TW201526868A - 模組感測器平台 - Google Patents

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    • Y10S128/00—Surgery
    • Y10S128/90—Blood pressure recorder

Abstract

用於重新組態儲存系統的例示性實施例包括模組感測器平台，模組感測器平台包括：基礎模組，包括顯示器、處理器、記憶體以及通信介面；環帶，以可移除方式耦接至所述基礎模組以使得所述環帶可替換為不同類型的環帶；以及感測器模組，其自使用者收集資料，所述感測器模組與所述基礎模組通信且以可移除方式耦接至所述環帶以使得所述感測器模組可替換為不同類型的感測器模組，所述感測器模組更包括多個感測器單元，其以可移除方式耦接至所述感測器模組以使得個別感測器單元可替換為不同類型的感測器單元。

Description

模組感測器平台 【相關申請案】
本申請案為2013年12月9日申請的美國申請案第14/101,200號的部分接續申請案且主張其優先權，且亦主張2014年4月25日申請的美國臨時申請案第61/984,694號的優先權，所述申請案全文以引用方式併入本文中。
本申請案是關於模組感測器平台，特別是關於可穿戴於個人的腕部上的裝置中的模組感測器平台。
可穿戴裝置正變得日益風行。舉例而言，配備感測器的可穿戴裝置是已知的，其可追蹤使用者資料，諸如，活動資料(持續時間、步數、所燃燒的卡路里)、睡眠統計及/或生理資料(例如，心率、排汗以及皮膚溫度)。通常，配備感測器的可穿戴裝置被實施為可穿戴於使用者的腕部上的環帶或腕錶。
然而，即使功能的損失是因相對微小的組件(諸如，由 於正常穿戴而磨損的感測器)所致，習知可穿戴感測器裝置亦由於功能的損失而需要使用者丟棄或替換整個裝置。使用者亦通常在可購得具有新的或不同的追蹤功能的新裝置時替換裝置。
因此，需要可適應於感測器功能性的替換與添加兩者的可穿戴感測器裝置的改良架構。
本發明的某些實施例提供一種用於對可穿戴於使用者的腕部上的電子裝置充電的攜帶型電源。
例示性實施例提供一種模組感測器平台。例示性實施例的態樣包含：基礎模組，包括顯示器、處理器、記憶體以及通信介面；環帶，以可移除方式耦接至所述基礎模組以使得所述環帶可替換為不同類型的環帶；以及感測器模組，其自使用者收集資料，所述感測器模組與所述基礎模組通信且以可移除方式耦接至所述環帶以使得所述感測器模組可替換為不同類型的感測器模組，所述感測器模組更包括多個感測器單元，其以可移除方式耦接至所述感測器模組以使得個別感測器單元可替換為不同類型的感測器單元。
根據本文所揭露的方法及系統，例示性實施例提供一種平台，藉此可由不同實體售賣且製造多個不同感測器模組。此等實體可針對不同使用狀況製造不同類型的感測器模組。因此，例示性實施例的模組感測器平台使得能夠獨立地製造且售賣不同類 型的基礎模組、環帶以及感測器單元。結果，可允許使用者混合且匹配基礎模組、感測器模組、環帶以及感測器單元的不同組合以符合自身的需要。
在一實施例中，本發明提供一種用於量測指示使用者的生理活動的資料且可穿戴於使用者的身體部分上的裝置。系統包含環帶，其可佩戴於身體部分上，且具有在由使用者穿戴時接觸身體部分的內表面。所述裝置亦包含模組感測電路，其以可移除方式安置於所述內表面上且可與身體部分接觸。所述系統亦包含多個多光譜光源，其鄰近於所述模組感測電路而安置於所述內表面上以將多光譜光發射至身體部分上。所述模組感測電路接收指示使用者的光體積描記圖(PPG)信號的資料。
在另一實施例中，本發明提供一種用於量測使用者的生理活動且可穿戴於使用者的身體部分上的裝置。所述裝置包含可佩戴於身體部分上的環帶。所述環帶具有在由使用者穿戴時接觸身體部分的內表面。所述裝置亦包含模組感測電路，其以可移除方式安置於所述內表面上。所述模組感測電路亦可經組態以接觸身體部分。所述裝置亦包含感測器，其位於外表面上以藉由所述模組感測電路而接收指示使用者的心電圖(ECG)信號的資料。所述裝置亦包含多個光源，其鄰近於所述模組感測電路而位於所述內表面上以將光發射至身體部分上。所述模組感測電路接收指示使用者的光體積描記圖(PPG)信號的資料。所述裝置包含處理器，其安置於所述環帶上以自所述心電圖信號以及所述光體積描 記圖信號導出指示使用者的血壓的資料。
在又一實施例中，本發明提供一種可穿戴於使用者的身體部分上的用於量測使用者的生理活動的裝置。所述裝置包含可經組態以佩戴於腕部上的環帶。所述環帶具有在由使用者穿戴時接觸身體部分的內表面。所述裝置亦包含模組感測電路，其以可移除方式安置於所述內表面上以量測使用者的生理活動。所述模組感測電路包含多個個別感測器以量測生理活動。所述多個個別感測器大體上針對身體部分的形狀而構形。
在又一實施例中，本發明提供一種可穿戴於使用者的身體部分上的用於量測使用者的生理活動的系統。所述系統包含可經組態以佩戴於身體部分上的環帶。所述環帶亦具有在由使用者穿戴時接觸身體部分的內表面。所述系統包含安置於內表面中的介面以及多個感測器模組。各所述感測器模組接收指示使用者的生理活動的資料，且以可移除方式安置於內表面上，且以可拆卸方式與介面嚙合。
10‧‧‧模組感測器平台/可穿戴感測器平台
12、812、1006‧‧‧環帶
14‧‧‧腕部
14R‧‧‧橈骨動脈
14U‧‧‧尺骨動脈
16‧‧‧感測器模組
18、808‧‧‧基礎模組
20‧‧‧基礎計算單元
22、318‧‧‧電池/電源
23‧‧‧永久電池
26‧‧‧顯示器
28‧‧‧感測器單元
30、904、1104‧‧‧感測器板
32‧‧‧感測器計算單元
34、832、1008‧‧‧扣環
36、308‧‧‧處理器
38、312‧‧‧記憶體
40‧‧‧輸入/輸出
42‧‧‧通信介面
44、908、910‧‧‧感測器
46‧‧‧加速度計/陀螺儀
48、303‧‧‧溫度計
52‧‧‧電力介面
54、301、1004‧‧‧光學感測器陣列
55‧‧‧離散光學感測器
56、305‧‧‧皮膚電流反應(GSR)感測器陣列
58、307‧‧‧生物阻抗(BioZ)感測器陣列
60、309‧‧‧心電圖(ECG)感測器
62‧‧‧光電偵測器
64、1012‧‧‧光源
66‧‧‧光電單元
70、304‧‧‧皮膚電流反應類比前端
72、306‧‧‧光學感測器類比前端(AFE)
74、310‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
76、78、302‧‧‧心電圖與生物阻抗(BIOZ)類比前端(AFE)
80、316‧‧‧壓力感測器
82、322‧‧‧微控制器
84‧‧‧校準與資料獲取組件
88‧‧‧電力管理單元
90‧‧‧作業系統(OS)及各種應用程式
314‧‧‧三軸加速度計
320‧‧‧匯流排
324‧‧‧校準與資料獲取組件
800‧‧‧可穿戴感測器平台
804‧‧‧內表面
816、916‧‧‧介面
820‧‧‧感測器板插座
824‧‧‧緊固器
828、848‧‧‧背板
840‧‧‧第二介面插座
844‧‧‧微型USB型介面
900、1100‧‧‧感測器模組/模組感測電路
912‧‧‧感測器計算單元/處理器
1000‧‧‧互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器模組
1010‧‧‧影像感測器
1108、1112‧‧‧大感測器
1200‧‧‧感測處理程序
1300‧‧‧量測處理程序
1204、1208、1212、1216、1220、1304、1308、1312‧‧‧步驟
當結合附圖閱讀時，將較佳地理解前文發明內容中所述的特徵及效用以及下文的本一般發明概念的某些實施例的詳細描述。
圖1及圖2為說明模組感測器平台的例示性實施例的方塊圖。
圖3為說明模組感測器平台以及構成基礎模組的組件的一實 施例的圖式。
圖4為繞腕部使用的實施例的接觸上腕部與環帶安裝式感測器的橫截面圖。
圖5為說明關於繞腕部的使用的具有自對準感測器陣列系統的模組感測器平台的另一實施例的圖式。
圖6為說明感測器模組的組件的方塊圖。
圖7說明展示內表面的模組可穿戴感測器平台的另一實施例。
圖8說明根據本發明的實施例的例示性模組感測電路。
圖8A說明展示根據本發明的實施例的例示性介面的介面插座。
圖9說明根據本發明的實施例的例示性互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器模組。
圖10說明根據本發明的實施例的另一例示性模組感測電路。
圖11說明根據本發明的實施例的用於量測預定區域的資料的感測處理程序的操作流程圖。
圖12說明根據本發明的實施例的用於量測指示個人的血壓的資料的量測處理程序的操作流程圖。
圖13說明根據本發明的實施例的用於量測資料的量測處理程序的操作流程圖。
出於說明本發明的一般發明概念的目的，在附圖中展示了某些實施例。然而，應理解，本發明不限於附圖所示的配置及手段。
現將詳細參考本一般發明概念的實施例，所述實施例的實例說明於附圖中，其中相似參考數字在全文中指示相似元件。下文描述所述實施例以便在參考圖式的同時解釋本一般發明概念。
在詳細描述本發明的任何實施例之前，應理解，本發明的應用不限於下文描述中所闡述或附圖中所說明的組件的構造及配置的細節。
可參考下文詳細描述及附圖來更全面地理解本發明的優點與特徵及其實現方法。然而，本一般發明概念可按照以各種方式實踐或執行的許多不同形式來體現且不應解釋為限於本文所闡述的實施例。更確切地說，提供此等實施例，以使得本揭露將為全面且完整的，且將向熟習此項技術者完全傳達本一般發明概念，且本一般發明概念由隨附申請專利範圍界定。在附圖中，為了視覺清楚起見，誇示層以及區域的厚度。
並且，本文件中所使用的用語及術語是出於描述的目的，且不應視為限制性的。除非本文中另有指示或明顯與上下文相抵觸，否則在描述本發明的上下文中(尤其在隨附申請專利範圍的上下文中)的術語「一」及「該」以及類似術語的使用應理解為涵蓋單數形式與複數形式兩者。除非另有注明，否則術語「包括」、「具有」、「包含」以及「含有」應解釋為開放式術語(亦即，意謂「包含(但不限於)」。
對於一般熟習此項技術者亦顯而易見的是，附圖所示的系統為狀若實際系統者的模型。所描述的模組以及邏輯結構中的一些能夠以微處理器或類似裝置所執行的軟體來實施或使用各種組件(例如，包含特殊應用積體電路(application specific integrated circuits，ASIC))以硬體來實施。如「處理器」等術語可包含或表示硬體及/或軟體兩者。不應僅因大寫的使用而暗示特定含義或推斷出特定含義。
同樣地，如本文中所使用的術語「組件」或「模組」意謂(但不限於)軟體或硬體組件，諸如，執行某些任務的場可程式化閘陣列(field programmable gate array，FPGA)或ASIC。有利地，組件或模組可經組態以駐留於可定址儲存媒體中且經組態以在一或多個處理器上執行。因此，組件或模組可包含(例如)組件(諸如，軟體組件、物件導向軟體組件、類別組件以及任務組件)、處理程序、函式、屬性、程序、副常式、程式碼段、驅動器、韌體、微碼、電路、資料、資料庫、資料結構、表、陣列以及變數。針對組件以及組件或模組而提供的功能性可組合為較少的組件以及組件或模組或進一步分離為額外組件以及組件或模組。
除非另有定義，否則本文中所使用的所有技術以及科學術語具有與一般熟習本發明所屬技術者通常所理解者相同的含義。此外，除非另有定義，否則常用字典中所定義的所有術語應具有其普通含義。應注意，除非另有指定，否則任何及所有實例 或其中所提供的例示性術語的使用僅意欲較佳闡明本一般發明概念且不對本發明的範疇進行限制。
例示性實施例提供一種模組感測器平台。例示性實施例的態樣包含：基礎模組，包括顯示器、處理器、記憶體以及通信介面；環帶，以可移除方式耦接至所述基礎模組以使得所述環帶可替換為不同類型的環帶；以及感測器模組，其自使用者收集資料。在一實施例中，所述感測器模組可以可移除方式耦接至所述環帶以使得所述感測器模組可替換為不同類型的感測器模組。在另一實施例中，所述感測器模組包括多個感測器單元，其可以可移除方式耦接至所述感測器模組以使得個別感測器單元可替換為不同類型的感測器單元。
根據本文所揭露的方法及系統，提供一種模組感測器平台，其使得能夠由不同實體針對不同使用狀況來獨立地製造且售賣不同類型的基礎模組、環帶以及感測器單元。結果，可允許使用者混合且匹配基礎模組、感測器模組、環帶以及感測器單元的不同組合以符合自身的需要。此外，與生理感測相關的領域中的開發者或研究者受益於將開發著重於感測器自身上且利用以已知組態供應電力、計算以及通信的標準支援平台。
本發明的實施例是關於一種用於量測指示使用者的生理活動的資料的系統。
圖1及圖2為說明模組感測器平台的例示性實施例的方塊圖。模組感測器平台10可包含基礎模組18、環帶12以及耦接 至環帶12的感測器模組16。
在圖1所示的實施例中，模組感測器平台10可實施為可穿戴感測器裝置，諸如，佩戴於使用者的腕部上的智慧型腕錶。感測器模組16可定位於環帶12內，以使得感測器模組16位於使用者的腕部的底部而與使用者的皮膚接觸以自使用者收集生理資料。基礎模組18附著至環帶12以使得基礎模組18定位於腕部的頂部上且執行功能，諸如，顯示時間、執行計算以及顯示資料(包含自感測器模組16收集的感測器資料)。在一實施例中，環帶12可與基礎模組18整合。在另一實施例中，環帶12可與感測器模組16整合。在又一實施例中，環帶12可與基礎模組18以及感測器模組16兩者分開。
在圖2所示的實施例中，基礎模組18可包括顯示器26以及基礎計算單元20。舉例而言，如將參看圖2更全面地論述，基礎計算單元20可包含處理器、記憶體、通信介面以及一組感測器，諸如，加速度計以及溫度計。
模組感測器平台10使平台的組件能夠容易地與不同類型的組件交換。舉例而言，在一實施例中，環帶12可以可移除方式耦接至基礎模組18，以使得環帶12可替換為不同類型的環帶(例如，不同大小、不同形狀及/或不同材料)。替換環帶可由原本的環帶12的相同或不同實體製造。在一實施例中，環帶12可包含中空部分以用於插入基礎模組18的基礎計算單元20。
在又一實施例中，感測器模組16自使用者收集生理活動 資料及/或睡眠統計，且與基礎模組18通信。感測器模組16可以可移除方式耦接至環帶12以使得感測器模組16可替換為不同類型的感測器模組。
在一實施例中，感測器模組16可更包括多個感測器單元28，其以可移除方式耦接至感測器模組16以使得個別感測器單元28的至少一部分可替換為不同類型的感測器單元。
在一實施例中，感測器單元28可容納於感測器板30上。根據一實施例，感測器板30可以可移除方式耦接至環帶12，以使得感測器板30以及感測器板30上的所有感測器單元28可替換為不同類型的感測器板30。舉例而言，感測器板30可替換為不同大小的感測器板30以適應於不同大小的腕部。在一實施例中，替換的感測器板30可由與原始的感測器板30相同或不同的實體提供。
根據例示性實施例的一個態樣，感測器單元28的至少一部分可進一步以可移除方式耦接至感測器板30，以使得感測器單元28可個別地替換為新的或不同類型的感測器單元。舉例而言，根據電極型感測器，電極可隨著時間逝去而磨損。不需要購買整個新智慧型腕錶，使用者可僅藉由將新的感測器單元28插入至現有的感測器板30中而將磨損的感測器單元28替換為新的感測器單元28。
在另一實施例中，可自環帶12移除感測器板30，以使得現有的感測器板30可與不同類型的環帶12一起使用。舉例而言，可自白天穿戴的塑膠環帶12移除感測器板30且將其插入至可在 睡眠時穿戴的毛氈環帶中。在又一實施例中，可自環帶12移除感測器板30且將其替換為具有不同類型的感測器單元28(包含不同大小的感測器單元28或在感測器板30上不同地間隔開的感測器單元28)的感測器板30。
在一實施例中，感測器板30可使用任何數目的已知機構而附加至環帶12。舉例而言，在一實施例中，感測器板30可經由卡扣機構(例如，突出部(tab)、狹槽(slot)、磁體及其類似者)而附加至環帶12。在替代實施例中，感測器板30可經由螺釘而附加至環帶12。
如圖2所示，在一實施例中，模組感測器平台10更包含至少一個電池22。在一實施例中，電池22可容納於基礎模組18內。在另一實施例中，電池22可容納於環帶12內。
因此，多個不同感測器模組可由不同實體售賣且製造。亦即，不同實體可針對不同使用狀況製造不同類型的感測器模組。因此，例示性實施例的模組感測器平台使得能夠獨立地製造且售賣不同類型的基礎模組、環帶、感測器板以及感測器單元。因此，可提供使使用者能夠混合且匹配基礎模組、感測器模組、環帶以及感測器單元的不同組合以符合自身的需要的模組感測器平台。
根據例示性實施例的又一態樣，使用者可穿戴一個基礎模組18，其與穿戴於使用者的不同身體部分上的多個感測器模組16無線地通信以形成身體區域網路。當基礎模組18處於作用中模 式中時，由各個感測器模組16收集的資料可周期性地高載傳輸(burst)至基礎模組18以供儲存及/或分析。僅周期性地傳遞感測器資料允許基礎模組18較常置於睡眠模式中以節省電力。或者，若基礎模組18保持處於作用中模式中，則資料可連續地自感測器模組16串流傳輸(stream)至基礎模組18。
在圖1所示的實施例中，可穿戴感測器平台10可實施為智慧型腕錶或佩戴於身體的部分(此處為使用者的腕部)上的其他可穿戴裝置。
可穿戴感測器平台10亦可包含耦接到環帶12的扣環34。在一些實施例中，可穿戴感測器平台10的模組及/或組件可由終端使用者(例如，消費者、患者、醫生等)移除。然而，在其他實施例中，可穿戴感測器平台10的模組及/或組件由製造商整合至可穿戴感測器平台10中，且可不欲由終端使用者移除。可穿戴感測器平台10可為防水的或不透水的。
環帶(或帶子)12可為整體的或模組的。環帶12可由織物製成。舉例而言，預期使用大範圍的可扭曲且可擴展的彈性網/織物。環帶12亦可組態為多環帶或以模組連桿來組態。在某些實施方案中，環帶12可包含閂鎖或扣環機構以將腕錶固持於適當位置中。在某些實施例中，環帶12將含有連接基礎模組18與感測器模組16以及其他物的配線(未圖示)。亦預期有基礎模組18與感測器模組16之間的無線通信(單獨地進行或結合配線而進行)。
感測器模組16可以可移除方式附著於環帶12上，以使 得感測器模組16位於可穿戴感測器平台10的底部處或換言之位於基礎模組18的相對末端上。以一種方式定位感測器模組16以使其與使用者的腕部的下側上的皮膚至少部分接觸，以允許感測器單元28自使用者感測生理資料。感測器單元28的接觸表面可定位於感測器模組16的表面上方、所述表面處或所述表面下方，或以此等定位的某一組合來定位。
基礎模組18附著至環帶12，以使得基礎模組18定位於可穿戴感測器平台10的頂部處。以一種方式定位基礎模組18以使其與腕部的頂側至少部分接觸。
基礎模組18可包含基礎計算單元20以及顯示器26，其中圖形使用者介面(graphical user interface，GUI)可提供於顯示器26上。基礎模組18執行功能，包含(例如)顯示時間、執行計算及/或顯示資料(包含自感測器模組16收集的感測器資料)除與感測器模組16的通信之外，基礎模組18可與穿戴於使用者的不同身體部分上的其他感測器模組(未圖示)無線地通信以形成身體區域網路，或與其他可無線存取的裝置(未圖示)，例如智慧型電話、平板型電腦、顯示器或其他計算裝置，無線地通信。如下文將參看圖3更全面地論述，基礎計算單元20可包含處理器36、記憶體38、輸入/輸出40、通信介面42、電池22以及一組感測器44，諸如，加速度計/陀螺儀46以及溫度計48。在其他實施例中，基礎模組18亦可具有其他大小、外殼及/或外形尺寸，諸如，過大的、直列式的、圓形的、矩形的、方形的、橢圓形的、卡雷 (Carre)式的、卡瑞吉(Carage)式的、東尼奧(Tonneau)式的、非對稱的，及其類似者。
感測器模組16自使用者收集資料(例如，生理活動資料、睡眠統計及/或其他資料)且與基礎模組18通信。感測器模組16包含容納於感測器板30中的感測器單元28。對於某些實施方案，因為諸如腕錶的攜帶型裝置具有極小體積以及有限的電池電力，所以所揭露的類型的感測器單元28可尤其適用於腕錶中的感測器量測的實施。在一些實施例中，感測器模組16以可調整方式附著至環帶12，以使得基礎模組18未固定地定位，而是可取決於腕部的生理構造而不同地組態。
感測器單元28可包含光學感測器陣列、溫度計、皮膚電流反應(galvanic skin response，GSR)感測器陣列、生物阻抗(BioZ)感測器陣列、心電圖(ECG)感測器或其任何組合。感測器單元28可獲得關於外部世界的資訊且將其供應到可穿戴模組感測器平台10。感測器28亦可與其他組件一起作用以將使用者或環境輸入及反饋提供至使用者。舉例而言，MEMS加速度計可用於量測諸如位置、運動、傾斜、衝擊以及振動的資訊，以供處理器36使用。亦可使用其他感測器。感測器模組16亦可包含感測器計算單元32。感測器單元28亦可包含生物感測器(例如，脈搏、脈搏血氧飽和度、體溫、血壓、體脂等)、用於偵測物件的近接的近接偵測器以及環境感測器(例如，溫度、濕度、環境光、氣壓、海拔、範圍等)。
在其他實施例中，扣環34亦提供心電圖電極。當觸碰扣環34時，一或多個感測器單元28以及扣環34上的心電圖電極可形成完整心電圖信號電路。感測器計算單元32可分析資料，對資料執行操作(例如，計算)，傳達資料，且在一些實施例中，可儲存由感測器單元28收集的資料。在一些實施例中，感測器計算單元32自感測器單元28的感測器中的一或多者進行接收(例如，接收指示心電圖信號的資料)，且處理所接收的資料以形成信號的預定的表示(例如，心電圖信號)。
感測器計算單元32亦可經組態以將資料及/或所接收的資料的經處理的形式傳達至一或多個預定接收者，例如基礎計算單元20，以供進一步處理、顯示、通信及其類似者。舉例而言，在某些實施方案中，基礎計算單元20及/或感測器計算單元判定資料是否可靠且判定對於使用者而言的資料的置信度的指示。
在一些實施例中，感測器計算單元32可整合至感測器板30中。在一些實施例中，感測器計算單元32可被省略或位於可穿戴感測器平台10上任何位置處或遠離可穿戴感測器平台10。在可省略感測器計算單元32的實施例中，基礎計算單元20可執行原本由感測器計算單元32執行的功能。經由感測器模組16以及基礎模組18的組合，可收集、傳輸、儲存、分析資料、將其傳輸且呈現給使用者。
在一些實施例中，扣環34安置得較接近於顯示器/GUI 26。類似地，在圖2中，電池22容納於基礎模組18內。在圖1 所示的實施例中，電池22相對於顯示器26而容納於環帶12上。然而，應理解，在一些實施例中，電池22對基礎模組18與可選擇地對基礎模組18的內部電池(未圖示)充電。以此方式，可連續地穿戴可穿戴感測器平台10。如此，在各種實施例中，可改變模組以及其他組件的位置及/或功能。
圖3為說明模組感測器平台以及構成基礎模組的組件的一實施例的圖式。在此實施例中，模組感測器平台10可包含可移除的環帶12以及附著至可移除的環帶12的可移除的感測器模組16。可移除的感測器模組16可更包含附著至可移除的環帶12的可移除的感測器板30以及附著至可移除的感測器板30的可移除的感測器單元28。可移除的感測器模組16亦可包含感測器電腦單元32。
模組感測器平台10更包括基礎計算單元20、可移除的電池22以及永久電池23。在一實施例中，基礎計算單元20可經由通信介面42而與感測器電腦32通信。在一個實施例中，通信介面205可包括串列介面。
基礎計算單元20可包含處理器36、記憶體38、輸入/輸出(I/O)40、顯示器26、通信介面42、感測器44以及電力管理單元88。
處理器36、記憶體38、輸入/輸出40、通信介面42以及感測器44可經由系統匯流排(未圖示)而一起耦接。處理器36可包含具有一或多個核心的單一處理器或具有一或多個核心的多 重處理器。處理器36可執行作業系統(OS)及各種應用程式90。作業系統的實例可包含(但不限於)Linux、AndroidTM、Tizen OS。
舉例而言，記憶體38可包括一或多個記憶體，其包括不同記憶體類型，包含DRAM、SRAM、ROM、快取記憶體、虛擬記憶體以及快閃記憶體。輸入/輸出40可包括輸入資訊且輸出資訊的組件的集合。構成輸入/輸出40的實例組件包含麥克風以及揚聲器。通信介面42可包含用於經由網路而無線通信的無線網路介面控制器(或類似組件)。在一實施例中，無線通信的實例類型可包含低能量藍芽(Bluetooth Low Energy，BLE)以及無線區域網路(wirelesslocal area network，WLAN)。然而，在另一實施例中，無線通信的實例類型可包含廣域網路(Wide Area Network，WAN)介面或諸如3G、4G或長期演進技術(Long Term Evolution，LTE)的蜂巢式網路。在圖3所示的實施例中，記憶體38處於處理器36外部。在其他實施例中，記憶體38可為嵌入於處理器36中的內部記憶體。
在一實施例中，顯示器26可與基礎計算單元20整合，而在另一實施例中，顯示器26可處於基礎計算單元20外部。舉例而言，感測器44可包含任何類型的微機電系統(microelectromechanical system，MEMs)感測器，諸如，加速度計/陀螺儀46以及溫度計48。
電力管理單元88可耦接至可移除的電池22以及永久電池23，且可包括管控基礎計算單元20的電力功能的微控制器。在 一實施例中，電力管理單元88亦可控制經由電力介面52而將電池電力供應至可移除的感測器模組16。
通信介面42可包含用於支援單向或雙向無線通信的組件，且在一些實施方案中，可包含用於經由網路而無線通信的無線網路介面控制器(或類似組件)，在其他實施方案中，可包含有線介面，或可包含多個介面。在一實施例中，通信介面42主要用於在遠端接收資料(包含串流資料)，所述資料顯示且更新於顯示器26上。然而，在替代實施例中，除傳輸資料外，通信介面42亦可支援語音傳輸。在例示性實施例中，通信介面42支援低功率及中等功率的射頻(RF)通信。在某些實施方案中，無線通信的實例類型可包含低能量藍芽(BLE)、無線區域網路(WLAN)、全球互通微波存取(WiMAX)、被動射頻識別(radio-frequency identification，RFID)、網路配接器以及數據機。然而，在另一實施例中，無線通信的實例類型可包含廣域網路(WAN)介面、Wi-Fi、WPAN、多重跳接式網路(multi-hop networks)或諸如3G、4G、5G或長期演進技術(LTE)的蜂巢式網路。舉例而言，其他無線選項可包含超寬頻(ultra-wide band，UWB)以及紅外線。除無線之外，通信介面42亦可包含其他類型的通信裝置(未圖示)，諸如，經由觸點進行的串列通信及/或USB通信。舉例而言，微型USB型USB、快閃磁碟或其他有線連接可與通信介面42一起使用。
在一實施例中，顯示器26可與基礎計算單元20整合，而在另一實施例中，顯示器26可處於基礎計算單元20外部。顯 示器26可為平坦的或彎曲的，例如，彎曲至可穿戴感測器模組平台10所處的身體部分(例如，腕部、腳踝、頭部等)的近似曲率。
顯示器26可為觸碰螢幕或可為手勢控制的。顯示器26可為有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)顯示器、薄膜電晶體液晶顯示器(Thin-Film-Transistor Liquid Crystal Display，TFT LCD)或其他適當顯示技術。顯示器26可為主動矩陣式的。實例顯示器26可為主動矩陣有機發光二極體(Active-matrix organic light-emitting diode，AMOLED)顯示器或SLCD。顯示器可為3D或可撓性的。感測器44可包含任何類型的微機電系統(MEMs)感測器。舉例而言，此等感測器可包含加速度計/陀螺儀46以及溫度計48。
電力管理單元88可耦接至電源22，且可包括傳達及/或控制至少基礎計算單元20的電力功能的微控制器。電力管理單元88與處理器36通信且協調電力管理。在一些實施例中，電力管理單元88判定電量是否降低至某臨限電量以下。在其他實施例中，電力管理單元88判定一段時間是否已針對二次充電而消逝。
電源22可為永久的或可移除的電池、燃料電池或光電電池等。電池22可為拋棄式的。舉例而言，在一實施例中，電源22可包括可再充電鋰離子電池或其類似者。電力管理單元88可包含電壓控制器以及用於對電池22再充電的充電控制器。在一些實施方案中，一或多個太陽電池可用作電源22。電源22亦可由AC/DC電力供應器供電或充電。電源22可藉由非接觸式充電或接觸式充 電來充電。在一實施例中，電力管理單元88亦可傳達及/或控制經由電力介面52而將電池電力供應至可移除的感測器模組16。在一些實施例中，電池22嵌入於基礎計算單元20中。在其他實施例中，電池22處於基礎計算單元20外部。
亦可使用其他可穿戴裝置組態。舉例而言，可穿戴感測器模組平台可實施為腳環或臂環、胸環、腕錶、使用者所穿著的衣物(諸如，緊身衣)或使用者所穿戴的任何其他實體裝置或裝置的組合，其足以確保感測器單元28與使用者的皮膚上的近似位置接觸以獲得準確且可靠的資料。
圖4為腕部14的橫截面圖。更具體言之，舉例而言，圖5為說明可穿戴的感測器模組10的實施方案的圖式。圖5的頂部部分說明可穿戴的感測器模組10環繞在使用者的腕部14的橫截面上，而圖5的底部部分展示處於扁平位置中的環帶12。
根據此實施例，可穿戴的感測器模組10包含至少光學感測器陣列54，且亦可包含任選的感測器，諸如，皮膚電流反應(GSR)感測器陣列56、生物阻抗(BioZ)感測器陣列58以及心電圖(ECG)感測器60，或其可構成感測器陣列的任何組合。
根據另一實施例，感測器單元28組態為包括配置或佈置於環帶12上的離散感測器的陣列的感測器陣列，以使得當環帶12穿戴於身體部分上時，每一感測器陣列可橫跨特定血管(亦即，靜脈、動脈或毛細管)或具有較高電反應而不論血管的區域，或以其他方式對所述血管或所述區域進行定址。
更特定言之，如在圖4及圖5中可見，感測器陣列可實質上垂直於血管(例如，橈骨動脈14R及/或尺骨動脈14U)的縱軸而佈置，或與血管的寬度重疊以獲得最佳信號。在一實施例中，環帶12可經穿戴以使得包括感測器陣列的感測器單元28接觸使用者的皮膚，但不會過緊以致於環帶12被阻止在身體部分(諸如，使用者的腕部14)上進行任何移動或在感測器接觸點處使使用者產生不適。
在另一實施例中，感測器單元28可包含光學感測器陣列54，其可包括可量測相對血流量、脈搏及/或血氧濃度的光體積描記圖(photoplethysmograph，PPG)感測器陣列。在此實施例中，光學感測器陣列54可配置於感測器模組16上，以使得光學感測器陣列54定位得足夠接近動脈(諸如，橈骨動脈或尺骨動脈)而以足夠的精確度及可靠性進行適當的量測。
現將論述光學感測器陣列54的其他細節。一般而言，多個離散光學感測器55中的每一者的組態及佈局可取決於使用狀況而大幅變化。在一實施例中，光學感測器陣列54可包含離散光學感測器55的陣列，其中每一離散光學感測器55為至少一個光電偵測器62以及鄰近於光電偵測器62而定位的至少兩個匹配光源64的組合。在一實施例中，各個離散光學感測器55可在環帶12上與其相鄰者分開約0.5至2毫米的預定距離。
在一實施例中，光源64可各自包括發光二極體(light emitting diode，LED)，其中各個離散光學感測器中的發光二極體 發射不同波長的光。就此而言，發光二極體中的一些的波長大於其他發光二極體的波長。由發光二極體發射的實例光顏色可包含綠色、紅色、近紅外線以及紅外線波長。各個光電偵測器62將所接收的光能轉換為電信號。在一實施例中，信號可包括反射式光體積描記圖信號。在另一實施例中，信號可包括透射式光體積描記圖信號。在一實施例中，光電偵測器62可包括光電電晶體。在替代實施例中，光電偵測器62可包括電荷耦合裝置(charge-coupled device，CCD)。
圖6為說明感測器模組的組件的方塊圖。如上所述，感測器模組16可包括附加至感測器板30的多個感測器單元28以及感測器計算單元32。
根據一例示性實施例，感測器單元28可包含光學感測器陣列301、溫度計303、皮膚電流反應(GSR)感測器陣列305、生物阻抗(BioZ)感測器陣列307以及心電圖(ECG)感測器309或其任何組合。
在一實施例中，光學感測器陣列301可包括可量測相對血流量、脈搏及/或血氧濃度的光體積描記圖(PPG)感測器陣列。在一實施例中，光學感測器陣列301可包含離散光學感測器的陣列，其中每一離散光學感測器為至少一個光電偵測器以及鄰近於光電偵測器而定位的至少兩個匹配光源(例如，LED)的組合。在此實施例中，光學感測器陣列301可配置於環帶上，以使得光學感測器陣列301橫跨血管，諸如，橈骨動脈或尺骨動脈。
溫度計48可量測溫度或溫度梯度。皮膚電流反應(GSR)感測器陣列305可包括兩個或兩個以上皮膚電流反應感測器，其可量測隨著水分含量而變的皮膚的電導。生物阻抗(BioZ)感測器陣列307可包括兩個或兩個以上生物阻抗感測器，其量測對穿過組織的電流的流動的生物電阻抗或對抗。在所示的實施例中，生物阻抗感測器陣列307可配置或定位於環帶上以橫跨血管，諸如，橈骨動脈或尺骨動脈。在一實施例中，構成生物阻抗感測器的一或多個電極可與皮膚電流反應感測器305中的一或多者多工。心電圖(ECG)感測器309可量測一段時間內的使用者的心臟的電活動。
在一實施例中，心電圖感測器309、生物阻抗感測器陣列307、皮膚電流反應感測器陣列305、溫度計303以及光學感測器陣列301可耦接至感測器計算單元32，其控制感測器單元28且自感測器單元28接收資料。在一實施例中，感測器計算單元32可為環帶12的一部分(未圖示)。在另一實施例中，感測器計算單元32可為感測器板30的一部分。
感測器計算單元32可包括心電圖與生物阻抗(BIOZ)類比前端(analog front end，AFE)302、皮膚電流反應類比前端304、光學感測器類比前端306、處理器308、以及類比至數位轉換器(analog-to-digital converter，ADC)310、記憶體312、三軸加速度計314、壓力感測器316以及電池318。
如本文中所使用，類比前端可包括介於對應感測器與類 比至數位轉換器310或處理器308之間的類比信號調節電路介面。心電圖與生物阻抗類比前端302與心電圖感測器309以及生物阻抗感測器陣列307交換信號。皮膚電流反應類比前端304可與皮膚電流反應感測器陣列305交換信號。且光學感測器類比前端306可與光學感測器陣列301交換信號。在一實施例中，皮膚電流反應類比前端304、光學感測器類比前端306、加速度計314以及壓力感測器316可經由匯流排320而耦接至類比至數位轉換器310。類比至數位轉換器310可將物理量(諸如，電壓)轉換為表示振幅的數值。
在一實施例中，心電圖與生物阻抗類比前端302、記憶體312、處理器308以及類比至數位轉換器310可構成微控制器322的組件。舉例而言，在一實施例中，處理器308可包括精簡指令集電腦(reduced instruction set computer，RISC)，諸如由安謀控股公司(ARM Holdings)製造的Cortex 32位元RISC ARM處理器核心。
根據例示性實施例，處理器308可執行校準與資料獲取組件324，其可執行感測器校準與資料獲取功能。在一實施例中，感測器校準功能可包括用於將一或多個感測器陣列與血管自對準的處理程序。在一實施例中，可在自感測器接收資料之前在啟動時執行感測器校準，或在操作期間以周期性間隔執行感測器校準。在一實施例中，在操作期間，感測器計算單元32可收集感測器資料且將其儲存於記憶體312中以隨後傳遞至基礎計算單元 20。
圖7為說明另一實施方案中的可穿戴感測器模組的組件的另一組態的方塊圖。在此實施方案中，心電圖感測器60、生物阻抗感測器陣列58、皮膚電流反應感測器陣列56、溫度計48以及光學感測器陣列54可耦接至光電單元66，其控制環帶12上的感測器且自所述感測器接收資料。在另一實施方案中，光電單元66可為環帶12的一部分。在替代實施方案中，光電單元66可與環帶12分開。
光電單元66可包括心電圖與生物阻抗(BIOZ)類比前端(AFE)76、78、皮膚電流反應類比前端70、光學感測器類比前端72、處理器36、類比至數位轉換器(ADC)74、記憶體38、加速度計46、壓力感測器80以及電源22。
在一實施例中，心電圖與生物阻抗類比前端76、78、記憶體38、處理器36以及類比至數位轉換器74可構成微控制器82的組件。在一實施例中，皮膚電流反應類比前端70以及光學感測器類比前端72亦可為微控制器82的一部分。舉例而言，在一實施例中，處理器36可包括精簡指令集電腦(RISC)，諸如由安謀控股公司製造的Cortex 32位元RISC ARM處理器核心。在圖7所示的實施例中，記憶體38為嵌入於微控制器82中的內部記憶體。在其他實施例中，記憶體38可處於微控制器82外部。
根據例示性實施例，處理器36可執行校準與資料獲取組件84，其可執行感測器校準與資料獲取功能。在一實施例中，感 測器校準功能可包括用於將一或多個感測器陣列與血管自對準的處理程序。在一實施例中，可在自感測器接收資料之前在啟動時執行感測器校準，或在操作期間以周期性間隔執行感測器校準。
在另一實施例中，感測器單元28亦可包括皮膚電流反應(GSR)感測器陣列56，而皮膚電流反應感測器陣列56可包括四個或四個以上皮膚電流反應感測器，其可量測隨著水分含量而變的皮膚的電導。傳統上，需要兩個皮膚電流反應感測器以沿著皮膚表面量測電阻。根據此實施例的一個態樣，將皮膚電流反應感測器陣列56展示為包含四個皮膚電流反應感測器，其中可選擇四個中的任兩個來使用。在一實施例中，皮膚電流反應感測器56可在環帶上間隔開2至5毫米。
在另一實施例中，感測器陣列28亦可包括生物阻抗(BioZ)感測器陣列58，而生物阻抗感測器陣列58可包括四個或四個以上生物阻抗感測器，其量測對穿過組織的電流的流動的生物電阻抗或對抗。傳統上，僅需要兩組電極以量測生物阻抗，其中一組用於「I」電流，且另一組用於「V」電壓。然而，根據例示性實施例，可提供包含至少四至六個生物阻抗感測器58的生物阻抗感測器陣列58，其中可選擇電極中的任四個以用於「I」電流對以及「V」電壓對。可使用多工器來進行選擇。在所示的實施例中，生物阻抗感測器陣列58被展示為橫跨動脈，諸如，橈骨動脈或尺骨動脈。在一實施例中，生物阻抗感測器58可在環帶上間隔開5至13毫米。在一個實施例中，構成生物阻抗感測器58的一 或多個電極可與皮膚電流反應感測器56中的一或多者多工。
在又一實施例中，環帶12可包含一或多個心電圖(ECG)感測器60，其量測一段時間內的使用者的心臟的電活動。此外，環帶12亦可包括用於量測溫度或溫度梯度的溫度計48。
根據可調整感測器支撐結構的例示性實施例，由可撓性橋式結構支撐的一系列感測器可沿著環帶邊緣對邊緣地串聯連接。舉例而言，具有橋式支撐感測器的此環帶可穿戴於腕部14上。當穿戴於諸如腕部14的量測部位上時，腕部14的變化的拓撲結構可使力由於環帶與腕部14的變化的拓撲結構的一致性而同時施加於橋式結構上。
其他種類的裝置亦可用於提供與使用者的互動；舉例而言，提供至使用者的回饋可為任何形式的感測回饋(例如，視覺回饋、聽覺回饋或觸覺回饋)；且來自使用者的輸入可以任何形式接收，包括聲覺、語音或觸覺輸入。
本文所述的系統及技術可以計算系統來實施，所述計算系統：包含後端組件(例如，作為資料伺服器)；或包含中間軟體組件(例如，應用程式伺服器)；或包含前端組件(例如，具有使用者可藉以與本文所述的系統及技術的實施方案互動的圖形使用者介面或網頁瀏覽器的用戶端電腦)；或包含此等後端、中間軟體或前端組件的任何組合。系統的組件可由數位資料通信的任何形式或媒體(例如，通信網路)互連。通信網路的實例包含區域網路(LAN)、廣域網路(WAN)以及網際網路。
計算系統可包含用戶端以及伺服器。用戶端以及伺服器通常彼此遠離且通常經由通信網路而互動。用戶端以及伺服器的關係根據在各別電腦上執行且彼此具有用戶端-伺服器關係的電腦程式而產生。各種基於雲端的平台及/或其他資料庫平台可用於模組感測器平台10的某些實施方案中以(例如)自模組感測器平台10接收資料且將資料發送至模組感測器平台10。一個此種實施方案為用於多模態互動的架構(未圖示)。此架構可用作可穿戴裝置(如模組感測器平台10)與其他裝置、網站、線上服務以及應用程式的較大雲端之間的人工智慧層。此架構亦可用以(例如，藉由監視及比較)以所封存的資料轉譯來自模組感測器平台10的資料，如此可接著用於向(例如)使用者或保健專業人員警報條件的改變。此架構可進一步促進模組感測器平台10與其他資訊(諸如(略舉幾例)，社群媒體、體育、音樂、電影、電子郵件、文字訊息、醫院、處方)之間的互動。
圖8說明展示內表面804的模組可穿戴感測器平台或裝置800的另一實施例。可穿戴感測器平台800類似於可穿戴感測器平台10，且因此包含具有類似標記的類似組件。在此實施例中，可穿戴感測器平台800包含任選的智慧型裝置或基礎模組808、環帶812以及介面816。在一些其他實施例中，可穿戴感測器平台800不包含任選的基礎模組808。在一些實施例中，模組可穿戴感測器平台或裝置800為智慧型腕錶或智慧型電話。
在圖8所示的實施例中，介面816包含下文所論述的用 於接收模組感測電路的感測器板插座820。在其他實施例中，介面插座816包含接收模組感測電路的空穴(未圖示)。在一些實施例中，感測器板插座820包含用於將模組感測電路保持或固定於適當位置中的緊固器824。在一些實施例中，緊固器824包含(但不限於)磁體、凹口、黏扣帶(Velcro)、夾子、螺釘、彈簧連接器(pogo pin)、接觸器、掣子及其類似者中的一或多者。在一些其他實施例中，緊固器824包含螺紋通孔及插座以接收諸如螺釘的驅動緊固器，而將模組感測電路固定於適當位置中。
在圖8所示的實施例中，緊固器824安置於感測器板插座820的任一邊緣處。在其他實施例中，緊固器824可嵌入或安置於感測器板插座820的背板828上。在其他實施例中，緊固器824可安置於感測器板插座820的背板828與邊緣兩者上。在一些其他實施例中，感測器板插座820包含通用串列匯流排(universal-serial-bus，USB)型插座。
圖8A說明第二介面插座840，其展示位於背板848上的例示性微型USB型介面844，背板848用於接收模組感測電路，具有微型USB型插座。在圖8A所示的實施例中，第二介面插座840包含一個微型USB型介面844。在其他實施例中，第二介面插座840可包含一個以上微型USB型介面844。此外，在圖8A所示的實施例中，微型USB型介面844位於中央。在其他實施例中，微型USB型介面844可位於背板848的不同部分中。
返回參看圖8，感測器板插座820可具有嵌入於環帶812 中或與環帶812整合的內部配線(未圖示)，且與基礎模組808以及所耦接的模組感測電路通信。舉例而言，基礎模組808的內部電源(未圖示)可對所耦接的模組感測電路的一或多個感測器及/或處理器供電。相對而言，由所耦接的模組感測電路接收或處理的資料可經由內部配線而傳輸至基礎模組808。然而，在一些實施例中，基礎模組808與所耦接的模組感測電路之間的通信可為無線的。可穿戴感測器平台800亦包含用於將環帶812保持於身體部分(例如，腕部14)上的扣環832。
在圖8所示的實施例中，環帶812具有各種任選固定大小以可穿戴於不同腕部大小上。舉例而言，環帶812可具有不同長度，範圍自小腕部的約135毫米至大腕部的約210毫米。在其他實施例中，環帶812為可調整環帶以可穿戴於不同腕部大小上。在其他實施例中，環帶812包含多個子環帶(未圖示)以便於腕部內與腕部周圍的空氣的循環，藉此提供額外舒適度。此外，環帶812通常由化學惰性的材料、醫療級材料、低變應原聚矽氧、橡膠、石墨烯及其類似者組成。在一些實施例中，環帶812具有紋理化的內表面以將滑動最小化。
圖9說明可耦接至圖8的模組可穿戴感測器平台800的感測器模組或模組感測電路900。模組感測電路900包含感測器板904。感測器板904包含多個感測器908、910以及類似於圖2的感測器計算單元32的感測器計算單元或處理器912。在一些實施例中，感測器908、910包含(但不限於)光學感測器陣列、溫度 計、皮膚電流反應(GSR)感測器陣列、生物阻抗(BioZ)感測器陣列、心電圖(ECG)感測器或其任何組合。感測器908亦可包含生物感測器(例如，脈搏、脈搏血氧飽和度、體溫、血壓、體脂等)、用於偵測物件的近接的近接偵測器以及環境感測器(例如，溫度、濕度、環境光、氣壓、海拔、範圍等)。
在圖9所示的實施例中，感測器模組900是可選擇性移除或拆卸的，且包含機械嚙合於感測器板插座820的介面916。介面916亦包含將模組感測電路900固定至圖8的介面816的緊固器(未圖示)。在一些實施例中，緊固器(未圖示)包含(但不限於)磁體、凹口、黏扣帶、夾子、螺釘、彈簧連接器、接觸器、掣子及其類似者中的一或多者。在一些其他實施例中，緊固器(未圖示)包含螺紋通孔及插座以接收諸如螺釘的驅動緊固器，而將模組感測電路900固定至圖8的介面816。
在如圖9所示的實施例中，感測器模組900與感測器板904兩者經構形以符合(圖4的)腕部14。當裝置800穿戴於腕部14上時，感測器板904可與腕部的皮膚接觸。在其他實施例中，感測器板904為可撓性板。當被選擇性按壓時，感測器板904被按壓於腕部14的皮膚上，藉此接觸腕部14的皮膚。應理解，本發明不限於用於腕部。亦應理解，除感測器板904可替換且可移除之外，個別感測器908、910中的每一者亦可為可替換且可移除的。舉例而言，各個感測器908、910可在適當位置中搭扣至感測器板904中，且因此藉由整合於感測器板904中的配線而與處理 器912通信。以此方式，僅替換需要替換或修復的感測器908、910。
圖10說明根據本發明的實施例的例示性互補金屬氧化物半導體(以下簡稱CMOS)感測器模組1000。CMOS感測器模組1000(如感測器模組900)亦可在介面816處以可移除方式及可互換方式嚙合至平台800。亦即，CMOS感測器模組1000亦包含類似於圖9的介面916的介面(未圖示)。類似地，CMOS感測器模組1000亦可包含類似於如參看圖9所論述的緊固器的緊固器。就此而言，使用者可移除圖9的模組感測電路900，且將圖9的模組感測電路900替換為CMOS感測器模組1000，(例如)以進行不同類型的生理活動量測。
CMOS感測器模組1000包含光學感測器陣列1004，例如，可量測相對血流量、脈搏及/或血氧濃度的光體積描記圖(PPG)感測器陣列。在所示的實施例中，CMOS感測器模組1000在具有扣環1008的環帶1006上與類似於圖8的介面816的介面(未圖示)嚙合。光學感測器陣列1004包含彼此靠近而封裝的多個影像感測器1010以及多個光源1012。在一些實施例中，光源1012包含多光譜發光二極體(LED)。在其他實施例中，光源1012可包含多光譜雷射光源。
在一些實施例中，影像感測器1010定位得足夠接近圖4的腕部14的動脈(諸如，橈骨動脈或尺骨動脈)而以足夠的精確度及可靠性進行適當的量測。在圖10所示的實施例中，影像感測器1010位於光源1012中央。在所示的實施例中，光源1012以規 則矩形陣列均一地配置或分佈。在其他實施例中，光源1012可按預定樣式分佈。舉例而言，光源1012可將影像感測器1010作為中央而以圓形陣列佈置於影像感測器1010周圍。另外舉例而言，光源1012可相對於影像感測器1010而非對稱地佈置。在此等實施例中，影像感測器1010可僅接近影像感測器1010的一側而置放。
在圖10所示的實施例中，光源1012包含四種不同顏色的LED。然而，在其他實施例中，在光學感測器陣列1004中可存在兩種、三種或更多種顏色的LED。在一些實施例中，可選擇具有相同中心波長但具有不同光譜頻寬的光源1012中的一些。在一實施例中，光學感測器陣列1004中的多光譜光源1012的顏色的佈局可為規則的。在其他實施例中，在光學感測器陣列1004中，一些顏色的多光譜光源1012可比其他顏色的光源1012頻繁地表現。
在一些實施例中，可對光源1012進行電控制以同時點亮。在一些實施例中，光學感測器陣列1004中的各個光源1012為可個別定址的。舉例而言，可個別地控制光學感測器陣列1004中的各個光源1012的亮度及/或持續時間。在圖10所示的實施例中，各個影像感測器1010具有200×200像素的解析度。在其他實施例中，影像感測器1010可取決於應用及/或取決於腕部14的大小或環帶1006的長度而具有各種的或可調整的大小及解析度。
在圖10所示的實施例中，彩色濾光片(未圖示)可結合 影像感測器1010而使用以特定地偵測預定的波長的信號。在其他實施例中，影像感測器1010不包含任何額外彩色濾光片，便偵測所有波長。在其他實施例中，影像感測器1010中的一些配備彩色濾光片，而其他影像感測器1010未配備彩色濾光片。舉例而言，濾光片(未圖示)可置放於影像感測器1010中的一些上，而剩餘影像感測器1010不包含任何彩色濾光片。就此而言，使用者可特定地調諧光學感測器陣列1004以偵測一組預定的生理活動。
在一些實施例中，濾光片可位於多個大頻帶中，而在影像感測器1010上產生像素頻帶。可廣泛地選擇像素頻帶以匹配紅色、綠色、藍色以及紅外線(IR)。在其他實施例中，可選擇彩色濾光片以匹配光學感測器陣列1004中所選擇的光源1012的一或多個特定光譜頻寬。在其他實施例中，所選擇的濾光片在影像感測器1010間不需要為均一的。舉例而言，各個影像感測器1010可具有一組不同的彩色濾光片。在其他實施例中，可使用其他組態的濾光片。在一些實施例中，若需要，則可區分彩色濾光片直至像素等級。在一些實施例中，可將光學膜(未圖示)添加至影像感測器1010的不同區段以使其對所接收的光子的方向較敏感或較不敏感。應理解，在一些實施例中，感測器板1004亦包含類似於圖9的感測器908、910的其他感測器以及類似於圖9的感測器計算單元912的感測器計算單元。舉例而言，感測器板1004亦可包含溫度計、皮膚電流反應(GSR)感測器陣列、生物阻抗(BioZ)感測器陣列、心電圖(ECG)感測器、生物感測器(例如，脈搏、 脈搏血氧飽和度、體溫、血壓、體脂等)、用於偵測物件的近接的近接偵測器以及環境感測器(例如，溫度、濕度、環境光、氣壓、海拔、範圍等)。
圖11展示可耦接至圖8的模組可穿戴感測器平台800的另一感測器模組或模組感測電路1100。模組感測電路900包含感測器板1104。不同於圖9的模組感測電路900，感測器板1104包含多個大感測器1108及1112。就此而言，大感測器1108、1112對於長期穿戴可為不適的。就此而言，各個大感測器1108及1112可細分為多個較小感測器片段。舉例而言，在一些實施例中，當諸如感測器1108的感測器被視為過大而不符合身體部分(例如，腕部14)的輪廓時，感測器1108被分段為多個感測器片段。舉例而言，當生物阻抗感測器經組態以偵測腕部的生物阻抗但與腕部14的輪廓相比而被視為較大時，生物阻抗感測器細分為兩個或兩個以上生物阻抗感測器片段，所述生物阻抗感測器片段較佳地經塑形以針對腕部而構形。
就此而言，當感測器1108經組態以在預定的表面區域處量測資料(諸如，生理活動)時，感測器1108可細分為多個感測器片段(未圖示)以有效量測相同生理活動。在一些實施例中，感測器片段具有相同的總感測表面區域，或所有個別感測表面區域的總和大體上匹配預定的表面區域。舉例而言，所有個別感測表面區域的總和與預定的表面區域相同。另外舉例而言，以所有個別感測表面區域的總和量測的資料實際上等於原本以預定的感 測表面區域量測的資料。在其他實施例中，感測器片段具有不同感測表面區域，但以所有個別感測表面區域的總和量測的資料仍實際上匹配原本以預定的感測表面區域量測的資料。
圖12說明根據本發明的實施例的用於量測預定區域的資料的感測處理程序1200的操作流程圖。在步驟1204中，感測處理程序1200將預定區域劃分為多個子區域。在圖12所示的實施例中，存在N個子區域。在步驟1208、1212、1216中，感測處理程序1200針對生理活動的一部分而在各個子區域部分量測或感測資料。在一些實施例中，同時執行步驟1208、1212、1216中的量測。在其他實施例中，以定時的方式執行步驟1208、1212、1216中的量測。舉例而言，步驟1208之後是步驟1212，而步驟1212之後是步驟1216。在步驟1220中，合併且組合在各個子區域量測的資料以形成生理活動的一組所要資料。
圖13說明根據本發明的實施例的用於量測指示個人的血壓的資料的量測處理程序1300的操作流程圖。在步驟1304中，類似於模組可穿戴感測器平台1000的模組可穿戴感測器平台利用安置於類似於圖8的環帶812的環帶上的一或多個感測器(類似於圖9的感測器908、910)而量測心電圖(ECG)。在步驟1308中，類似於模組可穿戴感測器平台1000的模組可穿戴感測器平台利用類似於圖10的影像感測器1010的感測器而量測光體積描記圖(PPG)。在步驟1312中，類似於圖9的感測器計算單元912的感測器計算單元接著自心電圖及光體積描記圖導出且處理指示 使用者的血壓的資料。在一些實施例中，在步驟1312中，類似於圖9的處理器912的處理器可判定心電脈衝與穿過動脈的的實際血流之間的時序差異。基於所判定的差異，類似於圖9的處理器912的處理器可估計脈波到達時間(pulse arrival time，PAT)，且因此可計算血壓。
血壓與可自脈波到達時間計算的脈波傳遞時間(pulse transition time，PTT)相關。在一實施例中，對於計算PTT與判定血壓兩者，校準可為必須的。在一些實施例中，可判定心臟收縮血壓與心臟舒張血壓兩者。相關血壓計算的一個問題在於信號的關係的改變。當量測心電圖時，與光體積描記圖感測器相比，身體上的引線的不同引線長度或不同位置將改變絕對時序。此外，因為通常使用不同裝置來量測此等信號，所以與其他生理參數一起判定及/或校準兩個裝置之間的時序差異。此外，不同裝置上的兩個信號之間的時序抖動可需要信號的較長平均化以量測穩定的信號；此可阻礙快速血壓變異度的量測。在一些實施例中，感測器可置放於類似於圖8的環帶812的模組環帶上。在此等實施例中，當感測器的位置一致時，光體積描記圖與心電圖兩者的量測將具有一致時序。因為類似於圖10的心電圖感測器的心電圖感測器與類似於光學感測器陣列1004的光體積描記圖感測器兩者置放於類似於模組感測器平台10、800的同一平台上，所以在一些實施例中，將減小、最小化或消除由於與模組感測器平台10、800的配線而引起的時序改變或抖動。在其他實施例中，其他類型 的感測器可替代光體積描記圖感測器來使用以量測感測器處的血流量或脈波到達。舉例而言，在一實施例中，可使用生物阻抗感測器。在其他實施例中，來自光體積描記圖感測器與生物阻抗感測器兩者的資料可置放於類似於模組感測器平台10、800的同一平台上以改良用於計算脈波到達的資料品質且因此產生較準確且精確的血壓讀數。
已根據所展示的實施例而描述本發明，且可存在實施例的變化，且任何變化將處於本發明的精神及範疇內。舉例而言，可使用硬體、軟體、含有程式指令的電腦可讀媒體或其組合來實施例示性實施例。根據本發明而撰寫的軟體將儲存於某形式的電腦可讀媒體(諸如，記憶體、硬碟或CD/DVD-ROM)中且將由處理器執行。
雖然已參考某些實施例而描述了本發明，但熟習此項技術者將理解，可進行各種改變且可替代均等物，而不偏離本發明的範疇。此外，可進行各種修改以使特定情形或材料適用於本發明的教示，而不偏離本發明的範疇。因此，本發明不欲限於所揭露的特定實施例，但本發明將包含落入隨附申請專利範圍的範疇內的所有實施例。
此外，附圖所描繪的邏輯流程不需要所展示的特定次序或依序次序，便實現理想結果。此外，可提供其他步驟，或可自所描述的流程消除步驟，且可將其他組件添加至所描述的系統，或自所描述的系統移除其他組件。因此，其他實施例處於隨附申 請專利範圍的範疇內。
12‧‧‧環帶
16‧‧‧感測器模組
18‧‧‧基礎模組
20‧‧‧基礎計算單元
22‧‧‧電池
26‧‧‧顯示器
28‧‧‧感測器單元
30‧‧‧感測器板
34‧‧‧扣環

Claims (25)

  1. 一種用於量測指示使用者的生理活動的資料且可穿戴於所述使用者的身體部分上的裝置，所述裝置包括：環帶，可經組態以佩戴於所述身體部分上，且具有在由所述使用者穿戴時接觸所述身體部分的內表面；模組感測電路，以可移除方式安置於所述內表面上，可經組態以與所述身體部分接觸；以及多個光源，鄰近於所述模組感測電路而安置於所述內表面上，且經組態以將光發射至所述身體部分上，所述模組感測電路經組態以接收指示所述使用者的光體積描記圖(PPG)信號的資料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述光源具有不同光譜波長。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中所述光源中的其中之一的所述波長大於另一個所述光源的所述波長。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述光源具有不同光譜頻寬。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述光源關於所述模組感測電路而均一地分佈。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述光源經組態以同時點亮。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述光源經組態而為可個別定址的。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述光源的亮度及/或持續時間經組態而為可個別定址的。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述光源包含一或多個雷射。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述模組感測電路更包含經組態以量測預定的顏色的彩色濾光片。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述模組感測電路更包含經組態以量測指示所述生理活動中的一或多個的資料的多個感測器。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的裝置，其中所述感測器具有不同感測器大小。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述模組感測電路可替換為不同類型的模組感測電路。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述模組感測電路包括光學感測器陣列、溫度計、皮膚電流反應(GSR)感測器陣列、生物阻抗(BioZ)感測器陣列以及心電圖(ECG)感測器的任何組合。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，其中所述光學感測器陣列包含離散光學感測器的陣列，其中各所述離散光學感測器為至少一個影像感測器以及鄰近於所述影像感測器而定位的至少兩個匹配光源的組合。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，其中所述光學感測 器陣列配置於所述環帶上以使得所述光學感測器陣列橫跨血管。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，其中所述生物阻抗(BioZ)感測器陣列配置於所述環帶上以使得所述光學感測器陣列橫跨血管。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述模組感測電路更包含感測器以及耦接至所述感測器的感測器計算單元。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的裝置，其中所述感測器計算單元更包括心電圖與生物阻抗(BIOZ)類比前端(AFE)、皮膚電流反應類比前端、光學感測器類比前端、處理器、以及類比至數位轉換器(ADC)、記憶體312、三軸加速度計、壓力感測器以及電池。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中所述處理器執行校準與資料獲取組件，其執行感測器校準與資料獲取功能。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的裝置，更包括基礎模組，其中所述基礎模組更包含基礎計算單元，所述基礎計算單元包含處理器、記憶體、通信介面以及包含加速度計及溫度計的一組感測器。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的裝置，其中所述環帶與所述基礎模組整合。
  23. 一種用於量測使用者的生理活動且可穿戴於所述使用者的身體部分上的裝置，所述裝置包括：環帶，可經組態以佩戴於所述身體部分上，且具有在由所述 使用者穿戴時接觸所述身體部分的內表面；模組感測電路，以可移除方式安置於所述內表面上，且可經組態以與所述身體部分接觸；感測器，安置於外表面上且經組態以藉由所述模組感測電路而接收指示所述使用者的心電圖(ECG)信號的資料；多個多光譜光源，鄰近於所述模組感測電路而安置於所述內表面上，且經組態以將多光譜光發射至所述身體部分上，所述模組感測電路亦經組態以接收指示所述使用者的光體積描記圖(PPG)信號的資料；以及處理器，安置於所述環帶上且經組態以自所述心電圖信號以及所述光體積描記圖信號導出指示所述使用者的血壓的資料。
  24. 一種用於量測使用者的生理活動且可穿戴於使用者的身體部分上的裝置，所述裝置包括：環帶，可經組態以佩戴於腕部上，且具有在由所述使用者穿戴時接觸所述身體部分的內表面；模組感測電路，以可移除方式安置於所述內表面上，經組態以量測所述使用者的所述生理活動，且具有經組態以量測所述生理活動的多個個別感測器，所述多個個別感測器大體上針對所述身體部分的形狀而構形。
  25. 一種用於量測使用者的生理活動且可穿戴於使用者的身體部分上的系統，裝置包括：環帶，可經組態以佩戴於所述身體部分上，且具有在由所述 使用者穿戴時接觸所述身體部分的內表面；介面，安置於所述內表面中；以及多個感測器模組，各所述感測器模組經組態以接收指示所述使用者的生理活動的資料，以可移除方式安置於所述內表面上，且以可拆卸方式與所述介面嚙合。
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