如，在一些情况下，温度数据225可以包括环境温度和/或用户的体温。在一些情况下，温度数据可以包括从外部源接收的天气信息。
用户数据227包括与特定用户和/或子组或用户相关联的任何数据。例如，在一些实施例中，样本分析系统200可以被配置为在使用实例中在定义的时间段内收集和分析来自用户的体液。样本分析系统200然后可以被同一用户重用以用于第二使用实例(例如，用不同的单次样本处置设备，或相同的可重用样本处置设备)。然后可以将样本分析系统200配置为跟踪同一用户对该系统的每次使用。在一些实施方式中，SA系统200可以存储与用户相关联的用户历史以被包括在用户数据227中。用户数据227还可以包括关于一个或多个用户的信息，包括人口统计信息、个人信息、识别信息、指示用户使用SA系统200的偏好的信息、用户活动简档等。
SA系统200被配置为处置附加数据229，附加数据229可以包括计算出的数据和用于执行计算的数据。例如，附加数据229可以包括在阻抗、渗透压、水合作用、流体损失、电解质损失、出汗速率、核心体温等的计算中涉及的数据。附加数据229可以包括用于基于其它变量执行测得的值的校正的数据。例如，附加数据229可以包括用于阻抗测量的基于温度的校正的数据。附加数据229可以包括基于对样本体液的分析做出的预测，包括在延长的时间段内的流体损失的预测、对身体的影响的预测、水合策略的预测或建议等。附加数据229可以包括在用户使用样本处置设备210期间瞬时或接近瞬时收集的数据(例如，瞬时流率、瞬时水合状态等)。附加数据229还可以包括在一段时间内收集的累积数据(例如，流体的累积损失、电解质的累积损失、流体和/或电解质的累积损失率等)。
附加数据229还可以包括分析报告或概要(例如，活动后概要)。在一些实施方式中，附加数据229包括与一个或多个用户、使用地理区域等相关的历史数据。附加数据229还可以包括人口数据，包括统计数据、与SA系统的用户的社交网络相关的数据、经由与SA系统一起使用的伴随应用使用或获得的数据，等等。在一些实施方式中，附加数据229包括产品推荐、性能指示、性能损伤测量、提议的恢复计划等。
图5A和5B图示了根据实施例的示例样本处置设备310。样本处置设备310在形式和/或功能上可以与以上分别参考图2A-2B和4描述的样本处置设备110和210基本相似。例如，样本处置设备310可以包括样本收集区域、接入端口、流通道、测试区域和电极的集合，如参考样本处置设备110所描述的。样本处置设备310可以以与于2019年11月13日提交的标题为“Wearable systems，devices，and methods for measure and analysis of bodyfluids”的国际申请No.PCT/US2019/061301('301申请)中描述的样本处置设备的实施例基本相似的方式来构造，该申请的公开内容特此通过引用明确并入，用于所有目的。
在一些实施例中，样本处置设备310可以被形成为包括一系列测试区域，包括电极的集合以测试和评估测试区域的最优放置，如图5A和5B中所示。由于测试区域318A、318B和318C的特定放置以及它们之间的已知间隔，这种实施例可以被用于测试各种距离以找到测试区域之间的最优距离。
图5C图示了示例样本分析系统300的分解视图，该示例样本分析系统300包括样本处置设备310'，其在结构和/或功能上可以与图5A和5B中描述和显示的样本处置设备310基本相似。根据实施例，样本分析系统300还包括样本处理设备330。如图所示，样本处理设备330包括壳体盖331、透明透镜333、显示掩模335、显示器342、PCB板341、壳体底部337、物理连接器325和电连接器(图5C中未示出)以连接到样本处置设备310。PCB板341的顶侧或远侧(远离样本处置设备310，和/或在使用系统300时远离用户身体)可以被配置为保持电源(例如，电池)和显示器连接器。近侧(更靠近样本处置设备310，和/或当系统300在使用中时更靠近用户的身体)可以包括弹簧针，其用作样本处理设备330和样本处置设备310之间的电连接器325。弹簧针(未示出)可以与样本处置设备310上的对应针垫接口，以进行操作性地耦合样本处理设备330和样本处置设备310必要的电连接，如以上参考样本分析系统100和/或200所描述的。在一些实施方式中，系统300可以包括如图5C中所指示的热塑性适配器环339，适配器环339被配置为将样本处理设备330的壳体附接到样本处置设备310。
图6示出了流程图，示出了使用包括样本处置设备和样本处理设备(例如，本文所述的那些)的样本分析系统的方法450。样本分析系统可以被用于在延长的时间段内以接近瞬时的实时速率和/或累积地收集、测试和分析体液(例如，汗液)的样本。在一些实施例中，样本分析系统可以与和本文描述的样本处置设备110、210和/或310中的任何一个一起工作的样本分析系统100、200和/或300中的任何一个相似和/或基本相同。
方法450包括在451处经由样本分析系统的样本处置设备收集体液的样本。在一些情况下，例如，体液源可以是汗液。随着样本处置设备的样本收集区域被填充到容量或当大量样本体液已被收集时，该方法包括，在452处，引导样本体液与第一电化学界面接触。在一些情况下，所收集的样本被连续地朝着电化学界面指引，随着新样本的不断收集而被测试和排出。例如，样本流体经由流通道被指引通过接入端口到达测试区域，在该测试区域中使样本体液与电极的集合的测试端接触。
方法450包括，在453处，经由第一激发电极在与第一电化学界面接触的样本体液上施加激发信号。激发信号可以是任何合适的信号(例如，直流和/或交流的脉冲)，具有任何合适的参数集以定义信号的激发(例如，量值、极性、持续时间等)。在一些实施方式中，激发信号经由包括在所使用的样本分析系统的样本处置设备中的电流输送电极的集合的测试端来输送。方法450还包括，在454处，响应于第一激发信号的施加而经由第一感测电极接收第一响应信号。样本分析系统可以被配置为在施加激发信号之后从样本体液接收响应信号(例如，近乎瞬时的响应信号)。例如，可以经由包括在所使用的样本处置设备中的电压感测电极的集合的测试端读取响应电压。
在一些实施方式中，如前所述，两个或更多个测试区域可以包括在沿着样本处置设备中的流通道的已知间隔处。样本体液的一部分被引导沿着流通道流动，在两个或更多个测试区域处的两个或更多个电化学界面可以被用于获得来自体液的样本的该部分的响应，基于该响应可以做出流率估计。因而，在一些情况下，方法450包括指引和使用包括第二激发电极和第二感测电极的示例第二测试区域以从在第一测试区域的第一电化学界面处测试的样本体液的部分获得第二响应信号的步骤455-457的可选集合(由虚线指示)。
在455处，方法450包括引导样本体液与例如在第二测试区域处的第二电化学界面接触。在456处，方法450包括经由第二激发电极在与第二电化学界面接触的样本体液上施加第二激发信号。如参考第一激发信号所描述的，第二激发信号可以是任何合适的信号(例如，直流和/或交流脉冲)，具有任何合适的参数集来定义激发信号(例如，量值，极性、持续时间等)。在一些情况下，第二激发信号可以与第一激发信号基本相似(例如，在量值、极性、持续时间等方面相似或相同)。在一些实施方式中，激发信号经由包括在所使用的样本分析系统的样本处置设备中的电流输送电极的第二集合的测试端来输送。
在457处，该方法包括响应于在第二电化学界面处施加第二激发信号而经由第二感测电极接收第二响应信号。
在一些实施方式中，一个或多个电流输送电极可以在两个或更多个测试区域处的两个或更多个电化学界面之间共享。例如，具有连接到激发信号源的单个终端(例如，经由电连接器与样本处理设备的一部分电连通的终端)的激发电极可以具有两个样本或测试端，它们位于两个测试区域的两个电化学界面处。因此，共享的激发电极例如可以从样本处理设备接收单个激发信号，并且将第一激发信号和第二激发信号(其可以与第一激发信号相同)同时施加到第一和第二测试区域的样本体液的部分上。
可以以连续方式施加第一和/或第二激发信号，同时样本体液被指引流过样本处置设备的流通道，使得可以预期样本体液的给定部分在第一时间点通过第一测试区域的第一电化学界面并在第二时间点通过第二测试区域的第二电化学界面，该第二时间点在第一时间点之后指定的持续时间或时间延迟发生。
第一和第二响应信号可以作为时间的函数被接收和分析。在一些实施方式中，可以在时域中分析第一和第二响应信号。在一些情况下，可以采用一个或多个算法(例如，模式识别算法、模板匹配算法等)来识别作为时间的函数的第一和第二响应中的特征，其可以被用于确定在第一电化学界面(例如，第一测试区域)处从样本体液的一部分获得第一响应的第一时间点和在第二电化学界面(例如，第二测试区域)处从样本体液的相同部分获得第二响应的第二时间点。
在一些实施方式中，可以进行一个或多个统计和/或分析过程以识别与样本体液的一部分相关联的第一和/或第二响应。在一些情况下，可以使用统计和/或机器学习工具来执行一个或多个过程，包括可以与样本处置设备相关联或与样本处理设备相关联构建的神经网络(例如，深度网络)。例如，过程可以包括检查作为时间的函数的第一和第二响应信号的离散时间窗。在一些情况下，过程可以包括计算第一响应信号的识别出的时间窗与第二响应信号的识别出的时间窗之间的互相关。在一些情况下，相关值的相对最大值(例如，相关值的局部最大值)的点可以被用于确定第一响应信号与第二响应信号之间的相对移位，基于此，可以计算第一时间点与第二时间点之间的持续时间或时间延迟。
在一些实施方式中，可以将第一和第二响应信号转换到相空间并分析最大相位对应关系以识别与样本体液的指定部分相关联的第一和/或第二响应。在一些实施方式中，到相空间的转换可以是计算和/或时间密集的。因此，样本分析系统可以被配置为检测使用状态并基于检测到的使用状态选择适当的计算方法。例如，当以有限的时间和/或处理能力检测到实时使用的状态时，可以采用确定使用最大相关性识别出的时间延迟的方法。当检测到活动后状态和/或当时间和/或处理能力不受限制时，可以采用基于相空间的计算。
在一些实施方式中，基于与第一电化学界面和第二电化学界面之间的已知间隔相关联的体积的计算，以及基于计算出的流过第一电化学界面和第二电化学界面的样本体液的一部分之间的持续时间或时间延迟，可以估计与被分析的样本体液相关联的体积流率。
在458处，方法450包括将样本体液指引到出口端口以被排放到环境中。在一些实施方式中，样本体液的排出可以提供来自留在流通道内的体液流动的推动力(例如，经由生成被配置为将更多流体抽向出口端口的压力差)。
在一些实施方式中，如前所述，样本分析系统的样本处置设备可以被配置为连续收集样本或体液的体积并将其指引到一个或多个测试区域、测试样本的部分并排出样本以便为下一个样本腾出空间。因此，如方法450中步骤458和451之间的循环所指示的，可以对多个样本重复执行方法450，从而提供来自测试和分析的间歇或连续结果。样本分析系统可以被配置为使得收集足以进行测试的体液样本所花费的时间、将流体指引到测试区域并测试样本所花费的时间、以及分析测试结果和排出样本所花费的时间可以根据需要减少以适合用户的需要。在一些情况下，可以对样本处置设备的一个或多个部分进行调整以形成一系列具有不同响应率的样本处置设备，使得不同的用户可以获得具有个性化样本处置设备和/或个性化样本处理设备的客户定制的或个性化的样本分析系统。在一些实施例中，可以存储、保留和/或显示来自不同用户(例如，团队)的数据以监视多个用户的水合程度、电解质损失和/或出汗率。在一些情况下，用户可以根据他们可能从事的活动类型或他们可能需要的样本分析量或速率来选择合适的样本分析系统。
例如，与由具有很少出汗的用户使用的样本处置设备相比，具有较高出汗史的用户可以使用包括具有适当较小的开口的样本收集区域的样本处置设备，以覆盖汗腺的较小部分。在一些情况下，需要更高样本分析速率的高表现运动员可以使用具有较小流体容量的样本收集区域域的样本处置设备，使得当高表现运动员用户从事活动时使用样本分析系统时更频繁地测试较少量的汗液。
在一些情况下，样本处理设备可以被个性化以存储和保留来自用户的物理状态或健康分析的结果的历史以供样本分析系统的未来使用。在一些实施例中，样本分析系统可以被配置为在预定的间歇期之后从样本处理设备的存储器向远程设备输出收集的数据和/或分析的集合。例如，在一些实施方式中，样本分析系统可以在样本处置设备的每次改变或更换时将数据和/或分析结果导出至可穿戴设备或智能电话。在一些实施例中，导出的数据可以被保留和记录，并且与标记给用户的合适标识符相关联。然后，与用户相关联的数据可以被用于绘制用户的物理状态、健康、表现等的进展情况，并在一些情况下用于在个人用户进行计划活动之前预测他们的物理/健康状态。在一些实施方式中，样本分析系统可以包括在远程服务器或计算设备上运行的远程应用以向用户提供计划，例如可能最适合用户的水合策略，诸如，表演运动员在计划进行重要的体育赛事时。远程应用可以包括预测算法，这些算法可以被用于制定战略计划以补充水分、维持电解质平衡等。
如前所述，本文所述的样本分析系统和/或样本处置设备可以与诸如智能手表、里程表、GPS系统等的可穿戴设备集成。在一些情况下，当包括样本处理设备的样本分析系统与可穿戴设备集成时，样本处理设备可以包括接口元件以与样本处置设备物理和电连接。样本处理设备可以执行诸如提供关于激发信号的传递的指令、以测试电流的形式向电极的端子提供激发信号、接收经由电极从待测试的样本获得的响应信号之类的功能。样本处理设备可以包括分析响应信号和/或将数据传送到远程计算设备等所需的电子器件。例如，电子器件可以用唯一的分析代码编程以解释所收集的读数。经解释的读数可以被输出到样本处理设备的显示器，以向穿戴者提供关于出汗速率和整体水合状况的信息。在样本处置设备可以直接与可穿戴设备接口的情况下，可穿戴设备可以被配置为直接与样本处置设备物理和电接合并执行如提供指令、提供激发信号、接收和分析响应信号等功能。可穿戴设备中包括的电子器件可以被用于执行具有独特分析代码的程序，以解释所收集的读数。经解释的读数可以被输出到可穿戴设备的显示器或与远程计算设备(例如，智能电话)相关联的显示器，以向穿戴者提供关于出汗速率和整体水合状况的信息。
图7是描述根据实施例的使用样本处置设备计算用户的出汗率的示例方法550的流程图。方法550包括，在551处，在第一时间点接收从从用户收集并且与设备(例如，样本处置设备110、210和/或310)的第一电化学界面接触的样本体液获得的第一响应信号。方法550包括，在552处，在第二时间点接收从与距离设备的第一电化学界面已知距离的第二电化学界面接触的样本体液获得的第二响应信号。第二时间点可以在第一时间点之后。如上面参考上述方法450所描述的，第一响应信号和第二响应信号可以响应于分别在第一电化学界面处施加第一激发信号和在第二电化学界面处施加第二激发信号而获得。
在553处，方法550包括基于第一响应信号、第二响应信号和已知距离来计算样本体液通过样本处置设备的流率。例如，可以通过估计通过第一测试区域处的第一电化学界面的样本体液的一部分与通过模式识别、模板匹配、确定时域信号中的最大互相关、确定相空间中的最大相位相关等确定的样本体液的相同部分之间的时间延迟来计算线性流率，如上所述。体积流率可以通过将体液样本正在通过的流通道部分的已知体积应用于从第一测试区域在第一电化学界面处接收到的响应与在第二测试区域的第二电化学界面处接收到的对应的第二响应信号之间计算出的持续时间或时间延迟来计算。在一些情况下，测得的流率可以经由使用经校准的注射泵对照已知的体积流率进行验证。在一些实施方式中，计算出的样本体液的部分的流率可以被用于确定在用户身体的一部分处的体液的局部表达或分泌速率。例如，在一些情况下，计算出的样本体液的部分的流率可以被用于确定用户身体在用户穿戴设备的部分(例如，手臂、胸部、腹部等)处的局部出汗率。例如，正在使用的SH设备的开口(例如，开口122)的尺寸、进入端口(例如，进入端口114)的尺寸、样本收集区域(例如，样本收集区域112)的尺寸和/或流通道(例如，流通道116)的尺寸的已知值可以被用于从计算出的样本体液的部分的流率外推，以确定用户身体在用户穿戴设备的部分处的局部出汗率。
在一些情况下，方法550包括，在554处，接收与用户相关的信息和/或与设备相关的信息。与用户相关的信息可以包括例如与用户相关联的生物统计/传记数据(例如，身高、体重、BMI、性别、年龄、种族等)。在一些情况下，与用户相关的信息可以包括例如生理数据，包括心率、呼吸率、温度等。在一些情况下，与用户相关的信息可以包括用户活动的地理位置、海拔、气压、环境天气条件、季节变化等。与设备相关的信息可以包括与所使用的SH设备相关联的信息，诸如收集参数(例如，与样本收集区域相关联的维度、与进入端口相关联的维度、与设备相关联的制造信息(例如，设备类型(例如，一次性/可重用)型号、批次、识别标记等)、设备的使用情况(例如，使用的时间、使用的持续时间等)。
在555处，方法550包括基于通过设备的流率和信息来计算用户的出汗率。例如，基于与设备相关的信息(例如，收集体积、在其上收集体液的面积、在其上放置样本处置设备以收集体液的身体区域等)并基于计算出的通过样本处置设备的体液的流率，可以计算体液的局部分泌或表达速率。局部分泌速率可以与穿戴设备的身体部位(例如，前臂、上臂、手背、胸部、背部、腹部等)相关联。
作为示例，基于样本处置设备中收集的汗液的流率，并且基于由入口端口和/或尺寸(例如，12mm直径)和/或样本处置设备的收集区域的体积限定的区域，在本文中也称为局部出汗率(rate of perspiration)的局部出汗速率(sweat rate)可以针对在使用期间从其收集汗液的用户身体部分计算。在一些实施方式中，局部流体损失信息可以被用于外推用户的全身出汗率。基于与用户相关的信息(例如，用户的体表、身高、体重、种族、民族、饮食、健身等)，可以外推局部出汗率以获得全身出汗率的全身出汗速率。在一些情况下，测得的全身出汗率可以经由使用经校准的注射泵对照已知的估计出汗率的方法(例如，经由使用
Figure GDA0003968874210000381
技术)进行验证。
在一些情况下，用户行为信息(例如，活动、活动的速度、活动的强度、所涉及的努力的百分比、VO2最大值等)用于计算在活动的整个过程中与全身出汗率相关联的改变(例如，出汗速率随强度、努力等的改变而变化)。在一些实施方式中，可以使用全身出汗和从其它来源获得的其它相关数据进行进一步的计算。例如，环境信息(例如，热量、湿度、云量、风、海拔等)可以从一个或多个来源(例如，远程设备、可穿戴设备等)获得并基于全身出汗和环境信息，SA系统可以被用于计算全身出汗率随环境因素及其改变的变化。在一些实施方式中，本文描述的方法和/或系统可以被用于生成可以用于向用户提供预测性和/或预期性指导的预测性模型。作为示例，在一些实施方式中，全身出汗率、核心体温、行为信息和环境信息可以被用于计算用户对这些因素的敏感度并基于这些变量创建用户的出汗速率的敏感度模型。基于针对预测的持续时间及其活动强度的预测的环境信息(例如，温度、湿度、海拔、风、云量等)，该信息和计算出的值可以被用于为那个个人用户在未来预测位置处生成全身出汗率的预测性模型。
图8是描述根据实施例的使用样本处置设备估计用户的水合状态的示例方法650的流程图。方法650包括，在651处，接收在一段时间内在多个时间点测得的用户的全身出汗率。出汗率可以是分别使用图6和7中描述的方法450和/或方法550测得的全身出汗率。方法650还包括，在652处，接收与用户和/或用户的行为相关的信息。例如，与用户相关的信息可以包括生物特征、传记和/或生理信息。与行为相关的信息的示例可以包括与在全身出汗率的测量期间用户的起始体重和/或用户的液体摄入量相关的信息。在653处，该方法包括基于时间段内的全身出汗率以及与用户的生理和/或行为相关的信息来计算用户在该时间段内的水合状态。例如，基于在指定时间段内对全身出汗率的测量，样本分析系统可以计算用户发生的累积流体损失。在一些实施方式中，累积流体损失可以通过计算指定时间段内的全身出汗率的时间积分来估计，该时间积分被认为是时间的函数。在一些情况下，用户遭受的累积流体损失的计算可以通过其它独立方法来验证，诸如通过测量从指定时间段的开始到结束的体重改变。在一段时间内测得的累积流体损失可以与用户的起始体重一起计算，并且通过考虑在指定时间段内的任何液体摄入量，用户的净水合状态可以被估计为体重的百分比变化。
在一些实施方式中，阻抗的测量可以对温度敏感。可以期望使用本文描述的样本处置设备来校正或调整从样本体液中获取的阻抗测量。图9是描述根据实施例的使用样本处置设备估计阻抗的温度调整的测量的示例方法750的流程图。
在751处，方法750包括接收与从用户收集的样本体液相关联的温度。在752处，该方法包括接收在第一时间点并从与设备的第一电化学界面接触的样本体液获得的第一响应信号。温度可以是在测量与样本处置设备的电化学界面处的样本体液相关联的阻抗期间使用与样本处置设备相关联的温度传感器(例如，样本处置设备110的温度传感器140)进行的与用户相关联的温度测量(例如，皮肤温度)，如本文所述。
在753处，方法750包括基于第一响应信号和温度计算第一阻抗测量。可以使用适于确定校正量的合适的基于温度的校正算法来校正第一阻抗测量的温度。在一些情况下，阻抗测量和/或温度校正的阻抗测量可以使用涉及盲测温度扫掠研究的测试运行来验证，其中阻抗测量使用独立方法例如使用固定电阻器进行。
在754处，方法750包括接收在第二时间点从与在距设备的第一电化学界面已知距离处的第二电化学界面接触的样本体液获得的第二响应信号。在755处，如之前参考第一响应信号所描述的，该方法涉及基于第二响应信号和温度计算第二阻抗测量。第二阻抗测量可以是使用上述基于温度的校正算法的温度校正的测量。
在756处，方法750包括基于针对温度校正的第一阻抗测量和第二阻抗测量计算第一渗透压和第二渗透压。在一些实施方式中，样本分析系统可以被配置为生成相关曲线，该相关曲线可以被用于产生算法公式以将温度校正的阻抗测量值转换成渗透压。
在757处，方法750包括基于第一响应信号、第二响应信号和已知距离计算样本体液通过设备的流率。流率的计算可以类似于上述方法450和/或550。在758处，该方法涉及基于第一渗透压、第二渗透压和流率计算累积电解质损失的测量。累积电解质损失的测量可以基于由方法550和/或650描述的测量累积流体损失的方法。例如，一段时间内的瞬时电解质损失和样本体液的流率可以被用于计算累积电解质损失，该累积电解质损失可以由瞬时电解质损失的时间积分定义。
如前所述，在759处，样本分析系统可以接收与用户的生理和/或行为相关的信息，并且在760处，该方法包括基于累积电解质损失和信息计算用户的物理状态/健康。在一些情况下，方法750包括基于累积电解质损失和信息计算用户的健康状态。
在一些情况下，本文所述的样本处置设备和/或样本分析系统可以被用于基于使用样本处置设备进行的一个或多个温度测量来确定用户的核心体温。图10是描述根据实施例的使用样本处置设备计算用户的核心体温的示例方法850的流程图。在851处，方法850包括接收与从用户收集的样本体液相关联的温度。在852处，该方法包括接收在一段时间内在多个时间点测得的用户的出汗率。在853处，方法850包括接收与用户相关的信息和/或与用户的行为相关的信息。例如，与用户相关的信息可以包括生物特征、传记和/或生理信息。与行为相关的信息的示例可以包括与用户在测量期间进行的活动相关的信息(例如，经由从用户穿戴的加速度计获得的测量结果)、用户在测量期间消耗的能量，等等。与行为相关的信息的另一个示例可以包括在测量全身出汗率期间用户的液体摄入量。但是，在一些实施方式中，方法850可以使用在852处获得的出汗率作为与用户活动相关的信息的代理，并且不要求与在853处的用户活动相关的附加信息。
在854处，方法850包括基于温度和出汗率计算在该时间段内用户的核心体温。在一些实施方式中，样本分析系统可以使用经验证的出汗速率数据和/或使用所涉及的活动水平的指示来确定血液流率。所进行的温度测量可以是用户的皮肤温度测量。在一些实施方式中，核心体温的确定可以基于考虑作为血流的函数的从核心到四肢(例如，皮肤)的温度变化。在一些情况下，计算出的核心体温可以经由独立的方法进行验证，诸如使用时间温度计。
图11是根据实施例的示例图，示出了在一段时间内使用示例SA系统测量和分析的样本体液的阻抗和流率的测量。曲线指示在20分钟的时段内并在两个电化学界面(例如，在测试区域)处测得的阻抗值。阶梯图指示体液通过样本处置设备的总流率。在一些情况下，如图所示，在两个阻抗图之间测得的相移与通过SA系统的流率成反比。
图12是根据实施例的示例图，示出了使用示例SA系统对受试者预测的体液损失水平的验证。深色条指示实际全身估计的失水量，并且浅色条指示与实际值相比的预测的质量。
图13是根据实施例的示例图，示出了与使用示例SA系统测得的体液相关联的阻抗测量的验证。该图在x轴上示出了使用固定电阻器进行的阻抗测量，相对于y轴上使用来自使用如本文所述的样本处置设备的预测进行的阻抗测量绘制，指示预测的与实际阻抗测量之间的密切相似性和/或线性关系，用直线拟合。
图14进一步指示测量误差的图，通过使用独立手段比较预测的值与实际测量来估计。图14是示例图，示出了作为实际阻抗测量的函数的测量误差，以验证示例SA系统的使用。根据实施例，测量误差可以与使用示例SA系统进行的体液的阻抗测量相关联。
图15是根据实施例的示例图，示出了与测试流体(具有固定的渗透压)相关联的阻抗和温度的测试测量，该测试流体在温度的受控变化下经由使用示例SA系统实现温度扫描来测量。该图指示温度扫掠1561和与温度扫掠1561所指示的温度改变相关的测量阻抗1562的改变。
图16是根据实施例的示例图，示出了与已知渗透压的测试流体的温度测量和测得的阻抗之间的关系相关的数据，这是使用示例SA系统计算的。例如，在一些实施方式中，可以使用使用样本处置设备和/或其它测量如来自样本体液的阻抗的特性的独立方法收集的数据来建立数学模型。在一些实施方式中，数学模型可以由与用于将模型拟合到数据的拟合曲线相关联的表示(例如，方程)来表示。在一些情况下，可以在受控条件下的测试运行期间收集数据，例如参考图15描述的温度扫掠。
图17是示例精度分析图，示出了从样本体液测得的阻抗与从实际测量获得的温度之间的关系。该图还示出了由水平线指示的阻抗的预测值，该预测基于使用如本文描述的样本处置设备进行的测量和/或来自数学模型的数据，诸如图16中所示的数据。更具体而言，该图示出了根据实施例在使用SA系统实现温度校正时发生的错误率仅为0.1775％。
图18是用于验证用于将阻抗测量转换成渗透压的转换方法的示例图。图18中的图示出了多种已知对照溶液(具有已知的重量渗透摩尔浓度和/或电解质含量)的渗透压与从用作由一些实施例的示例SA系统测试的样本流体的多种对照溶液获得的阻抗测量之间的关系。具体而言，图18中的图示出，根据如本文所述的实施例，在基于使用SA系统获得的阻抗测量的渗透压的计算中获得了97.29％的准确度。在一些情况下，所示的图可以被用作校准曲线以校准根据一些实施例的SA分析系统。几种这样的关系可以被用于使用用于校准曲线的适当公式和/或方程开发合适的数学模型，校准曲线可以被用于生成渗透压和阻抗之间的关系的模型。在图18中所示的示例曲线中，具有已知渗透压(即，电解质含量)的对照溶液被泵送通过测试样本分析系统的集合，该系统带有台式装置上的注射泵，使用几种不同的样本处理设备和几种不同的样本处置设备。如上所述，最佳拟合曲线示出97.3％的精度。用于获得曲线的方程可以用作将温度调整的阻抗转换成渗透压的算法。
图19是根据实施例的示例图，示出了在盲法渗透压测试期间使用SA系统从样本流体随时间获得的渗透压、温度和阻抗测量。该图示出了通过示例样本分析系统测量和计算的未加工阻抗测量和预测的渗透压数据，与来自具有已知渗透压的对照溶液的实际渗透压进行比较。用具有已知渗透压的对照溶液在台式装置上进行盲渗透压测试，并使用样本处置设备的集合记录未加工的阻抗值。使用收集的数据和开发的算法，将未加工的数据转换成温度校正的渗透压以获得测得的值。根据实施例，图19中的图示出了通过测试装置泵送的对照溶液的实际渗透压，以及使用SA系统预测/计算的渗透压值。下面的图20示出了上述测试的准确度为98.3％。
图20示出了根据实施例的示例图，示出了与测得的数据(例如，图19中所示的数据)相关联的平均绝对百分比误差(MAPE)值，该数据验证了SA系统预测的渗透压值，其中渗透压是使用独立方法测得的。实际的和预测的值产生1.7％(B)的平均绝对百分比误差(MAPE)，或98.3％的精度，如图20中所示。
图21A-D示出了汗液样本中的离子浓度(例如，[Na+]、[K+]、[Cl-])以及从执行低和中等水平活动的用户身体的多个位置获得的出汗速率的示例图。还示出了可以被用于确定样本处置设备的最优定位以用于获得期望的结果的离子浓度的识别出的水平或阈值(水平虚线)的指示。
图22是示出从执行低水平和中等水平活动的用户身体的多个位置获得的汗液样本中离子浓度的改变的示例表格。还示出了可以被用于确定样本处置设备的最优定位以用于获得期望结果的识别出的位置(方框)的指示。
图23示出了根据一些实施例的如本文所述的与样本处置设备一起使用的伴随应用的示例图。
结论
总之，本文描述的系统和方法用于体液样本的瞬时测量和分析以评估体液的特性和/或生理/健康参数(例如，水合程度、电解质流失、出汗速率等)。
虽然上面已经描述了各种实施例，但是应当理解的是，它们仅通过示例而非限制的方式呈现。在上述示意图和/或实施例指示以某些朝向或位置布置的某些组件的情况下，可以修改组件的布置。虽然已经具体地示出和描述了实施例，但是应该理解的是，可以在形式和细节上进行各种改变。虽然各种实施例已被描述为具有特定特征和/或组件的组合，但具有来自上述任何实施例的任何特征和/或组件的组合的其它实施例也是可能的。除了相互排斥的组合之外，本文描述的装置和/或方法的任何部分可以以任何组合进行组合。本文描述的实施例可以包括所描述的不同实施例的功能、组件和/或特征的各种组合和/或子组合。
在上述方法指示以特定次序发生的特定事件的情况下，可以修改特定事件的排序。此外，某些事件可以在可能的情况下在并行过程中并发地执行，以及如上所述顺序地执行。

Claims (21)

1.一种方法，包括：
在设备的样本收集区域中收集体液的样本；
将体液的样本的一部分从样本收集区域指引到包括激发电极和感测电极的第一电化学界面；
通过激发电极向第一电化学界面处的体液的样本的所述部分施加激发信号；
响应于施加激发信号而感测响应信号；以及
基于响应信号，测量与和体液的样本的所述部分相关的电化学特性的实例相关联的数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述电化学界面是第一电化学界面，所述激发电极是第一激发电极，所述感测电极是第一感测电极，所述激发信号是第一激发信号，所述响应信号是第一响应信号，所述电化学特性的实例是第一实例，并且测量电化学特性的第一实例在第一时间点完成，该方法还包括：
将体液的样本的所述部分从第一电化学界面指引到包括第二激发电极和第二感测电极的第二电化学界面；
通过第二激发电极向第二电化学界面处的体液的样本的所述部分施加第二激发信号；
响应于施加第二激发信号而感测第二响应信号；
基于第二响应信号并且在第一时间点之后的第二时间点，测量与和体液的样本的所述部分相关的电化学特性的第二实例相关联的数据；
将与电化学特性的第一实例相关联的数据与和电化学特性的第二实例相关联的数据进行比较；以及
基于该比较，确定体液的样本的所述部分的流的特性。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
获得与用户的生理相关联的信息；
基于与用户的生理相关联的信息或体液的样本的所述部分的流的特性中的至少一个，确定从中收集体液的样本的体液的源的特性。
4.如权利要求3所述的方法，其中体液的源是汗液，并且体液的源的特性是出汗率。
5.如权利要求1所述的方法，其中该方法还包括：
基于与和体液的样本的所述部分相关的电化学特性的实例相关联的数据，确定与体液的样本的所述部分相关联的渗透压；
获得与用户的生理相关联的信息；以及
基于渗透压和与用户的生理相关联的信息，计算与从中收集体液的样本的体液的源相关联的电解质含量。
6.如权利要求2所述的方法，还包括：
获得与用户的生理相关联的信息；
获得与用户的行为相关联的信息，该行为与流体摄入或流体流出有关；
基于与用户的生理相关联的信息、与用户的行为相关联的信息或体液的样本的所述部分的流的特性中的至少一个，确定用户的水合变化率。
7.如权利要求2所述的方法，其中体液的样本的所述部分的流的特性包括线性流率和体积流率中的至少一个。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
接收与体液的样本相关联的温度；以及
基于温度，计算与和体液的样本的所述部分相关的电化学特性的实例相关联的温度校正的数据。
9.如权利要求1所述的方法，电化学特性包括电压并且与电化学特性相关联的数据包括阻抗。
10.如权利要求2所述的方法，还包括：
接收与用户的身体相关联的温度；
获得与用户的生理相关联的信息；
基于温度、与用户的生理相关联的信息以及体液的样本的所述部分的流的特性，确定用户的核心体温。
11.如权利要求2所述的方法，其中第二激发电极与第一激发电极相同。
12.一种系统，包括：
存储器，存储指令的集合；
处理器，耦合到存储器，并被配置为执行存储在存储器中的指令；
处理器被配置为
在第一时间点接收从与和系统相关联的设备的第一电化学界面接触的来自用户的样本体液的第一部分获得的第一响应信号；
在第二时间点接收从与和系统相关联的设备的第二电化学界面接触的样本体液的第二部分获得的第二响应信号，
接收与第一电化学界面和第二电化学界面之间的距离相关的信息，该距离被样本体液的流经过；以及
基于第一响应信号、第二响应信号和距离，计算样本体液通过包括在设备中的流通道的流率。
13.如权利要求12所述的系统，处理器还被配置为
识别与第一响应信号相关联的第一特征；
识别与第二响应信号相关联的第二特征；
将第一特征与第二特征进行比较；
基于比较，确定体液的样本的第一部分与体液的样本的第二部分之间的相似性，流率的计算基于该相似性的确定。
14.如权利要求13所述的系统，其中特征包括相位。
15.如权利要求13所述的系统，处理器还被配置为：
测量第一特征与第二特征之间的协方差；
识别最大协方差的值；
将最大协方差的值与预定义的阈值进行比较；以及
确定第一特征与第二特征之间的相似性的测量。
16.如权利要求13所述的系统，其中样本体液包括汗液，所述处理器被配置为：
计算与第一响应信号相关联的第一阻抗，第一特征由第一阻抗定义；
计算与第二响应信号相关联的第二阻抗，第二特征由第二阻抗定义；以及
基于第一阻抗、第二阻抗和流率，计算用户的出汗率。
17.如权利要求16所述的系统，所述处理器还被配置为：
接收与体液的样本相关联的温度；
基于温度，计算温度校正的第一阻抗和温度校正的第二阻抗，出汗率是基于温度校正的第一阻抗和温度校正的第二阻抗计算的。
18.如权利要求16所述的系统，所述处理器还被配置为：
接收与用户的皮肤相关联的温度；
接收与用户的生理相关联的信息；
基于温度、与用户的生理相关联的信息以及出汗率，确定用户的核心体温。
19.如权利要求16所述的系统，所述处理器还被配置为：
接收与用户的生理相关联的信息；
基于与用户的生理相关联的信息和出汗率，确定用户的水合状态。
20.如权利要求16所述的系统，所述处理器还被配置为：
接收与用户的生理相关联的信息；
基于与用户的生理相关联的信息和出汗率，确定用户遭受的电解质损失。
21.一种装置，包括：
样本收集区域，具有入口并被配置为经由入口接收初始体积的体液；
进入端口，与样本收集区域流体连通；以及
流通道，与所述进入端口流体连通并且被配置为将所述初始体积的体液的一部分朝着电极的集合指引，
所述电极的集合包括激发电极和感测电极，所述激发电极被配置为将激发信号施加到所述初始体积的体液的所述部分，并且所述感测电极被配置为响应于所述激发信号而从所述初始体积的体液的所述部分接收响应信号，所述感测电极被配置为将所述响应信号传输到处理器以计算与所述初始体积的体液的所述部分相关联的阻抗。
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