具有与身体运动脱开的感测元件的生理监测装置的制造方法
【专利说明】具有与身体运动脱开的感测元件的生理监测装置
[0001]本发明要求2013年1月28日提交的美国临时专利申请号61/757，504的优先权和权益，其全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
[0002]本发明一般地涉及监测装置，并且更加具体地涉及用于测量生理信息的监测装置。
【背景技术】
[0003]光电容积脉搏波描记法(PPG)是基于将光照射到人体内并且测量散射光强度随着每次脉搏血流量的变化。散射光强度会相对与心跳、呼吸、血氧水平(Sp02)等相关联的血流量或者血液不透明度的变化而实时变化。这种感测方法可能会要求到达所询问的单位肌肉组织的光能的大小稳定连贯，从而可以将散射光子量的细微变化归结为可变血流量。如果由于在源或者检测器与皮肤表面之间的光联接变化而导致入射和散射光子数大小改变，那么，由于光联接的丢失或者变化导致较大的光子数变化度，所涉信号难以确定。受光子影响的皮肤表面积(和体积)变化，或者反映了大量光子的可变皮肤表面曲率，也可以明显影响光学联接效率。身体活动，诸如行走、骑车、跑步等，可能会在来自身体的光学散射信号中导致运动伪影，并且，所以由运动伪影导致的光子强度的时变变化可能会得出(swamp-out)由于血液流动改变导致的光子强度的时变变化。光学联接的这些变化中的每一个都可以通过较大百分比的总光子计数来影响光子询问计数(photonic interrogat1n count)，并且降低所涉信号的质量；而获得所需数据的正确值的概率较低。
[0004]耳孔是结合光电容积脉搏波描记装置的不错选择，因为这是一个人们熟悉的形状因子，是通常长时间佩戴的装置，并且经常用在运动期间，这是人们可从获得准确心率数据(或者其他生理数据)获益最多的时间。不幸的是，将光电容积脉搏波描记装置结合到耳机面临多种挑战。例如，长时间佩戴耳机可能会感到不适，尤其是如果它们使耳面发生变形。而且，人耳解剖结构可能会极大地因人而异，所以寻找一款适合许多耳朵的耳塞可能提出巨大挑战。另外，为剧烈身体活动制备的耳塞通常包含弹性体表面和/或弹性体特征，用作抑制耳塞在耳朵内加速的弹簧。虽然这些特征可以促进在高加速和撞击形式下将耳塞保持在耳朵内，但是这些特征未充分满足实现高质量光电容积脉搏波描记所需的光学皮肤联接要求。
[0005]常规光电容积脉搏波描记装置，如在例如图1A至图1C中所示出的，通常遇到由于对象运动而产生的皮肤联接降低。例如，大多数常规光电容积脉搏波描记装置使用弹簧将传感器夹到耳垂(图1A)或者指尖(图1B)上。遗憾的是，这些常规装置倾向于具有大质量，并且在受到较大加速度时，诸如在对象正在做运动时，不可维持连贯的皮肤接触。
[0006]在耳朵中执行光电容积脉搏波描记的常规耳塞装置是香港湾仔幻音数码(Percept1n Digital)公司制造的 MX-D100 播放器(www.percept1ndigital.com)。该耳塞装置，如图1C所示出的，表示为10，包含用于提高PPG信号质量的弹簧12。然而，弹簧12将整个耳塞10用力压紧在对象的耳朵E内，以最小化整个耳塞10的运动。图1C的装置10存在多种缺陷。例如，源/传感器模块联接至整个耳塞质量，并且，以此，可以经过更大的平移距离，从而在耳朵经历加速度时会引起更大的信号变化度。另外，因为用一个主弹簧力方向将耳塞10保持就位，所以最终用户可能会感觉到明显的不适。而且，由于该单个弹力方向，所以耳塞运动被仅仅局限在一个方向上。
【发明内容】
[0007]应该了解，提供本
【发明内容】
是为了以简单的形式介绍对构思的选取，这些构思将在下面的【具体实施方式】进一步描述。本
【发明内容】
不旨在识别本公开的关键特征或者基本特征，也不旨在限制本发明的范围。
[0008]本发明的一些实施例将模块放在偏置元件上，模块包括的一个或者多个能量发射器和能量检测器，该偏置元件诸如是使耳塞振动与传感器振动脱开的弹性体臂。此外，偏置元件推动传感器模块与皮肤表面紧密接触。
[0009]根据本发明的一些实施例，监测装置包括:具有相对的第一和第二端部的偏置元件以及附接至偏置元件第二端部的感测元件。监测装置构造为附接至对象的耳朵，从而使得偏置构件第一端部在第一位置处与耳朵接合，并且使得感测元件被偏置元件推动在第二位置处与耳朵接触。感测元件包括:至少一个能量发射器，所述能量发射器构造为在所述附器的目标区域处引导能量；以及至少一个检测器，所述检测器构造为检测来自所述目标区域或者与所述目标区域相邻的区域的能量响应信号。例如，该至少一个能量发射器构造为将电磁辐射、机械能、声能、电能和/或热能引导至目标区域，并且该至少一个检测器构造为检测电磁辐射、机械能、声能、电能和/或热能。在一些实施例中，该至少一个能量发射器包括至少一个光学发射器，并且至少一个检测器包括至少一个光学检测器。
[0010]在本发明的一些实施例中，感测元件包括具有至少一个窗口的表面，通过该窗口，能量从至少一个能量发射器通过，并且通过该窗口，能量被该至少一个检测器收集。该至少一个窗口可以包括至少一个开口。此外，表面的形状可以设计为与对象的耳朵的一部分的形状一致。
[0011]在本发明的一些实施例中，感测元件可以包括信号处理器，该信号处理器构造为接收并且处理由该至少一个检测器产生的信号。
[0012]在本发明的一些实施例中，偏置元件可以包括构造为检测偏置元件和/或感测元件的运动的运动传感器。运动传感器可以是例如惯性传感器、压电传感器、光学传感器等。在一些实施例中，运动传感器可以是用于测量血流量光电容积脉搏波描记(PPG)传感器。
[0013]根据本发明的其他实施例，监测装置包括:具有相对的第一和第二端部的偏置元件、附接至偏置元件第一端部的耳塞以及附接至偏置元件第二端部的感测元件。耳塞具有第一质量，并且感测元件具有小于第一质量的第二质量。偏置元件构造为:当将耳塞插入耳朵时，推动感测元件与耳朵的一部分接触。另外，偏置元件使耳塞的运动与感测元件脱开。
[0014]感测元件包括:至少一个能量发射器，该能量发射器构造为在耳朵的目标区域处引导能量；以及至少一个检测器，该检测器构造为检测来自目标区域和/或与目标区域相邻的区域的能量响应信号。例如，该至少一个能量发射器构造为将电磁辐射、机械能、声能、电能和/或热能在目标区域引导，并且该至少一个检测器构造为检测电磁辐射、机械能、声能、电能和/或热能。在一些实施例中，该至少一个能量发射器包括至少一个光学发射器，并且该至少一个检测器包括至少一个光学检测器。
[0015]在一些实施例中，耳塞包括光学发射器。具有远端的导光件止于与在感测元件的表面中的窗口相邻。导光件与光学发射器光通信，并且构造为经由导光件远端将来自光学发射器的光递送到对象的耳朵区域中。在一些实施例中，导光件至少部分地通过偏置元件从光学发射器延伸至感测元件。
[0016]在一些实施例中，耳塞包括光学检测器。具有远端的导光件止于与在感测元件的表面中的窗口相邻。导光件与光学发射器光通信，并且构造为经由导光件远端从对象的耳朵区域收集光并且将收集到的光递送至光学检测器。在一些实施例中，导光件至少部分地通过偏置元件从光学检测器延伸至感测元件。
[0017]在本发明的一些实施例中，感测元件包括具有至少一个窗口的表面，通过窗口，能量从该至少一个能量发射器通过，并且通过窗口，能量被该至少一个检测器收集。该至少一个窗口可以包括至少一个开口。另外，表面的形状可以设计为与对象的耳朵的一部分的形状一致。
[0018]在本发明的一些实施例中，感测元件可以包括信号处理器，该信号处理器构造为接收并且处理由该至少一个检测器产生的信号。
[0019]在本发明的一些实施例中，偏置元件可以包括构造为检测偏置元件和/或感测元件的运动的运动传感器。运动传感器可以是例如惯性传感器、压电传感器、光学传感器等。
[0020]在本发明的一些实施例中，扬声器设置在耳塞中，并且耳塞包括至少一个孔口，来自扬声器的声音可以通过该孔口口。
[0021]根据本发明的其他实施例，监测装置包括构造为附接至对象的耳朵的外壳以及经由偏置元件可动固定至外壳的感测元件。外壳具有第一质量，并且感测元件具有小于第一质量的第二质量。在一些实施例中，第一质量是第二质量的至少约1.25倍。偏置元件构造为推动感测元件与耳朵的一部分接触，并且使外壳的运动与偏置元件脱开。
[0022]感测元件包括:至少一个能量发射器，该能量发射器构造为在耳朵的目标区域处引导能量；以及至少一个检测器，该检测器构造为检测来自目标区域或者与目标区域相邻的区域的能量响应信号。例如，该至少一个能量发射器构造为在目标区域处引导电磁辐射、机械能、声能、电能和/或热能，并且该至少一个检测器构造为检测电磁福射、机械能、声能、电能和/或热能。在一些实施例中，该至少一个能量发射器包括至少一个光学发射器，并且至少一个检测器包括至少一个光学检测器。
[0023]在一些实施例中，偏置元件包括构造为检测偏置元件和/或感测元件的运动的运动传感器。
[0024]在一些实施例中，偏置元件包括至少部分地围绕感测元件的柔性构件。柔性构件包括可压缩的弹性材料，诸如，凝胶。在一些实施例中，监测装置包括在外壳内的扬声器。声音端口穿过柔性构件和外壳而形成，以与扬声器声通信。
[0025]根据本发明的实施例，耳塞监测装置优于常规监测装置在于多种原因。一种原因是适配。根据本发明的实施例的耳塞监测装置让人觉得舒适，并且可以提供比常规耳塞更准确的生物统计。而且，通过将传感器元件设计为独立于耳塞的单独主体，可以裁剪耳塞使其佩戴舒适。另一有利之处是，通过在传感器模块上提供补充弹簧作用，可以实现传感器另一种等级的亲肤性。通过使传感器模块与耳塞脱开，维持传感器与耳朵的接触需要更小的弹力(压力)，由此更加舒适。传感器可以保持与所涉询问部位接触的装置，即使是在极高加速度下，也能够连续地报告数据，并且为最终用户提供更高置信级的装置准确度。
[0026]根据本发明的其他实施例，监测装置包括构造为固定在对象的附器周围的传感器带和经由偏置元件可动固定至传感器带的感测元件。传感器带具有第一质量，并且感测元件具有小于第一质量的第二质量。在一些实施例中，第一质量是第二质量的至少约1.25倍。偏置元件构造为推动感测元件与附器的一部分接触，并且使带与感测元件的运动脱开。
[0027]感测元件包括:至少一个能量发射器，该能量发射器构造为在附器的目标区域处引导能量；以及至少一个检测器，该检测器构造为检测来自目标区域或者与目标区域相邻的区域的能量响应信号。例如，该至少一个能量发射器构造为在目标区域处引导电磁辐射、机械能、声能、电能和/或热能，并且该至少一个检测器构造为检测电磁福射、机械能、声能、电能和/或热能。在一些实施例中，该至少一个能量发射器包括至少一个光学发射器，并且至少一个检测器包括至少一个光学检测器。
[0028]在一些实施例中，偏置元件包括构造为检测偏置元件和/或感测元件的运动的运动传感器。
[0029]在一些实施例中，监测装置包括构造为固定至对象的附器附近的第二带，该第二带与传感器带成相邻、间隔隔开的关系。至少一个构件或者桥接件将传感器带和第二带连接在一起。
[0030]根据本发明的其他实施例，监测装置包括构造为固定在对象的附器周围的带，其中，该带包括内表面和外表面。多个偏置元件按照圆周间隔隔开的关系从内表面径向向外延伸，并且构造为接触附器。感测元件固定至在两个偏置元件之间的带内表面。在一些实施例中，感测元件从带内表面向外延伸，从而使得该至少一个能量发射器和该至少一个检测器在将带固定在附器周围时不会接触到附器。在其他实施例中，感测元件从带内表面向外延伸，从而使得与感测元件相关联的该至少一个能量发射器和该至少一个检测器在将带固定在附器周围时接触附器。
[0031]该至少一个能量发射器构造为在目标区域处引导电磁辐射、机械能、声能、电能和/或热能，并且该至少一个检测器构造为检测电磁福射、机械能、声能、电能和/或热能。在一些实施例中，该至少一个能量发射器包括至少一个光学发射器，并且至少一个检测器包括至少一个光学检测器。
[0032]根据本发明的其他实施例，监测装置包括带，该带构造为固定在对象的附器周围并且包括内表面和外表面。具有相对端的细长偏置元件周向地固定至带内表面，从而使得相对端成相邻、间隔隔开的关系。偏置元件包括当将带固定在附器周围时接触附器的表面。感测元件在相邻、间隔隔开的偏置元件端之间固定至带内表面。
[0033]感测元件包括:至少一个能量发射器，该能量发射器构造为在附器的目标区域处引导能量；以及至少一个检测器，该检测器构造为检测来自目标区域或者与目标区域相邻的区域的能量响应信号。该至少一个能量发射器构造为在目标区域处引导电磁辐射、机械能、声能、电能和/或热能，并且该至少一个检测器构造为检测电磁福射、机械能、声能、电能和/或热能。在一些实施例中，该至少一个能量发射器包括至少一个光学发射器，并且至少一个检测器包括至少一个光学检测器。在本发明的实施例中，感测元件包括具有至少一个窗口的表面，通过该窗口，能量从至少一个能量发射器通过，并且通过该窗口，能量