CN118284363A

CN118284363A - 测量足部中的血流的装置和方法

Info

Publication number: CN118284363A
Application number: CN202280076113.2A
Authority: CN
Inventors: D·林德斯; Z·沃尔斯宗; J·奥布莱恩; M·D·罗杰斯; L·奥尼尔·格罗夫; D·L-B·魏; E·G·劳埃德; H·格里斯特雷; B·T·琴特拉基奥
Original assignee: PODIMETRICS Inc
Current assignee: PODIMETRICS Inc
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2024-07-02
Also published as: WO2023107483A1; US20230172471A1; CA3238042A1; EP4444175A4; EP4444175A1; US11857303B2

Abstract

一种测量足部血流的装置具有平台，该平台具有平台接触表面，该平台接触表面被构造成接收来自将他们的足部放置在接触表面上的用户的足部力。该装置还具有延伸穿过平台接触表面的多个PPG装置(具有至少一个光源和至少一个检测器)以及多个弹簧。每个PPG装置与一个或更多个弹簧联接以与平台可移动地联接。此外，当平台的接触表面容纳足部时，每个弹簧被偏置，以经由其联接的PPG装置产生偏置力。为了维持抵靠皮肤的一致压力和良好的信噪比，每个PPG装置及其对应的一个或更多个弹簧被配置成使得偏置力具有基本上独立于足部力量值的量值。

Description

测量足部中的血流的装置和方法

优先权

本专利申请要求2021年12月6日提交的题为“BLOOD FLOW MEASUREMENTS USINGPHOTOPLETHYSMOGRAPHY”的美国临时专利申请No.63/286,352的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明的例示性实施方式总体上涉及测量血流，并且更特别地，本发明的各种实施方式涉及测量足部中的血流。

背景技术

许多患有糖尿病的美国人也会患上心血管疾病和其他心脏并发症。这些并发症中的许多(诸如溃疡或外周动脉疾病)可在足部中呈现其合并症，使其成为糖尿病患者身体上的脆弱区域。到足部的血流改变可指示这种合并症的早期迹象。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，一种测量足部血流的装置具有平台，该平台具有被构造成容纳足部的平台接触表面。平台接触表面被配置成当平台接触表面容纳足部时(例如，当足部静止在平台接触表面上时)接收具有足部力量值的足部力。该装置还具有延伸穿过平台接触表面的多个PPG装置(具有至少一个光源和至少一个检测器)以及多个弹簧。每个PPG装置与一个或更多个弹簧联接以与平台可移动地联接。此外，当平台的接触表面容纳足部时，每个弹簧被偏置，以经由其联接的PPG装置产生偏置力。为了保持一致性，每个PPG装置和其对应的一个或更多个弹簧被配置成使得偏置力具有基本上独立于足部力量值的偏置力量值。

具体地，多个PPG装置可以具有带有第一弹簧的第一PPG装置和带有第二弹簧的第二PPG装置，第一弹簧具有第一弹簧常数，第二弹簧具有第二弹簧常数。为了改变偏置力，第一弹簧常数可以不同于第二弹簧常数。另外地或另选地，第一PPG装置可以具有与平台的接触表面间隔开第一距离的第一顶部接触表面，而第二PPG装置具有与平台接触表面间隔开第二距离的第二顶部接触表面。因为足部可能不是平坦的，所以第一距离可以大于第二距离。在其他实施方式中，第一距离和第二距离可以相同。

为了改善读数，多个PPG装置可以被配置成同时产生多个不同波长的光。此外，平台接触表面可以形成多个孔，每个孔包含PPG装置中的至少一者和对应的弹簧。每个PPG装置优选地被限制成在一个维度/方向上移动；通常被配置成响应于接收到足部力而在孔内垂直于表面移动。然而，一些实施方式可以在不垂直于表面的方向上移动每个PPG装置。此外，如上所述，多个PPG装置具有被配置成接触足部的顶部接触表面。所述弹簧被配置成响应于足部力而允许顶部接触表面可移动到基本上齐平或低于平台接触表面的水平。

本领域技术人员可以从各种类型的弹簧中选择。例如，多个弹簧可以包括螺旋弹簧、板簧、悬臂弹簧、泡沫弹簧、粘弹性(“记忆”)泡沫/弹簧和/或弹性弹簧中的一者或更多者。以类似的方式，本领域技术人员可以选择各种类型的光源中的任何一种。例如，光源可以包括发光二极管或激光器。光检测器可以包括光电检测器。

优选地，弹簧偏置力足够强以使光源和足部的皮肤的接口处的光泄漏最小化。为此，用于给定PPG装置的弹簧可以被配置成在抵接足部时使得反射光不从光源泄漏。例如，偏置力的范围可以是从1N到10N。

平台可以以各种模态中的任何一种来构造。例如，平台可以是开放平台(例如，类似于浴室秤、地板垫或地毯)或封闭平台(例如，鞋、内底或袜子)的形式。不管模态如何，平台可以具有引导标记，该引导标记标识将足部放置在平台上何处。平台还可以具有视觉显示器，该视觉显示器被配置成显示测量状态。

其他传感器可以提供另外的功能。例如，平台可以具有放置系统，该放置系统被配置成响应于至少一个PPG装置和/或压力传感器的测量结果而开始分析足部。此外，在一些实施方式中，多个PPG装置被布置为从平台接触表面延伸的PPG装置的二维阵列。该阵列可以是单个阵列或多个阵列的形式(例如，一个阵列用于左足部，另一阵列用于右足部)。

根据另一实施方式，一种用于测量足部中的血流的装置具有平台，该平台具有被构造成容纳足部的平台接触表面。平台接触表面被构造成当平台接触表面容纳足部时接收具有足部力量值的足部力。平台还具有一对PPG装置。具体地，平台具有：1)具有第一光检测器和被配置成发射第一波长的光的第一光源的第一PPG装置，以及2)具有第二光检测器和被配置成发射第二波长的光的第二光源的第二PPG装置。第一PPG装置和第二PPG装置通常在平台接触表面上方延伸。优选地，第一波长和第二波长不同。优选地，第一PPG装置被配置成在第二PPG装置发射第二波长的光的同时发射第一波长的光。

平台还具有与第一PPG装置联接的第一弹簧，以将第一PPG装置与平台可移动地联接。当平台的接触表面容纳足部时，第一弹簧被偏置，以经由第一PPG装置产生第一偏置力。以类似的方式，平台具有与第二PPG装置联接的第二弹簧，以将第二PPG装置与平台可移动地联接。当平台的接触表面容纳足部时，第二弹簧被偏置，以经由第二PPG装置产生第二偏置力。平台接触表面形成至少部分地包含第一PPG装置和第一弹簧的第一孔，以及至少部分地包含第二PPG装置和第二弹簧的第二孔。对应地，第一PPG装置被配置成在第一孔内移动，而第二PPG装置被配置成在第二孔内移动。优选地，第一PPG装置和第一弹簧被配置成使得第一偏置力具有基本上独立于足部力量值的量值。

根据其他实施方式，一种测量足部中的血流的方法将足部定位在平台上，该平台具有多个PPG装置以及具有多个孔的平台接触表面。每个PPG装置具有至少一个光源和至少一个光检测器，并且通过平台接触表面中的孔中的一者朝向足部偏置。足部在被定位在平台接触表面上时产生朝向接触表面的足部力。然后，该方法通过每个PPG装置产生偏置力，该偏置力具有基本上独立于足部力的量值，由PPG装置将光引导到足部中，并且由PPG装置接收被引导到足部中的光的反射。然后，该方法根据所接收到的光确定血流特性(例如，心率、血液氧合、组织氧合的区域差异和/或血液灌注等)。

本发明的例示性实施方式被实现为具有计算机可用介质的计算机程序产品，该计算机可用介质上具有计算机可读程序代码。计算机系统可以根据常规过程读取和利用计算机可读代码。

附图说明

根据下面参考以下概述的附图讨论的“具体实施方式”，本领域技术人员应当更全面地理解本发明的各种实施方式的优点。

图1A和图1B示意性地示出了足部的足底区域(例如，脚底)的图示，

图1B示意性地示出了定位在平台上的用户的足部，

图2示意性地示出了安装在平台中的PPG装置的图示，

图3A示意性地示出了在执行PPG测量时的足部的横截面，

图3B示意性地例示了在执行PPG测量时的足部的横截面，

图3C示意性地例示了用于执行PPG测量的开放平台的一个实施方式，

图3D示意性地例示了用于执行PPG测量的封闭平台的一个实施方式，

图4A示意性地示出了收集关于该用户的足部的数据的开放平台的一个形状因子，

图4B示意性地示出了收集关于该用户的足部的数据的开放平台的一个形状因子，

图5A示意性地示出了开放平台的一个实施方式的等距视图，

图5B示意性地示出了开放平台的一个实施方式的分解视图，

图5C示意性地示出了开放平台的一个实施方式的横截面图，

图6A示意性地示出了开放平台的一个实施方式的等距视图，

图6B示意性地示出了开放平台的一个实施方式的分解视图，

图6C示意性地示出了开放平台的一个实施方式的横截面图，

图7A示意性地示出了开放平台的一个实施方式的等距视图，

图7B示意性地示出了开放平台的一个实施方式的分解视图，

图7C示意性地示出了开放平台的一个实施方式的横截面图，

图8示意性地示出了平台可以与更大的数据网络通信的一个实施方式，

图9示意性地示出了足部监测系统的框图的一个实施方式，

图10示意性地示出了平台中的各种部件的一个实施方式的框图，

图11示出了描述测量足部中的血流的方法的流程图的一个实施方式，

图12示出了分析PPG数据的算法的实施方式，

图13示出了分析PPG数据的算法的实施方式，

图14示出了分析PPG数据的算法的实施方式，

图15A示意性地示出了允许进行一个或更多个PPG测量的开放平台模态的实施方式，

图15B示意性地示出了允许进行一个或更多个PPG测量的开放平台模态的实施方式，

图16示意性地示出了平台的实施方式的俯视图和两个侧视图，以及

图17示出了在处理经滤波的数据之后针对每只足部的三组PPG数据(顶部、中间和底部)找到的最终峰值。

具体实施方式

在例示性实施方式中，一种方法和装置分析患者的足部，以通过光电体积描记术(photoplethysmography，“PPG”)测量来确定患者足部的血流。除了其他方式之外，可以从患者的足部的足底表面(例如，足部的脚底)来进行这些测量。多个光源(诸如激光器和/或发光二极管(LED))与光电检测器联接，以形成抵靠患者/用户的足部的脚底定位的PPG装置。每个PPG装置中的光源将给定波长的光透射到足部的表面中，并且检测器测量可以通过足部的脚底检测到的光信号的强度。所吸收的光的强度的改变表示足底组织的微血管床中的血液体积改变。分析所测量的PPG信号，以确定心脏健康参数，该心脏健康参数可以包括心率、心率变异性(HRV)、呼吸率、以及氧饱和度(SpO₂)、足部中的血液灌注、以及足部之间和足部的不同部分中的血流和组织氧合的区域差异。

PPG装置与弹簧联接，弹簧与平台(例如，刚性平台或柔性平台)可移动地联接。用户利用该用户的一只或两只足部的底部接触刚性平台，并且弹簧被偏置，以保持PPG装置抵靠用户足部的脚底(例如，足底区域)。在一些实施方式中，用户可以站在刚性平台上，或者可以在坐下或斜倚时将他们的足部放置在刚性平台上。联接到PPG对的弹簧的偏置力基本上独立于用户的足部抵靠刚性平台的力。因此，无论患者的位置、与PPG对的预期交互或重量如何，施加到患者足部的偏置力都是相同的。

光源的特定波长可以在从可见光波长至红外(IR)波长的范围内。特别地，PPG光源可以使用红色、红外和/或绿色的激光器和/或LED。

平台从PPG装置中的一些或全部PPG装置获取PPG测量结果并将这些读数记录在存储器中。可以包括反馈机制，以供用户可视地观察部分或整个过程，诸如当：a)PPG读数开始；b)它在进行中；以及c)过程成功完成时。反馈可以是视觉、声学或其他标记的形式，诸如光、声音或具有视觉标记(例如，单词或数字)的图形用户界面(GUI)。

可以将包含所记录的数据的数据文件发送到远程处理器。在例示性实施方式中，平台将该数据与信号处理和滤波功能以及计算心率和/或信噪比的过程一起使用。这允许患者、他们的健康护理提供者和/或他们的护理人员更早地进行干预，从而降低更严重并发症的风险。下面讨论例示性实施方式的细节。

如本领域技术人员已知的，光电体积描记术(photoplethysmography，PPG)是一种简单且低成本的光学技术，其可用于检测组织的微血管床中的血液体积改变。它经常被用于在皮肤表面进行非侵入性测量。PPG波形包括归因于血液体积随每次心跳的心脏同步改变的搏动(“AC”)生理波形，并且叠加在具有归因于呼吸、交感神经系统活动和热调节的各种更低频率分量的缓慢变化的(“DC”)基线上。

尽管PPG信号的分量的起源尚未完全了解，但人们普遍认为它们可以提供关于心血管系统的有价值的信息。PPG产品可以使用低成本、简单和便携式技术在基于初级护理和社区的临床环境中实现。这得益于低成本和小型半导体部件的广泛可用性以及基于计算机的脉搏波分析技术的进步。PPG技术已经用于广泛的商业医疗设备中，以用于测量氧饱和度、血压和心脏输出量，评估自主功能并且还检测外周血管疾病。

因此，足部光电体积图包括从心脏朝向下肢的生理信息，因为PPG检测源自从左心室传输的血液体积改变的光变化。以前的研究报道了足部PPG的各种医学应用，包括监测血管状态、预防糖尿病足部溃疡。

图1A示意性地示出了足部10的足底区域(例如，脚底)，其中框指示在进行PPG测量时特别有用的前足部区域。在前足部上和前足部周围，一个或更多个PPG装置可以瞄准每只足部的三个或更多个关键位置：外侧足底动脉、内侧足底动脉和深足底动脉。在一个实施方式中，PPG装置被定位在每只足部的中足部处(普遍足部的大约一半)，并且传感器以彼此相距35mm至45mm(例如，39mm)的间距定位。

另选实施方式使用足部上的其他位置来采集PPG信号(例如，为了冗余性和准确性，尽管足部形态有差异或扫描期间有运动)并测量跨足部的相对血流差异。PPG信号可以从足部的脚底的具有较厚皮肤的区域(诸如脚跟和脚掌)以及具有较薄皮肤的区域(诸如中足部)采集。

图1B示意性地示出了定位在刚性平台16上的用户的足部10。PPG装置20被示出为利用弹簧联接到刚性平台16，并且通过由弹簧朝向足部施加的压力保持PPG装置20与用户足部的足底部表面接触。光源照射皮肤，并且检测器测量光吸收的改变。以这种方式，PPG装置监测血液到皮肤的真皮和皮下组织的灌注。这由图1B中的弯曲箭头示意性地表示，其示出了从源发出并在检测器处测量的光信号。因此，在例示性实施方式中，来自光源的光穿透到足部中并反射回检测器。

图2中示出了安装在刚性平台中的传感器20(例如，PPG装置)的简化示意图。在该实施方式中，光源和检测器(例如，PPG装置)被示出为安装在PPG装置壳体/壳28(例如，传感器壳体)中的传感器20，该PPG装置壳体/壳28联接到安装在弹簧基部30上的弹簧26。PPG传感器20可以在设备平台16(例如，刚性平台)的盖32中的通孔34内在弹簧26上自由上下移动。正是该设备平台16或其顶部表面支撑足部的重量或力(例如，如果患者站立则是总重量，或者如果足部简单地抵靠它放置则是减小的力)。如上文和下文所述，弹簧26产生基本上独立于平台上的力的返回/偏置力。

弹簧保持PPG装置壳体20牢固地抵靠足部的脚底。优选地，PPG装置20和弹簧26像柱塞一样有效地移动，因为它们被限制为在一个方向(例如，通常垂直于刚性平台16的表面)上移动。在一些实施方式中，检测器和光源可以安装在分开的弹簧上，使得它们可以各自独立地移动。检测器和光源可以安装在具有相同力常数或不同力常数的弹簧上。

封装的传感器20可以直接或间接地连接到附连到设备的基部的弹簧26。封装的传感器20可以以使得传感器20能够在施加压力时通过孔34上下移动的方式可移动地联接在通孔34内。该移动可以基本上垂直于平台的顶部表面或与顶部表面成非直角。根据足部的位置，可以更改弹簧高度和强度，以实现尽可能好的信号。例如，一个或更多个弹簧可以被标称地设定为使得当静止时(即，当足部不在平台上时)，它们的对应PPG装置在平台的顶部表面上方约7.4mm以瞄准深足底动脉，在平台的顶部表面上方约15.4mm以瞄准内侧足底动脉，并且在平台的顶部表面上方约11.4mm以瞄准外侧足底动脉。

弹簧优选地被构造成向足部施加适度的力，以便不过度地限制血流。同时，弹簧力(也称为“偏置力”)应足够显著，以使光源接口处的光散射最小化并使检测器处的光捕获最大化。为此，瞄准深足底动脉和外侧足底动脉的PPG装置上的弹簧可以被配置成各种尺寸、刚度，例如，具有1.0N/mm的弹簧常数。此外，内侧足底动脉上的弹簧可以具有约0.8N/mm的弹簧常数。实际上，本领域技术人员可以调整那些值以适应不同的要求(例如，高于所述值10％-20％的范围、低于所述值10％-

20％的范围、或高于所述值10％-20％的范围和低于所述值10％-20％的范围)。在一些实施方式中，弹簧力可以在约0.5N或1N至约10N之间，或者弹簧力可以在约1N至约5N之间。

图3A示意性地示出了在执行PPG测量时的足部的横截面。PPG装置20被示出为具有彼此并排靠近的光源22和检测器24。它们安装在传感器壳体28的上表面上，并且弹簧26被示出为联接到传感器壳体28的下表面。弹簧26联接到基部的内表面(未示出)。

源22将一个或更多个波长的光38(例如，电磁辐射)发射到足部的底部中。发射光38可以包括穿过足部组织行进的绿光、红光和/或红外光。一些发射光38将与足部中的动脉36相互作用。在与足部的动脉相互作用之后，在称为反射模式的操作模式中，一些光可以被邻近源22的检测器24检测为检测光40。此外，在与足部的动脉36相互作用之后，在称为透射模式的操作模式中，一些检测光40可以由在足部的顶部表面处的、与源相对的检测器24检测到。

检测器24测量由检测器24收集到的检测光40的量的量值作为执行测量(例如，测试)的时间的函数，并且它们产生包括AC(搏动)和DC(缓慢变化)分量的脉搏信号。AC分量归因于与每次心跳同步的血液体积的改变，而DC分量与呼吸、组织和平均血液体积有关。AC幅度表示动脉搏动的强度，并且大AC幅度指示强动脉搏动。

如图所示，PPG装置20可以突出到足部的皮肤中，使得PPG装置20在足部的皮肤中形成临时凹形区域42。图3A中所示的凹部42可以夸大凹形区域20的尺寸，因为其不旨在按比例绘制，而是示出凹形效果。如所示出的，弹簧26提供足够的偏置(力)以与足部的表面牢固接触，但不提供太大的力来衰减在动脉36中测量的区域中的血流。也就是说，弹簧张力(例如，偏置)被调整为能够保持PPG装置20以最优偏置抵靠皮肤，以检测足底组织的微血管床中的血液体积改变，而基本上不影响血流改变。

如上所述，在PPG检测的“反射模式”中测量检测光40涉及使光源22和检测器24并排在传感器壳体28上。当光源22和检测器24从同一方向面向皮肤时，该实施方式在开放平台(下面讨论)中是有用的，如图3A中的PPG装置20所示。此外，这种反射模式在封闭平台(下面讨论)中也可以是有用的，诸如容纳足部的鞋或足部固定装置。

另选地，不是使用具有相邻或附近检测器的反射模式，而是可以通过与光源22相对的检测器24’将进入皮肤并穿过动脉36的发射光38测量为检测光40；在该示例中，检测器24’位于足部的顶部，这可以被认为在PPG检测的“透射模式”下操作。除了在开放平台中有用之外，该实施方式还可以在封闭平台(当光源22和检测器24面向足部的相反侧上的皮肤时)中特别有用。

在一些实施方式中，可以存在多于一个光源和多于一个检测器。特别地，一些实施方式可以包括提供一个或更多个波长的光(例如，电磁辐射)的源。一个示例使用绿色光源和红外(例如，IR)光源。绿色、红色和IR波长已被证明在从用户提取脉搏速率方面是有用的。IR波长还被证明为适合于基于PPG的测量，包括氧饱和度测定，例如SpO₂。在一些实施方式中，使用利用多个波长(诸如红色和IR波长)同时操作的光源和检测器的组合的PPG测量来测量SpO₂。

图3B示意性地示出了弹簧偏置对动脉流测量的潜在影响。如图所示，三个PPG装置安装在弹簧上并且被示出为抵靠足部的底部延伸。表示光信号的弯曲箭头环被示出为从源发射并由检测器检测。还示出了动脉。

左PPG装置接触皮肤，但未突出到足部的底部中，因此不导致凹形区域。在该示例中，光与皮下血流的相互作用不是很强，并且AC信号可能会很弱。

中间PPG装置突出到足部的底部中，但未突出到动脉中。在该示例中，光与动脉的相互作用非常强，并且AC信号将会很强。AC幅度表示动脉搏动的强度，并且大AC幅度指示强动脉搏动。随着每次心跳，都存在在径向方向上向外突出抵靠血管壁的力矢量(法向力矢量)。在垂直方向上的合力是法向力矢量的所有垂直力分量的总和。

右PPG装置突出到足部的底部中并且突出到动脉中。在该示例中，血流可以被衰减并且AC信号将较弱。因此，施加在光电体积描记(例如PPG)传感器上的接触力太大，导致动脉壁开始变平。作为压缩的结果，由来自PPG装置的接触力引起的外部压力接近动脉内压力。动脉内压力与外部压力之间的差被定义为跨壁压，并且当跨壁压降低时，血流以及因此PPG信号的AC分量被衰减。

从动脉壁特性的角度来看，AC幅度随着接触力增加而增加，直到某个点，如中间PPG装置所示，其中跨壁压变为零。在该峰值点之后，AC幅度由于动脉开始被阻塞而减小，如右PPG装置所示。最终，动脉被推到骨骼和其他组织上，并且远侧动脉壁最终将完全变平并且搏动将消失。

图3C示意性地示出了被配置成执行PPG测量的开放平台的一个实施方式。开放平台包括具有平台接触表面14的盖32。PPG装置通过孔突出到平台接触表面(也称为“顶部表面”)上方，并且接触/抵接足部10的底部表面。基于足部的形状，PPG装置中的每个PPG装置的顶部接触表面在相对于盖接触表面的不同高度处压靠足部的底部表面。例如，一个或更多个PPG装置接触足部的足弓比一个或更多个PPG装置接触足部的脚跟的位置更远。在足部的皮肤可能实际上突出到刚性平台的平台接触表面14的通孔中的位置中，诸如在足部的脚跟处，PPG装置的顶部接触表面将在刚性平台的接触表面下方一定距离处与足部的皮肤接触。

PPG装置20的底部与基部48的内表面之间的弹簧26被配置成产生偏置力，该偏置力使PPG装置20的顶部接触表面与足部10的皮肤接触，而不管皮肤是在刚性平台的接触表面上方(诸如与足弓)还是在刚性平台的接触表面14下方(诸如与脚跟)。

由弹簧26提供的偏置不取决于刚性平台16上的人的重量(例如，质量)。无论用户是大是小、站立的、坐下的或躺下的，只要用户的足部10的一部分与刚性平台的接触表面14接触，弹簧26就将施加足以利用每个PPG装置20进行PPG测量的偏置力。因此，该偏置力独立于足部10施加到平台的顶部表面的力。

在一些实施方式中，刚性平台16包括一个或更多个压力传感器66，如图3C所示。这些压力传感器66向放置系统提供信号，该放置系统被配置成响应于压力传感器66的测量结果而开始分析足部10。此外，压力传感器66的测量结果可以与至少一个PPG装置20的测量结果组合，以发起对用户的一只或两只足部的分析。

图3D示意性地示出了用于执行PPG测量的封闭平台的一个实施方式。在该实施方式中，外壳68被提供为平台16的一部分，以使PPG装置20和/或检测器24与10英尺的顶部和/或侧面接触。如图3C的实施方式所示，封闭平台的盖32和基部48基本上类似于开放平台。也就是说，刚性平台至少包括PPG装置20、弹簧26和压力传感器66。另外，封闭平台还利用附接到刚性平台或作为刚性平台的一部分的外壳68围绕用户的一只或两只足部。封闭平台可以被制造为单个单元，或者可以由若干部件组装。

在一些实施方式中，封闭平台可以透射模式、反射模式或两者同时操作。通过使检测器24位于外壳68的内表面上，刚性平台中的光源22可以使一定波长的光透射通过足部，并且由位于外壳68内侧的检测器测量该光的强度。

在一些实施方式中，PPG装置20和/或检测器24以类似于它们如何安装在刚性平台16中的方式被安装在外壳68中。也就是说，PPG装置20和/或检测器24以与针对刚性开放平台中的弹簧26所描述的类似的偏置安装在弹簧26上。此外，PPG装置和/或检测器通过外壳的接触表面中的开口垂直于或不垂直于平台表面移动(例如，像柱塞)。此外，在一些实施方式中，安装在外壳68中的PPG装置20以与由刚性平台16中的PPG装置20进行PPG测量基本上相同的方式进行PPG测量。

值得注意的事实是，图3D的该实施方式从足部10的另一部分(足部的顶部，不一定是足底部分)获取读数。实际上，一些实施方式可以从足部的侧面进行测量。因此，仅从足部的底部进行测量的讨论仅用于示例性目的，而不旨在限制所有实施方式。

足部中的测量可用于检测血流中的不规则性，其指示足部溃疡形成的早期阶段。一般而言，溃疡是身体表面上的通常由皮肤或粘膜中的破裂引起的开放疮。糖尿病通常在其足部的脚底上产生作为其疾病的一部分的足部溃疡。在这种情况下，足部溃疡通常始于局部炎症或感染(例如，作为溃疡前期，其没有穿透皮肤，但表现出升高的温度)，其可能发展为皮肤破裂和感染。

应当注意，对糖尿病和糖尿病患者的讨论仅仅是一个示例，并且在此仅仅用于例示性目的。因此，各种实施方式适用于其他类型的疾病(例如，中风、去适应症、败血症、摩擦、肉瘤等)和其他类型的溃疡——这样的实施方式通常可以应用于在延长的时间段内对生物体的身体存在压缩或摩擦的情况。例如，各种实施方式也适用于形成在身体的不同部位上的溃疡，诸如在背部(例如，卧疮)上、在假体接受腔内部或在臀部(例如，轮椅中的患者)上。此外，例示性实施方式适用于人类以外的其他类型的生物体，诸如其他哺乳动物(例如，马或狗)。因此，对具有足部溃疡的糖尿病人类患者的讨论仅是为了简单起见，并不旨在限制本发明的所有实施方式。

这里描述的方法可用于改善患者测量身体的受影响区域中的血流的顺应性(compliance)。如果患病或易受影响的患者没有定期检查他/她的足部，那么该患者可能直到溃疡或溃疡前期通过皮肤出现和/或需要大量医疗治疗时才知道溃疡或溃疡前期。因此，例示性实施方式以各种形式中的任何一种(优选地以促进和鼓励定期使用的易于使用的形状因子)实现溃疡监测系统。

图4A和图4B示意性地示出了一个形状因子，其中患者/用户在收集关于该用户的足部10的数据的开放平台16上踩踏。在该特定示例中，开放平台16呈地板垫的形式，该地板垫放置在患者定期站立的位置，诸如在浴室水槽前面、靠近床、在淋浴前面、在脚踏上或集成到床垫中。作为开放平台16，患者可以简单地在平台16的顶部感测表面上踩踏以发起该过程。因此，有利地，这个形状因子和其他形状因子不要求患者肯定地决定与平台16交互。相反，许多预期的形状因子被配置成用于患者在他们一天的过程中频繁站立而没有足部覆盖的区域。另选地，开放平台16可以被移动，以直接接触不能站立的患者的足部10。例如，如果患者卧床，则平台16可以在床上与患者的足部10接触。

浴室垫或地毯只是多种不同的潜在形状因子中的两种。其他可以包括类似于秤的平台16、支架、脚踏、控制台、内置于地板中的瓷砖、或容纳至少一只足部10的更便携的机构。图4A和图4B中所示的实施方式具有大于患者的一只或两只足部10的表面积的顶部表面积。这使得护理人员能够获得患者的整个脚底的完整视图，从而提供足部10的更完整视图。

开放平台16还在其顶部表面上具有一些标记或显示器18，它们可具有多种功能中的任一种。例如，标记可以在读数完成之后变成不同颜色或发声警报，显示过程的进展或显示过程的结果。当然，标记或显示器18可以在除了开放平台16的顶部表面之外的任何位置处，诸如在侧面上，或者是与开放平台16通信的单独部件。实际上，除了使用视觉或听觉标记之外或代替使用视觉或听觉标记，平台16可以具有其他类型的标记，诸如触觉标记/反馈、我们的热标记。

代替使用开放平台16，如上所述，另选实施方式可以被实现为封闭平台，诸如可以由患者定期穿戴或根据需要穿戴的鞋或袜子。例如，患者的鞋或靴的内底可以具有用于检测溃疡前期或溃疡的出现和/或监测溃疡前期或溃疡的功能。

为了监测患者的足部的健康(下面更详细地讨论)，图4A和图4B的平台16收集关于足部10的脚底上的多个不同位置的PPG数据。该PPG数据提供最终用于确定足部10的健康的核心信息。

PPG测量实现的各种实施方式

图5A示意性地示出了开放平台16的一个实施方式的等距视图。当然，该实施方式只是多个潜在实现中的一个，并且像其他特征一样，仅通过示例来讨论。

如图所示，平台16被形成为夹设在具有支撑足部的顶部表面的盖32与刚性基部48之间的功能层的堆叠。这些功能层中的一些功能层可以提供物理支持、智能/逻辑(例如，电路)等。PPG装置20被示出为经由通孔在顶盖32上方延伸。出于安全目的，基部48优选地在其底部侧面上具有橡胶化的防滑特征或具有其他防滑特征。平台16优选地具有相对薄的轮廓，以避免绊倒患者并使其易于使用。

为了测量足部底部上的血流，平台16具有固定在盖20正下方的适当位置处的PPG装置20的阵列或矩阵。更具体地，PPG装置20被定位在基部的表面中的凹部/孔中。PPG装置26优选地以二维阵列/矩阵布置，其中不同PPG装置20之间的间距或距离相对较小。如图所示，该阵列可以在两个离散区域中——每只足部一个，或者跨越基本上占据整个顶部表面的较大区域。

在一些实施方式中，PPG装置20的阵列可以包括温度传感器，所述温度传感器可以包括温度敏感电阻器(例如，安装到电路板上的印刷或离散部件)、热电偶、光纤温度传感器或热致变色膜。因此，当与需要直接接触的PPG装置20一起使用时，例示性实施方式利用具有相对高热导率的薄材料形成盖26。平台16还可以使用通过患者的袜子仍然可以检测温度的温度传感器。

如下面更详细讨论和上面指出的，无论它们的特定类型如何，多个PPG装置20生成患者的足部10上的多个部分/点的多个对应的血流数据值，以监测足部10的健康。此外，温度数据收集传感器可以被包括在平台16中，并且后续温度数据可以与PPG数据一起被包括在对用户的足部健康的分析中。

一些实施方式还可以将压力传感器用于各种功能，诸如确定足部10的定向和/或自动开始测量过程。其中，压力传感器可以包括压电、电阻、电容或光纤压力传感器。平台16还可以具有超出PPG装置、温度传感器和压力传感器的附加传感器模态，诸如定位传感器、GPS传感器、加速度计、陀螺仪以及本领域技术人员已知的其他传感器模态。

图5B示出了图5A所示的开放平台16的分解视图。该图示出了与盖32分开的刚性基部48，并且PPG装置20/弹簧26与盖32中的它们的规定孔34和基部中的凹部72对准。因此，该图更清楚地示出了每个PPG装置20如何具有相关联的弹簧26，该弹簧26在一端联接到刚性基部48中的凹部72的底部，并且在另一端联接到PPG装置20的底部。每个PPG装置20延伸穿过盖32，并且被配置成在垂直于平台表面14的方向上(即，在Z方向上)在其孔34内和外部向上和向下移动。虽然该单向运动可以基本上垂直于盖32的顶部表面14的x-y平面，但是一些实施方式也可以使该移动与顶部表面14成角度地移动。例如，为了接触足部的成角度的部分，PPG装置20中的一个或更多个可以成角度地定向。每个PPG装置20在其自身的弹簧26上独立于其他PPG装置20的移动而移动，使得多个PPG装置阵列能够符合用户足部的底部的形状。

PPG装置可以以使得传感器能够在施加压力/力(通常来自用户的足部)时通过孔上下移动的方式可移动地联接。取决于用户足部的位置，弹簧高度和强度可以被预配置，以实现可能的最佳信号。例如，一个或更多个弹簧可以标称地设定成使得它们的PPG的顶部通常(即，在施加足部力之前)设定在与开放平台的顶部表面齐平的上方约5mm至10mm之间以瞄准深足底动脉，在齐平的上方约10mm至约20mm以瞄准内侧足底动脉，和/或在齐平的上方约7mm至15mm以瞄准外侧足底动脉。深足底动脉和外侧足底动脉上的弹簧可以被配置成包括0.8mm×9.5mm×20mm的各种尺寸和1.067N/mm的弹簧常数。此外，内侧足底动脉上的弹簧可以包括0.6mm×9.5mm×10mm的尺寸和0.789N/mm的弹簧常数。实际上，本领域技术人员可以调整那些值以适应不同的要求(例如，高于所述值10％-20％的范围、低于所述值10％-20％的范围、或高于所述值10％-20％的范围和低于所述值10％-20％的范围)。

图5C示出了图5A和图5B中所示的开放平台16的横截面图。如图5B所示，用于每个PPG装置20的弹簧26在一端联接到凹部72的底部表面，并且在另一端联接到PPG装置20的底部表面。PPG装置20被定位在孔34中，其中光源和检测器的顶部接触表面延伸穿过盖中的通孔34，以通常定位在盖32的顶部表面14上方。该图示出了PPG壳体28的一个实施方式，其至少部分地封装光源和检测器。如图所示，PPG壳体28具有集成的止动件，以设定PPG装置20可以远离顶部表面14横向移动的最大向外距离。该止动件部分的几何形状被配置成确保PPG装置的顶部表面被适当地定位。此外，弹簧26被偏置和选择，使得其施加足够的力以确保当静止时(即，当没有接收到向下的力时)，止动件抵接该图中所示的孔的对应表面。

图6A示意性地示出了开放平台16的另一实施方式的等距视图。当然，该实施方式只是多个潜在实现中的一个，并且像其他特征一样，仅通过示例来讨论。

与图5A至图5C的实施方式不同，该实施方式的盖具有贯通沟槽70，贯通沟槽70与多个其他PPG装置的孔一起形成一个孔。如图6A所示，贯穿沟槽70具有预定图案，该预定图案用于说明目的并且不旨在限制可以使用的图案的类型。

图6B示出了图6A所示的开放平台16的分解视图。该图示出了盖32如何形成沟槽70，而刚性基部48与图5A至图5C的实施方式基本相同。此外，如图6B和图6C所示，该实施方式的弹簧26不是螺旋弹簧，而是形成为板簧。这些和其他实施方式可以使用其他类型的弹簧，诸如弹性弹簧、悬臂弹簧、泡沫弹簧和/或粘弹性弹簧。实际上，本文讨论的各种实施方式的弹簧可以应用于其他实施方式。例如，图6A至图6C的弹簧可以用在图5A至图5C的实施方式中。

图7A至图7C示意性地示出了开放平台16的另一实施方式的不同视图。与上述实施方式不同，基部48和盖32被构造成使得盖32的顶部表面14相对于基部48的底部成角度。该角度可以是大致中性的角度，例如45度，但是它可以是零度与90度之间(例如10度、20度或30度与40度、50度或60度之间)的另一角度。当用户坐着时，该实施方式可能特别有用。该实施方式还在盖的顶部表面上具有引导标记74，以帮助用户定位他们的足部。

如图所示，在该实施方式中，标记74呈弯曲的、相对平坦的构件的形式，该构件旨在供使用者用来定位他们的足部。具体地，在使用期间，使用者的脚跟的后部应当接触/抵接构件的大的凹形表面，以将他们的足部与PPG装置20适当地对准(尽可能地)。然而，其他实施方式可以不使构件弯曲，或者甚至使它们形成为具有其他几何形状和尺寸。因此，在一些实施方式中，标记74可以是从表面突出的直型物或凸起物。在其他实施方式中，标记74可以与顶部表面14齐平和/或凹入止动表面中，而不是升高到表面上方。例如，标记74可以是盖32的顶部表面14中的凹部，或者它们可以是基本上在顶盖32的平面中的标记。

图7B示出了图7A所示的开放平台16的分解视图。如图所示并且类似于图6A至图6C的实施方式，该实施方式的PPG装置20和弹簧通常以类似于图5A至图5C的方式安装和操作。

注意，尽管图5A至图7C没有明确示出PPG装置下面的电路层，但是各种实施方式确实具有带有用于控制整个装置的操作的电路的印刷电路板。因此，这些图被简化，并且不旨在建议底层电路不在平台上。如上面和下面所讨论的，该电路可以执行来自PPG通电、检测管理、系统控制、数据存储(例如，只读存储器)、联网/通信设备(例如，调制解调器)等的各种角色。

联网和数据测量

尽管它收集PPG和关于患者足部的其他数据，但是例示性实施方式可以定位用于在另一位置处监测足部健康的一些或基本上所有(或其他)逻辑。例如，这样的附加逻辑可以在远程计算设备上。为此和其他目的，图8示意性地示出了根据本发明的各种实施方式的平台16可以与更大的数据网络44通信的一种方式。如图所示，平台16可以通过本地路由器、通过其局域网或直接在没有居间设备的情况下直接与因特网连接。该更大的数据网络44(例如，因特网)可以包括也互连的多个不同端点中的任何端点。例如，平台16可以与分析引擎46通信，分析引擎46分析来自平台16的PPG数据和/或热数据并且确定患者足部10的健康。平台16还可以直接与健康护理提供者84(例如医生、护士、亲属和/或负责管理患者护理的组织)通信。实际上，平台16还可以与患者通信，诸如通过文本消息、电话呼叫、电子邮件通信或系统允许的其他模态。

图9示意性地示出了足部监测系统的框图，从而更详细地示出了平台16和网络44以及其互连部件。如图所示，患者通过站在PPG装置的阵列上或以某种方式被PPG装置的阵列容纳来与平台16通信，PPG装置的阵列在该图中被表示为“传感器矩阵52”。例如，由主板和电路实现的数据获取框54控制PPG数据和其他数据的获取，以存储在数据存储设备56中。除其他外，数据存储设备56可以是易失性或非易失性存储介质，诸如硬盘驱动器、高速随机存取存储器(“RAM”)或固态存储器。输入/输出接口端口58(也由平台16上的主板和其他电子器件控制)选择性地将所获取的数据从存储设备发送或转发到远程计算设备(诸如服务器60)上的分析引擎46。数据获取框54还可以控制用户指示器/显示器18，其通过上述标记(例如，听觉、视觉或触觉)向用户提供反馈。

图10示意性地示出了平台16中的各种部件的一个实施方式的框图。应当注意，与其他附图类似，图10仅仅是便于理解的示意性表示，并且每个部件通过任何常规互连机构可操作地连接。在一些实施方式中，图10的设备集成到如图9所示的平台16中。在一些实施方式中，设备可以与无线连接(例如，蓝牙、4G、5G或WIFI)和电源一起使用，而不是直接连接到远程服务器60或计算设备(诸如个人计算机)。

本领域技术人员应当理解，这些部件中的每一者可以以各种常规方式来实现，诸如通过使用硬件、软件、或硬件与软件的组合，跨越一个或更多个其他功能部件来实现。例如，一些功能部件可以使用执行固件的多个微处理器来实现。作为另一示例，可以使用一或多个专用集成电路(例如，“ASIC”)及相关软件或ASIC、离散电子部件(例如，晶体管)及微处理器的组合来实现一或多个部件。因此，将部件表示为图10的单个框仅是为了简单起见。实际上，在一些实施方式中，一些部件可以分布在多个不同的机器上——不一定在同一壳体或底盘内。

图11示出了根据例示性实施方式的测量足部中的血流的方法。应当注意，该方法从通常用于测量血流的较长过程大大简化。因此，该方法可以具有本领域技术人员可能使用的其他步骤。此外，一些步骤可以以与所示不同的顺序执行，或同时执行。因此，本领域技术人员可以适当地修改该过程。

该方法开始于1110处，其中足部10定位在平台16上，平台16被配置成类似于上述实施方式中的一个或更多个。为此，用户物理地放下足部，足部首先接触PPG装置20的顶部表面，然后将它们向下(例如，相对于平台表面垂直)移动到它们的孔34中。通过这样做，足部在定位在平台接触表面14上时产生指向接触表面的足部力。该足部力克服弹簧26施加到其PPG装置20的偏置力。

在1120处，当PPG装置20离开其抵靠止动件的偏置位置时，足部10开始接收偏置力。该偏置力优选地在每个PPG装置20的整个路径的一些或全部期间施加到足部10。具体地，对于给定的PPG装置20，足部10继续接收偏置力，直到足部10被支撑在平台16的顶部表面14上。优选地，当足部10被支撑时(无论其被完全或部分地支撑在表面14上)，每个PPG装置20(或至少多个PPG装置)的弹簧26被配置成具有向下行进的超量距离(从附图的角度)。这样，弹簧26不被认为是在其孔34内已经“触底”抵靠某个表面或停止。因此，当支撑在顶部表面14上并且PPG装置20相对静止(即，不再移动)时，足部接收一致的偏置力。

在优选实施方式中，由足部10接收的该偏置力具有基本上独立于足部力(即由足部10施加到平台16的顶部表面34的力)的量值。换句话说，弹簧26和PPG装置20被配置成使得用户的重量、用户的位置、足部10在平台16上的位置和/或用户将他们的一只足部/两只足部定位在顶部表面14上的方式(例如，从就座或站立位置)对由足部10接收的偏置力的量值具有任何不可忽略的影响。例如，当被支撑在平台16上时，120磅用户的足部10应当感觉到与随后使用相同平台16的200磅用户基本上相同的偏置力(即，确保弹簧26的相同构造)。在一些实施方式中，由用户接收的动态偏置力(即，当施加净足部力并且向下移动PPG装置20时)可以根据所施加的运动和足部力而在一定程度上改变，但是当静止时，足部10应当接收偏置力，使得偏置力独立于由平台16/顶部表面14接收的力。因此，在例示性实施方式中，每个PPG装置20及其对应的一个或更多个弹簧26被配置成使得偏置力具有基本上独立于足部力量值的量值。

实际上，如所指出的，当用户的足部10在平台上静止时，一些PPG装置20将与顶部表面14齐平，一些将从顶部表面14向外延伸，和/或一些甚至可以在顶部表面14下方(例如，如果足部的皮肤进入孔34的顶部)。

在产生偏置力之后，过程继续到步骤1130处，其中光源22将发射光38引导到足部10中。尽管光理想地具有来自足部10的外表面的零反射，但是预期发射光38的一些部分可以反射回来并降低信噪比。如下文所讨论的，光源22优选地被配置成抵接到足部的表面中以形成有效的光密封，从而使在该接口处的反射或光泄漏最小化。检测器24还优选地以类似的方式配置(具有光密封)。

接下来，在步骤1140处，足部内透射的光38的一部分自然地朝向检测器24反射回来。该反射具有步骤1150用来确定血流特性的数据。一些实施方式可以使用常规技术来确定血流特性，而其他实施方式可以使用专有技术。

心血管参数的计算

其中，平台确定的心脏健康参数可以包括心率、心率变异性(例如，HRV)、呼吸率和氧饱和度。配置有信号处理能力的后处理信号处理设备可以用于在给定光电体积描记(例如，PPG)波形的情况下收集遵循计算连续RR间隔的心率变异性。

心率变异性是给定日益增长的老年人群体的关注度量，因为它计算连续心跳之间的时间间隔的变化。心率变异性是一个人适应环境和心理挑战程度的标志，其中升高的值与心房颤动有关，降低的值与冠状动脉疾病有关。根据患者的病史建立变异性模式允许心脏并发症的快速诊断。

另外，心率的计算也可以使用涉及峰值检测的后处理设备(例如，使用软件的处理器)中的算法来完成。不规则心率是心律失常和心肌病的强预测因子。最后，呼吸率是在给定一组带通滤波或具有变化的截止频率的其他组数字滤波器的情况下来自PPG信号的度量。增加呼吸速率可以指示患者恶化和呼吸衰竭。

信息输出

PPG信号可以以汇总统计(诸如心率、心率变异性、呼吸率或血氧)的形式输出给用户。另选地，波形可由医疗专业人员离线存储和分析，以诊断其他全身心血管状况(诸如心律失常)或更局部的状况(诸如外周血管疾病)。

图12至图14示出了可用于实现各种实施方式的过程。这些过程没有详细描述，因为本领域技术人员可以从图表本身确定如何实现它们。应当注意的是，那些工艺是从更长的工艺简化而来的。因此，该过程可以具有本领域技术人员可能使用的附加步骤。此外，一些步骤可以以与所示不同的顺序、或同时执行。因此，本领域技术人员可以适当地修改工艺和特定参数。

具体地，图12示出了用于分析PPG数据的算法76的实施方式。图12示出了“查找峰值”技术，其确定它查找到的某个峰值是否有效。总之，查找峰值技术检查幅度和距先前峰值的距离两者，并确定是否将其包括在检测过程中。算法76可以根据所采集的信号的心率和波形针对每个幅度和距离进行调整。

例示性实施方式还确定“相似性指数”，其指示设备相对于手指脉搏血氧计的准确性。优选地，相似性指数是来自设备的输出，优选地在显示器上，尽管也可以显示心率计算。总之，相似性指数通过以下方式计算：1)对通过查找峰值技术确定为在有效范围内的所提取的心率进行平均，2)从手指减去来自心率的该平均值，以及3)取平均值。用于包括某些心率的示例性逻辑被包括在图12中的流程图中。

图13示出了分析PPG数据以确定SpO₂(也称为“氧饱和度”，其是患者群体的重要读数，因为它可以指示早期心脏衰退)的算法78的实施方式。SpO₂可以通过采集具有红色和红外波长的数据从设备收集，如图13所示。该数据将以类似的方式滤波和分类，但是每个波长的幅度的相互比较将提供氧饱和度测量结果。氧饱和度可以如下所示计算，其中RED和IR是指所使用的光的波长。

HRV是通常用于在延长的时间段内确定心脏健康的另一重要度量。图14说明用于根据PPG信号确定HRV的流程图80。具体地，在计算平均心率之后，可以计算峰值的每个“R”部分之间的间隔，如图14所示。然后对这些间隔的长度求平均并用于计算差值的均方根(“RMSSD”)。在计算RMSSD之后，可以提取心率变异性。

示例

以下实施方式旨在进一步说明例示性实施方式。

示例1：PPG装置原型

构建了用于利用PPG装置测量足部中的血流的原型装置。为此，图15A示出了开放平台模态16的实施方式的图片，该开放平台模态允许从患者的足部的足底表面进行一个或更多个光电体积描记(“PPG”)测量。该原型使用安装在刚性平台16中的两个1×3阵列的LED光电检测器对传感器(例如，PPG装置20)。引导标记74指示在盖的顶部表面14上，以引导患者将他/她的一只足部/两只足部10与平台16连通的位置(例如，踩踏在所述开放平台上)。

图15B示出了图15A的左1×3阵列的放大视图。PPG装置20容纳在PPG壳体28中，如图16A所示，并且连接到弹簧。图16A所示的PPG壳体28的俯视图示出了如图15B所示的PPG装置20的放置。PPG装置20中的每一者被放置到设计的盖中，以保护其免受环境和足部10的影响，所述盖具有用于LED 22的孔和用于光电检测器24的孔。LED光电检测器壳体28(例如，PPG装置壳体)由热塑性聚氨酯制成。这些壳体28为电气LED 22和光电探测器24提供结构和防水保护，同时为焊接电气布线提供足够的空间。此外，壳体28允许LED光电检测器组合20(例如，PPG装置)突出到与盖14厚度齐平的上方，以便于与足部的接触以及产生和检测信号。封装的PPG装置20和弹簧26被安装到容纳电子器件的基部(例如，防水基部)。为了最大限度地减少事故，基部在底部表面上具有防滑材料。

PPG装置20被预编程为具有特定的亮度设置和采样频率。弹簧26控制PPG装置20与足部10的足底表面之间的接触力。在特定波长(例如，可见光波长或IR波长)下透明的膜82至少部分地覆盖PPG装置20，并且充当PPG装置20与足部10之间的接口(interface)，如图15A和图15B所示。

刚性平台16在图16中进一步示出。平台16的盖32的俯视图被示出为具有两个1×3阵列的PPG装置20。示出盖32和基部48的平台16的两个侧视图也在图17中示出。

平台16提供内部壳体，该内部壳体完全包围所有电子部件，并且包括用于以下各项中的每一个的切口：电池、电源开关、微控制器、传感器、电线、压力传感器和用于接口屏幕的LED条。使用原型装置从阵列中的光电检测器-LED传感器进行PPG测量，并将这些读数记录在存储器中。将包含记录数据的数据文件发送到远程处理器。利用信号处理和滤波功能以及计算心率和信噪比的过程，使用数据来分析数据。下面更详细地讨论这些和其他细节。

在由处理设备接收之后，使用高通数字滤波器和低通数字滤波器的组合对原始数据进行滤波，所述高通数字滤波器和低通数字滤波器在规定的不同截止频率下并且在可检测光电体积描记波形的频率范围内操作，如上文针对图12至图14所述。存在对数据进行滤波的多种方式，使得可以根据波形确定心率和其他度量；下面讨论的组合滤波是一种示例性方法。

发明人认识到，心率是一种信息性度量，其可以从PPG波形获取以用于设备的内部验证。心率的计算涉及自动峰值检测算法，该算法可以使用各种公式来实现，其中特定幅度的峰值被标记为关注的。然后利用来自该检测算法的峰值来提取由关注时间和所花费的总时间确定的时间过程内的心率。

验证信号值的另一种方式是确定信噪比，其可以通过在后处理软件中利用预编程的信噪比函数来计算。存在多种其他方式来计算信噪比，包括计算信号和噪声读数两者中的功率，或者获取这些信号的幅度的比率，这两者都可以使用具有一定水平的信号处理能力的后处理或分析软件来完成。

图15A和图15B所示的原型装置被用于进行PPG测量。如图15A和图15B所示，该装置具有两个1×3阵列，每只足部具有顶部、中间和底部PPG装置。因此，所测量的数据集对于每只足部具有三组PPG数据。

PPG测量和数据处理

图12的过程有效地寻找到原始PPG集数据中的峰值，这些数据可用于生成关于人的足部中的血流的信息。重要的是要注意，使用图12的过程，在测试期间，即使较差的数据也能够被滤波，并且能够检测到峰值，使得可以提取心率。

图17示出了在处理经滤波的数据之后针对每只足部的三组PPG数据(顶部、中间和底部)找到的最终峰值。通过利用经滤波的数据使用图12的“查找峰值”算法76，可以找到计算s相似性指数所需的峰值。这是值得注意的，因为初始数据具有较差的质量。

本发明的各种实施方式可以至少部分地以任何常规计算机编程语言来实现。例如，一些实施方式可以用过程编程语言(例如，“C”)或面向对象的编程语言(例如，“C++”)来实现。本发明的其他实施方式可以被实现为预配置的独立硬件元件和/或预编程的硬件元件(例如，专用集成电路、FPGA和数字信号处理器)或其他相关部件。

在另选实施方式中，所公开的装置和方法(例如，参见上述各种流程图)可以被实现为与计算机系统一起使用的计算机程序产品。这样的实施方式可以包括固定在有形非暂时性介质(诸如计算机可读介质(例如，磁盘、CD-ROM、ROM或固定盘))上的一系列计算机指令。一系列计算机指令可以实施本文先前关于系统描述的全部或部分功能。

本领域技术人员应当理解，这样的计算机指令可以用多种编程语言编写，以与许多计算机架构或操作系统一起使用。此外，这样的指令可存储在任何存储器设备(例如半导体、磁性、光学或其他存储器设备)中，并且可使用任何通信技术(例如光学、红外线、微波或其他传输技术)来发送。

除了其他方式之外，这样的计算机程序产品可以作为具有随附的印刷或电子文档(例如，收缩包装的软件)的可移动介质来分发，预加载有计算机系统(例如，在系统ROM或固定磁盘上)，或者通过网络(例如，因特网或万维网)从服务器或电子公告栏分发。实际上，一些实施方式可以在软件即服务模型(“SAAS”)或云计算模型中实现。当然，本发明的一些实施方式可以被实现为软件(例如，计算机程序产品)和硬件两者的组合。本发明的其他实施方式被实现为完全硬件或完全软件。

以上描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的；许多变化和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。这样的变化和修改旨在在由任何所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种测量足部中的血流的装置，所述装置包括：

平台，所述平台具有被构造成容纳所述足部的平台接触表面，所述平台接触表面被构造成当所述平台接触表面容纳所述足部时接收具有足部力量值的足部力；

多个PPG装置，所述多个PPG装置延伸穿过所述平台接触表面，每个PPG装置具有至少一个光源和至少一个光检测器；以及

多个弹簧，

每个PPG装置与所述多个弹簧中的一者或更多者联接，

每个PPG装置能够通过所述多个弹簧中的所述一者或更多者与所述平台移动地联接，

当所述平台接触表面容纳所述足部时，每个弹簧被偏置，以经由该弹簧联接的PPG装置产生偏置力，

每个PPG装置和该PPG装置对应的一个或更多个弹簧被配置成使得所述偏置力具有基本上独立于所述足部力量值的偏置力量值。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个PPG装置包括具有第一弹簧的第一PPG装置，所述第一弹簧具有第一弹簧常数，所述多个PPG装置还包括具有第二弹簧的第二PPG装置，所述第二弹簧具有第二弹簧常数，所述第一弹簧常数不同于所述第二弹簧常数。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个PPG装置包括第一PPG装置，所述第一PPG装置具有与所述平台接触表面间隔开第一距离的第一顶部接触表面，

所述多个PPG装置还包括第二PPG装置，所述第二PPG装置具有与所述平台接触表面间隔开第二距离的第二顶部接触表面，所述第一距离大于所述第二距离。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个PPG装置被配置成同时产生多个不同波长的光。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，每个PPG装置被限制成基本上仅在一个维度上移动。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述平台接触表面包括多个孔，所述多个孔中的每一者包含所述多个PPG装置中的至少一者和所述多个弹簧中的至少一者，每个PPG装置被配置成响应于接收到所述足部力而在所述孔内基本上垂直于所述平台表面移动。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述平台接触表面包括多个孔，所述多个孔中的每一者包含所述多个PPG装置中的至少一者和所述多个弹簧中的至少一者，每个PPG装置被配置成响应于接收到所述足部力而在所述孔内不垂直于所述平台表面移动。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述多个PPG装置中的每一者具有被配置成接触所述足部的顶部接触表面，所述弹簧被配置成响应于所述足部力而允许所述顶部接触表面能够移动到基本上齐平或低于所述平台接触表面的水平。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个弹簧包括螺旋弹簧、板簧、悬臂弹簧、泡沫弹簧、粘弹性弹簧和/或弹性弹簧中的一者或更多者。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个光源包括发光二极管，并且所述至少一个光检测器包括光电检测器。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个弹簧被配置成产生光密封，所述光密封防止反射光在所述光源的位置处从所述足部泄漏。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述平台被构造为开放平台。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述平台被构造为封闭平台。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述偏置力被配置成在从1N至10N的范围内。

15.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括引导标记，所述引导标记标识将足部放置在所述平台上何处。

16.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括视觉显示器，所述视觉显示器被配置成示出测量状态。

17.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括放置系统，所述放置系统被配置成响应于至少一个PPG装置和/或压力传感器的测量结果而开始分析足部。

18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个PPG装置包括从所述平台接触表面延伸的PPG装置的二维阵列。

19.根据权利要求1所述的装置，其中，每个PPG装置被配置成在抵接所述足部时形成有效的光密封。

20.一种测量足部中的血流的装置，所述装置包括：

第一PPG装置，所述第一PPG装置具有被配置成发射第一波长的光的第一光源，所述第一PPG装置还具有第一光检测器，所述第一PPG装置通常在所述平台接触表面上方延伸；

第二PPG装置，所述第二PPG装置具有被配置成发射第二波长的光的第二光源，所述第二PPG装置还具有第一光检测器，所述第一波长和所述第二波长不同，所述第二PPG装置通常在所述平台接触表面上方延伸；

第一弹簧，所述第一弹簧与所述第一PPG装置联接，所述第一弹簧使所述第一PPG装置能够与所述平台移动地联接，当所述平台接触表面容纳所述足部时，所述第一弹簧被偏置，以经由所述第一PPG装置产生第一偏置力；

第二弹簧，所述第二弹簧与所述第二PPG装置联接，所述第二弹簧使所述第二PPG装置能够与所述平台移动地联接，当所述平台接触表面容纳所述足部时，所述第二弹簧被偏置，以经由所述第二PPG装置产生第二偏置力；

所述平台接触表面形成至少部分地包含所述第一PPG装置和所述第一弹簧的第一孔，所述平台接触表面形成至少部分地包含所述第二PPG装置和所述第二弹簧的第二孔，所述第一PPG装置被配置成在所述第一孔内并且至少部分地在所述第一孔的外部移动，所述第二PPG装置被配置成在所述第二孔内并且至少部分地在所述第二孔的外部移动；

所述第一PPG装置和所述第一弹簧被配置成使得所述第一偏置力具有基本上独立于所述足部力量值的量值。

21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一PPG装置被配置成在所述第二PPG装置发射所述第二波长的光的同时发射所述第一波长的光。

22.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一弹簧具有第一弹簧常数，另外其中，所述第二弹簧包括第二弹簧常数，所述第一弹簧常数不同于所述第二弹簧常数。

23.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一PPG装置具有与所述平台的所述平台接触表面间隔开第一距离的第一顶部接触表面，另外其中，所述第二PPG装置具有与所述平台的所述平台接触表面间隔开第二距离的第二顶部接触表面，

所述第一距离大于所述第二距离。

24.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一弹簧包括螺旋弹簧、板簧、悬臂弹簧、泡沫弹簧、粘弹性弹簧和/或弹性弹簧中的一者或更多者。

25.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一光源包括发光二极管，并且所述第一光检测器包括光电检测器。

26.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一光源被配置成使得没有反射光返回到所述第一光检测器。

27.根据权利要求20所述的装置，其中，所述平台被构造为开放平台。

28.根据权利要求20所述的装置，所述装置还包括视觉显示器，所述视觉显示器被配置成示出测量状态。

29.根据权利要求20所述的装置，所述装置还包括放置系统，所述放置系统被配置成响应于至少所述第一PPG装置或压力传感器的测量结果而开始分析足部。

30.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第一PPG装置被配置成当所述平台的所述接触表面容纳所述足部时接触所述足部的不与所述平台接触表面接触的部分。

31.一种测量足部中的血流的方法，所述方法包括：

将足部定位在具有平台接触表面的平台上，所述平台接触表面具有多个孔，所述平台具有多个PPG装置，每个PPG装置具有至少一个光源和至少一个光检测器，并且通过所述平台接触表面中的所述孔中的一者朝向所述足部偏置，所述足部在被定位在所述平台接触表面上时产生朝向所述平台接触表面的足部力；

通过每个PPG装置产生偏置力，所述偏置力具有基本上独立于所述足部力的量值；

通过所述PPG装置将光引导到所述足部中；

通过所述PPG装置接收被引导到所述足部中的光的反射；以及

根据所接收的光确定血流特性。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，定位足部包括：使用引导标记来定位所述足部。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述引导标记包括：形成在所述平台接触表面上或由所述平台接触表面形成的引导构件。

34.根据权利要求31所述的方法，所述方法还包括：在视觉显示器上显示所述多个PPG装置中的至少一者的测量结果。

35.根据权利要求31所述的方法，其中，通过所述PPG装置将光引导到所述足部中包括：基本上同时将多个波长的光引导到所述足部中。

36.根据权利要求31所述的方法，其中，定位包括：使每个PPG装置抵接所述足部，使得至少一个PPG装置在所述足部中产生凹部。

37.根据权利要求36所述的方法，其中，至少一个PPG装置向所述凹部施加接触力，所述接触力足以将所述光引导到所述足部中以供接收，所述接触力小于限制足部血流的量。

38.根据权利要求31所述的方法，其中，所述足部具有非接触部分，当所述足部定位在所述平台接触表面上时，所述非接触部分不接触所述平台接触表面，所述多个PPG装置中的第一PPG装置在给定时间接触所述足部的所述非接触部分，

当所述足部定位在所述平台接触表面上时，所述足部具有与所述平台接触表面接触的接触部分，并且当所述非接触部分不接触所述平台接触表面时，所述多个PPG装置中的第二PPG装置在所述给定时间接触所述足部的所述接触部分。