个人健康数据收集的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于收集个人健康数据的装置。特别地，本发明涉及个人手持式监测 器（下文称为"PHHM"），其包括用于采集信号的信号采集设备，所述信号能够用于导出与用 户的健康相关的参数的一个或多个测量结果。
[0002] 在一方面，信号采集设备与个人手持式计算设备（下文称为"PHHCD"）整合。这样 的PHHM主要旨在由消费者使用。PHHM使用PHHCD的处理器来控制和分析从信号采集设备 接收的信号。本发明也涉及适合与这样的PHHCD整合的信号采集设备。
[0003] 在另一方面，PHHM与用于一般使用的专用计算装置整合。这样的PHHM是主要旨 在由健康护理专家使用的独立装置。
[0004] 本发明还涉及用于操作PHHM和用于处理由信号采集设备采集的信号的系统。本 发明还涉及用于经由互联网分析、存储和传输由PHHM采集的信号或用于调整从那些信号 导出的数据的使用的系统。
【背景技术】
[0005] 手机（也被称为移动电话）是日常生活的一部分。在发达国家中，大多数成人拥有 手机。使用手机在发展中国家中也正在变得日益流行，因为它使这些国家能够在不需要安 装电缆线路的情况下建立通信系统。已经有了将手机用于健康护理中的各种提议。然而， 所有这些提议都有缺点。
[0006] Leslie, I 等人的 "Mobile Communications for Medical Care"，Final Rep〇rt，2011年4月21日，报告了剑桥大学进行的重要研究，其确定通过将来自本地测量 装置的"生命体征"和其它数据传输到中央数据收集和处理计算机，手机网络将会在发达国 家、低收入国家和新兴国家中对健康护理做出极其重要的贡献。其确定两个独立的行业团 体一制造手机的团体和制造医疗设备的团体。
[0007] Ladeira D等人的"Strategic Applications Agenda Version 3"，Working Group on Leading Edge Applications, 2010 年 1 月，www. emobility. eu. org,是电子移动研究, 其考虑联网健康护理的广泛含意并且声称："智能电话可以自动地和无线地收集来自测量 装置的测量结果并且将收集数据无缝地传送给医生用于进一步分析"。
[0008] "Healthcare unwired - new business models delivering care anywhere'，，PricewaterhouseCoopers 的 Health Research Institute，2010 年 9 月，是从 医疗专业的观点讨论通信的广泛使用所提供的机遇及其对医疗业务模式的影响的研究。 [0009]在2009年的回顾中，苹果公司确定对于使用其i Ph〇ne?作为从医疗设备到 医师及他人的通信链的一部分的增长的需求（参见http: //medicalconnectivitv. corn/2009/03/19/apple-targets-healtri-care-witri-iphone-3Q-〇s/)〇
[0010] 这些报告基于现有医疗设备和现有手机技术的使用，因此要求医疗设备行业和手 机行业两者的参与。
[0011] 平板计算机和便携式个人计算机也正在变得足够小以用作PHHCD。许多这样的装 置也包括通信设施，如WiFi或无线电话连接。
[0012] 个人数字助理装置（"PDA"）现在也是公知的，并且包括能够让用户储存和检索个 人数据的处理器。
[0013] 手持式游戏控制台现在也是公知的，并且用于使手持控制台的用户能够玩游戏。 控制台包括处理器，所述处理器从控制台中的各种传感器导出信号并且将这些信号传输到 远程站以便分析和控制游戏显示。
[0014] 手持式装置经常用于控制电视机和其它家用电器。这样的手持式装置包括电子设 备以检测用户的动作并且将它们传送到电器。
[0015] 越来越认识到允许人对他们的健康进行更大控制的重要性。互联网已允许获取大 量的医疗和诊断信息使得患者可以与他们的医生更有效地交互，但是很少直接利用个人测 量结果。例如，在智能手机或平板计算机上运行的23, 000个医疗"应用程序"的调查发现 它们中仅有159个使用来自传感器的数据（Walsh, Medtech Summit, Dublin 2013)。缺少精 确的、买得起的、容易使用的和容易获得的测量装置。生命体征（如脉搏率、血压（在下文 称为"BP"）、体温、血氧和呼吸率）的测量结果与PHHCD的有效整合将大大增强这些应用程 序的价值和人管理他们的健康的能力。
[0016] 血压测量
[0017] BP是在全世界用于评估健康的基本诊断。最近的报告（Smulyan H等 人,"BP measurement:retrospective and prospective Views"，American Journal of Hypertension, advance online publication 24th February, 2011 ；doi:10. 1038/ ajh. 2011.22)以这样的文字开场："动脉血压（BP)的测量是历史悠久的、至关重要的一项 医疗信息，其精度很少受到质疑"。基本测量结果是舒张BP (DBP)，在脉搏周期期间观察到的 最低压力，和收缩BP (SBP)，在脉搏周期期间观察到的最高压力。
[0018] 有三种既定的方法用于测量动脉BP而不用将测量装置插入动脉中：听诊法、示波 法和体积钳制法。也有检测BP的变化的相对测量方法，但是其需要针对每个用户校准。
[0019] Riva-Ricci 听诊法
[0020] 在该方法中，可充气袖带充气以阻断动脉（通常是肱（上臂）动脉）中的流动。袖 带然后更缓慢地放气以允许血液再次流动。在放气期间，使用听诊器检测柯氏音并且这些 声音的出现与袖带中的压力关联，如附连到袖带的水银血压计所示。Smulyan (在上述引文 中）报告听诊测量结果与有创测量结果的比较显示："对于SBP，在五个研究中两种方法之 间的平均差异在〇? 9到12. 3mm Hg的范围内，标准偏差在1. 3到13. 0mm Hg的范围内（图 1)。对于DBP，平均差异在8. 3到18mm Hg的范围内，标准偏差在1. 1到9. 3mm Hg的范围 内。…不精确的原因有多个并且包括观测误差和方法误差两者。一些常见的观测误差是数 字偏向、不注意、袖带放气太快以及听觉缺损。方法误差包括当在脉搏中有心搏之间的变化 时选择单心搏进行测量以及顺序而不是同时比较"。
[0021] 该方法具有其它限制：它使用水银柱来测量压力并且水银的使用存在很大的环境 影响；它需要熟练的专业人员；戴上袖带是不舒服和耗时的；并且测量结果不是数字地可 用的。
[0022] 自动示波法
[0023] 在该方法中，可充气袖带充气以阻断动脉（通常是肱或桡（腕）动脉）中的流动。 袖带然后更缓慢地放气以允许血液再次流动。在放气期间，通过观察由脉搏引入袖带中的 小压力波动检测流动。Smulyan(在上述引文中）报告示波测量结果与听诊测量结果的比 较显示，对于自动装置："…自动测量结果的73、87和96%必定位于听诊值的5、10和15mm Hg内…但是，没有用于识别示波SBP或DBP的标准算法。每个装置制造商具有其用于BP 检测的自身算法，全部是私有的并且不可用于独立研究…测量的其它问题包括与不规则心 律、袖带放气的速率的变化、袖带内的空气的体积和BA的压缩性相关的误差"。
[0024] 该方法也需要使用不方便的袖带。
[0025] 体积钳制法
[0026] 该方法也使用可充气袖带，所述可充气袖带被充气以在脉搏周期期间将动脉（通 常是指动脉）保持在恒定横截面面积。体积钳制法相比于其它两种方法不太被接受并且不 太公知，但是具有比其它两种方法更精确和客观的可能性。
[0027] Imholz 等人（Cardiovascular Research 38 [1998] 605-616)对根据体积钳制法 操作的Finapres_?装置的调查发现："许多文章报告与动脉内或与无创但是间歇BP测量结 果相比的装置的精度。我们汇总43篇这样的文章的结果并且发现收缩、舒张和平均精度按 照该顺序在-48到30mmHg，-20到18mmHg和-13到25mmHg的范围内。…我们推断Finapres 精度和精确性通常足以可靠地跟踪BP的变化。诊断精度可以通过未来应用矫正措施而实 现"。
[0028] 该方法已有进一步的发展并且其精度已改善，但是它未被视为其它两种既定方法 的可行替代。这可能部分地是由于体积钳制法比其它两种方法在技术上更复杂。
[0029] 相对测量
[0030] 检测BP的变化有若干方式，其需要由其它方法之一校准（并且有时常常再校准） 以便给出绝对值。这些包括压平血压测量法和脉搏波速度的测量。体积钳制法也可以属于 该范畴。
[0031] W02013/001265
[0032] W02013/001265公开一种PHHM，其包括用于采集信号的信号采集设备，所述信号 可以用于导出与用户的健康相关的参数的测量结果，信号采集设备与PHHCD整合。
[0033] W02013/001265的PHHM必须具有这样的尺寸和重量使得其可以容易地由普通成 年人用一只手抓握PHHM和用另一只手输入或检索数据而进行操作。优选地，PHHCD包括通 信设施，如WiFi或无线电话连接。
[0034] W02013/001265中和本申请中的"整合"意味着信号采集设备和PHHCD形成单个物 理单元，其中当任意一个移动时信号采集设备和PHHCD保持处于固定关系。所有电连接设 在PHHM中。
[0035] 采集的信号可以是模拟的或数字的，并且，如果是模拟的，可以转换成数字形式以 便随后由PHHCD的处理器分析或者由远程数据处理设备进行分析，PHHCD使用互联网或其 它数据通信装置与所述远程数据处理设备进行通信。
[0036] 与W02013/001265的信号采集设备整合的PHHCD可以是手机、平板计算机、PDA、游 戏控制台或可以容易地由普通成年人用一只手抓握装置和用另一只手输入或检索数据而 操作的任何其它计算装置。
[0037] W02013/001265中的公开显示了通过将经证实的技术原理与新颖的实现方式组合 而融合医疗技术和PHHCD，从而创造出PHHM，所述PHHM允许其用户仅仅通过使用PHHM采集 个人健康数据的测量结果。如果需要，用户可以将这些测量结果传送到其它方。
[0038] 由于信号采集设备与PHHCD整合，因此相对于在上面提到的研究中所述的系统的 使用，使用W02013/001265的PHHM是显著的改进。由于信号采集设备必须足够小以便与 PHHCD整合而不减小其便携性，并且能够利用PHHCD的基础结构，例如其显示器和电池，因 此其将会比许多已知的医疗设备便宜得多，这些医疗设备对于低收入国家或新兴国家中的 大多数用户而言太昂贵并且甚至会使发达国家中的用户犹豫。信号采集设备采用微电子技 术以将尺寸和成本减小到这样的水平，在该水平下与PHHCD整合的信号采集设备可以变得 普遍存在且成为用户私人的。
[0039] 优选地，W02013/001265的PHHM的信号采集设备适合于当与用户身体的一个或多 个部分接触或非常接近时采集信号。特别地，信号采集设备可以适合于当其至少一部分与 下列接触时米集彳目号：
[0040] ?用户的一个或多个手指/脚趾，尤其是一个或多个手指；
[0041] ?靠近颈动脉的皮肤；
[0042] ?用户的胸部，有利地接近心脏；和/或
[0043] ?用户的耳朵或口腔的内部。
[0044] W02013/001265的PHHM的信号采集设备包括用于采集信号的一个或多个传感 器，所述信号可以用于导出对于个人健康有用的参数的测量结果。优选地，一个或多个 传感器用于采集关于BP、脉搏波速度、BP波形、温度、血氧分压、心电图、心率和/或呼吸 率的信号。信号采集设备可以包括用于采集信号的传感器，从所述信号可以导出上述参 数的一种以上的测量结果。信号采集设备优选地包括用于采集信号的一个或多个传感 器，从所述信号可以导出BP的测量结果，例如使用血压测量法、光电容积脉搏波描记法 (photoplethysmography)和脉搏波速度测量中的一种或多种。
[0045] W02013/001265的PHHM可以包括下列传感器和装置中的一个或多个。下面说明这 些传感器和装置的特别优选的组合。
[0046] 淵度传感器
[0047] W02013/001265的PHHM的信号采集设备可以包括用于采集信号的温度传感器，从 所述信号可以通过PHHCD的处理器导出局部体温（即，在传感器应用于身体的位置附近的 温度）的测量结果。有利地，信号采集设备也包括用于采集信号的传感器，从所述信号可以 通过处理器导出环境温度的测量结果。这可以是与有关测量局部温度所使用的传感器相同 的传感器或者可以是独立的传感器。优选地，处理器适合于从由温度传感器采集的信号导 出用户的核心体温。
[0048] 众所周知，表面的温度可以通过测量其发出的热辐射进行估计。对于典型的体温， 辐射集中在远红外波长。其可以通过测辐射热计来检测，其中目标由入射辐射加热，并且或 者通过检测其电阻的变化而直接地测量其温度，或者使用热电偶、热敏电阻或其它类似装 置间接地测量其温度。视场可以由透镜或窗口限定。温度传感器可以适合于接收来自耳朵 内部或前额上的颞动脉的辐射，与使用该技术的现有医疗设备中一样。
[0049] 温度传感器优选地定位成能够感测用户耳朵的温度，不论用户是否正在打电话。 替代地，温度传感器可以定位成使得其能够进行身体部分的表面温度的测量，在所述身体 部分上将会进行由PHHM进行的任何其它测量，例如BP的测量。
[0050] 替代地，温度传感器可以定位成使得用户可以通过操作PHHM而定向其方向从而 使其能够感测身体部分或选定的其它物品（例如一件用户的衣物）的温度。在该情况下 PHHM的处理器可以适合于导出指示环境温度的信号和/或适合于向用户提供指示以将 PHHM定向成使得获得指示体温和环境温度的信号。
[0051] 信号采集设备可以包括用于感测不同位置处的温度的一个以上温度传感器。
[0052] 温度传感器可以用于测量其它物品的温度，例如食品、家用加热系统或酒。
[0053] 电传感器
[0054] 心脏由可在皮肤上检测到的电信号触发，这是心电图（ECG)的基础。其简化版可 以通过测量身体的两个分开部分之间的电势差来检测启动心搏的电信号发生的时间。通过 适当的电子处理，每个启动信号的发生时间可以被测量为在几毫秒内。
[0055] W02013/001265的PHHM的信号采集设备可以包括电传感器，其包括两个电极，所 述两个电极彼此电隔离，但是可以由用户身体的两个不同部分接触。优选地，两个电极可以 由来自用户的每只手的一个手指接触。优选地，电传感器的一个电极与血流阻断装置（参 见下文）相关联。另一个电极位于PHHM的独立部分上。优选地，血流阻断装置构造有提供 良好电连接的表面，例如微棱锥的阵列。
[0056] 优选地，由电传感器采集的信号是两个电极之间的电势差的量度，其与两个不同 身体部分之间的电势差相关。优选地，PHHCD的处理器适合于放大来自电传感器的信号，并 且如果需要，在放大之前、期间或之后滤波信号。由处理器产生的经放大和经滤波的信号一 般具有附图的图1中所示的形式，其中 x轴代表时间，y轴代表电势差。图1中的箭头指示 电信号刺激心脏开始心脏收缩的时间。
[0057] 血流阳.断装詈
[0058] W02013/001265的PHHM的信号采集设备可以包括用于限制或完全阻断通过用户 身体一部分的血液流动的血流阻断装置和用于确定由血流阻断装置施加的或施加到血流 阻断装置的压力的压力传感器。
[0059] W02013/001265的PHHM的信号采集设备优选地包括血流阻断装置，所述血流阻断 装置可以通过将其压靠在身体部分（例如脚趾或手指，优选手指）上而使用，其中通过身体 部分的动脉血流受到施加在身体部分的仅仅一侧上的压力的影响，或者反之亦然。
[0060] 阻断的程度可以通过示波法或者通过分析来自如下面所述的血液光传感器的信 号而被检测。
[0061] 血流阻断装置可以包括压靠在身体部分上的按钮。优选地，按钮是板的一个区域， 所述区域可以独立于板的其余部分移动并且连接到力传感器。力传感器适合于测量施加到 按钮的力，但是将按钮可以移动的距离最小化。典型地，板为l〇mm乘20mm，具有典型地为3 到5_直径的圆形按钮或类似面积的非圆形按钮。优选地，按钮在受到身体部分的力时移 动的距离不大于0. 1mm。
[0062] 将按钮压靠在身体部分上以在身体部分内产生压力。与按钮接触的身体部分以大 约等于身体部分内的