CN114983366A - 无创无袖带测量用户血压的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及无创无袖带测量用户血压的系统和方法。描述了采用便携式电子设备无创无袖带测量用户血压的技术。照明光被投射穿过身体部位并被位于身体部位另一侧的光检测器接收。身体部位包括血液流经的循环系统的弹性路径。心脏的收缩和舒张循环引起脉搏波通过血液传播，这引起所述弹性路径的容积变化。血量的瞬态变化导致身体部位吸收的光照光量相对于通过到达光探测器的光照光量发生相应的如检测输出信号所显示的瞬态变化。校准数据可用于将检测输出信号转换为血压测量结果，诸如包括舒张压读数和收缩压读数。

Description

无创无袖带测量用户血压的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年11月25日提交美国专利局、申请号为17/535,666、发明名称为“BLOOD-VOLUME-BASED CUFF-LESS NON-INVASIVE BLOOD PRESSURE MONITORING”的US申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本公开涉及便携式医疗监测设备，更特别地，涉及用于基于血量的无袖带(cuff-less)无创血压监测的便携式电子设备。

背景技术

具有各种类型传感器的便携式电子设备普遍存在。人们走路时通常携带智能手机和可穿戴设备(比如健身追踪器、智能手表等)，这些设备会定期地和/或持续性地检测和记录关于个人和/或个人环境的传感器数据。很多这样的传感器帮助监测用户的身体状态和/或精神状态方面的变化，比如健康追踪、生物反馈等。例如，许多现代化的智能手表具有传感器来监测佩戴者的体温(例如使用热电偶)、心率或脉搏(例如使用光学或超声波反射)和步数(例如使用计步器)等。但是，传统的便携式电子设备和技术往往还不能提供精确的血压测量。

发明内容

本公开的实施例提供采用便携式电子设备无创无袖带测量用户血压的系统和方法。照明光(illumination)被投射穿过身体部位并被位于身体部位的另一侧的光检测器接收。身体部位包括血液流经的循环系统的弹性路径。心脏的收缩和舒张循环引起脉搏波(pulse wave)通过血液传播，这引起所述弹性路径的容积变化。血量(blood volume)的瞬态变化导致身体部位吸收的照明光量相对于通过到达光探测器的照明光量发生相应的如检测输出信号所显示的瞬态变化。校准数据可用于将检测输出信号转换为血压测量结果，诸如包括舒张压读数和收缩压读数。

根据一组实施例，提供了一种无创无袖带测量用户血压的系统。所述系统包括：照明子系统，用于投射照明光穿过包括至少一个弹性血液循环路径的身体部位，持续变化量的血液流经所述至少一个弹性血液循环路径，所述照明光处于被血液吸收的频率；光学检测子系统，用于接收未被吸收或反射而穿过所述身体部位的照明光部分，并基于接收到的所述照明光部分生成检测输出信号，以对应于所述持续变化量的血液；便携式外壳，用于在包括照明和光学检测的测量例程期间，通过所述便携式外壳以保持力将所述照明子系统和所述光学检测子系统中的至少一个保持在所述身体部位上；压力检测子系统，其与所述便携式外壳集成在一起以在所述测量例程期间监测所述保持力；和控制处理器，用于基于所述检测输出信号和校准数据生成血压输出信号，所述校准数据将用户的血量和血压相关联并且考虑到所述保持力。

根据另一组实施例，提供了一种采用便携式电子设备无创无袖带测量用户血压的方法。所述方法包括：通过所述便携式电子设备的控制处理器接收测量触发信号，以执行测量例程来测量用户血压；响应于所述测量触发信号，通过所述控制处理器通过以下步骤来执行所述测量例程：引导投射照明光穿过包括至少一个弹性血液循环路径的身体部位，持续变化量的血液流经所述至少一个弹性血液循环路径，所述照明光处于被血液吸收的频率；响应于接收未被吸收或反射而穿过所述身体部位的照明光部分，引导生成检测输出信号，使得所述检测输出信号对应于所述持续变化量的血液；在所述引导投射和所述引导生成过程中，引导监测施加于所述身体部位的保持力；和基于所述检测输出信号和校准数据生成血压输出信号，所述校准数据将所述用户的血量和血压相关联并考虑到所述保持力。

附图说明

本文引用的且构成本文的一部分的附图说明本公开的实施例。附图与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1示出根据本文描述的各种实施例的便携式电子设备的框图。

图2示出包括说明性便携式电子设备组件的示例性血压测量环境。

图3示出说明性检测输出信号和相应的说明性血压输出信号的简化图。

图4A-4C示出说明性的配置用例，其包括具有不同的便携式外壳实现方式的便携式电子设备的实施例。

图5示出根据本文所述的各种实施例的用于无创无袖带测量血压的便携式设备操作的说明性方法的流程图。

图6示出根据本文所述的各种实施例的使用便携式电子设备无创无袖带测量用户血压的方法的流程图。

图7示出根据本文所述的各种实施例的用于无创无袖带测量用户血压的便携式电子设备的校准方法的流程图。

图8示出具有由位置指示的心脏大致位置的用户的示例。

在附图中，相似的组件和/或特征可具有相同的附图标记。进一步地，相同类型的各种组件可以通过在附图标记之后的第二标记来进行区分，该第二标记区分相似的组件。如果说明书中只使用了第一附图标记，则此描述适用于具有相同的第一附图标记的任何相似组件，而不考虑第二附图标记。

具体实施方式

在下面的描述中，提供了大量的具体细节以全面理解本发明。但是，本领域技术人员应当理解，在缺少这些细节中的一个或多个的情况下仍然可以实现本发明。在其他示例中，为了简洁起见，将不再赘述本领域中已知的特征和技术。

对于个体来说，使用智能手机、智能手表和/或其他便携式(比如可穿戴)电子设备来获取生命体征和相关测量结果已经变得普遍。例如，许多传统的可穿戴健身追踪器记录穿戴者的体温和心率等来帮助用户监测一般的健康状况、运动、睡眠和/或类似情况。虽然也可能需要监测血压，但是传统的便携式电子设备和相关技术往往还不能精确地测量血压。

传统上，使用血压计进行无创血压测量，血压计包括与充气泵和压力计相连的可充气血压袖带。袖带围绕人的上臂均匀收紧，并在上臂内侧袖带下方放置听诊器盘。然后袖带被迅速充气直到袖带上的压力计显示高读数(例如大大高于人的典型收缩压)，这表明血流已被阻塞在了袖带区域内。将空气缓慢从袖带放出直到听诊器第一次听到心音，此时压力计读数被记录为人的收缩压。继续排出空气直到通过听诊器不再听到心音，此时压力计读数被记录为人的舒张压。在身体的任何特定测量位置(例如，在上臂处)，所测得的血压可与心脏泵强度、血流阻力以及测量位置和心脏之间的高度差和重力差相关。例如，当心脏舒张(relaxed)时，血液在相对较低的压力下相对较慢地流经全身；当心脏收缩时，产生的压力波通过血液在整个循环系统中迅速传播。在传统的基于袖带的血压测量方法中，所选择的测量位置具有较大的血流量，且通常接近与心脏相同的高度(和重力)。因此，收缩压表示由心脏收缩(即心脏收缩期间)引起的血流中压力波的最大压力，而舒张压表示心脏舒张和重新充血时(即心脏舒张期间)的最小压力。

尽管基于袖带的血压测量程序往往可以提供收缩压和舒张压两者的精确测量结果，但是它们往往有各种各样的限制。这种基于袖带的血压测量程序的一个限制是依赖于各种专用设备，包括血压计和听诊器，这些设备往往很大、笨重、价格昂贵，且大多数个体都不易获得。这种基于袖带的程序的另一限制是依赖于一个或多个个体主动地手动操作测量设备。这种基于袖带的程序的另一限制是获得精确的测量结果往往涉及花费足够的时间和具有足够的注意力来缓慢释放袖带中的压力、听心音、并准确记录收缩压和舒张压的读数。这种基于袖带的程序的另一限制是，具有有限的协调能力、灵活度和听力等的个体可能无法执行这类程序。

另一个传统的无创血压测量方法是基于先前研究和校准的血压和脉搏传导时间(pulse transit time，PTT)之间的关系。虽然基于PTT的方法至少在过去十年内已经被广泛地测试和使用，但是这样的方法也有各种各样的限制。一种这样的限制是基于PTT的方法通常依赖来自在人身体的两个部位中至少两个不同的传感器的数据的同时收集，例如通过在人的心脏处放置心电图(ECG)传感器，且在外周位置(例如指尖)处放置脉搏检测器。那么，相关的限制是获得血压测量结果可能涉及同时监测、同步(例如包括精确的峰值检测)、分析和/或处理来自两个传感器的信号。

为了使用更加便携和更易获得的测量装置类型，一些基于PPT的和其他类型的无创血压测量方法已寻求使用所谓的光电容积描记(photoplethysmography，PPG)。基于PPG的方法通常涉及在指尖或其他身体部位的同一侧放置光源(比如红外发光二极管)和光检测器。血液中的物质(例如血红蛋白)倾向于吸收特定波长的光，而这些光往往不被周围组织吸收(或不被吸收到相同程度)。利用这个概念，来自光源的光被投射到指尖；部分光倾向于在其与血液或者其他生物学特征相互作用时被吸收、透射或反射；且被反射的部分光被光检测器检测到以生成接收到的反射信号。随着时间的推移(例如一到两分钟内)记录接收到的反射信号以生成表示脉搏波的心跳信号曲线(profile)。

从技术上讲，脉搏率(pulse rate)是全身的可感知血压的增加(脉搏)速率，在健康个体中脉搏率与心率同步并相关。因此，虽然脉搏测量与血压变化的时机相关，但是脉搏测量结果并不提供血压本身的测量(即收缩压和/或舒张压测量结果)。事实上，基于PPG的技术已经作为脉搏传感器被成功地应用于各种环境中(例如在智能手表中等)，但是由于许多原因，这些技术往往还无法提供精确的血压测量结果。一个原因是在PPG实施中从光源到光检测器的光路趋向于与动脉、血管和毛细血管等的不同网络相交，使得接收到的反射信号可趋向于是噪声信号，且光源和/或光传感器位置上的微小变化可导致不同的信号信息。另一个原因是，即使在产生具有相对清晰的收缩期峰值的相对干净的心跳信号曲线(即接收到的反射信号)的基于实验室的或其他精心控制的PPG实施中，舒张期峰值(或波谷)也可能难以被精确检测。例如，舒张期血流可以相对缓慢移动且处于低压，这可使得难以获取有用的测量数据，特别是在血量相对小的区域中，诸如在指尖中。同样地，即使收缩期峰值之间的峰间测量可以产生有用的心率或脉搏波信息，但是对于精确血压测量的数据通常仍然保持不足。

另一个原因是基于PPG的实施通常无法考虑某些因素，如基于PPG的测量设备本身导致的血流压力和/或身体部位相对于心脏的位置，这些可以对接收到的反射信号的特征产生显著的影响。如上所述，在身体任何一个特定的测量位置，测量到的血压可与心脏泵力、血流阻力以及测量位置与心脏之间的高度差和重力差有关。因此，基于PPG的测量设备获得的任何压力大小信息都可能受到测量位置的选择(例如，即使同一用户在其手臂垂在一侧相对于其手臂弯曲时在指尖处进行测量)、设备本身对测量位置施加的压力数量级(例如，如果设备是夹在指尖上或者是置于用表带环绕在手腕上的手表内)，和/或其他因素的显著影响。

本文描述的实施例包括一种无创无袖带血压测量的新方法，此方法基于采用光学技术测量身体部位中收缩期血量和舒张期血量之间的振幅。一般来讲，血量的增加往往增加中心静脉压，这对应于心脏右心房压的增加。随着右心房压的增加，右心室前负荷(即舒张末期压)和右侧每搏输出量(stroke volume)也相应增加。这导致通往左心室的血流相应增加以及左心室前负荷和左侧每搏输出量的相应增加。心脏每搏输出量增加的总体结果是心输出量和心脏血液输出时血压的增加。如本文所述，校准技术用于建立血量测量值和相应的血压读数之间的确定性映射。实施例亦可考虑测量位置的选择、设备本身对测量位置施加的压力大小和/或其他因素。

转向图1，显示了根据本文所述的各种实施例的便携式电子设备100的框图。便携式电子设备100是一个无创无袖带测量用户血压的系统的实现方式。如上所述，心肌的收缩(在收缩期间)引起压力波通过血液在诸如动脉、静脉和毛细血管等的循环系统的各种弹性血液循环路径中传播。根据检查点中弹性血液循环路径的尺寸和类型、检查点相对于心脏的位置、通向检查点处的血流限制等，在循环系统的不同检查点(即对应于不同的身体部位)处的压力波的压力数量级可能不同。因此，便携式电子设备100的实施例可配置为放置成和/或保持与用户的一个或多个身体部位接触，这些身体部位包括至少一个这类弹性血液循环路径，不断变化量的血液流过该弹性血液循环路径。一般来说，可以优选地选择身体部位以使得弹性循环路径分布良好(例如相对均匀)，同时尽可能减少这些弹性循环系统路径以外的组织。还可优选地，设计便携式电子设备100以便于将传感器组件轻松地放置在所需的身体部位上，且便于在多重会话中一致的传感位置和条件。在校准程序中，便携式电子设备100的这种布置允许便携式电子设备100对身体部位、用户等进行校准。在测量程序中，这种布置允许基于身体部位中血液的变化量的光学检测和基于该校准来获得血压测量结果。例如，如下面更详细地描述的，便携式电子设备100的便携式外壳105可配置为在指尖、耳垂或手腕上滑动或夹在指尖、耳垂或手腕上；保持在腹部、前额或脖子处等。

如图所示，便携式电子设备100包括控制处理器110、照明子系统120、光学检测子系统130和便携式外壳105。一些实现方式包括附加的组件，诸如压力检测子系统140、接口子系统150或校准存储器115的一个或多个。在使用过程中，身体部位(包括如上所述的至少一个持续变化量的血液流经的弹性血液循环路径)设置在照明子系统120和光学检测子系统130之间。

照明子系统120以血液吸收的光学频率投射照明光穿过身体部位。例如，血液中的各个种类的血红蛋白倾向于很好地吸收波长约在550-600nm处的光。照明子系统120的实施例可包括一组(即一个或多个)照明光源122，每个照明光源将照明光投射穿过身体部位并朝向光学检测子系统130。例如，这组照明光源122包括一个或多个发光二极管(light-emitting diode，LED)，其以一个或多个血液吸收的光学频率输出照明光。

照明子系统120的一些实施例进一步包括照明光散布器124以增加来自这组照明光源122的照明光分布在身体部位的照明区域上的均匀性。在一些实现方式中，照明光散布器124包括漫射材料。例如，该组照明光源122为照明光的点光源，照明光散布器124的漫射材料将点光源照明光散布成身体部位的照明区域的漫射照明光。在一些这样的实现方式中，漫射材料是漫射膜，诸如具有微棱镜或者在其上图案化的其他形状的透明材料膜，该微棱镜或者在其上图案化的其他形状往往引起投射穿过膜的光的漫射。在其他这样的实施中，漫射材料包括波导元件，其有效地将少量的输入照明光源122转换为大量的输出照明光源，该输出光源可进一步在检测光区域上分布。在其他实施中，照明光散布器124可包括在身体部位的检测光区域上方的气隙，且照明光源122配置为通常以漫射到气隙上方的方式投射光线。例如，这样的照明光散布器124可包括一个或多个间隔结构，其使照明光源122保持远离身体部位的照明区域一定距离。在一些这样的实施中，气隙可被反射材料或类似的材料环绕，使得投射到气隙中的照明光倾向于被反射和围绕气隙倍增，进而使得照明光漫射地填充气隙。照明子系统120的实施例还可包括光学屏蔽组件以减轻环境光线对光学测量的影响。例如，照明光散布器124可包括不透明的框架。

照明子系统120的各种实施例可针对某些特征进行优化。例如，照明光源122可配置为投射照明光的探测光束，以便血液能够吸收期望比例的探测光束能量，而其他邻近组织(比如骨骼、脂肪和神经等)很少或完全不吸收探测光束能量。照明光源122和/或照明光散布器124的布置可配置为扩大照明光区域到覆盖足够数量的血管和/或其他弹性循环路径。照明光源122、照明光散布器124和/或其他组件可以被调制以减轻、甚至消除环境影响，比如环境光线。照明光源122和/或其他有源组件可被设计为低能耗。

照明子系统120的一些实施例包括照明监测器126以监测照明光源122组的照明光输出。例如，照明监测器126可以检测照明光源122组中的一个照明光源是否发生故障或不再投射照明光；照明光的亮度、颜色或稳定性是否有明显的变化等。在一些实施中，照明监测器126包括一个或多个光传感器以直接监测由照明光源122输出的照明光特征。在其他实施中，照明监测器126间接地监测照明光源122的照明光输出，诸如通过监测通过照明光源122的驱动电流和/或其他电学特征。例如，便携式电子设备100的实施例可包括用于驱动照明子系统120的便携式电源(例如可充电电池)，且故障、低电压状况或类似的情况可对照明光源122的照明光输出产生负面影响。照明监测器126的实施例可输出一个或多个信号以指示照明光输出的当前状态。

如上所述，照明子系统120和光学检测子系统130在使用过程中位于身体部位的两侧。通过将光学检测子系统130置于该身体部位的对侧，光学检测子系统130接收未被吸收或反射而穿过身体部位的投射照明光。光学检测子系统130的实施例然后可以基于接收到的照明光部分生成输出信号，以对应于血液的持续变化量。光学检测子系统130的实施例可包括一组光探测器132以响应于暴露于所接收的照明光部分而生成检测输出信号。在一些实施中，该组光探测器132可实现为检测像素阵列、电荷耦合器件(charge-coupleddevice，CCD)阵列或任何其他合适的光探测器132配置。该组光探测器132的一些实施包括读出电路以促进检测输出信号的生成。例如，读出电路可包括滤波器、放大器、模数转换器和/或其他合适的电路。在一些实施例中，光学检测子系统130也包括接收孔134以将接收到的照明光部分引导到该组光探测器132上。接收孔134可包括任何合适的组件以促进接收部分照明光作为光探测器132上的入射照明光。例如，接收孔134可包括透镜、百叶窗、滤光片和导光板等。一些实施例将光学检测子系统130实现为成像系统，诸如具有集成光路、光探测器132阵列和支持电路等的视频成像系统。

控制处理器110的实施例至少与光学检测子系统130通信以基于检测输出信号和基于校准数据生成血压输出信号，该校准数据将便携式电子设备110和/或用户的血量与血压关联。控制处理器110的实施例可包括中央处理单元(central processing unit，CPU)、专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)、专用指令集处理器(application-specific instruction-set processor，ASIP)、图像处理单元(graphicsprocessing unit，GPU)、物理处理单元(physics processing unit，PPU)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、现场可编程门阵列(field-programmable gatearray，FPGA)、可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)、控制器、微控制器单元、精简指令集计算机(reduced instruction set computer，RISC)处理器、复杂指令集计算机(complex instruction set computer，CISC)处理器、微处理器或类似的组件，或其任意组合。控制处理器110可与存储器(memory)通信(例如下文描述的校准存储器115、指令存储器等)，该存储器可至少包括非暂时性存储装置(storage)，用于向控制处理器110提供处理器可读的指令并用于存储各种类型的数据以支持本文所描述的特征。在一些实施例中，这类存储器都是便携式电子设备110的本地存储装置(例如一个或多个固态硬盘、硬盘驱动器、寄存器等)。附加地或可替选地，这类存储器的实施例可包括远程存储装置(例如远程服务器)、分布式存储装置(比如云存储装置)或其他类型的非本地存储装置。

在一些实施例中，光学检测子系统130将检测信号作为数字信号输出到控制处理器110中。在其他实施例中，光学检测子系统130将检测信号作为模拟信号输出到控制处理器110中，且控制处理器110包括模数转换级(analog-to-digital conversion stage)。一般来说，可以预见的是，心脏的泵送会在流经这个身体部位的动脉或其他弹性循环路径的血液中产生基本上周期性的脉搏波。通过身体部位的循环性路径的脉搏波运动，将相应地引起与脉搏波存在和消失期间压力变化幅度相关的血量的基本上周期性的增加和减小。血量的变化将相应地引起被局部血量吸收的投射照明光数量的基本上周期性的增加和减小，从而相应地引起穿过到达光学检测子系统130而未被吸收或反射的照明光数量的基本上周期性的增加和减少。

为了便于说明，图2显示了示例性的血压测量环境200，包括说明性便携式电子设备100的组件。如图所示，在使用过程中，便携式电子设备100相对于身体部位210定位，使得照明子系统120的组件位于身体部位210的一侧，而光学检测子系统130的组件位于身体部位210的相对侧。具体地说，在身体部位210的一侧，通常沿箭头所示方向，一组照明光源122显示为通常穿过被实现为气隙的照明光散布器124将光投射到身体部位210中。在身体部位210的同一侧，说明性配置还包括照明监测器126。在身体部位210的另一侧，配置显示为包括接收孔134(例如包括透镜和/或其他光学器件)以将接收到的照明光引导到一组光探测器132上。所示的配置还显示了实现为位于身体部位210两侧的组件的压力检测子系统140，诸如一对压力传感器。如图所示，所有显示的组件均与控制处理器110耦合(例如电通信)。为了避免使图过于复杂，便携外壳105和其他组件的结构未显示。

身体部位210包括各种弹性循环系统路径，诸如动脉212、静脉214等。如上所述，可以预见的是，心脏的泵送将使流经弹性循环系统路径的血液产生基本上周期性的脉搏波，其将引起相应血量的周期性变化。附图标记216说明了由血流中行进的脉搏波引起的血量瞬时变化的夸大和简化示例。事实上，身体迅速且有效地适应这些血量和血压的变化，使得在除主动脉以外(例如在图2中血量变化仅显示在动脉212中)的大多数循环系统的弹性路径中，瞬时的变化实际上可能无法检测到(或太小以至于无法提供任何可靠的测量数据)。可以看到，照明光通过较低血量区域的部分比照明光通过较高血量区域的部分衰减更小(即吸收更少)。因此，光学检测子系统130接收到的照明光水平的变化可与由通过的脉搏波引起的血量的变化相对应。

为了进一步清楚，图3显示了说明性检测输出信号310和相应的说明性血压输出信号320的简化图300a和300b。检测输出信号310示出随时间变化的测量到的检测信号输出幅度(SA)，且血压输出信号320示出随时间变化的推导出的血压幅度(BP)。检测输出信号310和血压输出信号320均表示为周期性信号。每当压力波通过身体部位的弹性循环系统路径时，这些路径中的血量存在相应的、基本上周期性的增加和减少。血量的基本上周期性变化引起到达光学检测子系统130的照明光数量的基本上周期性的减小和增加，其表现为检测输出信号310中SA的基本上周期性减小和增加。具体来讲，每个压力波表现为检测输出信号310中的脉冲，其峰间振幅(SAp)实际上是舒张期峰值信号电平(SAd)和收缩期谷信号电平(SAs)之间的差值。随着时间的推移，检测输出信号310的脉冲也显示为平均信号振幅(SAm)。在一些实施中，SAm可用于标准化SAd和SAs信息，和/或用于支持其他数据处理特征。

控制处理器110可基于该检测输出信号310生成血压输出信号320。如图块300b所示，每个压力波最终显示为血压输出信号320中的脉冲，其峰间振幅(BPp)实际上是收缩期峰值电平(BPs)和舒张期谷电平(BPd)之间的差值。如上所述，SA直接对应于血量的变化，如接收到的照明光水平所示，但是SA不直接对应于血压测量值。反而，控制处理器110使用校准数据将检测输出信号310的SA数据转换为血压输出信号320的BP数据。在一些实施中，校准数据包括在之前的校准例程中获得的SA值及其相应BP值的查找表。在其他实施中，校准数据包括权重因子和/或用于SA值到BP值的公式化映射的其他值。在一些实施中，控制处理器110将血压输出信号320作为连续(例如数字)信号生成，如图块300b所示，以包括具有相应BPp、BPs、BPd和BPm的脉冲的周期性序列。在其他实施例中，附加地或可替选地，控制处理器110将血压输出信号320作为一组血压测量数据生成。例如，控制处理器110的实施例可以将统计处理技术、滑动窗口技术和/或其他处理技术应用于检测输出信号310以计算SAd的单个值和SAs的单个值；且基于校准数据可将单个SAd和SAs值分别转换为BPd和BPs值。

回到图1，控制处理器110的实施例可包括校准存储器115或与校准存储器115通信以存储校准数据。校准存储器115可包括任何合适类型的存储器，诸如寄存器和固态存储器等，且校准数据可通过任何合适的方式存储。例如，如上所述，校准数据可以存储为查找表和一组系数或权重因子等。

控制处理器110的实施例可与便携式电子设备100的其他组件通信，例如与照明子系统120通信。在这样的实施例中，控制处理器110可在测量例程和/或校准例程期间直接操作照明子系统120和光学检测子系统130。在一些实施例中，在这样的例程期间，控制处理器110指导照明子系统120打开照明光源以投射照明光穿过身体部位，且控制处理器110监控来自照明监测器126的信号以确定来自照明光源122的照明光输出是否满足预设的接收标准(例如每个照明光源122看起来运行正常、照明光源122正在输出至少预定阈值亮度的照明光、照明光源122正在输出的照明光水平随时间的变化小于预设阈值量等)。

控制处理器110的实施例也可与压力检测子系统140通信。到达循环系统特定位置的血液的压力和量会受到血液流动的外部限制的影响。例如，当便携式外壳105被夹紧或压在作为血压检测点的身体部位上时，由便携式外壳105施加于身体部位上的保持力(例如夹紧力、压力和收缩力等)会影响在该位置处的血压测量。压力检测子系统140可与便携式外壳105集成在一起以监测在测量例程(例如，和校准例程)期间存在的保持力。压力检测子系统140的实施例可包括一个或多个传感器来测量保持力。根据便携式外壳105的配置和/或将便携式外壳105保持在身体部位上的方式，可以使用压力检测子系统140的不同配置和/或类型的传感器。在一些实施中，一个或多个力传感器被用来直接检测保持力。在其他实施中，压力检测子系统140的传感器间接检测夹持力，诸如通过检测照明子系统120和身体部位之间的距离等等(比如可假设较小的距离对应于较大的保持力等)。

在一些实施例中，校准数据(例如存储在校准存储器115中的)进一步考虑到保持力的测量。当便携式电子设备100用于使用照明子系统120和光学检测子系统130获得血压测量结果时，保持力也可由压力检测子系统140监测并由控制处理器110记录。在一些实施中，动态反馈控制回路用于指导用户应用特定量的保持力(例如，通过接口子系统150提供的人类可识别反馈，如下所述)。例如，控制处理器110使用这种动态反馈来指导用户以这样的方式来配置便携式电子设备100，即当前所应用的保持力的量与先前在校准例程期间所应用的保持力的量大致相同。在其他实施中，压力检测子系统140监测保持力以确定是否超过了保持力的预定阈值量。例如，对于某些身体部位，可以确定只有超过预定阈值水平的保持力才会对该区域的血流产生可测量的影响。在其他实施中，校准数据是多维的，使得根据同时检测到的保持力，任何检测到的特定检测输出信号电平被校准为与不同的血压输出信号电平相对应。

在一些实施例中，便携式电子设备100进一步包括接口子系统150。在一些实施中，接口子系统150包括一个或多个有线和/或无线端口，通过这些端口在便携式电子设备100和外部系统之间提供一个或多个有线和/或无线通信接口。例如，接口子系统150可包括一个或多个有线或无线网络接口，诸如用于与无线保真度(wireless fidelity，WiFi)、蓝牙(Bluetooth)、无线个域网(ZigBee)、蜂窝、卫星、以太网(Ethernet)、电缆和/或任何其他合适的有线或无线通信网络进行通信；一个或多个外设接口，诸如用于与耳机插孔、显示端口等进行连接等。在其他实施例中，接口子系统150包括集成式人类可读显示器(例如，一个或多个指示灯LED、触摸屏显示器、LED显示器和液晶显示器(liquid crystal display，LCD)等)，通过这些向用户可视化地提供人类可识别的信息。在其他实施例中，接口子系统150附加地或可替选地包括一个或多个音频转换器，通过其提供人类可识别的音频输出。在各种实施例中，人类可识别信息可包括图像输出(例如，字母数字、图像和指示器的照明等)、听觉输出(例如，合成声音和/或语音和录制的声音和/或语音等)和触觉输出(例如振动等)等。一些实施附加地或可替选地生成机器可识别的信息，诸如供其他计算设备使用以生成进一步的分析，提供人类可识别的输出等。

例如，如上所述，控制处理器110的一些实施例将血压输出信号计算为波形(例如，如图3中的图块300b所示)。附加地或可替选地，由控制处理器110生成血压输出信号可以包括生成(例如计算)收缩压读数和舒张压读数。这些读数中的一个或两个可以通过接口子系统150以任何合适的方式输出。在一些实施例中，通过接口子系统150的集成显示器显示血压输出信号波形和/或血压读数的图形描述。在其他实施例中，通过集成输出接口和/或借由接口子系统150与便携式电子设备100通信的外部接口输出血压输出信号波形和/或血压读数的图形、音频或其他描述。

在一些实施例中，接口子系统150包括一个或多个输入接口，诸如用于从用户、一个或多个外部设备和/或从其他计算系统中接收信息。这样的输入接口可包括一个或多个按钮、键盘、端口和触摸屏界面等。在一些实施中，可以使用界面按钮选择性地将便携式电子设备100设置为测量模式(用于执行测量例程)或校准模式(用于执行校准例程)。在一些实施中，接口子系统150的这些输入接口用于支持在校准例程期间接收某些数据。例如，便携式电子设备100的校准可涉及同时通过便携式电子设备100和通过预先校准的血压测量设备(诸如血压计)获得测量值。在一些这样的情况下，可通过接口子系统150的接口元件(例如触摸屏和键盘等)将通过预先校准的血压测量设备收集的测量结果手动输入到便携式电子设备100中。例如，在校准例程期间，控制处理器110指示接口子系统150输出人类可识别的提示用于手动输入由预先校准的血压测量设备收集的测量值。在其他这样的情况下，预先校准的血压测量设备生成机器可识别的输出，其可通过接口子系统150的有线或无线端口直接传输到便携式电子设备100。

便携式外壳105的实施例可配置为容纳便携式电子设备100的一些或所有组件。便携式外壳105的一些实施例在结构上可配置为在测量例程和/或校准例程期间用保持力使照明子系统和光学检测子系统中的至少一个保持在身体部位上。便携式外壳105的一些实施例进一步配置为将控制处理器110完全容纳在便携式外壳105内。便携式外壳105的一些实施例也具有集成在其中的压力检测子系统140。便携式外壳105的一些实施例也具有在其中集成的部分或全部接口子系统150，诸如包括一个或多个集成显示器、集成按钮和集成端口等。

在各种实施例中，便携式外壳105配置为在身体部位的第一侧保持照明子系统120，在与身体部位的第一侧相对的第二侧保持光学检测子系统130，并对照明子系统120进行定向使其至少沿光学检测子系统130的方向投射照明光穿过身体部位。例如，图4A-4C显示了说明性配置用例400，包括具有不同便携式外壳105实施的便携式电子设备100的实施例。在图4A中，便携式外壳105实现为环形结构，其配置为完全环绕小的身体部位210。例如，身体部位210可以是手指和脚趾等。当这个身体部位210位于环形便携式外壳105内时，照明子系统120保持在身体部位210的第一侧，光学检测子系统130保持在身体部位210的与第一侧相对的第二侧，且照明子系统120定向为至少沿光学检测子系统130的方向投射照明光穿过身体部位210。

在图4B中，便携式外壳105实现为半打开形的结构，其配置为部分环绕身体部位210。例如，身体部位210是胃、前额和手腕等。将便携式外壳105保持或压靠在身体部位210上来定位身体部位210，使得照明子系统120位于身体部位210的第一侧，光学检测子系统130位于身体部位210的与第一侧相对的第二侧，且照明子系统120被定向为至少沿光学检测子系统130的方向投射照明光穿过身体部位210。值得注意的是，尽管便携式外壳105只是部分环绕身体部位210，但是照明光被投射穿过身体部位210，使得光学检测子系统130接收到的照明光是已经穿过身体部位而未被身体部位中的血液(例如流经身体部位210中的动脉、静脉等的血液)吸收或反射掉的照明光部分。

在图4C中，便携式外壳105实现为夹形结构，其配置为夹在身体部位210上。例如，身体部位210可以是耳垂、指尖和脚尖等。将便携式外壳105夹到身体部位210上定位身体部位210，使得照明子系统120位于身体部位210的第一侧，光学检测子系统130位于身体部位210的与第一侧相对的第二侧，且照明子系统120被定向为至少沿光学检测子系统130的方向投射照明光穿过身体部位210。

在一些实施例中，便携式电子设备100在一个或多个可通过有线/或无线通信方式进行通信的单独的外壳结构中实现。作为一个例子，图4A–4C的任何配置用例400可被实现为单个便携式外壳105，其容纳便携式电子设备100的所有组件，包括集成接口子系统150，此接口子系统包括集成触摸屏显示界面。可替选地，图4A-4C的任何配置用例400可被实现为两个单独的外壳：第一便携式外壳105，其容纳照明子系统120、光学检测子系统130和压力检测子系统140；以及与第一便携式外壳105联接的第二便携式外壳，其包括电池、控制处理器110、校准存储器115和具有集成触摸屏显示界面的接口子系统150。可替选地，图4A-4C的任何配置用例400可以被实现为与一个或多个附加的计算平台协调。例如，便携式外壳105包括照明子系统120、光学检测子系统130、压力检测子系统140、控制处理器110、校准存储器115和接口子系统150；且接口子系统配置为与智能手机、智能手表、健身跟踪器或类似的设备进行双向通信，该接口子系统包括触摸屏显示界面，通过其控制便携式外壳105中的组件并查看由便携式外壳105组件接收的测量结果和/或其他信息。

图5显示了根据本文所述的各种实施例用于无创无袖带测量血压的便携式设备操作的说明性方法500的流程图。实施例可通过在阶段504接收触发信号开始，该触发信号指示触发测量例程的执行或触发校准例程的执行。例如，便携式电子设备的控制处理器接收测量触发信号或校准触发信号。在一些实施中，在阶段504接收触发信号可包括通过接口组件，诸如按钮、触摸屏界面、手势界面和音频界面等，接收明确的用户请求。在其他的实施中，设备可配置为根据存储的计划表(例如每隔几个小时、一天一次等)执行测量例程和/或校准例程，且在阶段504接收触发信号包括接收来自调度组件的信号。在其他实施中，此设备可配置为根据检测事件(例如检测到心率、体温等的大变化)执行测量例程和/或校准例程，且在阶段504接收触发信号包括接收来自检测组件的信号。在任何这些和/或其他实施中，该方法可以通过响应于在阶段504接收到测量触发信号而在阶段508执行测量例程或者通过响应于在阶段504接收到校准触发信号而在阶段512执行校准例程来继续。

图6显示了根据本文所述的各种实施例的使用便携式电子设备来无创无袖带测量用户血压的方法600的流程图。方法600可以是图5的方法500中阶段508的测量例程的实施。方法600(即测量例程)的实施例可以在阶段604开始，通过引导照明光投射穿过身体部位，该身体部位包括至少一个持续变化量的血液流经的弹性血液循环路径。如本文所述，照明光处于被血液吸收的频率。在阶段608，实施例可以响应于接收的照明光部分而引导生成检测输出信号，该照明光部分穿过身体部位而没有吸收或反射，使得该检测输出信号与持续变化的血量相对应。在阶段612，一些实施例可以引导监测在引导投射和引导生成期间施加到身体部位的保持力。在阶段604的照明期间，一些实施例能够在阶段606引导监测投射穿过身体部位的照明光输出并能够响应于该引导监测生成指示照明光输出是否未满足预定的接收标准的照明警告信号。响应于检测到未满足预定接收标准，一些这样的实施例可以在阶段607采取响应动作。例如，响应动作可以包括停止方法600的执行、输出照明警告信号的人类可识别的指示、尝试恢复照明光源122和/或其他组件的正常功能、运行健康检查例程和/或其他响应动作。

在阶段616，实施例可以基于检测输出信号和校准数据生成血压输出信号。如上所述，校准数据将用户的血量和血压相关联。在一些情况下，校准数据也解释了在阶段612中监测的保持力。在一些实施例中，在阶段616生成血压输出信号包括计算收缩压读数和舒张压读数。这样的实施例可进一步包括在阶段620通过输出接口输出收缩压读数和舒张压读数。

图7显示了根据本文所述的各种实施例的用于校准便携式电子设备的方法700的流程图，该便携式电子设备用于无创无袖带测量用户血压。方法700可以是图5的方法500的阶段512的实现方式。在一些实施例中，针对与便携式电子设备的各自布置相对应的多个校准条件中的每一个执行校准。例如，在心脏收缩期间心肌的收缩提供了足够的压力以使得血液在整个循环系统中流动，包括到头顶的所有路径和到脚底的所有路径。到达这些不同的部位可涉及克服不同量的重力和/或其他力。因此，在身体的任何特定检查点进行的血压测量可能都高度依赖于该检查点相对于心脏的位置。

为了便于说明，图8显示了用户800的示例，其中心脏的大致位置由位置810所示。在所示的场景中，用户800通过将便携式电子设备放在他的手腕处测量血压。在一种情况下，他的手臂向上弯曲，从而将便携式电子设备放置在位置820处。在另一种情况下，他的手臂向下伸展，从而将便携式电子设备放置在位置830处。可以看出，位置820相对于重力而言相对靠近心脏位置810(以距离825表示)，而位置830相对于重力而言相对远离心脏位置810(以距离835表示)。校准例程的一些实施例可涉及获取手腕在位置820和位置830的每个位置中的校准数据。例如，手腕放置在位置820处可为舒张压测量的校准提供较好的数据，而手腕放置在位置830处可为收缩压测量的校准提供较好的数据。类似地，在不同部位进行的测量可用于获取平均血压水平和/或其他统计测量值。校准例程的其他实施例可以使用两个以上的位置、不同的位置等。

回到图7，校准例程的实施例假定同时使用便携式电子设备和预先校准的血压测量设备(诸如血压计)获取血压测量结果。校准例程的一些实施例可按照与图6中的阶段604-612中的一些或全部基本相同的方式执行，除了血压测量结果是同时使用预先校准的血压测量设备获取外。例如，实施例可以在阶段704通过引导投射校准照明光穿过身体部位开始。在阶段708，实施例可以响应于投射校准照明光引导生成校准检测输出信号，以获得至少一个各自的校准血量测量结果。在阶段712，实施例可以基于计算对于校准条件的至少一个校准血量测量结果和至少一个预先校准的血压读数之间的关系，更新校准数据(例如存储新数据、覆盖现有数据等)。

虽然本公开包含很多细节，但是这些细节不应被解释为对任何发明的范围或可能要求保护的内容的范围的限制，而应被解释为对特定发明的特定实施例的特定特征的描述。本专利文件在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管特征可被如上描述为以特定组合起作用，并且甚至最初被如上要求，但是来自要求保护的组合中的一个或多个特征也可在一些情况下从这些组合中删除，且要求保护的组合也可针对子组合或子组合的变型。

同样地，虽然附图中以特定的顺序描述了操作，但是这不应被理解为，为了获得预期结果，要求这些操作按照所示的特定顺序或按顺序执行，或要求执行所有的所示操作。此外，本专利文件中描述的实施例中各种系统组件的分离不应被理解为要求在所有实施例中都进行这种分离。

仅描述了几种实施例和示例，而其他实施例、增强和变型都可基于本专利文件中所描述和示例的内容进行。

陈述“一(a)”、“一个(an)”或“该(the)”用于指“一个或多个”，除非有明确相反的说明。在文中，范围可表示为从“约”一个指定值，和/或到“约”另一个指定值。文中“约”用于指“大约”、“在......的附近”、“粗略地”或“大概”。当术语“约”与数值范围结合使用时，它通过扩展所列出的数值上下的边界来修订此数值范围。一般而言，本文中的术语“约”用于以高于和低于所述值10％的变化幅度对数值进行修订。当表示这样的范围时，另一个实施例包括从一个特定值和/或到另一个指定的值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，将理解指定的值形成另一个实施例。将进一步理解，每个范围的端点都包含在该范围中。

这里提到的所有专利、专利申请、出版物和描述出于所有的目的均以引用的方式全部并入。没有一项被承认是现有技术。

Claims (20)

1.一种无创无袖带测量用户血压的系统，所述系统包括：

照明子系统，用于投射照明光穿过包括至少一个弹性血液循环路径的身体部位，持续变化量的血液流经所述至少一个弹性血液循环路径，所述照明光处于被血液吸收的频率；

光学检测子系统，用于接收未被吸收或反射而穿过所述身体部位的照明光部分，并基于接收到的所述照明光部分生成检测输出信号，以对应于所述持续变化量的血液；

便携式外壳，用于在包括照明和光学检测的测量例程期间，通过所述便携式外壳以保持力将所述照明子系统和所述光学检测子系统中的至少一个保持在所述身体部位上；

压力检测子系统，其与所述便携式外壳集成在一起以在所述测量例程期间监测所述保持力；和

控制处理器，用于基于所述检测输出信号和校准数据生成血压输出信号，所述校准数据将用户的血量和血压相关联并且考虑到所述保持力。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

接口子系统，其与所述便携式外壳集成在一起并与所述控制处理器联接以输出收缩压读数和舒张压读数，

其中，由所述控制处理器生成所述血压输出信号包括生成所述收缩压读数和所述舒张压读数。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述接口子系统包括人类可读的显示器以可视化地输出所述收缩压读数和所述舒张压读数。

4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

校准存储器，其上存储有所述校准数据。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述照明子系统包括：

一组照明光源，所述照明光源中的每一个用于投射所述照明光穿过所述身体部位并指向所述光学检测子系统；和

照明光散布器，用于增加来自所述一组照明光源的照明光分布在所述身体部位的照明区域上的均一性。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述照明光散布器包括漫射材料。

7.根据权利要求5所述的系统，其中所述照明光散布器包括：

间隔结构，用于使所述一组照明光源与所述身体部位的照明区域保持距离；和

屏蔽结构，用于屏蔽所述身体部位的照明区域免受环境照明光。

8.根据权利要求5所述的系统，其中：

所述照明子系统进一步包括照明监测器以监测所述一组照明光源的照明光输出；和

响应于所述照明监测器的监测，所述控制器与所述照明子系统通信以生成照明警告信号，所述照明警告信号指示所述照明光输出未满足预定的接收标准。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学检测子系统包括：

一组光检测器，用于响应于暴露于接收到的所述照明光部分而生成所述检测输出信号；和

接收孔，用于将接收到的所述照明光部分引导到所述一组光检测器组上。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述便携式外壳用于将所述照明子系统保持在所述身体部位的第一侧，将所述光学检测子系统保持在所述身体部位的与所述第一侧相对的第二侧，并定向所述照明子系统以至少沿所述光学检测子系统的方向投射所述照明光穿过所述身体部位。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述便携式外壳包括用于完全环绕所述身体部位的环形结构，使得所述照明子系统被保持在所述身体部位的第一侧，所述光学检测子系统被保持在所述身体部位的与所述第一侧相对的第二侧，且所述照明子系统被定向为至少沿所述光学检测子系统的方向投射所述照明光穿过所述身体部位。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述便携式外壳包括用于部分环绕所述身体部位的半打开形状的结构，使得所述照明子系统被保持在所述身体部位的第一侧，所述光学检测子系统被保持在所述身体部位的与所述第一侧相对的第二侧，且所述照明子系统被定向为至少沿所述光学检测子系统的方向投射所述照明光穿过所述身体部位。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述便携式外壳包括用于夹在所述身体部位上的夹形结构，使得所述照明子系统被保持在所述身体部位的第一侧，所述光学检测子系统被保持在所述身体部位的与所述第一侧相对的第二侧，且所述照明子系统被定向为至少沿所述光学检测子系统的方向投射所述照明光穿过所述身体部位。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制处理器集成在所述便携式外壳中并与所述照明子系统、所述光学检测子系统和所述压力检测子系统联接。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制处理器选择性地配置为在测量模式和校准模式中的一个模式下进行操作，使得：

在所述测量模式下，所述控制处理器用于执行所述测量例程以基于所述检测输出信号和所述校准数据生成所述血压输出信号；和

在所述校准模式下，所述控制处理器用于执行校准例程，以对于与所述便携式外壳的各自布置相对应的多个校准条件中的每一个，通过以下步骤生成和存储所述校准数据：

响应于利用在所述各自布置中的所述便携式外壳通过所述照明子系统投射照明光，通过所述光学检测子系统生成至少一个检测输出信号，以获得至少一个各自的校准血量测量结果；

从单独的测量设备获得至少一个预先校准的血压读数；和

基于计算对于所述校准条件的至少一个校准血量测量结果和所述至少一个预先校准的血压读数之间的关系，更新所述校准数据。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制处理器用于对于所述多个校准条件中的每一个通过以下步骤进一步执行所述校准例程：

从所述压力检测子系统获得各自的校准保持力测量结果，

其中，计算所述关系考虑到所述各自的校准保持力测量结果。

17.一种采用便携式电子设备无创无袖带测量用户血压的方法，所述方法包括：

通过所述便携式电子设备的控制处理器接收测量触发信号，以执行测量例程来测量用户血压；

响应于所述测量触发信号，通过所述控制处理器通过以下步骤来执行所述测量例程：

引导投射照明光穿过包括至少一个弹性血液循环路径的身体部位，持续变化量的血液流经所述至少一个弹性血液循环路径，所述照明光处于被血液吸收的频率；

响应于接收未被吸收或反射而穿过所述身体部位的照明光部分，引导生成检测输出信号，使得所述检测输出信号对应于所述持续变化量的血液；

在所述引导投射和所述引导生成过程中，引导监测施加于所述身体部位的保持力；和

基于所述检测输出信号和校准数据生成血压输出信号，所述校准数据将所述用户的血量和血压相关联并考虑到所述保持力。

18.根据权利要求17所述的方法，其中生成所述血压输出信号包括计算收缩压读数和舒张压读数，且所述方法进一步包括：

通过输出接口输出所述收缩压读数和所述舒张压读数。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

引导监测在所述引导投射期间被投射穿过所述身体部位的照明光输出；和

响应于所述引导监测，生成照明警告信号，所述照明警告信号指示所述照明光输出未满足预定的接收标准。

20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

通过所述控制处理器接收校准触发信号来执行校准例程，以为所述便携式电子设备和所述用户生成和存储所述校准数据；

响应于所述校准触发信号，对于与所述便携式设备的各自布置相对应的多个校准条件中的每一个，在将预先校准的血压测量设备置于所述用户上以获得至少一个预先校准的血压读数的同时，通过所述控制处理器通过以下步骤执行所述校准例程：

引导投射校准照明光穿过所述身体部位；

响应于投射所述校准照明光，引导生成校准检测输出信号以获得至少一个各自的校准血量测量结果；和

基于计算对于所述校准条件的所述至少一个校准血量测量结果和所述至少一个预先校准的血压读数之间的关系，更新所述校准数据。

Images