CN104706343A - 用于心率检测的生物阻抗传感器阵列 - Google Patents

Abstract

示例性实施例提供了在诸如心率检测的流体流动检测应用中使用的生物阻抗传感器阵列。示例性实施例的各方面包括：确定在基座上布置的包括多于四个生物阻抗传感器的生物阻抗传感器阵列中的最优子阵列，以使得当由用户穿戴时传感器阵列横跨或定址于血管；将电信号通过在最优子阵列中的生物阻抗传感器的至少第一部分传递给用户；使用在最优子阵列中的生物阻抗传感器的第二部分来从电信号中测量一个或者多个生物阻抗值；以及从一个或者多个生物阻抗值中分析至少一个流体生物阻抗贡献。

Description

用于心率检测的生物阻抗传感器阵列

相关申请的交叉引用

该申请是于2013年12月11日提交的题为“Self-Al igning SensorArray(自对准传感器阵列)”(文档号SSIC010US)的专利申请序号No.14/103,717的延续部分(Cont inuat ion-In-Part)。该申请还要求于2014年3月24日提交的题为“Bioimpedance Square Array Configurat ion forHeart Rate Detect ion(用于心率检测的生物阻抗方形阵列配置)”的专利申请序号No.61/969,763的优先权，该两个申请的内容通过引用合并于此。

背景技术

例如，可以通过检测由在身体的局部区域内流动的血液的脉搏所引起的阻抗变化来测量心率。例如，心率的局部测量典型地在胸部上执行，但是包含动脉的身体的其他部分也可以被用于心率测量，例如，在手腕上进行心率测量。

通过测量由通过血液、动脉、以及周围的组织的电流所创造的电势，可以实现通过对流动血液的电学属性的测量而进行的心率检测。在交流电测量中，测得的电势会与通过的电流和电流通过的区域的阻抗成比例。电极被用于执行这样的测量。电极通常被布置为双线布置，其中电流被传递并且在相同电极对之间测量电压。双线布置具有的问题在于引入接触(或引线)电阻，其对电势测量构成(contribute)附加的电阻项(即，对于直流测量欧姆定律给出：V＝I*R，其中，在这种情况下，R＝样本的电阻+触点的电阻)，并且其可以是总测量电阻中的相当大的部分，因此可能会掩盖测量结果，特别是在低电阻样本中。

也可以使用四线测量，其通过在两个专用电流电极之间传递电流并且测量两个专用电压电极之间的电势来克服接触电阻的问题，所有这些电极都布置为直列(in-line)配置(电流电极被放置在电压电极外部)。在四线电极配置中，电流电极之间的电压差从电压测量本身分离出来，从而最小化它们的外来的贡献。

除了直列布置，电流和电压电极可以被配置在正方形布局中。对于薄膜阻抗测量，四个电极可勾勒(outline)出正方形或长方形的形状(即，每个电极占据一个角)。此布置被用于测量电阻率(或当涉及基本上为二维的几何形状时，测量表面电阻(sheet resistance))的范德堡法(Van der Parwmethod)中。在一种实现中，两个电流电极和两个电压电极可以被放置在正方形轮廓的角处，并且电流可沿所勾勒的正方形的单个边流动。然后可以沿着与电流的边相对的边来测量电压，并且使用欧姆定律来计算在电流和电压边之间的电阻。

在用户的前臂的前侧上的直列四线生物阻抗测量，例如，心率可以通过沿着桡动脉将四个电极(两个电压电极被两个电流电极侧翼包围(flank))放置成一条线而使用生物电阻抗来检测。

然而，在沿着前臂放置电极的常规实现方式中，每个电极约为0.7cm²或更大，这使得电极的整个直列布置要求前臂上多达大约8cm的空间。对于许多应用而言，这样的电极布置所需的空间过大，例如，这样大的空间要求会限制可以在其上安装基于阻抗的心率检测器的设备类型和形状。例如，如果期望将心率检测器放置在手表型的主机设备内，则需要更紧凑的电极布置。

因此，需要一种可以在流体流动检测应用(例如心率检测)中使用的生物阻抗测量设备，以及使用这样的阻抗测量设备的生物阻抗方法和主机设备，其利用紧凑的电极配置，同时保持足够的测量灵敏度。

发明内容

示例性实施例提供一种用在流体流动检测应用(诸如心率检测)中的生物阻抗传感器阵列。示例性实施例的各方面包括：确定基座上包括多于四个生物阻抗传感器的生物阻抗传感器阵列中的最优子阵列，以使得当由用户穿戴时传感器阵列横跨或定址于血管；将电信号通过最优子阵列中的生物阻抗传感器的至少第一部分传递给用户；使用在最优子阵列中的生物阻抗传感器的第二部分来从电信号中测量一个或者多个生物阻抗值；以及从一个或者多个生物阻抗值中至少分析流体生物阻抗贡献。

根据在此公开的方法和系统，示例性实施例提供了可以用在不需要精确地布置在穿戴者的血管上的可穿戴设备中的阻抗测量设备。

附图说明

结合附图，从实施例的以下的描述中，本发明的总体构思的这些和/或其他特征和效用将变得显而易见并且更加容易理解，在附图中：

图1A和1B是示出了模块化可穿戴传感器平台的实施例的示图。

图2是示出了包括基本模块的模块化可穿戴传感器平台和组件的一个实施例的示图。

图3是示出了用在诸如模块化可穿戴传感器平台的可穿戴设备中的传感器阵列系统的示例性实施例的框图。

图4是示出提供生物阻抗传感器阵列的方法和使用生物阻抗传感器阵列以为包括心率检测的应用监视和分析例如流体流动的生理参数的方法的流程图。

图5是示出示例性生物阻抗传感器阵列的方框图。

图6A至6D是示出了在2×2子阵列中的电流传感器和电压传感器的可能配置的示图。

图6E示出了可以用在2×3生物阻抗传感器中的电流传感器和电压传感器的对角线子阵列配置。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明总体构思的实施例，其示例在附图中示出，在附图中相似参考标号始终指代相似的元件。以下参照附图的同时对实施例进行描述，以便解释本发明的总体构思。

通过参考附图和以下实施例的详细描述，本发明的优点和特征以及实现本发明的方法将变得更加容易理解。但是，本发明的总体构思可以体现为许多不同形式，并且不应被解释为限于这里阐述的实施例。而是，提供这些实施例以使得本公开将是彻底的和完整的，并且将全面地将本发明的总体构思传达给本领域的技术人员，并且本发明的总体构思将仅由所附权利要求书来限定。在附图中，为清楚起见，夸大了层和区域的厚度。

在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则术语“一”和“一个”和“该”以及相似指示物的使用将被解释为包括单数和复数。除非另有说明，否则术语“包含”、“具有”、“包括”、和“含有”将被解释为开放式术语(即，意思是“包括，但不限于”)。

如本文所用地，术语“组件”或“模块”是指，但不限于，执行某些任务的软件或硬件组件，例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。组件或模块可有利地被配置为驻留在可寻址存储介质中，并被配置为在一个或多个处理器上运行。因此，例如，组件或模块可以包括如下组件，如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件、进程、函数、属性、过程、子程序、程序代码段、驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、阵列和变量。为组件和组件或模块提供的功能可以被组合为更少的组件和组件或模块，或可以进一步分离成额外的组件和组件或模块。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有由本发明所属的技术领域中一位普通技术人员所普遍理解的相同的含义。注意到，除非另有规定，否则对于在本文提供的任何和所有的示例、或示例性的术语的使用仅仅是为了更好地阐明本发明，而不是用于对本发明范围进行限制。此外，除非另有定义，否则在通用字典中定义的所有术语应该不被过度地解释。

示例性实施例提供了一种可用在流体流动检测应用(例如心率检测)中的生物阻抗测量设备，并且描述了使用所述生物阻抗测量设备的生物阻抗方法和主机设备。生物阻抗传感器阵列可被配置为四个以上，优选地为至少6或8个离散生物阻抗传感器的X×Y阵列，其中生物阻抗传感器包括但不限于电极。在一个实施例中，在生物阻抗传感器阵列中的至少一对电极被确定为传递感测电流的电流电极，并且至少一对其他电极被选择为用于测量电势差或电压的电压电极。在一个实施例中，这些电流电极对和电压电极对的选择或确定是固定的。在另一个实施例中，电流电极对和电压电极对的选择或确定是动态的，使得可以扫描生物阻抗传感器阵列来确定选择哪些电流和电压电极会提供最佳的信号质量。

生物阻抗测量设备可以用在采用生物阻抗测量设备的电子设备中。这样的电子设备可以包括，但不限于，可穿戴设备和其它便携式和非便携式计算设备，例如，手表、蜂窝电话、智能电话、平板电脑和膝上型电脑。

图1A和1B是示出了模块化可穿戴传感器平台的实施例的示图。图1A描绘了可穿戴传感器平台10A的一个实施例的透视图，而图1B描绘了可穿戴传感器平台10B的另一个实施例的分解图。虽然可穿戴传感器平台10A和10B(统称为可穿戴传感器平台10)的组件可以是基本相同的，但是模块和/或组件的位置可以不同。在图1A和1B的具体的讨论中，使用字母指定(例如10A和10B)。但是，为了提及在图1A和1B中所描绘的任何或两个实施例，使用数字指定(例如，10用于图10A和/或10B)。

在图1A所示的实施例中，可穿戴传感器平台10A可以被实现为装在用户的手腕上的智能手表或其他计算设备。可穿戴传感器平台10A可以包括：基本模块12A、带子16A、扣钩30A、电池22A、和耦接到带子16A的传感器模块14A。在一些实施例中，可穿戴传感器平台10A的模块和/或组件可以是可由终端用户移除的。然而，在其他实施例中，可穿戴传感器平台10A的模块和/或组件由生产商集成到可穿戴传感器平台10A中，并且不打算由终端用户移除。

传感器模块14A可以位于带子16A内，使得传感器模块14A位于用户的手腕的底部，与用户的皮肤接触以从用户收集生理数据。基本模块12A附接到带子16A，使得基本模块12A位于手腕的顶部。

基本模块12A可以包括基本计算单元20A和在其上可以提供图形用户界面(GUI)的显示器18A。基本模块12A执行的功能包括但不限于：显示时间、执行计算、和/或显示包括从传感器模块14A收集的传感器数据的数据。除了与传感器模块14A通信之外，基本模块12A可以无线地与在用户的不同身体部位上穿戴的其它传感器模块(未示出)进行通信，以形成体域网(bodyarea network)。如将针对图2更全面地讨论的，基本计算单元20A可以包括处理器、存储器、通信接口和传感器的集合，诸如加速度计和温度计。

传感器模块14A从用户收集生理数据、活动数据、睡眠统计和/或其他数据，并且处于与基本模块12A的通信中。传感器模块14A包括容纳在传感器板26A中的传感器单元24A。传感器单元24A可以包括光学传感器阵列、温度计、皮肤电反应(GSR)传感器阵列、生物阻抗(BioZ)传感器阵列、心电图传感器(ECG)传感器、或其任何组合。还可以采用其它传感器。

传感器模块14A还可以包括传感器计算单元28A。传感器计算单元28A可分析由传感器单元24A收集的数据，对该数据执行计算，并且在一些实施例中存储该数据。来自传感器单元24A的数据也可以被提供给基本计算单元20A，用于进一步的处理。因为传感器计算单元28A可以被集成到传感器板26A中，所以其在图1A中由虚线示出。在其它实施例中，传感器计算单元28A可以省略。在这样的实施例中，基本计算单元20A可以执行否则将由传感器计算单元28A执行的功能。通过传感器模块14A和基本模块12A的组合，数据可以被收集、存储、分析、和呈现给用户。

在图1B中所描绘的可穿戴传感器平台10B类似于图1A中所描绘的可穿戴传感器平台10A。因此，可穿戴传感器平台10B包括：带子16B、电池22B、扣钩30B、包括显示器/GUI 18B和基本计算单元20B的基本模块12B、和包括传感器单元24B的传感器模块14B、传感器板26B、和可选的传感器计算单元28B，这些分别类似于带子16A、电池22A、扣钩30A、包括显示器/GUI18A和基本计算单元20A的基本模块12A、和包括传感器单元24A的传感器模块14A、传感器板26A、和可选的传感器计算单元28A。然而，如在图1B中可见，某些模块的位置已经被改变。例如，扣钩30B比扣钩30A更靠近于显示器/GUI 18B。类似地，电池22B被容纳在基本模块12B中。在图1A中所示的实施例中，电池22A被容纳在带子16A中，与显示器18A相对。因此，在各种实施例中，模块的位置和/或功能可以被改变。

在图1A和1B中所示的两个实施例中，带子或皮带16可以是一件(piece)或模块化的。带子16可以由织物来制成。例如，可以考虑各种可扭转的和可扩展的弹性网织品/纺织品。带子16也可以配置为多带或以模块化来链接。在某些实施方式中，带子16可包括闩锁或扣钩机构来使带子保持在用户上。除此之外，在某些实施例中，带子16将包含连接基本模块12和传感器模块14的线(未示出)。还可以考虑在基本模块12和传感器模块14之间的单独的无线通信，或者与有线组合的无线通信。

图2是示出模块化可穿戴传感器平台10'以及包括基本模块的组件的一个实施例的示图。可穿戴传感器平台10'类似于可穿戴传感器平台10，因此包括具有相似标签的类似组件。在本实施例中，可穿戴传感器平台10'可以包括带子16'，以及附连到带子16'的传感器模块14'。可移除的传感器模块14'还可以包括附连到带子16'的传感器板26'，以及附连到传感器板26'的传感器单元24'。传感器模块14'还可以包括传感器计算单元28'。

可穿戴传感器平台10'包括类似于基本计算单元20的基本计算单元200和一个或多个电池201。例如，可以提供类似于电池22的永久性和/或可移除电池。在一个实施例中，基本计算单元200可以通过通信接口205与传感器计算单元28'进行通信。在一个实施例中，通信接口205可以包括串行接口。基本计算单元200可以包括处理器202、存储器206、输入/输出(I/O)208、显示器18'、通信接口210、传感器214、以及功率管理单元220。

处理器202、存储器206、I/O 208、通信接口210、和传感器214可以通过系统总线(未示出)而耦合在一起。处理器202可以包括具有一个或多个内核的单个处理器，或者具有一个或者多个内核的多个处理器。处理器202可以执行操作系统(OS)和各种应用204。OS的例子可以包括，但不限于，Linux和Android^TM。

根据示例性实施例，处理器202可以运行校准和数据采集组件(未示出)，其可以执行传感器校准和数据采集功能。在一个实施例中，传感器校准功能可包括用于将一个更多传感器阵列自对准到血管的过程。在一个实施例中，传感器校准可以在从传感器接收数据之前在启动时被执行，或在操作期间以周期性的间隔来执行。

存储器206可以包括包含不同存储器类型的一个或多个存储器，例如，存储器类型包括DRAM、SRAM、ROM、高速缓存、虚拟存储器、和快闪存储器。I/O 208可包括输入信息和输出信息的组件集。包括I/O 208的示例性组件包括麦克风和扬声器。

通信接口210可以包括无线网络接口控制器(或类似组件)，用于通过网络进行无线通信。在一个实施例中，无线通信的示例类型可以包括低能量蓝牙(Bluetooth Low Energy，BLE)和WLAN(无线局域网)。然而，在另一个实施例中，无线通信的示例类型可以包括WAN(广域网)接口、或蜂窝网络，例如3G、4G或者LTE(长期演进)。

在一个实施例中，显示器18'可以与基本计算单元200集成在一起，而在另一实施例中，显示器18'可以在基体计算单元200外部。传感器214可以包括诸如以下的任何类型的微机电系统(MEMs)传感器，例如加速度计/陀螺仪214A、和温度计214B。

功率管理单元220可被耦合到电池201，并且可以包括微控制器，该微控制器管理基本计算单元200的功率功能。在一个实施例中，功率管理单元220还可以控制经由功率接口222到可移除传感器模块14'的电池功率的提供。

尽管未示出，但是根据在传感器模块14上配备的传感器单元24的类型，基本计算单元200可以可选地包括心电图传感器(ECG)和生物阻抗(BIOZ)模拟前端(AFE)、皮肤电反应(GSR)AFE、和光学传感器AFE。

图3是示出了用在例如模块化可穿戴传感器平台的可穿戴设备中的传感器阵列系统的示例性实施例的框图。所述系统包括带子310，其可容纳一个或多个自对准的传感器阵列。在一个实施例中，带子310对应于模块化可穿戴传感器平台10的带子16，其使用或者没有使用传感器板26。在另一个实施例中，带子310可以是不作为模块化可穿戴传感器平台10的一部分的单个设备。

图3的顶部显示环绕用户的手腕308的截面的带子310，而图3的底部显示处于展开位置的带子310。根据一个实施例，带子310包括生物阻抗(BioZ)传感器阵列316，以及可选的光学传感器阵列312、皮肤电反应(GSR)传感器阵列314、心电图传感器(ECG)318、或它们的任何组合。

根据一个示例性实施例，传感器阵列316、314、和312的每一个包括被布置或摆开在带子310上的离散传感器的阵列，使得当带子310被戴在身体的一部分上时，每个传感器阵列横跨(straddle)或者定址于(address)特定的血管(即，静脉、动脉、或毛细管)，或者具有与血管无关的具有更高电响应的区域。更具体地，传感器阵列316、314、和312的每一个可基本上垂直于血管纵轴线摆开，并且叠盖血管的宽度以获得最佳的信号。在一个实施例中，带子310可被佩戴，使得带子310上的自对准传感器阵列316、314、和312接触用户的皮肤但也不是太紧，以使得可以防止带子310在诸如用户的手腕308的身体部分上的任何移动。

如本文所使用的，生物阻抗(BioZ)传感器阵列316包括可用在活生物体的流体流动检测应用(诸如心率检测)中的阻抗测量设备。BioZ传感器阵列316和生物阻抗方法可以结合主机电子设备来使用，主机电子设备包括但不限于基本计算单元200。主机电子设备的其它实例包括但不限于其它类型的可穿戴设备和便携式和非便携式计算设备，例如蜂窝电话、智能电话、平板电脑、和膝上型电脑。

传统的生物阻抗传感器通常包括单一一对电极，一个电极用于“I”电流，而另一个电极用于“V”电压，其测量生物电阻抗，或者反对电流穿过组织流动。

然而，根据一个实施例，提供一种生物阻抗传感器阵列316，其包括：当被穿戴时横跨用户的血管的四个以上的生物阻抗传感器316'。在一个实施例中，任何一对生物阻抗传感器316'都可以被选择来形成电流对“I”，并且另一对可被选择来形成电压对“V”，并且其将如下面所解释。在一个实施例中，该选择是固定的。在另一个实施例中，该选择是动态的，并且在生物阻抗传感器阵列316的操作期间执行。动态选择可以使用多路转换器(未示出)来进行。在示出的实施例中，生物阻抗传感器阵列316被示出为横跨动脉，诸如，桡动脉或尺动脉。在一个实施例中，一个或多个BioZ传感器316'可以与GSR传感器314中的一个或多个复用。

在一个实施例中，光学传感器阵列312可以包括光电容积描记(PPG)传感器阵列，其可以测量相对血流、脉搏和/或血氧水平。在本实施例中，光学传感器阵列312可被布置在带子310上，以使得光学传感器阵列312横跨或定址于动脉，例如，桡动脉或尺动脉。在一个实施例中，光学传感器阵列312可以包括离散的光学传感器312A的阵列，其中每个离散的光学传感器312A是至少一个光电检测器12B和位于光电检测器12B附近的至少两个匹配光源12C的组合。在一个实施例中，每个离散的光学传感器312A可以与其在带子310上的邻居分离约0.5至2毫米的预定距离。

在一个实施例中，光源12C可以每一个包括发光二极管(LED)，其中，在每个离散的光学传感器312A中的LED发射不同波长的光。通过LED发射的光色的示例可包括绿色、红色、近红外、和红外波长。每个光电检测器12B将所接收的光能转换成电信号。在一个实施例中，信号可以包括反射光电容积描记信号。在另一个实施例中，所述信号可包括透射光电容积描记信号。在一个实施例中，光电检测器12B可以包括光电晶体管。在替代实施例中，光电检测器12B可以包括电荷耦合器件(CCO)。

皮肤电反应(GSR)传感器阵列314可以包括四个或更多的GSR传感器，其可以测量随水分含量而变化的皮肤的电导。通常地，需要2个GSR传感器来沿皮肤表面测量电阻。根据一个实施例的一个方面，GSR传感器阵列314被示出为包括4个GSR传感器，其中，可以选择四个中的任意两个来使用。在一个实施例中，GSR传感器314可以以2至5毫米在带子上间隔开。

在又另一个实施例中，带子310可以包括一个或多个心电图传感器(ECG)318(一个在带子内侧面向皮肤并且其他的在带子的外侧)，其测量用户的心脏在一个时间段中的电活动。此外，带子310还可以包括温度计320以用于测量温度或温度梯度。

图4是示出提供生物阻抗传感器阵列的方法和使用生物阻抗传感器阵列以为包括心率检测的应用监视和分析例如流体流动的生理参数的方法的流程图。在一个实施例中，可以通过在耦合到传感器阵列的处理器上运行的一个或多个软件组件(例如，校准和数据采集组件)来执行该过程。所述处理器可以对应于传感器计算单元28、基本计算单元200的处理器202(图2中示出)、和/或单独的处理器。

根据示例性实施例，所述过程可以通过确定包括多于四个在基座上布置的生物阻抗传感器的生物阻抗传感器阵列中的最优子阵列，以使得当由用户穿戴时生物阻抗传感器阵列横跨血管或定址于血管来开始(框400)。在一个实施例中，最优子阵列可以包括被选择来形成电流对“I”的生物阻抗传感器的任何对，以及被选择来形成电压对“V”的另一对生物阻抗传感器。

图5是示出示例性生物阻抗传感器阵列的方框图。根据一个实施例，生物阻抗传感器阵列500可以被配置为多于四个，并且优选为至少6或8个离散生物阻抗传感器504的X×Y阵列。X×Y生物阻抗传感器阵列500可以被放置在任何适当的测量部位上。使用心率测量作为例子，传感器可被放置在穿戴者的前臂的下侧(即手掌侧)上或其他身体部位上。前臂下侧上的传感器阵列的位置可以进一步细化为在动脉上方的位置，例如桡动脉或尺动脉上方的位置，其中，相对于动脉来定位的传感器可以使得任一动脉可以位于通过生物阻抗传感器阵列500定义的区域内的任意位置处，只要血液脉搏在电流和电压传感器对之间经过。在示出的实施例中，生物阻抗传感器阵列500被示出为位于尺动脉和桡动脉这两者上。然而，在另一个实施例中，生物阻抗传感器阵列500可以被放置为仅一个动脉上或者在其他血管上。

根据本示例性实施例的一方面，X×Y生物阻抗传感器阵列500的至少一个M×N子阵列502A至502G(统称子阵列502)被选择为最优子阵列。在本实施例中，生物阻抗传感器的最优子阵列是指具有在血管上的最适宜位置，并且因此提供最佳的信号质量的特定的一组离散生物阻抗传感器504。

在一个实施例中，最优子阵列502中的至少一对的生物阻抗传感器被选择为电流传感器，并且至少一个其它对被选择为电压传感器。除此之外，生物阻抗传感器阵列500中的额外的生物阻抗传感器504可以被选择作为电流传感器或电压传感器，或者被选择作为不使用。在一个实施例中，电流传感器和所述电压传感器的选择不一定需要选择在生物阻抗传感器阵列的相邻行或列中的生物阻抗传感器。

如图5中所示，M×N子阵列502的一种可能配置可以包括2x2的正方形传感器布置。在一个实施例中，相邻的M×N子阵列502被电接合在一起，以形成完整的X×Y生物阻抗传感器500。在所示的示例中，4个2×2子阵列502被显示为被放置在彼此相邻的行中，以形成单个的2×8生物阻抗传感器阵列500。

在一个实施例中，子阵列502的配置和放置是固定的，其中，每个子阵列502包括至少两个电流传感器和至少两个电压传感器。例如，子阵列A、C、E、和G可以是固定，并且在操作期间，选择这些子阵列中的一个作为最佳子阵列。

在另一个实施例中，子阵列502的配置是动态的。在本实施例中，在校准期间，扫描生物阻抗传感器阵列500，以识别哪些集合的生物阻抗传感器提供最佳信号，并且利用所识别的生物阻抗传感器的集合来作为最优子阵列。在一个实施例中，在此过程期间，离散的生物阻抗传感器504可以被串行地激活。在替代实施例中，离散生物阻抗传感器504可以并行地激活。此后，提供最佳信号的最优子阵列中的生物阻抗传感器的第一部分被选择作为电流传感器，并且最优子阵列中的生物阻抗传感器的第二部分被选择作为电压传感器。例如，在图5中，子阵列502A至502G中的任何一个可被确定为最优子阵列。其他子阵列也是可能的，但没有示出。此外，经过预定时间段之后，或者按照规则的时间间隔，可以再次执行最优子阵列的确定，以查看是否有更好的设置存在以提高性能。

图6A至6D是示出了在2×2子阵列中的电流传感器和电压传感器的可能配置的示图。为了解释的目的，图6A示出的是所示的示例假定2×2子阵列是行(x)和列(y)的格式，其具有索引(1，1)、(1,2)、(2，1)、和(2，2)。

图6A示出了在2×2子阵列中的电流传感器“I”和电压传感器“V”的配置为：(1,1)＝I、(1，2)＝V、(2，1)＝V、和(2,2)＝I。

图6B示出了在2×2子阵列中的电流传感器“I”和电压传感器“V”的配置为：(1,1)＝I、(1，2)＝V、(2，1)＝I、和(2,2)＝V。

图6C示出了在2×2子阵列中的电流传感器“I”和电压传感器“V”的配置为：(1，1)＝V、(1，2)＝I、(2，1)＝V、和(2,2)＝I。

图6D示出了在2×2子阵列中的电流传感器“I”和电压传感器“V”的配置为：(1，1)＝V、(1，2)＝I、(2，1)＝I、和(2,2)＝V。

图6E示出了可能在2×3生物阻抗传感器中使用的电流传感器和电压传感器的对角线子阵列配置，例如，其中，N表示在六个传感器阵列中未使用的传感器。如图所示，在阵列的第一行中的相邻的电压和电流传感器(“V”，“I”)从在阵列的第二行中的相邻的电流和电压传感器(“I”，“V”)偏移一列。

使用在手腕上的心率测量作为示例，最优子阵列可以位于桡动脉或尺动脉上方，其中，相对于动脉定位的子阵列可以使得任一动脉可以位于由最优子阵列所定义的区域内的任何位置处，只要例如血液、脉搏的流体在电流和电压传感器对之间经过。但是，相对于桡动脉和/或尺动脉的最优子阵列放置可能不需要桡动脉和/或尺动脉直接位于最优子阵列中的两个生物阻抗传感器500之间。而是只要最优子阵列的外周基本上覆盖在桡动脉和/或尺动脉(或其它血管)，就仍然可以得到足以推断心率的测量。

一位本领域技术人员可以容易地认识到，可以按各种阵列类型的配置来布置和/或使用额外的传感器，以形成不同的形状，并有效地增加由传感器阵列覆盖的感测区域，从而只要至少一个子阵列覆盖血管，允许在传感器设备的放置中的更强的鲁棒性。

在一个实施例中，每个生物阻抗传感器504可以包括电极。所述电极可以在，例如，约0.1至1.0cm²的尺寸范围之内，并且可以以，例如，约0.1至1.0cm的距离分隔开。电极的大小与电极之间所需的放置距离成比例，因此较小的电极应被放置为更靠近在一起。电极可以从许多的导电材料中来构成。在一个实施例中，电极材料可以包括包括如下的金属材料中的至少一种，金、不锈钢、镍、以及其它金属元素、化合物、或合金。在另一个实施例中，电极材料可以包括在非导电材料上的涂层，诸如，例如，利用Ag/AgCl涂覆的聚合物或陶瓷。然而，也可以使用额外的导体/非导体材料组合(例如，额外的贵金属和金属卤化物的组合)。在另一个实施例中，可以使用材料的组合，包括例如，具有Ag/AgCl涂层的导电橡胶。

再次参考图4，处理器可以被配置将电信号通过最优子阵列中的生物阻抗传感器的至少第一部分传递给用户(框402)。

在一个实施例中，电信号可包括在两个电流传感器之间传递的电流。电信号应当优选地与要测量的流体流动的路径相交。在实施例中，例如，通过调整电信号参数，包括频率、幅度、波形、或它们的任何组合，可以根据需要而修改电信号，以提供最优的测量。在一个实施例中，可以响应于任何感测信号的质量而改变电信号参数。根据一个实施例，感测方法可以进一步包括利用不同电信号参数来进行一系列的测量，并且可以比较所感测的信号以选择最佳的测量。

仍参考图4，使用在最优子阵列中的生物阻抗传感器中的第二部分来从电信号中测量一个或者多个生物阻抗值(框404)。在一个实施例中，生物阻抗值可以通过感测在生物阻抗传感器阵列中的两个电压传感器/电极之间的电势或电压来进行测量。在一个实施例中，该电势的感测优选地与要测量的流体流动的路径相交。在又一个实施例中，来自相邻的电极的生物阻抗值可被测量。

最后，从一个或多个生物阻抗值中至少测量了流体生物阻抗贡献(框406)。被测量的流体生物阻抗可以包括各种流体类型，其包括例如，诸如流经动脉的血液的流动的体液。

已经公开了一种提供用于心率检测的生物阻抗传感器阵列的方法和系统。已经根据所示的实施例描述了本发明，并且可以存在对于实施例的变化，并且该任何变化都将在本发明的精神和范围内。例如，一个实施例可以使用硬件、软件、包括程序指令的计算机可读介质、或者它们的组合来实现。根据本发明编写的软件要被存储在某种形式的计算机可读介质中，诸如存储器、硬盘、或CD/DVD-ROM中，并且要通过处理器来运行。因此，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，一位本领域技术人员可以进行许多的修改。

Claims (30)

1.一种用于提供生物阻抗传感器阵列的方法，包括：

确定在基座上布置的包括多于四个生物阻抗传感器的生物阻抗传感器阵列中的最优子阵列，以使得当由用户穿戴时传感器阵列横跨或者定址于血管；

将电信号通过在最优子阵列中的生物阻抗传感器的至少第一部分传递给用户；

使用在最优子阵列中的生物阻抗传感器中的第二部分来从电信号中测量一个或者多个生物阻抗值；以及

从所述一个或者多个生物阻抗值中分析至少一个流体生物阻抗贡献。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在最优子阵列中选择至少一对的生物阻抗传感器来形成电流传感器，并且选择至少一对其他生物阻抗传感器来形成电压传感器。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，最优子阵列的配置和放置是固定的。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，最优子阵列的配置和放置是动态的。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：扫描生物阻抗传感器阵列，以识别生物阻抗传感器的哪些集合提供最优电流信号，并且使用所识别的生物阻抗传感器的集合来作为最优子阵列；在最优子阵列中选择提供最佳电流信号的生物阻抗传感器的第一部分来作为电流传感器；以及在最优子阵列中选择生物阻抗传感器的第二部分来作为电压传感器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于血管来定位最优子阵列，以使得血管位于由最优子阵列所定义的区域内的任何位置处，只要血液脉搏在电流传感器和电压传感器对之间经过。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将生物阻抗传感器中的一个或者多个与一个或者多个皮肤电反应(GSR)传感器复用。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，生物阻抗传感器包括电极。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，电极尺寸的大小与在电极之间所需的放置距离成比例，以使得较小的电极被放置为更靠近在一起。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，电极处于大约0.1至1.0cm²的尺寸范围内，并且以大约0.1至1.0cm的距离分离。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，电极包括至少一种金属材料，该金属材料包括金、不锈钢、镍、以及其它金属元素、化合物、或合金。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，电极包括以Ag/AgCl涂覆的聚合物或陶瓷。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，电极包括具有Ag/AgCl涂层的导电橡胶。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，传递电信号进一步包括：通过调整信号参数，包括频率、幅度、波形、或它们的任何组合来修改电信号，以提供最优的测量。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：使用不同的信号参数来进行一系列的测量。

16.一种生物阻抗传感器阵列，包括：

在基座上布置的多于4个生物阻抗传感器的阵列，使得当由用户穿戴时传感器阵列横跨或者定址于血管；以及

耦合到传感器阵列的处理器，其被配置为：

在生物阻抗传感器阵列中确定最优子阵列；

将电信号通过最优子阵列中的生物阻抗传感器的至少第一部分传递给用户；

使用在最优子阵列中的生物阻抗传感器中的第二部分来从电信号中测量一个或者多个生物阻抗值；以及

从所述一个或者多个生物阻抗值中分析至少一个流体生物阻抗贡献。

17.根据权利要求16所述的系统，进一步包括：在最优子阵列中选择至少一对生物阻抗传感器来形成电流传感器，并且选择至少一对其他生物阻抗传感器来形成电压传感器。

18.根据权利要求16所述的系统，其中，最优子阵列的配置和放置是固定的。

19.根据权利要求16所述的系统，其中，最优子阵列的配置和放置是动态的。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述处理器扫描生物阻抗传感器阵列，以识别生物阻抗传感器的哪些集合提供最优电流信号，并且使用所识别的生物阻抗传感器的集合作为最优子阵列；并且在最优子阵列中选择生物阻抗传感器的第二部分作为电压传感器。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，相对于血管来定位最优子阵列，以使得血管位于由最优子阵列所定义的区域内的任何位置处，只要血液脉搏在电流传感器和电压传感器对之间经过。

22.根据权利要求16所述的系统，其中，所述生物阻抗传感器中的一个或者多个与一个或者多个皮肤电反应(GSR)传感器复用。

23.根据权利要求16所述的系统，其中，所述生物阻抗传感器包括电极。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，电极尺寸的大小与在电极之间所需的放置距离成比例，以使得较小的电极被放置为更靠近在一起。

25.根据权利要求23所述的系统，其中，电极处于大约0.1至1.0cm²的尺寸范围内，并且以大约0.1至1.0cm的距离分离。

26.根据权利要求23所述的系统，其中，电极包括至少一种金属材料，该金属材料包括金、不锈钢、镍、以及其它金属元素、化合物、或合金。

27.根据权利要求23所述的系统，其中，电极包括以Ag/AgCl涂覆的聚合物或陶瓷。

28.根据权利要求23所述的系统，其中，电极包括具有Ag/AgCl涂层的导电橡胶。

29.根据权利要求16所述的系统，其中，通过调整信号参数，包括频率、幅度、波形、或它们的任何组合来修改电信号，以提供最优的测量。

30.根据权利要求29所述的系统，其中，使用不同的信号参数来进行一系列的测量。