本發(fā)明涉及血壓測(cè)量。

本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式提供用于對(duì)人類(lèi)和哺乳動(dòng)物的動(dòng)脈血壓進(jìn)行測(cè)量的方法、設(shè)備、裝置和系統(tǒng)。這些實(shí)施方式使用(例如)微波頻譜范圍的電磁場(chǎng)來(lái)估計(jì)時(shí)變動(dòng)脈直徑。這些方式可適用于可穿戴裝置以及供醫(yī)療從業(yè)者使用。

背景技術(shù)：

血壓計(jì)是當(dāng)前使用最廣泛的用于測(cè)量動(dòng)脈血壓的無(wú)創(chuàng)設(shè)備。此設(shè)備所使用的檢測(cè)方法是聽(tīng)診技術(shù)(Riva-Rocci 1896，Korotkoff 1905)和示波測(cè)量法(Geddes 1970)。Korotkoff的聽(tīng)診方法是無(wú)創(chuàng)動(dòng)脈血壓測(cè)量的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

試圖根據(jù)脈搏波速來(lái)估計(jì)動(dòng)脈血壓的方法(例如，Surendhra Goli Jayanthi T的“Cuff less Continuous Non-Invasive Blood Pressure Measurement Using Pulse Transit Time Measurement(使用脈搏傳導(dǎo)時(shí)間測(cè)量的袖口不連續(xù)無(wú)創(chuàng)式血壓測(cè)量)”(Recent Development in Engineering and Technology國(guó)際期刊，網(wǎng)址：www.ijrdet.com(ISSN 2347-6435(在線(xiàn))第2卷，第1期，2014年1月)))提出了使用脈搏波速(Pulse Wave Velocity，PWV)作為單一參數(shù)的等式來(lái)估計(jì)收縮血壓(Systolic Blood Pressure，SBP)和舒張血壓(Diastolic Blood Pressure，DBP)。此方法因至少以下兩個(gè)理由而具有缺陷：(1)PWV取決于動(dòng)脈樹(shù)截面直徑及其彈性，而不取決于心室容積，因此不能將PWV作為用于計(jì)算動(dòng)脈血壓的唯一度量；以及(2)使用單一參數(shù)估計(jì)SBP和DPB意味著SBP和DBP在數(shù)學(xué)上相關(guān)，從而只要給出SBP，就可以計(jì)算出DBP，但公知這兩個(gè)值彼此獨(dú)立，否則將SBP和DPB這兩者都測(cè)量沒(méi)有意義。

Barak的WO/2013/118121(通過(guò)引用合并于本申請(qǐng)中)教示了使用雷達(dá)裝置對(duì)人類(lèi)或動(dòng)物的心率進(jìn)行估計(jì)的方法。在此申請(qǐng)中，在一些實(shí)施方式中，心率測(cè)量無(wú)需針對(duì)動(dòng)脈直徑或內(nèi)壓來(lái)校準(zhǔn)信號(hào)強(qiáng)度。對(duì)于這些實(shí)施方式，這些值的微小變化頻率就足以提取受試者的心率。在下文中明確地包括Barak的WO/2013/118121的部分內(nèi)容。

Otto Frank，“Die Grundform des Arteriellen Pulses(動(dòng)脈脈搏的基本形式)”，Zeitschrift fur Biologie(生物學(xué)期刊)37:483-526(1899)對(duì)脈搏壓力波指數(shù)拖尾機(jī)制進(jìn)行了說(shuō)明，并且Otto Frank的論文通過(guò)引用合并到本文中。

傳統(tǒng)的光電血管容積圖(photoplethysmogram，PPG)測(cè)量皮膚中從皮膚表面深至幾百微米處不同血容量的光吸收率的變化。PPG傳感器需與皮膚緊密接觸，并且PPG傳感器的輸出信號(hào)電平對(duì)將PPG傳感器與皮膚連接的壓力敏感。隨著受試者的移動(dòng)此壓力會(huì)出現(xiàn)不可控的變化，所以對(duì)皮膚中的絕對(duì)時(shí)變血容量進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量不現(xiàn)實(shí)。特別是當(dāng)通過(guò)改變肢體位置來(lái)執(zhí)行上述校準(zhǔn)時(shí)，上述校準(zhǔn)測(cè)量更不現(xiàn)實(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明使用從活體的身體外發(fā)射至身體內(nèi)的電磁輻射以及返回位于身體外的傳感器的反射，來(lái)確定動(dòng)脈壓力。

反射信號(hào)提供了身體中反射了一部分電磁輻射的動(dòng)脈的直徑的變化的度量。還可以使用電磁輻射的反射來(lái)消除發(fā)射器和傳感器的相對(duì)于它們距皮膚和動(dòng)脈的距離而言的相對(duì)位置的變化，以使得該信號(hào)更能夠表示身體中鄰近傳感器的動(dòng)脈的直徑隨時(shí)間的變化。

在一方面，本發(fā)明提供了在人的腕部附近發(fā)送調(diào)制微波信號(hào)。動(dòng)脈周期性擴(kuò)張引起反射信號(hào)強(qiáng)度的變化。傳感器使用來(lái)自其他組織的反射來(lái)將穿戴該傳感器的個(gè)體的身體的移動(dòng)補(bǔ)償?shù)揭騽?dòng)脈周期性擴(kuò)張而產(chǎn)生的信號(hào)。此技術(shù)使得能夠?qū)崿F(xiàn)沒(méi)有機(jī)械部件或機(jī)電部件的純電子解決方案，從而提供緊湊、成本低和可靠度高的解決方案。

在一些方面，本發(fā)明使用包括可以穿透組織幾毫米的頻率的電磁輻射；本發(fā)明包括可以通過(guò)時(shí)間選通來(lái)區(qū)分不同組織邊界的電子器件；本發(fā)明包括可以遠(yuǎn)離皮膚多達(dá)1厘米設(shè)置的發(fā)射器和傳感器。對(duì)距皮膚的距離的非敏感性使得傳感器能夠位于寬松地適配在腕部上的腕帶中，這是相對(duì)于現(xiàn)有的PPG技術(shù)而言的一個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)。對(duì)距皮膚的距離的該非敏感性使得該傳感器能位于身體中不容易與皮膚緊密接觸的其他區(qū)域附近。例如，該傳感器可以被附接或被嵌在以下物件中，該物件被設(shè)計(jì)成被穿戴在身體中具有鄰近皮膚的動(dòng)脈的任何其他部分附近。這些動(dòng)脈包括股動(dòng)脈、肱動(dòng)脈、頸動(dòng)脈或顳淺動(dòng)脈。這使得該傳感器能夠被嵌在或被附接至頭盔、防護(hù)帽、項(xiàng)鏈、腳鏈、覆蓋上臂的衣服以及覆蓋大腿的衣服，或者被嵌在或被附接至被設(shè)計(jì)成將傳感器設(shè)置在所關(guān)注動(dòng)脈之一的可穿戴帶。術(shù)語(yǔ)“寬松地適配(fit loosely)”表示傳感器不必與皮膚緊固接觸，并且表示夾持該傳感器的結(jié)構(gòu)無(wú)需保持將該傳感器壓向皮膚的張力。

在一方面，本發(fā)明的方法提供了針對(duì)信號(hào)電平敏感性來(lái)校準(zhǔn)壓力差?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量當(dāng)身體的某個(gè)部分相對(duì)于心臟的高度而處于兩個(gè)不同高度時(shí)被穿戴在身體的該部分上的傳感器的信號(hào)平均來(lái)實(shí)現(xiàn)此校準(zhǔn)。例如，用戶(hù)當(dāng)穿戴位于腕帶上的該傳感器時(shí)可以將其腕部抬升已知的高度。此校準(zhǔn)可以包括使用血液比重(blood specific gravity)的預(yù)定值來(lái)計(jì)算因高度變化引起的流體靜壓力的變化而引起的平均血壓的變化所造成的信號(hào)比。

在一方面，本發(fā)明的方法提供將認(rèn)為與血壓成比例的傳感器值的時(shí)間段擬合至呈指數(shù)衰減的曲線(xiàn)。如此擬合的該時(shí)間段與動(dòng)脈壓力下落的時(shí)間段(即，動(dòng)脈中的壓力波的尾部)對(duì)應(yīng)?？梢允褂迷撝笖?shù)曲線(xiàn)在此時(shí)間段期間的不同時(shí)刻處的導(dǎo)數(shù)的等式來(lái)確定收縮壓和舒張壓的大小。

在一方面，本發(fā)明的方法提供對(duì)因動(dòng)脈樹(shù)中的血液至傳感器的位置的傳導(dǎo)而引起的波形的校正。對(duì)因動(dòng)脈樹(shù)中的血液的傳導(dǎo)而引起的波形的校正可以采用基于動(dòng)脈樹(shù)的時(shí)間響應(yīng)或頻率響應(yīng)的去相關(guān)函數(shù)。對(duì)因動(dòng)脈樹(shù)中的血液的傳導(dǎo)而引起的波形的校正可以是基于波形或基于波形和動(dòng)脈脈搏波速兩者的估計(jì)。

在本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式中，提供了一種設(shè)備、裝置和/或系統(tǒng)，其被配置成估計(jì)至少收縮血壓與舒張血壓之間的差或/和優(yōu)選地估計(jì)收縮血壓和舒張血壓(與經(jīng)由血壓計(jì)測(cè)量的收縮血壓和舒張血壓的測(cè)量值對(duì)應(yīng))。此設(shè)備包括利用如在J Tylor的“Ultra Wideband Radar Technology(超寬帶雷達(dá)技術(shù))”，CRC出版社，2001中說(shuō)明的頻率步進(jìn)脈沖壓縮的雷達(dá)裝置，該雷達(dá)裝置被配置成基本上持續(xù)測(cè)量(在一些實(shí)施方式中，持續(xù)測(cè)量)動(dòng)脈(例如，腕部處的橈動(dòng)脈)的橫截面。在一些實(shí)施方式中，該設(shè)備包括可以用于校準(zhǔn)和估計(jì)一個(gè)或更多個(gè)血壓參數(shù)的校準(zhǔn)裝置。還可以使用例如啁啾或FMCW之類(lèi)的其他替代性雷達(dá)方法。

在一些實(shí)施方式中，通過(guò)針對(duì)壓力差校準(zhǔn)雷達(dá)信號(hào)讀數(shù)差來(lái)測(cè)量血壓。這可以通過(guò)使用雷達(dá)裝置測(cè)量不同位置(例如，在手提升或降低時(shí))處的同一動(dòng)脈來(lái)實(shí)現(xiàn)。補(bǔ)償傳感器對(duì)所測(cè)量的動(dòng)脈的非期望相對(duì)移動(dòng)，以及通過(guò)近似計(jì)算血壓波的值和時(shí)間導(dǎo)數(shù)來(lái)估計(jì)收縮壓和舒張壓的絕對(duì)值。

在本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式中，還可以在其他身體位置(例如，在上臂肱動(dòng)脈中或者在主動(dòng)脈中)處估計(jì)所測(cè)量的血壓。

在一些實(shí)施方式中，提供了血壓計(jì)算設(shè)備，該血壓計(jì)算設(shè)備被配置成基于對(duì)患者的動(dòng)脈壓力波的感測(cè)來(lái)計(jì)算患者的血壓，并且該血壓計(jì)算設(shè)備可以包括：雷達(dá)裝置，其用于生成至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；至少一個(gè)天線(xiàn)，其被配置成布置在患者的皮膚附近，上述至少一個(gè)天線(xiàn)另外地被配置成執(zhí)行以下操作中的至少一者：將上述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率發(fā)射至患者的組織以及收集從該組織反射的至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；校準(zhǔn)裝置，其用于將一個(gè)或更多個(gè)感測(cè)壓力波值與患者的血壓的有意引起的變化相關(guān)聯(lián)；以及收縮血壓與舒張血壓計(jì)算裝置，其被配置成基于對(duì)該壓力波的一部分的曲線(xiàn)擬合來(lái)估計(jì)收縮血壓值和舒張血壓值。

在一些實(shí)施方式中，提供了使用無(wú)線(xiàn)電頻率計(jì)算血壓的方法，并且該方法包括：通過(guò)至少一個(gè)天線(xiàn)將至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率發(fā)射至患者的組織，該天線(xiàn)被配置成布置于患者的鄰近動(dòng)脈的皮膚上；收集從該組織反射的上述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；以及基于所反射的至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)計(jì)算收縮血壓和舒張血壓中的至少一者。

一些實(shí)施方式可以包括以下附加特征(下面的所有特征可以被稱(chēng)為“附加特征”)中的至少一個(gè)特征：校準(zhǔn)所反射的無(wú)線(xiàn)電頻率信號(hào)的幅度，其中，校準(zhǔn)可包括基于所接收的反射無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)計(jì)算無(wú)線(xiàn)電頻率信號(hào)幅度至壓力的轉(zhuǎn)換率；該比率基于當(dāng)該組織處于兩個(gè)不同高度時(shí)所反射的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)幅度來(lái)計(jì)算；傳感器與上述至少一個(gè)天線(xiàn)相關(guān)聯(lián)；(例如基于傳感器數(shù)據(jù))確定上述至少一個(gè)天線(xiàn)相對(duì)于患者的組織而言的非期望相對(duì)移動(dòng)；基于所確定的非期望相對(duì)移動(dòng)來(lái)補(bǔ)償對(duì)動(dòng)脈直徑測(cè)量的計(jì)算；借助于經(jīng)校準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)電頻率信號(hào)幅度的差來(lái)計(jì)算收縮壓與舒張壓之間的差；可選地借助于對(duì)壓力波的曲線(xiàn)擬合來(lái)計(jì)算收縮壓與舒張壓的比率；按照足以捕獲整個(gè)心臟脈搏周期中動(dòng)脈直徑的變化的重復(fù)率來(lái)發(fā)射上述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；以及補(bǔ)償所反射的至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率，其中，上述補(bǔ)償可以包括，使用其他組織層反射的信號(hào)的幅度和/或相位，和/或使用所反射的上述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率的來(lái)自各個(gè)組織層的幅度和/或相位的多項(xiàng)式的比，來(lái)估計(jì)天線(xiàn)距皮膚的距離的變化對(duì)信號(hào)幅度的影響。

在一些實(shí)施方式中，提供了使用無(wú)線(xiàn)電頻率計(jì)算血壓的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以包括：被配置成布置于患者的皮膚附近的至少一個(gè)天線(xiàn)，上述至少一個(gè)天線(xiàn)另外地被配置成執(zhí)行以下操作中的至少一者：將上述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率發(fā)射至患者的組織，以及收集從該組織反射的上述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；用于生成上述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率的雷達(dá)裝置；具有計(jì)算機(jī)指令的處理器，該計(jì)算機(jī)指令在該處理器上執(zhí)行時(shí)使得該處理器將一個(gè)或更多個(gè)感測(cè)壓力波值與患者的血壓的有意引起的變化相關(guān)聯(lián)并基于反射幅度來(lái)計(jì)算收縮血壓與舒張血壓之間的差。

在一些系統(tǒng)實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)指令可以另外地被配置成使該處理器執(zhí)行上述附加特征中記述的功能。

以下在附圖說(shuō)明之前的段落從Barak的WO/2013/118121合并而來(lái)。

雷達(dá)(RADAR)單元可以是步進(jìn)頻率雷達(dá)或脈沖式雷達(dá)，或可以適于使用掃描時(shí)間為10微秒的FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave，頻率調(diào)制連續(xù)波)，并且ADC(Analog to Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的采樣頻率是3.2MHz。FMCW雷達(dá)單元可以使用三角波調(diào)制(triangle wave modulation)、多速率斜坡(multirate ramp)、三角形波調(diào)制(triangular wave modulation)或?qū)拵д也ㄕ{(diào)制?？梢允褂枚鄥⒖糀NC(Adaptive Noise Cancellation，自適應(yīng)噪聲消除)、遞歸最小二乘法(Recursive Least Squares，RLS)、最小均方法(Least Mean Square，LMS)、濾波X LMS(Filtered-X LMS，F(xiàn)xLMS)或FuLMS(Filtered-u LMS，濾波u LMS)來(lái)消除干擾。優(yōu)選地，可以將心率傳感器集成至腕表或腕帶中。

心率傳感器可以包括電壓控制型振蕩器(例如，使用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)或BiCMOS(Bipolar CMOS，雙極CMOS)技術(shù)制造的可變頻環(huán)形振蕩器)，該電壓控制型振蕩器通過(guò)掃描時(shí)間通常為10微秒、覆蓋從3.1GHz至10.6GHz的全信號(hào)帶寬的斜坡信號(hào)來(lái)調(diào)制。VCO(Voltage Controlled Oscillator，電壓控制型振蕩器)的輸出端可以被耦接至天線(xiàn)以及被耦接至混頻器的LO(Local Oscillator，本地振蕩器)的輸入端，該混頻器使用VCO信號(hào)進(jìn)行混頻以產(chǎn)生中頻(Intermediate Frequency，IF)信號(hào)，在通過(guò)ADC對(duì)該IF信號(hào)進(jìn)行采樣之前，通過(guò)低通濾波器(Low Pass Filter，LPF)對(duì)該IF信號(hào)進(jìn)行濾波并且經(jīng)由中頻放大器(IF amplifier)對(duì)其進(jìn)行放大。該振蕩器的頻率變化可以按照離散的步長(zhǎng)進(jìn)行。該天線(xiàn)可以是包括兩個(gè)正交的寬帶偶極子的雙平面交叉蝴蝶結(jié)偶極子天線(xiàn)、單臂螺旋天線(xiàn)、單寬帶偶極子天線(xiàn)或槽型天線(xiàn)?？梢允褂肈FT(Discrete Fourier Transform，離散傅里葉變換)、啁啾Z變換或模擬濾波器組來(lái)執(zhí)行用于分解疊加的頻率分析。

雷達(dá)單元可以以低于1％的占空比來(lái)工作。FMCW啁啾寬度可以是至少5GHz。心率傳感器可以包括通過(guò)使用來(lái)自多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)對(duì)由傳感器的移動(dòng)引起的干擾進(jìn)行消除的電路。優(yōu)選地，振蕩器帶寬大于5GHz。心率傳感器可以包括兩個(gè)正交天線(xiàn)，一個(gè)天線(xiàn)用于發(fā)送，一個(gè)天線(xiàn)用于接收。心率傳感器還可以包括無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器，該無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器用于將心率數(shù)據(jù)中繼至遠(yuǎn)端的接收器或終端；以及腕帶，該腕帶使得能夠?qū)⒃搨鞲衅鞔┐髟谕蟛可稀?/p>

附圖說(shuō)明

圖1示出了這些組織層的簡(jiǎn)單化示例以便理解這些組織層與無(wú)線(xiàn)電波的相互作用；

圖2示出了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的布置在受試者的腕部的橈動(dòng)脈之上的天線(xiàn)；

圖3示出了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的位于受試者的腕部上的雙槽型天線(xiàn)的布置；

圖4描繪了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的當(dāng)在受試者的腕部上進(jìn)行測(cè)量并且手位于上部位置和下部位置時(shí)動(dòng)脈壓變化與時(shí)間的關(guān)系；

圖5描繪了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的來(lái)自處于同一位置的橈動(dòng)脈的檢測(cè)信號(hào)；

圖6示出了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的近似表示在校準(zhǔn)壓力單元中描述的壓力波的補(bǔ)償檢測(cè)信號(hào)；

圖7示出了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式的對(duì)于壓力波的尾部的指數(shù)擬合曲線(xiàn)；

圖8示出了人體腕部上用于測(cè)量動(dòng)脈血壓的現(xiàn)有技術(shù)的可穿戴裝置以與人體腕部上的圖9所示的本發(fā)明的可穿戴裝置進(jìn)行比較；以及

圖9示出了人體腕部上的本發(fā)明的用于測(cè)量動(dòng)脈血壓的可穿戴裝置，從這些裝置如何適配至該裝置的穿戴者的身體方面來(lái)說(shuō)明相比圖8而言的差異。

圖1001至圖1007與Barak的WO/2013/118121中的圖1至圖7對(duì)應(yīng)。圖1001至圖1007的簡(jiǎn)要描述以及圖1001至圖1007的詳細(xì)描述從Barak的WO/2013/118121合并到本文中。

圖1001是能夠用于發(fā)明PCT/IL2013/050113的實(shí)施方式中的頂層框圖；

圖1002是人類(lèi)臂部的橫截面，其示出了橈動(dòng)脈的位置；

圖1003是能夠用于該發(fā)明的實(shí)施方式中的被集成至腕表的傳感器的簡(jiǎn)化框圖；

圖1004是能夠用于該發(fā)明的實(shí)施方式的傳感器的框圖；

圖1005是使用單天線(xiàn)的可替代實(shí)施方式的框圖；

圖1006示出了所檢測(cè)的脈搏信號(hào)的波形以及與心率有關(guān)的測(cè)量值的提取點(diǎn)；

圖1007示出了本發(fā)明所使用的雙平面交叉蝴蝶結(jié)偶極子天線(xiàn)；以及

圖1008示出了圖1007的中心區(qū)域的展開(kāi)圖。

具體實(shí)施方式

在一些實(shí)施方式中，將超寬帶(ultrawideband，UWB)微波信號(hào)輻射至身體組織中，優(yōu)選地輻射至動(dòng)脈靠近皮膚的身體位置中。此位置可以位于腕部的橈動(dòng)脈之上。在一些實(shí)施方式中，反射信號(hào)是多個(gè)反射的復(fù)數(shù)總和，每個(gè)反射表示從身體組織中的連續(xù)上升深度反射的信號(hào)，上述連續(xù)上升深度由不同組織層邊界中的復(fù)介電常數(shù)變化引起。在圖1中描述了這些組織層的簡(jiǎn)化示例，其表示受試者的靠近腕部的臂部(根據(jù)一些實(shí)施方式此臂部是用于附著設(shè)備/系統(tǒng)/裝置的優(yōu)選位置)的橫截面。如圖所示，102表示皮膚層，104表示橈動(dòng)脈，106表示肌肉組織以及108表示骨骼。每個(gè)反射的大小(在下文中被指代為S_t，t是引起反射的特定組織)表示相關(guān)聯(lián)的組織層的雷達(dá)橫截面(Radar-Cross-Section，ReS)。例如，S_artery是肌肉-動(dòng)脈邊界的反射信號(hào)的時(shí)變幅度。

在一些實(shí)施方式中，為了將從動(dòng)脈反射的信號(hào)與從其他組織元件反射的信號(hào)恰當(dāng)?shù)貐^(qū)分開(kāi)，信號(hào)帶寬優(yōu)選地盡可能地高，并且優(yōu)選地至少大于2GHz(例如，在大約2GHz與大約11GHz之間，并且在一些實(shí)施方式中在大約3.1GHz至大約10.6GHz之間)。

如圖2所示，在一些實(shí)施方式中，發(fā)送天線(xiàn)和接收天線(xiàn)被提供并且被布置在受試者腕部的橈動(dòng)脈之上。然后可以按照足以對(duì)在整個(gè)心臟脈搏周期期間動(dòng)脈直徑的變化進(jìn)行捕獲的重復(fù)率來(lái)發(fā)送輻射信號(hào)。此重復(fù)率優(yōu)選地是每秒30個(gè)樣本或大于每秒30個(gè)樣本，以恰當(dāng)?shù)孛枋鰤毫Σ?xì)節(jié)。與動(dòng)脈相關(guān)聯(lián)的所得信號(hào)S_artery可以與動(dòng)脈直徑的采樣表示對(duì)應(yīng)，并且可以基本上與心臟起搏周期同步來(lái)進(jìn)行重復(fù)。此信號(hào)則可以被稱(chēng)為壓力波(Pressure Wave)。

在一些實(shí)施方式中，發(fā)送天線(xiàn)和接收天線(xiàn)被布置成靠近肢體的皮膚表面，將在靠近肢體皮膚表面處獲得針對(duì)該肢體的動(dòng)脈測(cè)量值。為了防止兩個(gè)天線(xiàn)直接耦接，可以將這兩個(gè)天線(xiàn)布置成彼此正交。如圖3所示，在一些實(shí)施方式中，可以將這些天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)成例如介電基板上的印刷槽型天線(xiàn)。出于說(shuō)明的目的，將肢體示意性地描述成圓柱體310。在肢體中，動(dòng)脈308在肢體內(nèi)被示為靠近皮膚表面。集合式收發(fā)天線(xiàn)312可以被布置成大體上與皮膚表面相切，其中，定位誤差θ、表示相對(duì)于皮膚表面的旋轉(zhuǎn)角，并且H表示皮膚與天線(xiàn)的間隔。這些天線(xiàn)中的一個(gè)和/或另一個(gè)的頂側(cè)可以由標(biāo)出槽306的輪廓的導(dǎo)體304覆蓋。該槽是發(fā)送槽和接收槽的結(jié)合體。

精確形狀、面(由金屬覆蓋)和槽是設(shè)計(jì)參數(shù)。在一些實(shí)施方式中，天線(xiàn)可以包括多個(gè)一層或多層介電層，具有可以位于至少一些界面上的金屬導(dǎo)體。例如，將金屬層/槽層布置在介電板的內(nèi)側(cè)上，并且使用連續(xù)金屬層覆蓋背側(cè)。

從而，在一些實(shí)施方式中，與動(dòng)脈相關(guān)聯(lián)的信號(hào)的幅度與此動(dòng)脈截面直徑有關(guān)。動(dòng)脈直徑與動(dòng)脈壓有關(guān)。

在這些實(shí)施方式中，首先，S_artery(t)＝α*p(t)+K，S_artery是此信號(hào)強(qiáng)度，p(t)是時(shí)變動(dòng)脈壓力并且α是未知的校準(zhǔn)常數(shù)，并且K是與在動(dòng)脈壓力為0的非現(xiàn)實(shí)條件下從動(dòng)脈反射的信號(hào)相關(guān)聯(lián)的常數(shù)。

然而，在一些實(shí)施方式中，此信號(hào)還可以很大程度上取決于如由圖3中的H所表示的天線(xiàn)與器官的間隔和/或方位。此尺寸以及相對(duì)于肢體的天線(xiàn)方位可以在校準(zhǔn)期間或測(cè)量期間變化，從而引入明顯的測(cè)量誤差。

在一些實(shí)施方式中，此誤差可以通過(guò)例如以下方式來(lái)補(bǔ)償：使用其他組織層(在一些實(shí)施方式中主要是產(chǎn)生最強(qiáng)回波的皮膚層)的反射信號(hào)的幅度和/或相位，來(lái)估計(jì)天線(xiàn)距皮膚的距離的變化對(duì)信號(hào)幅度的影響。隨后此估計(jì)可以用于修改S_artery值，所以例如針對(duì)天線(xiàn)與肢體的相對(duì)移動(dòng)來(lái)對(duì)此結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

在一些實(shí)施方式中，此補(bǔ)償可以實(shí)現(xiàn)為來(lái)自各種組織層的反射幅度和相位的多項(xiàng)式的比以及查找表的插值。

在一些實(shí)施方式中，補(bǔ)償可以依賴(lài)于壓力波峰峰大小相對(duì)于肢體位置而言不變的觀點(diǎn)。壓力波峰峰大小表示動(dòng)脈中收縮壓與舒張壓之間的實(shí)際壓力差?？梢哉J(rèn)為此壓力差不隨肢體位置變化或者認(rèn)為此壓力差基于指定的動(dòng)脈直徑/壓力非線(xiàn)性關(guān)系而變化。因?yàn)閭鞲衅魑恢孟鄬?duì)于動(dòng)脈的偏移，所以所檢測(cè)的S_artery在各次校準(zhǔn)測(cè)量中可能不同。因此，該峰峰差可以用于補(bǔ)償因傳感器位置在用于校準(zhǔn)的各次測(cè)量之間的偏移而引起的S_artery測(cè)量結(jié)果的變化。在圖5中示出了此情形，圖5描繪了在下位置和上位置中的受試者的臂部位置處所檢測(cè)的S_artery信號(hào)S_a1、S_a2，S_a1、S_a2分別被限定為502、504。這些信號(hào)的峰峰測(cè)量結(jié)果506、508可以分別被限定為PP1和PP2。

為此，并且根據(jù)一些實(shí)施方式，S_a2的校準(zhǔn)遵循以下步驟：(1)設(shè)PP1＝max(S_al)-min(S_al)；(2)設(shè)PP2＝max(S_a2)-min(S_a2)；以及(3)S_a2comp＝S_a2*PP1/PP2。

按照類(lèi)似的方式，在一些實(shí)施方式中，可以在各種其他高度處實(shí)現(xiàn)經(jīng)補(bǔ)償?shù)腟_artery信號(hào)。

在未知校準(zhǔn)常數(shù)u的情況下，這些校準(zhǔn)情況中的任意情況導(dǎo)致表示動(dòng)脈中的壓力波的補(bǔ)償信號(hào)。例如，可以通過(guò)測(cè)量多個(gè)不同動(dòng)脈壓力下的S_artery來(lái)獲得此校準(zhǔn)常數(shù)，其中壓力差已知，從而僅與(例如)流體靜壓力差有關(guān)。在一些實(shí)施方式中，通過(guò)抬升受試者手部來(lái)創(chuàng)建壓力差，使得將腕部抬舉已知高度。

圖4描繪了根據(jù)一些實(shí)施方式的動(dòng)脈壓力變化與時(shí)間的關(guān)系，其中，跡線(xiàn)402和跡線(xiàn)404分別表示受試者臂部在低位置和高位置處的動(dòng)脈壓。在腕部低位置和高位置處的兩個(gè)壓力波的均值的差(在下文中被稱(chēng)為ΔS)被用于此校準(zhǔn)。高度的偏移造成了動(dòng)脈壓力波的偏移量ΔP＝ρ*g*ΔH，ρ是血液比重，g是重力加速度常數(shù)。

從而，在已知受試者的高度和性別的情況下，當(dāng)受試者將其手部從豎直向下位置抬升至豎直向上位置時(shí)，該高度差已知或者可以假定。例如，對(duì)于人類(lèi)而言，身高與肢體長(zhǎng)度的比例實(shí)際上是固定的。因此，可以提供處理器/控制器，上述處理器/控制器可以被編程為接收表示受試者的高度、性別的數(shù)據(jù)和其他生理數(shù)據(jù)以計(jì)算該距離。此數(shù)據(jù)可以被稱(chēng)為受試者生理數(shù)據(jù)。

在一些實(shí)施方式中，可以通過(guò)在肢體上設(shè)置加速度計(jì)或陀螺儀(例如，加速度計(jì)被集成為上述雷達(dá)天線(xiàn)中的一個(gè)和/或另一個(gè)的一部分，或被集成為安裝至肢體的其他結(jié)構(gòu)的一部分，上述其他結(jié)構(gòu)例如是在下文中被稱(chēng)為“殼體(the housing)”的殼體和/或框)來(lái)估計(jì)此高度差，并且豎直加速度可以集成至用于在處理器中確定豎直距離的算法中。

在一些實(shí)施方式中，可以通過(guò)使用嵌在殼體中的光學(xué)相機(jī)來(lái)近似計(jì)算豎直距離/高度，此光學(xué)相機(jī)可以通過(guò)使用受試者生理數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)此豎直偏移/距離。例如，處理器可以被配置成處理圖像數(shù)據(jù)以通過(guò)以下操作來(lái)估計(jì)移動(dòng)：例如，使用在不同時(shí)刻拍攝的圖像中的可識(shí)別對(duì)象(例如，燈、門(mén)、地板、窗戶(hù)等)來(lái)估計(jì)受試者身體的方位(例如，水平、豎直)和/或可選地估計(jì)相對(duì)于已知的受試者的身體長(zhǎng)度的手部移動(dòng)。

從而，在一些實(shí)施方式中，壓力波的時(shí)間平均差連同所估計(jì)的高度差ΔH、已知的加速度常數(shù)、所假設(shè)的恒定血液比重使得能夠提取參數(shù)α：α＝ΔS/ΔP。

在一些實(shí)施方式中，在更加精確的校準(zhǔn)中，可以認(rèn)為值α是壓力波的函數(shù)，并且因此，在臂部/肢體的多個(gè)高度位置采取校準(zhǔn)以近似計(jì)算S_artery與動(dòng)脈壓的非線(xiàn)性特征。這導(dǎo)致了信號(hào)S_artery與血壓明顯的單映射。

在一些實(shí)施方式中，校準(zhǔn)除了利用重力以外還可以利用其他加速度源(參見(jiàn)上面第[0034]段)。例如，受試者通過(guò)有意移動(dòng)而引起的臂部/肢體的加速度可以通過(guò)(例如，設(shè)置在殼體中)的加速度計(jì)來(lái)測(cè)量，并且所導(dǎo)致的S_artery的變化可以與測(cè)量加速度相關(guān)聯(lián)以提取校準(zhǔn)常數(shù)α。

圖6示出了在校準(zhǔn)壓力單元中描述的近似表示壓力波的經(jīng)補(bǔ)償?shù)腟_artery信號(hào)602。如圖所示，此波具有分別表示收縮壓P_s和舒張壓P_d的明顯波峰604和明顯波谷606。收縮壓P_s與舒張壓P_d之間的壓力差被限定為PP 608。PP是精確測(cè)量值。然而，在不知道K的情況下，不能估計(jì)P_s和P_d。重搏切跡612之后的壓力拖尾610的形狀近似地符合指數(shù)曲線(xiàn)(例如，如Otto Frank所提出的)。此函數(shù)形狀被理解為與以下相關(guān)：壓力變化率與動(dòng)脈壓和靜脈壓之間的壓力差線(xiàn)性相關(guān)。靜脈壓通常在10mmHg(毫米汞柱)與20mmHg之間，并且在本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式中認(rèn)為靜脈壓是常數(shù)。

在一些實(shí)施方式中，從“最小2范數(shù)誤差(minimum norm 2error)”來(lái)講，指數(shù)函數(shù)P＝P0+P1*e^-P2(t-t0)與拖尾610是匹配的。P0是例如靜脈壓力的某個(gè)恒定壓力。例如，圖7示出了所得的擬合702。使用擬合曲線(xiàn)上的任意點(diǎn)704和舒張壓606使得能夠求解兩個(gè)聯(lián)立方程，一定具有相同值的已知差等式D＝Value(704)-Value(606)和比率Deriv(704)/Deriv(606)足以求解P1和P2并且計(jì)算絕對(duì)值P_s和P_d。

在一些實(shí)施方式中，匹配函數(shù)可以是指數(shù)衰減正弦波函數(shù)，此函數(shù)表示動(dòng)脈樹(shù)的非均勻頻率特征。在其他點(diǎn)處的匹配將使得能夠提取函數(shù)參數(shù)并且估計(jì)絕對(duì)值P_s和P_d。在此情況下，需要用衰減振蕩的數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)分解該指數(shù)，其導(dǎo)數(shù)對(duì)于根據(jù)復(fù)雜形狀計(jì)算絕對(duì)的收縮壓和舒張壓是必需的。在一些實(shí)施方式中，這通過(guò)對(duì)表示動(dòng)脈樹(shù)波反射的數(shù)字模型的曲線(xiàn)擬合來(lái)完成，如在Alberto P Avolio等人的“Arterial blood pressure measurement and pulse wave analysis-their role in enhancing cardiovascular assessment(動(dòng)脈血壓測(cè)量和脈搏波分析對(duì)于增強(qiáng)心血管評(píng)估的作用)”doi:10.1088/0967-3334/31111ROI中描述的數(shù)字模型。

在一些實(shí)施方式中，將指數(shù)衰減正弦波與主動(dòng)脈壓匹配是有益的，如使用由Michael F.O'Rourke等人在“Pulse wave analysis(脈搏波分析)”，J Hypertens Suppl.1996年12月；14(5):SI47-S7中描述的通用轉(zhuǎn)移函數(shù)來(lái)近似計(jì)算的。在一些實(shí)施方式中，可以使用動(dòng)脈樹(shù)的模型將經(jīng)校準(zhǔn)的壓力波轉(zhuǎn)換成如會(huì)在肱動(dòng)脈中測(cè)量的壓力以及中央主動(dòng)脈血壓。優(yōu)選地，此模型是頻譜模型。還可以使用在數(shù)學(xué)上等同的時(shí)域模型。

包括處理器(該處理器包括能夠在該處理器上操作的計(jì)算機(jī)指令，上述計(jì)算機(jī)指令被配置成進(jìn)行以下操作中的至少一者：控制所公開(kāi)的裝置和系統(tǒng)；以及計(jì)算收縮值和舒張值以及校準(zhǔn)值)的各個(gè)部件之間的通信可以是有線(xiàn)通信，或經(jīng)由模擬短程通信模式或包括例如WI-FI或的數(shù)字通信模式的無(wú)線(xiàn)通信。這樣的通信的其他示例可以包括通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的通信。例如，這樣的網(wǎng)絡(luò)可以包括局域網(wǎng)(local area network，“LAN”)、廣域網(wǎng)(wide area network，“WAN”)或全局網(wǎng)。此網(wǎng)絡(luò)可以是例如因特網(wǎng)和/或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的任何合適的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的一部分和/或包括例如因特網(wǎng)和/或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的任何合適的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

一般地，術(shù)語(yǔ)“因特網(wǎng)”可以指使用傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)協(xié)議(“TCP/IP”)和/或其他基于分組的協(xié)議來(lái)通信的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)、路由器和計(jì)算機(jī)在世界范圍內(nèi)的集合。

在一些實(shí)施方式中，所公開(kāi)的系統(tǒng)和裝置可以包括用于在所公開(kāi)的系統(tǒng)和裝置的部件之間通信的一個(gè)或更多個(gè)傳輸元件。在一些實(shí)施方式中，傳輸元件可以包括以下中的至少一個(gè)元件：無(wú)線(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)器或無(wú)線(xiàn)電頻率識(shí)別(radio-frequency identification，“RFID”)裝置。該傳輸元件可以包括例如以下至少一個(gè)元件：發(fā)送器、轉(zhuǎn)發(fā)器、天線(xiàn)、轉(zhuǎn)換器和/或RLC電路或用于檢測(cè)、處理、存儲(chǔ)和/或發(fā)送信號(hào)的任何合適的部件，例如，電路系統(tǒng)、模數(shù)(analog-to-digital，“A/D”)轉(zhuǎn)換器、和/或用于模擬或數(shù)字短程通信的電路。

在一些實(shí)施方式中，根據(jù)一些實(shí)施方式的控制器/處理器和/或所公開(kāi)的裝置和系統(tǒng)的任何其他相關(guān)的部件可以包括存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)裝置和輸入/輸出裝置。所公開(kāi)的一些實(shí)施方式的各種實(shí)現(xiàn)方案，特別是所討論的至少一些處理(或其部分)的各種實(shí)現(xiàn)方案可以在數(shù)字電子電路、集成電路、專(zhuān)門(mén)配置的ASIC(application specific integrated circuit，專(zhuān)用集成電路)、計(jì)算機(jī)硬件、固件、軟件和/或它們的組合(例如，所公開(kāi)的處理器/控制器)中實(shí)現(xiàn)。這些各種實(shí)現(xiàn)方案(如與所公開(kāi)的裝置/系統(tǒng)及其部件相關(guān)聯(lián)的各種實(shí)現(xiàn)方案)例如可以包括按照一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)程序形式的實(shí)現(xiàn)方案，上述一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)程序能夠在可編程系統(tǒng)上執(zhí)行和/或編譯，該可編程系統(tǒng)包括至少一個(gè)可編程處理器，上述至少一個(gè)可編程處理器可以是專(zhuān)用或通用的并被耦接為從存儲(chǔ)系統(tǒng)、至少一個(gè)輸入裝置和至少一個(gè)輸出裝置接收數(shù)據(jù)和指令以及將數(shù)據(jù)和指令發(fā)送至該存儲(chǔ)系統(tǒng)、上述至少一個(gè)輸入裝置和上述至少一個(gè)輸出裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序(也稱(chēng)為程序、軟件、軟件應(yīng)用程序或代碼)包括例如用于可編程處理器的機(jī)器指令/代碼，并且可以用高層過(guò)程化編程語(yǔ)言和/或面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言和/或用匯編/機(jī)器語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。如所本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“機(jī)器可讀介質(zhì)”指用于將機(jī)器指令和/或數(shù)據(jù)提供給可編程控制器/處理器的任何計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品、設(shè)備和/或裝置(例如，包括例如磁盤(pán)、光盤(pán)、閃存、可編程邏輯器件(Programmable Logic Devices，PLD)的非易失性介質(zhì))，上述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品、設(shè)備和/或裝置包括接收作為機(jī)器可讀信號(hào)的機(jī)器指令的機(jī)器可讀介質(zhì)。術(shù)語(yǔ)“機(jī)器可讀信號(hào)”指用于將機(jī)器指令和/或數(shù)據(jù)提供給可編程處理器的任何信號(hào)。

為了提供與用戶(hù)的交互，本文所描述的主題可以在計(jì)算裝置上實(shí)現(xiàn)，該計(jì)算裝置包括用于向用戶(hù)顯示信息的顯示裝置(例如，LCD(liquid crystal display，液晶顯示)監(jiān)視器等)以及用戶(hù)用來(lái)向計(jì)算機(jī)提供輸入的鍵盤(pán)和/或定點(diǎn)裝置(例如，鼠標(biāo)或跟蹤球、觸摸屏)。例如，可以通過(guò)分配單元、遠(yuǎn)程控制器、PC、便攜式計(jì)算機(jī)、智能電話(huà)、媒體播放器或個(gè)人數(shù)字助理(personal data assistant，PDA)來(lái)存儲(chǔ)、執(zhí)行和操作此程序。還可以使用其他種類(lèi)的裝置來(lái)提供與用戶(hù)的交互。

例如，向用戶(hù)提供的反饋可以是任何形式的感知反饋(例如，視覺(jué)反饋、聽(tīng)覺(jué)反饋或觸覺(jué)反饋)，并且可以用包括聽(tīng)覺(jué)輸入、語(yǔ)音輸入或觸覺(jué)輸入在內(nèi)的任何形式接收來(lái)自用戶(hù)的輸入。本文所公開(kāi)的主題的某些實(shí)施方式可以在計(jì)算系統(tǒng)和/或裝置上實(shí)現(xiàn)，該計(jì)算系統(tǒng)和/或裝置包括后端部件(例如，作為數(shù)據(jù)服務(wù)器)，或包括中間件部件(例如，應(yīng)用程序服務(wù)器)，或包括前端部件(例如，具有圖形用戶(hù)界面或Web瀏覽器的客戶(hù)端計(jì)算機(jī)，用戶(hù)可以通過(guò)該圖形用戶(hù)界面或Web瀏覽器來(lái)與本文描述的主題的實(shí)現(xiàn)方案交互)，或這些后端部件、中間件部件或前端部件的任意組合。

對(duì)公開(kāi)文本或其他文獻(xiàn)(包括但不限于在本申請(qǐng)中的任何地方出現(xiàn)的專(zhuān)利、專(zhuān)利申請(qǐng)、文章、Web頁(yè)面、書(shū)等)的任何以及所有引用通過(guò)引用方式全部合并到本文中。本文描述了這些裝置、系統(tǒng)和方法的示例實(shí)施方式。如可能在其他地方記載的，僅出于示意性目的描述了這些實(shí)施方式并且這些實(shí)施方式不是限制性的。還可以有被公開(kāi)內(nèi)容覆蓋的其他實(shí)施方式，這將從本文所包括的教示中明顯看出。因此，本公開(kāi)內(nèi)容的廣度和范圍應(yīng)當(dāng)不限于上述實(shí)施方式中的任意一種，但是應(yīng)當(dāng)僅基于受本公開(kāi)內(nèi)容及其等同方案支持的一個(gè)和/或另一個(gè)發(fā)明的一個(gè)和/或另一個(gè)實(shí)施方式有關(guān)的權(quán)利要求來(lái)限定。此外，本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式可以包括方法、系統(tǒng)和裝置，上述方法、系統(tǒng)和裝置可以包括來(lái)自任何其他公開(kāi)的包括與血壓測(cè)量對(duì)應(yīng)的任何及所有特征的方法、系統(tǒng)和裝置的任何及所有元件/特征。換言之，來(lái)自一個(gè)和/或其他公開(kāi)的實(shí)施方式的特征能夠與來(lái)自其他公開(kāi)的實(shí)施方式的又與再其他的實(shí)施方式對(duì)應(yīng)的特征互換。此外，可以移除所公開(kāi)的實(shí)施方式的一個(gè)或更多個(gè)特征/元件而仍實(shí)現(xiàn)可專(zhuān)利性主題(并由此產(chǎn)生本公開(kāi)內(nèi)容的再更多的實(shí)施方式)。再者，由于一些實(shí)施方式特別地缺乏能夠在現(xiàn)有技術(shù)中找到的一個(gè)或更多個(gè)特征，所以這些實(shí)施方式能夠與現(xiàn)有技術(shù)區(qū)分開(kāi)。換言之，本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式包括一個(gè)或更多個(gè)消極限制以特別表明所要求保護(hù)的實(shí)施方式缺乏在現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)、元件和/或特征。

本發(fā)明的以下方面作為權(quán)利要求出現(xiàn)在美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/024,403中。

本發(fā)明的一個(gè)方面是(1)一種血壓計(jì)算設(shè)備，其被配置成基于對(duì)患者的動(dòng)脈壓力波的感測(cè)來(lái)計(jì)算所述患者的血壓，所述血壓計(jì)算設(shè)備包括：雷達(dá)裝置，其用于生成至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；至少一個(gè)天線(xiàn)，其被配置成布置于所述患者的皮膚附近，所述至少一個(gè)天線(xiàn)另外地被配置成進(jìn)行以下操作中的至少一者：將所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率發(fā)射至所述患者的組織以及收集從所述組織反射的所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；校準(zhǔn)裝置，其將一個(gè)或更多個(gè)感測(cè)壓力波值與所述患者的血壓的有意引起的變化相關(guān)聯(lián)；以及計(jì)算裝置，其用于計(jì)算收縮血壓與舒張血壓之間的差，該計(jì)算裝置被配置成基于反射幅度來(lái)估計(jì)收縮血壓值與舒張血壓值的差。從屬方面是(2)所述設(shè)備還包括用于計(jì)算的收縮血壓與舒張血壓計(jì)算裝置，所述收縮血壓與舒張血壓計(jì)算裝置被配置成基于對(duì)所述壓力波的一部分的曲線(xiàn)擬合來(lái)估計(jì)收縮血壓值和舒張血壓值；(3)所述設(shè)備，其中所述校準(zhǔn)裝置基于從所述患者的臂部收集的與所述臂部抬升或降低中的至少一者對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)所計(jì)算的收縮壓值和舒張壓值；(4)所述設(shè)備，其中，所述計(jì)算裝置基于所反射的無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)確定所述收縮血壓與舒張血壓；(5)所述設(shè)備，其中所述計(jì)算裝置基于所反射的無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)確定所述患者的鄰近皮膚的動(dòng)脈的直徑；(6)所述設(shè)備，其中所述雷達(dá)裝置生成多個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率，最高頻率與最低頻率之間的差至少是2GHz；(7)所述設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率包括多個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率。

本發(fā)明的一個(gè)方面是(8)一種使用無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)計(jì)算血壓的方法，包括：通過(guò)至少一個(gè)天線(xiàn)將至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率發(fā)射至患者的組織，所述天線(xiàn)被配置成布置于所述患者的鄰近動(dòng)脈的皮膚上；收集從所述組織反射的所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；以及基于所反射的至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)計(jì)算收縮血壓和舒張血壓中的至少一者。從屬方面是(9)所述方法，其中，所述計(jì)算包括校準(zhǔn)所反射的無(wú)線(xiàn)電頻率；(10)所述方法，其中所述校準(zhǔn)包括基于所接收的反射無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)計(jì)算無(wú)線(xiàn)電頻率信號(hào)至壓力的轉(zhuǎn)換率；(11)所述方法，其中，所述比率基于當(dāng)所述組織處于兩個(gè)不同高度時(shí)所反射的無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)計(jì)算；(12)所述方法，其中傳感器與所述至少一個(gè)天線(xiàn)相關(guān)聯(lián)，并且其中所述方法還包括確定所述至少一個(gè)天線(xiàn)相對(duì)于所述患者的所述組織的非期望相對(duì)移動(dòng)；(13)所述方法，還包括基于所確定的非期望相對(duì)移動(dòng)來(lái)補(bǔ)償動(dòng)脈直徑測(cè)量的計(jì)算；(14)所述方法，其中計(jì)算所述收縮壓與舒張壓包括近似計(jì)算所述血壓的時(shí)間導(dǎo)數(shù)；(15)所述方法，其中，按照足以對(duì)整個(gè)心臟脈搏周期中動(dòng)脈直徑的變化進(jìn)行捕獲的重復(fù)率來(lái)發(fā)射所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；(16)所述方法，還包括補(bǔ)償所反射的至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；(17)所述方法，其中，所述補(bǔ)償包括使用其他組織層的反射信號(hào)的幅度和/或相位來(lái)估計(jì)所述天線(xiàn)距皮膚的距離對(duì)信號(hào)的幅度的影響；(18)所述方法，其中，所述補(bǔ)償包括來(lái)自所反射的至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率的各個(gè)組織層的幅度和/或相位的多項(xiàng)式的比以及查找表的插值；(19)所述方法，其中，所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率包括多個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率。

本發(fā)明的一個(gè)方面是(20)一種使用無(wú)線(xiàn)電頻率計(jì)算血壓的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：至少一個(gè)天線(xiàn)，其被布置成鄰近患者的皮膚，所述至少一個(gè)天線(xiàn)另外地被配置成進(jìn)行以下操作中的至少一者：將所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率發(fā)射至所述患者的組織，以及收集從所述組織反射的所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；雷達(dá)裝置，其用于生成所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；處理器，其具有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令在所述處理器上操作時(shí)使得所述處理器：將一個(gè)或更多個(gè)感測(cè)壓力波值與所述患者的血壓的有意引起的變化相關(guān)聯(lián)，以及基于反射幅度來(lái)計(jì)算收縮血壓與舒張血壓之間的差。從屬方面是(21)所述系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算機(jī)指令另外地被配置成使所述處理器校準(zhǔn)所反射的無(wú)線(xiàn)電頻率；(22)所述系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算機(jī)指令另外地被配置成使所述處理器基于所接收的反射無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)計(jì)算無(wú)線(xiàn)電頻率信號(hào)至壓力的轉(zhuǎn)換率；(23)所述系統(tǒng)，其中，所述比率基于當(dāng)所述組織處于兩個(gè)不同高度時(shí)所反射的無(wú)線(xiàn)電頻率來(lái)計(jì)算；(24)所述系統(tǒng)，還包括被配置成與所述至少一個(gè)天線(xiàn)相關(guān)聯(lián)的傳感器，并且其中，所述計(jì)算機(jī)指令另外地被配置成使所述處理器確定所述至少一個(gè)天線(xiàn)相對(duì)于所述患者的組織的非期望相對(duì)移動(dòng)；(25)所述系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算機(jī)指令另外地被配置成使所述處理器基于所確定的非期望相對(duì)移動(dòng)來(lái)補(bǔ)償動(dòng)脈直徑測(cè)量的計(jì)算；(26)所述系統(tǒng)，其中，計(jì)算所述舒張壓包括近似計(jì)算所述血壓的時(shí)間導(dǎo)數(shù)；(27)所述系統(tǒng)，其中，按照足以對(duì)整個(gè)心臟脈搏周期中的動(dòng)脈直徑的變化進(jìn)行捕獲的重復(fù)率來(lái)發(fā)射所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；(28)所述系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算機(jī)指令被另外地配置成使得所述處理器補(bǔ)償所反射的至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率；(29)所述系統(tǒng)，其中，所述補(bǔ)償包括使用其他組織層的反射信號(hào)的幅度和/或相位來(lái)估計(jì)所述天線(xiàn)距皮膚的距離的變化對(duì)信號(hào)的幅度的影響；(30)所述系統(tǒng)，其中，所述補(bǔ)償包括來(lái)自所反射的至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率的各個(gè)組織層的幅度和/或相位的多項(xiàng)式的比以及查找表的插值；(31)所述系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率包括多個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率。

圖8示出了位于人的腕部上的現(xiàn)有技術(shù)的可穿戴裝置，該可穿戴裝置包括嵌有現(xiàn)有技術(shù)的PPG傳感器2012的腕帶2001。在腕部(未標(biāo)記)的橫截面2004內(nèi)是骨骼2006、2009以及橈動(dòng)脈2002。2011表示腕帶與腕部之間的距離，2010表示腕帶的厚度。所示出的腕帶大體上厚于所述腕帶與所述腕部之間的距離。在操作中，腕帶必須保持PPG傳感器與腕部的外表面接觸，這意味著腕帶與腕部之間的距離2011基本上在腕部周?chē)淮嬖?為零)以使得PPG傳感器被保持與腕部接觸。這需要緊密配合的腕帶。這種對(duì)緊密配合的腕帶的需要是不利的。

圖9示出了在人的腕部上的本發(fā)明的用于測(cè)量動(dòng)脈血壓的可穿戴裝置。圖9示出了可穿戴裝置，其包括嵌有(或以其他方式機(jī)械地附接的)EM傳感器2003的腕帶2001。2004表示人的腕部的橫截面。2006、2009表示腕部的骨骼。2005表示腕部的尺動(dòng)脈。2011表示腕部的表面與沿著腕帶2001的一個(gè)點(diǎn)之間的最短距離。2010表示(在與腕帶包圍的肢體的延伸部分垂直的橫截面內(nèi))腕帶的厚度。圖9示出了與腕部相隔特定距離并且因此未與腕部接觸的傳感器2003。如圖所示，傳感器2003與腕部的表面之間的距離大于腕帶2001的厚度。圖9示出了：針對(duì)用于提供可以根據(jù)其確定血壓和動(dòng)脈壓力的信號(hào)的傳感器而言，該傳感器距腕部的距離(因此也是距腕部的動(dòng)脈的距離)無(wú)需剛性地被固定并且傳感器2003無(wú)需與腕部接觸。消除將傳感器與皮膚接觸的需要(相對(duì)于PPG傳感器)使得本發(fā)明的傳感器能夠以新穎的方式(包括：通過(guò)夾子夾持到衣服上；圍繞某個(gè)身體部位的寬松配合帶；以及被結(jié)合至一些其他可穿戴衣服)相對(duì)于穿戴者的身體被保持。

圖1001示出了本發(fā)明所提出的傳感器的簡(jiǎn)化框圖。傳感器1014被連接至天線(xiàn)1003用于感測(cè)要測(cè)量的動(dòng)脈1002中的瞬時(shí)血容量。頻率調(diào)制連續(xù)波(Frequency Modulated Continuous Wave，F(xiàn)MCW)雷達(dá)1004通過(guò)天線(xiàn)1003將微波信號(hào)發(fā)射至受試者肢體1(在此情況下發(fā)射至臂部)。對(duì)于雷達(dá)而言，肢體表示多個(gè)組織目標(biāo)，各個(gè)組織目標(biāo)距天線(xiàn)1003的距離不同。雷達(dá)輸出1005包括信號(hào)的疊加，每個(gè)信號(hào)與特定的組織目標(biāo)對(duì)應(yīng)。每個(gè)這樣的信號(hào)的頻率與該目標(biāo)的距離有關(guān)，并且該信號(hào)的幅度與目標(biāo)的反射強(qiáng)度有關(guān)，該反射強(qiáng)度通常被稱(chēng)為雷達(dá)橫截面(Radar Cross Section，RCS)。后面跟有窗函數(shù)電路1006的FFT函數(shù)處理器1007根據(jù)輸出1005中的目標(biāo)信息的疊加的相對(duì)頻率(也因此根據(jù)其距離)來(lái)將此目標(biāo)信息的疊加分解至多個(gè)頻率點(diǎn)(bin)(包括來(lái)自頻率范圍的能量的靶條)。每個(gè)頻率點(diǎn)輸出幅度表示目標(biāo)在距天線(xiàn)的特定距離處的RCS，其等同于肢體內(nèi)的特定深度。因?yàn)槭褂肍MCW雷達(dá)，所以需要窗函數(shù)1006來(lái)抑制源自信號(hào)1005的突然開(kāi)始和停止(即，源自后續(xù)處理器對(duì)時(shí)間截?cái)鄶?shù)據(jù)進(jìn)行操作)的頻譜旁帶。

圖1002示出了與肢體組織有關(guān)的FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換)輸出的示例。在此示例中，肢體是人類(lèi)的腕部。示出腕部的橫截面1020，并且為使說(shuō)明簡(jiǎn)單，此腕部包括三個(gè)組織元件：皮膚1021、動(dòng)脈1022和骨骼1023。用1024示出三個(gè)FFT頻率點(diǎn)的對(duì)應(yīng)輸出，還對(duì)應(yīng)于圖1001中的輸出信號(hào)105。用向量1025表示頻率點(diǎn)0信號(hào)。此信號(hào)是信號(hào)1005的最低頻率分量的結(jié)果，并且與最近的組織即皮膚1021有關(guān)。用向量1026表示頻率點(diǎn)1信號(hào)，并且此信號(hào)是從較遠(yuǎn)處的動(dòng)脈1002反射的結(jié)果。用向量1027來(lái)表示頻率點(diǎn)2信號(hào)，并且此信號(hào)是更遠(yuǎn)處的骨骼1023反射的結(jié)果。由于FFT頻率點(diǎn)表示源自不同范圍中的目標(biāo)的信號(hào)，所以不同的FFT頻率點(diǎn)在下文中被稱(chēng)為范圍閘(range gate)。

在圖1001中，F(xiàn)FT頻率點(diǎn)經(jīng)由總線(xiàn)1008被連接至信號(hào)處理器1009。信號(hào)處理器1009的任務(wù)是濾除與肢體有關(guān)的傳感器移動(dòng)的影響。信號(hào)處理器1009生成基本上表示僅從動(dòng)脈反射的信號(hào)1010。信號(hào)1010的幅度與動(dòng)脈擴(kuò)張成比例，信號(hào)1010根據(jù)動(dòng)脈中血液脈搏動(dòng)變化，并且因此基本上是周期性信號(hào)，此周期性信號(hào)的頻率表示心率。心率估計(jì)器1011測(cè)量此頻率并且通過(guò)信號(hào)1012轉(zhuǎn)發(fā)此頻率以便顯示1013。在此示例中，F(xiàn)FT的頻率點(diǎn)1中的信號(hào)表示動(dòng)脈的擴(kuò)張并且不包括來(lái)其他組織元件的干擾信號(hào)，因此消除了上述附加干擾。然而，頻率點(diǎn)1中的信號(hào)包括如上所述的倍增干擾。由于其他頻率點(diǎn)中的信號(hào)從其他組織元件反射而來(lái)，所以其他頻率點(diǎn)中的信號(hào)還包括此相同的倍增干擾，但不包括與心率相關(guān)聯(lián)的時(shí)變分量。所提出的用于心率監(jiān)測(cè)的傳感器檢測(cè)來(lái)自其他頻率點(diǎn)的倍增干擾，并且使用此倍增干擾來(lái)消除對(duì)表示動(dòng)脈擴(kuò)張的頻率點(diǎn)即頻率點(diǎn)1的干擾。

該消除的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方案是通過(guò)將從動(dòng)脈產(chǎn)生的信號(hào)的幅度除以不源自該動(dòng)脈的信號(hào)的幅度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。人類(lèi)腕部的不同組織緊鄰地設(shè)置。例如，動(dòng)脈距皮膚的距離即動(dòng)脈的深度大約是3.5mm。為了將從如此靠近的對(duì)象反射的信號(hào)分離開(kāi)，需要大信號(hào)帶寬。對(duì)于FMCW應(yīng)用，信號(hào)帶寬應(yīng)當(dāng)是至少3GHz，并且使用6GHz或大于6GHz的帶寬可以實(shí)現(xiàn)最佳性能。優(yōu)選地，系統(tǒng)使用在3.1GHz與10.6GHz之間的超寬帶(Ultra Wideband，UWB)頻譜分配。通過(guò)使用此頻率范圍來(lái)測(cè)量肢體內(nèi)的組織，可以獲得大約3mm的距離分辨率。在此發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，F(xiàn)MCW掃描時(shí)間是10微秒并且ADC的采樣頻率被設(shè)置為3.2MHz。利用這些參數(shù)，F(xiàn)FT會(huì)具有32個(gè)頻率點(diǎn)，沒(méi)有零填充(將一個(gè)或更多個(gè)零附接至信號(hào)的端部)。FFT頻率點(diǎn)0會(huì)表示來(lái)自皮膚的反射，并且頻率點(diǎn)1主要表示來(lái)自動(dòng)脈的反射。在此優(yōu)選的設(shè)置中，可以通過(guò)計(jì)算兩個(gè)多項(xiàng)式的加權(quán)比來(lái)生成表示來(lái)自動(dòng)脈的反射的無(wú)誤差信號(hào)，以使得無(wú)誤差結(jié)果信號(hào)通過(guò)以下來(lái)計(jì)算：Sig＝{b₀+∑(p_i(x_i))}/{a₀+∑(q_i(x_i))}，其中，p_i和q_i是任意次數(shù)的多項(xiàng)式，并且x_i是與各個(gè)FFT頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅度。索引I表示頻率點(diǎn)編號(hào)，其中i＝0表示頻率點(diǎn)0。以與FMCW啁啾重復(fù)相關(guān)的方式重復(fù)此計(jì)算。

如在優(yōu)選的實(shí)施方式中，p_i和q_i系數(shù)可以是固定的值。在其他實(shí)施方式中，可以在由用戶(hù)發(fā)起的校準(zhǔn)階段、在啟動(dòng)時(shí)或在傳感器的操作期間由處理器1009動(dòng)態(tài)地設(shè)置上述系數(shù)。因此，可以處理不同受試者中的不同動(dòng)脈深度。還可以使用這些加權(quán)常數(shù)來(lái)處理當(dāng)鍛煉時(shí)或因其他原因?qū)е碌纳碜兓鸬氖茉囌叩慕殡妳?shù)的變化。這些生理變化可以例如是組織的溫度變化、皮膚表面上出汗程度的變化或血液流動(dòng)的變化?？梢允褂萌缬筛ゼ醽喞砉ご髮W(xué)的Yifeng Tu于1997年3月在論文“Multiple Reference Active Noise Control(多參考主動(dòng)噪聲控制)”中(其內(nèi)容通過(guò)引用合并至本文中)描述的多參考ANC來(lái)消除與相對(duì)移動(dòng)相關(guān)聯(lián)的干擾以及人為干擾。此噪聲消除算法的輸入是多個(gè)FFT頻率點(diǎn)，并且還可以是來(lái)自對(duì)沿著一個(gè)或更多個(gè)軸的加速度進(jìn)行感測(cè)的加速度計(jì)或加速度感測(cè)裝置的輸入。自適應(yīng)算法可以包括遞歸最小二乘法(Recursive Least Squares，RLS)、最小均方(least mean square，LMS)及其派生算法，例如，濾波X LMS(Filter-X LMS，F(xiàn)xLMS)或FuLMS。

雷達(dá)單元可以使用脈沖雷達(dá)方法并且可以使用其他頻帶。例如脈沖雷達(dá)的其他雷達(dá)類(lèi)型所需的帶寬至少與FMCW雷達(dá)所需的帶寬相同。可以使用其他類(lèi)型的FMCW雷達(dá)，包括步進(jìn)頻率雷達(dá)(SFR-a雷達(dá)，其中，步進(jìn)頻率脈沖的回波在頻域被同步以獲得較寬的信號(hào)帶寬，從而在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下實(shí)現(xiàn)高的距離分辨率)，三角波調(diào)制、多速率斜坡和三角形波調(diào)制。還可以使用寬帶正弦波調(diào)制。

圖1003示出了優(yōu)選的實(shí)施方式，包括殼體1033以及被設(shè)計(jì)成適配在人的腕部周?chē)耐髱?030。殼體1033容置傳感器1014。腕帶1030機(jī)械地連接至殼體1033。

天線(xiàn)1104位于或嵌在腕帶1030的內(nèi)表面。天線(xiàn)1104通過(guò)傳輸線(xiàn)1032而耦接至傳感器1014的FMCW電路。傳輸線(xiàn)1032位于或嵌在腕帶1030的內(nèi)表面中。傳輸線(xiàn)1032優(yōu)選地沿著腕帶1030的內(nèi)表面的中心部分延伸以使得傳輸線(xiàn)1032距腕帶1030的內(nèi)表面的每個(gè)橫向邊沿的距離相等。優(yōu)選地，天線(xiàn)1104從傳輸線(xiàn)1032的一端沿著兩個(gè)橫向方向朝著腕帶1030的每個(gè)橫向邊沿延伸。優(yōu)選地，天線(xiàn)1031終止在距腕帶1030的每個(gè)橫向邊沿的距離1104處。

殼體1033可以(如所示出的)可以從腕帶1030的外表面向上突出距離1108以為傳感器1014留出空間，并且殼體1033沿遠(yuǎn)離腕帶1030的中心延伸的方向具有總厚度1107，此總厚度1107在相同的方向比腕帶1030的厚度大了長(zhǎng)度1108。殼體1033可以沿橫向維度延伸距離1106，其中，殼體延伸的距離1106大于腕帶1030在橫向維度上延伸的距離1103。

圖1004是根據(jù)發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的嵌在手表中的傳感器1014的詳細(xì)框圖。電壓控制型振蕩器(voltage controlled oscillator，VCO)1041(用于生成微波信號(hào))通過(guò)斜坡信號(hào)1046來(lái)調(diào)制，并且跨越全信號(hào)帶寬，全信號(hào)帶寬的范圍優(yōu)選地從3.1GHz至10.6GHz。典型的掃描時(shí)間是10微秒。此掃描時(shí)間的選擇會(huì)使得表示動(dòng)脈的檢測(cè)信號(hào)大約為125KHz。此頻率高到足以使半導(dǎo)體的散粒噪聲對(duì)信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)的影響最小化。還可以根據(jù)不同實(shí)踐中的實(shí)現(xiàn)方案的需要來(lái)選擇其他掃描時(shí)間。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，VCO的輸出端被耦接至天線(xiàn)1003a，并且還被耦接至混頻器1042的LO輸入端。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，天線(xiàn)1003b接收來(lái)自動(dòng)脈的反射信號(hào)(該反射信號(hào)在混頻器1042中與VCO信號(hào)進(jìn)行混頻)以產(chǎn)生IF信號(hào)。此IF信號(hào)在被模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital converter，ADC)1045采樣之前由低通濾波器(Low Pass Filter，LPF)1043濾波并且在IF放大器1044中放大。圖1004所示出的IF通道描述了實(shí)信號(hào)檢測(cè)。

圖1005示出了替代性的實(shí)施方式，其中，雙天線(xiàn)1003a和1003b由單天線(xiàn)1003取代。使用天線(xiàn)1003的RF至LO寄生漏電來(lái)激勵(lì)天線(xiàn)1003?？梢杂幸鈱⒒祛l器1042設(shè)計(jì)成泄露此信號(hào)，此信號(hào)在某些情形下是不期望的?？商娲?，可以使用其他耦接機(jī)構(gòu)(包括環(huán)行器或定向耦接器)。

在這兩種實(shí)施方式中，經(jīng)由皮膚反射在天線(xiàn)中傳導(dǎo)的信號(hào)與到達(dá)混頻器LO端口的信號(hào)之間的電長(zhǎng)度差會(huì)限定與頻率點(diǎn)0或皮膚反射對(duì)應(yīng)的IF頻率。使該電長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)使得能夠使用單一的混頻器。復(fù)檢測(cè)可以用于足夠短的電長(zhǎng)度差。復(fù)檢測(cè)可以使用正交混頻器以及成對(duì)的LPF、成對(duì)的IF放大器和成對(duì)的ADC來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于復(fù)檢測(cè)，VCO需要提供兩個(gè)輸出，這兩個(gè)輸出之間的恒定相位差為90度，這兩個(gè)輸出必須是掃描頻率范圍之外的頻率。通過(guò)將VCO 1041實(shí)現(xiàn)為可變頻環(huán)形振蕩器(例如，電壓控制型環(huán)形振蕩器)，可以滿(mǎn)足對(duì)大的頻率掃描范圍的需求和對(duì)正交輸出的需求以及滿(mǎn)足將微波電路和信號(hào)處理電路集成至半導(dǎo)體晶片的期望?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)的CMOS或BiCMOS技術(shù)來(lái)制造這樣的正交環(huán)形振蕩器。

在圖1007中示出了用于優(yōu)選實(shí)施方式的雙平面交叉蝴蝶結(jié)偶極子天線(xiàn)，在該優(yōu)先實(shí)施方式中，振蕩器的頻率變化采取離散步長(zhǎng)的方式，如SFR。離散的步長(zhǎng)使得能夠?qū)︻l率進(jìn)行數(shù)字化控制。天線(xiàn)1003a和天線(xiàn)1003b被配置成支持使用寬帶信號(hào)同時(shí)最小化串?dāng)_。此天線(xiàn)包括兩個(gè)正交的寬帶偶極子，一個(gè)包括導(dǎo)體1060和1061，另一個(gè)包括導(dǎo)體1062和1063。將動(dòng)脈1065布置在X方向以創(chuàng)造電磁結(jié)構(gòu)的不平衡并且因此促進(jìn)這些偶極子之間的耦接。這使得動(dòng)脈1065的直徑或RCS能夠在天線(xiàn)中生成接收信號(hào)。

圖1008示出了圖7的中央?yún)^(qū)域的放大視圖，其中，更加清楚地示出了天線(xiàn)的元件1060、1061、1062和1063的形狀和相對(duì)位置以及動(dòng)脈1065的外直徑1113和內(nèi)直徑1116。每個(gè)元件1060，1061，1062和1063優(yōu)選地為平面并且具有6個(gè)直邊。元件1060、1061、1062和1063的外邊緣沿著方形的周長(zhǎng)。

在圖1005中，單一天線(xiàn)1003可以是單臂螺旋天線(xiàn)、單寬帶偶極子天線(xiàn)或槽型天線(xiàn)。在此情況下，來(lái)自天線(xiàn)的反射信號(hào)是接收信號(hào)。

實(shí)施方式可以使用其他頻譜分析方法，例如，包括DFT、啁啾Z變換或模擬濾波器組。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，窗函數(shù)1006是β＝0.5的Kaiser窗。還可以使用其他窗函數(shù)，例如，Tukey窗(錐形余弦)或結(jié)合數(shù)字傅里葉變換使用的窗。在可替代的實(shí)施方式中，可以使用與一組預(yù)定波形的相關(guān)性來(lái)估計(jì)心率，其中每個(gè)預(yù)定波形具有稍微不同的重復(fù)率。將選擇具有最高相關(guān)性最大值的候選預(yù)定波形作為最佳估計(jì)?？梢酝ㄟ^(guò)使用諸如最大似然序列估計(jì)器(Maximum Likelihood Sequence Estimator，MLSE)之類(lèi)的非線(xiàn)性估計(jì)器來(lái)檢測(cè)最高相關(guān)性最大值。

由圖1004所示的加權(quán)除法產(chǎn)生的信號(hào)Sig.1010具有圖1006的形狀1050。此信號(hào)經(jīng)由圖1004的心率估計(jì)器1011來(lái)處理以產(chǎn)生估計(jì)的心率頻率。優(yōu)選的檢測(cè)方法是將具有形狀1050的信號(hào)Sig.與信號(hào)Sig.的移動(dòng)平均1051進(jìn)行比較，并且對(duì)由曲線(xiàn)1051上的星號(hào)標(biāo)記的連續(xù)的正方向過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間間隔Ti進(jìn)行計(jì)數(shù)。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該移動(dòng)平均由具有0.5Hz的3dB帶寬的四階Butterworth濾波器執(zhí)行。通過(guò)對(duì)60/Ti(其中，Ti的單位是秒)的6個(gè)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行移動(dòng)平均來(lái)計(jì)算實(shí)際的心率?？梢允褂闷渌l譜估計(jì)方法(例如，傅里葉變換)來(lái)計(jì)算心率。由于受試者的心率不能超過(guò)幾赫茲，所以?xún)?yōu)選的實(shí)施方式使用10Hz的采樣率。雷達(dá)子系統(tǒng)需要以0.01％的占空比來(lái)活動(dòng)。這使得傳感器消耗非常低的平均功率，并且使得此傳感器適于硬幣電池操作。在可替代的實(shí)施方式中，可以使用較高的占空比來(lái)產(chǎn)生較佳的信噪比以及用于提高讀數(shù)準(zhǔn)確度。在此情況下，可以執(zhí)行多次測(cè)量，并且可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行平均以提高保真度。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，心率傳感器通過(guò)CR2032 3V鋰硬幣電池來(lái)供電。還可以使用其他能量源(例如，可再充電電池、太陽(yáng)能電池或從受試者的手部的移動(dòng)生成電力的發(fā)電機(jī))來(lái)幫助對(duì)心率傳感器的供電。生成和存儲(chǔ)電能的這些方法中的任意方法可以被組合。在另一實(shí)施方式中，心率數(shù)據(jù)可以被發(fā)送至可以顯示此結(jié)果的外部接收者，如鍛煉設(shè)備(例如，自行車(chē)、鍛煉跑步機(jī)、劃艇機(jī))、智能電話(huà)等。在另一實(shí)施方式中，可以使用傳感器來(lái)感測(cè)受試者(例如，年長(zhǎng)的人)的健康狀態(tài)。在此情況下，傳感器會(huì)測(cè)試所測(cè)量的心率并且將該心率與預(yù)定極限或預(yù)定心率變化模式或心率變化率進(jìn)行比較。如果測(cè)量結(jié)果超過(guò)預(yù)定極限，則會(huì)經(jīng)由無(wú)線(xiàn)通信信道傳達(dá)此狀況以例如向醫(yī)護(hù)人員告警。

存在許多用于此傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，并且可以支持以下多個(gè)通信協(xié)議：1、5KHz編碼協(xié)議49，包括作為通過(guò)三重脈沖(其中，每個(gè)脈沖對(duì)于每次心搏具有5至7毫秒的寬度)調(diào)制的PPM(Pulse Position Modulation，脈沖位置調(diào)制)的5KHz信號(hào)。2、5KHz未編碼協(xié)議50，包括作為通過(guò)單一脈沖(其對(duì)于每次心搏具有大約25毫秒的寬度)調(diào)制的PPM的5KHz信號(hào)。3、ANT(現(xiàn)稱(chēng)為ANT+)標(biāo)準(zhǔn)48。4、藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)47。

此發(fā)明所提出的傳感器還促進(jìn)對(duì)由衣著(例如，布料、皮革等)或由天然毛皮覆蓋的身體部分的心率測(cè)量。例如，傳感器可以被結(jié)合至鞋中并且能夠穿過(guò)動(dòng)物的皮毛來(lái)測(cè)量動(dòng)物的心率。

還可以通過(guò)用戶(hù)對(duì)傳感器從動(dòng)脈接收信號(hào)所處的位置的上游的動(dòng)脈進(jìn)行按壓并隨后釋放壓力，來(lái)執(zhí)行對(duì)該傳感器的校準(zhǔn)。如果壓力足以使動(dòng)脈中的血液流動(dòng)停止，則傳感器會(huì)測(cè)量與動(dòng)脈中的零壓對(duì)應(yīng)的信號(hào)。當(dāng)動(dòng)脈中的有零壓時(shí)，動(dòng)脈具有直徑。在上面的等式S_artery(t)＝α*p(t)+K，零壓具有“α*p(t)＝0”。因此，當(dāng)動(dòng)脈中的壓力為0時(shí)的S_artery(t)是“K”的直接度量。對(duì)在不足一次心搏的時(shí)間上感測(cè)信號(hào)與動(dòng)脈壓力之間的關(guān)系進(jìn)行建模的等式(例如，S_artery(t)＝α*p(t)+K)以及對(duì)動(dòng)脈壓力與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行建模的等式(例如，P＝P0+P1*e^-P2(t-t0))以及在不足一次心搏的時(shí)間上對(duì)感測(cè)信號(hào)的時(shí)間依賴(lài)性的擬合(例如圖7所示)、以及K的度量，使得能夠產(chǎn)生動(dòng)脈壓力與時(shí)間的模型化解決方案。