JP7338830B2 - 圧力センサアレイを用いた血圧信号測定システム - Google Patents

Description

本明細書で開示される主題はユーザのバイタルサインを監視する分野に関し、より詳細には、圧力センサアレイを使用して血圧信号を取得するためのシステムおよび方法に関する。

高血圧はよくある状態であるが、動脈壁に対する血液の長期的な力が最終的に心臓病などの健康上の問題を引き起こし得るほどに高くなる。血圧は、心臓が押し出す血液の量と動脈の血流抵抗量との両方によって決まる。心臓からの血液の押し出し量が多くなればなるほど、また、動脈が狭くなればなるほど、血圧は高くなる。

高血圧であっても何年も症状がないことがある。症状がなくても、血管および心臓への損傷は継続し、検出することができる。コントロールされていない高血圧は、心臓発作および脳卒中を含む重篤な健康問題のリスクを増大させる。高血圧は一般に、長年にわたって発症し、最終的には、ほとんどすべての人に影響を及ぼす。幸いなことに、高血圧の検出は容易である。

現在、心臓血管疾患は、世界中で報告されている全ての死亡の大部分を占めている。これらの疾患は、重篤で共通のリスクと考えられ、低所得国および中所得国において顕著である。高血圧は、心不全または脳卒中の危険性を増大させ、血管の硬化を加速させ、平均余命を減少させる主な要因である。

高血圧は、循環血液が血管壁に及ぼす圧力が上昇する慢性健康状態である。血管内の血液の適切な循環を確保するために、高血圧患者の心臓は、正常よりも激しく働かなければならず、心臓発作、卒中、および心不全のリスクが増大することとなる。しかしながら、健康的な食事をし、運動をすることは、血圧コントロールを有意に改善し、合併症のリスクを減少させることができる。効率的な薬物治療も利用可能である。したがって、血圧が上昇した人を見つけ出し、定期的に血圧情報を監視することが重要である。

各心拍の間、血圧は最大（すなわち、収縮期）圧力と最小（すなわち、拡張期）圧力との間で変化する。血圧を測定する従来の非侵襲的な方法は加圧カフを使用し、血流が脈動し始める（すなわち、カフ圧が収縮期圧と拡張期圧との間にある）圧力レベルと、全く流れがない（すなわち、カフ圧が収縮期圧を超える）圧力レベルとを検出することであった。しかしながら、ユーザは特に長期間のモニタリングにおいて、退屈でストレスのかかる加圧カフと同様に、測定状況を考慮する傾向があることが分かっている。さらに、周知の白衣症候群は、測定中に血圧を上昇させる傾向があり、不正確な診断につながる。

身体生理学的パラメータ（例えば、血圧、心拍数（ＨＲ）パルス、体温、血糖値、運動パターンなど）を非侵襲的に、連続的に、および／または断続的に長期間にわたって監視するための装着型デバイスの使用は、健康を監視および改善する方法として一般的になってきている。

従来の血圧測定は膨張可能なカフを必要とし、このカフは機械的センサ（例えば、聴診器）を使用して、血管内の血流渦によって生成される音を聴きながら、完全な血管閉塞の状態からより低い圧力まで徐々に収縮される。この方法の利点は、動きに対するその相対的な安定性である。その反面、その大きなフォームファクタと、ユーザによる手動膨張または自動ポンプのいずれかを必要とするため大量のエネルギーを要する点とにおいて、不利である。エネルギー効率および小さいフォームファクタは、ウェアラブルデバイスにおける主要な要件であるので、膨張可能カフによる血圧感知は、ここでの有用なパラダイムではない。

従来技術の血圧測定デバイスは、重大な欠点を有する。第１に、橈骨動脈上のセンサの位置決めまたは配置は、ユーザにとって困難である。第２に、センサは、通常、正確な読み取り値を得るために較正を必要とする。第３に、センサから得られる信号対雑音比（ＳＮＲ）は、信頼性のある血圧測定値を得るのに十分ではないかもしれない。

したがって、従来技術のデバイスおよび方法の欠点を克服する、血圧を連続的に測定および監視することができる機構が必要とされている。例えば、血圧を測定する機構は、関連する高エネルギー要件を有する膨張可能なカフの使用を必要とすべきではない。さらに、この機構は腕の動脈（すなわち、橈骨動脈および尺骨動脈）のうちの１つまたは複数の動脈上の血圧波形を感知することができなければならない。

本発明は、基板としての導電性フィルムから構成されたセンサ素子を組み込んだ圧力センサアレイである。市販の導電性（すなわち、圧電抵抗性）フィルムの例としては、ベロスタット（Ｖｅｌｏｓｔａｔ）およびリンクスタット（Ｌｉｎｑｓｔａｔ）が挙げられる。可撓性特性を有する圧力センサのアレイと、センサ素子とユーザの皮膚との間の生体適合性材料インタフェースとを組み込んだウェアラブルデバイスが記載される。圧力センサアレイは導電性フィルムを基板として使用し、一対の導体を適切な構成に配置して、個々のセンサ素子を形成する。センサ素子は、圧力が印加されたときの導電性膜の抵抗変化を検出する。

センサ素子は、相互に嵌合する、または対向する構成で実装されてもよい。センサアレイはまた、印加された圧力を導電性フィルムに伝達または集束させるために、センサ素子の上部に機械的インタフェースを備える。この解決策ははるかに安価であり、より柔軟であり、皮膚に対するより快適な界面を有することに留意されたい。さらに、この解決策の相対的な費用対効果により、かなり多数のセンサ素子を構成することが可能になり、わずかな数のセンサ素子を使用しない場合に発生し得る、配置および信号対雑音比（ＳＮＲ）などの問題を軽減する。

本発明によれば、血圧信号取得のためのセンサが提供される。センサは、上面および底面を有する基板を含む。基板は、力抵抗導電性感知フィルムと、感知フィルムの上面に結合された機械的素子とを有する。機械的素子は、ユーザと接触したときに、その上面から感知フィルムに向かって圧力を伝達するように動作可能である。センサはさらに、感知フィルムの上面または下面の１つに取り付けられた一対の導電性素子を含む。一対の導電性素子は機械的素子に圧力を加えたときの感知フィルムの抵抗の変化を検出することができるように、離間して配置されている。

本発明によれば、血圧信号取得のためのセンサも提供される。センサは、上面および底面を有する基板を含む。基板は、力抵抗導電性感知フィルムと、感知フィルムの上面に固定された第１の導電性素子と、第１の導電性素子に結合された機械的素子とを有する。機械的素子はユーザと接触したときに、その上面から感知フィルムに向かって圧力を伝達するように動作可能である。センサは、感知フィルムの底面に固定された第２の導電性素子をさらに含む。第１および第２の導電性素子は、機械的素子に圧力を加えたときの感知フィルムの抵抗の変化を検出することができるように、離間して配置されている。

本発明によれば、ユーザの血圧を測定するためのウェアラブルデバイスがさらに提供される。ウェアラブルデバイスは、ハウジングと、ハウジング内に取り付けられたディスプレイと、ハウジングに結合されたリストストラップと、メモリに結合されたプロセッサと、少なくとも１つのセンサアレイとを含む。センサアレイは、センサ回路に結合され、血圧信号を取得するように動作する複数のセンサ素子を含む。各センサ素子は、上面および底面を有する基板を含む。基板は、力抵抗導電性感知フィルムと、感知フィルムの上面に結合された機械素子とを有する。機械的素子は、ユーザと接触したときに、その上面から感知フィルムに向かって圧力を伝達するように動作可能である。ウェアラブルデバイスは、感知フィルムに固定された第１および第２の導電性素子をさらに含む。第１および第２の導電性素子は、機械的素子に圧力を加えたときの感知フィルムの抵抗の変化を検出することができるように、離間して配置されている。

本発明は以下の例示的な実施形態において、および図面を参照してさらに詳細に説明され、ここで、同一または類似の要素は同じまたは類似の参照番号によって部分的に示されてもよく、様々な例示的な実施形態の特徴は組み合わせ可能である。本発明は、添付の図面を参照して、単なる例として本明細書に記載される。
図１は、ユーザの血圧を測定するように動作する、本発明の例示的なウェアラブルデバイスの第１の図を示す図である。 図２は、ユーザの血圧を測定するように動作する、本発明の例示的なウェアラブルデバイスの第２の図を示す図である。 図３は、装着型デバイス内に組み込まれ、橈骨動脈および／または尺骨動脈からの圧力を感知するように構成された圧力センサを示す図である。 図４は、本発明の血圧測定機構を組み込んだウェアラブル電子デバイスの一例を示す高レベルブロック図である。 図５は、オプションのホストデバイスと通信するウェアラブルデバイス等の例示的な血圧測定デバイスを示す高レベルブロック図である。 図６は、本発明の一実施形態によるリストバンドの側面図を示す図である。 図７は、本発明と共に使用するのに適した第１の例示的な圧力センサアレイを示す図である。 図８は、本発明と共に使用するのに適した第２の例示的な圧力センサアレイを示す図である。 図９は、本発明と共に使用するのに適した第３の例示的な圧力センサアレイを示す図である。 図１０は、本発明と共に使用するのに適した第４の例示的な圧力センサアレイを示す図である。 図１１Ａは、第１の例示的なセンサ素子をより詳細に示す図である。 図１１Ｂは、第２の例示的なセンサ素子をより詳細に示す図である。 図１２は、本発明の例示的なセンサアレイの上面図を示す図である。 図１３は、例示的なセンサアレイの底面図を示す図である。 図１４は、本発明の別の例示的なセンサアレイの上面図を示す図である。 図１５は、導電膜の抵抗と力との関係を示すグラフである。 図１６は、センサ素子に用いられる分圧回路の一例を示す図である。 図１７はセンサ回路への複数のセンサ素子の接続を示す図である。 図１８は、センサ素子に結合されたフロントエンド回路の一例を示す図である。

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために多くの具体的な詳細について述べる。しかし、当業者であれば、本発明は、これらの特定の詳細なしに実施できることを理解するであろう。他の例では、周知の方法、手順、および構成要素は、本発明を不明瞭にしないように、詳細には説明されていない。

開示されたこれらの利点および改良の中で、本発明の他の目的および利点は、添付の図面と併せて以下の説明から明らかになるであろう。本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されるが、開示された実施形態は様々な形態で具現化され得る本発明の単なる例示であることを理解されたい。加えて、本発明の様々な実施形態に関連して与えられた実施例の各々は例示を意図したものであり、限定を意図したものではない。

本発明とみなされる主題は、本明細書の結論部分において特に指摘され、明確に請求される。しかし、本発明はその目的、特徴、および利点と共に、動作の構成および方法の両方に関して、添付の図面とともに読まれるときに、以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解され得る。

図面は本明細書の一部を構成し、本発明の例示的な実施形態を含み、その様々な目的および特徴を示す。さらに、図面は必ずしも縮尺通りではなく、いくつかの特徴は特定の構成要素の詳細を示すために誇張され得る。加えて、図面に示される任意の測定値、仕様などは、例示を意図したものであり、限定を意図したものではない。したがって、本明細書に開示される特定の構造および機能の詳細は限定として解釈されるべきではなく、単に、本発明を様々に使用するように当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。さらに、適切であると考えられる場合、参照番号は対応するまたは類似の要素を示すために、図面の間で繰り返され得る。

本発明の図示された実施形態はほとんどの場合、当業者に知られている電子構成要素および回路を使用して実施され得るので、本発明の基礎となる概念の理解および評価のために、および本発明の教示を不明瞭にしたり、または混乱させたりしないために、必要と考えられる以上の詳細は説明されていない。

本明細書における方法へのいかなる言及も、方法を実行することができるシステムに準用されるべきである。本明細書におけるシステムへのいかなる言及も、システムによって実行され得る方法に準用されるべきである。

この明細書及び特許請求の範囲の全体を通して、以下の用語はその他であることを明示しない限り、ここで明示的に関連付ける意味をとる。本明細書で使用される「一実施形態において」、「例示的な実施形態において」、および「いくつかの実施形態において」という語句は必ずしも同じ実施形態を指すものではないが、そうであってもよい。さらに、本明細書で使用される「別の実施形態において」、「代替の実施形態において」、および「いくつかの他の実施形態において」という語句は必ずしも異なる実施形態を指すものではないが、そうであってもよい。したがって、以下で説明するように、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明の様々な実施形態を容易に組み合わせることができる。

さらに、本明細書で使用されるように、用語「または」は包括的な「または」演算子であり、文脈が別段に明確に指示しない限り、用語「および／または」と同等である。「に基づく」という用語は排他的ではなく、文脈が明確に別段の指示をしない限り、記載されていない追加の要因に基づくことを可能にする。さらに、本明細書全体を通して、「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の意味は、複数の参照を含む。「ｉｎ」の意味は、「ｉｎ」および「ｏｎ」を含む。

橈骨動脈および／または尺骨動脈からユーザの血圧を測定するように動作する、本発明の例示的なウェアラブルデバイスの第１の図を示す図が図１に示されている。ユーザの血圧を測定するように動作する、本発明の例示的なウェアラブルデバイスの第２の図を示す図が図２に示されており、ウェアラブルデバイス内に組み込まれ、橈骨動脈および／または尺骨動脈からの圧力を感知するように構成された圧力センサを示す図が図３に示されている。

図１、図２、および図３を参照すると、全体的に１０で参照されるウェアラブルデバイスはＣＰＵ、メモリ、有線および無線通信などを含むハウジング１７に取り付けられたディスプレイ１６（例えば、可視ＯＬＥＤなど）と、１つまたは複数のボタン、スイッチまたはダイヤル２２と、橈骨２８および／または尺骨３０の動脈の圧力を感知するように適合された１つまたは複数の圧力センサ２４、２６を含む圧力センサアレイ１２を収容するリストバンド（ストラップ）１４と、１つまたは複数の光学または他の非圧力センサ１８と、ストラップ閉鎖、留め金、保持、締結、またはロック機構２０と、を備える。リストバンドストラップはその上に埋め込まれた圧力センサを有し、センサアレイ１２を橈骨動脈、尺骨動脈、および上腕動脈のうちの少なくとも１つに適用し、その上に中程度の圧力（すなわち、収縮期圧力よりも有意に低いが、圧力波を感知するのに十分な圧力）を加えながら、手首に対して閉じられることが意図される。

一例では、ウェアラブルな消費者製品であるデバイス１０は、計時、健康モニタリング、スポーツモニタリング、医療モニタリング、ホスト装置および／またはクラウドサーバへの通信、ナビゲーション、コンピューティング動作などの複数の機能を含むウェアラブル多機能電子デバイスである。機能は、時間を計ること、ユーザの生理学的信号（例えば、心拍数、血圧など）を監視し、それらの信号に基づいて健康関連情報を提供すること、異なる機能を有する異なるタイプのデバイスであり得る他の電子デバイスまたはサービスと（有線または無線方式で）通信すること、音声、触覚、視覚、および／または他の感覚出力を含み、それらのいずれかまたはすべてを互いに同期させることができる警告をユーザに提供すること、ディスプレイ上にデータを視覚的に描写すること、デバイスの動作を開始し、制御し、または修正するために使用され得る１つまたは複数のセンサからデータを収集すること、デバイスの表面上のタッチ位置および／またはデバイス上に及ぼされる力の大きさを決定すること、入力としてタッチ位置および力のいずれかまたは両方を使用すること、１つまたは複数の機能を制御するために音声入力を受け入れること、１つまたは複数の機能を制御するために触覚入力を受け入れること、画像を取り込み、送信することなどを含むことができるが、これらに限定されない。

デバイス１０は、様々な形態をとることができる。一例では、デバイスは手首装着型電子デバイスである。デバイスは、リストバンド、アームバンド、ブレスレット、宝飾品などを含む様々なタイプのフォームファクタを含むことができる。

ウェアラブル消費者製品は、ユーザによって着用され得るか、さもなければユーザに固定され得るものである。ウェアラブル消費者製品は、手首の周りなどの様々な方法でユーザによって着用され得ることに留意されたい。この場合、デバイスは、デバイスをユーザの身体に固定するために、ユーザの手首の周りに巻き付けることができるバンドまたはリストストラップを含む。デバイスは例えば、アームバンド、ランヤード、ウエストバンド、胸ストラップなどを含む１つ以上の他のタイプのアタッチメントを含んでもよい。

一実施形態では、デバイスが、デバイスのためのコンピューティング動作および機能動作を提供するために、様々な構成要素（例えば、集積回路チップおよび他の回路を含む）を、外部および内部の両方で保持し、囲み、支持するハウジング１７を備える。構成要素は、例えば、ハウジングの外側に、部分的にハウジング内に、ハウジングを通って、または、完全にハウジング内に、配置されてもよい。ハウジングは例えば、構成要素を内部に保持するための空洞、内部構成要素へのアクセスを提供するための穴または窓、および他の構成要素を取り付けるための様々な特徴を含むことができる。ハウジングはまた、耐水性または防水性のエンクロージャを形成するように構成されてもよい。例えば、ハウジングは単一の一体型本体として形成されてもよく、一体型本体の開口部は他の構成要素と協働して耐水性または防水性の障壁を形成するように構成されてもよい。別の実施形態では、ハウジングが空洞を備えなくてもよく、むしろ、プラスチックから構成され、デバイス電子機器がプラスチックに埋め込まれてもよい。

デバイスに含まれ得る構成要素の例には、処理ユニット、メモリ、ディスプレイ、センサ、バイオセンサ、スピーカ、マイクロフォン、触覚アクチュエータ、加速度計、ジャイロスコープ、バッテリなどが含まれる。場合によっては、デバイスが小さいフォームファクタをとることができる。これらのような場合には構成要素がパッケージ化されてもよく、および／または最小体積において最も高い機能性を提供するためにパッケージ化されてもよい。構成要素はまた、最小体積を占めるように構成されてもよく、これは、デバイスが小さいフォームファクタを有することを容易にし得る。さらに、様々な構成要素の一体化および組立ては、デバイスの信頼性を高めるように構成され得る。

ハウジングの構造は、広範囲に変えることができる。例えば、ハウジングはプラスチック、ゴム、木材、シリコーン、ガラス、セラミック、繊維複合体、金属または金属合金（例えば、ステンレス鋼、アルミニウム）、貴金属（例えば、金、銀）、または他の適切な材料、またはこれらの材料の組み合わせを含む様々な材料から形成されてもよい。

また、図示された実施形態では、ウェアラブルな電子デバイスがユーザの腕２３に取り付けるためのバンド１４またはストラップまたは他の手段を含む。バンドは例えば、身体に取り付けられ、使用者の手首に固定するためのループを提供するように構成されてもよい。バンドはハウジングと一体であってもよいし、別個の部品であってもよい。一体である場合、バンドは、ハウジングの延長部とすることができる。場合によっては、一体型バンドがハウジングと同じ材料から形成されてもよい。バンドが分離している場合、バンドはハウジングに固定されてもよいし、取り外し可能に結合されてもよい。両方の場合において、バンドは、ハウジングと同様のまたは異なる材料から形成されてもよい。ほとんどの場合、バンドは使用者の身体に適合することができるように、エラストマーなどの可撓性材料から形成される。さらに、バンド自体は、単一の一体部品であってもよく、または開閉構成を提供する取付け端部を含んでもよい。取付け端部は例えば、留め金または他の同様の取付け機構またはデバイスとして構成されてもよい。この特定の構成により、使用者は、腕に配置するためにバンドを開き、バンドおよび身体を腕に固定するためにバンドを閉じることができる。バンドは、広範囲に変更することができる。例として、それらは、ゴム、シリコーン、皮革、金属、メッシュ、リンクなどから形成されてもよい。

本発明の血圧測定機構を組み込んだ例示的なウェアラブル電子デバイスを示す高レベルのブロック図を図４に示す。一例として、デバイス５０は、上述の図１、図２、及び図３に示す消費者製品１０に対応する。複数の機能、動作、および構造がデバイス５０の一部であるか、デバイス５０に組み込まれるか、またはデバイス５０によって実行されるものとして開示される限り、様々な実施形態は、そのように説明された機能、動作、および構造のいずれかまたはすべてを省略し得ることを理解されたい。したがって、デバイス５０の異なる実施形態は、本明細書で説明される様々な機能、デバイス、物理的特徴、モード、および動作パラメータのうちのいくつかを有してもよいし、全く有さなくてもよいし、または、すべてを有してもよい。

デバイス５０は、命令が格納されたメモリ５６にアクセスするように構成された１つまたは複数の処理ユニット５２を備える。命令またはコンピュータプログラムは、デバイス５０に関して説明した動作または機能のうちの１つまたは複数を実行するように構成することができる。例えば、命令は、ディスプレイ６４、タッチセンサ６０などの１つ以上の入力／出力構成要素、１つ以上の通信チャネル７０、生物学的センサ７４および非生物学的センサ７８などの１つ以上のセンサ、スピーカ６６、マイクロフォン６２、および／または１つ以上の触覚フィードバックデバイス６８の動作を制御または調整するように構成され得る。

処理ユニット５２は、データまたは命令を処理、受信、または送信することができる任意の電子デバイスとして実装され得る。例えば、処理ユニットは、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、またはそのようなデバイスの組合せのうちの１つまたは複数を含むことができる。本明細書で説明するように、「プロセッサ」という用語は、単一のプロセッサまたは処理ユニット、複数のプロセッサ、複数の処理ユニット、または他の適切に構成された１つまたは複数の計算要素を包含することを意味する。

例えば、プロセッサは１つまたは複数の汎用ＣＰＵコア、および任意選択で１つまたは複数の専用コア（たとえば、ＤＳＰコア、浮動小数点など）を備えることができる。１つまたは複数の汎用コアは汎用オペコードを実行し、専用コアは、その目的に固有の機能を実行する。

メモリ５６は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）または拡張データ出力（ＥＤＯ）メモリ、あるいはＲＯＭ、スタティックＲＡＭ、フラッシュ、および不揮発性スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＮＶＳＲＡＭ）、取り外し可能メモリ、バブル・メモリなどの他のタイプのメモリ、または上記のメモリのいずれかの組合せを備える。例えば、メモリは、オーディオおよびビデオファイル、ドキュメントおよびアプリケーション、デバイス設定およびユーザの選択情報、様々なモジュールのためのタイミングおよび制御信号、データ構造またはデータベースなどの、電子データまたはコンテンツを記憶することができる。メモリは、任意のタイプのメモリとして構成することができる。

ディスプレイ６４は、視覚的またはグラフィック的出力をユーザに提示するように機能する。いくつかの実施形態では、ディスプレイが、デバイスの１つまたは複数の処理ユニット上で実行されるオペレーティングシステムまたはソフトウェアアプリケーションを使用して生成されるグラフィカルユーザインターフェースを含む。一例では、ディスプレイは、時計の文字盤または他の計時デバイスのようなグラフィック描写を含む。他の例では、ディスプレイは、電子メール、テキストメッセージング、または他の通信指向プログラムのためのグラフィカルインターフェースを含む。ディスプレイは、デバイス５０の他の機能的態様の１つに対応する視覚情報を提示することもできる。例えば、ディスプレイは、バイオセンサ７４、非バイオセンサ７８、力センサ５９、タッチセンサ６０などの入力に対応する情報を含むことができる。

入力コンポーネント７２は、ユーザ入力を受け入れるためのボタン、スイッチ、ダイヤル、およびクラウンなどを含むことができる。一般に、入力コンポーネントは、ユーザが提供した入力を、プロセッサ上で実行される命令を使用してアクセスされ得る信号または命令に変換するように構成される。本例では、入力コンポーネントがプロセッサ命令を使用してアクセスすることができる信号またはデータを生成するために使用される回路およびファームウェアに動作可能に結合されたユーザ入力（例えば、ボタン、スイッチ、クラウン、およびエンコーダ）を受信するように構成されたハードウェアを含むことができる。各入力コンポーネントは、信号またはデータを生成するための専用回路を含むことができ、さらに、または代替として、信号またはデータを生成するための回路およびファームウェアを、複数の入力コンポーネント間で共有することができる。場合によっては、入力コンポーネントがディスプレイ６４上に提示されるプロンプトまたはユーザインターフェースオブジェクトに対応するアプリケーション固有の入力のためのユーザ提供フィードバックを生成する。例えば、クラウンは、ユーザから回転入力を受け取るために使用されてもよく、これはディスプレイ上に提示されるリストまたはオブジェクトをスクロールするための命令に変換されてもよい。入力コンポーネントは、システムレベル動作のためのユーザ入力を生成することもできる。例えば、入力コンポーネントは、パワーオン、パワーオフ、スリープ、アウェイク、および「Ｄｏ ｎｏｔ ｄｉｓｔｕｒｂ」操作を含むが、これらに限定されない、システムレベル動作のために、デバイス上で実行されているハードウェアまたはファームウェアと直接対話するように構成されてもよい。

デバイス５０はまた、オーディオ出力６６（例えば、スピーカ、ヘッドホンジャックなど）およびマイクロフォン６２を含む、１つ以上の音響素子を備え得る。オーディオ出力６６は、駆動エレクトロニクスまたは回路を含むことができ、コマンドまたは入力に応答して可聴音または音響信号を生成するように構成することができる。同様に、マイクロフォンは、駆動エレクトロニクスまたは回路を含むこともでき、コマンドまたは入力に応答して可聴音または音響信号を受信するように構成される。スピーカおよびマイクロフォンは音響エネルギーが通過することを可能にするが、液体および他のごみの進入を防止し得る、ハウジング内のそれぞれのポートまたは開口部に、音響的に結合され得る。

スピーカおよびマイクロフォンはまた、プロセッサに動作可能に結合され、プロセッサは、スピーカおよびマイクロフォンの動作を制御することができる。場合によっては、プロセッサがスピーカを動作させて、デバイス５０上で実行されているアプリケーションまたはシステムレベルの動作に対応する音響出力を生成するように構成される。場合によっては、スピーカが例えば、クラウンまたはボタンなどの入力構成素子７２を含む他のモジュールに動作可能に結合される。いくつかの実装形態では、デバイスがスピーカを使用する１つまたは複数のクラウンの動作に対応する可聴出力を生成するように構成される。マイクロフォンは、音響刺激に応答して出力または信号を生成するように構成され得る。例えば、マイクロフォンは、メモリ５６に動作可能に結合されてもよく、人間の発話、音楽、または他の音を含むオーディオ入力を記録するように構成されてもよい。場合によっては、マイクロフォンがプロセッサによって音声コマンドとして解釈され得る音声信号を受信するように構成され得る。

１つまたは複数の通信チャネル７０は、プロセッサ５２とホストデバイス１２０（図５）などの外部デバイスとの間の通信を提供するように適合された１つまたは複数の有線および／または無線インタフェースを含むことができる。一般に、１つまたは複数の通信チャネルは、プロセッサ上で実行される命令によって解釈され得るデータおよび／または信号を送受信するように構成され得る。場合によっては、外部デバイスが無線デバイスとデータを交換するように構成された外部通信ネットワークの一部である。一般に、無線インタフェースは、無線周波数、光、音響、および／または磁気信号を含むことができ、無線インタフェースまたはプロトコルを介して動作するように構成することができるが、これらに限定されない。無線インタフェースの例には、無線周波数セルラインタフェース、光ファイバインタフェース、音響インタフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インタフェース（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙなど）、赤外線インタフェース、ＵＳＢインタフェース、Ｗｉ－Ｆｉインタフェース、ＴＣＰ／ＩＰインタフェース、ネットワーク通信インタフェース、または任意の従来の通信インタフェースが含まれる。

いくつかの実装形態では、１つまたは複数の通信チャネルがデバイスと、携帯電話、タブレット、コンピュータ、ホストデバイスなどの別のユーザデバイスとの間の専用ワイヤレス通信チャネルを含むことができる。場合によっては、オーディオサウンドまたはビジュアルディスプレイ素子を含む出力がユーザへの出力のために、他のユーザデバイスに直接送信される。例えば、可聴警告または視覚的警告を、ユーザの携帯電話に送信して、そのデバイス上に出力することができる。同様に、１つまたは複数の通信チャネルは、別のユーザデバイス上で提供されるユーザ入力を受信するように構成され得る。一例では、ユーザが外部携帯電話、テーブル、コンピュータなどのユーザインタフェースを使用して、デバイス上の１つまたは複数の動作を制御することができる。

さらに、通信チャネル７０は、近距離無線通信（ＮＦＣ）インタフェースを含むことができる。ＮＦＣインタフェースはデバイスを識別し、トランザクション、購入、または他の形態の電子商取引を許可するために使用され得る安全なデータ接続を開始するために使用され得る。

デバイス５０はまた、１つ以上の生物学的センサ７４および非生物学的センサ７８を備える。非生物学的センサ７８は、環境条件および／または動作環境の他の態様を検出するように構成されたデバイスおよび構成素子を含む、１つまたは複数の異なるセンサを含むことができる。例としては、周囲光センサ（ＡＬＳ）、近接センサ、温度センサ、気圧センサ、水分センサなどが挙げられる。したがって、非生物学的センサ７８はまた、周囲温度、空気圧、および／またはデバイス内への水の進入を計算するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、非生物学的センサ７８が、デバイスの動きおよび加速度を検出するための１つまたは複数の運動センサを含むことができる。１つまたは複数の運動センサは、傾きセンサ７６、加速度計８０、ジャイロスコープ８４、磁力計８６、または他のタイプの慣性測定デバイスのうちの、１つまたは複数を含むことができる。

動きセンサデータは、デバイスの動きの変化を監視および検出するために使用することができる。直線運動および角運動の変化を使用して、既知の位置または固定データに対するデバイスの向きを決定または推定することができる。１つ以上のモーションセンサから生成されたセンサ入力は、ユーザの動きを追跡するために使用されてもよい。ユーザの移動は、デバイスのナビゲーションまたは地図誘導機能を容易にするために使用され得る。さらに、ユーザの全体的な動きに関連する入力は歩数計または活動計として使用することができ、これは、保管され、経時的に追跡されて、健康メトリックまたは他の健康関連情報を決定することができる。さらに、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のモーションセンサからのセンサ入力を使用して、モーションジェスチャを識別することができる。例えば、モーションセンサは、（所定の信頼レベルの確実性の範囲内で）ユーザの身体の腕の上昇または位置を検出するために使用することができる。

デバイス５０はまた、１つ以上の健康メトリックを計算するために使用され得る光学的および／または電子的バイオメトリックセンサを含み得る１つ以上の生物学的センサ（バイオセンサ）７４を備える。バイオセンサのうちの１つまたは複数は、血圧を測定するための１つまたは複数の圧力センサ８６と、光源と、フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）センサ８８を形成するための光検出器とを含むことができる。光学（例えば、ＰＰＧ）センサまたはセンサは、心拍数、呼吸数、血液酸素化レベル、血液量推定値、血圧、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない様々な健康メトリックを計算するために使用されてもよい。バイオセンサのうちの１つまたは複数は、ユーザの身体と接触している１つまたは複数の電極を使用して電気測定を実行するように構成することもできる。電気センサは、心電図（ＥＣＧ）特性、ガルバニック皮膚抵抗、およびユーザの身体の他の電気特性を測定するために使用されてもよい。加えて、または代わりに、バイオセンサのうちの１つ以上は、体温、ＵＶ照射への曝露、および他の健康関連情報を測定するように構成されてもよい。

デバイス５０はまた、１つ以上の触覚デバイス６８を備えてもよい。触覚デバイスは、必ずしもこれらに限定されないが、回転触覚デバイス、リニアアクチュエータ、圧電デバイス、または振動素子などの、様々な触覚技術のうちの１つまたは複数を含むことができる。一般に、触覚デバイスは、デバイスのユーザに、断続的ではっきりしたフィードバックを提供するように構成され得る。より具体的には、触覚デバイスは、ノックまたはタップ感および／または振動感を生成するように構成されてもよい。触覚デバイスは、プロセッサ５２およびメモリ５６に動作可能に結合され得る。いくつかの実施形態では、触覚デバイスがプロセッサによって直接制御されてもよい。いくつかの実施形態では、触覚デバイスが例えば、ボタン、ダイヤル、クラウンなどを含む入力構成素子７２の動作によって、少なくとも部分的に制御されてもよい。触覚デバイスの動作はまた、例えば、ディスプレイ６４またはオーディオ出力デバイス６６（例えば、スピーカ）を含む、１つ以上の他の出力デバイスの動作と対にされ得るか、または連結され得る。一実施形態では、触覚出力がユーザによって知覚または感知され得る、デバイス内の運動または振動を誘発するように構成された１つまたは複数の電気機械サブアセンブリを使用して生成され得る。

デバイス５０はデバイスの他の構成要素に電力を貯蔵し、供給するために使用されるバッテリまたは他の適切な電源５４を備えることができる。バッテリは、ユーザによって装着されている間にデバイスに電力を供給するように構成された再充電可能な電源であってもよい。デバイスはまた、ワイヤレス充電システムを使用してバッテリを再充電するように構成されてもよい。したがって、場合によっては、デバイスが外部デバイスまたはドックから電力を受け取るように構成され得るワイヤレス電力モジュール５５を含み得る。ワイヤレス電力モジュールは、バッテリを含むデバイスの構成要素に電力を送達するように構成され得る。

いくつかの実装形態では、デバイスが充電ドックまたは他の外部デバイス内に配置された１つまたは複数の送信誘導コイルと協働するように構成された１つまたは複数の受信誘導コイルを含む。ワイヤレス充電システムは、外部ポートまたは端末接続を使用することなく、デバイスとの電力および／またはワイヤレス通信の転送を可能にする。

無線電力モジュールおよび外部充電ステーションまたはドックはまた、デバイスと基地またはホストデバイスとの間でデータを送信するように構成されてもよい。場合によっては、ワイヤレス電力モジュールがデバイスの保守または製品の更新を容易にするために、デバイス上の特定のハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェアを識別することができる認証ルーチンを提供するために、ワイヤレス充電ステーションまたはドックとインタフェースし得る。

デバイス５０は例えば、カメラまたはカメラモジュール５８を含む様々な他の構成要素を含むこともできる。カメラは、カメラの視野内に位置するシーンまたは被写体の画像をキャプチャするように構成され得る。画像は、いくつかのデジタルフォーマットのうちの任意の１つに従ってデジタルファイルに記憶されてもよい。いくつかの実施形態では、デバイスが電荷結合デバイス（ＣＣＤ）および／または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスから形成されたイメージセンサを含むカメラを含む。カメラはまた、例えば、レンズ、フィルタ、シャッタなどを含む、イメージセンサに対して配置された１つまたは複数の光学構成要素を含むことができる。

デバイス５０は、デバイスの表面上のタッチの力の大きさを検出し、測定するように構成された力センサ５９を備えることができる。力センサの出力は、デバイスの様々な態様を制御するために使用することができる。例えば、力センサは、デバイスのディスプレイ上に提示されるユーザインタフェース上のカーソルまたはアイテム選択などのアスペクトを制御するために使用され得る。力センサはまた、デバイスのオーディオ出力、触覚出力、および他の機能性を制御するために使用され得る。力センサはまた、ユーザからの異なるタイプの入力を区別するために使用されてもよい。例えば、ユーザからの軽いタッチは、スクロールコマンドとして解釈され、ディスプレイ上のアイテムのリストをインデックスまたはスクロールするために使用されてもよい。ユーザからのより強いタッチは、ディスプレイ上のアイテムの選択または確認として解釈されてもよい。

デバイス５０はまた、デバイスの表面上のタッチの位置を検出および測定するように構成されたタッチセンサ６０を備えてもよい。いくつかの実装形態では、タッチセンサがデバイスのディスプレイまたはディスプレイスタックに対して配置される静電容量ベースのタッチセンサである。タッチセンサは、力センサとは別個の一体化されていないセンサであってもよい。代替の実施形態では、タッチセンサはまた、力センサと物理的および／または論理的に一体化されて、組み合わされた出力を生成してもよい。タッチセンサはデバイスの様々な態様を制御するために、例えば、デバイスのディスプレイ上に提示されるユーザインタフェースの態様、オーディオ出力、触覚出力、およびデバイスの他の機能を制御するために使用され得る。

場合によっては、力センサ５９とタッチセンサ６０との論理的統合が高度なユーザインタフェースを実現することによって、デバイス５０の汎用性または適応性を向上させる。例えば、それらは、タッチ入力のみを使用した場合に実現可能なものより広範囲のジェスチャ及び入力コマンドを解釈するために、組み合わせることができる。例えば、力センサはタッチの力の大きさを提供することができ、これを使用して、同様の位置またはジェスチャ経路を有する２つのタッチ入力コマンドを区別することができる。力センサおよびタッチセンサの両方を使用する改善されたタッチインターフェースは、ウェアラブル電子デバイスのディスプレイスクリーンまたはカバーガラスなどの比較的小さな面積表面上のタッチコマンドを解釈するときに特に有利であり得る。

図５には、オプションのホスト装置と通信するウェアラブルデバイス等の例示的な血圧測定デバイスを示す高レベルブロック図が示されている。全体を９０で示す血圧測定デバイスは、特に、血圧測定処理ブロック９３と、水晶発振器などのクロック源９４と、ディスプレイ９６と、通信モジュール１０８と、メモリ１１０と、電源１１２と、１つまたは複数の圧力センサ９８と、ＰＰＧセンサ１００と、３Ｄマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）加速度計１０２、ジャイロスコープ１０４、および／または磁力計１０６などの１つまたは複数の運動センサとを組み込んだ制御ユニット／プロセッサ９２を備える。ホスト装置１２０は、制御ユニットまたはプロセッサ１２２、ディスプレイ１２６、および通信モジュール１２４を含む。デバイス９０は、上記で詳細に説明された図４に示されるようなウェアラブルデバイスに組み込まれてもよいことに留意されたい。

１つまたは複数の圧力センサは、（１）微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）容量性圧力センサと、（２）上腕動脈に適用されるパッチセンサと、（３）圧力データを同時に収集する圧力センサのアレイと、（４）単一の圧力測定値を生成するように動作する圧力センサアレイと、（５）複数の圧力測定値を生成するように動作する圧力センサアレイと、（６）各センサのそれぞれの信号品質に基づいて多重化された圧力センサアレイ時間領域とを備えることができることに留意されたい。

動作中、制御ユニットは、複数のソースからデータを受信し、それを処理し、波形、測定値、およびテレマティクスを出力するように構成される。１つまたは複数の圧力センサは、橈骨動脈、尺骨動脈、または上腕動脈などの手動脈に押し付けられたときに圧力を感知するように構成される。ディスプレイは波形、測定値（例えば、血圧、心拍数、温度など）、およびバッテリ状態などのテレマティクスを表示するように適合される。電源は様々な回路にエネルギーを提供するように適合され、電池（例えば、リチウムイオンまたはリチウムイオンポリマー再充電可能電池）を含んでもよい。メモリは、プログラムやデータを記憶する機能を有する。デバイス９０はまた、心拍数の独立した測定および同期のためのフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）センサを備えてもよい。通信モジュールは、有線または無線リンクを含むことができる通信リンク１１４を介してデータを送信するように機能する。一実施形態では、デバイスは、リンクが連続的または断続的に利用可能である場合にデータを送信し、それ以外の場合には、揮発性または不揮発性（ＮＶ）メモリにデータを記憶する。

一実施形態では、血圧測定デバイス９０は、ホストユニット１２０に接続することができる。ホスト装置は、通信モジュール１２４を使用してリンク１１４を介して血圧測定デバイスと通信するように構成される。制御ユニット１２２は、血圧測定デバイス９０によって得られた（および任意に処理された）測定値からの情報または測定値に関する情報を表示するようにプログラムされている。

本発明のウェアラブルデバイスは、柔軟な特性を有する圧力センサのアレイと、センサとユーザの皮膚との間の生体適合性材料インタフェースとを提供する。一実施形態では、圧力センサアレイがベロスタット（Ｖｅｌｏｓｔａｔ）またはリンクスタット（Ｌｉｎｑｓｔａｔ）導電性フィルムなどの（すなわち導電性の）材料を基板として使用し、導体を適切な構成に、例えば、相互に嵌合する構成または対向する構成に配置して、複数の個々のセンサ素子を形成する。ベロスタットおよびリンクスタット導電性材料の特徴は、圧力が印加されるとその抵抗が減少することである。アレイはまた、センサアレイを生成するためにセンサ素子上に配置された機械的インタフェースを備える。この解決策ははるかに安価であり、より柔軟であり、皮膚に対するより快適な界面を有することに留意されたい。

ベロスタットおよびリンクスタットは、材料を導電性にするためにカーボンブラックを含浸させたポリマー箔（ポリオレフィン）から作られた市販の包装材料であることに留意されたい。ベロスタット（以前は３Ｍ製品）は、アメリカ合衆国、０２０２１、マサチューセッツ州、キャントン、ワン コルゲート ウェイ（Ｏｎｅ Ｃｏｌｇａｔｅ Ｗａｙ、Ｃａｎｔｏｎ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ ０２０２１、Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ）のデスコ インダストリーズ インク（Ｄｅｓｃｏ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）から入手可能である。リンクスタットは、カナダ、 Ｋ１Ｃ ２Ｙ３、オンタリオ州、オタワ、クレセント－オーリアンズ、スノーシュー ９５７（９５７ Ｓｎｏｗｓｈｏｅ Ｃｒｅｓｃｅｎｔ－Ｏｒｌｅａｎｓ、Ｏｔｔａｗａ ＯＮ、Ｋ１Ｃ ２Ｙ３、Ｃａｎａｄａ）のキャプリンク コーポレーション（Ｃａｐｌｉｎｑ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能である。

本発明の利点は、費用対効果が高く非侵襲性の連続血圧測定デバイスを提供することである。圧電抵抗導電性フィルムシートのような既製の安価な技術を使用することによって、複雑なＭＥＭＳデバイスの必要性が回避される一方で、物理的可撓性および快適な皮膚インタフェースの利点を得る。

本発明の一実施形態によるリストバンドの側面図を示す図が図６に示されている。全体的に１３０で参照されるデバイスは、ハウジングおよびディスプレイ１３４と、リストバンド１３８と、圧力センサアレイ１３１とを備える。リストストラップ１３８は中程度の圧力（すなわち、血管１４２内の収縮期圧よりも有意に低いが、圧力波を感知するのに十分な圧力）を加えながら、標的血管１３３（例えば、上腕、橈骨、尺骨、大腿、掌指動脈のうちの１つなど）を含む管状四肢器官１３６（例えば、指、手首、腕、または脚）の皮膚表面１３２の周りで閉じるように構成される。

圧力センサアレイ１３１は、いくつかの異なる実施形態を含むことができる。４つの例示的な実施形態が、図６を参照して以下により詳細に記載される図７、８、９、および１０に示される。

本発明と共に使用するための第１の例示的な圧力センサアレイを示す図が図７に示されている。全体的に１４０で参照される圧力センサアレイは、ウェアラブルデバイス１０（図１）がユーザに適切に固定されたときに器官１３６（図６）と接触するように構成される。リストバンド１３８（図６）、センサアレイ１４０、および器官１３６の間のギャップは、単に明確にするために示されており、通常は、はるかに緊密な嵌合で最小限であるか、または存在しない。

一実施形態では、センサ１４０がリストストラップ１３８上に取り付けられ、ベロスタットまたはリンクスタットなどの圧電抵抗導電性材料から構成される力抵抗感知フィルムまたはシート１４８を備える。これらの材料は共に、導電性にするために、カーボンブラックを含浸させたポリマー箔から作られる。これらの材料に圧力を加えると、それらの抵抗は減少する。皮膚表面１３２および血管１３３からの圧力を感知するために、フレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）技術などの任意の適切な周知のプロセスを使用して、シート１４８の上面または底面のいずれかに、相互に嵌合された導体ペアアレイ（「センサ素子」または「センサ素子アレイ」と称する）１５０が作製される。このとき、センサ素子１５０は、シート１４８上に印刷されシート１４８上に接触する。各導体は、アレイ１５０内の各センサから延びる一対のワイヤ１４４を有する。センサ素子アレイ１５０内の各素子には、対応する機械的突出素子１４６があり、これは、その上のかつそれと接触している表面からの圧力を、センサ素子アレイ１５０内のセンサ素子に向かって、伝達または方向付ける（すなわち、集中させる）ように機能する。このような素子は、硬質材料（例えば、樹脂、プラスチック、セメントなど）から、または、ゲルポリマー（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、様々な他の「シリコーン」など）などのより軟質の材料から、またはそれらの組み合わせから構成されてもよい。

リストストラップ１３８が器官１３６の周りに密着して閉じられると、適度な圧力が皮膚表面１３２に加えられ、機械的突出素子１４６が皮膚１３２に結合される。突出素子は、圧電抵抗シートの上面または底面のいずれに配置されても、実質的にセンサ素子の上にあることが好ましい。血圧機械波が血管１４２を通って進むとき、それは、１つ以上の機械的突出素子１４６を通って、１つ以上のセンサ素子１５０に圧電抵抗シート１４８を通って結合する。機械的圧力波が通過する際に歪みをもたらすシート領域は、その抵抗が減少する。これは、センサアレイ内の１つまたは複数の素子１５０によってピックアップされ、ワイヤ１４４を介してセンサ回路（図示せず）に伝送される。センサ回路の機能は、プロセッサによるデジタルデータ処理を介して、センサ信号を血圧測定値に変換することである。

本発明と共に使用するのに適した第２の例示的な圧力センサアレイを示す図が図８に示されている。全体的に１４１で参照される圧力センサアレイは、装着型デバイス１０（図１）がユーザに適切に固定されたときに器官１３６（図６）と接触するように構成されている。一実施形態では力抵抗感知シート（すなわち、導電性シート）１５８はリストストラップ１３８上に取り付けられ、ベロスタットまたはリンクスタットなどの圧電抵抗材料から構成される。皮膚表面１３２および血管１３３からの圧力を感知するために、導体１６０および１５４の２つの対向するアレイ（「センサ素子」または「センサ素子アレイ」と呼ばれる）が、導電性ペア１６０、１５４がシート１５８に接触するように、フレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）技術などの任意の適切な周知のプロセスを使用して、シート１５８の両側に作製される。各導体の形状は、所望の力／抵抗の関係が特定の実施のために達成される限り、重要ではない。好ましくは、中実の（すなわち、連続した）素子が感知シートの両側に使用される。丸い（ボタン）形状の導体の例が、以下に記載される図１１Ｂに示される。典型的には、感知シートからの力に依存する抵抗と同程度の大きさの抵抗を達成したいという要求のために、相互に嵌合する導電性フィンガは使用されないことに留意されたい。各導体ペアは、それに接続された一対のワイヤ１５２を有する。１６０、１５４内の各導体ペアに対して、対応する機械的突出素子１５６があり、この突出素子は、その上方の表面からセンサ素子アレイ内のセンサ素子に向かって圧力を導くように機能する。そのような素子は硬質材料（樹脂、プラスチック、セメントなど）から、またはゲルポリマー（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、様々な他の「シリコーン」など）などのより軟質の材料から、またはそれらの組み合わせから構築されてもよい。

リストストラップ１３８が器官１３６の周りに密着して閉じられると、適度な圧力が皮膚表面１３２に加えられ、機械的突出素子１５６が皮膚１３２に結合される。血圧機械波は、血管１３３を通って進むと、１つ以上の機械的突出素子１５６を通って、圧電抵抗シート１５８を通って１つ以上のセンサ素子導電ペア１５４および１６０に結合する。機械的圧力波が通過する際に歪みをもたらすシート領域は、その抵抗が減少する。これは、センサアレイ導電ペア１６０および１５４の１つまたは複数の素子によってピックアップされ、ワイヤ１５２を介してセンサ回路（図示せず）に伝送される。センサ回路の機能は、プロセッサによるデジタルデータ処理を介して、センサ信号を血圧測定値に変換することである。

本発明と共に使用するのに適した第３の例示的な圧力センサアレイを示す図が図９に示されている。全体的に１４２で参照される圧力センサアレイは、装着型デバイス１０（図１）がユーザに適切に固定されたときに器官１３６（図６）と接触するように構成されている。一実施形態では力抵抗感知シート（すなわち、導電性シート）１６８は、リストストラップ１３８上に取り付けられ、ベロスタットまたはリンクスタットなどの圧電抵抗材料から構成される。圧力センサアレイ１４２は、複数のセンサ素子１６４を含む。センサアレイ内の各素子１６４は、感知シートの上面または下面のいずれかに作製された交差指状フィンガ１６６のセット、それに接続された一対のワイヤ１６２、硬質材料の管状円筒１７２（以下、「チムニー」または「メニスカス」と称する）、および、チムニー１７２の上部に配置され、かつ、チムニー１７２を完全に充填する軟質材料（例えば、シリコーン（ＰＤＭＳ）、ＰＵ）マウンド１７０を備える。リストストラップ１３８が皮膚表面１３２の周りに密着して閉じられると、センサアレイ１４２内のマウンドが皮膚に接触し、それらの少なくとも１つが標的血管１４２に近づく。マウンド及びシリンダは、圧電抵抗シートの上面又は底面のいずれに配置されても、実質的にセンサ素子の上に位置することが好ましいことに留意されたい。血管１４２からの脈波はその隣接するマウンド１７０を通って進み、軟質材料に応力を生じさせる。チムニー６６内の容積は実質的に固定され、静止しているので、圧力波形は力抵抗シート１６８に直接伝達され（すなわち、導かれ）、その抵抗変化は導体１６６によって検知される。この構成の利点は、摩耗するのに少なくとも数時間を要する生体適合性軟質材料（例えば、シリコーン（ＰＤＭＳ）、ＰＵなど）を介して圧力波が伝達されるが、力の大部分は圧電抵抗シート１６８およびセンサに直接伝達され、変形を引き起こす材料中に分散されないことである。

本発明と共に使用するのに適した第４の例示的な圧力センサアレイを示す図が図１０に示されている。全体的に１４３で参照される圧力センサアレイは、装着型デバイス１０（図１）がユーザに適切に固定されたときに器官１３６（図６）と接触するように構成されている。一実施形態では、力抵抗感知シート１８６がリストストラップ１３８上に取り付けられ、ベロスタットまたはリンクスタットなどの圧電抵抗材料から構成される。圧力センサアレイ１４３は、複数のセンサ素子１８０を含む。アレイ１４３内の各素子は、対向する導体１８４および１８２のセット、それに接続された一対のワイヤ１７８、硬質材料の管状円筒１７６（以下、「チムニー」または「メニスカス」と称する）、および、チムニー１７６の上部に配置されチムニー１７６を完全に充填する軟質材料（例えば、シリコーン（ＰＤＭＳ））のマウンド１７４を含む。各導体の形状は所望の力／抵抗の関係が特定の実施のために達成される限り、重要ではないことに留意されたい。好ましくは、中実の（すなわち、連続した）素子が感知シートの両側に使用される。丸い（ボタン）形状の導体の例が、以下に記載される図１１Ｂに示される。典型的には、感知シートからの力に依存する抵抗と同程度の大きさの抵抗を達成したいという要求のために、相互に嵌合する導電性フィンガは使用されないことに留意されたい。

リストストラップ１３８が皮膚表面１３２の周りで閉じられると、アレイ１４３内のマウンドは皮膚に接触し、それらのうちの少なくとも１つは標的血管１３３に近接する。血管１３３からの脈波はその隣接するマウンドを通って進み、軟質材料に応力を生じさせる。チムニー１７６内の体積は一定であるので、圧力波形は力抵抗シートに直接伝達され、その抵抗変化は導体１８２および１８４によって検知される。この方法の利点は、摩耗するのに少なくとも数時間を要する生体適合性軟質材料（例えば、シリコーン（ＰＤＭＳ）またはＰＵ）を介して圧力波が伝達されるが、力の大部分は圧電抵抗シート１８６およびセンサに直接伝達され、変形を引き起こす材料中に分散されないことである。

第１の例示的なセンサ素子をより詳細に示す図が、図１１Ａに示されている。センサ素子１９２は、センサアレイ１４０（図７）及び１４２（図９）のセンサ素子として使用するのに適している。センサ１９２は、ベロスタットまたはリンクスタットのような圧電抵抗材料から作られた力抵抗感知シート１９６と、シート１９６の一方の側に印刷され、端子１９１に接続された第１の相互に嵌合する導電性素子１９４と、シート１９６の同じ側に印刷され、端子１９０に接続された第２の相互に嵌合する導電性素子１９８とを含む。端子１９０および１９１の両方は、センサ回路に結合される。センサ素子は相互に嵌合する導電性素子に限定されず、圧力が加えられると、力抵抗感知シートの抵抗変化をセンサ回路によって検出できるように、間隔を置いて配置された任意の適切な対の導体を含むことができることを理解されたい。

第２の例示的なセンサ素子をより詳細に示す図が、図１１Ｂに示されている。この第２の例は、センサアレイ１４１（図８）および１４３（図１０）におけるセンサ素子としての使用に適している。一般に２００で参照されるセンサ素子のこの第２の例では、第１の導電性素子２０４がベロスタットまたはリンクスタットなどの圧電抵抗材料から作られ、１つの端子２０８に接続された力抵抗感知シート２０６の一方の側に印刷される。第２の導電性素子２１２は、シートの反対側に印刷され、第２の端子２１０に接続される。端子２０８および２１０の両方は、センサ回路に結合される。上述したように、各導体の形状は所望の力／抵抗関係が特定の実施のために達成される限り、重要ではない。好ましくは、中実の（すなわち、連続した）素子が感知シートの両側に使用される。

本発明の例示的なセンサアレイの上面図を示す図が図１２に示されている。図示されているアレイは、センサアレイ１４０（図７）および１４１（図８）での使用に適している。リストストラップ２７２は中程度の圧力を加えながら、標的血管（例えば、上腕、橈骨、尺骨、大腿、掌指動脈のうちの１つなど）を含む管状四肢器官（例えば、指、手首、腕、脚など）の皮膚表面の周りに密着して閉じられるように構成される。センサアレイ２７０は、手首ストラップ２７２に固定されたベロスタットまたはリンクスタット材料２７６などの圧電抵抗センサを備える。センサアレイは任意の適切な周知の締結機構、例えば、接着剤、のりなどを使用して圧電抵抗シート２７６に固定された複数の突出機械素子２７４を備える。上述したように、各突出機械素子２７４は、ユーザと接触するその上面から、その底面に結合されたセンサ素子に圧力を向けるように機能する。突出機械素子アレイの各素子は、その下に導体ペア（図示せず）を備え、一対のワイヤがその下に接続されている。一対のワイヤは、信号処理のためにセンサ回路に結合される。

図１３に例示的なセンサアレイの底面図を示す図を示す。この図には、本発明の第１の実施形態に係る圧電抵抗シート２２４を含むセンサアレイ２２６の底面図が示される。リストストラップが取り外されており、圧電抵抗シート２２４の底部を見ることができる。例えば、図７および図９のセンサ素子１４０及び１４２がそれぞれ示されている。

圧電抵抗シート２２４は、それに固定された相互に嵌合する導電性素子２１８のアレイを含む。各素子は、２組の相互に嵌合するフィンガ２１６および２２０を含む。アレイ内の各素子のフィンガは、一方の側を流れる電流が他方に到達するために圧電抵抗シート２２４を通過しなければならないように互いに接近して、しかし、短絡しないように、製造される。相互に嵌合するフィンガ２１６および２２０は、１組のワイヤ２２２を介してシステムの残りの部分に接続されている。フィンガセット２１６および２２０ならびにワイヤ２２２の導電率は圧電抵抗シート２２４の導電率よりもはるかに高いので、ワイヤ２２２間で測定される抵抗は、シート２２４内の局所領域の抵抗率に支配される。これにより、フィンガセット２１６および２２０内に包囲されたシート領域を横切る歪み波（すなわち、圧力波）の検出が可能になる。さらに、導体２１６および２２０の直近からさらに離れたシート２２４の任意の領域が、フィンガに対して、フィンガに隣接する領域よりもはるかに高い抵抗を示す。これにより、種々の素子を、適度に良好に分離することを可能にする。

本発明の別の例示的なセンサアレイの上面図を示す図が図１４に示されている。このセンサアレイは、それぞれ図９および図１０のアレイ１４２および１４３に使用することができる。リストストラップ２３８は、中程度の圧力を加えながら、標的血管（例えば、上腕、橈骨、尺骨、大腿、掌指動脈のうちの１つなど）を含む管状四肢器官（例えば、指、手首、腕、脚など）の皮膚表面の周りに密着して閉じられるように意図される。可撓性圧電抵抗シート２３４がリストストラップ２３８に固定され、センサ素子アレイがシート２３４に固定される。アレイ内の各素子２３１は、一対の導体（図示せず）から延びる一対のワイヤ２３０と、硬質材料（例えば、金属、プラスチックなど）から作られた管状素子（チムニー）２３６と、その上に配置された軟質材料のマウンド２３２とを含む。ここではセンサアレイは矩形で示されているが、当業者であれば、線形、多角形、対角線、一次元、二次元等のような多数の他の形状を有するセンサアレイを構成することができることに留意されたい。

上述したように、本発明の圧力センサは、圧電抵抗材料を組み込んだ市販の感圧材料を利用して、血圧を測定するためのセンサを構成する。圧電抵抗材料は、一般に、印加された力によって引き起こされる変形によって電気抵抗が変化する材料である。図１５に示すように、圧電抵抗材料の電気抵抗の変化と印加力との関係は反比例関係にあり、力が加わらない場合、材料の電気抵抗はＭ（メガ）オーム程度であり、加わる力が大きくなるにつれて、抵抗はｋ（キロ）オーム以下の範囲まで減少する。

電気接点間の圧電抵抗材料の抵抗は、以下に示す抵抗力の関係によって説明される。

ここで、ρは接触面の抵抗率であり、Ｆは接触面に垂直に加えられる力であり、Ｋは表面の粗さおよび弾性特性の関数である。

一実施形態では、センサの抵抗を、分圧回路を利用して電圧信号に変換することができる。例えば、図１６に示すように、全体として３８０として参照される回路は、センサＲ３８２を固定抵抗Ｒ_Ｌと直列に配置した分圧器を備えている。センサ－抵抗器接合部で測定される電圧は、以下に示すようにオームの法則を適用することで求められる。

ここで、Ｒ_Ｌは分圧器を完成させる抵抗であり、Ｖ_ＩＮはセンサに印加される入力電圧（典型的にはＶ_ＣＣ）であり、Ｖ_ＯＵＴは分圧器の出力である。電圧－力の関係は、式１および式２を考慮に入れて以下に与えられる。

一実施形態では、電圧源と電流－電圧変換器（すなわち、仮想接地）の入力との間にセンサ抵抗器３８２を接続し、圧電抵抗センサ抵抗に比例する電圧出力を得ることによって、線形応答を得ることができることに留意されたい。

複数のセンサ素子のセンサ回路への接続を示す図が図１７に示されている。複数のＮセンサ２４０（Ｎはゼロより大きい正の整数）が、対応する複数のＮセンサ回路２４２に結合されている。各センサ素子からの一対のワイヤは各センサ素子からの信号を増幅し、任意選択でフィルタリングするように機能する個々のセンサ回路に接続される。各センサからの信号はデジタル化され、出力２４４が生成される。Ｎ個の出力信号は、血圧（ＢＰ）測定処理およびユーザに提示される血圧測定値（収縮期および拡張期）の生成のためにプロセッサに入力される。センサ素子は上述したセンサ素子のうちの任意のものを含むことができ、上述したものなどの任意のタイプのセンサアレイの一部とすることができることに留意されたい。実施態様に応じて、センサ素子からの信号は、複数の信号を処理することができる１つまたは複数のセンサ回路に供給され得ることに留意されたい。あるいは、各センサ素子がそれ自体の対応するセンサ回路を有する可能性がある。

センサ素子に結合された例示的なフロントエンド回路を示す図が図１８に示されている。この回路は、全体として３５０で参照され、電圧源からの電源電圧（Ｖ_ＣＣ）３００と、回路の基準点として機能するグランド３０２とを備える。バイアス回路（例えば、抵抗分圧器、バンドギャップ、または低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ）３０４は、Ｖ_ＣＣとグランドとの間にバイアス電圧Ｖ_ＢＩＡＳ３３０を生成する。バイアス電圧は、演算増幅器３０６および３０８の正の入力３５６および３５８にそれぞれ接続される。圧電抵抗シート上にプリントされたセンサ素子の１つの等価抵抗３２４の１つの端子３１４がＶ_ＣＣに接続され、他の端子３１２が演算増幅器３０６の負入力３５４に接続される。演算増幅器３０６の出力３５２は、帰還抵抗Ｒ_ｆ３１６を介して、その負入力３５４に接続され、それによって反転相互コンダクタンス増幅器を生成する。等価抵抗３２４に印加された電圧は、ピン３５６と３５４との間の仮想接地により電流に変換され、オペアンプ３０６への高インピーダンス入力により、帰還抵抗Ｒ_ｆ３１６にほぼ完全に転送される。

抵抗器３１６の値を掛けた電流は、バイアス電圧から減算され、出力ピン３５２上に表れる合成電圧と、抵抗器３１６を流れる電流である。オペアンプ３０８およびその近傍の受動素子Ｒ_２３１８、Ｒ_１３２０およびＣ_１３２２は、抵抗器Ｒ_２３１８を用いて出力端子３５２の電位を電流に変換するローパスアンチエイリアシングフィルタと、入力端子３５８と３６４との間の仮想接地とを実現する。この電流は、オペアンプ３０８の出力３７０とその負入力３６４との間に並列に接続された抵抗Ｒ_１３２０およびコンデンサＣ_１３２２に、ほぼ完全に導かれる。等価抵抗３２４（１／Ｒ_{ＳＥＮＳＯＲ}）の逆抵抗にバイアスされかつ比例する低域フィルタ電圧を提供する演算増幅器３０８の出力は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）３１０に入力され、デジタルサンプルストリームに変換される。１／Ｒ_{ＳＥＮＳＯＲ}は、圧電抵抗シートに加えられる力にほぼ比例することに留意されたい。

デジタル出力信号３１１は、後続の血圧測定処理のためにプロセッサに入力され、ユーザに提示される血圧測定値（収縮期および拡張期）を生成する。

同じ機能性を達成するための構成要素の任意の配置は所望の機能が達成されるように、効果的に「関連付けられる」。したがって、特定の機能を達成するために本明細書で組み合わされる任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間コンポーネントにかかわらず、所望の機能が達成されるように、互いに「関連付けられる」と見なされ得る。同様に、そのように関連する任意の２つの構成要素は所望の機能を達成するために、互いに「動作可能に接続される」、または「動作可能に結合される」と見なすこともできる。

さらに、当業者は、上述の動作間の境界が単に例示的なものであることを認識するであろう。複数の演算は、単一の演算に組み合わされてもよい。単一のオペレーションは追加のオペレーションに分散されてもよく、オペレーションは少なくとも部分的に時間的に重複して実行されてもよい。さらに、代替の実施形態は特定の動作の複数のインスタンスを含むことができ、動作の順序は、様々な他の実施形態で変更することができる。

本明細書で使用される用語は特定の実施形態を説明するためだけのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は文脈が明確にそうでないことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。さらに、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」および／または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は本明細書で使用される場合、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことが理解されるであろう。

特許請求の範囲において、括弧内に置かれたいずれの参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。特許請求の範囲における「少なくとも１つ」および「１つ以上」などの導入語句の使用は、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による別の請求項要素の導入が同じ請求項が「１つ以上」または「少なくとも１つ」の導入語句および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、そのような導入された請求項要素を含む任意の特定の請求項を、そのような要素のみを含む発明に限定することを意味するものと理解されるべきでない。定冠詞についても同様である。特に断らない限り、「第１」、「第２」などの用語は、そのような用語が記述する要素を任意に区別するために使用される。従って、これらの語は必ずしも要素間の時間的又は他の優先順位を示すものではない。特定の手段が相互に異なる特許請求の範囲に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用できないことを示すものではない。

以下の特許請求の範囲におけるすべての機能的手段または工程要素の対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に記載された他の請求要素と組合せて機能を実行するための任意の構造、材料、または動作を含むことが意図される。本発明の説明は、例示および説明の目的のために提示されたものであり、網羅的であること、または開示された形態の本発明に限定されることを意図するものではない。当業者には多数の修正および変更が容易に想起されるので、本発明は、本明細書に記載される限定された数の実施形態に限定されないことが意図される。したがって、すべての適切な変形、修正、および均等物が、本発明の精神および範囲内に入るように頼ることができることが理解されるであろう。実施形態は本発明の原理および実際の用途を最もよく説明するために、また、他の当業者が企図する特定の用途に適した様々な修正を伴う様々な実施形態について本発明を理解することを可能にするために、選択され、説明された。

Claims (15)

1. 血圧信号を取得するためのセンサデバイスであって、
   ユーザの身体に装着可能なストラップまたはバンドと、
   上面および底面を有し、力抵抗導電性感知フィルムを備えた基板と、
   複数のセンサ素子が配置されたセンサアレイとを備え、
   前記複数のセンサ素子のそれぞれは、
   前記感知フィルムの前記上面に結合された機械的素子であって、ユーザに接触したときに上面から前記感知フィルムへ圧力を伝達するように作用する機械的素子と、
   前記感知フィルムの前記上面に取り付けられ、前記機械的素子に結合された第１の導電性素子と、
   前記感知フィルムの前記上面または底面に取り付けられた第２の導電性素子とを備え、
   前記第１の導電性素子および第２の導電性素子は、前記機械的素子へ圧力が印加されたときの前記感知フィルムの抵抗の変化を検出することができるように間隔をあけて配置され、
   前記ストラップまたはバンドは、ユーザの標的血管から圧力波を感知するのに十分な圧力を加えながら、前記標的血管に前記複数のセンサ素子の少なくとも一部を位置決めまたは配置するよう構成された、センサデバイス。
2. 前記感知フィルムは、圧力が印加されると抵抗が減少する圧電抵抗導電性フィルムを含む、請求項１に記載のセンサデバイス。
3. 前記感知フィルムが、ベロスタット導電性フィルムおよびリンクスタット導電性フィルムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のセンサデバイス。
4. 前記機械的素子が、硬質材料、樹脂、プラスチック、セメント、軟質材料、ゲル、ポリマー、ポリジメチルシロキサン、およびシリコーン（ＰＤＭＳ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のセンサデバイス。
5. 前記機械的素子が、相対的に硬いシリンダと、前記シリンダを満たす相対的に軟らかい材料とを含み、前記シリンダが、ユーザからの圧力波を前記軟らかい材料を通じて前記感知フィルムに伝達するように動作する、請求項１に記載のセンサデバイス。
6. 前記一対の導電性素子は、第１および第２の相互に嵌合する導電性素子を含む、請求項１に記載のセンサデバイス。
7. 前記一対の導電性素子に結合され、前記機械的素子に加えられる圧力に従ってデジタル信号を生成するように動作するセンサ回路をさらに備える、請求項１に記載のセンサデバイス。
8. 血圧信号を取得するためのセンサデバイスであって、
   ユーザの身体に装着可能なストラップまたはバンドと、
   上面および底面を有し、力抵抗導電性感知フィルムおよび複数のセンサ素子が配置されたセンサアレイを備えた基板とを備え、
   前記ストラップまたはバンドは、圧力波を感知するのに十分な圧力を加えながら、ユーザの標的血管に前記複数のセンサ素子の少なくとも一部を位置決めまたは配置するよう構成され、
   前記複数のセンサ素子のそれぞれは、
   前記感知フィルムの前記上面に結合された第１の導電性素子と、
   前記第１の導電性素子に結合された機械的素子であって、ユーザに接触したときに上面から前記感知フィルムへ圧力を伝達するように作用する機械的素子と、
   前記感知フィルムの底面に結合された第２の導電性素子とを備え、前記第１の導電性素子及び前記第２の導電性素子は、前記機械的素子へ圧力が印加されたときの前記感知フィルムの抵抗の変化を検出することができるように間隔をあけて配置された、センサデバイス。
9. 前記感知フィルムは、圧力が印加されると抵抗が減少する圧電抵抗導電性フィルムを含む、請求項８に記載のセンサデバイス。
10. 前記感知フィルムが、ベロスタット導電性フィルムおよびリンクスタット導電性フィルムのうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載のセンサデバイス。
11. 前記機械的素子が、硬質材料、樹脂、プラスチック、セメント、軟質材料、ゲル、ポリマー、ポリジメチルシロキサン、およびシリコーン（ＰＤＭＳ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載のセンサデバイス。
12. 前記機械的素子は、相対的に硬いシリンダと、前記シリンダを満たす相対的に軟らかい材料とを含み、前記シリンダは、ユーザからの圧力波を前記軟らかい材料を通じて前記感知フィルムに伝達するように動作する、請求項８に記載のセンサデバイス。
13. ユーザの血圧を測定するためのウェアラブルデバイスであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジングに取り付けられたディスプレイと、
    前記ハウジングに連結され、ユーザの身体に装着可能なストラップまたはバンドと、
    メモリに結合されたプロセッサと、
    センサ回路に結合され、血圧信号を取得するように動作する複数のセンサ素子を含む少なくとも１つのセンサアレイとを含み、
    前記ストラップまたはバンドは、圧力波を感知するのに十分な圧力を加えながら、ユーザの標的血管に前記複数のセンサ素子の少なくとも一部を位置決めまたは配置するよう構成され、
    各センサ素子は、
    上面および底面を有し、力抵抗導電性感知フィルムを備えた基板と、
    前記感知フィルムの上面に結合された機械的素子であって、ユーザに接触したときに、上面から前記感知フィルムに向かって圧力を伝達するように作用する機械的素子と、
    前記感知フィルムに結合された第１および第２の導電性素子であって、前記機械的素子に圧力が印加されたときに前記感知フィルムの抵抗の変化を検出することができるように離間して配置された第１および第２の導電性素子と、を含む、ウェアラブルデバイス。
14. 前記感知フィルムが、ベロスタット導電性フィルムおよびリンクスタット導電性フィルムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載のウェアラブルデバイス。
15. 前記第１の導電性素子は前記感知フィルムの上面に印刷され、前記第２の導電性素子は前記感知フィルムの底面に印刷された、請求項１３に記載のウェアラブルデバイス。

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