用于心血管诊断的光学测量设备的制作方法

用于测量心血管属性的设备遭受测量本身与受试者的状态强烈地干扰的问题，从而导致不正确的结果。例如，当前的用于获得血压测量的基于臂带(cuff)的方法可能给予重大的生理影响。在当前的基于臂带的方法中，血压测量是通过压缩动脉达到血流被完全地堵塞的程度以及然后缓慢地释放压缩来获得的。压缩动脉影响脉压传播和脉压形状。进一步地，心脏舒张压是从当跨胸壁压(即，在动脉的外侧与内侧之间的压力差)是接近于零时获得的测量中导出的，这暗示着那些测量是在远非正常的条件下做出的。

此外，基于充气臂带的传统的方法和在临床环境中执行的测量可能具有引起在患者的血压中的改变的强烈的心理影响。例如，处于临床环境的心理影响可能引起在患者的血压中的提升。该现象一般称为“白色外套综合症”或“白色外套高血压”。在另外的示例中，患者的血压可能在正常的日常活动期间而不是在临床环境中提升。该现象一般称为“隐性高血压”。

另外地，血压常常表现出随着时间过去的可观的可变性。因此，识别在血压中的昼间的或其它时间变化可能对于对包括高血压的各种心血管问题的正确诊断而言是重要的。还已经表明的是，通过促进随着较长时间段过去的测量以及避免在临床环境中的典型的心理影响来执行动态血压测量可能针对改善的诊断而言是有益的。

技术实现要素：

各种实施例包括光学传感器，以及使用在光学测量设备中的光学传感器的方法，所述光学测量设备通过指导光片朝向感兴趣的动脉来测量心血管属性以及对运动伪影进行补偿。在各种实施例中，光学传感器可以包括一个或多个光源，耦合到一个或多个光源的一个或多个发送光导，以及所述发送光导被配置为指导来自一个或多个光源的光作为朝向在受试者中的动脉的光片，使得所述光片的横截面轮廓具有横向于所述动脉的纵向方向的、比所述动脉的直径要长的长度。光学传感器还可以包括一个或多个光检测器，其被配置为接收是来自光片的光的反向散射光，所述反向散射光是由动脉和动脉周围的组织来反向散射的。

在一些实施例中，光片的横截面轮廓可以具有平行于动脉的纵向方向的、比光片的长度要短的宽度。在一些实施例中，光片的横截面轮廓可以具有椭圆形的、矩形的、三角形的或多边形的形状。

在一些实施例中，一个或多个发送光导可以被配置为指导光片沿着受试者的肢体的部分圆周。在一些实施例中，一个或多个发送光导可以被配置为指导光片沿着肢体的部分圆周达至少40度。

在一些实施例中，一个或多个发送光导可以包括下列项中的一项或多项：光学小平面、折射率结构、体积全息图、衍射表面浮雕元件或其任意组合，以指导来自一个或多个光源的光到光片中。在一些实施例中，一个或多个发送光导可以包括被配置为指导来自一个或多个光源的光作为光片的平面光波导、棱镜或其任意组合。在一些实施例中，一个或多个发送光导可以包括被配置为将光片聚焦在目标焦深处的一个或多个透镜。在一些实施例中，一个或多个发送光导可以包括被配置为将光片利用目标宽度聚焦在目标焦深处的一个或多个透镜。在一些实施例中，一个或多个发送光导可以被配置为符合肢体的表面。

在一些实施例中，一个或多个光检测器可以被配置为接收沿着受试者的肢体的部分圆周的反向散射光。在一些实施例中，一个或多个光检测器可以是单个光检测器，以及光学传感器可以进一步包括耦合到单个光检测器的一个或多个接收光导。在一些实施例中，一个或多个接收光导中的每一个接收光导可以被配置为收集反向散射光，以及指导所收集的反向散射光朝向单个光检测器。

在一些实施例中，光学传感器可以包括多个光检测器以及多个接收光导，每一个接收光导被耦合到各自的光检测器。在一些实施例中，接收光导中的每一个接收光导可以被配置为收集反向散射光，以及指导所收集的反向散射光朝向其各自的光检测器。

在一些实施例中，光学传感器可以包括耦合到一个或多个光检测器的以及利用处理器可执行指令来配置的处理器，以基于来自一个或多个光检测器的输出来确定一个或多个心血管属性。

进一步的实施例可以包括使用光学测量设备来测量心血管属性的方法，所述方法可以包括指导光片朝向在受试者中的动脉，使得所述光片的横截面轮廓可以具有横向于所述动脉的纵向方向的、比所述动脉的直径要长的长度。方法还可以包括接收是来自光片的光的反向散射光，以及基于所接收的反向散射光来生成输出，所述反向散射光是从动脉和动脉周围的组织反向散射的。一些实施例可以进一步包括基于输出来确定一个或多个心血管属性。

在一些实施例中，光片的横截面轮廓可以具有平行于动脉的纵向方向的、比光片的长度要短的宽度。在一些实施例中，光片的横截面轮廓可以具有椭圆形的、矩形的、三角形的或多边形的形状。

在一些实施例中，指导光片朝向在受试者中的动脉可以包括指导光片沿着受试者的肢体的部分圆周。在一些实施例中，指导光片沿着肢体的部分圆周可以包括指导光片沿着肢体的部分圆周达至少四十度。在一些实施例中，接收反向散射光可以包括接收沿着肢体的部分圆周的反向散射光。

进一步的实施例可以包括光学传感器，所述光学传感器包括用于执行上文描述的实施例方法的操作的功能的单元。

进一步的实施例可以包括用于测量心血管属性的光学测量设备，所述光学测量设备包括光学传感器以及耦合到光学传感器的处理器。光学传感器可以包括一个或多个光源，耦合到一个或多个光源的一个或多个发送光导，以及所述发送光导被配置为指导来自一个或多个光源的光作为朝向在受试者中的动脉的光片，使得所述光片的横截面轮廓可以具有横向于所述动脉的纵向方向的、比所述动脉的直径要长的长度。光学传感器还可以包括一个或多个光检测器，其被配置为接收反向散射光，所述反向散射光是来自从动脉和动脉周围的组织反向散射的光片的光，以及基于所接收的反向散射光来生成输出。处理器可以被配置为基于来自光学传感器的输出来确定一个或多个心血管属性。

在一些实施例中，光片的横截面轮廓可以具有平行于动脉的纵向方向的、比光片的长度要短的宽度。在一些实施例中，光片的横截面轮廓可以具有椭圆形的、矩形的、三角形的或多边形的形状。

附图说明

被并入本文以及组成本说明书的一部分的附图，示出了权利要求的示例性实施例，以及连同上文给定的一般描述和下文给定的具体实施方式一起，用来解释权利要求的特征。

图1以曲线图形式示出常规的光学传感器的输出强度如何可以随着沿着食指的圆周的角度而变化。

图2以曲线图形式示出根据各种实施例的光学传感器如何可以通过指导光片跨越感兴趣的动脉来补偿运动伪影。

图3a示出包括根据一些实施例的光学传感器的光学测量设备的组件。

图3b示出根据一些实施例的光学测量设备的侧视图。

图3c示出根据一些实施例的光学测量设备。

图4a和图4b示出根据第一实施例的光学传感器的结构。

图5a和图5b示出根据第二实施例的光学传感器的结构。

图6示出根据第三实施例的光学传感器的结构。

图7a和图7b示出根据第四实施例的光学传感器的结构。

图8a和图8b示出根据第五实施例的光学传感器的结构。

图9示出使用根据一些实施例的光学传感器来测量心血管属性的方法。

图10示出使用根据一些实施例的光学传感器来测量心血管属性的另一种方法。

具体实施方式

将参考附图详细地描述各种实施例。在任何可能的情况下，将遍及附图使用相同参考数字来指相同或相似的部分。出于说明性的目的对具体的示例和实现方式进行引用，以及不旨在限定权利要求的保护范围。

在本文中使用术语“心血管属性”作为指代心血管系统的特性的一般术语，所述心血管系统的特性包括但不限于动脉逐拍扩张、脉搏传导时间(ptt)、脉搏波速度(pwv)、动脉僵硬度、心率、心率变异性和血压。

在本文中使用术语“光学测量设备”来指代被配置为被置于与受试者的皮肤处于光学接触以用于进行生物计量的测量的物理装置，诸如能够由受试者穿戴的结构，或在固定装置(例如，家具、运动装备、汽车固定装置等)上的结构。与此相反，术语“光学传感器”通常指被配置为被置于与受试者的皮肤处于光学接触的设备，诸如可穿戴的传感器或能够被置于手指、手腕或其它身体部位上的传感器，或在固定装置上的传感器，以及所述传感器响应于光刺激以及发送由此产生的输出(如用于测量或操作控制)。在本文中使用术语“光学接触”来意指来自光学测量设备的发射光能够进入受试者的皮肤，以及在没有光学干扰的情况下，反向散射光能够从受试者的皮肤进入光学测量设备。因此，可以在光学测量设备与受试者的皮肤之间插入透明结构(例如，如玻璃罩)、中间物质(例如，透明凝胶)，或小的空气隙。

在本文中使用术语“肢体”来指代适合用于进行对心血管属性的测量的手指、手腕、前臂、脚踝、腿部或其它身体部位。

在本文中使用术语“反向散射光”来指代来自一个或多个光源的光，所述光已经由包括动脉的组织通过反射、折射和/或重新发射被重新定向通过了足够由光学测量设备的一个或多个光检测器接收的角度(例如，90度或更大)。

包括常规的光学传感器的常规的光学测量设备已经用于估计包括血压的某些心血管属性。例如，常规的光学传感器可以包括一个或多个发光二极管(led)，以及检测从小的照明区域反向散射的光的光电二极管检测器(pd)，所述小的照明区域有时被称作光点。因为光仅能够穿过人体组织传播例如几毫米的短距离，所以需要将光学传感器置于与皮肤处于光学接触，在其处感兴趣的动脉离皮肤表面是最近的。因此，利用常规的光学传感器，用户可能需要具有先验知识或医学知识，以确定动脉的位置以便精确地放置传感器，或设备可能需要提供反馈以在用户能够使用光学传感器之前，强制用户来调整光学传感器以找到正确的位置。

来自发射光点的、是由动脉、在动脉中的血液粒子和其它组织反射或“反向散射”的光可以由一个或多个光电检测器接收来生成输出信号。输出可以被处理以获得动脉脉搏波形。

常规的光学传感器通常被配置为检测来自具有相对小的横截面面积的点的光，所述相对小是相比于动脉的可能的运动和/或光学传感器相对于动脉的可能的运动(本文中统称为动脉位移)而言的。由于肢体或光学传感器运动可能发生动脉位移，诸如手腕的扭转，手指的弯曲、光学传感器从其初始位置的轻微的旋转或错位，或其任意组合。动脉位移可以范围达到数毫米或更多，以及可能导致在常规的光学传感器的输出中的运动伪影或像差。基于光学传感器的输出的心血管属性测量的精确度可以显著地取决于动脉位移。

例如，图1以曲线图形式示出了常规的光学传感器110的输出强度如何可以随着沿着食指120的圆周的角度而变化。常规的光学传感器110可以检测以及输出来自小的照明区域(或点)的、由动脉或其它组织反射的反向散射光的强度。随着光学传感器围绕食指120的圆周递增地旋转，可以通过测量常规的光学传感器110的输出来获得强度图。

如在曲线图100中示出的，零(0)度旋转对应于被置于食指的顶部的光学传感器110。信号强度曲线105包括分别在大约220度和140度处的窄带内的峰105a和105b。这些窄带对应于在食指120的表面上的位置130，在其处两个动脉可能离传感器110是最近的，以及光散射或吸收是达到最大值的。常规的光学传感器110的输出在这些窄带内达到峰值的后果是，光学传感器围绕手指的小的旋转可能导致在传感器输出中的重大的运动伪影。作为结果，使用检测来自具有相比于可能的动脉位移相对小的横截面面积的点的光的常规的光学传感器来测量心血管属性的光学测量设备通常是不可靠的。虽然在图1中的曲线图100示出了对包括单个光点的惯例光学传感器的测量，但是当常规的光学传感器包括多个光点和相应的传感器时，也可能发生在曲线图100中示出的问题。

各种实施例包括用于在光学测量设备中使用的光学传感器，所述光学传感器被配置为获得对心血管属性的测量。特别是，各种实施例可以包括光学传感器，所述光学传感器被配置为发射具有在其中一个轴与第二通路相比要长的横截面轮廓的光进入受试者的肢体，在本文中所述光被称为“光片(sheetoflight)”，以及接收反向散射光，以及根据所接收的反向散射光来生成输出以用于在测量各种心血管属性时使用。在本文中使用术语“光片”作为对具有不对称的横截面的发射光的速记参考(即，横向于传播方向的一个轴)是较长的，垂直轴也横向于传播方向。在本文中光片的较长轴有时被称作“光片的长度”，而在本文中较短的横向轴有时被称作“光片的宽度”。术语“光片”不旨在来进一步地限制，以及包含具有任意形状的横截面轮廓的发射光，包括椭圆形的、矩形的、三角形的、多边形的等。

通过发射光片，各种实施例使得能够将光学传感器放置在受试者的肢体上，使得光片是被导向近似地垂直于动脉的纵向方向的。如此导向，当应用光学传感器的人不具有关于在肢体中的动脉的位置的先验知识时，光片的长度增加了发射光将照射动脉的可能性。在一些实施例中，可以配置光学传感器使得光片的长度可以与最小值动脉位移、平均动脉位移，或最大动脉位移相比是相等的或较长的，以使尽管存在这样的位移，动脉也可以保持在照明体积内。例如，在一些实施例中，在其中光学传感器被配置为被放置在手指上，光片的长度可以是数毫米(mm)，例如，达到10mm。在一些实施例中，在其中光学传感器被配置为被放置在手腕上，光片的长度可以延伸达到1厘米(cm)或更长。在一些实施例中，光片的宽度可以范围在30微米(μm)至1mm之间不等。例如，在一些实施例中，光片的宽度可以等于光片的长度的百分之二十或更少。

在一些实施例中，可以配置光学传感器以使光片具有横截面，所述横截面具有在肢体(例如，手指、手腕、脚踝等)的圆周上的位置附近延伸达一定范围的旋转度的横向轴，在所述位置处感兴趣的动脉离皮肤是最近的，以及传感器输出的强度达到峰值。在一些实施例中，可以配置光学传感器使得可以发射光片以使横向轴沿着肢体的部分圆周延伸。在一些实施例中，可以配置光学传感器使得光片的横向轴可以围绕肢体的整体圆周延伸。

当放置在肢体上以使发射光的长轴是大致地垂直于动脉的长轴的时，可以配置光学传感器使得光是作为宽但薄的光片来发射的，保证即使动脉和/或光学传感器移位，光能量中的一些光能量也将应用于动脉。在各种实施例中，光学测量设备可以被配置为测量受试者的心血管系统的特性，包括但不限于，动脉扩张、脉搏传导时间(ptt)、脉搏波速度(pwv)、动脉僵硬度、心率、心率变异性和血压。

各种实施例可以提供光学测量设备，所述光学测量设备能够以最小化或避免来自动脉位移的伪影的方式来提供对心血管属性的测量。因此，可以在不要求关于动脉的位置的精确知识的情况下将各种实施例的光学测量设备置于受试者上。

图2以曲线图形式示出了实施例光学传感器如何可以通过指导光片跨越感兴趣的动脉来对运动伪影进行补偿。图2类似于图1的曲线图100，其是常规的光学传感器的信号强度曲线105。

然而，图2示出了通过指导光片跨越感兴趣的动脉，实施例光学传感器可以接收反向散射光以及生成输出，在所述输出中所接收的光片反向散射的信号强度是跨越光片的长度来整合的。可以配置光片以使光横截面的长轴在食指或其它肢体的圆周附近近似地延伸40度。因此，即使随着光学传感器围绕食指旋转，光学传感器也可以继续接收由动脉来反射光片的一部分光片造成的反向散射光。此外，通过采用发出和接收光片的反向散射的实施例光学传感器，可以在不具有关于患者的动脉的位置的精确的或任何知识的情况下将光学传感器置于患者上。例如，在一些实施例中，光学传感器可以被整合到可穿戴光学测量设备中，诸如手表、医疗贴片、腕带、智能服装等。虽然用户可能不知道动脉的位置，但是用户知道光学传感器(例如，手表)佩戴在他们的手腕上可能是足够的，避免对于要求用以通知用户关于光学传感器(例如，手表)在身体上的正确安置的指导性文件的需要。

图3a根据一些实施例，示出了包括光学传感器310的光学测量设备300的示例性组件。光学测量设备300可以包括光学传感器310、处理器320、存储器322、耦合到天线332的射频(rf)处理器330和电源340。

光学传感器310可以包括耦合到一个或多个发送光导314的一个或多个光源312，所述发送光导314被配置为将来自一个或多个光源的光指导到光片中。在一些实施例中，一个或多个光源312可以将光注入到一个或多个发送光导314中，所述发送光导314指导光自发送光导314离开作为朝向受试者的肢体的光片。在各种实施例中，一个或多个发送光导314可以包括用于将来自一个或多个光源312的光指导到光片中的各种光学转向特征，包括而不是限制，如参考图4a-图8b更详细地描述的，光学转向小平面、折射率结构、体积全息图，和/或衍射表面浮雕元件。

光学传感器310可以进一步包括一个或多个光检测器316，其被配置为接收反向散射光以及生成与所接收的反向散射光成比例的输出。如所描述的，来自光片的能量可以由动脉和在动脉中的血液粒子，以及动脉周围的组织进行反向散射。因此，由一个或多个光检测器316生成的输出可以基于可以用于测量各种心血管属性的反向散射光的强度来提供对动脉和动脉周围的组织的光吸收的测量。

在一些实施例中，可以将一个或多个光检测器316布置在或沿着一个或多个发送光导314的一侧或两侧来接收反向散射光。在一些实施例中，可以将一个或多个光检测器316整合在一个或多个发送光导314自身之内。在包括多个光检测器的实施例中，各自的检测器316的输出可以被结合、平均或单独地使用以识别最大值或最小值，以便根据接收的反向散射光来确定不同的特性或测量。在一些实施例中，一个或多个光检测器316中的每一个光检测器316可以被耦合到一个或多个接收光导318，所述接收光导318被配置为收集沿着肢体的圆周的反向散射光，以及指导所收集的光朝向一个或多个光检测器。在一些实施例中，一个或多个光检测器316可以是光电二极管检测器。

光学传感器310可以被耦合到处理器320，以使处理器接收一个或多个光检测器316的输出。在一些实施例中，处理器320可以是特定地适用于执行针对光学测量设备300的各种功能的专用硬件。在一些实施例中，处理器320可以是或包括可以利用处理器可执行指令来编程的可编程处理单元321。在一些实施例中，处理器320可以是能够通过软件指令配置为执行光学测量设备300的各种功能的可编程的微处理器、微计算机或多处理器芯片或多芯片。在一些实施例中，处理器320可以是专用硬件和可编程处理单元321的组合。

在一些实施例中，存储器322可以存储处理器可执行指令和/或来自光学传感器310的输出。在一些实施例中，存储器322可以是易失性存储器、非易失性存储器(例如，闪存)或其组合。在一些实施例中，存储器322可以包括被包含在处理器320中的内部存储器，在处理器320之外的存储器或其组合。

在一些实施例中，处理器320可以被耦合到一个或多个光源312，一个或多个光检测器316或其任意组合。在一些实施例中，处理器320可以被配置为选择性地控制何时激活(例如，开启和关闭)一个或多个光源312和光检测器316。在一些实施例中，处理器320可以独立地控制一个或多个光源312和光检测器316。例如，在一些实施例中，处理器320可以控制对一个或多个光源312和检测器316的激活，使得可能存在一个或多个光源312何时被激活与光检测器316何时被激活之间的时间延迟。

在一些实施例中，处理器320可以被进一步配置为接收和处理一个或多个光检测器316的输出。例如，处理器320可以被配置为分析光检测器316的输出，以及产生对一个或多个心血管属性的测量。

在一些实施例中，处理器320可以被配置为基于光学传感器310的输出来估计一个或多个心血管属性。例如，通过将两个光学传感器310a、310b包括在手指套内，处理器320可能能够测量在两个光学传感器位置之间的脉搏传导时间(ptt)。在知道在两个光学传感器位置之间的距离的情况下，处理器320还可能能够基于ptt测量来计算脉搏波速度(pwv)。

在一些实施例中，处理器320可以被耦合到rf处理器330，以便经由天线332将传感器输出和/或所测量的心血管属性传送给远程计算设备(未示出)，用于通过显示器或其它输出设备来展示。rf处理器330可以是仅发送或双向的收发机处理器。例如，rf处理器330可以包括用于发送和/或接收信号的单个收发机芯片，或多个收发机芯片的组合。rf处理器330可以在若干射频频带中的一个或多个射频频带中操作，这取决于支持的通信的类型。

处理器320可以被配置为向远程计算设备(未示出)发送所测量的或所计算的信息用于记录或显示，诸如心血管属性的所测量的值，或来自光学传感器310的输出。这样的远程计算设备可以是各种计算设备中的任何计算设备，包括但不限于在至少装备有用以与rf处理器330进行通信的处理器和通信资源的智能服装、蜂窝电话、智能电话、联网板、平板电脑、具有互联网功能的蜂窝电话、具有无线局域网(wlan)功能的电子设备、膝上型计算机、专用健康护理电子设备、个人计算机和类似的电子设备中的处理器。所测量的和/或所计算的信息可以是在无线链路上使用或其它无线通信协议来从光学测量设备300发送给远程计算设备的。

光学测量设备300的光学传感器310、处理器320、rf处理器330和任意其它电子组件可以是通过电源340来供电的。在一些实施例中，电源340可以是电池、太阳能电池，或能量采集电源的其它类型。

在各种实施例中，光学测量设备的组件中的一些或所有组件(例如，310、320、330和340)可以是由背部支架350来支撑的。在一些实施例中，背部支架350可以是利用柔性材料来实现的，以使光学测量设备300可以卷绕或以其它方式符合受试者的诸如手指、手腕或其它肢体的表面。在一些实施例中，背部支架350可以是刚性的。在一些实施例中，背部支架350可以提供在光学测量设备300中的一个部分中的柔韧性，而设备的剩下的部分具有刚性结构。在一些实施例中，光学传感器310或其任意组件(例如，一个或多个光源312、一个或多个发送光导314，和/或一个或多个光检测器316)可以被配置为是柔性的。例如，在一些实施例中，可以将光学传感器310或其任意组件嵌入在弹性体中。

在一些实施例中，光学测量设备300可以以贴片、手指套、手腕臂带、指环、手表表带、手表后壳和/或其它形式的服装(即，包括光学测量设备300的实施例的服装)的形式来配置或被并入到上述项中。然而，各种实施例不受限于由受试者直接地佩戴的实现方式，以及可以包括将光学传感器靠着受试者的皮肤来放置的配置。例如，在一些实施例中，光学测量设备300可以被并入在汽车、火车、飞机或其它交通工具中的安全带、方向盘、扶手、座位和其它结构中，以及被配置使得光学传感器发生与受试者的皮肤处于光学接触。作为另一个示例，在一些实施例中，光学测量设备300可以被并入智能家具中，以及被配置使得光学传感器发生与受试者的皮肤处于光学接触。作为进一步的示例，在一些实施例中，光学测量设备300可以被并入运动装备中，诸如头盔、球拍手柄、腕带或头带、鞋、袜、把手等，以及被配置使得光学传感器发生与受试者的皮肤处于光学接触。

图3b根据一些实施例，示出了光学测量设备300的侧视图。如所示出的，光学传感器310可以粘附于背部支架350，所述背部支架350是以贴片的形式来配置的。当贴片被应用于受试者的肢体的皮肤表面时，可以通过处理器(例如，320)来控制光学传感器310以指导(通过箭头示出的)光片进入受试者的肢体，以及以接收和生成来自反向散射光的输出，用于在测量各种心血管属性时使用。

图3c根据适合于部署在受试者的手指上的实施例，示出了光学测量设备300。虽然其它实施例可能包括较少或较多的传感器，但是在图3c中示出的实施例中，光学测量设备300包括两个光学传感器310a、310b(统称310)，所述光学传感器被布置在以手指套的形式的背部支架350的内表面。光学传感器310可以通过柔性的有线的连接362和364被耦合到处理器320，以适应当应用时和在佩戴时的在手指套中的弯曲。

图4a和图4b示出了用于布置光学传感器310的一个或多个光源312、一个或多个发送光导314、一个或多个光检测器316和一个或多个接收光导318的第一实施例。特别是，图4a示出了指向肢体的表面的光学传感器310的底视图。图4b是光学传感器310的横截面视图。

如在这些附图中所示出的，光学传感器310可以包括耦合到一个或多个发送光导314的一个或多个光源312，以及耦合到一个或多个接收光导318的一个或多个光检测器316。这些组件可以是支撑在可以用作在一个或多个光源与光检测组件之间的挡光片的柔性基板430上的。

在一些实施例中，一个或多个光源312可以是生成特定波长的光的发光二极管(led)。例如，led可以生成具有与绿色光对应的波长的可见光。在一些实施例中，一个或多个光源312可以是或包括激光。例如，激光光源可以是生成具有在红外线(ir)区域中的波长的光束的垂直腔表面发射激光器(vcsel)。在一些实施例中，一个或多个光源312可以包括指导来自任意其它适合的光源的光的光纤。

一个或多个光源312将光注入到一个或多个发送光导314中。在一些实施例中，来自一个或多个光源312的光是通过用于将光注入到一个或多个发送光导314中的光耦合器或其它光学结构来发送的。随着来自一个或多个光源312的光传播跨越一个或多个发送光导314，布置在一个或多个光导314内的光学转向特征414可以指导光自一个或多个发送光导314离开作为统一的光片，所述统一的光片将在将光学传感器310被放置在肢体上时被指向受试者的肢体的部分圆周。一个或多个发送光导314可以被放置以及被配置在光学传感器310内，以使当将光学传感器310被放置在受试者的肢体上时，光片的长度是被导向垂直于动脉的纵向方向的，以及沿着肢体的部分圆周延伸。

由动脉、动脉内的血液粒子和周围组织反向散射的光可以是由一个或多个接收光导318来收集的。随着一个或多个接收光导318收集沿着在其上发射光片的肢体的圆周的反向散射光，布置在接收光导318内的光学转向特征414可以指导所收集的光朝向一个或多个光检测器316。一个或多个光检测器316检测沿着肢体的圆周收集的反向散射光，以及生成输出信号，或如参考图3a所描述的生成传送给处理器320以用于处理的信号。

如在图4a和图4b中示出的，一个或多个光检测器316以及一个或多个接收光导318的光学转向特征414可以是相对于一个或多个发送光导314的光学转向特征414的方向偏移顺时针方向90度的。

在一些实施例中，发送光导的光学转向特征414和接收光导的光学转向特征414可以分别被实现为光学转向小平面的阵列。在一些实施例中，光学转向小平面可以均具有诸如v型槽的对称的形状。在一些实施例中，光学转向小平面可以均具有诸如锯齿的非对称的形状。光学转向小平面可以均包括相对于波导的平面的表面呈约45度角的、至约2至20微米的深度的侧壁。在一些实施例中，在各自的转向小平面之间的距离可以例如范围在近似地10至100微米之间不等。在一些实施例中，在各自的转向小平面之间的距离可以随着一个或多个发送光导314从一个或多个光源远离的长度而增加，以便提供更统一的发射强度输出。

在一些实施例中，一个或多个发送光导314的光学转向特征414以及一个或多个接收光导318的光学转向特征414可以被实现为嵌入在各自的光导314、光导318内的用于将光耦合进入以及离开光导的折射率结构。例如，这样的结构可以包括那些在本领域已知的用于实现布拉格(bragg)滤波器或实施全息光学元件的结构。在一些实施例中，折射率结构可以被包括以及被配置为补足在一个或多个发送光导314和/或一个或多个接收光导318中的小平面和/或v型槽。

在一些实施例中，发送光导314的光学转向特征414和接收光导318的光学转向特征414可以被实现为体积全息图和/或衍射表面浮雕元件或光栅。在一些实施例中，发送光导314的光学转向特征414和接收光导318的光学转向特征414可以包括不同类型的光学转向特征414中的两个或更多个光学转向特征414的各种组合，所述不同类型的光学转向特征414包括那些上文论述的那些。

在一些实施例中，一个或多个发送光导314和一个或多个接收光导318可以被实现为诸如丙烯酸和聚碳酸酯材料的透明材料的光学平面波导。

在一些实施例中，一个或多个发送光导314、一个或多个接收光导318、或两者可以装备有一个或多个透镜(在图4a和图4b中未示出)。例如，发送光导314可以被配置具有一个或多个透镜来以目标焦深和/或光束大小来聚焦光片。在一些实施例中，透镜可以被配置为将从发送光导314发射的光片聚焦朝向对应于感兴趣的动脉的预期位置的焦深。在一些实施例中，透镜可以被配置为聚焦光片以具有在平行于动脉的纵向方向上的目标宽度。接收光导318可以装备有透镜，以将反向散射光聚焦朝向接收光导318。

在一些实施例中，透镜可以包括一个或多个固定的透镜，诸如柱面透镜。在一些实施例中，透镜可以包括一个或多个动态的透镜，所述动态的透镜可以被配置为提供对从光学传感器发射的光片的方向(例如，左或右)和/或深度的可变的控制。在一些实施例中，动态的透镜可以是通过处理器和/或专用硬件可控制的。在其它实施例中，动态的透镜可以被配置为在压电环中的弹性体透镜，所述动态的透镜还可以被实现为可变形的反射设备。在一些实施例中，动态的透镜可以是使用液体水晶、相位元件来实现的。

图5a和图5b示出了用于布置光学传感器310的一个或多个光源312、一个或多个发送光导314、一个或多个光检测器316和一个或多个接收光导318的第二实施例。图5a示出了指向肢体的表面的光学传感器310的底视图。图5b是光学传感器310的横截面视图。如所示出的，光学传感器310可以包括耦合到一个或多个发送光导314的一个或多个光源312、耦合到第一接收光导318a的第一光检测器316a，以及可选择地耦合到第二接收光导318b的第二光检测器316b。这些组件可以是支撑在柔性基板430上的，所述柔性基板430可以用作在一个或多个光源与光检测组件之间的挡光片。

在图5a和图5b中示出的实施例与在图4a和图4b中示出的实施例不同，在图5a和图5b中一个或多个光检测器316a、第二接收光导318b和光学转向特征414可以是被导向平行于一个或多个发送光导314和光学转向特征414的方向的。该平行的配置可以促进在光学传感器的信噪比中的改善，以及可以使得光发射器和光检测器两者能够被安装在相同的平面结构上。

在图5a和图5b中示出的实施例可以可选择地包括第二光检测器316b和具有光学转向特征414的第二接收光导318b。该可选择的配置可以促进对在发射的光片的任意一侧的反向散射光的检测。各自的光检测器316a、316b的输出可以被结合、平均或使用以识别最大值或最小值，以便于获得与所接收的光片反向散射相对应的输出。

图6示出了用于布置光学传感器310的一个或多个光源312、一个或多个发送光导314、单个光检测器316和一个或多个接收光导318的第三实施例。在图6中示出的光学传感器310的第三实施例与在图5a和图5b中示出的第二实施例不同，在图6中由接收光导318a和318b收集的反向散射光可以是指向单个光检测器316的。例如，图6示出了指向肢体的表面的光学传感器310的底视图。如所示出的，光学传感器310可以包括耦合到一个或多个发送光导314的一个或多个光源312，以及耦合到两个接收光导318a、318b的单个光检测器316。这些组件可以是支撑在柔性基板430上的，所述柔性基板430可以用作在一个或多个光源与光检测组件之间的挡光片。

接收光导318a、318b和各自的光学转向特征414可以是被导向平行于发送光导314和发送光导314的光学转向特征414的方向的。

单个光检测器316可以接收沿着肢体的部分圆周收集的反向散射光以及生成输出，可以使用来自接收光导318a、318b两者的反向散射光从所述输出获得包含动脉的脉搏波形的信号。因此，两个(或更多个)接收光导318a、318b可以被配置为结合接收的光，以及指导这样的光到单个光检测器316上。输出可以被传送给处理器(例如，图3a的320)。

图7a和图7b示出了用于布置光学传感器310的一个或多个光源312、一个或多个发送光导314、一个或多个光检测器316和一个或多个接收光导318的第四实施例。图7a和图7b分别示出了光学传感器310的顶视图和横截面视图。

一个或多个光源312可以将光注入到具有能够漫射光的光学介质的一个或多个发送光导314中。随着来自一个或多个光源312的光传播通过发送光导314，光学介质将光漫射到朝向肢体的部分圆周发射的光片中。光片的长度可以是被导向垂直于动脉的纵向方向的，以及沿着肢体的部分圆周延伸。

一个或多个发送光导314可以被配置作为三棱镜，通过所述三棱镜在棱镜的顶点处注入光以及从棱镜的矩形基部发射光片。光片的横截面的长轴的长度可以等于棱镜的矩形基部的长度。

一个或多个光检测器316可以接收沿着肢体的部分圆周收集的反向散射光以及生成输出，如参考图3a所描述的，所述输出可以被传送给处理器320以用于处理。

图8a和图8b示出了用于布置光学传感器310的一个或多个光源312、一个或多个发送光导314、两个或更多个光检测器316和一个或多个接收光导318的第一实施例。特别是，图8a示出了指向肢体的表面的光学传感器310的底视图。图8b是光学传感器310的横截面视图。如在这些附图中所示出的，光学传感器310可以包括耦合到一个或多个发送光导314的一个或多个光源312，以及两个或更多个光检测器316a、316b和316c。这些组件可以是支撑在柔性基板430上的，所述柔性基板430可以用作在一个或多个光源与两个或更多个光检测组件之间的挡光片。

光检测器316a、316b和316c可以是沿着一个或多个发送光导314的一侧或两侧来分布的。如所示出的，例如，光检测器316a、316b和316c可以是沿着单个发送光导314的侧边以相等的距离间隔开的。在该配置中，单独的光检测器316a、316b和316c中的每一个光检测器可以接收沿着肢体的部分圆周的反向散射光中的一部分反向散射光以及生成相应的输出。

在其中将多个光检测器316a、316b和316c用于对反向散射光的检测的实现方式中，各自的检测器的输出可以被结合、平均或使用以识别最大值或最小值，以便于获得与沿着部分圆周的长度的反向散射光相对应的整合的输出。在一些实施例中，来自每一个光检测器316a、316b和316c的对应的输出可以被传送给处理器(例如，图3a的320)以生成输出。在一些实施例中，可以采用加法器或其它混合逻辑来将单独的光检测器316a、316b和316c的各自的输出进行结合，以及随后将整合的输出传送给处理器。

图9根据各种实施例，示出了在放置于受试者上的光学测量设备中进行的使用光学传感器用于获得对心血管属性的测量的方法900。

在方块915中，一个或多个发送光导(例如，314)指导来自一个或多个光源(例如，312)的光作为朝向在受试者中的动脉的光片。光片可以具有光片的横截面轮廓，所述光片具有横向于动脉的纵向方向的、比动脉的直径要长的长度。在一些实施例中，发送光导可以被配置为当将光学测量设备部署在受试者的肢体上时，指导光片沿着受试者的肢体的部分圆周。通过指导光沿着肢体的部分圆周，当将光学测量设备置于受试者上时，光片中的一些部分可以照射在其处动脉离肢体的表面是最近的位置，从而排除对在肢体上精确地定位光学测量设备的需要。进一步地，通过指导光片沿着受试者的肢体的部分圆周，不管相对于光学传感器的有限的动脉位移，光学测量设备可以继续获得相对于感兴趣的动脉的光学信息。

在方块920中，一个或多个光检测器(例如，316)接收反向散射光，所述反向散射光是来自从动脉和动脉周围的组织反射出的光片的光。在一些实施例中，一个或多个光检测器(例如，316)接收沿着肢体的部分圆周的、来自对光片进行反射的动脉及周围组织的反向散射光。在一些实施例中，一个或多个光检测器可以被耦合到各自的接收光导，所述接收光导收集沿着肢体的部分圆周的反向散射光，以及指导所收集的反向散射光朝向各自的光检测器。

在方块925中，一个或多个光检测器(例如，316)可以生成与接收的反向散射光的量相对应的输出。例如，一个或多个光检测器316可以被配置为接收反向散射光以及生成与所接收的反向散射光成比例的输出。如所描述的，来自光片的能量可以是由动脉和在动脉中的血液粒子，以及动脉周围的组织，来反向散射的。因此，由一个或多个光检测器316生成的输出可以基于可以用来测量各种心血管属性的反向散射光的强度，来提供对动脉和动脉周围的组织的光吸收的测量。在包括多个光检测器的一些实施例中，各自的检测器的输出可以被结合、平均或单独地使用以识别最大值或最小值，以便于根据接收的反向散射光来确定不同的特性或测量。

图10根据各种实施例，示出了在光学测量设备中进行的使用光学传感器用于获得对心血管属性的测量的方法1000。方法1000可以包括如参考图9所描述的，在方块915-方块925中的操作。

在可选择的方块1010中，处理器(例如，320)可以接收来自一个或多个光检测器的输出，以及基于输出来确定一个或多个心血管属性。在一些实施例中，所生成的输出可以是以具有交流(ac)分量和直流(dc)分量两者的脉搏波形信号的形式的。ac信号分量可以对应于感兴趣的动脉的光学响应，而dc信号分量可以对应于围绕动脉的非动态组织的光学响应。为了获得针对动脉的脉搏波形的ac信号分量，处理器可以通过具有大约0.5赫兹(hz)或较低的截止频率的高通滤波器来处理脉搏波形信号。

作为在可选择的方块1010中的操作中的一部分操作，处理器可以使用来自一个或多个光检测器的输出信号来计算各种心血管属性，诸如动脉扩张、脉搏传导时间(ptt)、脉搏波速度(pwv)、动脉僵硬度、心率、心率变异性和血压，以及针对这样的测量中的一个或多个测量的校准过程。例如，在一些实施例中，处理器可以追踪随着时间的过去在ac信号分量中的改变，以便于确定例如包括动脉的扩张的一个或多个心血管属性。

在一些实施例中，处理器可以根据在两个不同的波长的光的吸收中的差异来确定在血液中的含氧量(spo2)。例如，血液含氧量可以被测量作为在针对两个波长的光的所测量的dc和ac分量的平均值之间的比率(例如，一个波长可以是红色的(例如，660纳米(nm))，以及另一个波长可以是红外的(例如，大约950nm)。

在一些实施例中，光学测量设备可以包括平行于动脉的纵向方向间隔开的至少两个光学传感器(例如，在图3c中示出的)，以测量诸如脉搏传导时间(ptt)的某些心血管属性。在这样的实施例中，在可选择的方块1010中，处理器可以基于在各自的光学传感器位置处检测到的两个脉搏波形的ac信号分量之间的时间移位来计算脉搏波传导时间。例如，处理器可以通过下列项来确定时间移位：(i)对两个脉搏波形的心脏收缩部分进行相关，(ii)找到就在两个脉搏波形的心脏收缩起始之前的最小值，以及然后观测时间差，(iii)找到两个脉搏波形的最大值和最小值，标识在与波形的给定的比率相对应的斜率上的点，以及确定在这两个点之间的时间移位，或(iv)检测波形的高通滤波器版本的零交叉。

在一些实施例中，在可选择的方块1010中，处理器可以通过估计在脉搏之间的时间来计算心率，或通过基于从一个或多个光检测器接收的输出来估计在脉搏序列中的特征周期性来计算心率。

在一些实施例中，在可选择的方块1010中，处理器可以基于与心跳是同步的信号变化来计算血压。例如，在可选择的方块1010中可以通过处理器根据心血管属性的各种组合来计算血压，所述心血管属性是根据从一个或多个光检测器接收的输出来确定的。这样的心血管属性可以包括但不限于动脉扩张。在一些实施例中，脉搏波形的细节还可以是从信号可取回的。这样的细节可以揭示关于反射的信息，以及还可以促进对中心的心血管参数的估计，所述中心的心血管参数可以是大动脉脉搏波速度(pwv)和中心血压。

在方块1015中，处理器可以诸如经由rf处理器(例如，330)和天线(诸如，332)来将在可选择的方块1010中由处理器确定的一个或多个心血管属性发送给另一个计算设备。例如，处理器可以经由诸如蓝牙或wlan的无线信号来将计算的心血管属性测量发送给诸如智能电话的移动设备，用于对操作者的显示。计算设备可以存储、处理和/或显示计算的心血管属性测量。在一些实施例中，在方块925中通过光检测器生成的输出，在方块1015中可以被直接地发送给诸如智能电话的另一个计算设备。在这样的实施例中，计算设备可以根据输出信号来确定一个或多个心血管属性，以实现对在光学传感器中的有限能力的处理器的使用。

本领域技术人员将领会的是，前述方法描述和过程流程图是仅作为说明性示例来提供的，以及不旨在要求或暗示各种实施例的步骤必须以给出的顺序来执行。在前述的实施例方法中的操作可以以任意顺序来执行。进一步地，例如使用冠词“一(a)”、“一个(an)”或“该”的以单数形式对权利要求元素的任何提及不被解释为将元素限制为单数。

与本文中公开的实施例相结合描述的各种说明性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清晰地说明硬件和软件的该可互换性，各种说明性的组件、块、模块、电路和步骤已经在上文中通常依据它们的功能进行了描述。这样的功能是被实现为硬件还是软件，取决于具体的应用和施加于整个系统上的设计约束。熟练的技术人员可以针对每一个特定的应用以变通的方式来实现所描述的功能，但是不应当将这样的实现方式决策解释为引起从保护范围实施例的背离。

用于实现与本文中公开的实施例相结合描述的各种说明性的逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件，可以是利用被设计为执行本文中所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程的逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或其任意组合来实现或执行的。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方式中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与dsp内核结合，或任意其它这样的配置。替代地，一些步骤或方法可以通过特定于给定的功能的电路来执行。

在各种实施例中的功能可以是在硬件、软件、固件或其任意组合中实现的。如果在软件中实现，则功能可以作为一个或多个处理器可执行指令或代码存储在非暂时性计算机可读介质或非暂时性处理器可读介质上。本文中公开的方法或算法的步骤可以是在处理器可执行软件中体现的，所述软件可以存储在非暂时性计算机可读存储介质或非暂时性处理器可读存储介质上。非暂时性计算机可读存储介质或非暂时性处理器可读存储介质可以是可以由计算机或处理器存取的任何存储介质。通过示例而非限制的方式，这样的非暂时性计算机可读介质或非暂时性处理器可读介质可以包括ram、rom、eeprom、闪存存储器、cd-rom或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置设备，或可以用于以指令或数据结构的形式存储期望的程序代码以及可以由计算机存取的任何其它介质。如本文中使用的，磁盘和光盘包括压缩光盘(cd)、激光光盘、光盘、数字通用光盘(dvd)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘利用激光来光学地复制数据。上述内容的组合也被包括在非暂时性计算机可读介质和非暂时性处理器可读介质的保护范围内。另外地，方法或算法的操作可以作为代码和/或指令的一种或任意组合或集合存在于非暂时性处理器可读介质和/或计算机可读介质上，所述非暂时性处理器可读介质和/或计算机可读介质可以被并入计算机程序产品中。

提供所公开的实施例的在先的描述，以使得任何本领域技术人员能够实现或使用本权利要求。对于本领域技术人员而言，对这些实施例的各种修改将是显而易见的，以及本文中定义的一般原则可以应用于其它实施例而不背离权利要求的保护范围。因此，权利要求不旨在受限于本文中示出的实施例，而是符合与本文中公开的权利要求和原则和新颖的特征相一致的最宽泛的保护范围。