具有與身體運動脫開的感測元件的生理監(jiān)測裝置的制造方法
【專利說明】具有與身體運動脫開的感測元件的生理監(jiān)測裝置
[0001]本發(fā)明要求2013年1月28日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/757，504的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明一般地涉及監(jiān)測裝置，并且更加具體地涉及用于測量生理信息的監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]光電容積脈搏波描記法(PPG)是基于將光照射到人體內(nèi)并且測量散射光強度隨著每次脈搏血流量的變化。散射光強度會相對與心跳、呼吸、血氧水平(Sp02)等相關(guān)聯(lián)的血流量或者血液不透明度的變化而實時變化。這種感測方法可能會要求到達所詢問的單位肌肉組織的光能的大小穩(wěn)定連貫，從而可以將散射光子量的細微變化歸結(jié)為可變血流量。如果由于在源或者檢測器與皮膚表面之間的光聯(lián)接變化而導(dǎo)致入射和散射光子數(shù)大小改變，那么，由于光聯(lián)接的丟失或者變化導(dǎo)致較大的光子數(shù)變化度，所涉信號難以確定。受光子影響的皮膚表面積(和體積)變化，或者反映了大量光子的可變皮膚表面曲率，也可以明顯影響光學(xué)聯(lián)接效率。身體活動，諸如行走、騎車、跑步等，可能會在來自身體的光學(xué)散射信號中導(dǎo)致運動偽影，并且，所以由運動偽影導(dǎo)致的光子強度的時變變化可能會得出(swamp-out)由于血液流動改變導(dǎo)致的光子強度的時變變化。光學(xué)聯(lián)接的這些變化中的每一個都可以通過較大百分比的總光子計數(shù)來影響光子詢問計數(shù)(photonic interrogat1n count)，并且降低所涉信號的質(zhì)量；而獲得所需數(shù)據(jù)的正確值的概率較低。
[0004]耳孔是結(jié)合光電容積脈搏波描記裝置的不錯選擇，因為這是一個人們熟悉的形狀因子，是通常長時間佩戴的裝置，并且經(jīng)常用在運動期間，這是人們可從獲得準(zhǔn)確心率數(shù)據(jù)(或者其他生理數(shù)據(jù))獲益最多的時間。不幸的是，將光電容積脈搏波描記裝置結(jié)合到耳機面臨多種挑戰(zhàn)。例如，長時間佩戴耳機可能會感到不適，尤其是如果它們使耳面發(fā)生變形。而且，人耳解剖結(jié)構(gòu)可能會極大地因人而異，所以尋找一款適合許多耳朵的耳塞可能提出巨大挑戰(zhàn)。另外，為劇烈身體活動制備的耳塞通常包含彈性體表面和/或彈性體特征，用作抑制耳塞在耳朵內(nèi)加速的彈簧。雖然這些特征可以促進在高加速和撞擊形式下將耳塞保持在耳朵內(nèi)，但是這些特征未充分滿足實現(xiàn)高質(zhì)量光電容積脈搏波描記所需的光學(xué)皮膚聯(lián)接要求。
[0005]常規(guī)光電容積脈搏波描記裝置，如在例如圖1A至圖1C中所示出的，通常遇到由于對象運動而產(chǎn)生的皮膚聯(lián)接降低。例如，大多數(shù)常規(guī)光電容積脈搏波描記裝置使用彈簧將傳感器夾到耳垂(圖1A)或者指尖(圖1B)上。遺憾的是，這些常規(guī)裝置傾向于具有大質(zhì)量，并且在受到較大加速度時，諸如在對象正在做運動時，不可維持連貫的皮膚接觸。
[0006]在耳朵中執(zhí)行光電容積脈搏波描記的常規(guī)耳塞裝置是香港灣仔幻音數(shù)碼(Percept1n Digital)公司制造的 MX-D100 播放器(www.percept1ndigital.com)。該耳塞裝置，如圖1C所示出的，表示為10，包含用于提高PPG信號質(zhì)量的彈簧12。然而，彈簧12將整個耳塞10用力壓緊在對象的耳朵E內(nèi)，以最小化整個耳塞10的運動。圖1C的裝置10存在多種缺陷。例如，源/傳感器模塊聯(lián)接至整個耳塞質(zhì)量，并且，以此，可以經(jīng)過更大的平移距離，從而在耳朵經(jīng)歷加速度時會引起更大的信號變化度。另外，因為用一個主彈簧力方向?qū)⒍?0保持就位，所以最終用戶可能會感覺到明顯的不適。而且，由于該單個彈力方向，所以耳塞運動被僅僅局限在一個方向上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]應(yīng)該了解，提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了以簡單的形式介紹對構(gòu)思的選取，這些構(gòu)思將在下面的【具體實施方式】進一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不旨在識別本公開的關(guān)鍵特征或者基本特征，也不旨在限制本發(fā)明的范圍。
[0008]本發(fā)明的一些實施例將模塊放在偏置元件上，模塊包括的一個或者多個能量發(fā)射器和能量檢測器，該偏置元件諸如是使耳塞振動與傳感器振動脫開的彈性體臂。此外，偏置元件推動傳感器模塊與皮膚表面緊密接觸。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，監(jiān)測裝置包括:具有相對的第一和第二端部的偏置元件以及附接至偏置元件第二端部的感測元件。監(jiān)測裝置構(gòu)造為附接至對象的耳朵，從而使得偏置構(gòu)件第一端部在第一位置處與耳朵接合，并且使得感測元件被偏置元件推動在第二位置處與耳朵接觸。感測元件包括:至少一個能量發(fā)射器，所述能量發(fā)射器構(gòu)造為在所述附器的目標(biāo)區(qū)域處引導(dǎo)能量；以及至少一個檢測器，所述檢測器構(gòu)造為檢測來自所述目標(biāo)區(qū)域或者與所述目標(biāo)區(qū)域相鄰的區(qū)域的能量響應(yīng)信號。例如，該至少一個能量發(fā)射器構(gòu)造為將電磁輻射、機械能、聲能、電能和/或熱能引導(dǎo)至目標(biāo)區(qū)域，并且該至少一個檢測器構(gòu)造為檢測電磁輻射、機械能、聲能、電能和/或熱能。在一些實施例中，該至少一個能量發(fā)射器包括至少一個光學(xué)發(fā)射器，并且至少一個檢測器包括至少一個光學(xué)檢測器。
[0010]在本發(fā)明的一些實施例中，感測元件包括具有至少一個窗口的表面，通過該窗口，能量從至少一個能量發(fā)射器通過，并且通過該窗口，能量被該至少一個檢測器收集。該至少一個窗口可以包括至少一個開口。此外，表面的形狀可以設(shè)計為與對象的耳朵的一部分的形狀一致。
[0011]在本發(fā)明的一些實施例中，感測元件可以包括信號處理器，該信號處理器構(gòu)造為接收并且處理由該至少一個檢測器產(chǎn)生的信號。
[0012]在本發(fā)明的一些實施例中，偏置元件可以包括構(gòu)造為檢測偏置元件和/或感測元件的運動的運動傳感器。運動傳感器可以是例如慣性傳感器、壓電傳感器、光學(xué)傳感器等。在一些實施例中，運動傳感器可以是用于測量血流量光電容積脈搏波描記(PPG)傳感器。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，監(jiān)測裝置包括:具有相對的第一和第二端部的偏置元件、附接至偏置元件第一端部的耳塞以及附接至偏置元件第二端部的感測元件。耳塞具有第一質(zhì)量，并且感測元件具有小于第一質(zhì)量的第二質(zhì)量。偏置元件構(gòu)造為:當(dāng)將耳塞插入耳朵時，推動感測元件與耳朵的一部分接觸。另外，偏置元件使耳塞的運動與感測元件脫開。
[0014]感測元件包括:至少一個能量發(fā)射器，該能量發(fā)射器構(gòu)造為在耳朵的目標(biāo)區(qū)域處引導(dǎo)能量；以及至少一個檢測器，該檢測器構(gòu)造為檢測來自目標(biāo)區(qū)域和/或與目標(biāo)區(qū)域相鄰的區(qū)域的能量響應(yīng)信號。例如，該至少一個能量發(fā)射器構(gòu)造為將電磁輻射、機械能、聲能、電能和/或熱能在目標(biāo)區(qū)域引導(dǎo)，并且該至少一個檢測器構(gòu)造為檢測電磁輻射、機械能、聲能、電能和/或熱能。在一些實施例中，該至少一個能量發(fā)射器包括至少一個光學(xué)發(fā)射器，并且該至少一個檢測器包括至少一個光學(xué)檢測器。
[0015]在一些實施例中，耳塞包括光學(xué)發(fā)射器。具有遠端的導(dǎo)光件止于與在感測元件的表面中的窗口相鄰。導(dǎo)光件與光學(xué)發(fā)射器光通信，并且構(gòu)造為經(jīng)由導(dǎo)光件遠端將來自光學(xué)發(fā)射器的光遞送到對象的耳朵區(qū)域中。在一些實施例中，導(dǎo)光件至少部分地通過偏置元件從光學(xué)發(fā)射器延伸至感測元件。
[0016]在一些實施例中，耳塞包括光學(xué)檢測器。具有遠端的導(dǎo)光件止于與在感測元件的表面中的窗口相鄰。導(dǎo)光件與光學(xué)發(fā)射器光通信，并且構(gòu)造為經(jīng)由導(dǎo)光件遠端從對象的耳朵區(qū)域收集光并且將收集到的光遞送至光學(xué)檢測器。在一些實施例中，導(dǎo)光件至少部分地通過偏置元件從光學(xué)檢測器延伸至感測元件。
[0017]在本發(fā)明的一些實施例中，感測元件包括具有至少一個窗口的表面，通過窗口，能量從該至少一個能量發(fā)射器通過，并且通過窗口，能量被該至少一個檢測器收集。該至少一個窗口可以包括至少一個開口。另外，表面的形狀可以設(shè)計為與對象的耳朵的一部分的形狀一致。
[0018]在本發(fā)明的一些實施例中，感測元件可以包括信號處理器，該信號處理器構(gòu)造為接收并且處理由該至少一個檢測器產(chǎn)生的信號。
[0019]在本發(fā)明的一些實施例中，偏置元件可以包括構(gòu)造為檢測偏置元件和/或感測元件的運動的運動傳感器。運動傳感器可以是例如慣性傳感器、壓電傳感器、光學(xué)傳感器等。
[0020]在本發(fā)明的一些實施例中，揚聲器設(shè)置在耳塞中，并且耳塞包括至少一個孔口，來自揚聲器的聲音可以通過該孔口口。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，監(jiān)測裝置包括構(gòu)造為附接至對象的耳朵的外殼以及經(jīng)由偏置元件可動固定至外殼的感測元件。外殼具有第一質(zhì)量，并且感測元件具有小于第一質(zhì)量的第二質(zhì)量。在一些實施例中，第一質(zhì)量是第二質(zhì)量的至少約1.25倍。偏置元件構(gòu)造為推動感測元件與耳朵的一部分接觸，并且使外殼的運動與偏置元件脫開。
[0022]感測元件包括:至少一個能量發(fā)射器，該能量發(fā)射器構(gòu)造為在耳朵的目標(biāo)區(qū)域處引導(dǎo)能量；以及至少一個檢測器，該檢測器構(gòu)造為檢測來自目標(biāo)區(qū)域或者與目標(biāo)區(qū)域相鄰的區(qū)域的能量響應(yīng)信號。例如，該至少一個能量發(fā)射器構(gòu)造為在目標(biāo)區(qū)域處引導(dǎo)電磁輻射、機械能、聲能、電能和/或熱能，并且該至少一個檢測器構(gòu)造為檢測電磁福射、機械能、聲能、電能和/或熱能。在一些實施例中，該至少一個能量發(fā)射器包括至少一個光學(xué)發(fā)射器，并且至少一個檢測器包括至少一個光學(xué)檢測器。
[0023]在一些實施例中，偏置元件包括構(gòu)造為檢測偏置元件和/或感測元件的運動的運動傳感器。
[0024]在一些實施例中，偏置元件包括至少部分地圍繞感測元件的柔性構(gòu)件。柔性構(gòu)件包括可壓縮的彈性材料，諸如，凝膠。在一些實施例中，監(jiān)測裝置包括在外殼內(nèi)的揚聲器。聲音端口穿過柔性構(gòu)件和外殼而形成，以與揚聲器聲通信。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實施例，耳塞監(jiān)測裝置優(yōu)于常規(guī)監(jiān)測裝置在于多種原因。一種原因是適配。根據(jù)本發(fā)明的實施例的耳塞監(jiān)測裝置讓人覺得舒適，并且可以提供比常規(guī)耳塞更準(zhǔn)確的生物統(tǒng)計。而且，通過將傳感器元件設(shè)計為獨立于耳塞的單獨主體，可以裁剪耳塞使其佩戴舒適。另一有利之處是，通過在傳感器模塊上提供補充彈簧作用，可以實現(xiàn)傳感器另一種等級的親膚性。通過使傳感器模塊與耳塞脫開，維持傳感器與耳朵的接觸需要更小的彈力(壓力)，由此更加舒適。傳感器可以保持與所涉詢問部位接觸的裝置，即使是在極高加速度下，也能夠連續(xù)地報告數(shù)據(jù)，并且為最終用戶提供更高置信級的裝置準(zhǔn)確度。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，監(jiān)測裝置包括構(gòu)造為固定在對象的附器周圍的傳感器帶和經(jīng)由偏置元件可動固定至傳感器帶的感測元件。傳感器帶具有第一質(zhì)量，并且感測元件具有小于第一質(zhì)量的第二質(zhì)量。在一些實施例中，第一質(zhì)量是第二質(zhì)量的至少約1.25倍。偏置元件構(gòu)造為推動感測元件與附器的一部分接觸，并且使帶與感測元件的運動脫開。
[0027]感測元件包括:至少一個能量發(fā)射器，該能量發(fā)射器構(gòu)造為在附器的目標(biāo)區(qū)域處引導(dǎo)能量；以及至少一個檢測器，該檢測器構(gòu)造為檢測來自目標(biāo)區(qū)域或者與目標(biāo)區(qū)域相鄰的區(qū)域的能量響應(yīng)信號。例如，該至少一個能量發(fā)射器構(gòu)造為在目標(biāo)區(qū)域處引導(dǎo)電磁輻射、機械能、聲能、電能和/或熱能，并且該至少一個檢測器構(gòu)造為檢測電磁福射、機械能、聲能、電能和/或熱能。在一些實施例中，該至少一個能量發(fā)射器包括至少一個光學(xué)發(fā)射器，并且至少一個檢測器包括至少一個光學(xué)檢測器。
[0028]在一些實施例中，偏置元件包括構(gòu)造為檢測偏置元件和/或感測元件的運動的運動傳感器。
[0029]在一些實施例中，監(jiān)測裝置包括構(gòu)造為固定至對象的附器附近的第二帶，該第二帶與傳感器帶成相鄰、間隔隔開的關(guān)系。至少一個構(gòu)件或者橋接件將傳感器帶和第二帶連接在一起。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，監(jiān)測裝置包括構(gòu)造為固定在對象的附器周圍的帶，其中，該帶包括內(nèi)表面和外表面。多個偏置元件按照圓周間隔隔開的關(guān)系從內(nèi)表面徑向向外延伸，并且構(gòu)造為接觸附器。感測元件固定至在兩個偏置元件之間的帶內(nèi)表面。在一些實施例中，感測元件從帶內(nèi)表面向外延伸，從而使得該至少一個能量發(fā)射器和該至少一個檢測器在將帶固定在附器周圍時不會接觸到附器。在其他實施例中，感測元件從帶內(nèi)表面向外延伸，從而使得與感測元件相關(guān)聯(lián)的該至少一個能量發(fā)射器和該至少一個檢測器在將帶固定在附器周圍時接觸附器。
[0031]該至少一個能量發(fā)射器構(gòu)造為在目標(biāo)區(qū)域處引導(dǎo)電磁輻射、機械能、聲能、電能和/或熱能，并且該至少一個檢測器構(gòu)造為檢測電磁福射、機械能、聲能、電能和/或熱能。在一些實施例中，該至少一個能量發(fā)射器包括至少一個光學(xué)發(fā)射器，并且至少一個檢測器包括至少一個光學(xué)檢測器。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，監(jiān)測裝置包括帶，該帶構(gòu)造為固定在對象的附器周圍并且包括內(nèi)表面和外表面。具有相對端的細長偏置元件周向地固定至帶內(nèi)表面，從而使得相對端成相鄰、間隔隔開的關(guān)系。偏置元件包括當(dāng)將帶固定在附器周圍時接觸附器的表面。感測元件在相鄰、間隔隔開的偏置元件端之間固定至帶內(nèi)表面。
[0033]感測元件包括:至少一個能量發(fā)射器，該能量發(fā)射器構(gòu)造為在附器的目標(biāo)區(qū)域處引導(dǎo)能量；以及至少一個檢測器，該檢測器構(gòu)造為檢測來自目標(biāo)區(qū)域或者與目標(biāo)區(qū)域相鄰的區(qū)域的能量響應(yīng)信號。該至少一個能量發(fā)射器構(gòu)造為在目標(biāo)區(qū)域處引導(dǎo)電磁輻射、機械能、聲能、電能和/或熱能，并且該至少一個檢測器構(gòu)造為檢測電磁福射、機械能、聲能、電能和/或熱能。在一些實施例中，該至少一個能量發(fā)射器包括至少一個光學(xué)發(fā)射器，并且至少一個檢測器包括至少一個光學(xué)檢測器。在本發(fā)明的實施例中，感測元件包括具有至少一個窗口的表面，通過該窗口，能量從至少一個能量發(fā)射器通過，并且通過該窗口，能量