阅读说明：本技术 血压测量系统和方法 (Blood pressure measurement system and method ) 是由 A·R·希尔格斯 K·H·J·德利莫雷 于 2019-03-06 设计创作，主要内容包括：一种血压监测系统用于安装在身体肢体或者指头周围,其中,电活性材料致动器的阵列提供向内的力。被最佳定位用于执行血压监测的一个或多个电活性材料致动器被识别并且这些然后用于施加压力。通过在控制所识别的一个或多个电活性材料致动器的同时执行脉搏监测,可以确定所述血压。(A blood pressure monitoring system for fitting around a body limb or digit wherein an array of electroactive material actuators provide an inward force. One or more electroactive material actuators that are optimally positioned for performing blood pressure monitoring are identified and these are then used to apply pressure. By performing pulse monitoring while controlling the identified one or more electro-active material actuators, the blood pressure may be determined.)

血压测量系统和方法

技术领域

本发明涉及血压监测系统、血压监测方法和用于执行所述方法的计算机程序产品。

背景技术

存在对于非干扰的健康感测系统的增加的需求。具体地，存在从传统医院处置朝向以个体为中心的非干扰的生命体征传感器技术的转移，以提供关于身体的通用健康的更好信息。

这样的生命体征监测系统有助于通过疫病预防来减少处置成本并且提高生活质量。可以为医师提供改善的生理数据以在尝试诊断身体的通用健康状况时进行分析。生命体征监测典型地包括监测以下物理参数中的一个或多个：心率、血压、呼吸率和核心体温。

在美国，大约30％的成年人口具有高血压。仅该人口的大约52％使他们的状况得到控制。高血压是不具有明显症状并且会最终导致死亡的常见健康问题，并且因此经常被称为“无声杀手”。血压通常随着年龄升高并且在随后的生活中变为高血压的风险是相当高的。65-74年龄组中的大约66％的人们具有高血压。持续高血压是中风、心力衰竭和增加的死亡率的关键风险因素之一。

高血压患者的状况可以通过生活方式改变、健康饮食选择和药物而得到改善。特别是对于高风险患者，连续24小时血压监测是非常重要的并且明显期望不阻碍普通日常生活活动的系统。

血压通常被测量为两个读数：收缩压和舒张压。收缩压在心脏的左心室的最大收缩期间在动脉中发生。舒张压指代当心脏肌肉在心跳之间休息并且重新填充血液时动脉中的压力。认为正常血压是120/80mmHg。当血压高于130/90或者140/90mmHg(取决于遵循的指南)，可以认为一个人为高血压，并且对于增加的血压水平，可以定义高血压的两个阶段，其中，当血压达到180/110mmHg时定义高血压危象。注意到，为了将这些值转换为度量等效值，760.0mmHg等于101.325kPa(1mm Hg＝133.32Pa)。

存在用于监测血压的两种主要类别的方法。

对于侵入式直接血压监测，黄金标准是导管***法。流体中的应变计被放置为在任意动脉部位处与血液直接接触。该方法仅在动态(临床)环境中要求准确的连续血压监测时使用。实时监测血压在监护医学和麻醉中是最常使用的。

对于非侵入式间接血压监测，听诊和示波方法是已知的。这两种方法都使用置于手臂周围的袖带，其以比收缩压高的压力充气并且然后慢慢放气。听诊方法基于倾听袖带下方的Korotkoff声音(典型地通过从业人员利用听诊器)，该声音在袖带压力等于收缩压时出现并且在剩余压力等于舒张压时消失。示波方法基于测量(机电)压力振荡。这些在袖带中的压力等于收缩压时出现，它们在平均压力处为最大值，并且它们在舒张压处消失。

为了使用夹具或者袖带来确定血压(在适合的压力传感器的帮助下)，需要能够对袖带或者夹具(的部分)施压到要求的压力和/或能够递送需要的压力变化的设备。

典型地，压缩机类设备用于递送要求的压力。由于对于吹风机类设备要求所需的在大气压以上至少100mmHg(大约13kPa)的袖带压力，因此这样的设备通常不合适。用于这一目的的典型泵例如以6V和大约400mA的电流操作，并且例如产生高达55dB(在距离泵30cm处)的噪声。

为了避免对可充气袖带的需要，已经提出了使用PPG传感器来执行血压测量。例如，可以使用多个PPG传感器来测量脉搏波速度。脉搏波速度(PWV)是脉搏在动脉内行进的速度。已知PWV是动脉硬度的测度并且也与血压(或者平均动脉压力(MAP)或者脉搏压力(PP))相关。PWV可以根据脉搏转换时间(PTT：血液脉搏从心脏行进到某一位置所花费的时间)或者更一般地根据脉搏延迟(PD：身体上的两个不同位置的PTT的差异)进行计算。可以通过测量到达身体上的一个位置(例如上臂)和另一位置(例如腕部)的脉搏之间的时间差来进行PWV测量。通过使用PPG传感器来检测血液体积的改变，获得与脉搏相对应的周期信号。诸如脉搏血氧计的PPG传感器因而通常用于提供对脉搏率的测量。

测量血压的另一方式(并且在不使用诸如PPG传感器的任何光学设备的情况下)是张力计方法。该方法基于与抵靠骨骼的表面动脉的壁正交地施加受控的力。力传感器在接触时测量压力。在表面动脉上的该动作产生局部闭塞。不需要周围的袖带，但是代替地需要可以向其施加推动力的支撑设备。施加的力必须是小的以便不会完全关闭动脉，因为在这种情况中血压不被测量并且存在局部缺血的风险。施加的力变化以跟随脉搏-压力波。

为了正确测量，将张力计定位在动脉的中心上方以及施加的力是非常重要的。正确放置和错误放置之间的差异在毫米波体制中。当传感器被不正确放置时，其将导致传感器上的血压的非线性效果。结果，血压将不被正确测量。张力计因而对运动高度敏感，因此它需要传感器的连续精确定位。因而，张力计在对象静止时被正常执行。准确度典型地随着时间快速降低并且在日常活动期间，设备对于对象来说非常不舒服。

也存在基于袖带的系统，其利用脉搏的PPG测量。例如，在SH Song等人在Computers in Cardiology 2009；36；741-744的文章“Estimation of Blood PressureUsing Photoplethysmography on the Wrist”中已经提出将PPG测量与可充气腕部袖带进行组合。再次，这要求压缩机类设备递送要求的压力。

用于确定血压的具有PPG测量的基于手指的袖带也是已知的并且实际上是商业可获得的，其中施加的压力被控制为维持恒定的PPG信号。这些通常在高的压力处操作以提供血流的部分闭塞。

所有这些解决方案具有与它们相关联的不同问题，使得仍然需要用于测量血压的低成本、低噪声、紧凑和非侵入式的方式。

US 2017/3687597公开一种血压监测系统和方法，其中致动器用于向手指或者腕部施加压力。施加的压力和测量的脉搏信号(例如，使用PPG传感器)之间的传递函数用于推导血压测量。

发明内容

根据本发明的方面的示例，提供一种如在独立权利要求中限定的血压监测系统。

本发明提供一种血压监测系统，包括：

具有第一侧的载体，所述载体被配置用于至少部分地抵靠或者围绕身体部分安装，其中，所述载体的第一侧面对所述身体部分；

多个电活性材料致动器，其被布置在所述载体的所述第一侧处的不同横向位置处，所述多个电活性材料致动器中的每个电活性材料致动器能够独立致动以至少在远离所述载体的方向上提供移位和/或力；

脉搏监测器，其用于执行脉搏监测并且输出脉搏监测信号；以及

控制器，其适于：

致动所述多个电活性材料致动器；

识别所述多个电活性材料致动器中的一个或多个优选的电活性材料致动器用于与执行所述脉搏监测一起使用；

在致动所述多个电活性材料致动器中的所识别的一个或多个电活性材料致动器的同时或者就在致动所述多个电活性材料致动器中的所识别的一个或多个电活性材料致动器之后，控制所述脉搏监测器以执行脉搏监测；

确定利用所述脉搏监测获得的所述脉搏监测信号；并且

根据所述脉搏监测信号确定血压。

所述系统因而包括用于至少部分地抵靠或者围绕身体部分(例如，颈部、肢体(臂或者腿)或者指头/手指)安装的载体。所述载体具有第一侧，在该第一侧上，致动器被布置在不同横向位置处。因而，该定位是使得当所述载体抵靠或者围绕所述身体部分安装时，所述多个致动器中的不同致动器关于所述身体部分的轮廓/圆周位于不同的空间或者甚至角度位置处。关于所述载体，所述致动器因而从所述载体面向内部。

每个电活性材料致动器能够独立控制/致动以在至少远离所述载体的方向上提供移位和/或力。这意味着当所述载体抵靠或者围绕所述身体部分定位时，至少由致动器生成的力的分量能够朝向身体部分被提供。因而它们能够响应于致动而向内致动并且该致动意味着向所述身体部分施加力或者压力。

所述系统包括用于执行脉搏监测并输出脉搏监测信号的脉搏监测器。

提供能够致动所述致动器并且控制所述脉搏监测器的控制器以使得当所述脉搏监测器正在监测时，所述多个致动器中的一个或多个被致动。因而，在所述脉搏监测期间，被致动的所述一个或多个致动器向所述身体部分提供压力。因而在致动被执行时或者就在致动被执行之后获得脉搏监测信号。

所述控制器能够提供所述脉搏监测信号，例如用于由所述控制器或者其他设备进一步操纵，或者用于通过诸如显示器或者声音提供设备的用户接口传送给用户。

所述系统和/或控制器可以适于根据所述脉搏监测信号来确定血压并且输出所确定的血压结果用于进一步操纵或者使用用户接口输出给用户。系统的控制器可以适于该目的。可以存在诸如显示器的用户接口以向用户提供所述脉搏监测信号和/或所述血压。备选地或者额外地，所述系统可以具有无线或者有线连接到诸如处理器或者计算机的远程控制设备的数据传输单元，以便将所述脉搏监测信号提供给所述处理器或者远程控制设备，其转而被配置为根据传输的数据来确定所述血压并且向诸如显示器的用户接口输出所述数据和或所确定的血压。

所述脉搏监测提供取决于由所述多个致动器中的一个或多个的致动施加的压力而变化的信号。因而，致动可以被采用以调查所述血压。例如，与之前本文描述的已知方法中的一些非常相似，利用致动施加的压力可以被使用/调节以使所述脉搏信号消失，以便找到或者确定所述血压的特性。所述脉搏信号的重新出现例如与所述收缩血压相关。可以基于对所述脉搏信号形状的分析来确定所述舒张血压。

所公开的布置利用由包括电活性材料致动器的载体形成的一类袖带来向所述载体或者袖带被附接到或者被附接在其周围的所述身体部分(诸如肢体或指头)施加压力。如本文限定的所述载体对于与血压监测系统一起使用是有利的。其实现低噪声操作和紧凑或者非笨重设备使得甚至更少侵入式的解决方案被提供用于血压监测。所述致动器的独立可控性意味着仅使用在合适的位置处提供压力需要的那些致动器。这可以在使用期间提供改善的舒适度。

所述控制器可以还适于能够在执行血压监测的同时识别所述多个致动器中的一个或多个优选的电活性材料致动器用于使用。优选的多个是例如在测量期间产生改善的信号稳定性或者灵敏性的那些电活性材料致动器。这样的优选的电活性材料致动器可以是关于身体部分上的位置具有改善的或最佳的位置的那些。这些致动器在涉及识别优选(最好使用)的致动器的校准过程期间被识别。按照这一方式，对致动器的随后控制更加舒适，因为可以在所述位置(其可以与动脉的位置相关)附近施加局部压力而不是在整个身体部分周围施加压力。

所述系统可以例如用于安装在手指、腕部、臂部或者腿部周围。

所述系统可以用作用于连续血压测量的可穿戴式微型系统。它避免了对于大体积空气泵的需要并且可以快速地做出压力变化。即使具有小袖带体积的基于手指的系统将需要相对有力的泵并且因而具有高电能消耗来为袖带充气并且适应所述压力。本发明的系统具有低功耗并且也能够以非常低的噪声操作。

脉搏监测器优选地包括PPG传感器。这提供了低成本、紧凑、静音且低功率的监测方法。然而，可以测量与脉搏相关的其他参数，例如氧饱和度水平，SpO2。

由致动器的给定水平致动施加的压力可以基于工厂校准。为了考虑不同可能的指头或者肢体尺寸，致动器可以被推进直到进行了接触，并且然后额外的致动与施加的压力相关。

控制器例如适于通过按序列致动电活性材料致动器并且监测对脉搏监测信号的效果来识别一个或多个电活性材料致动器。所述序列可以例如包括在监测对所述脉搏监测信号的效果的同时对致动器的圆周扫掠。

这可以例如当系统被适配时作为校准步骤被执行一次。然而，其也可以被周期性地执行，以考虑所述系统随着时间的可能移动，或者可以改变致动器水平和实际施加的压力之间的映射的不同肢***置。

每个电活性材料致动器可以包括当被致动时向内弯曲的梁(beam)。这提供了一种提供向内偏转的简单方式。所述梁可以被固定在一端或者两端处。其也可以是使用滑动支架等被保持在载体内的一定位置中的自由悬挂形式。

所述多个电活性材料致动器可以被布置为致动器的阵列。所述多个或者阵列可以例如包括2到5之间、2到10之间或者2到20之间或者更多的致动器。在致动器的合适的先前提到的数目范围中，致动器的最小数目2可以增加到5或者甚至到10。优选地，存在多于4个致动器或者甚至多于8个致动器。致动器的数目可以取决于载体的尺寸，例如取决于其是用于手指、腕部、臂部或者其他身体部分。解决方案可以是使得一个致动器将足以向动脉位置施加压力并且致动器充分接近到一起使得压力能够被施加到任何点。

多个致动器或者它们中的至少一部分可以沿着载体的长度方向间隔开，其中，所述长度方向在使用中时是沿着弯曲的方向(在诸如手指、腿部、臂部或者其他指头的身体部分周围)。备选地或者额外地，可以存在在(与长度方向垂直的)宽度方向上间隔开的致动器。宽度方向可以是其中当抵靠诸如手指、腿部、臂部或者其他指头的身体部分使用时载体基本上没有弯曲的方向。致动器因而在所述载体的所述第一侧(并且当在所述身体部分周围安装时这典型地是所述载体的内部)处横向间隔开。

所述载体至少在使用中(即，安装在身体部分周围或者抵靠身体部分安装)时可以具有圆柱形形状，其中，圆柱形部分具有横截面，该横截面具有径向维度和宽度维度，宽度维度是其中载体在被安装在身体部分周围时基本不弯曲的方向。所述致动器可以具有在它们的致动时沿着其他们弯曲的弯曲方向。它们可以被附接到载体，其中，该弯曲方向与宽度方向平行，与弯曲方向垂直或者关于该弯曲方向成角度(例如，在10到80度之间或者在20到70度之间)。这些方向中的一个或多个的组合也是可能的。当具有相当大尺寸的许多致动器在安装时需要在载体的小周向截面中与彼此并列时，使弯曲方向不垂直于载体的宽度维度是有利的。

所述系统可以还包括被附接到每个电活性材料致动器的相应的力传播单元。所述力传播单元可以具有子单元，子单元中的每个子单元与至少一个致动器或者至多一个致动器相关联。备选地，可以存在柔性的并且与所述多个致动器中的所有致动器相关联的一个这样的单元。所述致动器可以提供单个接触点，压力被施加在其处。所述力传播单元确保压力可以被施加到所述肢体或者指头的圆周周围的所有位置。

所识别的一个或多个电活性材料致动器(即，最适合于血压测量的那些)可以包括被识别为接近动脉的至少一个电活性材料致动器和至少一个正好相对的电活性致动器以增强压缩效果。按照这一方式，通过实施夹捏型压缩，压力可以被更加可靠地施加到期望位置。

所述系统可以还包括压力反馈系统，例如用于监测由电活性材料致动器的阵列施加的压力的压力传感器。这实现在致动水平和施加的实际压力之间的映射，使得可以更准确地确定血压水平。压力感测还使得能够识别如下的点，在该点处，致动器的致动导致全部在肢体或者指头周围的初始接触。

压力传感器可以包括压力感测元件的集合，其中，至少一个与每个电活性材料致动器相关联。这实现局部压力感测反馈。

控制器可以适于操作每个电活性材料致动器以实施压力感测功能，使得每个电活性材料致动器用作它自己的压力感测元件。这一方案利用了一些类型的电活性材料致动器的可能感测功能。压力感测功能可以甚至用于通过检测皮肤心悸用作脉搏监测器。

载体可以是柔性的，例如弹性的且可伸展的。这可以例如使得所述载体能够与各种尺寸的肢体或者指头接触适配，使得致动器的初始致动导致施加的压力。载体还可以包括可移动地连接到彼此以形成可以说是链的多个刚性部件。

本发明还提供使用安装在身体肢体或者指头周围的血压监测系统的血压监测方法，其中，所述系统包括载体和从所述载体面向内在所述载体的内部周围的不同角度位置处的电活性材料致动器的阵列，

其中，所述方法包括：

独立地控制所述电活性材料致动器以向内移位并且监测脉搏从而识别被最好定位用于执行血压监测的一个或多个电活性材料致动器；以及

在使用所识别的一个或多个电活性材料致动器施加压力的同时执行脉搏监测，并且从而确定血压。

该方法识别在使用致动器或者致动器集合执行血压监测之前识别最适合的致动器或者致动器的集合。

所述脉搏监测可以包括PPG感测。

识别所述一个或多个电活性材料致动器例如包括按序列致动所述电活性材料致动器并且监测对脉搏监测信号的影响。

所述方法可以至少部分地以计算机软件来实施。所述软件然后能够通过控制所述控制器以使其使用所述系统执行所述方法来执行所述方法。

所述方法可以包括将所述设备安装在身体部分上并且确定血压的步骤。

附图说明

现在将参考示意性附图来详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示出了已知的血压监测系统；

图2A到2C示出了血压监测系统中的具有致动器的载体的示例；

图3A示出了使用图2的传感器部件的整个血压监测系统；

图3B和3C示出了压力传感器关于致动器的可能位置的示例；

图4A和4B示出了与每个致动器相关联的额外接触元件的使用；

图5A和5B示出了致动器关于系统的载体的宽度方向的不同取向。

图6示出了血压监测方法。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明的实施例和示例。应当理解，详细描述和具体示例在指示所述装置、系统和方法的示例性实施例的同时旨在仅用于说明目的并且并不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点通过下面的描述、所附权利要求书和附图将变得更好理解。应当理解，附图只是示意性的并且没有按照比例绘制。也应当理解，在整个附图中使用相同的附图标记来指示相同或者类似的部件。

公开了一种用于安装在身体肢体或者指头周围的血压监测系统，其中电活性材料致动器的阵列提供向内的力，即，朝向身体肢体或者指头的力。一个或多个电活性材料致动器被识别，其被最佳定位用于与执行血压监测一起使用并且这些然后用于施加压力。通过在控制所识别的一个或多个电活性材料致动器的同时执行脉搏监测，血压可以被确定。

如上面提及的，用于使用手指袖带测量血压的部分闭塞过程是已知的。这例如被已知为体积夹紧方法，并且在N.M.L.Peter的“A review of methods for non-invasiveand continuous blood pressure monitoring:Pulse transit time method ispromising？”(ScienceDirect,2014)中进行了描述。

通过示例的方式，图1示出了具有用于测量脉搏信号的PPG传感器的放置在手指12周围的袖带10的已知布置，包括光源14和检测器15。控制器16控制到袖带的压力的施加以在每个心跳期间维持袖带下方的血液的恒定流动。PPG传感器14、15不提供血压值但是表示动脉中的血液体积的改变。遗憾的是，由于动脉壁的弹性分量的非线性，这些体积改变不能够被转换为压力值。基于血液体积的改变，袖带中的压力也发生改变。解决方案是使血液体积在袖带下方恒定。血压值然后可以被评估为袖带中的压力值。因此，从手指外部施加的连续改变的压力与动脉内压力相对应并且因而它是动脉血压的即时的连续的测度。

尽管体积夹紧方法具有缺陷，特别是施加到组织的合理高压以及压力振荡的高频率一起对患者产生不适，但是在例如以干预为例的某些应用中，它是用于连续血压监测的有吸引力的解决方案。因而，使用这一方案操作的若干产品是可获得的。

向这些系统提出的改进是在收缩血压的范围中施加预压力并且然后基于同时评估测量的PPG信号以相对小的量来调整该压力。这避免了对于施加高压力的需要。

然而，如上面解释的，存在与压力袖带的使用相关联的问题。

图2A示出了根据本发明的示例的血压监测系统的物理传感器部件的示例。

传感器部件包括用于安装在诸如身体肢体或者指头的身体部分周围的载体20。示出的示例用于安装在手指22周围并且为此具有根据手指的尺寸的半径。载体可以被配置为对于身体部分是可移动的。它可以具有用于这一目的合适的紧固装置或者设备。它也可以是可以被放置在身体部分周围的可伸缩带的一部分。可以采用将载体附接到身体部分的其他方式。

电活性材料致动器24的阵列被提供在从载体20面向内的不同空间处，并且在这一情况下也是载体内部周围的角位置处。每个电活性材料致动器24是能够独立控制的以响应于致动信号而向内移位。实线表示致动器的非致动配置并且虚线表示致动器的致动配置。在图2A中可以看出，在本发明的上下文中，术语“向内”意味着致动器被布置为能够提供沿着径向方向R和/或至少朝向包围的手指的力分量和/或移位分量。为了清楚起见，仅示出了径向方向的一个示例。

每个电活性材料致动器24包括被固定在两端处的梁(双夹紧布置)，使得它在如图所示被致动时向内弯曲。这提供了提供致动器抵靠手指向内偏转的简单方式。致动器例如包括电活性聚合物致动器(下面将在本文描述其示例)，并且它们可以包括矩形和/或细长的梁。诸如方形、圆形、椭圆形等的形状也是可能的。其他夹紧布置或者在整个圆周周围的夹紧(例如，对于圆形/椭圆形致动器)也是可能的。取决于要求，致动器可以具有预弯曲。整个致动器阵列可以被并入刚性、半刚性或者硬载体20中，例如利用钩和环紧固件固定的环或绷带状配置。然而，载体也可以是柔性的，但是不可伸展。

示例示出了位于载体的圆周周围的8个致动器。更一般的，可以存在在载体的内部周围间隔开的2到20个之间的致动器或者更多。优选地存在至少4个。致动器的数目将取决于系统的大小(并且可以通过在特定身体部分上的用途来确定)和/或压力提供设备要求的能力和/或精度。在这一示例中，致动器一起被设计为使得压力被施加到圆周周围各处，使得无论动脉位于手指中的哪个位置，压力都可以被施加。这提供了在能够在不需要位置的情况下向优选位置提供压力的同时安装设备的自由。所述解决方案可以是使得一个致动器将足以向动脉位置施加压力。

尽管出于上面指示的原因和/或按照设备在其安装后在身体肢体周围的取向的自由的实用性，在圆周周围具有致动器可以向设备提供最佳灵活性，但是不需要位于载体的整个圆周周围的致动器。这可以降低设备的复杂性。图2B和2C示出了这样的示例，其中仅圆周的一部分具有致动器。在图2B的示例中，存在覆盖载体20圆周一半的一组毗邻致动器(总共4个)，所述部分将被放置在要被测量的手指或者其他身体部分周围，使得至少一个动脉26处于由致动器覆盖的圆周部分内。用户，特别是医学训练的用户，能够以很少的努力按照这样的方式安装设备。致动器彼此毗邻以覆盖延伸的圆周区域，使得安装相对容易并且可以使用/找到致动器的最佳一个或者组合用于在监测期间提供压力。圆周中没有覆盖有致动器的部分将抵靠身体部分被放置以便进行测量。载体的内部的该部分可以被提供有被具体成形为接触特定身体部分以便改善压力分布和/或患者舒适度的内衬(图中未示出)。

图2C示出了在载体的圆周的相对侧上的致动器的另一示例。现在从相对侧提供反作用力，这可以改善监测。可以存在位于圆周周围的多组致动器并且它们中的每组可以具有彼此毗邻的至少2个致动器或者更多。

图3示出了整体系统的示例。除了例如在图2A或者2B或者2C中示出的致动器阵列，存在脉搏监测器30和控制器32。

脉搏监测器可以是与图3B中示出的致动器的阵列分离的监测设备。在这一附图中，解开的脉搏监测器30被示出为抵靠身体肢体(例如，手指)的壁36按压。动脉38沿着壁行进。如本文上面描述的致动器35位于传感器30附近并且能够在位置37处压缩动脉以在传感器30的位置处影响脉搏特性。它可以是用于提供指示脉搏的信号的单个传感器。

然而，传感器可以代替地被集成到致动器的阵列的结构中，例如如图3C中所示。在这一图中，传感器30被安装在致动器35上以抵靠手指的壁36按压，以在动脉38的位置37处施加压力。

如果传感器与致动器分离，则它们能够被定位在圆周周围的相继致动器之间。备选地，它们可以在圆柱形载体的宽度方向上紧接着致动器被定位。例如参见图5在这一方面的讨论。

在整个系统中可以存在多于一个脉搏监测器。因而，脉搏监测器传感器可以例如被提供在每个致动器的顶部上，或者在致动器的子集的顶部上。同样，多个传感器可以与致动器分离。

所述或者每个脉搏监测器优选地是PPG传感器，其生成PPG信号“PPG”，但是可以使用诸如SpO2传感器的其他传感器。

控制器生成用于致动器的致动信号“ACT”并且输出一个或多个血压测量值“BP”。

在优选示例中，所述系统还包括压力感测反馈。在示例的一个集合中，所述系统然后还包括用于监测由电活性材料致动器的阵列施加的压力并且提供压力反馈信号“PR”的压力传感器34。这实现在致动水平与施加的实际压力之间的映射。压力感测还可以使得以下致动水平能够被识别，在该致动水平处在肢体或者指头周围各处进行初始接触。

压力传感器34可以包括一组压力感测元件，其中，至少一个压力感测元件与每个电活性材料致动器相关联。压力传感器可以被集成在每个致动器的物理结构中或上。这实现本地压力感测反馈。压力感测功能可以代替地由致动器本身实施，如果他们具有致动功能和感测功能二者的话。

控制器执行各种功能作为整体控制算法的部分。它用于致动电活性材料致动器的阵列，但是具有对致动器的单独控制。具体地，存在校准周期，其中被最佳定位用于执行血压监测的一个或多个电活性材料致动器被识别。使用脉搏监测器的脉搏监测然后在控制所识别的一个或多个电活性材料致动器以施加压力的同时被执行，并且从脉搏监测信号中获得血压。

致动器的独立可控制性意味着仅使用在合适的位置处提供压力需要的那些致动器。舒适的系统导致仅在实施血压监测需要的位置处施加压力。

对致动器的使用避免了对可充气袖带的需要。然而，注意到，致动器可以与现有的可充气袖带组合。袖带可以用于提供缺省压力水平，并且致动器然后接管控制。备选地，压力袖带可以被用作压力感测布置。例如，小的(闭合)空气袖带可以被提供在致动器阵列周围。每个致动器的变形导致朝向组织但是同时在小的闭合袖带中的压力增加。这例如允许已知的空气压力感测方法被用于压力感测反馈，例如通过具有与每个小袖带相关联的空气压力传感器。这样的压力感测可以用于测量压力和检测血液振荡二者。

如上面提及的，在示例的一个优选集合中，通过能够在感测模式中操作的致动器来实现压力反馈。

一种方案是将DC致动信号与高频叠置的AC信号组合用于感测。这一方案在WO2017/036695中得到详细描述。WO 2017/037117公开了实现压力感测以及温度感测的传感器和致动器的另一示例。

在致动期间，致动器由于施加的致动信号而生成良好定义的力和/或变形，如果致动器是电压控制的致动器，则该施加的致动信号是电压。信号也可以具有如由使用的致动器的类型确定的不同性质。这一变形可以被假设为从校准过程中已知，即使在不同的负载处(不同的致动负载等效于向组织生成不同的压力)。

在致动期间，致动器的阻抗改变也可以被测量为感测功能。该阻抗与施加的电压组合允许确定朝向组织生成的(准静态)压力。

在这种准静态模式中，由脉搏式血液流动产生的压力变化也可以通过使用仅处于传感器模式中的致动器来检测。(皮肤的)心悸将也使致动器轻微变形并且这将改变阻抗。

因而能够检测全局慢压力调节和局部快脉搏压力变化。局部变化可以用于生成期望的脉搏信号并且致动器因而也可以用作脉搏监测器。备选地，检测到的脉搏信号可以用作到PPG信号的额外感测信息。

对压力的施加和对脉搏强度或信号形状的监测可以遵循已知方案，例如在上面参考的“Estimation of Blood Pressure Using Photoplethysmography on the Wrist”中概述的。

施加的压力可以例如被增加以使脉搏监测信号消失。脉搏信号的重新出现例如与收缩血压相关。舒张血压可以基于对脉搏信号形状的分析来确定。

控制算法依赖于致动器的致动水平以及感测压力以便控制由致动器中的每个致动器施加的压力。当每个致动器还用作传感器时，一旦达到稳态，就能够确定由每个致动器施加的局部压力并且然后调节致动水平以便在确保患者舒适的情况下获得准确且可靠的PPG测量值。

控制算法因此与袖带不同地起作用，由于在袖带中压力不会像使用单个致动器实现的那样被局部改变。

在系统的非致动状态中，致动器阵列可以被容易地放置在手指上方，因为致动器阵列没有膨胀。在向手指应用阵列之后，它可以被激活，即，电压可以被施加到阵列的个体致动器元件，并且因此每个致动器开始偏转。由于双夹紧布置，致动器的唯一移动方向是朝向手指。因此，随着增加的电压和产生的推进移动，组织将被逐渐压缩，直到达到要求的压力，并且施加到致动器的电压然后不会再进一步增加。

图2中示出的致动器的布置可以在组织周围产生点状压缩。然而，更均匀的压力分布可以是有益的。

图4A和4B示出了与相关联的致动器24机械接触(以稳定形式(例如胶粘)或者以柔性方式(例如经由枢轴元件))的额外接触元件40的使用。这些接触元件40用作力传播单元。力传播单元40确保压力可以被施加在肢体或者指头的圆周周围的所有位置。力传播单元40具有适配要被压缩的组织的设计，例如一起通常匹配手指的横截面形状的一组凹形元件。在图4A和4B中，单元40与彼此分离，这给出独立的自由用于操作。然而，它们需要全部是独立的。多个单元40或多个单元的毗邻子集可以被组合在一个单元中。优选地，这样组合的单元是柔性的。所有单元可以位于载体的圆周周围的单个柔性单元中。柔性可以提供伪独立功能。柔性材料可以包括具有橡胶部分等的单元。如果以单个单元形式，那么它可以在一个位置上闭合或者打开。多个单元40的后者配置可以与具有开口的载体一起使用，载体具有紧固件以便容易安装在身体部分周围。

图4A示出了致动器的非激活状态并且图4B示出了其中力传播单元在手指周围提供更均匀的接触的激活状态。力传播单元可以由实体且刚性材料制成但是它们也可以由较软或者半刚性材料制成以便轻微柔性并且甚至更好地适配在要被压缩的组织周围。具体地，在力传播单元的端部处，可以存在软区域使得它们也可以重叠并且因而实现到不同尺寸的手指的适配。

在示例中，载体可以具有沿着弯曲方向的长度方向以及与其垂直的宽度方向。例如，在图2和图4的图的平面中，长度方向沿着载体20的圆周。载体的宽度然后垂直于图2或者图4的图的平面。

在上面的示例中，致动器24沿着长度方向横向移位并且梁形状的致动器被取向，其弯曲方向沿着长度方向。这可能是困难的，因为梁可以与宽度方向平行。而且，并且这在图2和图4中未示出，可以存在沿着宽度方向的多个致动器。在本文之前的示例中，致动器已经被示出为与载体的圆周平行布置，即横向于载体的宽度方向布置。这本身不需要是这种情况。在备选示例中，致动器中的一个或多个致动器在纵向方向上被部分取向。

载体通常在使用中可以具有圆柱形或者部分圆柱形的形状(不必具有圆形或者圆横截面)。因而它能够具有横截面尺寸(如果是圆形横截面的话则是半径)和宽度。在这样的配置中，载体的宽度例如沿着图5中的方向52，并且载体的长度方向(未示出)沿着弯曲的方向或者与方向52垂直。

当被安装到身体部分时，宽度方向将因而基本上与身体部分的延伸(例如，手指的长度方向)平行。

图5示出了具有基本上圆形横截面的圆柱形载体50。半径R被指示为是圆柱体52的宽度。在这一示例中，存在安装在圆柱体的内壁的子截面周围的两对相对安装的致动器54。然而注意到，致动器现在基本上与宽度方向平行，它们的长度方向(在致动时它们沿着其弯曲)与本文之前的示例相反。它们也可以朝向宽度方向被取向有角度56，该角度不是0度和90度但是例如是30、45或者60度。这在图5B中示意性示出。

在图5A和5B中安装的优点可以是，如果许多致动器需要在小的圆周区域内间隔开，则这可以在不损失或者仅有限损失力和/或位移的情况下进行。毕竟，在这样的配置中，致动器不需要降低长度大小，如果按照例如图2A中示出的方式取向的增加数目的致动器要被放置在固定圆周部分内，则将是这种情况。另一示例将是：在皮肤下方经过身体部分沿不同方向延伸的动脉可以得到更好的靶向。为此，不同取向的组合也是有益的。

利用所有示例，致动器可以沿着宽度分布。因而，沿着具有图2或者5A中的致动器阵列的载体的宽度方向可以存在多于一个位置。这进一步提供了覆盖动脉以进行良好测量的更好机会。备选地，如果存在多于一个脉搏传感器，则会存在要对其进行测量的更多动脉。可以执行结果的比较以得到对血压的更好估计。

再次，在该配置中，致动器的数目和位置可以如本文之前描述的，具有所有它们的优点。

在上面概述的控制算法期间，代替调整组织周围的均匀压力，对一个或多个专用致动器处的压力进行调节。因而，仅一个或多个致动器将改变它们的致动水平，导致施加到组织的压力的逐点变化。如果仅动脉上方的压力需要被调整，同时动脉周围的组织可以被恒定地压缩，则这可能是重要的，其可以改善感测信号而且也可以对于用户更加舒适。

用于识别那些致动器的校准例程包括对改变指头或者肢体周围局部的压力的效果的周期性测量，使得随后的信号收集阶段仅涉及调整实现最佳感测信噪比的(一个或多个)点处的压力。这可以是精确地位于动脉上方。此外，一个或多个正好相对的致动器也可以被寻址(并且利用相同的致动水平致动)以便加强压缩效果。

该周期性校准可以在舒张血压(～80mmHg)或者更低处执行，以便确保患者舒适。

也可以存在工厂校准，致动器激活水平通过其被映射到压力水平。为了考虑不同可能的指头或者肢体尺寸，致动器可以被推进，直到进行了接触，并且然后额外的致动与使用该校准数据施加的压力相关。

系统的整体操作(不依赖额外的压力感测反馈)可以按照下面的方式执行：

最初，在致动器和组织之间不存在接触。

然后存在致动器的缓慢致动，具有对致动器的阻抗的并行测量作为反馈感测功能。

在未加载的配置中，因为设备在应用之前的校准(利用在未加载情形下的校准)，根据致动水平的阻抗改变可以被假设为是已知的。

在检测到阻抗的突然改变或者与校准数据的任何偏差时，致动器可以被确定为与组织接触。

从这一点看，可以使用不同加载的致动器校准查找表以生成应用中要求的预压力。一旦已经达到了预压力(其是准静态压力)，就可以确定PPG信号。

如上面还提及的，可以例如提供单独的压力感测反馈以使该方法更准确。压力传感器也可以直接测量血压。这些压力传感器可以被实施到致动器阵列配置中。例如，至少一个但是优选地每个致动器可以被装配有诸如压电传感器、PVDF箔等的压力传感器。

如上面解释的，压力感测反馈因而可以基于分离的压力传感器，用于检测压力的充气袖带或者致动器本身的感测功能。

当压力被施加到组织时，该压力可以经由传感器进行测量。因此，良好定义的压力可以被施加并且在改变施加的压力的同时也能够检测血管中的振荡的改变，从而实施示波方法。该方法例如涉及增加高于收缩压的压力，之后下降到低于舒张压，或者备选地开始低于舒张压并且增加到高达收缩压。

注意到，该装置还使得张力计方法或者体积夹紧过程能够被实现。压力感测也可以利用致动器(特别是电活性聚合物致动器)的固有压力感测功能。

系统还使得能够补偿例如由致动器阵列相对于皮肤表面的扭转移动或者手指的运动(例如，手指扭结)导致的运动伪影，其将对致动器阵列的位置处的手指的大小和形状以及组织的机械属性(由于伸展/压缩)具有影响。致动器阵列的位置也可以沿着手指稍微移动。因此，致动器阵列因而可以调整施加的压力使得由这样的运动产生的压力改变将得到补偿。

也可以由升高的环境温度条件产生的肿胀、增加的盐分消耗或者由诸如骨关节炎的健康状况引起的发炎而引起手指组织几何的差异。

在一些情况下，刚性的致动器阵列可能引起不舒适和/或次优的手指接触，诸如太高或者太低的接触压力。载体20可以由软的、弹性的、柔性的、可伸展的皮肤贴合材料制造，该材料例如硅橡胶，其可以容易地适应和补偿组织几何的自然改变。这提供了若干额外的优点。与固体实施方式相比较，可以存在由致动器阵列需要的压力的降低用于维持适当的接触压力。接近舒张压力的预压力(即，基础压力)可以由载体施加到手指组织，从而使得致动器阵列能够仅用于生成压力变化。最后，由于硅橡胶材料可以以高接触摩擦被纹理化，所以可以降低致动器阵列在由用户穿戴时沿着手指的滑移，因此使得其与固体或者半刚性材料相比较能够以更舒适的方式粘贴到皮肤。这可以有助于减少一些运动伪影。

图6示出了使用上面描述的血压监测系统的血压监测方法。所述方法包括：

在步骤60中，独立控制电活性材料致动器以向内移位并且监测脉搏，从而识别被最佳定位用于执行血压监测的一个或多个电活性材料致动器；以及

在步骤62中，在使用所识别的一个或多个电活性材料致动器施加压力的同时执行脉搏监测，并且从而确定血压。

在所有示例中，电活性材料致动器典型地基于电活性聚合物材料，但是本发明可以实际上用于基于其他种类EAM材料的设备。这样的其他EAM材料在本领域中是已知的并且本领域技术人员将知道去哪里找到它们以及如何应用它们。下面将在本文描述多个选项。EAM可以作为传感器或者致动器工作并且可以被容易地制造为各种形状，从而允许容易集成到各种各样的系统中。

EAM设备的常见细分是场驱动和电流或者电荷(离子)驱动的EAM。场驱动的EAM由通过直接机电耦合的电场致动，而电流或者电荷驱动的EAM的致动机制涉及离子的扩散。后者的机制在诸如EAP的对应的有机EAM中更常见。尽管场驱动的EAM通常使用电压信号被驱动并且要求对应的电压驱动器/控制器，但是电流驱动的EAM通常利用电流或者电荷信号驱动，有时要求电流驱动器。这两类材料具有多个家族成员，每个具有它们自己的优点和缺点。

场驱动的EAM可以是有机或者无机材料，并且有机物可以是单分子、低聚物或者聚合物。对于当前发明，它们优选地是有机物并且也可以是低聚物或者甚至是聚合物。有机材料以及特别是聚合物是具有增长的兴趣的新兴类别的材料，因为它们将致动属性与材料属性组合到一起，例如，轻量级、便宜制造和容易处理。

场驱动的EAM以及因而还有EAP通常是压电的并且可能是铁电的，并且因而包括自发永久极化(偶极矩)。备选地，存在电致伸缩并且因而在被驱动时仅包括极化(偶极矩)，但是在不被驱动时不包括。备选地，它们是介电驰豫体材料。这样的聚合物包括但不限于子类别：压电聚合物、铁电聚合物、电致伸缩聚合物、驰豫体铁电聚合物(例如，基于PVDF的驰豫体聚合物或者聚氨酯)、介电弹性体、液晶弹性体。其他示例包括电致伸缩移植聚合物、电致伸缩纸、驻极体、电致粘性弹性体和液晶弹性体。

缺乏自发极化意味着电致伸缩聚合物即使在非常高的操作频率处也显示很少或者不显示滞后损耗。然而，以温度稳定性为代价来获得优点。驰豫体在其中温度能够被稳定在大约10℃内的情况下操作最佳。这乍一看可能看起来极其有限，但是假定电致伸缩体在高频率和非常低的驱动场处突出，然后应用倾向于在专门的微致动器内。这样的小设备的温度稳定性相对简单并且经常仅呈现整体设计和开发过程中的微小问题。

驰豫体铁电材料可以具有足够高用于良好实践使用的电致伸缩常数，即有利于同时感测和致动功能。驰豫体铁电材料在零驱动场(即，电压)被施加到它们时是非铁电的，但是在驱动期间变为铁电。因而在不驱动时在材料中不存在机电耦合。当驱动信号被施加时机电耦合变为非零并且能够通过在驱动信号顶部上施加小幅度的高频信号进行测量。此外，驰豫体铁电材料受益于在非零驱动信号处高机电耦合和良好致动特性的独特组合。

无机驰豫体铁电材料的最常用示例是：铅磁化铌酸盐(PMN)、铅磁化铌酸盐-铅钛酸盐(PMN-PT)和锆钛酸铅镧(PLZT)。但是其他在本领域中是已知的。

基于PVDF的驰豫体铁电聚合物示出了自发电极化并且它们可以被预应变用于在应变方向上的改善的性能。它们可以是从本文下面的材料组中选择的任一种。

聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯二氟乙烯(PVDF-TrFE-CFE)、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯(PVDF-TrFE-CTFE)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚氨酯或者其混合物。

子类别介电弹性体包括但不局限于：丙烯酸盐、聚氨酯、硅酮。

离子驱动的EAP的示例是共轭聚合物、碳纳米管(CNT)、聚合物复合物和离子聚合物金属复合物(IPMC)。

子类别共轭聚合物包括但不限于：

聚吡咯、聚-3,4-乙烯二氧噻吩、聚(p-聚苯硫醚)、聚苯胺。

上面的材料可以被植入为纯材料或者作为悬浮在基质材料中的材料。基质材料可以包括聚合物。

对于包括EAM材料的任何致动结构，额外的无源层可以被提供用于响应于施加的驱动信号而影响EAM层的行为。

EAM设备的致动布置或结构可以具有用于向电活性材料的至少一部分提供控制信号或者驱动信号的一个或多个电极。优选地，布置包括两个电极。EAM层可以被夹在两个或者更多个电极之间。这种夹层被需要用于包括弹性体介电材料的致动器布置，因为它的致动尤其是因为由由于驱动信号吸引彼此的电极施加的压缩力。两个或者更多个电极也可以被嵌入在弹性体介电材料中。电极可以被图案化或者不被图案化。

也能够例如使用相互交叉的梳状电极仅在一侧上提供电极层。

基底可以是致动布置的一部分。它可以被附接到位于电极之间的EAP和电极的集合或者被附接到外侧上的电极之一。

电极可以是可伸展的使得它们跟随EAM材料层的变形。这对于EAP材料是尤其有利的。适合于电极的材料也是已知的，并且可以例如从由例如金、铜或铝的薄金属膜或者诸如碳黑、碳纳米管、石墨烯、聚苯胺(PANI)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)(例如，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT：PSS))构成的组进行选择。也可以使用金属化聚酯纤维膜，例如金属化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，例如使用铝涂层。

将例如考虑不同层的弹性模量(杨氏模量)来选择用于不同层的材料。

对于上面讨论的那些的额外层可以用于调整设备的电气行为或者机械行为，例如额外的聚合物层。

如上面提及的，电活性聚合物结构可以用于致动和感测二者。最突出的感测机制基于力测量和应变检测。介电弹性体可以例如被外部力容易地伸展。通过将低电压置于传感器上，应变可以根据电压进行测量(电压是面积的函数)。

利用场驱动的系统进行感测的另一方式是直接测量电容改变或者测量电极阻抗根据应变的改变。

压电和电致伸缩聚合物传感器可以响应于施加的机械应力(假设结晶度的量足够高以生成可检测电荷)而生成电荷。共轭聚合物可以利用压电-离子效应(机械应力导致离子的施加)。CNT在被暴露于应力时经历CNT表面上的电荷的改变，这可以得到测量。已经示出了CNT的电阻在与气体分子(例如，O₂、NO₂)接触时发生改变，从而使CNT可用作气体检测器。

本发明的优选实施方式利用PPG感测。脉搏血氧仪是基于PPG的传感器的常见示例。脉搏血氧仪的目的在于监测患者的血液的氧饱和度。尽管这样的传感器的目的是获得对氧饱和度的测量，但是它也检测皮肤中的血液体积的改变，并且从而执行PPG感测。通过检测血液体积的改变，获得与脉搏相对应的周期性信号。诸如脉搏血氧仪的PPG传感器因而最常用于提供对脉搏速率的测量。

PPG传感器包含至少一个LED和一个光传感器。LED和传感器被放置为使得LED将光指向用户的皮肤，它被反射或者传输，并且由传感器检测。反射/传输的光的量尤其由皮肤内血液的灌注来确定。

PPG系统例如包括红色LED、近红外LED和光电检测器二极管。LED在不同的波长处发射光，所述光经过患者皮肤的血管床扩散并且由光电检测器二极管接收。测量在这些波长中的每个波长处的改变的吸收率，从而允许传感器确定由于仅仅脉搏动脉血液(不包括例如静脉血、皮肤、骨骼、肌肉和脂肪)导致的吸收率。然后可以分析所产生的PPG信号。

可以使用用于获得PPG数据的系统的其他较简单版本，包括具有一个或多个波长的单个光源的版本。光的吸收或者反射由脉动的动脉血液体积调制并且使用光电检测器设备来检测。

在透射脉搏血氧仪中，传感器设备被放置在患者身体的薄部分上。反射脉搏血氧仪可以用作透射脉搏血氧仪的备选。这一方法不要求身体的薄部分并且因此很好地适合于更通用的应用。

PPG传感器的基础设计例如具有特定光输出频率(例如，128Hz)，光源利用其被脉动。光学传感器的采样频率较高，例如256Hz，使得它在光源激活期间和光源激活之间进行测量。这允许系统区分从LED发射的光以及环境光，并且从而从在光源脉动期间接收的信号中过滤出环境光。

如上面讨论的，控制器执行数据处理。控制器可以按照各种方式(利用软件和/或硬件)来实施，以执行要求的各种功能。处理器是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，微处理器可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行要求的功能。然而，可以在采用或不采用处理器的情况下来实施控制器，并且可以将控制器实施为用于执行一些功能的专用硬件与用于执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。

可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但不限于传统微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实施方式中，处理器或者控制器可以与一个或多个存储介质(例如易失性和非易失性计算机存储器，例如RAM、PROM、EPROM和EEPROM)相关联。存储介质可以编码有一个或多个程序，所述程序在一个或多个处理器和/或控制器上运行时执行要求的功能。各种存储介质可以被固定在处理器或者控制器内或者可以是可传输的，使得存储在其上的一个或多个程序可以被加载到处理器或者控制器中。

通过研究附图、说明书和所附权利要求书，本领域技术人员在实践请求保护的本发明时可以理解所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施的仅有事实并不表示不能有利地利用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被理解为对范围的限制。

应当理解，详细描述和具体示例在指示装置、系统和方法的示例性实施例的同时旨在仅用于说明目的并且并不旨在限制本发明的范围。