CN116867426A - 用于测量血压的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了用于确定血压的设备和方法。在一个示例中，一种用于确定受试者的血压的设备包括：摄像头，该摄像头被配置成用于测量手指光电脉搏描记法(PPG)波形；加速度计，该加速度计被配置成用于测量设备相对于受试者的心脏的垂直高度；输出设备，该输出设备被配置成用于引导受试者在保持摄像头上的手指压力的同时举手以改变动脉的透壁压力；以及处理器，该处理器被配置成用于根据手指PPG波形和垂直高度来计算受试者的脉压，并在屏幕上显示该脉压。

Description

用于测量血压的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年1月8日提交的美国临时专利申请序列号第63/135,430号的优先权，该美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。

背景技术

高动脉血压(BP)困扰着许多人(例如，全世界大约三分之一的成年人)。虽然发病率往往随着年龄的增长而增加，但某些人可能会在成年早期就患上高血压(例如，大约五分之一的40岁以下的美国成年人患有高血压)。这种情况可能是无症状的，但对于给定的年龄，中风和心脏病的风险可能会随着血压的升高而单调增加。某些药物可以降低血压和心血管风险。然而，只有大约七分之三的高血压患者知道自己的病情，且七分之一的人的血压得到了控制。根据某些流行病学数据，高血压已成为导致伤残调整生命年损失的主要原因。

某些听诊和示波BP测量设备可用于管理高血压。然而，这些设备会导致高血压意识和控制率降低，至少部分原因是它们依赖于可充气袖带。基于袖带的设备并不容易获得，在资源匮乏环境中尤其如此。因此，人们定期检查他们的BP可能会不方便。例如为了避免临床中的白大褂和掩蔽效应(患者可能表现出比平时更高或更低的BP)并平均化随着时间的推移可能发生的BP的巨大变化(例如由于压力、身体活动和其他因素)，日常生活中的定期测量是可取的。如果可以使用更方便的设备测量BP，更多的人可以意识自己的病情或有动力服药。

因此，存在用更方便的仪器测量血压的方法和系统的机会。

发明内容

所公开的主题的目的和优点将在下文的描述中阐述，并且从下文的描述中显而易见，并将通过所公开的主题的实践而被了解到。所公开的主题的附加优点将通过在书面说明书及其权利要求书中具体指出以及从所附附图具体指出的设备来实现和获得。

为了实现这些和其他优点，并且根据所公开的主题的目的，如所体现和广泛描述的，所公开的主题提供了用于确定受试者的血压的设备和方法。一种用于确定受试者的血压的设备可以包括：力传感器，该力传感器被配置成用于测量手指压力；摄像头，该摄像头被配置成用于测量手指光电脉搏描记法(PPG)波形；屏幕，该屏幕被配置成用于显示视觉指示器以引导受试者将手指的侧面放置在摄像头和屏幕上以瞄准数字动脉，并且实时地显示手指压力，使得受试者可以均匀地将手指按压在摄像头和屏幕上以改变动脉的外部压力；以及处理器。处理器可以被配置成用于：构造示波图，该示波图可以是可变振幅血容积振荡相对于外部手指压力的函数；根据示波图计算受试者的血压；以及在屏幕上显示该血压。在非限制性实施例中，处理器可以被配置成用于在执行血压测量之前基于摄像头和屏幕上的不同手指放置来确定视觉指示器。

所公开的主题提供了一种用于确定受试者的血压的设备，该设备可以包括：皮肤接触面积传感器，该皮肤接触面积传感器被配置成用于测量手指面积；摄像头，该摄像头被配置成用于测量手指光电脉搏描记法(PPG)波形；屏幕，该屏幕被配置成用于显示视觉指示器以引导受试者将指尖放置在摄像头和屏幕上以瞄准横掌弓动脉，并且被配置成用于实时地显示手指压力以引导受试者将指尖均匀地按压在摄像头和屏幕上以改变动脉的外部压力；以及处理器。处理器可以被配置成用于：基于预定义的列线图将手指面积转换为手指压力；构造示波图，该示波图可以是可变振幅血容积振荡相对于外部手指压力的函数；根据示波图计算受试者的收缩血压和舒张血压；以及在屏幕上显示收缩血压和舒张血压。

如本文所体现的，列线图可以被配置成用于基于参数函数的选定的参数从手指面积确定手指力，并将所确定的手指力除以手指面积以确定手指压力。出于说明而非限制的目的，选定的参数可以基于受试者的指尖尺寸、单个袖带血压读数、或举手操纵来确定。如本文所体现的，受试者可以在手指按压期间将设备保持在心脏水平之上，这可以提供更精确的列线图，并且处理器可以被配置成用于使用设备与受试者心脏之间的垂直高度来将血压测量调整到心脏水平。

所公开的主题提供了一种用于确定受试者的血压的设备，该设备包括：摄像头，该摄像头被配置成用于测量手指光电脉搏描记法(PPG)波形；加速度计，该加速度计被配置成用于测量设备相对于受试者的心脏的垂直高度；输出设备，该输出设备被配置成用于引导受试者在保持摄像头上的手指压力的同时举手以改变动脉的透壁压力；以及处理器。处理器可以被配置成用于：根据手指PPG波形和垂直高度来计算受试者的脉压；以及在屏幕上显示脉压。

如本文所体现的，处理器可以进一步被配置成用于：引导受试者在摄像头上施加重手指压力；基于PPG波形的测得的AC值和/或测得的DC值以及在重手指压力期间的PPG测量来引导受试者改变手指压力水平；以及标识对应于血容积振荡接近最大时的手指压力。如本文所体现的，处理器可以进一步被配置成用于将举手期间的PPG波形与手指按压期间的PPG波形进行比较，以评估设备的精确度水平。

如本文所体现的，处理器可以被配置成用于构造移位的示波图，以将可变振幅血容积振荡与使用垂直高度测量的静液压变化相关联。脉压可以从移位的示波图计算。如本文所体现的，加速度计可以被配置成用于测量设备相对于心脏的垂直高度。出于说明而非限制的目的，处理器可以被配置成用于使用传递函数将脉压转换为肱动脉脉压。

所公开的主题提供了一种用于确定受试者的血压的设备，该设备包括：力传感器，该力传感器被配置成用于测量受试者的手指压力；PPG传感器，该PPG传感器被配置成用于测量受试者的手指PPG波形；气压传感器，该气压传感器被配置成用于测量设备相对于受试者的心脏的垂直高度；以及处理器。处理器可以被配置成用于：在将设备保持在心脏水平的同时，在手指按压期间期间和在不进行手指按压期间测量气压传感器的读数；使用气压传感器的读数将在手指按压期间测得的血压调整到心脏水平；以及在屏幕上显示受试者的经调整的血压。如本文所体现的，可以基于血液密度、重力和/或气压传感器的读数来调整血压。

所公开的主题提供了一种用于确定受试者的血压的设备，该设备包括：力传感器，该力传感器被配置成用于测量手指压力和手指压力振荡；视觉指示器，该视觉指示器用于引导受试者将指尖放置在力传感器上；屏幕，该屏幕被配置成用于实时地显示手指压力以引导受试者将手指按压在传感器上以改变下层动脉的外部压力；以及处理器。处理器可以被配置成用于：测量手指压力的AC分量和DC分量；标识具有最大振荡的AC手指压力脉冲和该最大振荡下的DC手指压力；基于具有最大振荡的AC手指压力脉冲和该最大振荡下的DC手指压力来确定受试者的血压；以及在屏幕上显示受试者的血压。

如本文所体现的，处理器可以被配置成用于基于受试者的指尖尺寸和/或受试者的单个袖带血压读数来确定血压。如本文所体现的，处理器可进一步配置成用于根据可变振幅手指压力脉冲振荡来计算舒张血压，并用于根据血压波形来计算收缩血压。

如本文所体现的，使用传递函数和回归方程将血压波形转换为肱动脉血压波形。出于说明而非限制的目的，该设备可进一步包括用于检测心脏水平处的血压的气压传感器。

所公开的主题提供了一种用于确定受试者的血压的设备，该设备包括：力传感器阵列，该力传感器阵列被配置成用于测量阵列的每个感测元件上的手指压力和手指压力脉冲；视觉指示器，该视觉指示器用于引导人员将受试者的指尖放置在传感器阵列上；屏幕，该屏幕被配置成用于实时地显示手指压力以引导受试者将指尖按压在传感器上以改变下层动脉的外部压力；以及处理器。处理器可以被配置成用于在阵列的每个感测元件处测量手指压力的AC分量和DC分量；根据该AC分量和DC分量确定受试者的血压；以及在屏幕上显示受试者的血压。

如本文所体现的，可以基于感测元件上的最大压力脉冲振荡和手指压力的DC分量来确定血压。出于说明而非限制的目的，处理器可以进一步被配置成用于基于AC分量和DC分量来生成手指血压波形，并使用传递函数和回归模型将血压波形转换为肱动脉血压波形。如本文所体现的，该设备可进一步包括用于检测心脏水平的血压的气压传感器。

所公开的主题提供了一种用于确定受试者的血压的设备，该设备包括：力传感器，该力传感器被配置成用于测量手指压力和手指压力脉冲；光电脉搏描记术(PPG)传感器，该光电脉搏描记术(PPG)传感器被配置成用于测量PPG波形；视觉指示器，该视觉指示器用于引导受试者将指尖放置在传感器上；屏幕，该屏幕被配置成用于实时地显示手指压力以引导受试者将指尖按压在传感器上以改变下层动脉的外部压力；以及处理器。处理器可以被配置成用于：测量手指压力的AC分量和DC分量、以及PPG波形，使用AC手指压力分量和PPG波形计算动脉顺应性曲线，使用动脉顺应性曲线计算受试者的血压，以及在屏幕上显示受试者的血压。

如本文所体现的，处理器可以进一步被配置成用于：通过基于外部手指压力和PPG波形形成示波图，执行动脉顺应性曲线和示波图相对于压力的导数之间的互相关来计算血压，以及确定互相关的最小值和最大值作为收缩血压和舒张血压。

附图说明

图1是示出了根据所公开主题的用于通过移动设备对动脉血压(BP)进行无袖带和免标定监测的示例示波手指按压技术的示图和曲线图。

图2A-图2B是示出了根据所公开主题的具有定制光电脉搏描记法(PPG)-力传感器单元以实现示波手指压力技术的示例基于智能手机的设备、以及无袖带设备与袖带设备的比较的示图。

图3A-图3C是示出了根据所公开主题的通过智能手机中的PPG和力传感器实现示波手指按压技术的示例移动设备应用的照片。

图4是示出根据所公开主题的使用智能手机中的PPG和3D触摸传感器从数字动脉进行BP测量的技术示例的照片。

图5是示出了根据所公开主题的用于通过手指袖带-PPG设备测量BP波形的示例容积钳制(volume clamping)技术的曲线图。

图6是示出了根据所公开主题的使用没有3D触摸能力的标准智能手机测量脉压的示例技术的示图。

图7是示出了根据所公开主题的根据手指屏幕接触面积测量来计算手指力以通过示波手指按压方法和标准智能手机来测量收缩血压和舒张血压的示例方法的图表。

图8是示出了根据所公开主题的手指按压期间手指压力测量与时间的图表。

图9是示出了根据所公开主题的基于压平测压技术的、仅利用压力传感器的示例手指按压技术的示图。

图10是示出了根据所公开主题结合生理模型利用PPG和压力测量两者的AC分量来计算BP的示例方法的示图。

图11是示出了根据所公开主题的用于在手指跨壁压力变化期间从手指PPG波形的DC分量计算静脉血压(VP)的示例方法的示图。

图12是示出根据所公开主题的通过改变设置点并经由反袖带压力测量来检测VP从而通过容积钳制手指袖带-PPG设备测量VP的示例方法的示图。

具体实施方式

现在将详细参考所公开主题的各示例性实施例，其在各附图中示出。

本说明书中使用的术语通常在本领域中、在所公开主题的上下文中以及在使用每个术语的特定上下文中具有它们的普通含义。下文或在说明书的其他地方讨论某些术语，以在描述所公开主题的组合物和方法时为从业者提供额外的指导。

如本文所使用的，当与权利要求和/或说明书中的术语“包括”结合使用时，单词“一(a或an)”的使用可以意味着“一个”，但是它也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义一致。此外，术语“具有”、“包括”、“含有”和“包含”是可互换的，并且本领域技术人员认识到这些术语是开放式术语。

术语“约”或“大约”意味着在由本领域普通技术人员确定的特定值的可接受误差范围内，该误差范围将部分取决于如何测量或确定该值，即，测量系统的限制。例如，根据本领域的实践，“约”可以意指在3个或3个以上的标准偏差内。替代地，“约”可以意指给定值的至多20％(优选地，至多10％；更优选地，至多5％；并且还更优选地，至多1％)的范围。替代地，特别是对于生物系统或过程，该术语可以意指在值的数量级内，优选地，在5倍内；并且更优选地，在2倍内。

本文的“用户”或“受试者”是脊椎动物，例如人类或非人类动物，例如哺乳动物。哺乳动物包括但不限于人类、灵长类动物、农场动物、运动动物、啮齿动物和宠物。

所公开的主题提供了用于确定受试者的血压的技术。所公开的主题提供了用于使用非侵入性无袖带设备来确定受试者的血压的系统和方法。如本文所体现的非侵入性无袖带设备可以被配置成或利用便携式设备，该便携设备可以使用如本文所描述的专用硬件和/或软件被配置成独立的医疗设备。附加地或替代地，非侵入性无袖带设备可以利用通用移动或可穿戴设备，诸如智能手机、便携式计算机或其他合适的通用设备。示例非侵入性无袖带设备100可以包括摄像头304、传感器101、屏幕102和处理器。

如本文所体现的，并且如例如图1所示，屏幕102可用于显示视觉指示器，以引导受试者将手指(例如，手指的侧面)放置在摄像头和屏幕上(例如，以从数字动脉进行测量为目标，并实时显示手指压力，使得受试者可以将手指均匀地按压在摄像头和屏幕上，以改变动脉的外部压力)。附加地或替代地，可以使用其他输出设备来引导本文所描述的受试者。这种输出设备可以包括视觉输出设备，诸如屏幕102或被配置成用于提供视觉指示器、动画、文本或其他视觉信号以引导本文所描述的受试者的其他视觉设备。此外或作为进一步的替代，输出设备可以包括扬声器或其他音频设备，其被配置成用于提供音频指示器、口语文本或指令或其他音频信号来引导本文所描述的受试者。

例如，如本文所体现的，设备100可以提供一次性或周期性初始化，以确定用户的最佳手指放置。在该初始化中，引导用户递增地将手指的更多的部分放在屏幕上。设备100可以标识提供合适的屏幕接触面积而不接近力饱和的手指定位。例如但不限于，设备100可以提供视觉指示器，该视觉指示器可以引导用户放置手指，以在没有力饱和的情况下产生最大面积的屏幕接触。

如本文所体现的，所公开的设备200可以包括力传感器101。力传感器可以测量力传感器上的手指压力。例如但不限于，参考图2，力传感器201可以耦合到光电脉搏描记法(PPG)传感器202，以用于测量受试者的手指压力和PPG波形两者。如本文所体现的，力传感器可以位于屏幕(例如，3D触摸传感器)下方。例如，如图3所示，用户可以将他们的手指301按压到屏幕302上，并且屏幕302下方的力传感器303可以测量用于确定血压的施加的力。屏幕可以被配置成实时显示手指压力，以引导受试者均匀地按压传感器以改变动脉的外部压力。

仍然参考图3，如本文所体现的，摄像头304可以被配置成测量手指光电脉搏描记法(PPG)波形。例如，用户可以将他们的手指均匀地按压到摄像头和屏幕上(例如，从30mmHg开始并逐渐接近180mmHg)，并且摄像头可以测量用户的PPG波形。参考图4，例如但不限于，手指401的侧面可以抵靠摄像头按压以获得PPG波形。如本文所体现的，设备400的其他组件可以同时被使用，以提高设备400的精确度。例如，通过将手指的侧面抵靠前置摄像头和屏幕均匀地按压，可以以更高的精确度获得PPG和力测量二者。

如本文所体现的，设备100可以包括处理器。处理器可以被配置成用于基于测得的PPG波形和手指压力形成示波图。例如，示波图可以是相对于外部手指压力函数105的可变振幅血容积振荡。当用户将他们的手指按压在传感器上以改变下层动脉的外部压力时，可以从PPG波形获得可变振幅的血容积振荡。处理器可以根据示波图确定血压，并在屏幕上显示确定的血压。例如，处理器可以使用标准固定比率算法、患者特定算法或另一合适的示波BP估计算法从示波图估计收缩血压和舒张血压。附加地或替代地，可以使用类似的技术来估计平均血压。

处理器可以替代地基于PPG波形来估计脉压(例如，PP＝收缩血压减去舒张血压)，该PPG波形可在不使用力传感器的情况下通过PPG传感器(例如，摄像头或手指PPG传感器)获得。在增加外部手指压力期间，手指PPG波形可以包括交流(AC)分量和直流(DC)分量。例如，处理器可以使用PPG波形的DC分量和/或AC分量来确定用户需要在PPG传感器(例如，摄像头或手指PPG传感器)上施加多大的手指压力。例如如图6所示，用户首先可以用力按压PPG传感器，以基于用户输入确定最高DC值。设备100可以示出用于记录DC值相对于时间的曲线图，其中y轴范围可以通过所标识的最高DC电平来设置。处理器可以确定AC振荡幅度最大所在的DC电平，该DC电平可以对应于平均BP，并示出恒定的目标线，以引导用户获得该基本接触压力的电平。出于说明而非限制的目的，如图6所示，在保持该基本恒定的手指压力的同时，用户可以将指向下方601的设备600降低至地板，并在设备600指向上方602时缓慢地将设备600升高到他们的头部上方(或反之亦然)。举手致动可以以连续运动(例如，在20-40秒内)或逐步递增(例如，由智能手机通过音频提示引导每次大约30度、持续3-5秒)来执行。设备600可以包括加速度计/陀螺仪以测量内部静液压血压变化。处理器可以基于获得的值生成可变振幅的血容积振荡相对于静液压血压变化函数。如本文所体现的，该函数可以是移位的示波图。可以使用固定比率算法或另一种类似算法从示波图的宽度计算PP。出于说明而非限制的目的，移位的示波图可以被构造成将可变振幅的血容积振荡与使用垂直高度测得的静液压变化相关联。例如，可以指示用户将设备600保持处于预定的位置和取向，使得加速度计的一个轴可以用于确定相对于心脏的垂直高度。例如，并且如本文所体现的，当手机被完全升高到头部上方时，手机的顶部指向上方，并且当手机被完全降低时，手机的顶部指向下方。在这种情况下，可以使用手机自上而下方向的加速度计来确定相对于心脏的垂直高度。可替代地，可以在不使用加速度计/陀螺仪或任何其他传感器的情况下估计静液压BP变化。在保持基本恒定的手指压力的同时，用户可以以直观且固定的增量(例如，由智能手机通过音频提示引导的每次大约45度、持续3-5秒)将指向下方601的设备600降低至地板上并将设备600升高到他们的头部上方。然后可以基于已知的增量来估计静液压BP变化。这里的优点是，设备600不需要保持在任何预定位置，因此在手举起期间保持恒定的手指压力可能更容易做到。如本文所体现的，所公开的设备100可以执行质量评估。例如，处理器可以通过将手举起期间的PPG波形与手指按压期间的PPG波形进行比较来评估血压测量的质量。

如本文所体现的，处理器可以将手指BP测量转换成肱动脉BP。例如，为了获得肱动脉血压，处理器可以提取具有最大振荡的PPG波形搏动。然后可以标定PPG波形搏动，使得其最小值和最大值可以对应于计算的手指BP舒张压和BP收缩压。可以应用计及波反射的传递函数和计及电阻压降的回归模型来将手指波形搏动转换为肱动脉BP波形搏动。肱动脉BP波形搏动的最小值和最大值可以被定义为收缩血压和舒张血压。手指PP可以以类似的方式被转换为肱动脉PP，但无需使用回归模型。

如本文所体现的，设备100可以包括皮肤接触面积传感器，并且处理器可以被配置成用于使用该皮肤接触面积传感器来测量收缩血压和舒张血压。处理器可以使用预定的列线图将测得的手指面积转换成手指压力。列线图可以包括参数函数(例如，指数)以从手指面积来预测手指力/压力。通过使用将指尖尺寸作为输入并将(多个)参数作为输出的经验方程和/或利用相对于心脏的两个不同高度的两指压力测量用于已知的血压变化或单袖带血压测量，处理器可以确定该函数的参数。经验方程可以从来自受试者群组的训练数据集导出。可以通过经由参数函数从面积测量计算力并将该值除以测量面积来获得手指压力。出于说明而非限制的目的，用户可以将设备100保持在心脏水平之上，以提高设备100的精确度。例如，用户可以躺下并在执行手指按压致动的同时用伸直的手臂向上持有设备100。如本文所体现的，可以使用臂长针对静液压血压变化来调整计算的血压。

如本文所体现的，设备100可以包括用于检测心脏水平处的BP的气压传感器。例如，气压传感器可以检测小于约5cm的高度差，这可以对应于较小的血压误差(例如，小于约3.5mmHg的误差)。用户可以以宣誓效忠姿势将具有气压传感器的设备100保持在心脏水平约5-20秒。气压测量可以被平均。用户可以执行如本文所述的手指按压技术，以在以静态、任意的方式(包括相对于心脏的任何垂直水平)持有智能手机的同时测量血压。出于说明而非限制的目的，可以在手指致动时对气压进行平均。两次测量的差异可以提供垂直高度，用于针对静液压血压差异来校正血压测量。如本文所体现的，可以基于血液密度、重力和气压传感器读数将血压测量值校正为心脏水平。例如，可以将rho-g-h的值添加到血压测量中，以将其校正到心脏水平，其中rho是已知的血液密度，g是重力，h是第二气压传感器读数减去第一气压传感器读数。出于说明而非限制的目的，所公开的设备100可以包括可以用于评估PPG和气压测量的质量的温度传感器。

如本文所体现的，气压传感器可以作为加速度计的替代或附加而被用于在举手技术601、602期间确定所公开的设备100相对于心脏的垂直高度。

如本文所体现的，所公开的设备100可以仅使用压力传感器来确定用户/受试者的血压。例如，用户可以按压动脉上的设备100的力传感器。出于说明而非限制的目的，所公开的设备100可以包括面积已知的力传感器。例如，用户可以执行如本文所述的手指按压，并且与常规的压平测压原理一致，AC压力波形可以随着壁张力的减小而增大，然后随着动脉闭塞而减小。最大振幅下的AC波形搏动可对应于缩放了未知常数的零均值血压波形搏动(ΔP(t))，该未知常数可能与动脉面积除以传感器面积(k)相关。根据压平测压，平均血压(P_m)可由AC振幅最大所在的DC压力给出。处理器可以基于测量生成指示kΔP(t)+P_m的波形。参数k可以被确定为具有完全定义的手指血压波形搏动。出于说明而非限制的目的，参数k可通过将动脉面积与指尖尺寸相关的经验方程或通过利用单袖带血压测量进行标定来确定。如本文所体现的，参数k可以基于测得的舒张血压(P_d)从AC压力波形确定。ΔP(t)的最小值可缩放至等于P_d-P_m，并可将P_m添加到波形中，以生成手指BP波形。波形的峰值可以是收缩血压(P_s)。

如本文所体现的，所公开的设备200可以使用测压手指按压来测量手指血压。根据压平测压原理，力传感器可以使动脉平坦化或压平动脉，使得壁张力可以垂直于力传感器，并且可以被经平坦化的动脉包围，从而可以将压力作为测得的力与已知的传感器面积的比率导出。例如，所公开的设备200可以包括多传感器力阵列。多传感器阵列可以附接到设备200(例如，移动设备或智能手机)的背面。用户可以执行手指按压致动，并且最大力振荡搏动超过手指压力，所有传感器都可以检测到。可以将该搏动除以感测元件面积以产生手指血压波形搏动。出于说明而非限制的目的，传感器阵列可以包括可以小于整个传感器的感测元件。因此，较小的感测元件可以适于在传感器阵列中使用，而无需高分辨率规格。

如本文所体现的，所公开的设备100可以利用敏感力传感器和PPG传感器两者来提高血压计算的精确度。PPG传感器可以是摄像头或手指PPG传感器。处理器可以根据PPG的AC分量和压力测量两者来计算收缩血压和舒张血压。例如，处理器可以使用示波模型来基于PPG的AC分量和压力测量来计算血压。设备100可以包括可检测AC压力波形的PPG力传感器单元。用户可以利用本文描述的传感器单元来执行手指按压方法。可以选择最大振幅的AC压力波形搏动，其可以被级联以对应于多个PPG波形搏动。PPG波形的导数可以相对于级联的压力波形来进行选择，并相对于DC压力测量进行绘制，以产生指示移位的动脉顺应性曲线的数据点。例如，可以将参数函数拟合到数据点，并且可以将该函数移位成使得其峰值处于零透壁压力处，以达到缩放的动脉顺应性曲线。出于说明而非限制的目的，可以通过形成示波图、对外部手指压力求导以及在动脉顺应性曲线与示波图的导数之间执行互相关来计算血压。互相关函数的峰值位置可以表示舒张血压，而谷值位置可以表示收缩血压。替代地，具有顺应性曲线的示波模型可以以估计血压的最佳意义拟合到测得的示波图或其导数。

示例

示例仅出于说明和确认所公开的主题的目的而被提供，而不限于此。

背景

全球约三分之一的成年人患有高血压(BP)。虽然发病率随着年龄的增长而增加，但许多人在成年早期就患上高血压(例如，超过五分之一的40岁以下的美国成年人患有高血压)。这种情况通常是无症状的，但对于给定年龄，中风和心脏病的风险随着血压的升高而单调增加。生活方式的改变和许多廉价的每日一次的药物可以降低BP和心血管风险。然而，只有大约七分之三的高血压患者知道自己的病情，且仅七分之一的人的血压得到了控制。资源匮乏地区的高血压流行病学数据更加令人震惊。因此，高血压已成为导致伤残调整生命年损失的主要原因。

听诊和示波血压测量设备有助于控制高血压。同时，由于这些设备依赖于可充气袖带，它们可能对糟糕的高血压意识和控制率负责。基于袖带的设备并不容易获得，在资源匮乏环境中尤其如此。因此，大多数人不会定期检查血压。需要在日常生活中进行定期测量，以避免临床中的白大褂和掩蔽效应(患者表现出比平时更高或更低的BP)，并平均由于压力、身体活动和其他因素随着时间发生的BP的巨大变化。如果BP可以更方便地测量，那么许多人会意识到自己的病情或有动力服药。

因此，无袖带BP监测设备正被广泛采用。然而，正在研究的设备通常受到需要用袖带设备标定才能输出以mmHg为单位的测量的严重限制。

示波原理已经被扩展用于通过容易获得的智能手机进行无袖带和免校准血压监测。图1示出了该概念。用户通过将他们的指尖抵靠手机(保持在心脏水平)按压以稳定地增加下层动脉的外部压力而充当致动器(代替于袖带)。同时，嵌入有基本的光电脉搏描记法(PPG)和力换能器的手机充当传感器(而不是袖带设备)来测量由此产生的可变振幅血容积振荡和施加的手指压力。手机还提供视觉反馈来引导手指致动，并像袖带设备一样应用算法来根据测量值计算血压。视频演示是可获得的。

开发了一种由被附加至智能手机背面的定制PPG-力传感器单元组成的设备，以实现这种“示波手指按压方法”。该设备可以在正常血压范围内产生与FDA批准的指套容积钳制设备相当的精确度的血压测量。图2示出了设备和精确度结果。通过利用前置摄像头作为PPG传感器并利用屏幕下的敏感应变计阵列(“3D触摸(3D Touch)”)作为力传感器，示波手指按压方法可以简单地作为iPhone X应用来实现。图3示出了该应用。

用于测量血压的技术包括使用具有PPG和力传感器以及用于指示指尖在传感器单元上的放置位置的视觉标记的移动设备，在智能手机的引导下稳定地改变指尖压力，形成示波图(可变振幅血容积振荡相对于施加的压力函数)，以及根据示波图计算BP。这些技术为通过手指按压进行BP测量提供了方便的部位——指尖的横掌弓动脉(见图1)。

所公开的主题包括进一步推进血压测量的相关改进。这些改进通常规避了现有技术。

使用现有PPG和力传感器改进的用于智能手机的应用

有许多智能手机具有3D触摸功能，包括iPhone 6s-X型号以及部分华为和小米型号。在这些手机中，用于PPG感测的前置摄像头处于距离屏幕下方的力传感器某个距离(例如，2-8mm)处，并且指尖上的指甲根部应位于前置摄像头上方，以用于对血容积振荡的高保真测量。因此，只有手指的一小部分会在屏幕下方的力传感器上，这会使力的测量降级，同时使手指力的小变化转化为压力的大变化(即，更困难的手指致动)。相反，将指尖的大部分放置在屏幕上会使PPG测量降级。

所公开的主题提供了被配置成用于瞄准沿着手指的侧面延伸的数字动脉(见图1-3)以通过智能手机中已经存在的PPG和3D触摸传感器测量BP的技术。图4示出了该手指定位概念。通过将手指的侧面均匀地按压在前置摄像头和屏幕上，可以以更高的精确度获得PPG和力测量。然而，将手指过多地放置在屏幕上可能会使力测量在较低的压力下饱和。一种解决方案是采用一次性或周期性的初始化(见例如图3B)来确定给定用户的最佳手指放置。在该初始化中，用户递增地将手指更多地放置在屏幕上，并针对每次手指放置执行手指按压方法。分析数据，以确定产生最大屏幕接触面积的手指定位，而不会接近力饱和。替代地，或附加地，手机可以被保持在心脏上方(例如，在肩部水平)，这将降低手指中的BP，从而降低力传感器提早饱和的可能性。然后，心脏和肩部水平之间的已知或测得的距离可用于针对这种“静液压血压变化”来校正计算的血压(详见下一章节)。

用于不具有力传感器的常规智能手机的应用

鉴于几乎每个成年人都有患高血压的真实风险，并且智能手机对于包括那些处于资源匮乏环境中的人在内的数十亿人都是可获得的，因此将独立的智能手机制成血压监测器是可取的。然而，大多数智能手机不包括3D触摸或类似的敏感力传感器。因此，所公开的主题提供了仅使用标准智能手机来测量以mmHg为单位的绝对BP的技术。

一个示例使用手臂而不是手指致动。在示波法中，袖带压迫动脉以改变其外部压力。在此过程中，设备还测量袖带压力，袖带压力指示动脉中的血容积振荡(AC袖带压力)和外部压力(DC袖带压力)两者。根据产生的示波图估计BP，示波图也是将可变振幅血容积振荡与施加的压力相关联的函数。请注意，示波图的横坐标可以更一般地被视为动脉透壁压力的变化(即，在这种情况下，内部BP减去外部袖带压力)。因此，某些方法涉及改变动脉的内部压力而不是外部压力来改变透壁压力。当手指佩戴环设备的用户在手臂伸直的情况下放低他们的手时，由于手臂血柱的重量(“静液压效应”)，手指中的内部BP增加了等于ρgh的量，其中ρ是已知的血液密度，g是重力，h是手位置与心脏之间的垂直距离。以此方式，无需袖带即可改变动脉透壁压。该设备包括PPG传感器、力传感器和加速度计。加速度计允许测量静液压BP的变化(例如，ρlg sinθ，其中l是测得的手臂长度，θ是手臂与水平面之间的角度，gsinθ是加速度计的输出)。相对于心脏水平，针对典型手臂长度的BP变化约为50mmHg。对于80mmHg的平均BP，透壁压力变化约为30至130mmHg。然而，需要正负透壁压力状态下的示波图才能精确计算BP。因此，环必须佩戴得足够紧，以产生负透壁压力。已知面积的力传感器测量手指上的环接触压力，该压力从静液压BP变化中被减去。然后可以根据PPG振荡作为透壁压力变化的函数来估计BP。主要的问题是，环应当被施加等于平均BP左右的压力，但BP是测量的目标。

将举手致动引入智能手机的另一问题是消除了对力传感器的需求。但是，请注意，所有智能手机都具有摄像头或专用传感器形式的PPG传感器(例如三星Galaxy S系列)和三轴加速度计/陀螺仪组合。

为了解决这些和其他问题，所公开的主题可以将测量限制为脉压(PP＝BP收缩压-BP舒张压)。PP将有助于检测孤立性收缩期高血压，这是一种随着年龄增长而发生的常见高血压形式。

为了解释整体思路，图5(左)示出增加外部手指袖带压力期间的手指PPG波形(AC和DC分量)。(请注意，PPG波形并未反转，在实践中通常是这样做的。)AC分量的振幅先增大后减小，这与示波原理一致，而DC分量则上升到最大值。对于给定用户，该最大值会随着时间的推移而变化。

图6示出了仅使用标准智能手机测量绝对PP的总体思路的示例性步骤。第一步是使用PPG波形的DC和/或AC分量来确定用户应该在智能手机PPG传感器上施加多大的手指接触压力。例如，用户首先非常用力按压PPG传感器以确定最大DC值。然后，智能手机显示用于记录DC值对于时间的图表，其中y轴范围由最大DC电平设置。该图表还包括两条目标线，指示用户应该越来越用力地按压以在例如20-40秒内达到最大DC电平。(用户也可以从用力按压中缓慢地放松手指压力，如图所示。)实时地显示当前DC电平(例如，几次搏动的平均值)以引导手指致动。然后，智能手机找到AC振荡振幅接近最大所在的DC电平，其对应于平均BP，并显示恒定的目标线来引导用户达到该接触压力水平。在保持这个恒定的手指压力的同时，用户将手机向下放低到地板，然后慢慢地将手机举过头顶，其中手机现在指向上方(或反之亦然)。举手致动可以以连续运动(例如，超过20-40秒)或逐步递增(例如，由手机通过音频提示引导每次大约30度、持续3-5秒)来执行。y轴加速度计/陀螺仪用于测量内部静液压BP变化。所得到的可变振幅血容积振荡相对于静液压BP变化的函数是水平移位的示波图。水平移位是未知的，因为手指接触压力未被测量。因此，无法计算BP收缩压和BP舒张压。然而，可以使用标准固定比率算法或其他算法根据示波图的宽度计算PP。为了检查用户在整个举手致动过程中是否保持了接触压力，可以将最大振荡与初始最大振荡进行比较。如果这两个值相差很大，则要求用户重试。

替代地，可以在不使用加速度计/陀螺仪或任何其他传感器的情况下估计静液压BP变化。在保持恒定手指压力的同时，用户将手机放低到地板，并以直观且固定的增量(例如，由智能手机通过音频提示引导每次大约45度、持续3-5秒)向上举起。然后可以基于已知的增量来估计静液压BP变化。这里的优点是，可能影响加速度计/陀螺仪使用的手机的取向变得不重要，使得举手可能更容易执行。此外，确定恒定手指压力的初始步骤可能不是必要的。用户可以简单地用力按压PPG传感器并举手。如果没有观察到反转的U形示波图，那么手机可以要求用户重试或执行初始步骤。作为另一替代方案，可以替代地使用具有PPG传感器的智能手表(例如，苹果手表(Apple Watch))，以从手腕后部测量PPG波形。可以通过紧固手表来执行初始步骤。同一手表紧度可用于后续的BP测量。

另一示例包括经由标准智能手机通过利用屏幕下方现有的电容传感器阵列作为前置摄像头的附加而精确测量手指接触面积来测量收缩BP和舒张BP的技术。如图7所示，诸如指数之类的参数函数可以将手指面积与力相关联。对于给定的用户，可以通过各种方式确定该函数的1-3个未知参数。一种方式是形成经验方程，用手机测量的指尖尺寸(见例如图3B)作为输入，并且(多个)参数作为输出。替代地或附加地，对于已知的BP变化，可以获得相对于心脏的两个不同高度处的两个手指按压测量、和/或单个袖带BP测量，并且可以确定参数，使得手指按压方法产生BP值。然后，可以通过参数函数从面积测量中计算力，并将该值除以测量面积来获得手指压力。在较高的压力下，该函数变得不太精确，其中面积的微小变化转化为压力的巨大变化(见图7)。因此，应优先使用较低的压力范围(即图7中的“ROI”，即感兴趣区域)。确保较低压力范围的一种方式是用户将手机保持在心脏水平以上，以降低血压。例如，用户可以躺下并在执行手指按压致动的同时用伸直的手臂向上握住手机。然后，通过手指按压方法计算的BP可以使用手臂长度针对静液压BP变化进行调整。

对于任一示例，测量的是手指BP。但是肱动脉BP在临床上很重要。由于阻力压降，手指BP比肱动脉BP低约10mmHg。由于波反射，手指PP高于肱动脉PP，尤其是在顺应性较高的动脉中。因此，手指舒张BP和平均BP低于肱动脉舒张BP和平均BP，而手指收缩BP相对于肱动脉收缩BP是可变的。为了获得肱动脉BP，具有最大振荡的PPG波形搏动被提取。该搏动可能最佳地但不完全地对应于手指BP波形搏动。然后可以对PPG波形搏动进行标定，使得其最小值和最大值对应于计算的手指舒张BP和收缩BP。然后应用传递函数(计及波反射)和回归方程(计及电阻压降)或其他类似的变换来将手指波形搏动转换为肱动脉BP波形搏动。肱动脉BP波形搏动的最小值和最大值分别作为收缩BP和舒张BP。如果只有手指PP可用，则具有最大振幅的PPG波形搏动被标定以使得其振幅等于手指PP，然后传递函数被应用以获得零均值肱动脉BP波形。该波形的峰到峰振幅给出了肱动脉PP。

用于心脏水平处的BP测量的便捷传感器

现有技术包括通过处理用户的图像来确保心脏水平处的BP测量的步骤。这种图像处理是困难的，并且可能不够精确。所公开的主题提供了使用敏感度增加的敏感气压传感器进行静液压BP校正的技术。这些传感器能够检测<5cm的高度差，这对应于仅大约<3.5mmHg的误差。示例性步骤如下。开发了与图2中的设备类似但还包括气压传感器的设备。首先，用户以“效忠宣誓”的姿势将手机保持在心脏水平达5-20秒。对气压测量进行平均。然后，用户在以静态、任意的方式(包括相对于心脏的任何垂直水平)保持手机的同时执行手指按压方法，以测量BP。气压在手指致动期间被平均。两次测量的差异给出了用于针对静液压血压差对血压测量进行校正的垂直高度。气压传感器还可以伴随有温度传感器，该温度传感器可用于判断PPG测量的质量，该PPG测量质量会因手指寒冷和其他因素而降级。

仅具有压力传感器的定制设备

PPG传感器，尤其是那些采用可见光的PPG传感器，在低信号条件下(例如在寒冷的环境(例如，空调房)和深色皮肤中)不能很好地工作。仅使用能够测量血压范围(例如，0-250mmHg)上的脉搏和压力的压力传感器可以克服PPG的限制，同时简化传感器设计或者甚至在血压测量中提供更高的精确度。所公开的主题可以包括基于压平测压原理单独使用压力传感器实现手指按压方法。一般原理涉及按压动脉上的力传感器。在这个示例中，传感器必须(i)使动脉平坦化或“压平”动脉，使得壁张力垂直于传感器，并且(ii)被经平坦化的动脉包围，使得压力可以作为测量的力与已知传感器面积的比率被导出。

开发了类似于图2的设备，但是该设备仅包括已知面积的敏感力传感器。用户执行手指按压程序。图8示出了在手指按压致动期间作为时间函数的结果手指压力。AC压力波形随着壁张力的减小而增大，然后随着动脉闭塞而减小。因此，该模式类似于示波法。最大振幅下的AC波形搏动可对应于被缩放了一常数的零均值BP波形搏动(ΔP(t))，该常数可与动脉的未知面积除以传感器面积(k)相关联。平均BP(P_m)可以由AC振幅最大时的DC压力给出。因此，该程产生指示kΔP(t)+P_m的波形。参数k可以被确定为具有完全定义的手指BP波形搏动。该参数可以以各种方式确定。

参数k可以通过将动脉面积与指尖尺寸(例如，如图3B所示，用智能手机测量)相关联的经验方程或通过用单袖带BP测量进行标定来确定。在这两种情况下，人的动脉面积可以假定为恒定的。

另一种确定参数的方式是从AC压力波形检测BP舒张压(P_d)，类似于固定比率算法这样的示波算法。然后，将ΔP(t)的最小值缩放至等于P_d–P_m。将P_m加到波形上得到手指BP波形，并且该波形的峰值表示收缩BP(P_s)。收缩BP通常最难通过示波算法测量。

图9示出了通过测压手指按压来确定手指BP的更精确的方法。多传感器力阵列附接到智能手机的背面。执行手指按压致动。检测所有手指压力和所有传感器上的最大力振荡搏动。该搏动除以感测元件面积，以产生手指BP波形搏动。该方法是无算法的，正是算法限制了示波BP测量精确度。此外，由于感测元件小于整个传感器，因此用于测量的压力脉冲更大(并且与通过压平测压计原理获得BP的相对应)。因此，每个元件不需要高度敏感，甚至可以例如具有大约1-2mmHg的分辨率、范围为0-250mmHg。如果只有一个感测元件覆盖相同的区域，则最大振幅振荡可能只有几mmHg，使得在相同的范围内分辨率必须是约0.1-0.2mmHg。每个感测元件可以覆盖0.5平方毫米或更小的面积。该示例方法也可以通过自动挤压指尖的机械装置来实现。

在所有情况下，手指BP波形可以转换为肱动脉血压，并校正到心脏水平，如前面章节所述。

通过PPG和敏感压力传感器的精确BP算法

用于测量AC压力波形和DC外部压力敏感压力传感器可以替代地与PPG传感器结合使用，以提高BP计算的精确度。如前文所述，示波算法是实现临床精确度的瓶颈。

图10示出了手指按压致动期间的PPG(仅AC分量)和敏感压力测量。所公开的主题提供了根据PPG和压力测量两者的AC分量计算BP收缩压和BP舒张压的技术。

类似于上一章节中描述的示例方法，一种方法是使用固定比率或另一种算法根据示波图计算舒张BP和平均BP，找到具有最大振幅的AC压力搏动，并将其缩放为使得其最小值和平均值等于舒张BP和平均BP。然后将收缩BP作为经标定的手指BP波形的峰值给出。

另一种方法是调用示波法的数学模型。一种有用的示波图模型将振荡幅度(ΔO)表示为在SP和DP(P_s和P_d)处评估的动脉血容积-透壁压关系(f(·))的差值，如下所示：

ΔO＝cf(P_s-P_e)-cf(P_d-P_e)，(1)

其中P_e是动脉的外部压力，c是将血容积转换成PPG单位的比例因子。相对于P_e对该方程进行求导得到以下示波图导数模型：

其中g(·)是f(·)的导数，并且表示动脉顺应性曲线。顺应性曲线的一种示例性参数模型如下：

其中u(·)是单位阶跃函数，α和β反映负透壁压和正透壁压下的动脉顺应性曲线宽度，γ表示曲线的高度。该模型可以单独拟合到测得的示波图，以确定收缩BP和舒张BP以及动脉顺应性参数。因此，与常规的示波算法相比，该示例算法在测量BP和顺应性两者的意义上是特定于人员的。然而，从示波图中的有限的信息估计五个参数可能具有挑战性。

图10还示出了将该模型与PPG和压力测量的AC分量结合使用来计算BP水平的改进技术。采用了与图2中的类似的PPG-力传感器单元。然而，该力传感器仅包括一个敏感到足以检测AC压力波形的感测元件。用户利用传感器单元执行手指按压方法。选择具有最大振幅的AC压力波形搏动，以得到kΔP(t)。该搏动被级联以对应于多个PPG波形搏动。为了便于心跳检测和对准，可以利用在同一设备上使用干电极测得的ECG波形。然后PPG波形的导数相对于级联的压力波形被取得，并相对于DC压力测量进行绘图，以产生指示移位的动脉顺应性曲线除以k的数据点。将参数函数拟合到数据点并对函数进行移位，使其峰值位于零透壁压力处(见式(3))，以得出缩放的动脉顺应性曲线(即g(·)/k)。式(1)或(2)的任一个(用该曲线代入其中)以估计数量减少的参数(P_s、P_d和k·c)的最佳意义拟合到测量的示波图或其导数。替代地，取顺应性曲线与示波图的导数之间的互相关函数(可能在某种平滑化之后)。与式(3)一致，互相关函数的峰值位置表示BP舒张压，并且谷值位置表示BP收缩压。

用于静脉血压测量的移动设备

所有上述示例都涉及动脉血压(BP)测量。然而，静脉血压(VP)也很重要。VP可用于预测心力衰竭患者因充血而出现的症状(双侧心力衰竭、右心力衰竭或导致高肺后负荷的左心力衰竭)，从而避免昂贵的住院治疗。VP也可用于管理肺动脉高压患者。然而，VP通常需要侵入性程序来进行其测量。所公开的主题提供了将上述概念转换用于VP的非侵入性测量的技术。

一种方法基于图11，该图示出了在整个手指袖带压力范围内作为手指袖带压力的函数的手指PPG波形(AC+DC分量)。(此处，PPG波形相比于图5被反转。)该绘图示出了PPG振幅的初始急剧下降，随后是常见的示波模式。急剧下降上的两个基准点可表示VP舒张压和VP收缩压。因此，思路是改变手指动脉的外部压力，除了检测VP的力之外，还测量PPG波形的DC(和AC)分量。然而，在0与30mmHg(对应于VP范围)之间的非常低的接触压力下，用户可能难以进行手指按压。此外，在如此低的接触压力下，还应测量手指接触面积，因为它会在此范围内明显增加(见图7)。

为了实现这些和其他优点，所公开的主题提供了创建手指佩戴环形传感器的技术，该传感器包括用于数字动脉测量的红外PPG换能器、具有已知接触面积的力传感器、以及加速度计/陀螺仪。它可以用尼龙搭扣带佩戴在手指上或像皮带一样锁在手指上。测量人员的手臂长度，以确定手处于心脏水平时相对于完全降低时的ρgh差。在来自设备的音频或视觉引导下用户将环拧紧至大致等于该值。可以使用标记(诸如带孔编号)来指示松紧程度以供将来使用。然后，用户降低他们的手臂，并慢慢地将其举到心脏水平，如前文所述。如前文所述，使用加速度计测量相对垂直高度。随后使用PPG波形的DC和AC分量相对于静液压BP变化减去传感器的手指接触压力(范围为0mmHg至ρgh)的关系图来检测VP。

标准智能手机的另一解决方案是调用前置摄像头和电容传感器阵列来测量完整的PPG波形、手指接触面积和手指力，如前几章节所述。在这种情况下，由于VP较低，因此可以询问将面积与力相关联的函数的有用ROI(见图7)，以根据面积计算力。然后，用户将其手指均匀地按压在摄像头和屏幕上，从0mmHg开始并逐渐接近40-50mmHg，以创建类似的绘图并检测VP。手指按压致动可能并不容易，但是该设备是容易获得的。

对于这两种解决方案，PPG的AC分量也可用于检测VP。例如，急剧下降期间的最大振荡可以反映平均VP。

另一示例方法基于手指袖带容积钳制原理，也如图5所示。该原理基于动脉无负载概念。当血管的外部压力被设置到内部BP(即，零透壁压力)时，动脉无负载被实现。在这种无负载状态下的血容积不是零，而是正常状态的显著部分(例如，一半)，因为与静脉不同，动脉不是可塌陷的血管。将集成的袖带-PPG设备放置在手指周围，通过反馈(例如，如图5所示的比例-积分-微分(PID))控制快速改变袖带压力，将测得的血容积钳制到无负荷状态。当血容积在收缩期/舒张期间相对于无负载的血容积上升/下降时，袖带压力几乎立即增加/下降以保持血容积被钳制在无负载的血容积(即，设置点)。该设置点最初在开环中通过缓慢增加袖带压力和调用示波算法来确定。这样，在闭环操作下，袖带压力可以等于手指BP波形。

图12示出了可能的PPG设置点的范围以及维持每个设置点所需的相应手指袖带压力。袖带压力轨迹在没有太多脉动的情况下缓慢增加，然后随着设置点的降低而开始以更大的脉动增加。通过示波算法检测较低的设置点，并使用该较低的设置点来测量BP。然而，较高设置点处的袖带压力指示VP。因此，创新概念是创建一种手指袖带-PPG容积钳制设备，改变设置点(例如，在更高的范围内)，并测量维持每个设置点所需的袖带压力。然后，初始平台区域可以用作VP的测量。通过标识示出典型VP波形特征(例如，a、c、x、v和/或y波)的袖带压力，可以更精确地检测VP。这种方法比较复杂，但可以更精确。

除了下文要求保护的特定实施例之外，所公开的主题还涉及具有下面要求保护的从属特征和上面公开的从属特征的任何其他可能组合的其他实施例。因此，在从属权利要求中呈现的和以上公开的特定特征可以在所公开的主题的范围内以其他方式彼此组合，使得所公开的主题应该被认识到还具体涉及具有任何其他可能组合的其他实施例。因此，出于说明和描述的目的，已经呈现了对所公开主题的特定实施例的前述描述。其不旨在是详尽的或将所公开的主体限制于所公开的那些实施例。

对本领域技术人员将显而易见的是，可以对所公开的主题的方法和系统作出各种修改和变化，而不背离所公开主题的精神或范围。因此，旨在所公开的主题包括在所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。

Claims (25)

1.一种用于确定受试者的血压的设备，所述设备包括：

力传感器，所述力传感器被配置成用于测量手指压力；

摄像头，所述摄像头被配置成用于测量手指光电脉搏描记法(PPG)波形；

屏幕，所述屏幕被配置成用于显示视觉指示器以引导受试者将手指的侧面放置在所述摄像头和所述屏幕上以瞄准数字动脉，并且实时地显示所述手指压力以引导所述受试者将所述手指均匀地按压在所述摄像头和所述屏幕上以改变动脉的外部压力；以及

处理器，所述处理器被配置成用于：

构造示波图，其中所述示波图是可变振幅血容积振荡相对于外部手指压力的函数；

根据所述示波图计算所述受试者的血压；以及

在所述屏幕上显示所述血压。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理器被配置成用于在执行血压测量之前基于所述摄像头和所述屏幕上的不同手指放置来确定所述视觉指示器。

3.一种用于确定受试者的血压的设备，所述设备包括：

皮肤接触面积传感器，所述皮肤接触面积传感器被配置成用于测量手指面积；

摄像头，所述摄像头被配置成用于测量手指光电脉搏描记法(PPG)波形；

屏幕，所述屏幕被配置成用于显示视觉指示器以引导受试者将指尖放置在所述摄像头和所述屏幕上以瞄准横掌弓动脉，并且被配置成用于实时地显示手指压力以引导所述受试者将所述指尖均匀地按压在所述摄像头和所述屏幕上以改变动脉的外部压力；以及

处理器，所述处理器被配置成用于：

基于预定义的列线图将所述手指面积转换为手指压力；

构造示波图，其中所述示波图是可变振幅血容积振荡相对于外部手指压力的函数；

根据所述示波图计算所述受试者的收缩血压和舒张血压；以及

在所述屏幕上显示所述收缩血压和所述舒张血压。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述列线图被配置成用于基于参数函数的选定的参数从所述手指面积确定手指力，并将所确定的手指力除以所述手指面积以确定手指压力。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述选定的参数基于所述受试者的指尖尺寸、单个袖带血压读数、或举手操纵来确定。

6.根据权利要求3所述的设备，其中，在手指按压期间，所述受试者将所述设备保持在心脏水平之上，以获得更精确的列线图，并且其中所述处理器被配置成用于使用所述设备与所述受试者的心脏之间的垂直高度来将血压测量调整到所述心脏水平。

7.一种用于确定受试者的血压的设备，所述设备包括：

摄像头，所述摄像头被配置成用于测量手指光电脉搏描记法(PPG)波形；

加速度计，所述加速度计被配置成用于测量所述设备相对于受试者的心脏的垂直高度；

输出设备，所述输出设备被配置成用于引导所述受试者在保持所述摄像头上的手指压力的同时举手以改变动脉的跨壁压力；以及

处理器，所述处理器被配置用于：

根据所述手指PPG波形和所述垂直高度计算所述受试者的脉压；以及在所述屏幕上显示所述脉压。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述输出设备进一步被配置成用于：

引导所述受试者在所述摄像头上施加重手指压力；

在所述重手指压力期间，基于所述PPG波形的测得的AC值和/或测得的DC值以及所述PPG测量，引导所述受试者改变手指压力水平；并且

所述处理器进一步被配置成用于标识对应于血容积振荡接近最大时的手指压力。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述处理器进一步被配置成用于将举手期间的PPG波形与手指按压期间的PPG波形进行比较，以评估所述设备的精确度水平。

10.根据权利要求7所述的设备，其中所述处理器被配置成用于构造移位的示波图，以将可变振幅的血容积振荡与使用所述垂直高度测得的静液压变化相关联，其中所述脉压是根据所述移位的示波图计算的。

11.根据权利要求7所述的设备，其中所述加速度计被配置成用于测量所述设备相对于所述心脏的所述垂直高度。

12.根据权利要求7所述的设备，其中所述处理器被配置成用于使用传递函数将所述脉压转换为肱动脉脉压。

13.一种用于确定受试者的血压的设备，所述设备包括：

力传感器，所述力传感器被配置成用于测量所述受试者的手指压力；

手指光电脉搏描记法(PPG)传感器，所述手指光电脉搏描记术传感器被配置成用于测量所述受试者的手指PPG波形；

气压传感器，所述气压传感器被配置成用于测量所述设备相对于所述受试者的心脏的垂直高度；以及

处理器，所述处理器被配置成用于：

在将所述设备保持在心脏水平的同时，在手指按压期间和在不进行手指按压期间测量气压传感器的读数，

使用所述气压传感器的读数将在手指按压期间测得的血压调整到所述心脏水平，以及

在所述屏幕上显示所述受试者的经调整的血压。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述血压基于血液密度、重力和/或所述气压传感器的读数来调整。

15.一种用于确定受试者的血压的设备，所述设备包括：

力传感器，所述力传感器被配置成用于测量手指压力和手指压力振荡；

视觉指示器，所述视觉指示器用于引导受试者将指尖放置在所述力传感器上；

屏幕，所述屏幕被配置成用于实时地显示所述手指压力以引导所述受试者将手指按压在所述传感器上以改变下层动脉的外部压力；以及

处理器，所述处理器被配置成用于：

测量所述手指压力的AC分量和DC分量；

标识具有最大振荡的AC手指压力脉冲和处于所述最大振荡的DC手指压力；

基于具有最大振荡的AC手指压力脉冲和处于所述最大振荡的DC手指压力来确定受试者的血压；以及

在所述屏幕上显示所述受试者的所述血压。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述处理器进一步被配置成用于基于所述受试者的指尖尺寸和/或所述受试者的单个袖带血压来确定所述血压。

17.根据权利要求15所述的设备，其中所述处理器被配置成用于根据可变振幅手指压力脉冲振荡来计算舒张血压，并用于根据血压波形计算收缩血压。

18.根据权利要求17所述的设备，其中使用传递函数和回归方程将所述血压波形转换为所述肱动脉血压波形。

19.根据权利要求15所述的设备，其中所述设备进一步包括用于检测心脏水平处的血压的气压传感器。

20.一种用于确定受试者血压的设备，所述设备包括：

力传感器阵列，所述力传感器阵列被配置成用于测量所述阵列的每个感测元件上的手指压力和手指压力脉冲；

视觉指示器，所述视觉指示器用于引导人员将所述受试者的指尖放置在所述传感器阵列上；

屏幕，所述屏幕被配置成用于实时地显示所述手指压力以引导所述受试者将所述指尖按压在所述传感器上以改变下层动脉的外部压力；以及

处理器，所述处理器被配置成用于：

在所述阵列的每个感测元件处测量所述手指压力的AC分量和DC分量；

根据所述AC分量和所述DC分量确定所述受试者的血压；以及

在所述屏幕上显示所述受试者的所述血压。

21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述血压是基于所述感测元件上的最大压力脉冲振荡和所述手指压力的所述DC分量来确定的。

22.根据权利要求20所述的设备，其中所述处理器进一步被配置成用于基于所述AC分量和所述DC分量来生成手指血压波形，并使用传递函数和回归模型将所述血压波形转换为肱动脉血压波形。

23.根据权利要求20所述的设备，其中所述设备进一步包括用于检测心脏水平处的血压的气压传感器。

24.一种用于确定受试者血压的设备，所述设备包括：

力传感器，所述力传感器被配置成用于测量手指压力和手指压力脉冲；

手指光电脉搏描记法(PPG)传感器，所述手指光电脉搏描记法传感器被配置成用于测量PPG波形；

视觉指示器，所述视觉指示器用于引导受试者将指尖放置在所述力传感器和所述PPG传感器上；

屏幕，所述屏幕被配置成用于实时地显示所述手指压力以引导所述受试者将指尖按压在所述力传感器和所述PPG传感器上以改变下层动脉的外部压力；以及

处理器，所述处理器被配置成用于：

测量所述手指压力的AC分量和DC分量以及所述PPG波形；

使用AC手指压力分量和PPG波形计算动脉顺应性曲线；

使用所述动脉顺应曲线计算所述受试者的血压；以及

在所述屏幕上显示所述受试者的所述血压。

25.根据权利要求24所述的设备，其中所述处理器被配置成用于：

通过基于外部手指压力和所述PPG波形形成示波图来计算所述血压，

执行所述动脉顺应性曲线与所述示波图相对于压力的导数之间的互相关，以及

确定所述互相关的最小值和最大值作为收缩血压和舒张血压。