传感器设备制造技术

本文描述了一种传感器设备。所述传感器设备包括：多维光学传感器；以及处理电路装置，其中所述多维光学传感器生成图像，并且所述处理电路装置被配置为基于所述图像来输出指示用户的血液动力学的数据。所述传感器设备是非侵入性的，并且能够被并入到可穿戴设备中，从而允许连续地输出指示所述用户的所述血液动力学的所述数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传感器设备
技术介绍
存在配置有使得能够计算指示用户的健康的一个或多个指标(metric)的值的技术的系统，包括临床系统和消费者级别系统。例如，临床系统可以包括动脉内导管线，该动脉内导管线被配置为被放置在用户的动脉中以提供到达用户的血液的直接通道，并且因此，提供与用户的健康有关的指标，诸如，脉搏、脉搏波形、血压、血液氧合、血容量和心排血量。虽然这些临床系统提供有关用户的健康的准确数据，但是这种系统是侵入性的(导致用户不适)，并且限于在临床环境中使用(并且因此，本质上是静止的)。最近，相对地，可穿戴设备已经变得很流行，其中这些可穿戴设备包括智能手表、健身带等。这些可穿戴设备中的一些可穿戴设备被配置为输出指示正穿戴着可穿戴设备的用户的心率的数据。这些可穿戴设备中的一些可穿戴设备也被配置为输出指示穿戴着可穿戴设备的用户的血液氧合的数据。常规的可穿戴设备包括被定位在照明器附近(例如，一个或多个发光二极管(LED))的一个或多个一维光学传感器。在操作中，照明器将某些波长的光引导到皮肤中，并且(多个)光学传感器(该(多个)光学传感器对波长敏感)检测未被人体组织吸收的光量(例如，从人体组织反射的光)。基于由(多个)光学传感器随着时间的推移捕获到的光量级，可穿戴设备中的处理电路装置可以计算指示用户的心率和用户的位于(多个)光学传感器之下的组织的血液氧合的值。由于常规的可穿戴设备中所包括的每个光学传感器的一维性质，可穿戴设备无法验证光学传感器被正确地定位在用户的动脉上方。进一步地，由于常规的可穿戴设备的(多个)传感器的一维性质，常规的可穿戴设备无法仅基于由(多个)传感器输出的(多个)信号来检测运动伪影。换句话说，该可穿戴设备在光学传感器位于动脉上或动脉附近的假设下操作。然而，光学传感器不仅响应流过动脉的血液，而且响应环境光变化、用户的运动(诸如，步行)等。进一步地，该可穿戴设备不能区分来自冲过动脉的血液的反射和源自其他源的波动。例如，当用户步行时，用户的运动可以是重复的并且在标准心率的频率范围内。在这种情况下，处理电路装置可以锁定由光学传感器捕获到的运动频率，从而报告用户的不准确的心率。因此，常规的可穿戴设备限于输出指示心率的值，并且在一些情况下，输出指示血液氧合的值，但是这种值可能由于用户运动和/或环境条件而不准确。存在指示患者的健康的若干其他指标，其中常规的可穿戴设备不能计算这种指标的值。这些指标包括：脉搏传导时间、血压、动脉心率、动脉血液氧合、动脉脉搏波速度、动脉直径、动脉扩张(例如，在沿着动脉的不同点处)、动脉脉搏波形、动脉血容量、心搏量、动脉僵硬度、组织脉搏率和组织氧合。然而，用于针对用户计算这些指标的值的常规系统是侵入性的、昂贵的和/或静止的。例如，确定指示动脉心率和动脉血液氧合的值的系统需要使用被插入到患者的动脉中的导管。关于动脉脉搏波速度和脉搏传导时间，常规系统已经使用超声心动图(ECG)来估计心脏射血量，并且已经使用被放置在患者的手腕上的光电容积描记图(photoplethysmogram)(PPG)传感器来计算脉搏抵达时间。该系统需要用户用双手触摸移动设备并且保持不动。脉搏抵达时间已经被示出为受在被称为射血前期(PEP)的心动周期中的某一因素的影响，这使得当对血压值进行预测时，脉搏抵达时间不可靠。规避射血前期的替代选择是：测量脉搏传导时间。常规系统通过使用位于相同动脉上与心脏相距不同距离的两个位置处的两个光学PPG传感器来计算脉搏传导时间。这些常规系统需要用户保持静止或穿戴阻止用户的手的正常使用的设备。其他常规系统已经采用血压计来直接测量脉搏波。然而，使用血压计需要恒定的压力并且与校准问题相关联。使用血压计来确定脉搏抵达用户的身体上的远端位置需要：1)血压计的传感器在动脉上的精确位置；以及2)在血压计被绑到用户的手臂时调节到已知的并且经过校准的压力值。进一步地，血压计极易受运动伪影的影响。而且，血压计是一维的。因此，血压计无法检测是什么物体或生理作用导致了血压计观察到的信号，并且因此，依赖于持续的正确放置。已经被采用来输出指示用户的健康指标的值的其他常规系统是基于超声的系统。血管超声是被用于检查在患者的手臂和腿部中的血液循环的非侵入性超声方法。在血管超声期间，声波被传输通过正被检查的区域的组织。声波反射在血管内移动的血细胞，从而允许医生计算血细胞的速度。然而，基于超声的成像系统对于消费者而言过于昂贵，并且需要大型设备、导电凝胶以及用于计算图像的大量处理能力。
技术实现思路
以下是对本文所更详细地描述的主题的简要总结。本
技术实现思路
不旨在限制权利要求书的范围。本文描述了与被配置为输出指示用户的血液动力学的值的传感器设备有关的各种技术，其中这种血液动力学中的至少一些血液动力学本质上是空间的。该传感器设备可以关于其输出数据的血液动力学包括但不限于：动脉心率、动脉脉搏波速度/脉搏传导时间(该动脉脉搏波速度/脉搏传导时间可以与血压相关)、动脉扩张、动脉血容量、脉搏波形、动脉直径、动脉僵硬度、组织脉搏率、动脉血液氧合和组织氧合。可以确定：有关这些健康指标的数据可用于对用户的高血压或高血压前期以及其他健身与健康指标进行预测。进一步地，该传感器设备是可以被定位在人类的身体上的单个位置处的非侵入性传感器设备。在示例中，该传感器设备可以被并入到可穿戴设备(诸如，健身带、臂带、颈带等)中。该传感器设备包括：多维光学传感器，诸如，被配置为生成具有MxN个像素的图像的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，其中M和N中的至少一个大于或等于1，并且进一步地，其中N和M可以彼此相等。该传感器设备还包括：照明器(例如，发光二极管(LED))，该照明器被配置为照亮在用户的皮肤的表面之下的组织，该组织在多维光学传感器的视场中。由于血液比真皮中的其他物质吸收更多可见光谱中的光，因此，由光学传感器捕获到的反射指示在光学传感器的视场中的动脉和静脉。在非限制性示例中，照明器可以被配置为接触皮肤的表面，使得由照明器发射的光被耦合到皮肤中而不是从皮肤的表面被反射。该传感器设备还包括：处理电路装置，该处理电路装置接收由多维光学传感器生成的图像，并且计算指示用户的血液动力学的值，诸如，上面所提出的血液动力学。在由多维光学传感器生成的图像中，处理电路装置(该处理电路装置可以是例如，数字信号处理器(DSP))可以验证在图像中所捕获到的组织的类型(例如，动脉与非动脉)，由于可穿戴设备中的光学传感器的一维性质，这是可穿戴设备中的常规传感器设备无法提供的能力。进一步地，本文所描述的传感器设备可以检测传感器设备相对于动脉(或静脉)的正确放置，可以检测从传感器设备到皮肤表面的距离，并且对运动具有抵抗力以及丢弃运动伪影。进一步地，本文所描述的传感器设备可以通过使用一般的现成(COTS)设备来制造，并且该传感器设备可以被集成到消费者级别设备(诸如，可穿戴设备、移动电话等)中。例如，多维光学传感器可以是分辨率相对较低、帧率较高的空间CMOS传感器，并且可以与被配置为实时处理由多维光学传感器捕获到的图像数据的DSP耦合。由于光学传感器的空间分辨率较低，因此，对所生成的图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被配置为输出指示用户的血液动力学的数据的传感器设备，所述传感器设备包括：/n多维光学传感器，所述多维光学传感器被配置为被定位在所述用户的皮肤的表面附近并且在所述用户的身体的外部，其中所述多维光学传感器包括光电二极管阵列并且被配置为生成图像；以及/n处理电路装置，所述处理电路装置与所述多维光学传感器通信，其中所述处理电路装置被配置为：/n接收由所述多维光学传感器生成的所述图像；/n验证所述图像包括与所述用户的动脉或静脉相对应的区域；以及/n响应于验证所述图像包括与所述用户的所述动脉相对应的所述区域，基于从所述多维光学传感器接收到的所述图像来输出指示所述用户的所述血液动力学的数据。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180115 US 15/871,7331.一种被配置为输出指示用户的血液动力学的数据的传感器设备，所述传感器设备包括：
多维光学传感器，所述多维光学传感器被配置为被定位在所述用户的皮肤的表面附近并且在所述用户的身体的外部，其中所述多维光学传感器包括光电二极管阵列并且被配置为生成图像；以及
处理电路装置，所述处理电路装置与所述多维光学传感器通信，其中所述处理电路装置被配置为：
接收由所述多维光学传感器生成的所述图像；
验证所述图像包括与所述用户的动脉或静脉相对应的区域；以及
响应于验证所述图像包括与所述用户的所述动脉相对应的所述区域，基于从所述多维光学传感器接收到的所述图像来输出指示所述用户的所述血液动力学的数据。


2.根据权利要求1所述的传感器设备，其中所述多维光学传感器是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。


3.根据权利要求1所述的传感器设备，还包括：
照明器，所述照明器被配置为朝向在所述用户的所述皮肤的所述表面之下的组织发射光并且进入所述组织中，所述组织在所述多维光学传感器的视场中。


4.根据权利要求3所述的传感器设备，其中所述照明器被定位在所述传感器设备上，以在朝向在所述用户的所述皮肤的所述表面之下的所述组织发射光并且进入所述组织中时，与所述用户的所述皮肤的所述表面接触。


5.根据权利要求1所述的传感器设备，其中当所述处理电路装置不能验证由所述多维光学传感器生成的图像包括表示所述动脉或所述静脉的区域时，所述处理电路装置丢弃所述图像，使得所述图像不被用于输出指示所述用户的所述血液动力学的所述数据。


6.根据权利要求1所述的传感器设备，其中指示所述用户的所述血液动力学的所述数据包括：指示脉搏传导时间或脉搏波速度的数据。


7.根据权利要求1所述的传感器设备，其中指示所述用户的所述血液动力学的所述数据包括：指示动脉扩张或动脉僵硬度中的至少一项的数据。


8.根据权利要求1所述的传感器设备，其中指示所述用户的所述血液动力学的所述数据包括：指示所述用户的组织血液氧合...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·霍尔茨，E·奥菲克，M·J·辛克莱尔，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US