專利名稱：用于測量身體參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于身體參數(shù)的測量的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明具體涉及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和
使用電容性傳感器進行的電生理信號的測量。
背景技術(shù)：
雖然電容性傳感器是基于成熟的技術(shù)的，但是它們在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的使用具有巨大潛力。例如，實驗已經(jīng)表明，電容性傳感器良好地適用于典型地為心臟(ECT)、肌肉(EMG)或者腦(EEG)信號的電生理學(xué)身體信號的檢測。原理上，電容性傳感器如下工作將電極板放置在身體部分上并且人類組織用作能夠俘獲由肌肉生成的電信號的另一個電容器板。電容性傳感器的巨大優(yōu)點是與其他被廣泛采用的技術(shù)相反，其與皮膚沒有電流接觸。結(jié)果，不需要進 行皮膚準(zhǔn)備并且不需要帶有為了在皮膚和傳感器之間建立好的電接觸而通常需要的傳導(dǎo)性凝膠的粘性貼片。除這些優(yōu)點外，電容性傳感器已經(jīng)在由諸如腦、心臟或神經(jīng)的身體單元引起的電脈沖的檢測中顯示出極好的結(jié)果和極好的敏感度。雖然電容性傳感器技術(shù)是有前途的，但是部分由于其對運動的高敏感度，其還未在產(chǎn)業(yè)上被采用。已知傳感器或身體的運動引起所俘獲的信號中的干擾并且巨大地影響了測量結(jié)果。 已經(jīng)提議了若干解決方案來降低運動偽影。例如，US 6，807，438提議了通過有意地增加電極板和皮膚之間的間隔來檢測并降低運動造成的偽影。有效電容隨著電極板和皮膚之間的距離而變化。通過允許電極板和皮膚之間的偏移，電容隨著距離的變化變得對運動較不敏感。然而，所提議的解決方案的缺點是傳感器對所探測的電信號的總體敏感度也降低。 在WO 2006066566中提議了另一個解決方案，其中描述了一種方法，該方法中已知頻率的電信號被注入到人體中。通過測量該特定頻率在電容性傳感器上的變化，能夠?qū)嚯x的變化進行粗略估計。通過該方法，能夠檢測并且甚至可能校正電極板和皮膚之間的距離變化。 由運動導(dǎo)致的另一個問題是，當(dāng)傳感器相對于皮膚移動時生成靜電。產(chǎn)業(yè)上通常稱該問題為摩擦起電效應(yīng)。這些靜電可能導(dǎo)致電容性傳感器的諸如由于電子削波(clipping of electronic)的臨時故障。 上面的解決方案均提議檢測運動并嘗試對其校正，然而，這些解決方案伴隨有電容性傳感器的敏感度損失或者可能帶來健康風(fēng)險。這些解決方案通常尋求對電容性傳感器的結(jié)構(gòu)或者它們的環(huán)境的修改，以便使得運動的影響能夠被降低。然而電容性傳感器的修改通常換來最終測量結(jié)果的精確度損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供基于電容性傳感器的可靠的身體參數(shù)系統(tǒng)。 本發(fā)明的另一個目標(biāo)是檢測傳感器相對于身體的運動而不影響傳感器的敏感度。 本發(fā)明的又一個目標(biāo)是校正運動偽影而不改變電容性傳感器的結(jié)構(gòu)。
因此，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，其首先包括電容性感測單元，該電容性感測單元包括
與身體部分結(jié)合形成用于從所述身體部分俘獲電生理信號的電容器的電極板。運動敏感單元被機械地耦合至所述電容性感測單元并且通過自混合干涉測量來檢測所述電極板相對于所述身體部分的運動。該系統(tǒng)還包括用于基于所檢測的所述電極板的運動來改變所述電生理信號。 本發(fā)明的系統(tǒng)裝備有運動敏感單元，其光學(xué)檢測電容性感測單元、更確切地說是
電極板相對于皮膚的運動。因為兩個單元機械地耦合，兩個單元經(jīng)受相對于身體橫向或垂直的相同運動。從而運動敏感單元能夠檢測電容性電極的位移。如在上面所解釋的，運動干擾所測量的電生理信號并且當(dāng)檢測到運動時本發(fā)明提議改變該信號。可以使用校正算法來修改該信號，或者在一些情況下，因為強的偽影不可能被校正，所生成的電生理信號甚至被完全拒絕。在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)運動感測單元檢測并測量大于最大允許閾值的位移時，該電生理信號被完全拒絕。 因此，本發(fā)明的設(shè)備的巨大優(yōu)點是其對運動的低敏感度。實際上，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，通過將使用自混合干涉測量的光學(xué)單元加入到常規(guī)電容性傳感器，即使很小的位移也能夠被檢測。光學(xué)單元的各實施例還允許確定隨后可以被用于校正測量信號值的實際位移值。 本發(fā)明的另一個優(yōu)點是不需要改變電容感測單元，因此本發(fā)明的設(shè)備保留了電容性傳感器所固有的高敏感度。本發(fā)明提議以電生理信號的后處理來代替對現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的感測單元的設(shè)置的修改。當(dāng)檢測到?jīng)]有運動時，后處理將不影響測量并且因此同樣保留了電容性傳感器所固有高敏感度。 本發(fā)明的實施例中，光學(xué)運動敏感單元包括用于照射身體部分的光源和在光源處的腔體，在該腔體中產(chǎn)生干涉。被所述身體部分散射的光與已經(jīng)存在于所述光源的腔體中的光干涉，從而導(dǎo)致表示電極板相對于身體部分的運動的干涉信號。該干涉信號還可以表示光源的功率波動并且可以通過利用光電二極管測量由光源所產(chǎn)生的光的光強度而被監(jiān) 本發(fā)明還涉及用于測量身體參數(shù)的方法，其包括 從由電極板結(jié)合身體部分形成的電容器檢測電生理信號； 通過使用自混合干涉測量的光學(xué)器件來光學(xué)檢測所述電極板相對于所述身體部分的運動；以及 基于所檢測的所述電極板的運動改變所述電生理信號。 前述內(nèi)容相當(dāng)寬泛地概括了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，從而使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解下面的詳細(xì)描述。應(yīng)該意識到，可以容易地使用所公開的理念和具體實施例作為基礎(chǔ)來修改或設(shè)計用于實現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其他結(jié)構(gòu)。


為了更完全地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，將參照結(jié)合附圖進行的下列描述，在附圖中，
相同的標(biāo)號表示相同的對象，其中 圖l是本發(fā)明的設(shè)備； 圖2是圖1的設(shè)備的另一個視 圖3是本發(fā)明的設(shè)備的電容性感測單元；以及
圖4是本發(fā)明的設(shè)備的運動敏感單元。
具體實施例方式
圖1示出了本發(fā)明的系統(tǒng)100，其放置在需要醫(yī)學(xué)檢查的身體部分10上。該身體部分10例如為患者的胸部，并且在本示例中，系統(tǒng)100俘獲肌肉纖維的電活動，諸如在測心
電圖的情況下的心臟肌肉纖維的電活動。設(shè)備ioo還可以放置在身體的任意位置上，或者在頭皮上以俘獲并記錄腦內(nèi)的電脈沖。設(shè)備ioo包括常規(guī)的電容性感測單元，該常規(guī)的電
容性感測單元包括一對電極150和處理單元200。設(shè)備100還包括運動感測單元300，該運動感測單元300機械地附接至電極150和處理單元200。在圖1中，單元300與處理單元200和電極150經(jīng)支撐部20機械地耦合?；蛘?，單元300直接地附接至電極150，從而使得電極150相對于身體部分10的任意位移引起單元300相對于身體部分10的類似位移。
運動感測單元300光學(xué)檢測身體10的運動?？梢栽赪0 200237411和W0200237124中找到運動感測單元300的示例。單元300包括內(nèi)置的具有允許產(chǎn)生干涉的腔體的光源320和處理單元310。關(guān)于單元300的進一步細(xì)節(jié)將參照圖4給出。
圖2示出了設(shè)備100的另一個視圖。圖2示出了直接放置在患者皮膚上的支撐部20的側(cè)面。支撐部20可以由其中集成有電極150的耐洗織物或柔性材料制成。光學(xué)運動感測單元300放置在支撐部20中的開口上方，從而使得由光源320生成的光直接照射身體部分10。 現(xiàn)在參照圖3給出由電極150和處理單元200所形成的電容性感測單元的更詳細(xì)描述。用在本發(fā)明的設(shè)備中的常規(guī)感測單元具有雙極設(shè)置，其中兩個電極150與第三參考電極218結(jié)合使用以限制共模信號。每個電極150與阻抗轉(zhuǎn)換器212、216結(jié)合。阻抗轉(zhuǎn)換器212和216優(yōu)選地與各個電極150盡可能接近地放置，從而使得由于電極150的高阻抗其拾取來自外部環(huán)境的最小的噪聲。經(jīng)電極218通過身體反饋共模信號，以便在由電極150所生成的信號上限制共模信號。單元200還包括差分放大器220、模擬濾波器222和模數(shù)轉(zhuǎn)換器224，用于提供表示諸如由身體肌肉生成的電信號的身體信號的電生理信號。在另一個實施例中，電容性感測單元還可以包括電極陣列，從而允許對所探測的電生理信號的更大敏感度。 圖4是本發(fā)明的運動敏感單元300。該單元300基于自混合干涉測量原理工作?；旧希庥杉す馇惑w320中的光源發(fā)射并且然后被身體部分10漫反射，并且被漫反射的光再進入激光腔體320，如箭頭322和324所示。進入激光腔體中的光和已經(jīng)存在于激光腔體320中的光之間的干涉產(chǎn)生了激光的功率波動。功率波動可以利用放置在激光腔體之外或者放置在激光腔體內(nèi)的光電二極管330進行測量。當(dāng)身體部分10相對于單元300移動時，或者在該實施例中，當(dāng)電極150相對于身體部分10移動時，干涉圖樣改變。
單元300的一種應(yīng)用是對所照射的表面——身體部分10的位移速度的測量，其中自混合干涉測量被用于激光多普勒測速。當(dāng)身體部分IO以速度v移動時，對由光電二極管所俘獲的信號進行幅度和頻率調(diào)制。幅度調(diào)制是由于被反射到激光腔體320中的光的量的改變改變了激光腔體320之內(nèi)的干涉圖樣。身體部分10與激光的距離也影響該干涉圖樣。頻率調(diào)制是由身體部分10的移動導(dǎo)致的。在替代實施例中，自混合干涉測量也能夠使用兩個外部腔體而不是一個來執(zhí)行。在該情況下，附加的反射器——反射鏡或身體部分10 的另一部分被用作參考反射器。 在操作中，單元300通過將當(dāng)光被移動的身體部分10所散射時發(fā)生的多普勒頻移 計入考慮而對身體部分10的運動敏感。假定身體部分10以恒定速度v在激光的方向上移 動，并且該激光不被調(diào)制，則當(dāng)患者呼吸或者咳嗽時被諸如手臂或胸部的移動的身體部分 所散射的光以頻率Af發(fā)生多普勒頻移，其中根據(jù)下面的等式，該頻率Af取決于速度v: A/-"j其中A是激光的波長。 然而，在實踐中，皮膚不能總被如在上面公式中所假定的那樣建模成反射鏡。從 而，本發(fā)明能夠在紅外波長中實現(xiàn)，在身體部分10的吸收將被限制的紫外波長范圍中也可 能獲得很好的結(jié)果。使用低波長，尤其是在大約300-500nm范圍中的波長，顯示出很好的結(jié) 果，這是因為吸收非常顯著地增加。結(jié)果，與在紅外的情況下得到的實驗結(jié)果相比，光學(xué)探 測深度將減小。這意味著位移的測量將變得更加表面敏感并且絕對距離估計將變得更精 確。
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，包括電容性感測單元，其包括與身體部分結(jié)合形成電容器的電極板，該電容器用于從所述身體部分俘獲電生理信號；運動敏感單元，其機械地耦合至所述電容性感測單元，用于通過自混合干涉測量來檢測所述電極板相對于所述身體部分的運動；以及處理單元，其用于基于所檢測的所述電極板的運動來改變所述電生理信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所檢測的運動位于預(yù)定義的范圍內(nèi)時，所述處理單元拒絕所述電生理信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述運動敏感單元包括用于照射所述身體部分的光源；在所述光源處的腔體，在該腔體中，由所述身體部分所散射的光與由所述光源發(fā)射的光干涉，從而導(dǎo)致表示所述電極板相對于所述身體部分的所述運動的干涉信號。
4. 一種用于測量身體參數(shù)的方法，包括從由電極板結(jié)合身體部分形成的電容器檢測電生理信號；通過使用自混合干涉測量的光學(xué)器件來光學(xué)檢測所述電極板相對于所述身體部分的運動；以及基于所檢測的所述電極板的運動改變所述電生理信號。
全文摘要
一種系統(tǒng)，包括用于從身體部分俘獲電生理信號的電容性感測單元。該電容性感測單元包括與所述身體部分結(jié)合形成電容器的第一電極板?？梢酝ㄟ^機械地耦合至所述電容性感測單元的運動敏感單元來檢測所述電極板相對于所述身體部分的運動。運動敏感單元通過自混合干涉測量來檢測運動。然后，如果檢測到電極板的巨大的位移，則處理單元拒絕該電生理信號。
文檔編號A61B5/0408GK101778597SQ200880103106
公開日2010年7月14日 申請日期2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月20日
發(fā)明者A·帕迪, B·費德斯, C·普雷蘇勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司