使用光谱从皮肤和组织进行光学响应测量的制作方法

本发明一般涉及光谱，并且更特别地涉及使用光学光谱测量皮肤和组织中的生理参数。

背景技术：

光谱涉及对在物质与电磁辐射相互作用或发射电磁辐射时产生的光谱的测量。组织的漫射光反射光谱的透射涉及使用照射源和使用检测器来照射组织，以捕获来自被照射的组织的光。在漫射光反射光谱的情况下，在检测器处捕获来自组织的反射光，而透射光谱涉及在检测器处捕获透射通过组织的光。

照明光源基于光源的部件以及皮肤和组织的特性穿透皮肤和下面的组织，并且由检测器捕获作为反射光、散射光和透射光的组合，该组合可以揭示皮肤、下面的组织、血管等的属性。照射源和/或检测器可以被植入皮肤下、被制成接触皮肤或被紧密接近皮肤放置。例如，集成的小检测器可以被放置在照射源的已知附近。在另一示例中，集成的小检测器和照射源可以被并入可穿戴装置中，诸如贴片、手环或腕表。在又另一个示例中，集成的小检测器和照射源可以被并入植入的医疗装置中，诸如起搏器或原位葡萄糖测试仪。

技术实现要素：

测量皮肤和组织中的不同生理参数通常需要基于不同技术的若干装置。例如，可以光学地测量或使用ecg测量心率，光学地测量血氧，使用基于袖带的压力感测来测量血压，使用生物阻抗分析或尿液条测量水合和体脂肪。当今可用的可穿戴保健装置分为若干类别，这些类别中例如有基于光学测量的和基于电阻抗测量的。第一类可穿戴物通常使用1至8个离散波长来测量参数，如脉搏率、脉搏率可变性、氧合等。第二类可穿戴物通常使用几个电接触点来测量阻抗，用于心电图、水合、体脂肪等测量。这些可穿戴物用于临床和非临床环境，并且可以在诸如智能手表、手环、贴片、夹扣之类的若干形式因素中找到。

皮肤组织的漫射光反射光谱或透射光谱包括利用光源照射皮肤并且使用合适的检测器来捕获光、在反射光谱的情况下捕获反射光、在透射光谱的情况下捕获透射光、或其组合。射到皮肤表面上的光穿透皮肤，可选地穿透皮肤下面的组织，并且然后根据皮肤和/或组织特性散射。穿透的程度取决于光源中的波长分量和皮肤特性。因此，由检测器捕获的光是由被照射的皮肤、下面的组织及其组份(诸如层、组织、血管等)反射、散射和透射的光的混合。这些组份可以是组织的一部分，或者可以是植入皮肤下的人工部件，诸如生物感测纤维，其在组织内存在其它物质的情况下改变它们的光学特性或响应。光与皮肤下和皮肤内的不同组份的这种相互作用受到其生理状态的影响。例如，光与血管中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白不同地相互作用。该差别可以用于测量血氧水平，这是血氧定量中常用的原理。

用于提取身体参数的光学测量允许开发非侵入解决方案。一些示例是可测量的身体参数(直接或间接地)，是血液和组织中的氧饱和度、肌肉中的乳酸盐、诸如o2和co的血液气体、组织水合水平、体脂肪度百分比、心率、血压等。测量这些参数与临床程序和监测、一般健康和状况监测、用于研究和开发目的的数据收集(例如药物开发的临床试验、涉及大量群体的学习)相关。它不仅在人的情况下是相关的，而且在动物的情况下也是相关的，动物诸如是宠物、例如狗以及牛、例如奶牛。目前使用的基于光学技术的装置具有一些限制：

现有的光学测量解决方案可能限于仅测量少数参数，诸如心率和血氧，并且准确度可能不被认为是临床级的，因为用于提取特征的方法，例如使用2个波长来提取spo2，易受被测样本中的其他元素的影响，例如高铁血红蛋白。(例如，参见下面的图7)此外，它们不具备灵活性并且不是永不过时的。必须针对特定的光学响应来选择部件，所述特定的光学响应特定于待测量的参数，并且这些装置不能支持新的参数或现有参数的新测量原理。

皮肤的漫射光谱可以通过在从手持式到台式的不同形式因素中可用的实验室设备来实现。该实验室设备需要受过训练的人员来使用。结果，诊断或监测只能在特定的环境中进行，诸如有受过训练的人员操作该实验室设备的医院或诊所。这又限制了可以测量一个或多个重要参数的范围、频率和持续时间。通过研究已经良好证实若干身体参数，例如水合、氧合和总血红蛋白可以随时间变化，并且出于临床以及非临床目的，频繁地或连续地监测这些参数可能是重要的。利用当前可用的装置，这样的诊断变得非常昂贵并且受限于医院或健康护理环境，这是因为设备昂贵、不可移动并且仅意图用于专业使用。

至少部分地由于小型化光谱仪的不可用性，皮肤组织的漫射光谱通常基于实验室测试，实验室测试通常在医院环境中使用具有用于探测身体的探测系统的台式设备来执行。由于小型化光谱仪的不可用性，发明人没有意识到将光谱整合在可穿戴物置中，尤其是贴片中的解决方案。因此，需要使用与皮肤接触的至少一个小型化的光谱仪来进行至少一个生理皮肤参数的非侵入式测量，以允许漫射光谱。以这种方式获得的测量结果可以用于例如状况监测、健康监测、用于研究和临床试验的数据收集等。

下面公开了一种重量轻、便携、非侵入和非入侵的光谱装置，包括至少一个优选地单片集成的光谱仪，以及至少一个集成光源，光谱仪和集成光源组合在电子衬底上。使用一个或多个光谱仪使得能够实现便携式、轻量、非入侵式和非侵入式装置，每个光谱仪包括单片集成在用于感测来自感兴趣区域的光的传感器上的高光谱滤波器以及用于照射感兴趣区域的至少一个光源。在一些实施例中，该装置可以被配置成使得光谱仪被屏蔽遮挡环境光，而滤波器优选单片集成在传感器上，滤波器可以附接到传感器。

本发明的一个方面公开了一种可穿戴皮肤光学响应测量装置，该装置包括电子衬底，该电子衬底包括照射源和光谱仪，该照射源具有预定范围的光波长并且被配置成当与皮肤接触时将光直接辐照到皮肤中，该光谱仪在光传感器的顶部上具有干涉滤波器，该光谱仪具有与预定范围的光波长适配的感测范围并且被配置成当与皮肤接触时直接捕获从皮肤发射出的光，并且由此光谱仪被定位在照射源的预定距离处，以当在该预定距离处从皮肤发射出光时捕获辐照光。

根据实施例，选择预定距离以适配具有预定波长的辐照光的穿透路径。

根据实施例，该装置包括多个照射源和/或多个光谱仪，由此源和/或光谱仪相对于彼此定位在电子衬底上，以确定皮肤在辐照时的空间光学响应。

根据实施例，光谱仪被配置成提供在至少7个光谱带中所捕获的光的光谱辨别。

根据实施例，该装置还包括宽带照射源，用于在使用时测量取决于宽光谱范围的皮肤参数的光学响应，以及一个窄带照射源，用于在使用时测量取决于窄光谱范围的皮肤参数的光学响应，在此窄光谱范围小于宽带光谱范围。

根据实施例，装置还包括控制单元，其被配置成在连续跟踪模式和偶发跟踪模式之间切换该装置，连续跟踪模式在使用时激活窄带照射源，偶发跟踪模式在使用时激活宽带照射源。

根据实施例，该装置还包括：被配置成至少为照射源和光谱仪供电的电池、被配置成处理光谱仪的结果的处理器、以及被配置成与装置交换信息的通信装置。

根据实施例，该装置还包括被配置成存储光谱仪的结果和/或处理器的结果(如果存在的话)的存储器、被配置成与该装置交互的用户接口、以及用于测量皮肤的非光学响应的传感器配置。

本发明的另一方面公开了一种方法，该方法使用包括彼此相距预定距离的第一组一个或多个照射源和一个或多个光谱仪的装置来测量皮肤的光学响应，并且该方法包括使皮肤与该装置接触，以及使用所述第一组测量皮肤的光学响应。

根据实施例，该装置还包括彼此相距预定距离的第二组照射源和光谱仪，并且该方法还包括使用第二组测量皮肤的另一光学响应并且使用第一测量修改第二测量。

根据实施例，可以设置该方法，使得第一测量被用作置信图像以评估是否测量实际皮肤，并且一旦认可第一测量，则分析实际皮肤的光学响应。

根据实施例，该方法可以被设置成使得从第一测量中提取两个参数，并且一个参数被用作另一参数的参考。

根据实施例，该方法可以被设置成使得第一组放置在皮肤上的参考位置上，并且第二组放置在皮肤上的感兴趣位置上，并且第一测量用作第二测量的参考。

根据实施例，该方法可以被设置成使得光学响应用于使用皮肤上的体内光谱获得一个或多个生理参数。

根据实施例，光学响应用于提取心率、心率变异性、最大耗氧率(vo2)、血氧饱和度(spo2)、血co饱和度(spco)、肌氧饱和度、组织氧合、总血红蛋白指数(thi)、脉搏率(pr)、脉搏率可变性(prv)、组织水合、体脂肪百分比、血压。

附图说明

图1a是根据本发明的光谱装置的实施例的框图的俯视图；

图1b是根据本发明的光谱装置的实施例的框图的侧截面图；

图1c是根据本发明的光谱装置的实施例与皮肤和组织接触的框图的侧截面图；

图2a是根据本发明的光谱装置的另一个实施例的框图的俯视图；

图2b是根据本发明的光谱装置的另一个实施例的框图的俯视图；

图2c是根据本发明的光谱装置的另一个实施例的框图的俯视图；

图2d是根据本发明的光谱装置的另一个实施例的框图的俯视图；

图3a是根据本发明的光谱装置的另一个实施例的框图的俯视图；

图3b是根据本发明的光谱装置的另一个实施例与皮肤和组织接触的框图的侧截面图；

图4a是根据本发明的光谱装置的另一个实施例的框图的俯视图；

图4b是根据本发明的光谱装置的另一个实施例与皮肤和组织接触的框图的侧截面图；

图5是根据本发明的用于将光透射通过皮肤组织的光谱装置的俯视图；

图6是根据本发明的光谱装置的配置的框图；

图7提供了对于还原的血红蛋白(hbr)、氧合血红蛋白(hbo2)、高铁血红蛋白(hbmeth)和碳氧血红蛋白(hbco)的吸光度与光波长之间的代表性关系；

图8a-c描述了具有a)装置的示意俯视图、b)示意横截面和b)当与皮肤接触时装置的效果的实施例；

图9a-d描述了不同的实施例，其中装置包含多于1个光谱仪和/或光源(照射)；

图l0a-b描述了具有a)装置的示意俯视图，以及b)在与皮肤接触时的装置的效果的实施例；

图11a-b描述了具有a)装置的示意俯视图，以及b)在与皮肤接触时的装置的效果的实施例；

图12描述了具有该装置与皮肤接触的效果的实施例，在此光谱仪和光源(照射)被定位用于透射光谱，以及

图13描述了根据实施例的装置的示意构建块；

具体实施方式

图1a、1b及1c显示具有照射源20及光谱仪18的光谱装置16的示例配置。图1a是包含光谱仪18和照射源20的光谱装置16的实施例的框图的俯视图，其中光谱仪18和照射源20彼此相距预定距离。图1b及图1c分别提供光谱装置16的侧截面图和与皮肤及组织接触的光谱装置16的实施例的框图的侧截面图。

图1b示出照射源20和光谱仪18如何延伸超过光谱装置16的表面以实质上接触感兴趣的皮肤区域。如图1b所示，照射源20和光谱仪18被组合在电子衬底22上，该电子衬底可以是印刷电路板、半导体衬底、薄膜衬底和柔性衬底中的一种。图1c提供了当电子衬底22存在于光谱装置16中时，电子衬底如何能够提供光谱仪18和照射源20与皮肤和/或组织的充分接触的示例。来自照射源20的光穿透到皮肤中，并且可选地穿透到下面的组织中，从而将表面留在取决于光的波长和皮肤以及可选地下面的组织的属性的位置处。光谱仪18可以捕获从该位置处的皮肤通过的光。

在示例性实施例中，光谱仪18包括一个或多个互补金属氧化物半导体(cmos)光学传感器，其具有跨越400nm-1100nm范围的集成的基于干涉的(例如法布里-珀罗)带通滤波器，以及包括一个或多个发光二极管(led)的宽带照射源。在一个示例中，一个或多个led涂覆有磷光体从而能够跨全波长范围进行照射。在一个示例中，cmos光学传感器和一个或多个led都可以安装在公共电子衬底22上。在另一个示例中，光谱仪18可以单独使用或与其它元件结合使用，以在光谱装置16的操作期间控制一个或多个led。在另一个示例中，传感器是铟镓砷传感器，其具有900nm-1800nm范围内的光谱范围和光谱滤波器。光谱装置16可以集成到具有不同形式因素的各种装备中，包括但不限于身体可穿戴物，例如手表、手环、贴片、入耳式装置、耳挂式装置、头戴式耳机、鼻夹、戒指、脚镯、纺织品、鞋类、手持式装置、可摄取物(例如智能药丸)、用于内部检查的仪器(如内窥镜尖端)、诸如头带、头盔或头绑带的头部装备、诸如胸部贴片的贴片、诸如听筒或耳塞式耳机的可听设备、以及诸如智能手表、手环和跟踪器的腕戴式物。

光谱装置16可以在一个或多个合适的位置处直接附接到或紧密靠近人或动物的皮肤。另外，光谱装置16可以以不同的方式与感兴趣的皮肤区域接触或接近接触。例如，可以使用粘合剂或绑带以保持贴片或膜紧密接近皮肤。在另一个示例中，贴片或薄膜也可以集成到本身与皮肤紧密接近或接触的装备或服装中，诸如短袜、t恤衫、手套、长袜、内衣、绷带、鞋垫、头部装备、可听设备、腕戴式物和手指佩戴物诸如戒指。该装置还可以包含在易于由皮肤接触的装置中，诸如手持仪器或装置、目镜或眼镜。

在一个示例中，光谱装置16可以提供单次使用和多用途应用。光谱装置16的相对尺寸和成本可以允许其被集成到旨在单次使用的一次性可穿戴物中，并且在其他示例中，相同或类似的光谱装置16还可以被集成以应用在旨在使用相当长的时间段的对象中。

光谱装置16可以提供多个生理参数的同时测量。光谱仪能够在宽光谱范围(例如＞100nm)中以高光谱分辨率(例如＜10nm)收集数据。在一个示例中，可以使用适当的算法得出与影响穿过组织的光的不同生理参数相关联的收集数据。用于得出相关生理参数的算法可以是足以从与皮肤和/或组织相关的化学系统提取信息的任何算法，包括化学计量学算法、多变量分类算法和响应算法中的一种或多种。在一个示例中，不同的参数，诸如心率、血氧、体脂肪、身体水合、血压、肌肉乳酸盐等，可以使用由光谱装置16捕获的特定波长的组合被光学测量。因此，代替使用对于多个参数中的每一个具有不同光学响应的不同装备，可以使用利用小型化光谱仪18的单个光谱装置16来测量多个生理参数。在一个示例中，同时测量多个参数；在另一个示例中，以时分方式测量多个参数。在又另一个示例中，一些参数被同时测量，而其他参数以时分方式被测量。

在一个示例中，光谱装置16的使用可以是简单且无缝的，因为其应用不限于如下医院或诊所：在这些医院或诊所中，光谱装置由受过训练的人员使用。在一个示例中，该装置可以放置在皮肤上并且由受过训练的人员容易地操作。在另一个示例中，可以提供简单且易于遵循的指令，以允许用户将该装置施加到他们自己的皮肤或动物的皮肤上。因此，在一个实施例中，该装置允许以不受特定环境限制的廉价方式收集用于诊断或监测目的数据。

在一个示例中，光谱装置16还可以提供软件和硬件的可升级性。在一个示例中，在光谱装置16可用的波长范围的全部或部分光谱范围上收集的数据可以以装置中可用的分辨率的精细度收集，甚至超过并且不考虑检查区域的哪些参数影响辐照光。因此，在一个示例中，当科学界发现新参数或者人或动物需要测量附加参数时，或者当观察到其他波长提供更准确或稳定的数据时，原始数据已经可用，并且在一个示例中，可以实现相对容易的软件改变/升级。在一个实施例中，可以用升级的或增强的化学计量学算法再次分析数据集，从而避免从感兴趣的皮肤区域重新获取数据的开销。在另一个实施例中，光谱装置16被配置成与收集输出波长同时地应用升级的或增强的化学计量学算法。

这种装置可以包含一个或多个单片集成的光谱仪18和/或一个或多个单片集成的照射源20。在这些实施例中，多部件光谱装置16允许在多个波长范围上从感兴趣的皮肤区域收集空间光谱响应。在一个示例中，波长范围对于一个或多个单片集成的光谱仪中的每一个光谱仪是特定的。在另一示例中，单片集成的光谱仪18中的每一个光谱仪被配置成收集多个选定波长的光谱响应。

图2a提供了具有一个照射源20和在离照射源20逐渐变长的距离处的三个光谱仪18的光谱装置16的实施例的俯视图。在一个示例中，每个光谱仪18位于离照射源20不同的预定距离处。在使用中，该配置允许捕获从皮肤内的不同位置传播的并且可选地从下面的组织传播的返回光的辐照光。图2b提供具有3个照射源的光谱装置16的实施例的俯视图，每个照射源与该光谱仪相距预定距离。在一个示例中，当使用多于一个照射源20时，不同照射源20中的每一个照射源可以具有或不具有不同的波长范围，以利用在皮肤和组织中具有不同穿透深度的不同波长的特性，或观察不同深度处的参数。

图2c提供光谱装置16的实施例的俯视图，该光谱装置具有一个照射源20与位于照射源周围与照射源20相距预定距离的4个光谱仪18的组合。图2d提供了光谱装置16的实施例的俯视图，其具有一个光谱仪18与散布在光谱仪18周围的4个照射源20的组合，其中照射源中的每一个照射源20位于距光谱仪18的预定距离处。在一个示例中，该配置允许从皮肤获得空间光学响应。当装置在感兴趣区域上未被精确对准时，例如通过平均掉所有数据，或者通过以时分方式启用不同的照射源20，从而允许检查数据以得到正确的、作为目标的或预期的响应，该配置还可以用于提供更稳定的数据。

图3a提供了光谱装置16的实施例的俯视图，该光谱装置具有一个照射源20和位于距其不同预定距离处的两个光谱仪18。图3b提供了光谱装置16的另一个实施例的侧截面图，示出与皮肤接触的光谱装置16的示例。在该示例中，由照射源20辐照的光可以在不同深度处反射，其中反射光在不同位置处离开皮肤表面。在相对于照射源18的特定位置处的不同光谱仪18可以收集来自组织中特定深度的反射光。

图4a提供了具有一个光谱仪和两个位于离光谱仪不同预定距离处的照射源20的光谱装置16的实施例的俯视图。图4b提供了光谱装置16的另一个实施例的侧截面图，示出与皮肤接触的光谱装置16的示例。在该示例中，由照射源20辐照的光将反射，并且该光的一部分被光谱仪18捕获。当从不同照射源20收集捕获的光时，收集的数据提供皮肤在照射源20的波长范围上的空间响应。在一个示例中，照射源20可以被配置成提供在相同或不同波长范围上的照射。

在上述示例中的每一个示例中，光谱可以包括反射光谱，以及透射光谱，如图5中所示。在一个示例中，所描述的用于放置光谱仪18和照射源20的配置也适用于透射光谱。在一个示例中，当所期望的光谱为透射光谱时，光谱仪18和照射源20在操作期间不需要位于同一平面上。在透射光谱的情况下，光谱仪18和照射源20应当在相对侧上，使得来自被测量的身体部分(例如指尖、耳垂、鼻子等)的组织的至少一部分在光谱仪18和照射源20之间。图5提供包含一个单片集成的照射源20和一个单片集成的光谱仪18的装置的效果。在一个示例中，光谱装置16被包含在环形装备中，由此光谱仪18和照射源20不在同一平面中，例如彼此面对。在一个示例中，该配置提供了测量透射通过身体部位或身体部位的一部分的辐照光。

取代只使用单个光谱装置16，可以使用一个以上的光谱装置16，每个光谱装置位于不同的感兴趣位置处。这样的装置网络可以实现在皮肤和/或组织上的多个位置处的同时测量。在一个示例中，多个测量可以用于获得包括时间数据和空间数据的丰富数据，以及通过从一个或多个装置获得基线或参考测量来提高所收集的数据的鲁棒性和准确性。然后，诸如血氧饱和度(spo2)、co饱和度(spco)、组织氧合(sto2)、总血红蛋白指数(thi)、脉搏率(pr)、脉搏率可变性(prv)、组织水合、体脂肪百分比等的测量的参数可以基于从身体上的不同位置获得的测量。在使用中，该装置可以放置在期望的位置，诸如在手臂处，例如在手腕、前臂或上臂处，在手指处，在前额上，在耳垂处，在耳朵中，在头骨上，在胸部上，在背部上，在肌肉上，在伤口上，在腿上，在脚上，在动物皮肤上，在乳房上。

在一个示例中，可以从两个位置获得脂肪和水的测量。来自身体对脂肪敏感的位置的脂肪和来自身体对水更敏感的位置的水。然后，这两个测量可以被组合以得到由经验或历史体脂肪模型支持的更精确的测量。

例如，可以使用两个光谱装置16。在一个示例中，一个光谱装置16被使用在健康组织或对照组织上，而另一个光谱装置16用在感兴趣组织上。来自两个光谱装置16的数据可以被组合以分离两个测量之间的不同的相关参数。例如，通过在对照光谱装置16上测量诸如肤色的标准皮肤参数，并且从另一个光谱装置16的数据中去除标准皮肤参数的嵌入，可以去除这些标准皮肤参数。在另一个应用中，一个光谱装置16被使用在健康愈合伤口上，而另一个光谱装置16被使用在愈合不良的伤口上，从而允许比较健康愈合的伤口和愈合不良的伤口之间的愈合过程。

图6示出光谱装置16的配置的示例性实施例。在一个示例中，光谱装置16可以包括以下部件中的一个或多个。

光谱仪18：一个或多个基于集成装置制造技术的小型化光谱仪和在其顶部上的滤波器。优选地，这些滤波器与传感器(诸如上述cmos传感器)单片集成，或者可以附接到传感器。在一个示例中，这些滤波器可以是基于干涉的滤波器，诸如例如法布里-珀罗滤波器。可以使用其它类型的基于干涉的滤波器，诸如薄膜滤波器或等离子体滤波器。在一个示例中，光谱仪18非常小，使得它可以被集成到可穿戴装备中而没有舒适损失，例如尺寸为3mm×3mm×2mm。

照射源20：一个或多个照射源20可以包含覆盖感兴趣波长的垂直腔表面发射led(vscel)或一个或多个发光二极管(led)。它们还可以包含一个或多个具有磷光体涂层的led，以扩展led的光谱范围。在一个示例中，led可以包含宽带(基于磷光体)led和窄带led的组合。照射源20还可以包括其它光源，诸如小型卤素灯。

在一个示例中，用户接口功能性可以取决于实现该装置的装备的类型。例如，在贴片的情况下，用户接口102可以是按钮、触觉传感器或其他装置，用户可以通过该其他装置向贴片给出输入。用户接口102还可以是监视器、触觉传感器或其他装置，用户可以通过该其他装置从贴片获得反馈。在一个示例中，在智能电话或智能手表的情况下，智能电话或智能手表的常规接口还可以充当通往光谱装置16的接口，以用于向光谱装置16提供输入和/或从光谱装置16接收数据和反馈。

存储器110：可以包括存储器110以存储收集的数据和/或指令。根据其中实现一个或多个光谱装置16的装备的类型，存储器可以专用于光谱装置16或者与装备(例如智能电话)的其他功能共享。在一个实施例中，存储器110可以包含用于执行化学计量学算法的指令，该化学计量学算法用于得出影响辐照光的一个或多个生理参数。在另一个实施例中，存储器存储与光谱仪相关的特定校准参数，诸如例如其照射或光学。在又另一个实施例中，存储器本地存储用户的特定生物特征数据。存储器可以是任何类型的，包括但不限于易失性存储器、非易失性存储器等。

通信装置100：在一个示例中，通信装置100可以用于与外围装置交换数据。根据外围装置，通信装置100可以专用于光谱装置16或者与诸如智能电话的装备的其它功能共享。

电池112：在一个示例中，可以包括一个或多个电池112以向光谱装置16供电。取决于预期的外围装置，电池112可以是专用的或共享的。电池112可以是一次性可充电或可再充电的。在一个示例中，当电池112是可再充电的时，其可以无线地或通过有线连接来充电。在一个示例中，当光谱装置16由电缆接口供电时，可以不需要集成电池。

处理器106：在一个示例中，处理器106处理和管理从光谱仪18获取的数据的收集。根据终端外围装置，处理器可以是专用的或共享的。

其他传感器104：除了包含照射源和光谱仪的光学传感器网络之外，可以存在其他传感器104。这种其它传感器的示例包括ekg传感器、惯性测量单元(imu)、电阻抗传感器或能够用于获得其它传感信息以与所收集的光谱数据相关或对所收集的光谱数据进行补充的任何其它传感器。

控制单元108：在一个示例中，控制单元108控制光谱装置16的一个或多个部件。在一个示例中，这也可以包含人工智能，以便连续地使该装置适应所获得的数据的改进的质量、改进的操作或降低的功耗。

通过控制和周期性暂停光谱装置16，可以实现低功率便携式解决方案，其可以用于长期或连续的监测或数据收集。在一个实施例中，光谱装置16可以被配置成在低功率模式下辐照窄带光。在该示例中，辐照的能量仅存在于该窄带波长中，并且可以以能量高效的方式用于探测感兴趣的皮肤区域。由于低功耗，这样的测量可以用于提供对皮肤或组织的长期和/或连续监测。在一个示例中，随时间记录光谱数据以获得时变响应。在另一个示例中，一个或多个窄带范围可以用于心率或spo2测量。在一个示例中，光谱装置16可以被配置成在较高功率模式下在宽带内辐照光。在该示例中，辐照的能量因此在更宽的波长范围上展开。由于功耗原因，这种测量可能是偶发的和/或在时间上受限的。在一个示例中，光谱装置16可以在这种连续监测模式和偶发监测模式之间切换。例如，当如进一步讨论的获得皮肤的置信图像时，可以使用偶发模式。

在一个示例中，所测量的数据从光谱装置16无线地传输，从而允许该装置是移动的和可穿戴的。在另一个实施例中，由装置测量的数据可以被实时地传递。在另一个实施例中，可以根据请求或基于占空比来传递数据。在一个示例中，数据可以在装置上本地存储在存储器中。

光谱装置16可以集成到具有数据处理能力的可穿戴装备中，诸如智能电话或智能手表。诸如贴片和标签的装备可以无线地连接到专用接收器，该专用接收器进一步能够存储和处理所收集的数据。在一个示例中，装备可以是独立的或者连接到公共或私有信息和/或数据共享网络。在一个示例中，装备可以被配置成提供必要的用户接口，以便操作一个或多个光谱装置16。

在一个示例中，其他传感器类型可以被添加到光谱装置16以提高数据的质量。例如，可以添加ecg传感器以将ecg数据与光学数据相关。例如，可以添加加速度计以将运动与光谱数据相关，并且有助于忽略无效数据，或者针对运动伪影校正所捕获的数据。光谱装置16还可以包含用于控制光谱装置16的操作的软件，诸如选择测量模式和/或选择在辐照步骤期间要测量哪些参数。

在测量和分析水的分光光度参数(诸如水合)的示例中，一种方法包括将光谱装置16定位在皮肤上，捕获辐照光，使用第一测量作为置信图像来评估是否测量了实际皮肤，并且一旦第一测量被认可，则分析所收集的光学数据。在一个示例中，第一步骤可以是解释该收集的光学/光谱数据以创建置信图像。在一个示例中，通过解释黑色素含量来测量活皮肤样本。在另一个示例中，分析皮肤和/或组织以确定是否存在血液特征。在再一个示例中，在具有足够分辨率和质量的光谱可用的情况下，可以分析光谱的特征，诸如其导数。在再一个示例中，例如在接触不良、背景光过多、传感器未接触到人或装置损坏的情况下，可以确定测量是否无效。在一个示例中，在置信度评估之后，可以从获得的光谱数据提取特征或进行另一测量。例如，可以提取脂肪度水平。在一个示例中，脂肪和水特征干涉900nm和1000nm之间的光谱，并且皮肤中读取的水位由皮下脂肪的量来调节。因此，可以从光谱中提取脂肪度水平的指示。在不同距离处使用若干照射源20，可以提取不同的穿透深度，这可以帮助提取一定量的皮下脂肪。在一个示例中，通过考虑脂肪的量，可以从相同的光谱中提取水百分比或水合的指示。

在使用相同类型的光谱测量的另一个示例中，可以提取诸如总血红蛋白水平的血液参数，并且可以测量血液中的并非不稳定的氧或水的量。在一个示例中，相关测量可以用作对实际水测量的参考，实际水测量可能对皮肤类型或其他非理想因素更敏感。

使用多个光谱仪18和/或多个照射源20，可以收集与皮肤下或组织中的不同深度相关联的数据。在一个示例中，该数据可以用于在测量身体水合时校正像差，诸如汗液。例如，与照射源间隔很近的光谱仪可以检测皮肤表面上的水合，因为它将接收从皮肤表面反射或靠近皮肤表面反射的光。相对于照射更远地间隔开的光谱仪可以检测组织中更深的水合。组合这两个数据可以帮助分离感兴趣的水合的目标部分。

在另一个实施例中，宽带发光装置(led)(例如＞50nm)和窄带发光装置(led)(例如＜50nm)与光谱仪18一起放置在单个装置中以提供混合光谱测量。当宽带led被启用时，可以激发全光谱。光谱仪18可以用于通过测量全光谱(例如水合)来测量某些身体参数。在另一个实施例中，禁用宽带led，并且启用窄带led，例如绿色led或红色led(以测量例如心率)。由于该led是窄带的，因此它可以是更加有效的，因为基本上所有能量集中在窄波长范围内，并且例如不使用低效的磷光体，从而可能引起较低的功耗。因此，受益于全光谱的测量参数可以使用宽带led。在一个示例中，可以以这种方式测量缓慢变化的参数，诸如水含量、高铁血红蛋白、脂肪度。利用窄带led，可以测量需要连续监测的参数，诸如心率。因此，光谱装置16可以根据需要在两种模式之间循环，以优化功耗，如上所述。

在一个示例中，多个身体参数彼此相关。例如，已知一定百分比的身体水分损失，以指示身体温度升高和给定的每分钟心率增加。使用若干类型的传感器，并且使用由可穿戴光谱仪测量的几个参数，可以组合收集的数据以产生更准确或更稳定的读数。在一个示例中，可以创建具有用于诊断目的相关参数的模型。例如，如果没有被其他测量确认，则简单的波动可能与测量的不准确性有关。在另一个使用情况下，与第一类型的参数相关的波动的测量结合另一种类型的参数中的波动可以指示特定的诊断。

因此，一种重量轻、便携、非入侵和非侵入的装置包括至少一个单片集成的光谱仪和至少一个单片集成的光源。通过将单片集成的光谱仪与保健可穿戴物中的滤波器集成，能够使用大量光谱带，通常7个或更多，来获取光谱响应，而不是如在基于多个离散窄带led的现有技术保健可穿戴物中或在使用光学测量的现有技术装置中那样限于少数光谱带。

在一个示例中，可以从所获取的光谱响应中同时提取多个身体参数，从而消除对用于测量不同参数的不同装置的需要。另外，可以提供一次性使用的一次性装置，诸如贴片，以及更昂贵的可重复使用的装置。在一个示例中，收集高光谱分辨率(即，＜10nm)和宽光谱范围的原始数据可以提供可升级性，因为可以重新分析收集的数据，以得出对将来新发现的参数或先前未测量的其他参数的测量。由于跨越多个参数的数据可以相关，因此收集高光谱分辨率和宽光谱范围的原始数据也能够实现更鲁棒的测量。

附加的实施示例包括可穿戴装置，该可穿戴装置包含至少一个光谱仪18随同其照射源20，联接到皮肤，附加了运动传感器。在400nm-1100nm光谱范围内工作的光谱仪18和照射源20从皮肤的光谱吸光度测量spo2，而运动传感器收集佩戴该装置的人或活体受试者的活动。在一个示例中，组合两个数据集以评估在活动或休息期间佩戴该装置的人的生理状态(诸如其呼吸系统、肺中的氧气的气体交换的质量)。因为健康或患病的人通常都能够补充体内的氧气，而患病的人在活动期间将具有例如氧合问题，而健康的人将具有较少的氧合问题或没有氧合问题。在另一个实施例中，将spo2和活动的数据关联以评估生理健康或特别是肺健康，诸如用于copd或哮喘疾病的检测或监测。在再一个实施例中，光谱仪数据和可选的活动数据可以用于睡眠跟踪，以识别或监测睡眠障碍，诸如例如睡眠呼吸暂停。

在还有另一个实施例中，可穿戴装置包含至少一个光谱仪18以及其联接到皮肤的照射源20。工作在400nm-1800nm的光谱范围内的光谱仪18和照射20从皮肤的光谱吸光度测量spo2以及组织水合。在一个示例中，水合测量数据可以用于检测水肿，而spo2可以用于测量佩戴该装置的人的生理状态。在另一个实施例中，这些数据与检测或监测chf(充血性心力衰竭)或其它心血管疾病的治疗状态相关。

在另一个实施例中，可穿戴装置包含至少一个光谱仪18以及其联接到皮肤的照射源20。在400nm-1100nm的光谱范围内操作的光谱仪18和照射源20从光谱响应测量spco，并且还可以测量spo2。在一个示例中，spco数据可以随着时间测量，并且用于跟踪佩戴该装置的人的吸烟模式。在一个示例中，这些数据可以用于帮助人们进行戒烟计划。在另一个示例中，将吸烟者模式用作保险或个人健康评估的度量。在另一个示例中，spco数据可以用于运动健康跟踪和肺的生理能力，或者在强度训练期间被使用。在另一个示例中，spco和spo2被组合并且相关以提供更准确的血氧数据。在另一个示例中，通过例如将与大群受试者相关联的数据与地质位置相关联，收集佩戴该装置的许多受试者的spco数据，以评估特定区域中的污染模式以及这种污染对人血液hbco(碳氧血红蛋白)的影响。这可以通过相关性、数据挖掘或机器学习技术来完成。这些数据还可以结合来自该区域的其他数据，所述其他数据诸如天气条件(例如风、云量、温度)、交通(例如汽车数量、交通堵塞)、用电量(例如作为工业活动的代理)、地质条件(例如山脉或海边)等。

图7示出氧合血红蛋白(hbo2)、还原血红蛋白(hbr)、高铁血红蛋白(hbmeth)和碳氧血红蛋白的吸光度与光波长之间的关系。如图7中所示，不同的氧合血红蛋白形式具有其在不同波长处的吸收的不同光谱特征。类似地，可以针对各种其他皮肤和组织参数示出不同的特征。例如，水具有可以允许与血红蛋白区分的不同的吸收“带”。作为另一个示例，在1720、1750和1770nm三个波长处的不同吸收已经被示出对应于位于显著的水吸收带“之间”的脂质振动带。

图8a、b和c示出具有例如单片集成的照射源和一个光谱仪的配置。图8a给出了这种装置的示意俯视图，在此照射源和光谱仪彼此相距预定距离。图8b给出了该装置的示意横截面图，示出照射源和光谱仪如何延伸超过装置的表面以在使用时接触感兴趣的皮肤区域。如图8b中所示，照射源和光谱仪被组合在电子衬底上，例如印刷电路板、半导体衬底或薄膜衬底。图8c给出了当模块存在于贴片中时模块如何与皮肤接触的效果。由照射源辐照到皮肤中的光传播到皮肤中，可选地传播到下面的组织中，并且在取决于其波长和皮肤参数、可选地取决于下面的组织参数的位置处离开表面。然后，光谱仪捕获在该位置处离开皮肤的光。

实施例的一个示例可以是使用cmos光学传感器构建的光谱仪，该cmos光学传感器具有跨越500nm-1000nm范围的集成的基于干涉的带通滤波器，以及由涂覆有磷光体的led组成的宽带照射，以使得能够在整个波长范围上照射。两个部件可以安装在公共衬底上。光谱仪可以相应控制led以执行测量。用于这种漫射光谱的装置可以集成到具有不同形式因素的若干装备中，诸如身体可穿戴物，诸如手表、手环、贴片、入耳式耳机、耳挂式耳机、头戴式耳机、鼻夹、戒指、脚镯、纺织品、鞋类、手持式装置、可摄取物(例如智能药丸)、用于内部检查的仪器(如内窥镜末端)、诸如头带、头盔或头绑带的头部装备、诸如听筒或耳塞式耳机的可听设备、诸如智能手表、手环或跟踪器的腕戴式物。

这种装置可以在一个或多个合适的位置处直接附接到人或动物的皮肤或与该皮肤紧密接触。可以以不同的方式使该装置与感兴趣的皮肤区域接触。可以存在粘合剂或绑带以保持贴片紧贴皮肤。该贴片也可以集成在与皮肤接触的装备或衣物中，诸如袜子、t恤、手套、内衣、绷带、鞋垫、头部装备、可听设备、腕戴式物、手指佩戴物诸如戒指。该装置还可以包含在易于由皮肤接触的装置中，诸如手持仪器或装置、目镜或眼镜。

该装置可以实现一次和多次使用情况。这种装置的极低尺寸和低成本允许它们被集成到旨在用于一次性使用的可穿戴一次性用品中。另一方面，相同的装置也可以集成在使用相当长时间的装置中。

这样的装置可以优选地提供多个生理参数的同时测量。光谱仪能够在宽光谱范围(例如＞100nm)中以高光谱分辨率(例如＜10nm)收集数据。从这些数据，可以使用适当的化学计量学算法得出与影响穿过组织的光的不同生理参数相关的特征。在文献中已经良好证实，可以使用由光谱仪捕获的特定波长的组合来光学地测量诸如心率、血氧、体脂肪、身体水合、血压、肌肉乳酸盐等的不同参数。因此，代替使用对于不同参数具有不同光学响应的不同装备，基于小型化光谱仪的单个装置可以测量多个参数，优选同时测量。

这种装置的使用是简单且无缝的，因为其应用不限于医院或诊所，在医院或诊所中，该装置由受过训练的人员使用。该装置可以放置在皮肤上并且由受过训练的人员容易地操作。然而，通过简单且易于遵循的指令，人们可以将该装置施用到其自身的皮肤或动物的皮肤上。因此，该装置允许以不受专门环境限制的廉价方式从皮肤收集数据用于诊断或监测目的。

这种装置也是永不过时的。以装置中可用的高分辨率来收集装置可用的波长范围的全部光谱范围上的数据，超过并且不考虑检查区域的哪些参数影响辐照光。因此，在稍后的时刻，如果科学界发现新的参数或者人或动物需要测量附加参数，或者当观察到其他波长提供更准确或稳定的数据时，原始数据已经可用。可以用适当的化学计量学算法再次分析数据集，从而避免从感兴趣的皮肤区域重新获取数据的开销。

这种装置可以包含一个或多个单片集成的光谱仪和/或一个或多个单片集成的照射源。这种多部件装置允许在选定的波长范围内从感兴趣的皮肤区域获得空间响应。

图9a、b、c和d，图10a和b，图11a和b示出多个照射源和/或光谱仪的配置。

图9a示出一个照射源与3个光谱仪的行配置，每个光谱仪在与该照射源相距预定距离处。在使用中，这种配置允许捕获从皮肤内的不同位置、可选地从下面的组织返回的辐照光。图9b示出一个光谱仪与3个照射源的行配置，每个照射源在与该光谱仪相距预定距离处。如果使用一个以上的照射源，则不同的照射源可以具有或不具有不同的波长范围，因为不同的波长在皮肤中具有不同的穿透深度，或观察不同深度处的特征。

图9c示出具有一个照射源与在距该源预定距离处围绕该照射源散布的4个光谱仪的组合的配置。图9d示出具有一个光谱仪与在距该光谱仪的预定距离处围绕光谱仪散布的4个照射源的组合的配置。这种配置允许从皮肤获得空间光学响应。当装置没有在感兴趣的区域上精确对准时，例如通过平均掉所有数据，或者通过逐个地启用不同的照射源并检查数据的正确的、有针对性的或期望的响应，这种配置也可以用于提供更稳定的数据。

图10a示出具有一个照射源和两个处于距照射源不同预定距离处的光谱仪的装置的示意俯视图。图10b给出了当模块存在于贴片中时模块如何与皮肤接触的效果。由照射源辐照的光将在不同深度处反射，在此反射光在不同位置处离开皮肤表面。在相对于照射源的特定位置处的不同光谱仪将拾取来自组织中特定深度的反射光。

图11a示出具有一个光谱仪和两个距该光谱仪不同预定距离处的照射源的装置的示意俯视图。图11b给出了当模块存在于贴片中时模块如何与皮肤接触的效果。由照射源辐照的光将反射，并且其一部分被光谱仪捕获。由于所捕获的光来自不同的照射源，所以该测量提供了皮肤在照射源的波长范围处的空间响应。这里，照射源也可以具有相同或不同的波长范围。

光谱可以是如上图所示的反射光谱。它也可以是透射光谱，如图12中所示。上述用于放置光谱仪和照射源的配置也是适用的。与反射光谱的情况不同，光谱仪和照射源在操作期间可以不在同一平面中。在透射光谱的情况下，光谱仪和照射源应当在相对侧上，使得被测量的身体部分(例如指尖、耳垂、鼻子等)在光谱仪和照射源之间。图12示出包含一个单片集成的照射源和一个单片集成的光谱仪的装置的效果。该装置被包含在环形装备中，由此光谱仪和照射源不在同一平面中，优选彼此面对。在使用中，这也允许测量透射通过身体的辐照光。

取代仅使用单个装置，可以使用一个以上的装置，每个装置在不同的感兴趣位置。这种装置的网络实现在皮肤上的多个位置处同时进行测量。这些多个测量可以用于获得包括时间数据和空间数据的更丰富的数据，以及通过从一个或多个装置获得基线或参考测量来提高数据的鲁棒性和准确性。然后，诸如血氧饱和度(spo2)、co饱和度(spco)、组织氧合(sto2)、总血红蛋白指数(thi)、脉搏率(pr)、脉搏率可变性(prv)、组织水合、体脂肪百分比等的测量的参数可以基于从身体上的不同位置获得的测量。在使用中，该装置可以放置在期望的位置，诸如在手臂处，例如在手腕、前臂或上臂处，在手指处，在前额上，在耳垂处，在耳朵中，在头骨上，在胸部上，在背部上，在肌肉上，在伤口上，在腿上，在脚上，在动物皮肤上，在乳房上。

例如，可以从两个位置获得脂肪和水的测量。来自身体对脂肪敏感的位置的脂肪和来自身体对水更敏感的位置的水。然后，这两个测量可以被组合以得到由经验或历史体脂肪模型支持的更精确的测量。

例如，可以使用两个装置。一个装置被施加在健康组织或对照组织上，另一个装置被施加在感兴趣的组织上。来自两个装置的数据可以被组合以分离两个测量之间的不同的相关参数。例如，通过在对照装置上测量诸如肤色的标准皮肤参数，并且从另一个装置的数据中去除标准皮肤参数的嵌入，可以去除这些标准皮肤参数。在另一个应用中，一个装置被施加于健康的愈合伤口，而另一个装置被施加于愈合不良的伤口，从而允许比较愈合过程。图13示出装置配置的实施例。该装置可以包括以下部件中的一个或多个部件：

-光谱仪：一个或多个基于集成装置制造技术的小型化光谱仪和在其顶部上的滤波器。优选地，这些滤波器与传感器单片集成，或者可以附接到传感器。这些滤波器是基于干涉的滤波器，诸如例如法布里-珀罗滤波器。可以使用其它类型的基于干涉的滤波器，诸如薄膜滤波器或等离子体滤波器。光谱仪非常小，使得它可以被集成到可穿戴物中而没有舒适损失，例如尺寸为3mm×3mm×2mm。

-照射器：一个或多个照射源。这些照射源可以包含覆盖感兴趣的波长的垂直腔表面发射led(vscel)或多个发光二极管(led)。它们还可以包括具有磷光体涂层的led，以扩展led的光谱范围。这也可以包含宽带(基于磷光体)led和窄带led的组合。这也可以包含其它光源，诸如小型卤素灯。

-用户接口：其功能性将主要取决于其中实现该装置的装备的类型。例如，在贴片的情况下，该接口可以是按钮、触觉传感器或其他装置，用户可以通过该其他装置向贴片给出输入。它还可以是监视器、触觉传感器或其他装置，用户可以通过该其他装置获得贴片的反馈。例如，在智能电话或智能手表的情况下，电话或手表的常规接口还可以充当通往装置的接口，以用于向装置提供输入和/或从装置接收数据和反馈。

-存储器：可以存在存储器以存储收集的数据和/或指令。根据其中实现该装置的装备的类型，存储器可以专用于装置或者与装备(例如智能电话)的其他功能共享。因此，存储器可以包含用于执行化学计量学算法的指令，该化学计量学算法用于得出影响辐照光的一个或多个生理参数。

-通信装置：该装置用于与外部世界交换数据。取决于终端装置，通信单元可以专用于该装置或者与诸如智能电话的装备的其他功能共享。

-电池：如果由电网供电，则存在至少一个电池来为装置供电。取决于终端装置，该电池可以是专用的或共享的。电池可以是一次性可充电或可再充电的。如果电池是可再充电的，则它可以无线地或通过有线连接来充电。在装置由电缆接口供电的情况下，可以不需要集成电池。

-处理器：处理器处理由装置获取的测量数据。取决于终端装置，处理器可以是专用的或共享的。

-其他传感器：除了包含照射源和光谱仪的光学传感器网络之外，可以存在其他传感器。这种其它传感器的示例是ecg传感器、惯性测量单元(imu)、电阻抗传感器或能够用于获得其它传感信息以与所获得的光谱数据相关或对所获得的光谱数据进行补充的其它传感器。

-控制单元：该单元控制装置的部件。这也可以包含人工智能，以便连续地使该装置适应所获得的数据的改进的质量、改进的操作或降低的功耗。

通过控制和周期性暂停该装置，可以实现低功率便携式解决方案，其可以用于长期或连续的监测或数据收集。该装置可以被配置成在低功率模式下仅辐照窄带光。辐照的能量仅存在于该窄带波长中，并且可以以能量高效的方式用于探测感兴趣的皮肤区域。由于低功耗，这样的测量可以用于提供对皮肤的长期和/或连续监测。在这种情况下，随时间记录光谱数据以获得时变响应。在窄带范围内，这可以是例如心率或spo2。该装置可以被配置成在较高功率模式中辐照宽带光。辐照的能量因此在更宽的波长范围上展开。由于功耗原因，这种测量应当是偶发的和/或在时间上受限的。该装置可以在这种连续监测模式和这种偶发监测模式之间切换。当如进一步讨论的获得皮肤的置信图像时，可以使用这样的偶发模式。

测量的数据从装置传输，优选地以无线方式传输，因为装置应当是可穿戴的。由装置测量的数据可以被实时地传递。如果应按请求传递该数据，则该数据可以本地在装置上存储在存储器中。

该装置可以集成到具有数据处理能力的可穿戴装备中，诸如智能电话、智能手表。诸如贴片和标签的装备通常无线连接到专用接收器，该专用接收器进一步存储和处理数据。这些装备可以是独立的或者连接到公共或私有信息和数据共享网络。这些装备将提供必要的用户接口以操作一个或多个装置。

可以将其它类型的传感器添加到该装置以提高数据的质量。例如，并且可以添加ecg传感器以将ecg数据与光学数据相关。例如，可以添加加速度计以将运动与光谱数据相关并且忽略无效数据。

该装置可以包含用于控制该装置的操作的软件，诸如选择测量模式，但是也选择在辐照步骤期间要测量哪些参数。

给出了若干使用情况以说明该装置的使用。

测量水和脂肪

在一个使用情况下，可穿戴式的光谱仪用于测量水位。

该方法包括将该装置提供给皮肤，捕获从皮肤出来的辐照光，使用第一测量作为置信图像以评估是否测量实际皮肤，并且一旦第一测量已经被认可，则分析实际皮肤的光学响应。因此，第一步骤可以解释该光谱数据以创建置信图像。可以通过解释黑色素含量来推断出是否已经测量了活体皮肤样本。可以确定是否存在血液特征。可以查看光谱的其他特征，诸如其导数，为此需要具有足够分辨率和质量的光谱。也可能发生的是，例如在接触不良、背景光过多、传感器未连接到人或装置损坏的情况下，测量将是无效的。在置信度评估之后，可以从获得的光谱数据提取特征或进行另一测量。例如，可以提取脂肪度水平。已知脂肪和水特征干涉900nm和1000nm之间的光谱。已知皮肤中读取的水位由皮下脂肪的量调节。可以从光谱中提取脂肪度水平。在不同距离处使用若干照射源，可以提取不同的穿透深度，这可以帮助提取一定量的皮下脂肪。通过考虑脂肪的量，可以从相同的光谱中提取水测量。

此外，使用相同类型的光谱测量，可以提取血液参数，诸如总血红蛋白水平以及血液中的氧或水的量(其非常稳定)。这些测量可以用作对水测量的参考，该水测量可能对皮肤类型或其他非理想因素更敏感。

选择性测量深度

使用多个光谱仪和/或多个照射源可以用于从皮肤下或组织中的不同深度获得数据。这可以校正像差，诸如与身体水合作用相反的汗液。例如，与照射源间隔很近的光谱仪可以检测皮肤表面上的水合，因为它将接收从皮肤表面反射或靠近皮肤表面反射的光。相对于照射更远地间隔开的光谱仪可以检测组织中更深的水合。组合这两个数据可以帮助分离感兴趣的水合的目标部分。

混合光谱测量

在另一使用情况下，宽带发光装置(led)(例如＞50nm)和窄带发光装置(led)(例如＜50nm)与光谱仪一起放置在单个装置中。当宽带led被启用时，激发全光谱。光谱仪可以通过测量全光谱(例如水合)来测量某些身体参数。在另一个模式中，禁用宽带led，并且启用窄带led，例如绿色led或红色led(以测量例如心率)。由于这种led是窄带的，因此已知该led是更加有效的：所有能量集中在窄波长范围内，并且例如不使用低效的磷光体。这引起较低的功耗。因此，需要全光谱的参数可以使用宽带led。通常，可以以这种方式测量缓慢变化的参数，诸如水含量、高铁血红蛋白、脂肪度。利用窄带led，可以测量需要连续监测的参数，诸如心率。该装置可以根据需要在两种模式之间循环，以优化功耗，如上所述。

数据的合并

已知许多身体参数彼此相关。例如，已知一定百分比量的身体水分损失反映到已知的身体温度升高和给定的每分钟心率增加中。使用若干类型的传感器，并且使用由可穿戴光谱仪测量的若干参数，这些数据可以被组合以产生更准确或更稳定的读数。还可以建立具有与诊断目的相关的参数的模型。例如，可以看出，如果没有被其他测量确认，则简单的波动可能与测量的不准确性有关。在另一个使用情况下，第一类型的参数中的波动的测量结合另一类型的参数中的波动可以指示特定的诊断。

因此，根据本发明的重量轻、便携、非入侵和非侵入的装置包括至少一个单片集成的光谱仪和至少一个单片集成的光源。通过将单片集成的光谱仪与保健可穿戴物中的滤波器集成，能够使用大量光谱带，通常7个或更多，来获取光谱响应，而不是如在基于多个离散窄带led的现有技术保健可穿戴物中或在使用光学测量的现有技术装置中那样限于少数光谱带。可以从所获取的光谱响应中同时提取多个身体参数，从而消除对用于测量不同参数的不同装置的需要，如现今的情况。可以制造一次性使用的廉价的一次性装置，诸如贴片，以及更昂贵的可重复使用的装置。收集高光谱分辨率(即，＜10nm)和宽光谱范围的原始数据提供永不过时性，因为可以重新分析收集的数据，以得出对将来新发现的参数或先前未测量的其他参数的测量。由于跨越多个参数的数据可以相关，因此收集高光谱分辨率和宽光谱范围的原始数据也能够实现更鲁棒的测量。

应注意的是，这里可以使用的术语，诸如比特流、流、信号序列等(或它们的等同物)已经被可互换地用来描述数字信息，该数字信息的内容对应于一定数量的期望类型中的任何类型(例如，数据、视频、语音、文本、图形、音频等，其中的任何一个通常可以被称为数据)。

如可以在此使用的，术语“基本”和“近似”为其相应的术语和/或项目之间的相对性提供了行业接受的公差。对于一些行业，行业接受的公差小于百分之一，并且对于其他行业，行业接受的公差为10％或更大。行业接受的公差的其它示例的范围从小于百分之一到百分之五十。行业接受的公差对应于但不限于部件值、集成电路工艺变化、温度变化、上升和下降时间、热噪声、尺寸、信令误差、丢失包、温度、压力、材料成分和/或性能度量。在行业内，可接受的公差的公差变化可以大于或小于一个百分比水平(例如，小于+/-1％的尺寸公差)。项目之间的某些相关性的范围可以从小于一个百分比水平的差异到几个百分比的差异。项目之间的其它相关性的范围可以从几个百分比的差异到差异的量级。

如也可以在此使用的，术语“配置成”、“可操作地联接到”、“联接到”和/或“联接”包括项目之间的直接联接和/或项目之间经由中间项目(例如，项目包括但不限于部件、元件、电路和/或模块)的间接联接，其中对于间接联接的示例，中间项目不修改信号的信息，但可以调节其电流水平、电压水平和/或功率水平。如还可以在此使用的，推断联接(即，其中一个元件通过推断联接到另一个元件)包括以与“联接到”相同的方式在两个项目之间的直接和间接联接。

如甚至还可以在此使用的，术语“配置成”、“可操作成”、“联接到”或“可操作地联接到”指示项目包括电源连接、(一个或多个)输入、(一个或多个)输出等中的一个或多个，以在被激活时执行其一个或多个对应功能，并且还可以包括与一个或多个其他项目的推断联接。如还可以进一步在此使用的，术语“关联”包括单独项目和/或嵌入在另一项目内的一个项目的直接和/或间接联接。

如可以在此使用的，术语“有利地比较”表示两个或更多个项目、信号等之间的比较提供了期望的关系。例如，当期望的关系是信号1具有比信号2更大的幅值时，当信号1的幅值大于信号2的幅值时或者当信号2的幅值小于信号1的幅值时，可以实现有利的比较。如可以在此使用的，术语“不利地比较”表示两个或更多个项目、信号等之间的没有比较提供期望的关系。

如可以在此使用的，一个或多个权利要求可以包括这种一般形式短语“a、b和c中的至少一个”或这种一般形式“a、b或c中的至少一个”的特定形式，具有比“a”、“b”和“c”更多或更少的元素。在任一措辞中，短语都将被相同地解释。尤其，“a、b和c中的至少一个”等同于“a、b或c中的至少一个”，并且应当表示a、b和/或c。作为一个例子，它意味着：仅“a”，“仅b”，“仅c”，“a”和“b”，“a”和“c”，“b”和“c”，和/或“a”、“b”和“c”。

如也可以在此使用的，术语“处理模块”、“处理电路”、“处理器”、“处理回路”和/或“处理单元”可以是单个处理装置或多个处理装置。这种处理装置可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、状态机、逻辑回路、模拟回路、数字回路和/或基于回路的硬编码和/或操作指令来操纵信号(模拟和/或数字)的任何装置。处理模块、模块、处理电路、处理回路和/或处理单元可以是或进一步包括存储器和/或集成存储器元件，其可以是单个存储器装置、多个存储器装置和/或另一处理模块、模块、处理电路、处理回路和/或处理单元的嵌入式电路。这种存储器装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存存储器、缓存存储器和/或存储数字信息的任何装置。注意，如果处理模块、处理电路、处理回路和/或处理单元包括多于一个处理装置，则处理装置可以位于中央(例如，经由有线和/或无线总线结构直接联接在一起)或者可以分布地放置(例如，经由局域网和/或广域网的间接联接的云计算)。进一步注意，如果处理模块、模块、处理电路、处理回路和/或处理单元通过状态机、模拟回路、数字回路和/或逻辑回路实现其功能中的一个或多个功能，则存储相应操作指令的存储器和/或存储器元件可以嵌入在包括状态机、模拟回路、数字回路和/或逻辑回路的回路内或在其外部。更进一步注意，存储器元件可以存储与一个或多个附图中所示的至少一些步骤和/或功能相对应的硬编码指令和/或操作指令，并且处理模块、模块、处理电路、处理回路和/或处理单元执行这些硬编码指令和/或操作指令。这种存储器装置或存储器元件可以包括在制造品中。

上面已经借助于方法步骤描述了一个或多个实施例，该方法步骤示出了指定功能的执行和其关系。为了便于描述，这些功能构建块和方法步骤的边界和顺序在这里被任意地定义。只要适当地执行指定的功能和关系，就可以定义替代的边界和顺序。因此，任何这样的替代的边界或顺序都在权利要求的范围和精神内。此外，为了便于描述，这些功能构建块的边界被任意地定义。只要适当地执行某些重要功能，就可以定义替代的边界。类似地，流程图块在这里也可以被任意定义以说明某些重要的功能。

在所使用的程度上，流程图块的边界和顺序可以以其他方式定义，并且仍然执行某些重要的功能。因此，功能构建块和流程图块以及顺序的这种替代定义在权利要求的范围和精神内。本领域的普通技术人员还将认识到，功能构建块以及本文的其他说明块、模块和部件可以如所示出的那样实现，或者通过离散部件、专用集成电路、执行适当软件的处理器等或其任何组合来实现。

另外，流程图可以包括“开始”和/或“继续”指示。“开始”和“继续”指示反映了所呈现的步骤可以可选地并入一个或多个其他例程中或者以其他方式与一个或多个其他例程结合使用。另外，流程图可以包括“结束”和/或“继续”指示。“结束”和/或“继续”指示反映了所呈现的步骤可以如所描述和示出的那样结束，或者可选地并入一个或多个其它例程中或者以其它方式与一个或多个其它例程结合使用。在此上下文中，“开始”指示所呈现的第一步骤的开始，并且可以在其之前有未具体示出的其它活动。此外，“继续”指示反映所呈现的步骤可以被执行多次和/或可以被未具体示出的其他活动所跟随。此外，尽管流程图指示了步骤的特定排序，但是只要保持因果原理，其它排序同样是可能的。

一个或多个实施例在此用于说明一个或多个方面、一个或多个特征、一个或多个概念和/或一个或多个示例。装备、制造品、机器和/或过程的物理实施例可以包括参考这里讨论的一个或多个实施例描述的一个或多个方面、特征、概念、示例等。此外，从图到图，实施例可以包括相同或类似命名的功能、步骤、模块等，其可以使用相同或不同的附图标记，并且同样地，功能、步骤、模块等可以是相同或类似的功能、步骤、模块等或不同的功能、步骤、模块等。

虽然上述附图中的晶体管被示出为场效应晶体管(fet)，但是本领域的普通技术人员将理解，可以使用任何类型的晶体管结构来实现晶体管，包括但不限于双极、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、n阱晶体管、p阱晶体管、增强模式、耗尽模式和零电压阈值(vt)晶体管。

除非特别声明相反情况，到本文呈现的任何附图的附图中的元件、来自所述元件和/或在所述元件之间的信号可以是模拟的或数字的、连续时间或离散时间的、以及单端的或差分的。例如，如果信号路径被示出为单端路径，则它也表示差分信号路径。类似地，如果信号路径被示出为差分路径，则它也表示单端信号路径。虽然本文描述了一个或多个特定架构，但是如本领域普通技术人员所认识到的，可以类似地实现使用未明确示出的一个或多个数据总线、元件之间的直接连接和/或其它元件之间的间接联接的其它架构。

术语“模块”用于描述一个或多个实施例。模块通过诸如处理器或其它处理装置或其它硬件的装置来实现一个或多个功能，所述装置可以包括存储操作指令的存储器或与存储操作指令的存储器相关联地操作。模块可以独立地和/或结合软件和/或固件来操作。同样如在此使用的，模块可以包含一个或多个子模块，子模块中的每一个子模块可以是一个或多个模块。

如还可以在此使用的，计算机可读存储器包括一个或多个存储器元件。存储器元件可以是单独的存储器装置、多个存储器装置、或存储器装置内的一组存储器位置。这种存储器装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存存储器、缓存存储器和/或存储数字信息的任何装置。存储器装置可以是以固态存储器、硬盘驱动器存储器、云存储器、拇指驱动器、服务器存储器、计算装置存储器和/或用于存储数字信息的其他物理介质的形式。

虽然本文已明确描述了一个或多个实施例的各种功能和特征的特定组合，但这些特征和功能的其它组合同样是可能的。本公开不受这里公开的具体示例限制，并且明确地包括这些其他组合。