CN107427239A - 将压力换能到非侵入性脉搏的传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于换能动脉压力的系统包括一体式柔性盖，其被配置成适配围绕柔性压阻传感器，该柔性压阻传感器被配置为在偏转时改变内部电阻。柔性盖包括偏转壁，该偏转壁被配置为朝向柔性压阻传感器与动脉所施加的压力成比例地偏转。压力换能介质被密封在一体式柔性盖和柔性压阻传感器之间，使得偏转壁朝向柔性压阻传感器的偏转引起柔性压阻传感器的成比例偏转。

Description

将压力换能到非侵入性脉搏的传感器

背景技术

监测心率、心率变化性、动脉血压、脉搏波速度和增强指数提供有用的健康信息。脉搏压力波传感器提供了一种用于捕获脉搏压力波的形态的非侵入性机制，其可用于测量心率、心率变化性、动脉血压、脉搏波速度和增强指数。脉搏压力波传感器可以并入可穿戴设备中。

发明内容

提供本发明内容以简化的形式介绍在下面的具体实施方式中将进一步描述的概念的选择。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任何部分中指出的任何或所有缺点的实现。

呈现了一种用于换能动脉压力的系统。该系统包括一体式柔性盖，其被配置成适配围绕柔性压阻传感器，所述柔性压阻传感器被配置成在偏转时改变内部电阻。柔性盖包括偏转壁，所述偏转壁成形为配合在桡骨和桡侧腕屈肌肌腱之间，并且被配置成朝向柔性压阻传感器与由桡动脉施加的压力成比例地偏转。将压力换能介质密封在一体式柔性盖和柔性压阻传感器之间，使得偏转壁朝向柔性压阻传感器的偏转引起柔性压阻传感器的成比例偏转。

附图说明

图1示出了可穿戴电子设备的分解图。

图2示出了示例压力换能器组件。

图3示出了可以被耦合到图2的压力换能器组件的示例柔性盖。

图4A示出了被装配有图3的柔性盖的压力换能器组件。

图4B示出了图4A的压力换能器组件的横截面。

图5A示出了用于压力换能器的可穿戴组件。

图5B示出穿戴图5A的可穿戴组件的用户的手腕的横截面。

图6图示了穿戴包括压力换能器的示例感官和逻辑系统的用户的手臂。

图7图示了具有在手臂和压力换能器之间穿戴的示例压力换能垫的用户的手臂。

图8示意性地示出了可用于将来自桡动脉的压力波换能到非侵入性脉搏传感器的感官和逻辑系统。

具体实施方式

对健康和不健康个体的持续心脏监测可以增加我们对心脏病、动脉粥样硬化和其它心血管病症的理解——包括这些病症如何进展，并且因此可以使得能够进行早期诊断和治疗。脉搏波的基于压力的感测提供非侵入性手段来提取重要的心血管参数，诸如心率、动脉血压、增强指数和脉搏波速度。

虽然光学心率传感器已在可穿戴设备中被采用，但是信号质量对噪声高度敏感。如果设备未被正确穿戴或在传感器与皮肤之间存在不良物理接触，则环境光可能污染光学传感器和/或使光学传感器饱和。此外，通过与和血液流动无关的运动、行走、或压力变化相关联的组织的液体流动将被包括在光学信号中。由于光学传感器将感测从多个毛细管反射的光，所以脉搏峰值可以随着时间而分散(宽峰值)，并且可以仅指示脉搏波的一个分量。

相比而言，来自单个动脉的脉搏压力感测提供了尖锐的脉搏峰值，其可以指示整个脉搏波形，包括正向脉搏波、反射的脉搏波和重搏切迹。由于不需要光源，因此脉搏压力传感器可以比光脉搏传感器消耗更少的功率。然而，目前的非侵入性脉搏压力感测技术依赖于在浅表动脉(例如，桡、颈或股)上采用手持式器械的训练有素的临床医生，因此不能借出他们以进行连续监测。

为了将脉搏压力传感器并入可穿戴设备中，必须将传感器放置成与动脉紧密接触。例如，像手表式的手腕可穿戴设备可以相邻于桡动脉放置压力传感器。然而，脉搏压力传感器必须能够通过皮肤和周围组织换能来自动脉的压力。此外，动脉和传感器可以随着时间相对于彼此移动。传感器和/或手腕可穿戴设备相对于穿戴者的限制运动可能导致穿戴不舒服的设备。

可以使用一体式柔性压力换能盖来在身体和压力换能器之间创造一致的生物兼容接口。柔性盖被配置成通过皮肤和下面的组织与穿戴者的动脉相接，并且朝向压力换能器与血流以及由动脉施加的所得压力成比例地偏转。将压力换能介质密封在一体式柔性盖和压力换能器之间，使得施加到偏转壁的压力导致压力换能器的成比例偏转。可选地可以将压力换能垫挨着动脉上的皮肤进行穿戴，为压力换能器提供分布式接口。

图1示出了可穿戴电子设备10形式的示例传感器和逻辑系统的各方面。可穿戴电子设备10可以被配置成测量、分析和/或报告可穿戴电子设备10的穿戴者的一个或多个健康/健身参数。可穿戴电子设备10不限于此。以下参考可穿戴电子设备10描述的一个或多个特征可以被实现在另一个传感器和逻辑系统中，其可以可选地具有与可穿戴电子设备10不同的形状因子。

为了描绘内部配件，可穿戴电子设备10被示为拆卸的。所图示的设备是条带状的，并且可以围绕手腕穿戴。可穿戴电子设备10包括主设备12和卫星设备14。主设备12和卫星设备14的部件由虚线指示出。主设备12可以具有类似于手表的主体的形式功能，并且可以包括用于可穿戴电子设备10的主用户接口配件(例如，显示器、输入等)。卫星设备14可以包括可以使可穿戴电子设备10能够用作可穿戴心血管监测设备的脉搏压力波换能配件。脉搏压力波形换能的准确性可取决于相对于穿戴者的皮肤和下面的组织和脉管系统的换能配件的位置。例如，在卫星设备14中包括脉搏压力波换能配件可以使能在穿戴者的手腕的下侧的时脉搏压力换能，而主设备12在手表穿戴者所熟悉的位置位于穿戴者手腕的背部上。

可穿戴电子设备10被示出具有第一条带16和第二条带17。然而，在一些示例中，可以包括单个条带，并且在一些示例中可以包括多于两个条带。可穿戴电子设备10的条带在一些示例中可以是弹性的，并且一个或多个条带可选地可以由导电弹性体构成。第一条带16可以在第一端18处连接到主设备12，而第二端19位于第一条带16的相对的远端上。类似地，第二条带17可以在第一端20处连接到主设备12，而第二端21位于第二条带17的相对的远端上。第一条带16包括朝向第二端19定位的主紧固配件22，而第二条带17包括朝向第二端21定位的次紧固配件23。条带和紧固配件使可穿戴电子设备10闭合成环状并被穿戴在穿戴者的手腕上。

在该示例中，第一条带16包括连接到主设备12的近端部分24和包括主紧固配件22的远端部分25。近端部分24和远端部分25可以经由第三紧固配件26耦合在一起。以这种方式，可以调节主设备12和主紧固配件22之间的距离。然而，在其它示例中，第一条带16可以是既连接到主设备12又包括主紧固配件22的单个连续条带。

卫星设备14可以在第一条带16的附接区域27内的固定位置处附接到第一条带16，从而在主设备12和卫星设备14之间建立固定距离。主紧固配件22和次紧固配件23是互补的，并且因此可以被可调节地接合以调节可穿戴电子设备10的圆周，而不会相对于主设备12移动卫星设备14的固定位置。在该示例中，主紧固配件22包括用于与次紧固配件23接合的离散位置。然而，在其它示例中，主紧固配件22和次紧固配件23可以沿着连续区域被可调节地接合。

可穿戴电子设备10包括用户相邻的侧面28和面向外的侧面29。因此，主设备12、卫星设备14、第一条带16和第二条带17可以各自具有用户相邻的侧面和面向外的侧面。在封闭配合中，可穿戴电子设备10因此包括内表面(用户相邻的)和外表面(面向外的)。

可穿戴电子设备10包括集成到主设备12中的各种功能部件。特别地，主设备12包括计算系统32、显示器34、通信套件36以及各种传感器。这些部件从一个或多个能量存储单元39抽取功率。电池--例如锂离子电池--是适合于此目的的一种类型的能量存储单元。备选的能量存储单元的示例包括超级和超电容器。在穿戴在穿戴者的手腕上的可穿戴电子设备中，能量存储单元可以弯曲以适合手腕。

通常，能量存储单元39可以是可替换的和/或可再充电的。在一些示例中，再充电功率可以通过通用串行总线(USB)端口来提供，通用串行总线(USB)端口可以包括磁性锁存器以可释放地固定互补的USB连接器。在其它示例中，能量存储单元39可以通过无线感应或环境光充电来再充电。在另外的示例中，可穿戴电子设备10可以包括机电配件，以从穿戴者的偶然或有目的的身体运动对能量存储单元39再充电。例如，电池或电容器可以经由集成到可穿戴电子设备10中的机电发电机来充电。发电机可以通过在穿戴者正在移动并穿戴可穿戴电子设备10时转动的机械衔铁来转动。

在主设备12内，计算系统32位于显示器34下方并且可操作地耦合到显示器34连同通信套件36和各种传感器。计算系统32包括用于保存数据和指令的数据存储机器37以及用于执行指令的逻辑机器38。参考图9进一步详细描述计算系统32的各方面。这些部件可以位于顶部设备壳体框架40和底部设备壳体框架42之间的主设备12内。主设备12还可以包括可被利用来与穿戴者进行通信的其它致动器，诸如触觉式马达44和/或扬声器(未示出)。

显示器34可以是任何合适类型的显示器。在一些配置中，可以使用薄的低功率发光二极管(LED)阵列或液晶显示器(LCD)阵列。在一些实现中，LCD阵列可以是背光式的。在其它实现中，反射型LCD阵列(例如，硅上液晶(LCOS)阵列))可以经由环境光而是前光式的。也可以使用弯曲显示器。此外，可以使用有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器或量子点显示器。

通信套件36可以包括任何适当的有线或无线通信配件。在一些示例中，通信套件36可以包括USB端口，其可以用于在可穿戴电子设备10和其它计算机系统之间交换数据，以及提供再充电电力。通信套件36还可以包括双向蓝牙、Wi-Fi、蜂窝、近场通信和/或其它无线电。在一些实现中，通信套件36可以包括用于光(例如，红外)通信的附加收发器。

在可穿戴电子设备10中，触摸屏传感器可以耦合到显示器34并被配置为接收来自穿戴者的触摸输入。触摸屏传感器可以是基于电阻的、电容的或光学的。可以使用按钮传感器来检测按钮48的状态，其可以包括摇杆。按钮传感器的输入可用于启动home键或开关功能、控制音量、打开或关闭麦克风等。

可穿戴电子设备10可以包括多个附加的传感器。这种传感器可以包括一个或多个麦克风、可见光传感器、紫外线传感器和/或环境温度传感器。麦克风可以向计算系统32提供可用于测量环境声音级别或从穿戴者接收语音命令的输入。来自可见光传感器、紫外线传感器和环境温度传感器的输入可用于评估穿戴者的环境的各方面，即温度、整体照明水平以及穿戴者是在室内还是在室外。

次计算系统50位于卫星设备14内。次计算系统50可以包括用于保存数据和指令的数据存储机器51以及用于执行指令的逻辑机器52。次计算系统50可以位于顶部卫星壳体框架54和底部卫星壳体框架55之间。顶部卫星壳体框架54和底部卫星壳体框架55可以被配置为通过使用螺钉、螺栓、夹具等将卫星设备14耦合到第一条带16上的附接区域27内的固定位置。顶部卫星壳体框架54和底部卫星壳体框架55被示为分离部件，但是在一些示例中，它们可以通过在一端上的铰链耦合在一起，从而允许卫星设备14在另一端处一起被锁定在第一条带16周围。

次计算系统50可以可通信地被耦合到计算系统32。卫星设备14可以调整次计算系统50和计算系统32之间的通信。例如，卫星设备14可以包括一个或多个导电接触件，其被配置为与从主设备12延伸通过第一条带16内的附接区域27的一个或多个导电线物理地相交。在其它示例中，次计算系统50可以经由卫星设备14上的一个或多个导电接触件与第一条带16内的一个或多个导电线之间的电容接触件而被耦合到计算系统32。在其它示例中，带状电缆可以从主设备12延伸通过第一条带16，使得当卫星设备14被固定到第一条带16时，卫星设备14上的一个或多个接触件可以与带状电缆相交。在一些示例中，次计算系统50可以经由无线通信来与计算系统32通信。在一些示例中，卫星设备14可以包括一个或多个能量存储单元。在其它示例中，卫星设备14和容纳在其中的部件可以从能量存储单元39抽取功率。

压力换能设备58位于卫星设备14内。当放置在穿戴者的桡动脉上方时，压力换能设备58可以换能存在于桡动脉中的脉搏压力波，因此用作径向血压计(radialtonometer)。然后换能的脉搏压力波变换成脉搏波形信号，并且被利用用于确定穿戴者的心率、血压和其它心血管属性。附接区域27可以包括多个可能的感测位置，每个可能的感测位置沿着第一条带16具有与主设备12不同的有效距离。在一些示例中，附接区域27可以包括多个连续可能感测位置，而在其它示例中，附接区域27可以包括多个离散的可能感测位置。通过调节主设备12和卫星设备14之间的距离，卫星设备14和压力换能设备58可以被直接放置在穿戴者的桡动脉上，同时主设备12位于穿戴者的手腕的背部。在一些示例中，卫星设备14可以在固定位置处(例如，在第二端19处)被耦合到第一条带16。在这样的示例中，卫星设备14和主设备12之间的距离可以经由卫星设备14和第一条带16之间的相互作用、经由第一条带16和主设备12之间和/或第一条带16的区域之间的相互作用来调节。

底部卫星壳体框架55被示出为具有开口，压力换能设备58可以通过该开口在桡动脉处与穿戴者的手腕建立接触。如果由压力换能设备58检测到的压力低于阈值，和/或如果换能的压力的信号质量低于阈值，则可穿戴电子设备10可以被配置为指令穿戴者相对于桡动脉调节卫星设备14的位置。在一些示例中，可穿戴电子设备10可以被配置为自调节卫星设备14的位置和/或可穿戴电子设备10的整个圆周。

在一些示例中，压力换能设备58可以被容纳并被配置为与独立于主设备12来与穿戴者的手腕相接触。例如，压力换能设备58可以被穿戴在一只手腕上，而主设备12可以被穿戴在另一只手腕上。在其它示例中，压力换能设备58可以被配置为将被穿戴而在主设备12不被穿戴。因此，压力换能设备58可以被配置为与诸如个人计算机、平板计算机、智能电话、智能手表、游戏设备等的一个或多个附加计算设备(例如，经由次计算系统50)通信。

图1示出了位于顶部设备壳体框架40上的一对接触传感器模块60和61，其可以由穿戴者在可穿戴电子设备10被穿戴的情况下使用与手腕相对的手上的手指触摸。在一些示例中，除了接触传感器模块60和61之外或作为接触传感器模块60和61的备选，可以包括其它接触传感器模块。作为一个示例，其它接触模块可以被附接到主设备12、第一条带16和/或第二条带17的用户相邻的侧面28，并且因此在可穿戴电子设备10被穿戴时，与穿戴者的手腕上的点保持接触。作为另一示例，当可穿戴电子设备10被闭合成环时，一个或多个接触模块可以位于可穿戴电子设备10的面向外的侧面29上的次紧固配件23处或附近，从而允许穿戴者接触在他们的身体上可以与穿戴者的手腕的下侧可达的点。附加地或替代地，一个或多个接触模块可以位于第一条带16和/或第二条带17处的环的面向外的侧面29上。

接触传感器模块60和61可以包括独立的或协作的传感器元件，以提供多个感官功能。例如，接触传感器模块60和61可以提供测量穿戴者皮肤的电阻和/或电容的电阻和/或电容感官功能。例如，计算系统32可以使用这样的输入来评估设备是否被穿戴。在一些实现中，感官功能可被用于确定可穿戴电子设备10的穿戴的松紧程度。在一些示例中，接触传感器模块还可以提供对穿戴者的皮肤温度的测量。在一些示例中，接触多个接触传感器模块可允许计算系统32确定穿戴者的心电图(EKG)。

可穿戴电子设备10还可以包括运动感测配件，诸如加速度计、陀螺仪和磁力计。针对组合的六个自由度，加速度计和陀螺仪可以提供沿着三个正交轴的加速度数据以及关于三个轴的旋转数据。例如，该感官数据可以用于提供计步器/卡路里计数功能。来自加速度计和陀螺仪的数据可以与来自磁力计的地磁数据组合，以进一步根据地理朝向来定义惯性和旋转数据。可穿戴电子设备10还可以包括用于确定穿戴者的地理位置和/或速度的全球定位系统(GPS)接收器。在一些配置中，GPS接收器的天线可以是相对柔性的并且延伸到条带16和/或17中。在一些示例中，来自运动感测配件的数据可以被利用以确定与设备穿戴者的身体上的预定感测位置相对的可穿戴电子设备10、接触模块60和/或61、和/或压力换能设备58的位置。

在一些示例中，可穿戴电子设备10还可以包括与一个或多个光源配对的一个或多个光学传感器。光源可以被配置为照亮穿戴者的皮肤和/或下面的组织和血管，同时光学传感器可以被配置为检测从穿戴者的皮肤和/或下面的组织和血管反射的照明。可以将该光学数据传送到计算系统32，其中数据可以被用于确定穿戴者的血氧水平、脉搏、血糖水平或具有光学特征的其它生物标记。

计算系统32经由本文所描述的感官功能而被配置为获取关于可穿戴电子设备10的穿戴者的各种形式的信息。这些信息必须利用对穿戴者的隐私的最大限度地尊重来被获取并被使用。因此，可以服从于穿戴者的选择参与来制定感官功能。在个人数据在设备上被收集并被传送到远程系统进行处理的实现中，该数据可以被匿名化。在其它示例中，个人数据可以仅限于可穿戴电子设备，并且仅限于将非个人的摘要数据被发送到远程系统。

图2示出了示例压力换能器部件200。可以将压力换能器部件200并入在用于可穿戴动脉压力换能系统的压力换能设备中，诸如如图1中所示的压力换能设备58。压力换能器部件200可以包括一个或多个压力换能器205。在一些示例中，压力换能器205可以是压阻传感器，其被配置为使得传感器的偏转引起传感器的内部电阻的变化。压力换能器可以被配置为固定在偏转腔上的薄膜。以这种方式，施加到膜上的压力导致膜偏转到腔中。电阻中的变化然后可以被输出到合适的模拟数字变换器。压阻传感器可以被配置为输出指示对应于绝对压力值的范围的电阻范围的信号。例如，压阻传感器可以指示在1kPa和200kPa之间的绝对压力值。

压力换能器205可以被固定到基板210，基板210可以由陶瓷、聚合物、金属或其它合适的材料制成。可以将端部开口刚性导管215固定到围绕压力换能器的基板上。以切开的透视图示出端部开口刚性导管215，使得可以看到压力换能器205。端部开口刚性导管215可由金属、陶瓷或另一基本上刚性的不可压缩材料制成。因此导管内的压力变化被传导性地发送到压力传感器。如本文中所示，端部开口刚性导管是圆柱形的。然而，在一些示例中，压力换能器205可以是非圆形形状，例如正方形、椭圆形、矩形等，因此端部开口刚性导管215可以是直角棱柱体或椭圆柱体的形式，以配合下面的压力换能器的形状。

可以将基板210、压力换能器205和端部开口刚性导管215固定到微处理器板220，微处理器板220可以允许来自压力换能器205(和/或可通信地耦合到压力传感器的A/D变换器)的原始信号被处理和/或输出到脉搏压力传感器的其它部件。微处理器板220包括安装孔225a和225b，其可用于将压力换能器部件固定到壳体或其它部件上。在一些示例中，可以将两个或多个压力换能器和相随的端部开口刚性导管固定到相同的微处理器板上。两个或多个压力换能器可以被放置在微处理器板上的相同基板上或者各个基板上。

图3示出了可以被耦合到压力换能器组件的示例柔性盖300。柔性盖300例如可以是一体式柔性盖。如图4B中所示，可以将柔性盖300放置在端部开口刚性导管215上，从而在压力换能器205上创建密封腔。柔性盖300包括偏转壁305和侧壁307。偏转壁305可以覆盖侧壁307，并且被成形为配合到用户的身体。偏转壁305可以被配置为朝向柔性压阻传感器与由下面的动脉所施加的压力成比例的偏转。

偏转壁305包括用户接口部分308和弹簧区域310。用户接口部分308耦合到弹簧区域310，使得当可变压力施加到用户接口部分308时，弹簧区域310可以向上和向下弯曲。当没有压力施加到用户接口部分308时，弹簧区域310可以将偏转壁305偏置在距压力换能器的最大距离处。用户接口部分308可以被配置成配合穿戴者的组织以便响应于通过下面的动脉的血流而偏转到内腔315中。例如，用户接口部分308可以被配置成位于桡骨和桡侧腕屈肌肌腱之间，并因此压入桡动脉上方的组织，向桡动脉管腔施加压力，并因此在桡动脉与通过桡动脉的血流成比例地扩张和收缩时偏转到密封的内腔。(例如参见图5B)。

弹簧区域310被耦合到侧壁307。侧壁307可以被配置为在端部开口刚性导管(例如端部开口刚性导管215)的内部或外部上适配齐平，从而将内腔315导电地耦合到下面的压力换能器。如所示，侧壁307是圆柱形的，但是可以以其它方式被成形以与端部开口刚性导管适配齐平。内腔315可以填充压力换能介质。在一些示例中，这可以是空气，但是在其它示例中，传导介质可以是液体、软凝胶、硬凝胶(诸如室温硫化(RTV)硅酮或另一种硅氧烷)、橡胶或其它弹性体聚合物或可压缩固体。可以将柔性盖300的底座320固定到压力换能器组件的基板，以便将压力传感介质密封在内腔315内。

柔性盖300可以由硅树脂、聚氨酯或其它合适的材料模制出，该材料刚性足以将压力波传导到下面的压力换能器，但是柔性足以配合穿戴者的皮肤。相比之下，现有的非侵入性脉搏压力传感器通常利用固体或半柔性接口，这可能不利于持续穿戴。柔性盖300可以是由单一材料制成的一体式柔性盖。然而，在一些示例中，用户接口部分308和弹簧区域310可以由与侧壁307和底座320不同的材料制成。例如，用户接口部分308和弹簧区域310可以由相对更软、更柔性的材料制成，而侧壁307和底座320可以由相对更刚性的材料制成。在一些情况下，柔性盖300可以包括柔性材料的梯度，朝向底座320变得更刚性并且朝向用户接口部分308更柔性。

图4A和图4B示出了示例压力换能器组件400，其中柔性盖300在围绕创建密封腔402的压力换能器组件200的端部开口刚性导管215的适当位置。图4B描绘了沿轴线A-A的压力换能器组件400的横截面。为了将柔性盖密封到端部开口刚性导管或下面的基板210上，粘合剂可以被施加在基底320和基底210之间、和/或在侧壁307和端部开口刚性导管215之间。例如，粘合剂可以是来自道康宁(Dow Corning)的绝缘4207粘合剂或另一种合适的粘合剂。附加地或备选地，O形环可以用于将柔性盖固定到端部开口刚性导管。O形环可以使用粘合剂和/或经由来自周围外壳的压力而被固定在柔性盖周围。在一些示例中，柔性盖可以通过焊接、熔化或焊化固定而被固定，和/或可以通过螺钉或夹具进行固定。

柔性盖的内侧壁307和端部开口刚性导管215的外侧壁可以被互补地被配置成允许柔性盖拧到端部开口刚性导管上，以通过钩/脊纵排、或槽/凸舌纵排而固定到位。类似地，柔性盖的底座320和基板210的表面可以被互补地配置成允许底座320的全部或一部分牢固地插入到基板中。

诸如物体凝胶膜之类的凝胶层410可以被放置在换能器的第一侧上的压力换能器上方，以便保护换能器免受导电介质420的压力。压力换能器205被示出为位于在换能器的第二相反侧上的偏转腔430。当将压力施加到用户接口部分308时，弹簧区域310向压力换能器205偏转，从而压缩导电介质420。因此，导电介质经由凝胶层410将压力传递到压力换能器205，允许压力换能器205偏转到偏转腔430中，从而改变压力换能器205的内部电阻。如图4B中所示，用户接口部分垂直于侧壁。在一些示例中，用户接口部分308的外侧面可以是圆顶形的或者以其它方式被配置成配合用户的手腕。用户接口部分308可以具有比弹性区域310更大的厚度，或者整个偏转壁可以是单个厚度。弹簧区域310可以相对于柔性压阻传感器成角度。如所示弹簧区域310的直径可以从侧壁到用户接口部分而减小。在其它示例中，弹簧区域310可以包括一系列类似手风琴的折皱。

如关于图3所描述的，导电介质420可以是液体、固体、凝胶或气体。由于柔性盖300被密封到压力换能器组件200上，因此将导电介质420限定在密封腔402中，导电介质不需要是生物相容性或耐汗物质。可以基于压力传感器的应用来选择导电介质。固体或硬的凝胶介质可以是产出高信噪比的良好机械导体。空气或其它气体介质可以提供优异的缓冲，从而降低损坏换能器的风险。液体或软的凝胶介质可以具有足够的传导，同时提供缓冲以抵抗损坏换能器。

图5A示出了用于压力换能器的可穿戴组件500。可穿戴组件500包括卫星壳体505，其中可容纳压力换能器组件。卫星壳体505耦合到条带510，其可以被用于周围用户的手腕固定可穿戴组件。卫星外壳505包括开口512，柔性盖300的全部或部分可以通过开口512而突出。

图5B示出了耦合到用户的手腕515的可穿戴组件500的横截面。在该示例中，可穿戴部件500还包括主设备520。在该配置中，卫星外壳505及其内部部件(包括压力换能器组件)可以是参考图1描述的卫星设备14的功能等同物，而主设备520可以是参考图1描述的主设备12的功能等同物。

手腕515的图示部件包括皮肤525、桡骨530、尺骨535、桡侧腕屈肌肌腱540、桡动脉545和组织550。卫星壳体505可以被放置成使得柔性盖300将穿戴者的皮肤压下到肌腱540和桡骨530之间的组织550中，从而压缩桡动脉的管腔。在这个位置，桡动脉中的压力脉搏波可以向柔性盖300施加压力，其可以经由压力换能介质而被机械传导到下面的压力换能器。

尽管柔性盖300的柔韧性，实现将压力换能器耦合到桡动脉的必要接触取决于穿戴该可穿戴组件的个体的解剖结构。桡骨和桡侧腕屈肌肌腱的尺寸和位置因人而异，因此动脉管腔的维度因人而异。对于一些用户来说，相对刚性的组件将能够舒适地适配在动脉管腔中，但对于其它用户，柔性盖将主要接触桡骨或肌腱上方的皮肤。因此，可穿戴组件可以被提供有包括不同尺寸和/或形状的用户接口部分的各种柔性盖。这可允许用户选择最符合其解剖结构的盖。在一些示例中，柔性盖可以被模制到用户的规格。可以用深度相机、激光扫描仪、磁共振成像仪或其它三维成像设备来对用户的手臂成像。作为示例，然后可以使用三维打印机来设计和模制或打印定制的柔性盖。

图6描绘了被耦合到穿戴者601的手腕的示例可穿戴电子设备600。可穿戴电子设备600包括容纳压力换能器组件的卫星设备605以及主设备610。卫星设备605和主设备610经由条带615彼此物理耦合并耦合到穿戴者601的手腕。卫星设备605和主设备610经由条带615内的导体620而彼此可通信地耦合。

在该示例中，卫星设备605包括被放置成与穿戴者601的皮肤接触的液体填充囊630。以这种方式，液体填充囊可以动态地取得动脉管腔的形状。囊内的液体因此可以用作桡动脉和所包括的压力换能器之间的压力换能介质。

在一些示例中，压力换能器可以位于液体填充囊内以与液体直接接触(和/或由薄凝胶层分开)。然而，囊的使用也可以允许压力换能器从囊和桡动脉之间的接触位置被解耦合。例如，液体填充囊可以被放置成与动脉管腔接触，而压力传感器通过小的刚性管耦合到囊。例如，以将囊容纳在卫星设备605内，而将压力换能器容纳在主设备610中。囊的使用和接口尺寸的潜在增加可能产生包含额外的噪声和运动伪影的信号。因此，在从压力信号确定心血管指标之前，可以基于来自包括在可穿戴组件中的运动传感器(例如，加速度计、陀螺仪)的信号来从信号中过滤运动。

图7图示了具有可以放置在手臂和压力换能器之间的示例压力换能垫705的用户700的手臂。压力换能垫705可以暂时地附连到桡骨710和桡侧腕屈肌肌腱715之间的用户700的皮肤上。例如，用户可以用手指检测他们的脉搏，然后将压力换能垫放置在所检测的脉搏的位置上。压力换能垫705可以由硅、聚氨酯、柔性泡沫或其它柔性材料制成。在该示例中，压力换能垫平行于动脉管腔720中的桡骨骨骼而放置。压力换能垫705然后可以用临时粘合剂固定在适当的位置。在该示例中，粘合带725将压力换能垫粘附到合适的位置，但是在一些示例中，压力换能垫可以是自粘合的，例如利用垫的底座上的粘合剂或者集成为绷带风格的形式。然后可以将压力换能器组件的柔性盖放置成与压力换能垫接触(例如，在730处)。以这种方式，所以用户不需要像没有垫的那样精确地放置柔性盖，因为压力换能垫具有比用户接口部分更大的表面积。压力换能垫可以被配置成与由桡动脉所施加的压力成比例地从皮肤向外偏转，使得当用户接口部分被放置成与压力换能垫接触时，压力换能垫的向外偏转引起柔性盖的偏转壁朝着下面的柔性压阻传感器的成比例偏转。

此外，使用压力换能垫允许在更大的面积上的动脉脉搏压力的集成(并因此放大)。对于具有弱或难以定位的脉搏的个体而言，这有助于发现并获得强脉搏信号。附加地，较大的相互作用面积可以提高用户的舒适度，并减少皮肤标记。由于压力换能垫具有比柔性盖更大的表面积，因此可以容忍柔性盖的一些移动而不会损失或降低压力信号的质量。对于每个柔性盖，压力换能垫可以以各种形状和尺寸提供，或者可以是为个人用户设计的定制。以这种方式，压力换能垫可以适配在桡骨和肌腱之间。否则，信号可能被减弱并遭受到额外的噪音。

从前面的描述显而易见，本文所描述的方法和过程可以与一个或多个机器的感官和逻辑系统相联系。这样的方法和过程可以被实现为计算机应用程序或服务、应用编程接口(API)、库、固件和/或其它计算机程序产品。图1示出了感官和逻辑系统的一个非限制性示例以实施本文所描述的方法和过程的。然而，这些方法和过程也可以在其它配置和形状因子的感官和逻辑系统上实施，如图8中示意性所示。

图8示意性地示出了形式不可知的感官和逻辑系统810，其包括可操作地耦合到计算系统814的传感器套件812。计算系统包括逻辑机器816和数据存储机器818。计算系统可操作地耦合到显示子系统820、通信子系统822、输入子系统824和/或图8中未示出的其它部件。

逻辑机器816包括被配置为执行指令的一个或多个物理设备。逻辑机器可以被配置为执行作为一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、部件、数据结构或其它逻辑结构的一部分的指令。可以实施这样的指令以执行任务、实现数据类型、变换一个或多个部件的状态、实现技术效果、或以其它方式达到期望的结果。

逻辑机器816可以包括被配置为执行软件指令的一个或多个处理器。附加地或备选地，逻辑机器可以包括被配置为执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机器。逻辑机器的处理器可以是单核或多核，并且其上执行的指令可以被配置为顺序、并行和/或分布式处理。逻辑机器的各个部件可选地可以分布在两个或多个单独的设备中，其可以位于远程和/或被配置用于协调处理。可以通过云计算配置中的可远程访问的联网计算设备虚拟化并执行逻辑机器的各方面。

数据存储机器818包括一个或多个物理设备，其被配置为保存由逻辑机器816可执行的指令，以实现本文所描述的方法和过程。当实现这些方法和过程时，数据存储机器的状态可以被变换--例如，以保存不同的数据。数据存储机器可以包括可移动和/或内置设备；它尤其可以包括光学存储器(例如CD、DVD、HD-DVD、蓝光盘等)、半导体存储器(例如RAM、EPROM、EEPROM等)和/或磁存储器(例如硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)等。数据存储机器可以包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机访问、顺序访问、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址的设备。

数据存储机器818包括一个或多个物理设备。然而，本文所描述的指令的各方面可以由通信介质(例如电磁信号、光信号等)传播，该通信介质不被物理设备保存有限的持续时间。

可以将逻辑机器816和数据存储机器818的各方面集成在一起成为一个或多个硬件逻辑部件。例如，这样的硬件逻辑部件可以包括现场可编程门阵列(FPGA)、程序和专用集成电路(PASIC/ASIC)、程序和专用标准产品(PSSP/ASSP)、系统级芯片(SOC)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。

显示子系统820可以用于呈现由数据存储机器818保存的数据的可视表示。该视觉表示可以采取图形用户接口(GUI)的形式。由于本文所描述的方法和过程改变了由存储机器保存的数据，并且因此变换了存储机器的状态，所以显示子系统820的状态同样可以被变换成可视地表示底层数据的变化。显示子系统820可以包括可视地利用实际上任何类型的技术的一个或多个显示子系统设备。这样的显示子系统设备可以与共享外壳中的逻辑机器816和/或数据存储机器818组合，或者这种显示子系统设备可以是外围显示子系统设备。图1的显示器34是显示子系统820的示例。

通信子系统822可以被配置为将计算系统814可通信地耦合到一个或多个其它计算设备。通信子系统可以包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统可以被配置用于经由无线电话网络、局域网或广域网和/或因特网进行通信。图1的通信套件36是通信子系统822的示例。

输入子系统824可以包括一个或多个用户输入设备(例如键盘、触摸屏、按钮、拨盘、操纵杆或开关)或与之进行接口。在一些实施例中，输入子系统可以包括选定的自然用户输入(NUI)配件或与之进行接口。这种配件可以是集成的或外围的，并且输入动作的换能和/或处理可以在板上或板外被处理。示例NUI配件可以包括用于语音和/或话音识别的麦克风；用于机器视觉和/或手势识别的红外的、彩色、立体和/或深度相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼部跟踪器、加速度计和/或陀螺仪。图1的按钮48是输入子系统824的示例。

传感器套件812可以包括一个或多个不同的传感器，例如径向测压传感器825、触摸屏传感器、按钮传感器、麦克风、可见光传感器、紫外线传感器、环境温度传感器、接触传感器、和/或GPS接收器——如上参考图1所述。传感器套件812可以包括运动传感器套件826。运动传感器套件826可以包括加速度计、陀螺仪、磁力计或其它合适的运动检测器中的一个或多个。

如本文所描述的，径向测压传感器825可以包括压力换能器830。计算系统814可以包括径向测压控制子系统834，其可以可通信地耦合到逻辑机器816和数据存储机器818。压力换能器830可以包括一个或多个压阻传感器，其被配置为经由模拟数字变换器向计算系统814提供绝对压力信号。压力换能器830可以被配置成通过用户的皮肤838换能来自桡动脉836压力波。

径向测压控制子系统834可以进一步处理原始信号以确定心率、血压、热量消耗等。处理的信号可以经由计算系统814被存储和输出。发送到径向测压传感器825的控制信号可以是基于从压力换能器830接收的信号、从传感器套件812导出的信号、存储在数据存储机器818中的信息、从通信子系统822接收的输入、从输入子系统824接收的输入等。

在一个示例中，用于换能动脉压力的系统包括：柔性压阻传感器，所述柔性压阻传感器被配置为根据所述柔性压阻传感器的偏转而改变内部电阻；一体式柔性盖，包括：侧壁，所述侧壁尺寸适配围绕所述柔性压阻传感器，以及偏转壁，所述偏转壁覆盖所述侧壁并且被成形以配合在桡骨和桡侧腕屈肌肌腱之间，所述偏转壁被配置成朝向所述柔性压阻传感器与由所述桡动脉所施加的压力成比例地偏转；和压力换能介质，所述压力换能介质被密封在所述一体式柔性盖和所述柔性压阻传感器之间，使得所述偏转壁朝向所述柔性压阻传感器的偏转引起柔性压阻传感器的成比例偏转。在该示例或任何其它示例中，所述偏转壁包括在所述偏转壁的用户接口部分之间的弹簧区域，当没有压力被施加到所述用户接口部分时在距所述柔性压阻传感器的最大距离。在该示例或任何其它示例中，所述用户接口部分垂直于所述侧壁。在该示例或任何其它示例中，所述弹簧区域相对于所述柔性压阻传感器成角度，并且从所述侧壁到所述用户接口部分，所述弹簧区域的直径减小。在该示例或任何其它示例中，所述用户接口部分具有比所述弹簧区域更大的厚度。在该示例或任何其它示例中，将所述柔性压阻传感器固定到基板，并且其中所述系统还包括：被固定到围绕所述柔性压阻传感器的基板上的端部开口刚性导管，所述端部开口刚性导管被配置为在侧壁内适配齐平。在该示例或任何其它示例中，所述端部开口刚性导管和所述侧壁是圆柱形的。在该示例或任何其它示例中，将所述柔性压阻传感器固定到所述基板，使得所述柔性压阻传感器响应于施加到所述用户接口部分的压力而偏转到偏转腔中。在该示例或任何其它示例中，系统还包括压力换能垫，所述压力换能垫临时附接到用户的桡骨与所述用户的桡侧腕屈肌肌腱之间的所述用户的皮肤，并且具有比所述偏转壁的所述用户接口部分更大的表面积，所述压力换能垫被配置为与由桡动脉所施加的压力成比例地从所述皮肤向外偏转，使得当所述用户接口部分被放置成与所述压力换能垫接触时，所述压力换能垫的向外偏转引起所述偏转壁朝向所述柔性压阻传感器的成比例偏转。

在一个示例中，用于检测动脉压力的系统包括：柔性压阻传感器，所述柔性压阻传感器被配置为响应于被施加到所述柔性压阻传感器的第一侧的压力而改变内部电阻；固定量的压力换能介质，所述固定量的压力换能介质位于所述柔性压阻传感器的第一侧上的密封腔中并且被配置为将压力变化发送到所述柔性压阻传感器；以及围绕所述密封腔的柔性盖，所述柔性盖被配置成配合用户的组织，以便响应于通过下面的动脉的血流而偏转到所述密封腔中，从而对所述压力换能介质施加与所述动脉血流成比例的压力。在该示例或任何其它示例中，柔性盖包括：侧壁，所述侧壁尺寸适配围绕所述柔性压阻传感器，以及偏转壁，所述偏转壁覆盖所述侧壁并且被成形以配合在桡骨和桡侧腕屈肌肌腱之间，所述偏转壁被配置成朝向所述柔性压阻传感器与所述桡动脉中的压力改变成比例地偏转。在该示例或任何其它示例中，所述偏转壁包括在所述偏转壁的用户接口部分和所述侧壁之间的弹簧区域，当没有压力被施加到所述用户接口部分时所述弹簧区域将所述偏转壁偏置在距所述柔性压阻传感器的最大距离。在该示例或任何其它示例中，所述弹簧区域相对于所述柔性压阻传感器成角度，并且从所述侧壁到所述用户接口部分，所述弹簧区域的直径减小。在该示例或任何其它示例中，所述用户接口部分垂直于所述侧壁。在该示例或任何其它示例中，所述系统还包括：固定到所述柔性压阻传感器的第二相对侧的基板；以及固定到围绕所述柔性压阻传感器的所述基板的端部开口刚性导管，所述端部开口刚性导管被配置成在侧壁内适配齐平。在该示例或任何其它示例中，所述柔性压阻传感器被固定到所述基板，使得被施加到所述柔性压阻传感器的压力引起所述柔性压阻传感器与所施加的压力成比例地偏转到偏转腔中，所述偏转腔位于所述柔性压阻传感器的所述第二侧上。在该示例或任何其它示例中，所述系统还包括：压力换能垫，所述压力换能垫临时附接到用户的桡骨与所述用户的桡侧腕屈肌肌腱之间的所述用户的皮肤，并且具有比所述偏转壁的所述用户接口部分更大的表面积，所述压力换能垫被配置为与由桡动脉所施加的压力成比例地从所述皮肤向外偏转，使得当所述用户接口部分与所述压力换能垫接触时，所述压力换能垫的向外偏转引起成比例的压力被施加到所述偏转壁。在该示例或任何其它示例中，所述系统还包括：在所述柔性压阻传感器和所述压力换能介质之间的所述柔性压阻传感器的第一侧上的凝胶层。在该示例或任何其它示例中，所述柔性盖是一体式柔性盖。

在一个示例中，用于桡动脉测压传感器系统的可穿戴组件包括：可调节条带，其被配置成将所述桡动脉测压传感器系统固定到用户的手腕；被连接到所述可调节条带的卫星壳体；以及位于所述卫星壳体内的压力换能组件，并且包括：柔性压阻传感器，所述柔性压阻传感器被配置为根据所述柔性压阻传感器的偏转而改变内部电阻；一体式柔性盖，所述一体式柔性盖被配置成至少部分地突出通过所述卫星壳体中的开口，并且包括：侧壁，所述侧壁尺寸适配围绕所述柔性压阻传感器，以及偏转壁，所述偏转壁覆盖所述侧壁并且被成形以配合在桡骨和桡侧腕屈肌肌腱之间，所述偏转壁被配置成朝向所述柔性压阻传感器与由所述桡动脉所施加的压力成比例地偏转；以及压力换能介质，所述压力换能介质被密封在所述一体式柔性盖和所述柔性压阻传感器之间，使得朝向所述柔性压阻传感器的所述偏转壁的偏换引起所述柔性压阻传感器的成比例偏转。

本文所描述的配置和方法本质上是示例性的，并且这些特定实现或示例不被认为是限制性的，因为许多变型是可行的。本文所描述的特定例程或方法可以表示一个或多个处理策略。因此，可以按照所显示或描述的顺序、按照其它顺序、并行地或省略地执行所示出或所描述的各种动作。

本公开的主题包括本文所公开的各种过程、系统和配置以及其它特征、功能、动作和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合，以及任何和所有其等同物。

Claims (15)

1.一种用于换能动脉压力的系统，包括：

柔性压阻传感器，所述柔性压阻传感器被配置为根据所述柔性压阻传感器的偏转而改变内部电阻；

一体式柔性盖，包括：

侧壁，所述侧壁尺寸被设置为适配围绕所述柔性压阻传感器，以及

偏转壁，所述偏转壁覆盖所述侧壁并且被成形以配合在桡骨和桡侧腕屈肌肌腱之间，所述偏转壁被配置成朝向所述柔性压阻传感器与由桡动脉所施加的压力成比例地偏转；以及

压力换能介质，所述压力换能介质被密封在所述一体式柔性盖和所述柔性压阻传感器之间，使得所述偏转壁朝向所述柔性压阻传感器的所述偏转引起所述柔性压阻传感器的成比例偏转。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述偏转壁包括在所述偏转壁的用户接口部分和所述侧壁之间的弹簧区域，当没有压力被施加到所述用户接口部分时所述弹簧区域将所述偏转壁偏置在距所述柔性压阻传感器的最大距离处。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述用户接口部分垂直于所述侧壁。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述弹簧区域相对于所述柔性压阻传感器成角度，并且从所述侧壁到所述用户接口部分，所述弹簧区域的直径减小。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述柔性压阻传感器被固定到基板，并且其中所述系统还包括：

被固定到围绕所述柔性压阻传感器的所述基板上的端部开口刚性导管，所述端部开口刚性导管被配置为在所述侧壁内适配齐平。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述柔性压阻传感器被固定到所述基板，使得所述柔性压阻传感器响应于被施加到所述用户接口部分的压力而偏转到偏转腔中。

7.根据权利要求2所述的系统，还包括：

压力换能垫，所述压力换能垫临时附接到用户的桡骨与所述用户的桡侧腕屈肌肌腱之间的所述用户的皮肤，并且具有比所述偏转壁的所述用户接口部分更大的表面积，所述压力换能垫被配置为与由桡动脉所施加的压力成比例地从所述皮肤向外偏转，使得当所述用户接口部分被放置成与所述压力换能垫接触时，所述压力换能垫的向外偏转引起所述偏转壁朝向所述柔性压阻传感器的成比例偏转。

8.一种用于检测动脉压力的方法，包括：

将柔性盖应用于下面的动脉上方的用户的组织，使得所述柔性盖响应于通过所述下面的动脉的血流而偏转到密封腔中；

经由所述柔性盖，将与动脉血流成比例的压力施加到位于柔性压阻传感器的第一侧上的所述密封腔中的固定量的压力换能介质；以及经由所述压力换能介质，将压力变化发送到所述柔性压阻传感器，所述柔性压阻传感器被配置为响应于被施加到所述柔性压阻传感器的所述第一侧的压力而改变内部电阻。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述柔性盖包括：

侧壁，所述侧壁尺寸被设置为适配围绕所述柔性压阻传感器，以及

偏转壁，所述偏转壁覆盖所述侧壁并且被成形以配合在桡骨和桡侧腕屈肌肌腱之间，所述偏转壁被配置为朝向所述柔性压阻传感器与桡动脉中的压力改变成比例地偏转。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述偏转壁包括在所述偏转壁的用户接口部分和侧壁之间的弹簧区域，当没有压力被施加到所述用户接口部分时所述弹簧区域将所述偏转壁偏置在距所述柔性压阻传感器的最大距离处。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述弹簧区域相对于所述柔性压阻传感器成角度，并且从所述侧壁到所述用户接口部分，所述弹簧区域的直径减小。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述用户接口部分垂直于所述侧壁。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，基板被固定到所述柔性压阻传感器的第二相对侧，并且其中端部开口刚性导管被固定到围绕所述柔性压阻传感器的所述基板，所述端部开口刚性导管被配置为在所述侧壁内适配齐平。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述柔性压阻传感器被固定到所述基板，使得被施加到所述柔性压阻传感器的压力引起所述柔性压阻传感器与所施加的所述压力成比例地偏转到偏转腔中，所述偏转腔位于所述柔性压阻传感器的所述第二侧上。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括：

压力换能垫，所述压力换能垫临时附接到用户的桡骨与所述用户的桡侧腕屈肌肌腱之间的所述用户的皮肤，并且具有比所述偏转壁的所述用户接口部分更大的表面积，所述压力换能垫被配置为与由桡动脉所施加的压力成比例地从所述皮肤向外偏转，使得当所述用户接口部分与所述压力换能垫接触时，所述压力换能垫的向外偏转引起成比例的压力被施加到所述偏转壁。