用于心率检测的生物阻抗传感器阵列的制作方法
【专利说明】用于心率检测的生物阻抗传感器阵列
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]该申请是于2013年12月11日提交的题为“Self-Al igning Sensor Array (自对准传感器阵列)”(文档号SSIC010US)的专利申请序号N0.14/103，717的延续部分(Continuat 1n-1n-Part)。该申请还要求于2014年3月24日提交的题为“B1impedance SquareArray Configurat 1n for Heart Rate Detect 1n (用于心率检测的生物阻抗方形阵列配置)”的专利申请序号N0.61/969，763的优先权，该两个申请的内容通过引用合并于此。
【背景技术】
[0003]例如，可以通过检测由在身体的局部区域内流动的血液的脉搏所引起的阻抗变化来测量心率。例如，心率的局部测量典型地在胸部上执行，但是包含动脉的身体的其他部分也可以被用于心率测量，例如，在手腕上进行心率测量。
[0004]通过测量由通过血液、动脉、以及周围的组织的电流所创造的电势，可以实现通过对流动血液的电学属性的测量而进行的心率检测。在交流电测量中，测得的电势会与通过的电流和电流通过的区域的阻抗成比例。电极被用于执行这样的测量。电极通常被布置为双线布置，其中电流被传递并且在相同电极对之间测量电压。双线布置具有的问题在于引入接触(或引线)电阻，其对电势测量构成(contribute)附加的电阻项(即，对于直流测量欧姆定律给出= I*R，其中，在这种情况下，R =样本的电阻+触点的电阻)，并且其可以是总测量电阻中的相当大的部分，因此可能会掩盖测量结果，特别是在低电阻样本中。
[0005]也可以使用四线测量，其通过在两个专用电流电极之间传递电流并且测量两个专用电压电极之间的电势来克服接触电阻的问题，所有这些电极都布置为直列(in-line)配置(电流电极被放置在电压电极外部)。在四线电极配置中，电流电极之间的电压差从电压测量本身分离出来，从而最小化它们的外来的贡献。
[0006]除了直列布置，电流和电压电极可以被配置在正方形布局中。对于薄膜阻抗测量，四个电极可勾勒(outline)出正方形或长方形的形状(即，每个电极占据一个角)。此布置被用于测量电阻率(或当涉及基本上为二维的几何形状时，测量表面电阻(sheetresistance))的范德堡法(Van der Parw method)中。在一种实现中，两个电流电极和两个电压电极可以被放置在正方形轮廓的角处，并且电流可沿所勾勒的正方形的单个边流动。然后可以沿着与电流的边相对的边来测量电压，并且使用欧姆定律来计算在电流和电压边之间的电阻。
[0007]在用户的前臂的前侧上的直列四线生物阻抗测量，例如，心率可以通过沿着桡动脉将四个电极(两个电压电极被两个电流电极侧翼包围(flank))放置成一条线而使用生物电阻抗来检测。
[0008]然而，在沿着前臂放置电极的常规实现方式中，每个电极约为0.7cm2或更大，这使得电极的整个直列布置要求前臂上多达大约8cm的空间。对于许多应用而言，这样的电极布置所需的空间过大，例如，这样大的空间要求会限制可以在其上安装基于阻抗的心率检测器的设备类型和形状。例如，如果期望将心率检测器放置在手表型的主机设备内，则需要更紧凑的电极布置。
[0009]因此，需要一种可以在流体流动检测应用(例如心率检测)中使用的生物阻抗测量设备，以及使用这样的阻抗测量设备的生物阻抗方法和主机设备，其利用紧凑的电极配置，同时保持足够的测量灵敏度。
【发明内容】
[0010]示例性实施例提供一种用在流体流动检测应用(诸如心率检测)中的生物阻抗传感器阵列。示例性实施例的各方面包括:确定基座上包括多于四个生物阻抗传感器的生物阻抗传感器阵列中的最优子阵列，以使得当由用户穿戴时传感器阵列横跨或定址于血管；将电信号通过最优子阵列中的生物阻抗传感器的至少第一部分传递给用户；使用在最优子阵列中的生物阻抗传感器的第二部分来从电信号中测量一个或者多个生物阻抗值；以及从一个或者多个生物阻抗值中至少分析流体生物阻抗贡献。
[0011]根据在此公开的方法和系统，示例性实施例提供了可以用在不需要精确地布置在穿戴者的血管上的可穿戴设备中的阻抗测量设备。
【附图说明】
[0012]结合附图，从实施例的以下的描述中，本发明的总体构思的这些和/或其他特征和效用将变得显而易见并且更加容易理解，在附图中:
[0013]图1A和IB是示出了模块化可穿戴传感器平台的实施例的示图。
[0014]图2是示出了包括基本模块的模块化可穿戴传感器平台和组件的一个实施例的示图。
[0015]图3是示出了用在诸如模块化可穿戴传感器平台的可穿戴设备中的传感器阵列系统的示例性实施例的框图。
[0016]图4是示出提供生物阻抗传感器阵列的方法和使用生物阻抗传感器阵列以为包括心率检测的应用监视和分析例如流体流动的生理参数的方法的流程图。
[0017]图5是示出示例性生物阻抗传感器阵列的方框图。
[0018]图6A至6D是示出了在2X 2子阵列中的电流传感器和电压传感器的可能配置的示图。
[0019]图6E示出了可以用在2X3生物阻抗传感器中的电流传感器和电压传感器的对角线子阵列配置。
【具体实施方式】
[0020]现在将详细地参考本发明总体构思的实施例，其示例在附图中示出，在附图中相似参考标号始终指代相似的元件。以下参照附图的同时对实施例进行描述，以便解释本发明的总体构思。
[0021]通过参考附图和以下实施例的详细描述，本发明的优点和特征以及实现本发明的方法将变得更加容易理解。但是，本发明的总体构思可以体现为许多不同形式，并且不应被解释为限于这里阐述的实施例。而是，提供这些实施例以使得本公开将是彻底的和完整的，并且将全面地将本发明的总体构思传达给本领域的技术人员，并且本发明的总体构思将仅由所附权利要求书来限定。在附图中，为清楚起见，夸大了层和区域的厚度。
[0022]在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则术语“一”和“一个”和“该”以及相似指示物的使用将被解释为包括单数和复数。除非另有说明，否则术语“包含”、“具有”、“包括”、和“含有”将被解释为开放式术语(即，意思是“包括，但不限于”)。
[0023]如本文所用地，术语“组件”或“模块”是指，但不限于，执行某些任务的软件或硬件组件，例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。组件或模块可有利地被配置为驻留在可寻址存储介质中，并被配置为在一个或多个处理器上运行。因此，例如，组件或模块可以包括如下组件，如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件、进程、函数、属性、过程、子程序、程序代码段、驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、阵列和变量。为组件和组件或模块提供的功能可以被组合为更少的组件和组件或模块，或可以进一步分离成额外的组件和组件或模块。
[0024]除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有由本发明所属的技术领域中一位普通技术人员所普遍理解的相同的含义。注意到，除非另有规定，否则对于在本文提供的任何和所有的示例、或示例性的术语的使用仅仅是为了更好地阐明本发明，而不是用于对本发明范围进行限制。此外，除非另有定义，否则在通用字典中定义的所有术语应该不被过度地解释。
[0025]示例性实施例提供了一种可用在流体流动检测应用(例如心率检测)中的生物阻抗测量设备，并且描述了使用所述生物阻抗测量设备的生物阻抗方法和主机设备。生物阻抗传感器阵列可被配置为四个以上，优选地为至少6或8个离散生物阻抗传感器的XX Y阵列，其中生物阻抗传感器包括但不限于电极。在一个实施例中，在生物阻抗传感器阵列中的至少一对电极被确定为传递感测电流的电流电极，并且至少一对其他电极被选择为用于测量电势差或电压的电压电极。在一个实施例中，这些电流电极对和电压电极对的选择或确定是固定的。在另一个实施例中，电流电极对和电压电极对的选择或确定是动态的，使得可以扫描生物阻抗传感器阵列来确定选择哪些电流和电压电极会提供最佳的信号质量。
[0026]生物阻抗测量设备可以用在采用生物阻抗测量设备的电子设备中。这样的电子设备可以包括，但不限于，可穿戴设备和其它便携式和非便携式计算设备，例如，手表、蜂窝电话、智能电话、平板电脑和膝上型电脑。
[0027]图1A和IB是示出了模块化可穿戴传感器平台的实施例的示图。图1A描绘了可穿戴传感器平台1A的一个实施例的透视图，而图1B描绘了可穿戴传感器平台1B的另一个实施例的分解图。虽然可穿戴传感器平台1A和1B(统称为可穿戴传感器平台10)的组件可以是基本相同的，但是模块和/或组件的位置可以不同。在图1A和IB的具体的讨论中，使用字母指定(例如1A和10B)。但是，为了提及在图1A和IB中所描绘的任何或两个实施例，使用数字指定(例如，10用于图1OA和/或10B)。
[002