用於生物傳感器的功率節省上行鏈路的製作方法

2023-06-08 23:36:41

專利名稱：用於生物傳感器的功率節省上行鏈路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於監視個人生理狀態的系統，包括傳感裝置，被安排為在系統的第一模式中拾取第一信號，並將所述第一信號轉發給信號處理單元，其中所述第一信號代表所述生理狀態。
本發明還涉及一種被構思為適合於個人監視系統的控制單元，所述個人監視系統被安排為拾取表示個人生理狀態的信號。
背景技術：
從WO 01/78831中公知在開篇段落中闡述的系統。該公知系統被安排為通過位於與個人物理接觸的還被稱作傳感裝置的一組傳感器來監視個人的生理狀態。傳感裝置被安排為拾取表示個人生理狀態的信號。這樣的信號可以是心率、呼吸速率或在個人身體上可測量的其它合適信號。該公知系統還包括被安排用於分析來自電極組的信號的處理單元。為了執行維護程序，該公知系統包括到基本單元的RF(射頻)接口，所述基本單元被安排用於發射觸發信號，該信號一旦被監視系統接收到就將其設置為服務模式。由監視系統在服務模式中執行的操作包括登記信息、傳輸頻率命令、電子設置、發射機控制命令、功率節省模式和其它合適的配置命令。公知的監視系統是可攜式的，並利用電池供電。
由於不斷起作用的RF接收信道等待來自基本單元的觸發信號，所以該公知系統的缺點是高的功率消耗。這導致必需頻繁地更換電池或充電，導致系統成本增加和可靠性降低。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種功耗降低的監視系統。根據本發明的系統的特徵在於，所述系統包括定位於遠離所述信號處理單元的可啟動控制單元，所述控制單元適合於生成被安排為疊加在第一信號上的第二信號，所述信號處理單元被安排為解碼第二信號，並且在接收到第二信號時進入第二模式。本發明基於這樣的見識，即大多數的監視系統包括在連續模式中操作以接收被定義為第一信號的個人數據的數據接收信道。例如，在監視個人的心臟活動的情況下，傳感裝置包括用於ECG數據的接收信道，所述信道包括工作在正規信號的數十赫茲和微伏上的靈敏差分放大器。因為這個信道始終是激活的，所以使用這個信道作為放大器用於接收觸發信號以便將監視系統切換到不同模式是有利的。為了清楚起見，將數據收集模式稱作第一模式，而將任何其它模式稱作第二模式。第二模式的例子是其中系統執行自維護操作的服務模式，類似於準備將參數或程序代碼上載到監視系統、啟動對檢查操作狀態的響應、啟動監視系統的自測試、電池檢查、關機和斷電操作等。因而，將控制單元安排為通過監視系統啟動到第二模式的切換是有利的。因此，控制單元必需能夠生成可以被添加或被疊加到第一信號的代碼。優選地，將該代碼或第二信號安排為對第一信號的幹擾。該幹擾可以通過監視系統的處理單元進行解碼，隨後監視系統進入操作的第二模式。一旦系統進入第二模式，有可能啟動專用的喚醒序列，這可以啟動進一步的通信。必需注意，該動作可能消耗比普通操作多得多的功率，但是因為它僅應用相對低的工作循環，例如低於0,1％，所以這將不是電池壽命的限制因素，因而改善系統可靠性。
根據本發明的系統的一個實施例的特徵在於，控制單元包括被安排為與個人皮膚接觸的電極，所述電極被安排為發送第二信號。這種技術措施基於這樣的見識，即人體是適合於傳導從外部感應的電信號的傳導媒體。因此，通過發送第二信號和利用電極通過人體皮膚傳導該信號，實現第二信號在第一信號上的疊加。為了執行該操作，公用電極將足夠，如此注入的第二信號將基本上在人體的表面上傳播。
根據本發明的系統的另一實施例的特徵在於，該系統還包括被安排為建立到遠程基本單元的無線通信的RF鏈路，第二信號是用於RF鏈路執行預定操作的觸發信號。根據這種技術措施，監視系統只在接收到第二信號時執行RF發送和RF接收。因此，降低監視系統的功率消耗。RF鏈路的設計在本領域技術人員的技術能力之內，並在此將不再詳細描述。RF鏈路的預定操作的例子是適當的數據接收和/或數據發送協議的啟動，遠程基本單元被安排為根據利用RF鏈路啟動的相應通信協議進行響應。
根據本發明的系統的又一實施例的特徵在於，第二信號包括將由信號處理單元處理的數據。將第二信號安排為包括將由信號處理裝置處理的實際數據是有利的。這樣的實際數據的例子是系統設置信息，類似於病人標識、日期等。根據該技術措施，不需要啟動RF鏈路，通過用戶旁路與基本單元的通信將數據輸入監視系統。該技術措施進一步改善了系統的功耗。
根據本發明的系統的又一實施例的特徵在於，第二信號具有與第一信號基本上相同的帶寬，第二信號的幅度比第一信號的幅度至少低一個幅度量級。安排第二信號以使其帶寬與第一信號的帶寬一致是有利的。在這種情況下，監視系統的電子電路可以保持為簡單。
根據本發明的控制單元的特徵在於，所述控制單元被安排為通過生成合適的觸發信號和通過在代表所監視的生理狀態的信號上疊加所述觸發信號來控制個人監視系統。根據本發明的控制單元可以由用戶佩帶在例如四肢上，或者可以集成在衣服內。這樣一種控制單元的用戶接口可以有利地進行設置，以便用戶能夠選擇服務模式，或者通過適當設置的控制面板手工地將數據輸入監視系統。
根據本發明的控制單元的實施例的特徵在於，該控制單元包括被安排為與人體皮膚接觸的電極，所述電極被安排為發送觸發信號。通過設置為與人體皮膚物理接觸的電極，能夠實現第二信號和第一信號的疊加。
根據本發明的控制單元的實施例的特徵在於，該控制單元包括被安排為在手動模式中操作所述控制單元的用戶接口。優選地，該用戶接口包括可啟動的數據輸入埠和顯示器。可啟動的數據埠的例子是可以由用戶啟動的鍵盤。在用戶希望編輯在控制單元的存儲器內存儲的管理數據的情況下，這是特別有利的。而且，用戶能在穿越時區時改變日期和時間。
將參考附圖更詳細地討論本發明的這些和其它方面。


圖1圖示根據本發明用於監視個人生理狀態的系統的一個實施例的示意圖。
圖2圖示根據本發明的系統的技術實現的一個實施例的示意圖。
圖3示意性地圖示用於帶內信令模式的監視裝置的一個實施例。
圖4示意性地圖示用於帶外信令模式的監視裝置的一個實施例。
圖5以示意的形式圖示根據本發明的控制單元的發送部分的一個實施例。
圖6示意地圖示根據本發明的控制單元的用戶接口的一個實施例。
具體實施例方式
圖1以示意的方式圖示根據本發明的用於監視個人生理狀態的系統(1)的一個實施例。該個人被提供一組適合於監視目標生理狀態的生物傳感器(3)。這樣的生理狀態的例子是心律、體溫、血流和腦電圖等。根據目標生理狀態執行該組生物傳感器(3)的布局。圖1圖示該組用於監視心臟活動的生物傳感器的布局的一個例子，在這種情況下，將生物傳感器放置在胸部區域。該組生物傳感器(3)的功能是本領域的技術人員公知的，並因此將不再詳細解釋。為了持久監視的目的，該組生物傳感器(3)必需連續地進行佩帶。希望利用某個預先設置的維護間隔來更新該組傳感器(3)的電子配置。通過該組生物傳感器(3)的處理器單元(未圖示)的RF通信協議執行電子配置的更新，該處理器單元被包括在遠離該組生物傳感器(3)的基本單元(4)內。根據本發明，系統(1)被提供有遙控單元(2)，它向該組生物傳感器(3)發送觸發信號，以允許例如生物傳感器(3)的服務模式。由人體中的控制單元通過電極(未圖示)感應觸發信號(T)。觸發信號(T)以這樣一種方式進行安排，以使之疊加在所測量的信號上，並且可以通過該組生物傳感器(3)的處理器單元進行解碼。根據觸發信號(T)的解碼，處理器單元啟動預定操作。例如，該系統可以被啟動，以執行下述操作準備從基本單元(4)將參數或程序代碼上載到生物傳感器(3)；啟動對檢查工作狀態的響應；啟動生物傳感器(3)的自檢測；檢查電池狀態；關機和斷電；更新日期和時間等等。僅在觸發信號(T)由生物傳感器(3)接收並由生物傳感器(3)的處理單元解碼之後，才執行利用雙向箭頭示意表示的RF鏈路的啟動。以這樣的方式，因為僅在請求時執行RF通信的功耗操作，所以該系統節省功率。
圖2圖示根據本發明的系統的技術實現的一個實施例的示意圖。佩帶在身體上的控制單元(2)包括代碼生成器(21)，它利用相應觸發代碼生成觸發信號。這隨後以適合於在生物傳感器單元(3)內濾波的方式由調節單元(22)進行調節。該信號隨後通過放大器(23)和電極(24)被注入人體，以便在生物傳感器單元(3)上生成與其信號調節電路兼容的信號。在ECG的情況下，這將是在輸入電極(34)上生成信號的電場，它應當至多在實際ECG信號的幅度的量級上，並處於基本上類似的帶寬範圍內，但是將具有非常小的幅度，以使輸入差分放大器(31)的動態範圍保持為低。這由於濾波/解碼完成而是可接受的，因為最好使用公知的和期望的形式與定時來設置觸發代碼，這使之能夠從較高的重疊信號中鑑別出來。生物傳感器單元(3)包括生物信號濾波單元(32)和處理單元(33)。在此之後，生物傳感器單元(3)被提供有觸發濾波單元(36)和觸發解碼單元(37)。在帶內信令的情況下，處理電路(32，33，36，37)被提供有解碼觸發代碼序列的例行程序。如果實現帶外信令，還可以採用附加濾波器來限制帶寬，這在功耗、組件尺寸或價格方面成本非常小。這簡化了解碼，並保證ECG信號免於嚴重破壞，即使在(很少見的)的觸發狀態期間。而且，在某些情況下，這能夠實現功率非常低的實現方式，因為處理單元(33)可以在大部分時間內處於「睡眠」模式(只要沒有喚醒或者它必需處理的ECG的事件)。
圖3示意性地圖示用於帶內信令模式的監視裝置的一個實施例。控制單元(未圖示)的發射機在生物信號(M)(在此為ECG)的頂上覆蓋觸發信號(T)。觸發信號是最好具有29.5Hz連續波和22.5Hz開關鍵控數據的雙音調信號。在ECG的情況下，差分放大器(51)在生物傳感器的輸入上檢測兩者(50)之和。帶通濾波器(52)將放大後的生物信號加上觸發信號(53)傳送給模數轉換器(54)，由微控制器(55)進行處理。帶通濾波器(56)選擇和放大觸發信號(T)的獨立頻率分量，以便在它們的輸出上，例如可以獲得29.5Hz連續波(59)和22.5Hz開關鍵控數據(57)。隨後分別將這些信號傳送給解調器，它將包括帶有下述比較器(58)的全波整流器。只要檢測到在這個頻率範圍內的信號分量時，比較器(58)將數字輸出提供給微控制器(55)。通過解碼被編碼為這些信號上的數字式字的數據流，能夠實現控制功能，並且生物傳感器可以被帶入到否則沒有到傳感器的連接的發送設備所希望的狀態。被疊加在生物信號(M)上的觸發信號(T)或者很小以至於它並不幹擾測量，或者它可以通過信號處理被刪除。許多應用也不要求連續讀取生物信號，並且可以將僅持續短時長的控制信號解釋為生物信號測量電路內的人工產物，因而不會對系統引起混亂。
圖4示意性地圖示用於帶外信令模式的監視裝置的一個實施例。控制單元(未圖示)的發射機在生物信號(M)(在此為ECG)上覆蓋觸發信號(T)。該觸發信號最好是具有129.5Hz連續波和122.5Hz開關鍵控數據的雙音調信號。在ECG的情況下，差分放大器(41)在生物傳感器的輸入上檢測兩個信號(40)之和。帶通濾波器(42)刪除控制信號，並將放大後的生物信號(43)傳送給模數轉換器(44)，由微控制器(45)進行處理。進一步，帶通濾波器(46)選擇和放大控制信號的單獨頻率分量，以便在它們的輸出上例如可以獲得129.5Hz連續波(49)和122.5Hz開關鍵控數據(47)。隨後分別將這些信號傳送給解調器，它可以是帶有下述比較器(48)的全波整流器。一旦檢測到在這個頻率範圍內的信號分量時，這些隨後將數字輸出提供給微控制器(45)。通過解碼作為這些信號上的數字式字編碼的數據流，能夠實現控制功能。因而，生物傳感器可以被帶入到否則沒有到傳感器的連接的發送設備所希望的狀態。
圖5以示意圖的方式圖示根據本發明的控制單元的發送部分的一個實施例。控制信號(60)使微控制器(61)開始控制字傳輸。在當前實施例中，這通過將合適編碼的信號寫入數模轉換器(62)來實現，所述數模轉換器例如可以是多信道轉換器。具有例如29.5Hz連續波和22.5Hz開關鍵控數據(64，63)的雙音調信號隨後利用求和放大器(65)來求和，並通過低通濾波器(66)進行濾波，以濾出諧波和混疊噪聲。隨後通過驅動電極(68)的單端-差分驅動器(67)使該信號為對稱的，這些電極又將觸發信號(69)傳導到被監視的個人的人體內。這將在伏特量級上，在微安量級的非常低的電流，並且對人體功能或可植入設備沒有不利影響。電極將最好是幹型的，或者簡單地為控制單元的手錶類載體的錶帶上的金屬接觸點。
圖6示意性地圖示根據本發明的控制單元的用戶接口的一個實施例。為了用戶方便，控制單元(2)被安排為具有鍵盤(200)和顯示器(202)，以顯示人工改變的信息。控制單元(2)包括被安排為根據用戶的請求或者以預定間隔啟動觸發信號(T)的傳輸的處理器(204)。該處理器(204)最好被安排為在傳輸觸發信號時通過顯示器(202)來預先告知用戶，從而確保通知用戶生物傳感器(未圖示)被啟動為工作在不同的模式中。該處理器(204)最好被安排為在查找表(206)內存儲一組編碼的觸發信號，可以在請求時尋址該表。觸發信號(T)可以被安排為發送由用戶編輯的實際數據，例如日期、時間和管理數據，或者它可以包括傳送到生物傳感器(未圖示)的處理單元的編碼命令，以啟動與基本單元(未圖示)的射頻通信協議，從而下載服務信息。
權利要求
1.一種用於監視個人生理狀態的系統(1)，包括傳感裝置(3)，被安排為在該系統的第一模式中拾取第一信號(M)並將所述第一信號轉發給信號處理單元(33)，其中所述第一信號表示所述生理狀態，其特徵在於，所述系統包括定位於遠離所述信號處理單元的可啟動控制單元(2)，所述控制單元(2)適合於生成被安排為疊加在第一信號(M)上的第二信號(T)，所述信號處理單元(33，37)被安排為解碼第二信號，並在接收到第二信號(T)時使該系統進入第二模式。
2.根據權利要求1的系統，其特徵在於，該控制單元(2)包括被安排為與個人皮膚接觸的電極(68)，所述電極被安排為發送第二信號(69)。
3.根據權利要求2的系統，其特徵在於，該系統還包括被安排為建立至遠程基本單元(4)的無線通信的RF鏈路，第二信號(T)是用於RF鏈路執行預定操作的觸發信號。
4.根據權利要求2的系統，其特徵在於，第二信號(T)包括將由信號處理單元(33，37)處理的數據。
5.根據前面任一權利要求的系統，其特徵在於，第二信號(T)具有與第一信號(M)基本上相同的帶寬，第二信號的幅度比第一信號的幅度小至少一個幅度量級。
6.一種控制單元(2)，被設想為適合於個人監視系統(3)，所述個人監視系統被安排為拾取表示個人生理狀態的信號(M)，其特徵在於，所述控制單元被安排為通過合適的觸發信號(T)的生成並通過在表示所監視的生理狀態的信號上疊加所述觸發信號(T)來控制個人監視系統(3)。
7.根據權利要求6的控制單元，其特徵在於，該控制單元(2)包括被安排為與個人皮膚接觸的電極(68)，所述電極被安排為發送觸發信號(69)。
8.根據權利要求6或7的控制單元，其特徵在於，該控制單元(2)包括被安排為在手動模式中操作所述控制單元的用戶接口。
9.根據權利要求8的控制單元，其特徵在於，該控制單元包括可啟動的數據輸入埠和顯示器。
全文摘要
一種用於監視個人生理狀態的系統。該系統(1)包括傳感裝置(3)，被安排為在該系統的第一模式中拾取第一信號(M)，並將第一信號轉發給信號處理單元(33)，其中所述第一信號代表生理狀態。該系統包括定位於遠離信號處理單元的可啟動控制單元(2)，該控制單元(2)適合於生成被安排為疊加在第一信號(M)上的第二信號(T)。信號處理單元(33，37)被安排為解碼第二信號，並在接收到第二信號(T)時使該系統進入第二模式。
文檔編號A61B5/00GK1688243SQ03823969
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月18日 優先權日2002年10月11日
發明者O·蘇奇, G·沃格特梅爾, J·勞特, H·雷特, C·雷欽格, R·施米特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司