本发明涉及用于监测用户信号的可穿戴设备，其中，所述设备具有可自动调节的缚带。
背景技术：
存在对可穿戴传感器设备越来越大的兴趣。这些可用于提供实时医学信息，或提供生理性能信息，例如用于在体育锻炼中使用。
这样的可穿戴设备通常与用户密切接触，使得舒适性对于接受这样的设备是至关重要的，特别是当这样的可穿戴设备要整天佩戴时。
一些测量需要与用户进行紧密的物理接触，例如对于基于压力信号的脉冲测量，或者对于电导率测量。事实上，存在包括这样的脉冲测量能力的智能手表。对于定期测量，并非所有时间都需要紧密，而是只有在进行测量时。
人们表现出不愿佩戴诸如智能手表的设备的原因之一是，在一整天中佩戴这些设备可能会感觉不舒服(太紧)。
因此，需要一种用于测量用户的生理参数的可穿戴设备，其可以提供用户舒适度，同时还能够以可靠的方式提取期望的生理信息。
技术实现要素：
该需求至少部分地由本发明满足。独立权利要求限定了本发明。从属权利要求提供了有利的实施例。
如本发明所定义的设备包括由缚带装置承载的传感器。缚带装置允许所述设备由用户穿戴，使得传感器接触或压靠用户的皮肤。所述设备能够调节其缚带的松紧度以保持或改善接收到的传感器信号的质量。其也意味着，当不需要传感器信号时，可能降低缚带的松紧度以增加舒适度。这些调节可以在不需要用户的物理控制的情况下进行。信号质量例如可以是对存在合适幅度的信号或者实现了所需的信噪比的指示。
所述传感器装置可以例如用于测量以下中的一个或多个：心率；血流率；血压；血气饱和水平以及皮肤电导。但其他项也是可能的。为了可靠地测量参数，心率和血液参数有时需要施加在皮肤部分上的特定压力。类似地，如果以光学方式进行血气饱和度测量，则可能要求阻止环境光以免干扰使用光源的实际测量。因此可能确实需要建立皮肤接触，或者在比传感器待机模式更大的区域中建立皮肤接触。因此，举例来说，可以光学地或基于压力或振动感测来监测心率。这些测量设备中的每一个优选地与皮肤具有预定的(有时)的牢固接触，并且因此可能需要与用户的接触压力，他们可能不希望始终保持所述接触压力。
也可以提供环境传感器，例如水传感器或环境光传感器。来自这些传感器的信息也可以用于确定缚带装置需要多紧以获得传感器信号的期望信号质量。
所述缚带调节系统可以包括以下中的一个或多个：
电驱动的形状改变结构；
光驱动的光学机械结构；
温度驱动的结构；以及
磁场驱动的结构。
这些是基于控制变量来引起形状变化(然后转化为缚带松紧度变化)的不同可能机制。然后由所述设备生成控制变量，例如电控制信号，光学输出，由加热器或磁场强度实现的温度水平。
所述缚带调节系统可以替代地包括化学诱导的调节机构。
所述控制器可以适于基于以下中的一项或多项来评估所述传感器信号的质量：
正在接收的传感器信号的不连续性；
所述传感器信号中不期望的峰或模式的存在；以及
所述传感器信号中高水平的噪声的存在。
这些指标可用于检测信号质量的恶化。
在一个优选的示例中，所述生理参数包括心率。所述缚带装置可以例如包括腕带，以使得能够在手腕处进行心率监测。所述设备因此可以包括智能手表。
所述控制器可以适于实现操作的测量模式和操作的非测量模式，其中，在操作的测量模式中，所述腕带更紧。操作的非测量模式可以例如使所述缚带更松，使得如果需要，手表可以像松的手环一样佩戴。
根据本发明另一方面，根据示例，提供了一种使用可穿戴设备来测量用户的生理参数的方法，所述可穿戴设备包括：缚带装置；由所述缚带装置承载的传感器装置用于压靠所述用户的皮肤，用于生成传达关于所述用户的生理参数的信息的传感器信号；以及用于调节带装置的松紧度的带调节系统，其中，所述方法包括：
评估所述传感器信号的质量；并且
响应于所述传感器信号的质量来控制所述缚带调节系统。
该方法确保以自动的方式获得合适的传感器信号。
附图说明
现在将参考附图详细描述本发明的范例，其中，
图1示出了用于监测生理参数的设备的部件；
图2示出了实现为智能手表的设备的一个示例；
图3示出了向用户显示输出显示以指示正在进行的缚带调节的第一示例；
图4示出了向用户显示输出显示以指示正在进行的缚带调节的第二示例；
图5示出了向用户显示输出显示以指示正在进行的缚带调节的第三示例；
图6示出了缚带收紧系统的第一示例；并且
图7示出了缚带收紧系统的第二示例。
具体实施方式
本发明提供了一种用于测量用户的生理参数的基于缚带的可穿戴设备。传感器装置用于传达关于用户的生理参数的信息。响应于传感器信号的质量，缚带装置的松紧度被自动控制。以此方式，所述设备根据传感器信号作出反应并对其自身进行调节。
已经提出了对运动或活动作出反应的可穿戴设备。例如，已经提出了一种智能胸罩，其可以基于应变、(机械)压力、呼吸和乳房运动来收紧或松动胸罩带和胸罩杯。所述智能胸罩执行致动以提高舒适度。但是，该系统不会对测量信号的质量做出反应，以确保收集到准确的传感信息。
监测传感器信号质量也是已知的。例如，称为mioalpha(商标)手表的连续心率监测手表监测心率测量质量，并在长的持续时间检测到质量差的信号后以可听声音提醒用户。然后用户可以在锻炼期间暂时紧固手表。对于长持续时间，这引起用户的不适。
可穿戴设备越来越被视为装饰配件。装饰性腕带或手环通常挂在人的手腕上被宽松地穿戴。因此，在期望的美学外观和功能要求之间存在冲突，功能要求决定了设备在测量模式下必须正确且紧密地定位。
本发明因此使得能够在测量间隔期间调节松紧度以确保信号质量(并且避免过度不适)，并且在非测量间隔期间满足美学需要(以及舒适度)。当在测量模式中时，基于所确定的传感器信号的测量质量，提供自动机械致动以调节到皮肤的距离和/或与皮肤的接触压力。以此方式，提供了测量质量、舒适度和美观之间的平衡。
可以使用可以响应于施加的刺激而改变形状的任何部件或材料来控制缚带松紧度。下面将呈现各种示例。松紧度调节是使传感器更加靠近皮肤或靠近固定位置以确保最佳的测量质量。使用闭环控制方法来控制皮带松紧度调节。当设备的缚带围绕特定的身体部位，例如手指，手臂，手腕，腿，脚踝，腹部或腰部，胸部，颈部，头部等时，可能会施加收紧。
图1一般地示出了系统的不同部件。
传感器装置10测量被监测的生命体征，所述生命体征包括用户的一个或多个生理参数。传感器装置因此用于生命体征测量。所述参数可以包括心率、血流或皮肤电导中的一个或多个。
传感器装置10被压靠在皮肤上以生成传达关于用户的生理参数的信息的传感器信号。传感器装置10由缚带装置保持就位，图1中未示出。
图1还示出了任选的环境传感器12。这些可以例如检测环境光和/或水存在。来自这些传感器的信号能够传达测量是否受到环境干扰，使得可以采取纠正措施来确保传感器信号正确传达关于被监测的生理参数的信息。
例如，环境光水平可以改变光学传感器信号将被解释的方式，并且水的存在可以改变电导率传感器信号被解释的方式。
所述系统由控制器14控制。控制器14评估传感器信号的质量。然后它可以响应于传感器信号的质量来控制缚带调节系统16。缚带调节系统包括用于对设备缚带进行致动的致动器。
图1示出了控制器14具有两种类型的控制模块；测量控制模块18和致动控制模块20。
测量控制模块18接收传感器信号并解释它们，特别是评估信号质量。该设备可以具有测量模式和非测量模式。测量控制模块可用于设置测量模式间隔和时间。其也用于传送传感器信号质量(如“正常”，“异常”，“恶化”或“改善”)。其也可以监测生理参数以外的参数，例如运动状态和环境传感器信号。
致动控制模块20控制一个或多个致动器16。这两个控制模块进行通信，使得测量控制模块18知晓何时完成了缚带调节，并且其可以指示致动控制模块20进行所需的调节。
两个控制模块通过相互通信来实现闭环控制。
致动器16可以采取各种形式。
电活性聚合物(eap)可响应于电刺激而提供物理变形。电活性聚合物(eap)是电响应材料领域中新兴的一类材料。eap可以作为传感器或致动器使用，并且可以轻松制造成各种形状，允许轻松集成到各种系统中。
已经研究出具有诸如致动应力和应变等特性的材料，其在过去的十年中已经显著改善。技术风险已经降低到产品开发的可接受水平，使得eap在商业和技术上变得越来越感兴趣。eap的优势包括低功耗，小的形状因子，灵活性，无噪声操作，准确性，高分辨率的可能性，快速响应时间和循环致动。
使用电活性聚合物的器件可以细分为场驱动和离子驱动材料。
场驱动的eap的范例是介电弹性体，电致伸缩聚合物(例如基于pvdf的弛豫聚合物或聚氨酯)和液晶弹性体(lce)。
离子驱动的eap的范例是共轭聚合物，碳纳米管(cnt)聚合物复合材料和离子聚合物金属复合材料(ipmc)。
场驱动的eap通过直接的机电耦合由电场驱动，而离子eap的驱动机制涉及离子的扩散。两个类别都有多个族成员，每个族都有自己的优点和缺点。
致动器可以替代地包括形状记忆合金(sma)。形状记忆材料(smm)，特别是形状记忆合金(sma)，当被加热超过它们的特定相变温度时能够提供显著的力和行程。即使材料的尺寸是小的，但是在很长的时间段内和在许多切换操作之后，所递送的力和行程相对于这些尺寸是非常高和准确的。
sma因此通过引起加热而被致动，例如通过操作珀尔帖加热元件或电流导线加热器。在由于相变导致温度升高和形状变化之后，材料必须恢复到原始形状，然后才能被重新启动。这可以通过形成具有预应力的材料或使用单独的偏压元件来实现，以便在冷却之后，预应力使材料恢复到原始状态。
预应力是需要的，因为当温度降低时，相位变回原来的相位，但形状不变。因此，在可以再次使用致动器之前，在温度降低之后，必须启动外部致动以反转smm的形状改变。
形状记忆合金的两种主要类型是铜-铝-镍，以及镍-钛(niti)，其被称为镍钛诺。然而，sma也可以通过使锌，铜，金和铁合金化来产生。smm可以以两个不同的相存在，具有三种不同的晶体结构(即，孪晶马氏体，去孪晶马氏体和奥氏体)。
尽管铁基和铜基sma，例如fe-mn-si，cu-zn-al和cu-al-ni，是可商购的并且比镍钛诺更便宜，但是对于大多数应用，基于镍钛诺的sma是更优选的，因为其稳定性，实用性和优异的热机械表现。
致动器可以替代地包括水凝胶薄膜。对这样的材料的讨论在evan.m.white等人的文章"advancesinsmartmaterials:stimuli-responsivehydrogelthinfilm",journalofpolymerscience,partb:polymerphysics,2013,51,1084-1099中给出。可以控制这些材料以诱导膨胀。该文章讨论了热刺激、光刺激、机械刺激和化学刺激例如ph响应性凝胶的使用。
另一个范例是包括压电电机的压电致动器，其响应于所施加的电信号而变形。
另一个范例是电子线圈电机，例如小步进电机。
使用所谓的“智能材料”而非电机，在低功耗和小物理尺寸方面提供了特别的优势。
致动可以例如由以下智能材料驱动：
(i)电驱动：形状改变由电信号驱动(例如上面的eap范例)；
(ii)光驱动：通过使用光机械材料，由室外光的特定光频率来为形状变化供能；
(iii)温度驱动：形状变化受温度激励(例如上面的sma范例，以及还有温度响应性聚合物)。
(iv)磁驱动：形状改变由磁场供电(例如磁性形状记忆)。
(v)交叉链接：形状变化由诸如ph值、温度的一系列触发因素激活(例如，上述水凝胶范例)。
这些设备都具有共同点，即它们依赖于响应于刺激而改变形状的材料，从而避免了对昂贵的电机或其他复杂的机械结构的需要。
如上所述，致动器的控制可以在测量模式下进行。该模式可以由用户设置。例如，当跑步时，想要收集心率或其他生理信息时，用户可以指定其。然而，模式选择可以是自动的，例如上面列出的一些材料也可以直接响应于改变的环境条件。例如，户外活动可能会触发光驱动的致动。然后致动不是(仅)电控制的，而是可以由环境因素控制或部分控制。
在其他示例中，测量模式可能有固定的计划时间，例如创建可在数小时或数天内进行比较的数据集。例如，可以在每天早上的特定时间测量人的心率或心率变化性。其扩展可以是在外部事件之后发起测量。例如，可以在人醒来之后固定的时间自动进行测量。这可以基于并入了传感器的手表的移动来检测，或者基于假定指示人醒来的时间的外部警报来检测。
致动信号例如包括三个控制信号中的一个：松动，收紧和不变。当非测量模式开始时或显示先前的过紧时，作出松动命令。相反，当测量模式就位时以及检测到信号恶化，或者感应到环境干扰，则作出收紧命令。如果在测量模式期间测量质量稳定，则无需更改。
图2示出了实施为智能手表的图1的设备。相同的部件被赋予相同的附图标记。缚带被示为22。
已知用于实现表带的自动收紧的机制。例如，us8370998公开了一种表带，其包括扭力弹簧，该扭力弹簧生成生使销旋转以收紧缚带的扭力。除了使用扭力弹簧(其不能由外部输入控制)之外，可以使用上述致动器中的一个来引起缚带的收紧。
手表可能提供心率和活动监测，而具有此功能的智能手表是己知的。因此，所需的生理传感器已经众所周知并且可用。心率监测可以使用光学或压力感测。胸部佩戴的设备可以具有ecg电极和麦克风。
环境光检测在可穿戴设备中也是已知的。例如，上面提到的mioalpha手表也使用光学传感器来检测环境光。还存在各种商用凝露传感器，例如hydreon公司的凝露滴落检测传感器。
一旦测量模式就位，测量控制模块被使用以评估传感器信号的质量。某些设备可能用于永久患者监测，例如，其中不存在非测量模式并且设备始终主动监测传感器信号。
要进行的评估将基于测量的类型，例如心率、血流量或皮肤电导。异常信号(例如，不连续的信号，未预期的峰值或模式或过度信号干扰)被传送至致动控制模块。
评估心率测量质量的算法是众所周知的。例如，参考c.yu，z.liu，t.mckenna，atreisner和j.reifman的文章“amethodforautomaticidentificationofreliableheartratescalculatedfromecgandppgwaveforms”，jammedinformassoc，vol.13，no.3，第309-320页(2006年)。
在图2的简单版本中，可以使用单个致动器来控制缚带的松紧度。然而，更复杂的设备可能具有针对单条缚带的多个致动器或者具有多条缚带，从而在设备的控制中具有更多的自由度。在这样的情况下，可以独立地控制可穿戴设备的不同部分，并且为此目的，接收质量降低的感测信号的那些传感器的位置也可以被传送到致动控制模块20。
在致动功能之后，测量控制模块重新评估生理信号以验证致动的有效性。如果致动过度地拉紧缚带，这导致血流受限制，其例如可以通过观察信号中减小的峰来检测。因此，作为闭环控制的一部分，可能存在拉紧和松动的迭代过程。
对于实现周期性测量模式的系统，一旦测量间隔结束，测量控制模块就可以向致动控制模块发送“松开所有致动器”信号。该设备还可以具有超控(override)功能，用户可以通过超控功能输入中断信号。
所述设备具有向用户传达信息的显示器。这可能包括有关缚带松紧度设置或正在进行的调节的信息。
图3示出了在测量模式期间检测到信噪比降低时智能手表显示器的示例。信噪比降价降低信号被传达给用户，以及指示正在进行缚带收紧的符号30。
信号质量的该降低可能例如在用户开始跑步之后出现，并且其可以例如是心率测量，其具有降低的信号质量。收紧后，重复地进行测量质量的再评估。再过一段时间后，可能再次检测到劣化的心率测量质量，使得表带进一步收紧。
图4示出了由于环境干扰而要求的缚带收紧。用户可以例如在阳光充足的日子里散步。环境光线传感器然后将检测到光线干扰。
图4涉及具有不同致动功能的缚带设计。可能需要进行调节以阻挡环境光而不是收紧缚带。这可能涉及弯曲缚带以从侧面遮挡光传感器。这由符号40表示。
图5示出了指示用户请求的中断的符号50。用户可能不满意舒适度水平，因此存在拉动(或保持)缚带来中断测量的选项。当感测到该中断时，设备认为需要用户中断。其停止测量并松动表带。
现在将给出一些示例来示出如何实现缚带收紧装置。
图6示出了基于形状记忆合金(sma)的示例。缚带22包括嵌入在电绝缘柔性带22中的sma线致动器60。致动器通过直流驱动加热，例如达到约70度的最高温度。
所述缚带还包括弹簧62，其用于提供去孪力以在冷却之后将缚带返回到其原始形状。以这样的方式实现了可逆的致动。所需的弹簧功能可以替代地由弹性缚带的材料产生而不需要额外的复位弹簧。
左边的图像显示了平面图中的缚带。箭头64示出了由加热引起的长度变化。
右边的图像将缚带收紧效果示为箭头66。
图7示出了基于电活性聚合物的致动器的示例。示出了两个弯曲致动器70，其跨缚带的宽度方向延伸。致动器可以定位在缚带22周围的任何位置处。
图7在左侧图像中示出了未致动的形状并且在右图像中示出了致动的形状。引起的弯曲导致对由缚带限定的开口的尺寸的限制。
本发明适用于诸如手表、腕带、腰线缚带等智能穿戴设备以及智能装饰性可穿戴设备。
因此，本发明不限于手腕带或智能手表的实现方式，并且其可以用在腰部或胸部周围或身体的其他部位。
在上面的范例中，已经提到了信号幅度或信噪比形式的主要信号质量指示。传感器数据质量的其他指标可以用作替代或者被联合使用，包括：
正在接收的传感器信号的不连续性，诸如信号丢失或没有接收到信号；
所述传感器信号中不期望的峰或模式的存在；
与期望的信号模式(例如由搏动检测器检测到的搏动模式)的偏差；
信号强度中大的波动；
特定时间范围内的信号伪迹的数量；
与基于光谱测量的期望光谱成分的偏差。
上面已经给出了心率、血流率和皮肤电导的可能的传感器测量的范例。
其他范例包括：
心率变化性；
spo2；
温度；
ecg信号；
呼吸率；
使用麦克风的超声信号；
血压；
生物阻抗测量；
血流量测量；
身体(部位)运动和取向测量；
肌肉张力测量(使用肌电图(emg))；
沿着头皮的电活动(使用脑电图(eeg))。
上面已经给出了电驱动致动器(使用eap材料)和温度驱动致动器(使用smm)的示例。电致动和热致动作是最合适的选择。但是，也存在光致动的材料，例如uv致动的材料。
光响应材料例如基于偶氮化合物。反应性液晶和反应性偶氮化合物的混合物可以形成液晶态以获得具有对齐的分子的膜。如果这样的对齐在大表面上实现，则获得所谓的单畴材料。如果获得了小的畴，则称为多畴材料。替代地，存在不是液晶但在照射时会产生类似的效果的聚酰亚胺和聚酯。然而，所述材料具有高的玻璃化温度，并且因此响应非常缓慢。
基于lc的响应材料的响应由以下事实驱动：在e-z异构化时，聚合材料中的有序性降低，导致材料在对齐方向上收缩(并且同时在另外两个方向上扩张)。
在wo2007/086487中描述了光学响应致动器的示例。
单畴膜的uv照射可用于使用非偏振光来给出收缩，因为对齐的偶氮苯基团引起吸收中强烈的各向异性，平行于分子轴的吸收最高。如果使用多畴膜，则可以用平行于收缩方向的线偏振光进行照射。为了获得最佳响应，优选地使用单畴膜。为了避免由于在垂直于分子排列的方向上扩张而引起的奇异收缩效应，建议使用在薄膜长度上具有对齐的小的薄膜。
本领域技术人员通过研究附图、公开以及权利要求书，在实践请求保护的本发明时，可以理解和实现对所公开实施例的其他的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。