CN117942071A - 用于估计组分的浓度的设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于估计组分的浓度的设备和方法。用于估计组分的浓度的设备包括：传感器，包括具有不同的中心波长的多个光源和被配置为检测光的至少一个检测器；以及处理器，被配置为使用所述多个光源中的第一光源确定皮肤的第一反射率，基于确定的第一反射率设置传感器的操作条件，根据操作条件驱动所述多个光源，并且基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的多个光量来估计分析物组分的浓度。

Description

用于估计组分的浓度的设备和方法

本申请基于并要求于2022年10月27日在韩国知识产权局提交的第10-2022-0140161号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。

技术领域

本公开涉及用于估计分析物组分的浓度的设备和方法，并更具体地涉及用于基于皮肤的变化来动态地设置传感器操作条件的技术。

背景技术

活性氧(reactive oxygen species)充当保护身体免受感染的重要的生物防御因子(诸如，白细胞)。然而，已知体内的活性氧的过量生成可导致各种组织疾病。引起活性氧的常见因素包括压力、酒精、过氧化物、药物等。由这些因素产生的活性氧可引起颅神经疾病、循环系统疾病、癌症、消化道疾病、肝病、动脉硬化、肾病、糖尿病、衰老等。人体具有一系列抗氧化防御系统来防止氧中毒。对于系统的正常操作，消耗足够的抗氧化剂(诸如，维生素E、维生素C、类胡萝卜素(carotenoid)、黄酮类(flavonoid)等)是必要的，并且食用尽可能多的富含抗氧化剂的食物对于有效的抗氧化作用是重要的。因此，需要一种用于容易地确定体内的抗氧化剂的量的设备。

发明内容

提供了通过基于皮肤的变化动态地设置用于估计抗氧化剂组分的浓度的传感器的操作条件来准确地估计抗氧化剂组分的浓度的系统、方法和装置。

另外的方面将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地将从该描述清楚，或者可通过实践呈现的实施例而获知。

根据公开的一个方面，一种用于估计组分的浓度的设备可包括：传感器，包括具有不同的中心波长的多个光源和被配置为检测光的至少一个检测器；以及处理器，被配置为使用所述多个光源中的第一光源确定皮肤的第一反射率，基于确定的第一反射率设置传感器的操作条件，根据操作条件驱动所述多个光源，并且基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的多个光量来估计分析物组分的浓度。

所述多个光源中的第一光源可具有从约350nm至约450nm的第一范围内或从约500nm至约600nm的第二范围内的中心波长。

处理器还可被配置为：将传感器设置为第一操作条件，基于第一操作条件驱动第一光源，基于由至少一个检测器从皮肤检测到的第一光量来确定第一反射率，并且基于确定的第一反射率小于第一阈值，将操作条件改变为第二操作条件。

处理器还可被配置为基于初始光量和第一光量来确定第一反射率，其中，基于第一操作条件使用第一光源从标准反射器检测初始光量。

处理器还可被配置为将通过将第一光量除以初始光量而获得的结果确定为第一反射率。

处理器还可被配置为基于第一反射率大于或等于第一阈值，驱动所述多个光源中的第二光源，并且基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的第二光量来确定第二反射率，并且基于确定的第二反射率大于第二阈值，将操作条件改变为第三操作条件。

第二光源可具有范围从约450nm至约500nm的中心波长。

处理器还可被配置为基于所述多个光量获得皮肤光谱，基于获得的皮肤光谱确定吸光度，并且基于确定的吸光度估计分析物组分的浓度。

处理器还可被配置为基于预定条件被满足来确定传感器的操作条件。

传感器的操作条件可包括用于驱动所述多个光源的驱动电流。

处理器还可被配置为将传感器设置为第一操作条件，基于第一操作条件驱动第一光源，基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的所述多个光量来确定多个反射率，并且基于确定的所述多个反射率引导用户改变传感器的位置。

分析物组分可包括皮肤类胡萝卜素、血液类胡萝卜素、葡萄糖、尿素、乳酸盐、甘油三酯、总蛋白、胆固醇和乙醇中的至少一种。

根据本公开的一个方面，一种估计组分的浓度的方法可包括：使用多个光源中的第一光源确定皮肤的第一反射率，所述多个光源被包括在传感器中并且具有不同的中心波长，基于确定的第一反射率设置传感器的操作条件，基于设置的操作条件驱动所述多个光源，以及基于由包括在传感器中的至少一个检测器从皮肤检测到的多个光量来估计分析物组分的浓度。

第一光源可具有从约350nm至约450nm的第一范围内或从约500nm至约600nm的第二范围内的中心波长。

设置传感器的操作条件的步骤可包括：将传感器设置为第一操作条件，基于第一操作条件驱动第一光源，基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的第一光量来确定第一反射率，以及基于确定的第一反射率小于第一阈值，将操作条件改变为第二操作条件。

确定第一反射率的步骤可包括基于初始光量和第一光量确定第一反射率，其中，基于第一操作条件使用第一光源从标准反射器检测初始光量。

设置传感器的操作条件的步骤可包括：基于第一反射率大于或等于第一阈值，驱动所述多个光源中的第二光源，基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的第二光量来确定第二反射率，以及基于确定的第二反射率大于第二阈值，将操作条件改变为第三操作条件。

估计分析物组分的浓度的步骤可包括：基于所述多个光量获得皮肤光谱，使用获得的皮肤光谱确定吸光度，以及基于确定的吸光度估计分析物组分的浓度。

根据本公开的一个方面，一种可穿戴装置可包括：主体；传感器，包括具有不同的中心波长的多个光源和被配置为从用户的身体的皮肤检测光的检测器；以及处理器，被配置为：基于传感器的操作条件驱动所述多个光源，基于由检测器检测到的光来估计抗氧化剂组分的浓度，以及基于预定条件被满足，使用所述多个光源中的具有预定中心波长的光源来确定皮肤的颜色是否存在变化，以及基于对皮肤的颜色是否存在变化的确定来设置传感器的操作条件。

预定条件可基于以下中的至少一个被预先设置：在估计抗氧化剂组分之前主体未被穿戴在用户的身体上的时间段、一天中主体未被穿戴在用户的身体上的时间段以及季节。

根据本公开的一个方面，一个或多个示例包括存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令在由处理器执行时使处理器执行在此描述的任何一个、任何组合或所有操作和/或方法。

附图说明

从以下结合附图的描述，本公开的某些实施例的以上和其他方面、特征和优点将更加清楚，其中：

图1是示出根据本公开的实施例的用于估计组分的浓度的设备的框图；

图2是示出根据本公开的实施例的用于估计组分的浓度的设备的传感器结构的示例的示图；

图3A是示出根据本公开的实施例的通过血液组分的光吸收的示图；

图3B、图3C和图3D是根据本公开的实施例的获得吸收光谱的示例的示图；

图4是示出根据本公开的实施例的用于估计组分的浓度的设备的框图；

图5是示出根据本公开的实施例的引导传感器测量位置的示例的示图；

图6是根据本公开的实施例的估计分析物组分的浓度的方法的流程图；

图7A、图7B和图7C是根据本公开的实施例的基于皮肤的变化来设置操作条件的方法的流程图；以及

图8、图9和图10是示出根据本公开的实施例的包括用于估计组分的浓度的设备的电子装置的结构的示例的示图。

贯穿附图和具体实施方式，除非另外描述，否则相同的附图参考标号将被理解为指代相同的元件、特征和结构。为了清楚、说明和方便，这些元件的相对大小和描绘可被夸大。

具体实施方式

其他实施例的细节包括在下面的具体实施方式和附图中。从下面参照附图详细描述的实施例，将更清楚地理解本公开的优点和特征以及实现本公开的方法。贯穿附图和具体实施方式，除非另外描述，否则相同的附图参考标号将被理解为指代相同的元件、特征和结构。

将理解，尽管在此可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。除非另外明确地陈述，否则对单数的任何引用可包括复数。此外，除非明确地相反描述，否则诸如“包括”或“包含”的表述将被理解为暗示包括陈述的元件但是不排除任何其他元件。此外，诸如“单元”或“模块”等的术语应被理解为执行至少一个功能或操作并可被实现为硬件、软件或它们的组合的单元。

图1是示出根据本公开的实施例的用于估计分析物组分的浓度的设备的框图。图2是示出根据本公开的实施例的用于估计组分的浓度的设备的传感器结构的示例的示图。

参照图1，用于估计组分的浓度的设备100包括传感器110和处理器120。

传感器110可包括多个光源111a、111b、111c和111d。虽然为了便于说明而示出四个光源111a、111b、111c和111d，但是光源的数量不限于此。光源111a、111b、111c和111d中的每个可以是发光二极管(LED)、激光二极管、磷光体等，但是光源不限于这些示例。可同时或以时分方式驱动多个光源111a、111b、111c和111d。可选地，可以以其中预定光源按组同时驱动的总体上顺序的方式驱动光源。

各个光源111a、111b、111c和111d可具有不同的中心波长。例如，第一光源111a可具有范围从约350nm至约450nm的中心波长，并且第二光源111b可具有范围从约450nm至约500nm的中心波长。另外，第三光源111c和第四光源111d可分别具有范围从约500nm至约550nm和范围从约550nm至约650nm的中心波长。然而，光源的中心波长不限于此，并且可根据各种条件(诸如，分析物组分的类型、设备100的形状因子的大小等)而改变。

传感器110可包括被配置为检测光、将光转换为电信号并输出电信号的检测器112。检测器112可包括一个或多个光电二极管、光电晶体管(PTr)等，但是不限于此，并且可包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、电荷耦合器件(CCD)图像传感器等。

传感器110可包括被配置为将从检测器112输出的电信号转换为数字信号的模数转换器和/或被配置为放大电信号的放大器。

参照图2，根据实施例的传感器110具有这样的结构：在该结构中，具有不同的中心波长的多个LED(LED1至LED4)布置在中心处，并且多个光电二极管PD1至PD8可围绕其外围布置。然而，传感器110不限于此，并且一个或多个光电二极管可布置在中心处，并且多个LED(LED1至LED4)可围绕其外围布置。在这种情况下，通道PD1ch至PD4ch中的每个包括光电二极管PD1至PD8中的两个或更多个，使得可基于通道驱动光电二极管(例如，可在PD1ch上驱动PD1和PD2，可在PD2ch上驱动PD3和PD4，可在PD4ch上驱动PD5和PD6，并且可在PD3ch上驱动PD7和PD8)。光电二极管PD1至PD8可与单独驱动的或基于通道驱动的光源同步地被驱动。例如，LED1可与PD1ch同步，LED2可与PD2ch同步，LED3可与PD3ch同步，并且LED4可与PD4ch同步。

返回参照图1，处理器120可电连接到传感器110。处理器120可设置传感器110的操作条件，并且可根据设置的操作条件来控制传感器110。在这种情况下，操作条件可包括参数(诸如，入射光的幅度(例如，电流强度)、增益、曝光时间、光圈大小等)。可通过对参数值进行组合来预定义多个操作条件，并且当驱动传感器110时，处理器120可将操作条件之一设置为传感器110的操作条件。多个操作条件可包括被定义为无论皮肤颜色如何都普遍应用的初始操作条件以及考虑到普通人的皮肤颜色或个体用户的皮肤颜色的变化而定义的各种操作条件。

在这种情况下，用户的皮肤是与传感器110接触的身体部位，并且可以是例如被厚的表皮层覆盖的手掌或脚底、与桡动脉邻近或者静脉血或毛细血管血穿过的身体部位、具有高血管密度的身体的外周部位(诸如，手指、脚趾、耳垂等)、或者当佩戴可穿戴装置时可与装置接触的手腕和耳朵内部等。

在接收到用户对估计分析物组分的浓度的请求时，处理器120可操作传感器110并且可通过使用由传感器110获得的数据来估计分析物组分的浓度。在这种情况下，分析物组分可包括包含皮肤类胡萝卜素(skin carotenoid)和/或血液类胡萝卜素(bloodcarotenoid)的抗氧化剂组分、或者诸如葡萄糖、尿素、乳酸盐、甘油三酯、总蛋白、胆固醇、乙醇等的组分，但是不限于此。为了便于说明，将使用抗氧化剂组分作为示例给出下面的描述。

在接收到用于估计抗氧化剂组分的浓度的请求时，处理器120可确定用户的皮肤颜色的变化，并且可在估计浓度之前基于该确定来设置适合于估计抗氧化剂组分的浓度的操作条件。通常，皮肤颜色与黑色素分布相关联，并且黑色素影响光吸收，从而影响反射光的信号质量。因此，通过考虑用户的皮肤颜色的变化来适当地设置传感器的操作条件，由传感器110获取的光的信号质量可被提高。

图3A是示出根据本公开的实施例的血液组分的光吸收的示图。

如在此所示，可看出，血液中的组分(诸如，黑色素、血红蛋白(例如，氧合血红蛋白HbO和还原血红蛋白Hb)等)在相对短波长区域(例如，约350nm至约450nm)中表现出高光吸收。具体地，通过黑色素的光吸收朝向短波长区域逐渐增加，使得短波长区域中的反射光的幅度可影响信号质量。

因此，在包括在传感器110中的多个光源111a、111b、111c和111d之中，处理器120可驱动具有中心波长(例如，根据第一操作条件，范围从约350nm至约450nm)的第一光源111a，并且可确定与黑色素的浓度相关的皮肤颜色的变化。在这种情况下，第一操作条件可由用户预先设置，并且可以是例如上述初始操作条件、多个操作条件之中的由用户设置的基本操作条件、或者在最近的估计时间设置的操作条件。

当第一光源111a向皮肤发射光并且检测器112检测从皮肤散射或反射的光时，处理器120可基于检测到的光量计算第一反射率，并且可基于计算的第一反射率确定皮肤颜色的变化。例如，处理器120可获得通过将检测到的光量除以根据第一操作条件针对第一光源111a预先测量的初始光量而获得的结果作为第一反射率。在这种情况下，可根据多个操作条件中的每个，通过使用针对多个光源111a、111b、111c和111d中的每个的标准反射器来预先测量初始光量。例如，可在传感器110的制造期间或在设备100的第一次使用期间测量初始光量。在这种情况下，标准反射器可以是具有预定反射率(例如，人体皮肤的平均反射率(约50％)或最大反射率(约80％))的反射器。

例如，处理器120可将计算的第一反射率与预定的第一阈值(例如，约7％)进行比较。如果第一反射率大于或等于第一阈值，则处理器120可确定皮肤颜色的变化不大，并且可保持设置的第一操作条件(例如，5mA的驱动电流)。如果第一反射率小于第一阈值，则处理器120可确定皮肤颜色改变，并且可将传感器110的操作条件从第一操作条件(例如，5mA的驱动电流)改变为第二操作条件(例如，20mA的驱动电流)。在这种情况下，通过将第一反射率小于第一阈值的程度划分为多个水平，处理器120可根据每个水平改变操作条件。可针对每个光源不同地设置每个操作条件下的驱动电流。

在另一示例中，如果计算的第一反射率小于第一阈值，则处理器120可确定皮肤颜色改变，并且可将操作条件改变为第二操作条件；并且如果不是，则处理器120可确定信号饱和的可能性。处理器120可根据第一操作条件驱动多个光源111a、111b、111c和111d之中的具有在具有相对大幅度的皮肤反射光的波长范围(例如，约450nm至约500nm)内的中心波长的第二光源112b，并且可通过使用由检测器检测到的第二光量来确定信号饱和。例如，处理器120可通过将第二光量除以根据第一操作条件针对第二光源测量的初始光量来获得第二反射率。如果第二反射率大于预定的第二阈值，则处理器120可确定存在信号饱和的可能性，并且可将传感器110的操作条件改变为第三操作条件(例如，3mA的驱动电流)，并且如果不是，则处理器120可保持第一操作条件。

虽然上面描述了通过使用具有范围从约350nm至约450nm的中心波长的光源来确定皮肤颜色的变化的示例，但是该确定不限于此，并且如果不存在具有约350nm至约450nm的中心波长的光源，则也可使用具有约500nm至约600nm的中心波长的光源。可选地，可通过使用具有中心波长(例如，范围从约350nm至约450nm和范围从约500nm至约600nm)的多个光源来确定皮肤颜色的变化。例如，处理器120可通过使用从多个光源检测的光量的统计值(例如，和、平均值等)以及与其对应的初始光量的统计值(例如，和、平均值等)来计算上述第一反射率。

如果满足预定条件，则基于皮肤颜色的变化设置传感器操作条件的上述处理可被执行。在这种情况下，预定条件可被设置，使得当首次使用设备100时并且如果存在用户的请求，则传感器操作条件的设置可被执行。可选地，如果在已经经过给定时间段后未执行测量，则存在皮肤颜色可随着皮肤暴露于太阳的时间的增加而变化的可能性，使得在先前测量时间后经过给定时间段时，测量可被设置为执行。在这种情况下，可根据性别、年龄、日间和夜间和/或季节等来不同地设置给定时间段。

为了确定皮肤颜色的变化，处理器120可根据第一操作条件驱动第一光源，并且可引导用户基于由多个检测器检测到的多个光量来调节传感器测量位置。例如，在基于由多个检测器检测到的相应光量确定在与传感器110接触的皮肤的整个区域或大多数区域中发生变化时，处理器120可如上所述改变传感器的操作条件。在确定仅皮肤的部分区域具有在颜色上不同或改变的部分(例如，暗点)时，处理器120可引导用户将传感器位置改变为另一位置。

例如，处理器120可如上所述基于由各个检测器检测到的光量和初始光量来针对多个检测器中的每个计算反射率，并且可将各个反射率与阈值进行比较。如果小于阈值的反射率的数量相对于反射率的总数的百分比为预定百分比或更大，则处理器120可确定皮肤的整个区域在颜色上改变。如果小于阈值的反射率的数量相对于反射率的总数的百分比不为预定百分比或更大，则处理器120可确定仅皮肤的部分区域在颜色上改变，并且可考虑与小于阈值的反射率对应的特定检测器/检测器通道的位置来引导用户改变测量位置。

处理器120可根据基于上述对皮肤颜色的变化的确定而设置的操作条件来驱动包括在传感器110中的多个光源111a、111b、111c和111d或者如果省略确定皮肤颜色的变化的处理则根据第一操作条件来驱动包括在传感器110中的多个光源111a、111b、111c和111d，并且可基于由检测器112检测到的多个光量来估计抗氧化剂组分的浓度。在这种情况下，如上所述，第一操作条件可以是初始操作条件、基本操作条件或在先前估计时间设置的操作条件。

图3B、图3C和图3D是根据本公开的实施例的获得吸收光谱的示例的示图。图3B是示出基于使用具有不同中心波长的光源111a、111b、111c和111d测量的光量a、b、c和d重建的光谱的示图，并且图3C是示出基于通过使用标准反射器针对各个光源111a、111b、111c和111d测量的初始光量获得的校准光谱的示图。图3D是示出通过使用图3C的校准光谱校正图3B的重建光谱而获得的皮肤吸收光谱的示例的示图。

例如，当在设置的操作条件下驱动多个光源111a、111b、111c和111d并且检测到多个光量时，处理器120可基于检测到的多个光量来重建皮肤光谱，并且可通过使用与设置的操作条件对应的校准光谱来获得基于朗伯-比尔定律的吸收光谱。例如，如果传感器110的操作条件从第一操作条件改变为第二操作条件，则处理器120可通过使用根据第二操作条件使用标准反射器获得的校准光谱来获得皮肤吸收光谱。

在获得皮肤吸收光谱时，处理器120可通过使用皮肤吸收光谱来估计抗氧化剂组分的浓度。例如，处理器120可通过将预定义的估计模型应用于获得的吸光度来估计分析物组分的浓度。在这种情况下，估计模型可被预先定义为例如线性组合方程，但是不限于此。

图4是示出根据本公开的实施例的用于估计组分的浓度的设备的框图。

图5是示出根据本公开的实施例的引导传感器测量位置的示例的示图。

参照图4，用于估计组分的设备400包括传感器110、处理器120、输出接口410、存储设备420和通信接口430。传感器110可包括多个光源和检测器。上面描述了传感器110和处理器120，从而将省略其详细描述。

输出接口410可输出由处理器120处理的数据。例如，输出接口410可输出信息(诸如，光谱数据、估计分析物组分的浓度的结果、传感器操作条件等)。输出接口410可包括视觉输出模块(诸如，显示器)、音频输出模块(诸如，扬声器)或使用振动、触感等的触觉模块。例如，输出接口410可输出信息(诸如，光谱数据、分析物组分浓度估计数据、传感器操作条件等)。

另外，输出接口410可输出用于引导用户调整由处理器120生成的传感器测量位置的信息。如图5中所示，输出接口410可向主体MB的显示器DP输出指示与传感器110接触的皮肤区域的图形对象511(例如，圆形框、方形框、皮肤图像等)、指示皮肤颜色不同的位置的对象512、圆形框或图像。在这种情况下，可根据颜色变化的程度(例如，阈值与反射率之间的差异程度)来不同地设置对象512的颜色的深度。另外，输出接口410可输出对象513(诸如，指示移动方向的箭头)和/或文本消息514(诸如，“请沿由箭头指示的方向移动传感器”)，以便移动传感器位置。

存储设备420可存储与估计组分浓度有关的数据。例如，存储设备420可存储用户特性信息(诸如，用户的年龄、性别、健康状况等)、各种传感器操作条件、初始光量、组分估计模型等。此外，存储设备420可存储由处理器120生成的信息(诸如，估计的组分浓度值)等。

存储设备420可包括以下中的至少一个存储介质：闪存型存储器、硬盘型存储器、多媒体卡微型存储器、卡型存储器(例如，安全数字(SD)存储器、XD存储器等)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、可编程ROM(PROM)、磁性存储器、磁盘和光盘等，但是不限于此。

通信接口430可通过有线或无线通信与外部装置通信，以接收与估计组分有关的各种数据。外部装置可包括信息处理装置(诸如，智能电话、平板PC、膝上型计算机、台式计算机等)，但是不限于此。通信接口430可通过使用通信技术(诸如，蓝牙通信、蓝牙低能耗(BLE)通信、近场通信(NFC)、无线局域网(WLAN)通信、Zigbee通信、红外数据协会(IrDA)通信、Wi-Fi直连(WFD)通信、超宽带(UWB)通信、Ant+通信、Wi-Fi通信、射频识别(RFID)通信、第3代(3G)、第4代(4G)和第5代(5G)通信等)与外部装置通信。然而，这仅是示例性的，并且不旨在限制。

图6是根据本公开的实施例的估计分析物组分的浓度的方法的流程图。估计分析物组分的浓度的方法可由上面详细描述的用于估计组分的浓度的上述设备100和400执行，因此下面将进行简要描述。

参照图6，响应于用于估计分析物组分的浓度的请求，在操作610中，用于估计组分的浓度的设备可通过使用包括在传感器中的多个光源之中的具有特定中心波长的一个光源来确定皮肤颜色是否存在变化。基于确定皮肤没有变化，设备可进行到操作640。基于确定皮肤存在变化，在操作620中，设备可设置适合于估计组分浓度的传感器操作条件。在这种情况下，多个光源可具有不同的中心波长。

在一个实施例中，在操作610中或在操作610之前，响应于用于估计分析物组分的浓度的请求，用于估计组分的浓度的设备可在操作610之前首先确定是否满足预定条件，并且如果满足预定条件，则用于估计组分的浓度的设备可在操作610中确定皮肤是否存在变化，并且可在操作620中基于皮肤变化设置传感器操作条件。在这种情况下，预定条件可被设置，使得可在设备的第一次使用时、以预定间隔、或者如果在已经经过预定时间段或更长之后未执行利用传感器的测量，则确定皮肤是否存在变化被执行。

然后，在操作640中，用于估计组分的浓度的设备可通过根据设置的传感器操作条件驱动多个光源和检测器来测量皮肤光谱。用于估计组分的浓度的设备可通过根据设置的传感器操作条件驱动多个光源并且通过使用针对各个光源检测到的光量来重建光谱，并且可基于根据设置的传感器操作条件使用标准反射器测量的校准光谱来生成皮肤吸收光谱。

随后，在操作660中，用于估计组分的浓度的设备可通过使用皮肤光谱来估计分析物组分的浓度。例如，用于估计组分的浓度的设备可通过将预定义的组分估计模型应用于针对各个光源获得的吸光度来估计组分的浓度。

图7A、图7B和图7C是根据本公开的实施例的基于皮肤的变化来设置操作条件的方法的流程图。图7A至图7C是示出在图6的操作620中设置传感器操作条件的各种示例的示图。

参照图7A，在操作711中，用于估计组分的浓度的设备可将传感器操作条件设置为第一操作条件。第一操作条件可以是初始操作条件、由用户设置的基本操作条件、或在先前估计时间设置的操作条件，并且可根据例如用户的设置保持在先前测量时间设置的操作条件，或者可将操作条件重置为初始操作条件或基本操作条件。

然后，在操作712中，通过根据设置的第一操作条件驱动第一光源，用于估计组分的浓度的设备可通过使用检测器来测量皮肤光量。在这种情况下，第一光源可以是具有约350nm至约450nm的中心波长的光源。然而，光源不限于此，并且具有约500nm至约600nm的中心波长的光源也可根据需要被使用，并且具有约350nm至约450nm的范围和约500nm至约600nm的范围内的中心波长的多个光源也可被使用。

随后，在操作713中，用于估计组分的浓度的设备可通过使用在操作712中测量的光量和初始光量来计算皮肤反射率。在这种情况下，初始光量可以是通过根据第一操作条件驱动第一光源而使用标准反射器测量的反射光的量。

接下来，在操作714中，用于估计组分的浓度的设备可将计算的皮肤反射率与阈值进行比较。在比较时，如果皮肤反射率大于或等于阈值，则用于估计组分的浓度的设备可保持当前的第一操作条件，并且如果皮肤反射率小于阈值，则在操作715中，用于估计组分的浓度的设备可将传感器操作条件改变为第二操作条件。

参照图7B，在操作721中，用于估计组分的浓度的设备可首先将传感器操作条件设置为第一操作条件。第一操作条件可以是初始操作条件、由用户设置的基本操作条件、或在先前估计时间设置的操作条件。

然后，在操作722中，通过根据设置的第一操作条件驱动第一光源，用于估计组分的浓度的设备可通过使用检测器来测量第一光量。在这种情况下，第一光源可以是具有约350nm至约450nm的中心波长的光源。然而，光源不限于此，并且具有约500nm至约600nm的中心波长的光源也可根据需要被使用，并且具有约350nm至约450nm的范围和约500nm至约600nm的范围内的中心波长的多个光源也可被使用。

随后，在操作723中，用于估计组分的浓度的设备可通过使用在操作722中测量的第一光量和初始光量来计算第一反射率。在这种情况下，初始光量可以是通过根据第一操作条件驱动第一光源而使用标准反射器测量的反射光的量。

接下来，在操作724中，用于估计组分的浓度的设备可将计算的第一反射率与第一阈值进行比较。在比较时，如果第一反射率小于阈值，则在操作728中，用于估计组分的浓度的设备可将传感器操作条件改变为第二操作条件。在比较时，如果第一反射率大于或等于阈值，则在操作725中，用于估计组分的浓度的设备可驱动第二光源测量第二光量。在这种情况下，第二光源可以是具有约450nm至约500nm的中心波长的光源。

然后，在操作726中，用于估计组分的浓度的设备可通过使用测量的第二光量和第二初始光量来测量第二反射率。在这种情况下，第二初始光量可以是通过根据第一操作条件驱动第二光源而使用标准反射器测量的反射光的量。

随后，在操作727中，用于估计组分的浓度的设备可将第二反射率与第二阈值进行比较，并且如果第二反射率小于或等于第二阈值，则用于估计组分的浓度的设备可保持当前的第一操作条件，并且如果第二反射率大于第二阈值，则在操作729中，用于估计组分的浓度的设备可将传感器操作条件改变为第三操作条件。

参照图7C，在操作731中，用于估计组分的浓度的设备可将传感器操作条件设置为第一操作条件。

然后，在操作732中，用于估计组分的浓度的设备可通过根据第一操作条件驱动第一光源并且通过使用多个检测器来测量多个皮肤光量。

随后，在操作733中，用于估计组分的浓度的设备可通过使用由各个检测器在操作732中测量的光量和初始光量来针对每个检测器计算皮肤反射率。

接下来，在操作734中，用于估计组分的浓度的设备可将针对每个检测器计算的皮肤反射率与阈值进行比较，并且可确定是否存在小于阈值的反射率。在比较时，如果所有反射率都大于或等于阈值，则用于估计组分的浓度的设备可保持当前的第一操作条件。

在比较时，如果存在小于阈值的反射率，则在操作735中，用于估计组分的浓度的设备可确定小于阈值的反射率的数量相对于反射率的总数的百分比是否为预定百分比或更大。如果小于阈值的反射率的数量相对于反射率的总数的百分比不为预定百分比或更大，则在操作736，用于估计组分的浓度的设备可确定仅皮肤的部分区域在颜色上改变并且可引导用户改变传感器测量位置。如果小于阈值的反射率的数量相对于反射率的总数的百分比为预定百分比或更大，则在操作737中，用于估计组分的浓度的设备可确定皮肤的整个区域在颜色上改变并且可将传感器操作条件改变为第二操作条件。

图8、图9和图10是示出根据本公开的实施例的包括用于估计组分的浓度的设备的电子装置的结构的示例的示图。图8至图10是示出包括用于估计组分的浓度的设备100和400的电子装置的各种结构的示例的示图。

电子装置可包括例如各种类型的可穿戴装置(例如，智能手表、智能手环、智能眼镜、智能耳机、智能环、智能贴片和智能项链)以及移动装置(诸如，智能电话、平板PC等)或者基于物联网(IoT)技术的家用电器或各种IoT装置(例如，家庭IoT装置等)。

电子装置可包括传感器装置、处理器、输入装置、通信模块、相机模块、输出装置、存储装置和电源模块。电子装置的所有组件可集成地安装在特定装置中，或者可分布在两个或更多个装置中。传感器装置可包括用于估计组分的浓度的设备100和400的传感器110，并且还可包括附加传感器(诸如，陀螺仪传感器、全球定位系统(GPS)等)。

处理器可执行存储在存储装置中的程序以控制连接到处理器的组件，并且可执行包括生物信息的估计的各种数据处理或计算。处理器可包括主处理器(例如，中央处理器(CPU)或应用处理器(AP)等)以及可独立于主处理器操作或与主处理器结合操作的辅助处理器(例如，图形处理器(GPU)、图像信号处理器(ISP)、传感器集线器处理器或通信处理器(CP)等)。

输入装置可从用户等接收要由电子装置的每个组件使用的命令和/或数据。输入装置可包括例如麦克风、鼠标、键盘或数字笔(例如，触控笔等)。

通信模块可支持在电子装置与网络环境内的其他电子装置、服务器或传感器装置之间建立直接(例如，有线)通信通道和/或无线通信通道，并且经由建立的通信通道执行通信。通信模块可包括一个或多个通信处理器，一个或多个通信处理器可独立于处理器操作并且支持直接通信和/或无线通信。通信模块可包括无线通信模块(例如，蜂窝通信模块、短距离无线通信模块或全球导航卫星系统(GNSS)通信模块等)和/或有线通信模块(例如，局域网(LAN)通信模块、电力线通信(PLC)模块等)。这些各种类型的通信模块可集成到单个芯片中，或者可单独实现为多个芯片。无线通信模块可通过使用存储在订户识别模块中的订户信息(例如，国际移动订户身份(IMSI)等)来识别和认证通信网络中的电子装置。

相机模块可拍摄静止图像或移动图像。相机模块可包括具有一个或多个透镜的透镜组件、图像传感器、图像信号处理器和/或闪光灯。包括在相机模块中的透镜组件可收集从待成像的对象发出的光。

输出装置可视觉地/非视觉地输出由电子装置生成或处理的数据。输出装置可包括声音输出装置、显示装置、音频模块和/或触觉模块。

声音输出装置可将声音信号输出到电子装置的外部。声音输出装置可包括扬声器和/或接收器。扬声器可用于一般目的(诸如，播放多媒体或播放录音)，并且接收器可用于呼入。接收器可与扬声器分开实现，或者作为扬声器的一部分实现。

显示装置可视觉地向电子装置的外部提供信息。显示装置可包括例如显示器、全息照相装置或投影仪以及用于控制装置的控制电路系统。显示装置可包括被适配为检测触摸的触摸电路系统和/或被适配成为测量由触摸引发的力的强度的传感器电路系统(例如，压力传感器等)。

音频模块可将声音转换为电信号，反之亦然。音频模块可经由输入装置获得声音，或者可经由声音输出装置、和/或直接或无线连接到电子装置的另一电子装置的扬声器和/或耳机输出声音。

触觉模块可将电信号转换为可由用户通过触感或动觉识别的机械刺激(例如，振动、运动等)或电刺激。触觉模块可包括例如电机、压电元件和/或电刺激器。

存储装置可存储操作传感器装置所需的操作条件以及电子装置的其他组件所需的各种数据。各种数据可包括例如用于软件的输入数据和/或输出数据以及与软件相关联的指令等。存储装置可包括易失性存储器和/或非易失性存储器。

电源模块可管理供应给电子装置的电力。电源模块可被实现为例如电源管理集成电路(PMIC)的一部分。电源模块可包括电池，电池可包括不可再充电的一次电池、可再充电的二次电池和/或燃料电池。

参照图8，电子装置可被实现为手表可穿戴装置800，并且可包括主体和腕带。显示器设置在主体的前表面上，并且可显示各种应用画面，各种应用画面包括估计的分析物组分浓度值、警告信息、时间信息、接收的消息信息等。传感器装置810可设置在主体的后表面上。在估计分析物组分的浓度期间，可穿戴装置800可首先确定皮肤颜色是否存在变化，并且可基于该确定基本上执行重置传感器操作条件的操作，或者可基于可穿戴装置800未佩戴在手腕上的时间段、季节、日间或夜间等来检查预定条件(例如，预定条件可基于以下中的至少一个被预先设置：在估计分析物组分的浓度之前未佩戴可穿戴装置的时间段、一天中未佩戴可穿戴装置的时间段以及季节)，并且如果满足预定条件，则可穿戴装置800可执行重置传感器操作条件的操作。

参照图9，电子装置可被实现为诸如智能电话的移动装置900。移动装置900可包括壳体和显示面板。壳体可形成移动装置900的外部。壳体具有第一表面，显示面板和盖玻璃可顺序地设置在第一表面上，并且显示面板可通过盖玻璃暴露于外部。传感器装置910、相机模块和/或红外传感器等可设置在壳体的第二表面上。处理器和各种其他组件可设置在壳体中。

参照图10，电子装置可被实现为耳戴式装置1000。耳戴式装置1000可包括主体和耳带。用户可通过将耳带悬挂在耳廓上来佩戴耳戴式装置1000。根据耳戴式装置1000的形状，可省略耳带。主体可插入外耳道中。传感器装置1010可在与皮肤接触的部分处安装在主体中。此外，处理器、通信装置等可安装在主体中。处理器可如上所述基于由传感器装置1010测量的光来估计组分的浓度，并且可通过通信装置将估计结果发送到另一电子装置。可选地，处理器可将由传感器装置1010测量的光数据发送到另一电子装置，使得该电子装置可估计组分浓度。

本公开可被实现为写在计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质可以是以计算机可读方式存储数据的任何类型的记录装置。

计算机可读记录介质的示例包括ROM、RAM、光盘(CD)ROM(CD-ROM)、磁带、软盘、光学数据存储设备和载波(例如，通过互联网的数据传输)。计算机可读记录介质可分布在连接到网络的多个计算机系统上，使得计算机可读代码被写入其中并以分散的方式从中被执行。本发明所属领域的普通编程人员可容易地得出实现本发明所需的功能程序、代码和代码段。

在此已经针对优选实施例描述了本公开。然而，对于本领域技术人员将清楚的是，在不改变本公开的技术构思和基本特征的情况下，可进行各种改变和修改。因此，清楚的是，上述实施例在所有方面都是说明性的，而不旨在限制本公开。

Claims (20)

1.一种用于估计组分的浓度的设备，所述设备包括：

传感器，包括：

多个光源，具有不同的中心波长，以及

至少一个检测器，被配置为检测光；以及

处理器，被配置为：

使用所述多个光源中的第一光源确定皮肤的第一反射率，

基于确定的第一反射率设置传感器的操作条件，

根据设置的操作条件驱动所述多个光源，并且

基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的多个光量来估计组分的浓度。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述多个光源中的第一光源具有从350nm至450nm的第一范围内或从500nm至600nm的第二范围内的中心波长。

3.如权利要求1所述的设备，其中，处理器还被配置为：

将传感器设置为第一操作条件，

基于第一操作条件驱动第一光源，

基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的第一光量来确定第一反射率，并且

基于确定的第一反射率小于第一阈值，将操作条件改变为第二操作条件。

4.如权利要求3所述的设备，其中，处理器还被配置为基于初始光量和第一光量来确定第一反射率，并且

其中，基于第一操作条件使用第一光源从标准反射器检测初始光量。

5.如权利要求4所述的设备，其中，处理器还被配置为将通过将第一光量除以初始光量而获得的结果确定为第一反射率。

6.如权利要求3所述的设备，其中，处理器还被配置为基于第一反射率大于或等于第一阈值：

驱动所述多个光源中的第二光源，并且

基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的第二光量来确定第二反射率，并且

其中，处理器还被配置为基于确定的第二反射率大于第二阈值，将操作条件改变为第三操作条件。

7.如权利要求6所述的设备，其中，第二光源具有范围从450nm至500nm的中心波长。

8.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，处理器还被配置为：

基于所述多个光量获得皮肤光谱，

基于获得的皮肤光谱确定吸光度，并且

基于确定的吸光度估计组分的浓度。

9.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，处理器还被配置为基于预定条件被满足来确定传感器的操作条件。

10.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，传感器的操作条件包括用于驱动所述多个光源的驱动电流。

11.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，处理器还被配置为：

将传感器的操作条件设置为第一操作条件，

基于第一操作条件驱动第一光源，

基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的所述多个光量来确定多个反射率，并且

基于确定的所述多个反射率引导用户改变传感器的位置。

12.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，组分包括皮肤类胡萝卜素、血液类胡萝卜素、葡萄糖、尿素、乳酸盐、甘油三酯、总蛋白、胆固醇和乙醇中的至少一种。

13.一种估计组分的浓度的方法，所述方法包括：

使用多个光源中的第一光源确定皮肤的第一反射率，所述多个光源被包括在传感器中并且具有不同的中心波长，

基于确定的第一反射率设置传感器的操作条件；

基于设置的操作条件驱动所述多个光源；以及

基于由包括在传感器中的至少一个检测器从皮肤检测到的多个光量来估计组分的浓度。

14.如权利要求13所述的方法，其中，第一光源具有从350nm至450nm的第一范围内或从500nm至600nm的第二范围内的中心波长。

15.如权利要求13所述的方法，其中，设置传感器的操作条件的步骤包括：

将传感器的操作条件设置为第一操作条件；

基于第一操作条件驱动第一光源；

基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的第一光量来确定第一反射率；以及

基于确定的第一反射率小于第一阈值，将操作条件改变为第二操作条件。

16.如权利要求15所述的方法，其中，确定第一反射率的步骤包括：

基于初始光量和第一光量确定第一反射率，并且

其中，基于第一操作条件使用第一光源从标准反射器检测初始光量。

17.如权利要求15所述的方法，其中，设置传感器的操作条件的步骤还包括：

基于第一反射率大于或等于第一阈值，驱动所述多个光源中的第二光源；

基于由所述至少一个检测器从皮肤检测到的第二光量来确定第二反射率；以及

基于确定的第二反射率大于第二阈值，将操作条件改变为第三操作条件。

18.如权利要求13至17中任一项所述的方法，其中，估计组分的浓度的步骤包括：

基于所述多个光量获得皮肤光谱；

使用获得的皮肤光谱确定吸光度；以及

基于确定的吸光度估计组分的浓度。

19.一种可穿戴装置，包括：

主体，穿戴在用户的身体上；

传感器，包括：

多个光源，具有不同的中心波长，以及

检测器，被配置为从用户的身体的皮肤检测光；以及

处理器，被配置为：

基于传感器的操作条件驱动所述多个光源，

基于由检测器检测到的光来估计抗氧化剂组分的浓度，以及

基于预定条件被满足：

使用所述多个光源中的具有预定中心波长的光源来确定皮肤的颜色是否存在变化，以及

基于对皮肤的颜色是否存在变化的确定来设置传感器的操作条件。

20.如权利要求19所述的可穿戴装置，其中，预定条件基于以下中的至少一个被预先设置：

在估计抗氧化剂组分之前主体未被穿戴在用户的身体上的时间段，

一天中当主体未被穿戴在用户的身体上时的时间段，以及

季节。