具有多模态诊断的可穿戴装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了非侵入性地测定患者的皮下处理的系统和方法。系统的示例可在光学上检测生物流体性质。可将本文描述的光学检测技术结合到可穿戴监测系统中。可穿戴监测系统的示例可同时测定多个感觉模态。本公开内容的系统可被安装在患者的皮肤上。

Wearable device with multimode diagnosis

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多模态诊断的可穿戴装置交叉引用本申请要求于2018年2月5日提交的美国临时申请号62/626,559(代理人案卷号：44167-714.101)和于2017年3月29日提交的美国临时申请号62/478,469(代理人案卷号：44167-712.101)的权益，其每个申请均通过引用并入本文。
技术介绍
本公开内容涉及使用传感器非侵入性地测定患者的皮下处理的方法和系统。更具体地，本公开内容涉及用于测定一种或多种流体性质的系统和方法，包括使用光学装置测定一种或多种生物流体性质的系统和方法。此外，本公开内容涉及用于同时测定多个感觉模态并处理测量以检测所述患者体内的生理现象的系统和方法。目前需要无创技术来定量测定一种或多种生理性质，例如，受试者或患者生理环境中的一种或多种生物流体性质，以便得出临床相关的指标来评价患者状态。例如，在透析患者中，目前需要在他们的透析通道位置测定与血液和血流相关的参数，其中所述参数包括但不限于血液红细胞比容、血红蛋白浓度、氧饱和度、心率和流速以及血容量变化百分比。此外，在全膝关节置换术(TKA)患者中，目前需要测定与，例如，植入物过早失效有关的参数，所述参数包括滑液白细胞(WBC)浓度、运动范围、皮肤温度和与一系列疾病状态相关的捻发音。在一个示例中，听诊器是在体检期间医院和医生办公室中用于无创检测生理声音的有效工具。诸如LittmannTM听诊器和Welch-AllynTM听诊器之类的若干设计已在临床医生中广受欢迎。这些装置已被设计为以临床医生为中心的便携式装置，可以在单次就诊时轻易地从患者的一个位置移动到另一位置，并且还可以轻易地用于多个患者。诸如血流阻塞、肺部声音异常、心脏杂音等生理问题发生在身体的特定位置(例如，动静脉瘘阻塞的手臂、颈动脉阻塞的颈部、出现异常肺部气流的胸部或背部等)，并且通常可以在患者-医生检查期间使用听诊器来检测。然而，无法在诊所外有效追踪这些生理问题。听诊器要求患者出现在诊所内，由受到过解释听诊器上听到的噪音的训练的医生来使用。这使得对患者的管理更加困难，并导致不良的患者预后，这是因为直到导致患者伤害时，才可能检测患者的发展的健康问题。对于可用于监测生理现象以允许更大的患者活动性的非侵入性方法和装置将是有利的。现有的听诊器设计可能会妨碍患者活动性。这些装置由于其底层架构，也必须是刚性的。听诊器通常具有“杯式”或其他形式的隔膜，用于提供从皮肤到另一介质的声阻抗匹配。这些组件增加了现有听诊器的整体体积和刚性。现有听诊器的体和刚性确实增加了这些装置在其经典用例中的易用性，通常，临床医生在就诊期间容易地将听诊器从一个位置移动到另一位置，以对患者进行完整的体检。然而，这使得它们不再是可用作远程监测患者健康的长期、低调、更便携的装置的实用装置。此外，听诊器限于检测单个感觉模态。例如，医生会听到指示血流阻塞、肺部异常声音、心脏杂音等声音。感测更多感觉模态的能力可以使装置能够被配置用于广泛的应用。类似地，测量生物流体流量的技术可以为临床医生提供有用的诊断信息，这可以改善患者的预后。
技术实现思路
本公开内容的系统和方法通过提供使用光学装置测定一种或多种生物流体性质的系统和方法，来解决这些需求中的至少一些需求。本公开内容使诸如光学系统和方法的无创系统能够测定一种或多种生理性质，如流过或存在于，例如，在其生理环境中位于皮肤表面以下一定深度的血管或囊的生物流体的性质。此外，本公开内容使可穿戴系统和方法能够同时测定一个或多个感觉模态。这样的感觉模态可包括本申请公开的任何一个或多个光学装置；然而，在替代实施方式中，用于同时测定一个或多个感觉模态的系统和方法可以不包括光学感觉模态。在一个方面，提供了一种光学检测装置。所述光学检测装置可以包括一个或多个光电探测器，其被配置为安装在患者的皮肤表面上。所述一个或多个光电探测器可被配置为从打断皮肤表面下接收光，并生成指示接收到的所述光的电信号。所述光学检测装置可包括至少两个光源，其被配置为发射不同波长和在可控强度水平上的光，其中所述光源被配置为以距所述光电探测器可变的距离安装在所述皮肤表面上；其中所述光源可被配置为照亮所述皮肤表面下方的组织体积，并且其中所述光电探测器可检测由所述光源生成并从被照组织中的颗粒和组织结构反射的光。所述光学检测装置可包括通信接口，其被配置为从所述光电探测器接收指示强度的所述一个或多个电信号，并将所述一个或多个电信号传递至传感器数据处理系统，其中接收到的所述光的所述强度用于测定在组织体积的血管中流动的生物流体的一种或多种性质。可选地，在任何实施方式中，接收到的所述光的所述强度用于确定所述组织中流体血管的血管深度。可选地，在任何实施方式中，接收到的所述光的所述强度用于确定所述系统相对于所述血管的位置。可选地，在任何实施方式中，接收到的所述光的所述强度用于测定所述血管内部的一种或多种流体性质。可选地，在任何实施方式中，所述一种或多种流体性质包括以下一项或多项：血液氧合；心率；化学组成；分析物浓度；细胞浓度；白细胞浓度；红细胞浓度；颗粒浓度；血流速度；血细胞比容；以及血红蛋白浓度。在另一方面，提供了一种用于确定来自患者的一种或多种生物流体性质的方法。所述方法可以包括从与位于所述皮肤表面上的光电探测器相距第一距离的第一光源发射患者皮肤表面下方的组织体积的第一照明，其中所述第一光源以第一强度发射所述第一照明，以生成具有第一半径的第一半球形体积中的第一光学辐射图案。所述方法可以包括接收代表从所述光电探测器发送的反射强度的第一组电信号，所述光电探测器被定位为接收来自所述第一照明的在所述皮肤表面的下方反射的光。所述方法可以包括从与所述光电探测器相距第二距离的第二光源发射所述皮肤表面的下方的组织体积的第二照明，其中所述第二光源以第二强度发射所述第二照明，以生成具有第二半径的第二半球形体积中的第二光学辐射图案。所述方法可以包括使用第一组电信号和第二组电信号来测量皮肤表面下的组织体中血管的一种或多种流体性质。可选地，在任何实施方式中，所述第一光源被配置为发射第一波长的光，并且所述第二光源被配置为发射第二波长的光。可选地，在任何实施方式中，发出所述第一照明的步骤包括将多个光学驱动信号应用到所述第一光源，以生成所述第一波长的第一多个输出强度。可选地，在任何实施方式中，接收所述第一组电信号的步骤包括检测所述第一多个输出强度中的每一个的多个反射强度，将所述多个反射强度转换为一个或多个电信号，将所述多个反射强度转换为一个或多个电信号，将所述一个或多个电信号转换为与所述一个或多个电信号相对应的数字数据值，并将所述一个或多个电信号的所述数字数据值存储为存储器中每个所述输出强度的多个第一波长强度。可选地，在任何实施方式中，发射所述第二照明的步骤包括将所述多个光学驱动信号应用到所述第二光源，以生成所述第二波长的第二多个强度。可选地，在任何实施方式中，接收所述第二组电信号的步骤包括检测所述第二多个输出强度中的每一个的多个反射强度，将所述多个反射强度转换为一个或多个电信号，将所述一个或多个电信号转换为与所述一个或多个电信号相对应的数字数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学检测装置，包括：/n一个或多个光电探测器，其被配置为安装在患者的皮肤表面上，所述光电探测器被配置为从所述皮肤表面的下方接收光，并生成指示接收到的所述光的强度的一个或多个电信号；/n至少两个光源，其被配置为发射不同波长且在可控强度水平上的光，其中所述光源被配置为以距所述光电探测器可变的距离安装在所述皮肤表面上，其中所述光源被配置为照亮所述皮肤表面的下方的组织体积，并且其中所述光电探测器检测由所述光源生成并从被照亮组织中的颗粒和组织结构反射的光；/n通信接口，其被配置为从所述光电探测器接收指示强度的所述一个或多个电信号，并将所述一个或多个电信号发送至一传感器数据处理系统，其中接收到的所述光的所述强度用于测定在所述组织体积内的血管中流动的生物流体的一种或多种性质。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170329 US 62/478,469;20180205 US 62/626,5591.一种光学检测装置，包括：
一个或多个光电探测器，其被配置为安装在患者的皮肤表面上，所述光电探测器被配置为从所述皮肤表面的下方接收光，并生成指示接收到的所述光的强度的一个或多个电信号；
至少两个光源，其被配置为发射不同波长且在可控强度水平上的光，其中所述光源被配置为以距所述光电探测器可变的距离安装在所述皮肤表面上，其中所述光源被配置为照亮所述皮肤表面的下方的组织体积，并且其中所述光电探测器检测由所述光源生成并从被照亮组织中的颗粒和组织结构反射的光；
通信接口，其被配置为从所述光电探测器接收指示强度的所述一个或多个电信号，并将所述一个或多个电信号发送至一传感器数据处理系统，其中接收到的所述光的所述强度用于测定在所述组织体积内的血管中流动的生物流体的一种或多种性质。


2.根据权利要求1所述的装置，其中接收到的所述光的所述强度用于确定所述组织中的流体血管的血管深度。


3.根据权利要求1所述的装置，其中接收到的所述光的所述强度用于确定所述系统相对于所述血管的位置。


4.根据权利要求1所述的装置，其中接收到的所述光的所述强度用于测定所述血管内部的流体性质。


5.根据权利要求1所述的装置，其中测定的所述流体性质包括以下一项或多项：
血液氧合；
心率；
化学组成；
分析物浓度；
细胞浓度；
白细胞浓度；
红细胞浓度；
颗粒浓度；
血流速度；
血红蛋白浓度；以及
血细胞比容。


6.一种用于确定来自患者的生物流体性质的方法，包括：
从与位于所述皮肤表面上的光电探测器相距第一距离的第一光源发射患者皮肤表面下方的组织体积的第一照明，其中所述第一光源以第一强度发射所述第一照明，以生成具有第一半径的第一半球体积中的第一光学辐射图案；
接收代表从所述光电探测器发送的反射强度的第一组电信号，所述光电探测器被定位为接收来自所述第一照明的在所述皮肤表面的下方反射的光；
从与所述光电探测器相距第二距离的第二光源发射所述皮肤表面的下方的组织体积的第二照明，其中所述第二光源以第二强度发射所述第二照明，以生成具有第二半径的第二半球体积中的第二光学辐射图案；
接收代表从所述光电探测器发送的反射强度的第二组电信号，光电探测器以接收来自所述第二照明的在所述皮肤表面的下方反射的光；以及
使用所述第一组电信号和所述第二组电信号来测定所述皮肤表面的下方组织体积中的血管的流体性质。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一光源被配置为发射第一波长的光，并且所述第二光源被配置为发射第二波长的光，其中：
发射所述第一照明的步骤包括将多个光学驱动信号应用到所述第一光源，以生成所述第一波长的第一多个输出强度；
接收所述第一组电信号的步骤包括检测所述第一多个输出强度中的每一个的多个反射强度，将所述多个反射强度转换为电信号，将所述电信号转换为与所述电信号相对应的数字数据值，并将所述电信号的所述数字数据值存储为存储器中每个所述输出强度的多个第一波长强度；
发射所述第二照明的步骤包括将所述多个光学驱动信号应用到所述第二光源，以生成所述第二波长的第二多个强度；
接收所述第二组电信号的步骤包括检测所述第二多个输出强度中的每一个的多个反射强度，将所述多个反射强度转换为电信号，将所述电信号转换为与电信号相对应的数字数据值，并将所述电信号的所述数字数据值存储为所述存储器中每个所述输出强度的多个第二波长强度；
使用信号组来测定流体性质的步骤包括确定与多个第一波长反射强度和多个第二波长反射强度相对应的所述第一照明和第二照明中的每一个的多个半径；
使用信号组来测定流体性质的步骤包括基于所述第一波长和所述第二波长中的每一个的所述多个半径来确定在发射步骤中被照亮的组织体积中的血管深度；以及
使用信号组来测定流体性质的步骤包括基于所述第一波长和所述第二波长中的每一个的所述多个半径来确定所述血管的直径。


8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一光源被配置为发射第一波长的光，并且所述第二光源被配置为发射第二波长的光，其中：
发射所述第一照明的步骤包括将多个光学驱动信号应用到所述第一光源，以生成所述第一波长的第一多个输出强度；
接收所述第一组电信号的步骤包括检测所述第一多个输出强度中的每一个的多个反射强度，将所述多个反射强度转换为电信号，将所述电信号转换为与所述电信号相对应的数字数据值，并将所述电信号的所述数字数据值存储为存储器中每个所述输出强度的多个第一波长强度；
发射所述第二照明的步骤包括将所述多个光学驱动信号应用到所述第二光源，以生成所述第二波长的第二多个强度；
接收所述第二组电信号的步骤包括检测所述第二多个输出强度中的每一个的多个反射强度，将所述多个反射强度转换为电信号，将所述电信号转换为与所述电信号相对应的数字数据值，并将所述电信号的所述数字数据值存储为所述存储器每个所述输出强度的多个第二波长强度；
使用信号组来测定流体性质的步骤包括确定与多个第一波长反射强度和多个第二波长反射强度相对应的所述第一照明和第二照明中的每一个的多个半径；
使用信号组来测定流体性质的步骤包括分析所述第一照明的多个半径以确定每个输出强度的所述第一光学辐射图案的所述第一半球形体积与所述血管的第一交点；
使用信号组来测定流体性质的步骤包括分析所述第二照明的多个半径以确定每个输出强度的所述第二光学辐射图案的所述第二半球形体积与所述血管的第二交点；以及
使用该组信号来测定流体性质的步骤包括当所述第一交点大于所述第二交点时，将所述第一光源鉴别为主光源，并且当所述第二交点大于所述第一交点时，将所述第二光源鉴别为主光源。


9.根据权利要求8所述的方法还包括：
在垂直于所述血管的方向上将所述第一和所述第二光源以及所述光电探测器移动到所述皮肤表面的位置，使得当在移动所述第一光源、所述第二光源和所述光电探测器后重复权利要求8所述的步骤时，预期所述第一交点和所述第二交点之间的差别会较小。


10.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一光源被配置为发射第一波长的光，并且所述第二光源被配置为发射第二波长的光，所述方法还包括：
将光学驱动信号应用到所述第一光源，以生成所述第一波长的第一输出强度；
接收所述第一波长的所述第一输出强度的第一波长反射强度；
将数字数据值存储为存储器中所述第一输出强度的所述第一波长强度；
将所述光学驱动信号应用到所述第二光源，以生成所述第二波长的第二输出强度；
接收所述第二输出强度的第一波长反射强度；
将数字数据值存储为所述存储器中所述第二输出强度的所述第二波长强度；
通过将所述第一波长反射强度除以所述第二反射强度来计算反射强度的比率；以及
当所述第一波长对应于红光，并且所述第二波长对应于红外光时，将反射强度的比率存储为与所述血管中流体的氧合水平相对应。


11.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一光源被配置为发射第一波长的光，并且所述第二光源被配置为发射第二波长的光，所述方法还包括：
通过以下方式定期对所述第一光源和所述第二光源进行测定：
将多个光学驱动信号应用到所述第一光源，以生成所述第一波长的多个第一输出强度；
接收所述第一波长的每个所述第一输出强度的多个第一波长反射强度；
将数字数据值存储为储器中所述第一输出强度的多个第一波长强度；
将多个光学驱动信号应用到所述第二光源，以生成所述第二波长的多个第二输出强度；
接收所述第二波长的每个所述第二输出强度的多个第二波长反射强度；
将数字数据值存储为所述存储器中所述第二输出强度的多个第二波长强度；
鉴别所述第一波长反射强度和每个第二波长反射强度中的每一个的信号伪像；
在每个周期分析在所述第一波长反射强度和所述第二波长反射强度中鉴别的所述信号伪像，以确定所述信号伪像之间的时间段；以及
使用所述信号伪像之间的所述时间段来确定心率。


12.一种用于感测与患者的皮下处理相关的信息的装置，所述可穿戴装置包括：
可穿戴贴片，其被配置为附接到患者的身体部位；
安装在所述可穿戴贴片上的传感器组件，所述传感器组件包括一个或多个选自声传感器、应变仪、光学传感器、电导率传感器、压力传感器和化学传感器的传感器；
信号转换器，其被配置为从所述多个传感器接收所述电信号并将信号转换为包括至少一个所述电信号的数据表示的一个或多个传感器数据信号；以及
通信接口，其被配置为将所述一个或多个传感器数据信号发送到传感器数据处理系统。


13.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯·霍诺雷，詹姆斯·赖克，小安东尼·F·弗兰纳里，萨米特·库马尔·古普塔，拉姆库马尔·阿布舍克，
申请(专利权)人：格拉夫特沃克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US