用於感應測量用戶身體的生物阻抗的方法和裝置的製作方法

2023-04-27 23:32:51

專利名稱：用於感應測量用戶身體的生物阻抗的方法和裝置的製作方法
用於感應測量用戶身體的生物阻抗的方法和裝置
本發明涉及一種用於感應測量用戶身體生物阻抗的方法和裝置。 此外，本發明涉及包括所述裝置的床。
生物阻抗的感應測量是以非接觸方式確定人體各種重要參數的 己知方法。其工作原理如下使用感應環，在部分人體中感應出交變 磁場。這一交變磁場在人體組織中引起漩渦電流。根據組織的類型和 電導率，漩渦電流較強或較弱。漩渦電流在組織中引起損耗，其可以 作為感應環的品質因數降低量被測量出來。它們也引起次級磁場，次 級磁場可以作為感應環的電感變化或第二感應環中的感應電壓被測 量出來。
已經顯示，生物阻抗的感應測量能夠無需接觸而確定一些參數， 例如呼吸動作和深度、心率和心臟容量和血糖級別的變化，以及組織 的脂肪或水含量。
已知設備僅能測量人體中小的、嚴格定義的部分。然而，理想的 是生物阻抗的空間解析測量，以能夠進行更大範圍的測量。根據國際 專利申請WO 2004/026136 Al已知一種裝置，其中，可以由排列成陣 列的許多線圈中的至少一個的諧振特性變化確定用戶身體至少一個 區域的電磁特性。該方法或類似解決方法的缺點是如果進行空間解析 測量，需要非常複雜的電路。
本發明的目的是提供用更簡單的電路對用戶身體生物阻抗進行 空間解析感應測量的方法和裝置。
根據本發明，由感應測量用戶身體生物阻抗的裝置實現該目的, 其中該裝置包括多個第一感應器，所述第一感應器用於在用戶身體中 感應交變磁場，該裝置進一步包括多個第二感應器，所述第二感應器 用於測量用戶身體中的次級磁場，其特徵在於每個所述多個第一感應 器與至少一個所述多個第二感應器重疊形成多個測試區域。
也可以通過感應測量用戶身體生物阻抗的方法實現這個目的，該 方法包括如下步驟通過多個第一感應器，在用戶身體中感應交變磁 場，通過第二感應器，測量用戶身體中的次級磁場，其中每個所述多 個第一感應器與至少一個所述多個第二感應器重疊形成多個測試區 域。
本發明的基本原理是，將兩組不同的感應環排列成第一組感應器 作為場生成感應器(場感應器)，第二組感應器用作場感應感應器(感 應感應器)。場感應器和感應感應器覆蓋每個確定區域(總的測量區 域)。將場感應器和感應感應器排列為在測量步驟期間僅掃描整個測 量區域的一小部分。為了實現這一目的，將場感應器和感應感應器排 列為使它們重疊。在這些點構成小的測量區域。在多個測量步驟中(優 選的，時序)掃描這些測量區域，以獲得用戶身體的空間解析生物阻 抗掃描。如果感應器尺寸足夠大，在大範圍內進行生物阻抗的空間解 析測量是可能的，例如覆蓋用戶整個身體。換句話，不是使用大量單 獨的感應器(每個裝有電纜、開關等)，而是通過應用所述感應器的 新結構並基於此結構使用新電纜來使用較少的感應器並達到更好的 可用性。同時，由於新的結構，需要較少的電子組件。
也可以通過包含所述裝置的床實現本發明的目的。將根據本發明 的床定義為在其上休息或就座的任何表面或者其他裝置，例如傳統的 床、醫院的床、睡椅、傳統椅子、牙醫的椅子、輪椅、(手術)臺等 等。當用戶在床上休息時，例如在晚上，可以用這種方法實施測量。 因為測量條件很明確，從一段時間到另一段時間可以給出可重複結 果。因而，可以監控緩慢長期的改變。另一個優勢是，本發明方法不 需要向用戶身體附加裝置。不存在用戶在睡眠期間不受控制的運動而 使這類裝置脫離的危險。另外，增加了用戶的舒適度。
基於下面的具體實施例，將進一步詳細闡述本發明的這些和其他 方面，這些方面在所附的權利要求書中定義。
根據本發明的優選具體實施例，將多個第一感應器和多個第二感 應器排列為使它們形成測量區域矩陣。換句話，形成一種柵格，所述
柵格包括所有測量區域，從而覆蓋了裝置的整個測量區域。這種矩陣 方案需要很少的電子組件，例如更少的開關等。優選的，柵格形狀是 規則的，例如基本矩形，以覆蓋床或類似物。從而，根據本發明的另 一具體實施例，優選將第一感應器基本沿第一方向排列，優選將第二 感應器基本沿第二方向排列，其中第二方向與第一方向基本正交。
根據本發明的另一優選具體實施例，將若干開關分配給所述多個 第一和/或第二感應器，使其可以分別控制每一個第一和/或第二感應 器。這樣，可以按時間順獲得來自感應器的信息，即來自每個測量區 域的信息。
根據本發明的另一優化具體實施例，將所述多個第一和/或第二 感應器排列為使得因而產生的測量區域中的至少一個為基本規則的 形狀。該形狀可以是例如四邊形，具體而言矩形、正方形或梯形，以 提供規則柵格形狀的測量排列。
根據本發明的另一優化具體實施例，將所述多個第一和/或第二 感應器排列為使至少一個因而得到的測量區域為非規則形狀。可以例 如通過曲線和直線限定該形狀，以提供顯示為彎曲柵格形狀的測量結 構。特別是如果對某些區域比對其他區域更感興趣，該具體實施例示 出更多優勢。這種情況下，裝置的第一測量區域中第一和第二感應器 之間的交叉點密度與該裝置第二測量區域中的那些交叉點的密度不 同。換句話說，整個測量區域中，多個測量區域的表面區域是不恆定 的。這意味著對於整個測量區域的不同位置，每個感應器的形狀和每 個測量區域的形狀是變化的。高密度交叉點意味著可以獲得大的掃描 解析度。同時，相應測量區域的表面很小，導致深度信息缺失。優選 地，依據用戶的標準位置，例如在睡眠過程中和/或依據實施測量的 種類，選擇交叉點密度和測量區域的形式。
根據本發明的另一優化具體實施例，裝置包括多個第一傳導組件 和/或多個第二傳導組件，所述第一傳導組件可以彼此自由連接以形 成第一感應器，所述第二傳導組建可以彼此自由連接以形成第二感應 器。換句話，將傳導組件(例如，金屬線)排列成它們彼此自由相互 連接，以形成不同形狀的測量區域。這意味著總的導體和電子組件數 量可以進一步減少，從而得到非常簡單和便宜的測量裝置。
優選的,將根據本發明的裝置用在床上。這種情況下，優選的， 第一和第二感應器包括在柔性基底上的結構化傳導組件，所述結構化 傳導組件優選由銅構成，所述柔性基底優選粘附在床面上。通過使用 一個柔性基底，所述介質的處理和將該介質粘附到床面是非常容易 的。或者，可以將每個感應環製作在各自的介質上。這些較小的介質 可以例如交叉編制到床面的編織物中。
在另一具體實施例中，第一和/或第二感應器包括柔性傳導組件， 優選的為金屬線形式，優選的例如通過縫紉或編織將所述柔性傳導組 件集成到床面中。該解決方法對用戶而言是最靈活的和最舒適的。
針對下面的具體實施例和所附的附圖，下文將通過例子詳細的介 紹本發明的這些和其它方面，其中


圖1是包括根據本發明裝置的床的示意圖， 圖2是根據第一具體實施例的裝置的示意圖，
圖3是根據第一具體實施例的裝置的示意圖，說明該裝置的運
作，
圖4是根據第二具體實施例的裝置的示意圖，
圖5是根據第二具體實施例的裝置的示意圖，說明該裝置的運
作，
圖6是非規則形狀測量柵格的示意圖。
圖1示出根據本發明的非接觸醫用診斷裝置。裝置1與床2結合 在一起。裝置1包括分布在床2的區域上的線圈陣列3。線圈陣列3 用於空間解析地測量床2上人體(未示出)生物阻抗。裝置1能夠簡 易和舒適的診斷出重要參數如心跳、組織水含量或血糖級別，以監控 在床2上恢復中的用戶，而不需要在用戶的身體上使用任何裝置。
如圖2所示，裝置l包括若干第一線圈，所述第一線圈用於在用 戶身體內感應交變磁場。換句話，第一線圈作為場生成線圈(場線圈) 4。為此，場線圈4同電源5相連接。
裝置1進一步包括若干第二線圈，所述第二線圈用於測量用戶身 體內的次級磁場，所述次級磁場由身體組織內的漩渦電流引起。換句
話，第二線圈做為場感應線圈(感應線圈)6。為此，感應線圈6連 接到檢測單元7。檢測單元7用於接收和存儲測量的信號。檢測單元 7優選的包括用來處理測量信號並計算測量結果的計算機。將這些測 量結果存儲在數據存儲裝置和/或傳送到顯示器(未示出)或通信接 口 (未示出)，以傳遞給操作者或醫生。
將場線圈4和感應線圈6排列為形成條形矩陣8。以簡化方式示 出場線圏4以及感應線圈6，每個線圈示為包括兩個金屬線(上行金 屬線和下行金屬線)。實際上，每個金屬線包括若干圈。
如圖2所示，線圈4和6排列成柵格形式。矩陣8包括第一場線 圈4的第一陣列和第二感應線圈6的第二陣列。裝置1的特徵在於每 個場線圈4與至少一個感應線圈6重疊，以形成若干測量區域9。
如圖3所示，在第一步，僅在第一陣列的(即場線圈4陣列)感 應環的一個長條10中感應磁流。圖3中，該長條沿垂直方向，為了 能夠更好的理解，將其用斜線標示。隨後，選擇第二陣列(即感應線 圈6陣列)的感應環的一個長條11，以測量該條10中感應出的磁流。 在圖3中，該長條ll沿水平方向，為了能夠更好的理解，用斜線標
不o
只有兩個條IO、 11重疊處的區域12對測量結果有貢獻。這樣， 該測量只能用於檢測很小的測量區域12內的生物阻抗。場線圈4和 感應線圈6的維度定義了裝置1的總測量區域，優選的覆蓋整個床面。 優選的，在若干時序測量步驟期間掃描所有測量區域12，以獲得用 戶身體的空間解析生物阻抗。
將若干開關13分別連接到場線圈4和感應線圈6，使得可對這 些線圈4、 6的每一個單獨處理。換句話，每個線圈可以獨立於另一 線圈工作。
在本例子中，使用十三個場線圈4和八個感應線圈6。這樣得到 總共104個測量區域12。例如，如果每個場線圈4接通一秒時間， 每個感應線圈6可以對各個測量區域12感應125毫秒信息，領糧區域由感應線圈6和場線圈4一起形成。隨後，接通下一個長線圈4。 結果，在操作了所有十三個場線圈4後，即在十三秒的工作時間後， 對覆蓋整個床面區域的完整生物阻抗進行了掃描。換句話，將至少一 個場線圈4以時序方式接通(和斷開)，優選地，將所有長線圈4接 通，並且對於每個工作的場線圈4，至少一個感應線圈6以時序方式 接通(和斷開)，優選地接通所有感應線圈。這樣的生物阻抗掃描的 結果能夠獲得測量值的空間解析分析。
本發明的另一具體實施例中，使用梳狀矩陣14，見圖4。這種情 況下，提供若干第一路經15。圖4中，路經15以梳狀結構垂直排列， 即它們在一端16處相互連接，在另一端17處可通過開關13彼此自 由連接，以形成場線圈4。另外，提供若干第二路經18。在圖4中， 第二路徑18以梳狀結構水平排列，即它們在一端19處相互連接，並 在另一端點20處可通過開關14彼此自由連接，以形成感應線圈6。 這樣，可以形成不同形狀的場線圈4和/或感應線圈6。換句話，需要 較少的路徑形成線圈，使製造更為簡單。同樣，將開關13連接到路 徑15、 18，使由路徑15、 18形成的每個線圈4、 6可以被單獨處理。 例如，參看圖5，將(向上的)第一路經21連接到結構中間的 (向下)路徑22以形成場線圈4。這樣，由此產生的場線圈4覆蓋 64個原始(正方)測量區域。為了說明，用斜線覆蓋了所得場線圈4 的表面區域。
同吋，可以選擇感應線圈6的尺寸。例如，如果，由相鄰路徑 23、 24形成感應線圈6，所得測量區域25由場線圈4和感應線圈6 重疊形成，覆蓋八個原始(正方)測量區域。為了說明，用斜線覆蓋 了所得場線圈6的表面區域。
使用這樣的結構，根據測量種類和期望解析度，可以提供任何線 圈尺寸。如果產生小的測量區域，掃描解析度很高。同時，僅能檢測 到少量深度信息。另一方面，如果使用大的測量區域，與很深的場相 關的掃描解析度很低。
例如開關13等的電連接和電路設計的使用可以同示出的具體實 施例不同。
如圖2、 3、 4禾P 5所示，優選的將場線圈4和感應線圈6排列為 相互大致正交。這樣得到具有長方形測量區域12、 14的規則形狀矩 陣8、 14。生物阻抗測量的解析度在整個結構中是恆定的。
在本發明的另一具體實施例中，如圖6所示，將線圈排列成產生 測量區域的彎曲柵格24。為了清楚，沒有示出開關或類似物，僅示 出線圈路徑的排列。
例如在床的中部第一測量區域25中，在垂直方向的場線圈4和 水平方向的感應線圈6之間的交叉點密度，要大於例如在床的邊緣的 第二測量區域26中那些交叉點的密度。如通過斜線區域所示，測量 區域依據它們的位置具有不同的表面區域，即生物阻抗測量的解析度 是不同的。在示出的具體實施例中，在第一測量區域25中可得到大 的掃描解析度，而在第二測量區域26獲得好的深度區域。
場線圈和感應線圈4、 6優選的由在大的如聚醯胺(柔性線圈) 的柔性基底27上的結構化銅構成，如圖1，其附在床面上。或者， 可以用細線將感應環編制或縫入到床面。這樣，細線具有薄的絕緣層 以避免在兩個金屬線交叉點處出現短路。所有方案可以做成防水的， 使床面是可洗的。源和檢測電子組件5、 7優選的也集成到床面上。 因而，其必須是密封不漏水的。另一種結構中，洗之前，可以將電子 線路從床面分離開。則連接處必須是防水的。或者，源5和檢測器7 裝在獨立的盒子或類似物中附在床上，如圖1所示。
如上面描述的裝置l優選的用於測量心率。另外，感應線圈陣列 6可用於自動選擇和追蹤具有最好信號質量的測量區域12、 25的位 置。通過測量兩個測量區域間心率信號的時間延遲(例如，用戶手臂 較末端附近第一測量區域和手臂上端附近的第二測量區域)，可以獲 得用戶身體的血壓信息。也可以監測用戶的呼吸動作。這對小孩子的 監測是很有幫助的，同時也可以給出睡眠質量指示。另外，可以監測 身體的運動。人的動作也可以給出睡眠質量指示。另夕卜，為了得到較 好的數據相關性，可以檢測人處於睡眠或清醒狀態。本裝置1的生物 阻抗測量也可以用於監測血糖含量。裝置1可以連接到報警系統(未 示出)，使得能在低血糖狀態下喚醒此人。生物阻抗測量也可以用於檢測組織水或脂肪含量。床2的測量條件在不同部分間可以很好的重 復。因此，其能夠在更長的時間段內有很好的比較。因而可以通過測 量身體脂肪量很好監測控食成功，或由於可能的心臟功能不足引起的 組織內水分的長期增長。
對於根據本發明的裝置的所有應用，如前所述，可以使用檢測器
7。優選的，檢測器7包括計算機(未示出)，用於執行包括計算機指 令的程序，當電腦程式在所述計算機執行識，根據期望的應用從測 量信號得到數據。因而基於根據本發明的電腦程式的指令，可以實 現根據本發明的必要技術效果。優選的，電腦程式包括獨立控制每 個場4和/或感應線圈6的計算機指令。特別的，電腦程式包括以 時序方式操作至少一個場線圈，優選情況下操作所有場線圈4的計算 機指令，以及以時序方式為每個操作場線圈4操作至少一個感應線圈 6，優選情況下操作所有感應線圈6的計算機指令，從而獲得生物阻 抗的空間解析測量。
可以將這樣的電腦程式存儲到如CD-ROM的載體上，或可以 在網際網路或另外的計算機網絡上獲得這些電腦程式。在執行之前， 通過從載體讀取電腦程式將電腦程式載入到計算機，例如通過 CD-ROM讀取器，或網際網路，並將其存儲到計算機的存儲器中。計 算機包括中央處理器(CPU)、總線系統、如RAM或ROM的存儲器 裝置、如軟盤或硬碟單元的存儲裝置以及輸入/輸出單元。
對本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上面說明的具體實施 例的細節，並且可以在不背離其精神或實質屬性的情況下，以其它具 體方式實施本發明。因而，從所有方面而言，具體實施例是說明性的 而不是限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是由上面的說明 書指定，並且因而將所有在權利要求書的等價物的含義和範圍內的變 化包含在其中。另外很清楚的是"包括"一詞不排除其它組件或步驟， "一" 一詞不排除多個， 一個組件，例如計算機系統或其他單元可以 實現權利要求書中敘述的一些裝置的功能。權利要求書中的任何參考 標號不能解釋為限制涉及到的權利要求。
參考標號表
1裝置
2床
3線圈陣列 4場線圈
5 電源 6感應線圈 7檢測單元 8條狀矩陣 9測量區域 10條 11條
12測量區域 13開關 14梳狀矩陣 15第一路徑 16路徑端 17路徑端 18第二路徑 19路徑端 20路徑端 21上行路徑 22下行路徑 23測量區域 24彎曲柵格 25第一測量區域 26第二測量區域 27基底
權利要求
1、用於感應測量用戶身體生物阻抗的裝置(1)，所述裝置(1)包括-多個第一感應器(4)，所述第一感應器(4)用於在所述用戶身體中感應交變磁場，-多個第二感應器(6)，所述第二感應器(6)用於測量所述用戶身體中的次級磁場，其特徵在於，每個所述多個第一感應器(4)與至少一個所述多個第二感應器(6)重疊，以形成多個測試區域(12、23)。
2、 如權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，將所述多個第 一感應器(4)和所述多個第二感應器(6)排列為形成測量區域(12、 23)的矩陣(8、 14)。
3、 如權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，將所述多個第 一感應器(4)基本上沿第一方向排列，將所述多個第二感應器(6) 基本上沿第二方向排列，其中所述第二方向與所述第一方向基本正 父。
4、 如權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，將多個開關(13) 分配給所述多個第一和/或第二感應器(4、 6)，以分別控制每個所述 多個第一和/或第二感應器(4、 6)。
5、 如權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，將所述多個第 一和/或第二感應器(4、 6)排列為至少一個所得的測量區域(12、 23)顯示出基本上規則的形狀。
6、 如權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，將所述多個第 一和/或第二感應器(4、 6)排列為至少一個所得的測量區域(12、23)顯示出非規則形狀。
7、 如權利要求1所述的裝置(1)，其特徵在於，第一測量區域 (25)中所述多個第一和第二感應器(4、 6)之間的交叉點密度與第二測量區域(26)中的那些交叉點密度不同。
8、 如權利要求l所述的裝置(1)，其特徵在於，所述裝置(1) 包括多個第一傳導組件(15)和/或多個第二傳導組件(18)，所述第 一傳導組件(15)彼此自由連接以形成第一感應器(4)，所述第二傳 導組件(18)彼此自由連接以形成第二感應器(6)。
9、 床(2)，包括如權利要求1所述的裝置(1)，其中第一和/或 第二感應器(4、 6)包括位於柔性基底上的結構化傳導組件，所述結 構化傳導組件優選地由銅製成，並且所述柔性基底優選地附連在床面 上。
10、 床(2)，包括如權利要求1所述的裝置(1)，其中第一和/ 或第二感應器(4、 6)包括柔性傳導組件，其優選地為線的形式，優 選地例如通過縫紉或編織將所述柔性傳導組件集成到床面中。
11、 一種感應測量用戶身體生物阻抗的方法，所述方法包括以下步驟一通過多個第一感應器(4)在所述用戶身體中感應交變磁場， 一通過多個第二感應器(6)測量所述用戶身體中的次級磁場， 其特徵在於，每個所述多個第一感應器(4)與至少一個所述多 個第二感應器(6)重疊，以形成多個測試區域(12、 23)。
12、 如權利要求11所述的方法，其特徵在於，分別控制每一個 所述多個第一和/或第二感應器(4、 6)。
13、如權利要求ll所述的方法，其特徵在於以時序方式操作至少一個第一感應器(4)，優選地以時序方式操作所有第一感應器(4)，以及一在優選操作每個第一感應器(4)期間，以時序方式操作至少 一個第二感應器(6)，優選地以時序方式操作所有第二感應器(6)。
全文摘要
本發明涉及用於感應測量用戶身體生物阻抗的方法和裝置(1)。另外，本發明涉及包括所述裝置(1)的床(2)。為了提供空間解析感應測量用戶身體生物阻抗的方法和裝置，提出裝置(1)用於感應測量用戶身體生物阻抗，裝置(1)包括若干第一感應器(4)，所述第一感應器(4)適於在用戶身體中感應交變磁場，並且裝置(1)進一步包括若干第二感應器(6)，所述第二感應器(6)適於測量用戶身體中的次級磁場，其特徵在於每個第一感應器(4)與至少一個第二感應器(6)重疊形成多個測試區域(12、25)。
文檔編號A61B5/053GK101184436SQ200680018861
公開日2008年5月21日 申請日期2006年5月16日 優先權日2005年5月31日
發明者A·布勞爾斯, E·瓦芬施米特, H·賴特爾, R·平特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司