專利名稱：電容性感測設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于對對象進行感測的電容性感測設備和一種用于對對象進行感測的電容性感測方法。
背景技術：
US 3500823公開了用于心電圖和生物電記錄的電極。這些電極包括具有絕緣涂層的鋁盤。通過陽極化過程涂布絕緣涂層。電極直接放在患者未經(jīng)準備的皮膚上，用于記錄心電圖和生物電信號。不過，到目前為止，這些電極通常不用在電生理學感測領域，因為它們不滿足衛(wèi)生要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于對對象進行感測的電容性感測設備，其中可以在改善的衛(wèi)生條件下進行感測。在本發(fā)明的一方面中，提供了一種用于對對象進行感測的電容性感測設備，其中電容性感測設備包括-用于電容性地感測對象的電容性傳感器，-用于包封電容性傳感器的外殼，其中所述外殼包括在感測期間接觸對象的接觸側，其中外殼和電容性傳感器適于由電容性傳感器通過外殼的接觸側來對對象進行感測，并且其中外殼和電容性傳感器可彼此分離，以將電容性傳感器用作可重復使用的裝置并將外殼用作一次性(disposable)裝置。在對對象進行感測期間，外殼的接觸側接觸對象，其中由電容性傳感器通過接觸側對對象進行感測。由于電容性傳感器和外殼可以彼此分離，從而能夠?qū)㈦娙菪詡鞲衅饔米骺芍貜褪褂玫难b置，能夠?qū)⑼鈿び米饕淮涡匝b置，對于可以使用外殼的每次感測流程，它都是第一次使用，因此不會被先前的感測流程污染，而一般更昂貴的電容性傳感器可以用于幾次感測流程。這樣能夠在改善的衛(wèi)生條件下電容性地感測對象。電容性感測設備優(yōu)選適于電容性地感測電生理學信號，像ECG，EMG, EEG, EOG, EHG 等信號。電容性感測設備優(yōu)選適于感測患者的電生理學信號，用于監(jiān)測患者。電容性傳感器可以是包括電容性地感測對象所需的所有元件。不過，電容性傳感器也可以僅包括這些元件的一部分，其中電容性地感測對象所需的其他元件，例如，被集成到外殼中，使得電容性傳感器和外殼協(xié)作來感測對象?？梢哉{(diào)整外殼以便不完全包封電容性傳感器，具體而言，外殼優(yōu)選包括接觸側和像圍繞壁的側向圍繞元件，用于圍繞電容性傳感器，以將電容性傳感器保持就位。在實施例中，外殼也可以適于完全包封電容性傳感器。意圖要接觸對象的接觸側的一部分優(yōu)選由生物相容材料制成。
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進一步優(yōu)選地，所述電容性傳感器和所示外殼中的至少一個包括保持元件，用于將所述電容性傳感器保持在所述外殼之內(nèi)。優(yōu)選地，保持元件是切口元件，用于將電容性傳感器卡入外殼中并將外殼之內(nèi)的電容性傳感器保持就位。保持元件可以適于使得在向外殼中引入電容性傳感器使得電容性傳感器保持在外殼之內(nèi)時，聽到和/或感受到“卡入”聲。于是，優(yōu)選地，保持元件能夠為例如患者或護士反饋電容性傳感器是否被正確保持在外殼之內(nèi)，方式是聽到“卡入”聲和/或感覺到“卡入”聲，即感覺到皮膚上的壓力傳遞。進一步優(yōu)選地，外殼包括至少一個圍繞元件，其布置在接觸側上并適于圍繞電容性傳感器，以便將電容性傳感器保持就位。進一步優(yōu)選地，至少一個圍繞元件是柔性的，用于形成夾緊(clamping)機構，將所述電容性傳感器保持就位。至少一個圍繞元件至少優(yōu)選為側向元件，像圍繞電容性傳感器的至少一個側壁。 至少一個圍繞元件適于順應電容性傳感器的形狀。例如，如果電容性傳感器具有圓柱外形， 至少一個圍繞元件優(yōu)選是環(huán)形元件。單個圍繞元件可以完全圍繞電容性傳感器，或幾個圍繞元件可以圍繞電容性傳感器。如果幾個圍繞元件圍繞電容性傳感器，優(yōu)選在這幾個圍繞元件中的兩個之間提供至少一個間隙。于是，圍繞元件能夠形成不分段的支持架或分段的支持架。進一步優(yōu)選地，所述電容性傳感器和所示外殼中的至少一個包括釋放機構，用于從外殼釋放電容性傳感器。釋放機構允許從外殼容易地去除電容性傳感器。例如，釋放機構可以是彈簧釋放機構，其中彈簧從外殼推出電容性傳感器。此外，可以使用例如彈性或柔性圍繞元件將釋放機構集成到圍繞元件中，可以推動它以從外殼拆下電容性傳感器。進一步優(yōu)選地，外殼適于包封若干電容性傳感器。例如，如果必須要在彼此接近的幾個位置進行對象的感測，這種布置是有益的。例如，在電生理學感測流程中，可能需要幾個電容性傳感器，必須要彼此接近地定位它們，例如定位成雙極或其他配置。進一步優(yōu)選地，外殼包括用于將第一電容性傳感器保持就位的第一至少一個圍繞元件和用于將第二電容性傳感器保持就位的第二至少一個圍繞元件，其中所述第一至少一個圍繞元件和所述第二至少一個圍繞元件布置在同一接觸側上。這樣能夠在單個接觸側上容易地集成幾個電容性傳感器。此外，這種布置允許通過僅在對象上布置具有接觸側的單個外殼來在對象上定位幾個電容性傳感器。兩個、三個或更多電容性傳感器可以布置于同一接觸側上并由對應的圍繞元件圍繞。進一步優(yōu)選地，電容性傳感器由電容性感測元件陣列形成。這也允許通過在對象上簡單布置外殼來在對象上布置幾個電容性感測元件。此外，這樣允許在彼此接近的感測位置對對象進行感測。進一步優(yōu)選地，外殼包括至少一個圍繞元件，用于圍繞電容性感測元件的陣列。優(yōu)選地，單個圍繞元件圍繞電容性感測元件的陣列，用于保持電容性感測元件的陣列。這樣能夠?qū)⒍鄠€電容性感測元件容易而快速地與外殼連接，其中通過在對象上簡單附著帶有電容性感測元件陣列的單個外殼就可以在不同點電容性地感測對象。進一步優(yōu)選地，所述電容性傳感器和所述外殼中的至少一個被標記。
優(yōu)選通過不同顏色、不同形狀或不同圖標標記電容性傳感器和/或外殼。如果有幾個電容性傳感器和/或幾個外殼，利用標記可以確保將屬于一起的電容性傳感器和外殼
放在一起。進一步優(yōu)選地，外殼包括蓋帽，用于在將電容性傳感器引入外殼之后閉合外殼。例如，如果外殼包括例如是箔的接觸側和至少一個圍繞元件，接觸側和至少一個圍繞元件界定容器，其中蓋帽能夠覆蓋，優(yōu)選自動覆蓋容器的(即外殼的)剩余開放側。使用蓋帽來閉合外殼能夠防止位于外殼之內(nèi)的電容性傳感器被污染。進一步優(yōu)選地，外殼的接觸側包括附著模塊，用于將外殼保持在對象上的恒定位置。附著模塊例如是粘合劑，具體而言，生物相容的粘合劑，優(yōu)選將其施加到外殼接觸側的外表面。附著模塊也可以是束帶元件，調(diào)整該元件，使得外殼可能保持在對象上，從而使外殼的接觸側接觸對象。進一步優(yōu)選地，接觸側為箔。接觸側優(yōu)選由薄材料制成，優(yōu)選是厚度在亞微米到亞毫米范圍的材料。材料越薄， 身體的電容耦合越高，從而實現(xiàn)更高的生物電信號傳輸。接觸側可以由絕緣材料制成。由于接觸側可以由絕緣材料制成，所以與用于感測電生理學信號的傳統(tǒng)感測材料相比，有更寬的可能材料范圍，包括絕緣生物相容材料、更便宜的材料、更舒適的材料等。接觸側可以由導電材料制成。對于減少摩擦電荷這是有益的，摩擦電荷可能損傷對象或電容性感測設備。進一步優(yōu)選地，接觸側為包括相對電容率高的材料。高電容率材料是相對電容率大于10，優(yōu)選大于30，更優(yōu)選大于100，進一步優(yōu)選大于500的材料。包括高相對電容率材料的接觸側確保了電極，尤其是電容性傳感器和被感測對象之間的充分電容性耦合。接觸側優(yōu)選包括以下材料中的至少一種AgCl(11.2)， BaO (34)，BaTiO3 (80-3600，各向異性)，BaZrO3 (43), CaTiO3 (165)，Cd2Nb3O7 (500-580)， KH3PO4 (46), KNO3 (25)，KNbO3 (700)，KTaNbO3 (6000-34000)，NH4HSO4 (165)，NaNbO3 (670), Pb3MgNb2O4 (10000)，PbTiO3 (200)，SbSI (2000)，SnTe (1770)，SrTiO3 (382)，Ta2O5 (30-65，各向異性)，1102(86-170，各向異性)，103(300)，&02(12.5)。在前面的材料列表中，括號中的數(shù)字表示相應材料的相對電容率。接觸側，具體而言，接觸側在感測期間面對對象的表面優(yōu)選無毒，具體而言，優(yōu)選是生物相容的。于是，接觸側優(yōu)選包括以下材料中的至少一種=AgCl，BaO, BaTiO3, BaZrO3, CaTiO3, KH3PO4, Ta2O5, TiO2, 103和&02。優(yōu)選將這些材料用作外殼接觸側上的固體絕緣涂層。進一步優(yōu)選地，調(diào)整電容性傳感器和外殼，使得在電容性傳感器和朝向接觸側的外殼之間沒有空氣隙。由于小的空氣隙會強烈減弱電容耦合，并且由于空氣隙中的輕微變換甚至會在使用電容性感測設備期間誘發(fā)強的人為噪聲(artifacts)，所以如果調(diào)整電容性傳感器和外殼，使得電容性傳感器和朝向接觸側，即感測方向上的外殼之間沒有空氣隙，則改善了電容性感測的質(zhì)量。此外，優(yōu)選地，電容性傳感器設備，具體而言，外殼的接觸側適于使得接觸側和對象，尤其是身體皮膚之間一般沒有空氣隙，以進一步改善電容性感測的質(zhì)量。優(yōu)選地，為了減小被感測對象和接觸側之間空氣隙的概率，感測期間面對對象的接觸側表面為平面。還進一步優(yōu)選地，接觸側包括相對電容率低的材料。低電容率材料是相對電容率小于10，優(yōu)選小于5并進一步優(yōu)選小于3的材料。如果可能出現(xiàn)空氣隙，盡可能接近空氣的相對電容率材料減少了運動人為噪聲。因此，以下材料也可以是用于接觸側的優(yōu)選材料不含氧的聚合物，例如聚四氟乙烯 (2. 1)、聚乙烯/聚丙烯(2. 3)、聚丁二烯(2. 5)、聚苯乙烯(2. 6)、天然橡膠(2. 6)、聚碳酸酯 (2. 9) 0硅橡膠C3)也是接觸側的優(yōu)選材料，具體而言，因為其具有良好的生物相容性。同樣在這一段中，括號中的數(shù)字表示相對電容率值。也可以將相對電容率小于2. 0，更優(yōu)選小于1. 5，進一步優(yōu)選小于1. 2的納米結構材料用作接觸側的材料。這些材料可能對如下目的是有用的生成相對電容率低的受控良好的厚度，同時維持可重復使用電容性傳感器和對象，具體而言，皮膚，之間的屏障，以實現(xiàn)衛(wèi)生的目的。進一步優(yōu)選地，電容性傳感器包括電極、電連接到電極的電子組件和用于屏蔽電子組件，并優(yōu)選屏蔽電極的電屏蔽，其中電子組件，以及優(yōu)選為電極，位于電屏蔽之內(nèi)。電子組件優(yōu)選適于減小電容性傳感器的阻抗，以便測量更大信號，即，電子組件優(yōu)選適于使信號的阻抗低。由于電容性感測一般阻抗極高，這樣調(diào)節(jié)電子組件會實現(xiàn)對噪聲的敏感性降低。替代地或此外，電子組件可以適于放大信號，執(zhí)行一些信號調(diào)節(jié)，例如濾波， 或執(zhí)行其他功能，例如抵消和/或自舉。優(yōu)選地，電極、電屏蔽和電子組件被形成為可以布置于外殼之內(nèi)的單個部件。電極優(yōu)選是電極板。如果電容性傳感器包括電極、電子組件和電屏蔽，可以通過將電容性傳感器放在外殼中容易地裝配電容性感測設備。電容性傳感器還可以包括更多模塊以執(zhí)行更多功能，例如，電容性傳感器可以包括無線通信單元、電池、信號處理單元等。屏蔽可以是無源屏蔽或有源屏蔽。進一步優(yōu)選地，將電屏蔽形成為導電材料制成的殼體，其中殼體的側面形成電極， 其中電子組件布置在殼體之內(nèi)。優(yōu)選形成殼體，使其對應于外殼的形狀。優(yōu)選地，殼體具有圓柱形狀。不過，殼體也可以另一種形狀，例如矩形形狀。優(yōu)選地，外殼包括電極，其中電容性傳感器包括電子組件，例如用于減小電容性傳感器的阻抗，以及用于屏蔽電子組件，并優(yōu)選屏蔽電極的電屏蔽，其中調(diào)整外殼和電容性傳感器，使得如果在外殼之內(nèi)布置電容性傳感器，電極和電子組件電連接。優(yōu)選地，經(jīng)由外殼為電容性傳感器布線。例如，如果在單個外殼中使用多個電容性傳感器，例如，電源、地、基準共享的導線可以集成到外殼中，以便使連接到電容性傳感器的導線量最小化。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于包封電容性傳感器的外殼，用于形成對對象進行感測的電容性感測設備，其中外殼包括在對對象進行感測期間接觸對象的接觸側，其中外殼適于由電容性傳感器通過外殼的接觸側對對象進行感測，且其中外殼可以與
7電容性傳感器分開，以將外殼用作一次性裝置。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種由外殼包封的電容性傳感器，用于形成對對象進行感測的電容性感測設備，其中電容性傳感器適于通過外殼的接觸側對對象進行感測，且其中電容性傳感器可以與外殼分開，以將電容性傳感器用作可重復使用的裝置。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于對對象進行感測的電容性感測方法，其中由電容性感測設備電容性地感測對象，電容性感測設備包括用于電容性地感測對象的電容性傳感器以及用于包封電容性傳感器的外殼，其中外殼包括在感測期間接觸對象的接觸側，其中由電容性傳感器通過外殼的接觸側對對象進行感測。優(yōu)選在對對象進行感測之前，將電容性傳感器可分離地封入外殼之內(nèi)，在對對象進行感測之后，從外殼分開電容性傳感器，以將電容性傳感器用作可重復使用的裝置，將外殼用作一次性裝置。應當理解，權利要求1所述的電容性感測設備，權利要求12所述的外殼、權利要求 13所述的電容性傳感器和權利要求14所述的電容性感測方法具有從屬權利要求中所界定的類似和/或相同的優(yōu)選實施例。應當理解，本發(fā)明的優(yōu)選實施例還可以是從屬權利要求與相應的獨立權利要求的任意組合。


圖1到4示意性和示范性示出了電容性感測設備的不同實施例，圖5示意性和示范性示出了電容性感測設備的電容性傳感器的實施例，圖6示出了電容性感測設備的另一實施例，以及圖7示范性示出了流程圖，該流程圖示出了電容性感測方法。
具體實施例方式圖1示意性和示范性示出了用于對對象3進行感測的電容性感測設備1的實施例。電容性感測設備1包括用于對對象3進行電容性感測的電容性傳感器2。電容性感測設備1還包括用于包封電容性傳感器2的外殼4，其中外殼4包括用于在感測期間接觸對象 3的接觸側6。外殼4和電容性傳感器2適于由電容性傳感器2通過外殼4的接觸側6來對對象3進行感測。外殼4和電容性傳感器2可以彼此分開，以將電容性傳感器2用作可重復使用的裝置并將外殼4用作一次性裝置。對象3優(yōu)選是人或動物的皮膚。電容性傳感器設備1優(yōu)選適于以電容性方式感測電生理學信號，例如ECG、EMG、EEG、EOG、EHG等信號。電容性感測設備1優(yōu)選適于感測人或動物的電生理學信號，以監(jiān)測人或動物。外殼4包括接觸側6和至少一個側向圍繞元件8，在這一實施例中側向圍繞元件是圍繞壁，圍繞電容性傳感器2，用于將電容性傳感器2保持就位。至少意圖要接觸對象3的接觸側6的表面優(yōu)選由生物相容材料制成。外殼4包括保持元件7，用于將電容性傳感器2保持在外殼4之內(nèi)。保持元件7優(yōu)選是切口元件，用于將電容性傳感器2卡入外殼4中并將外殼4之內(nèi)的電容性傳感器2保持就位。保持元件7優(yōu)選適于使得在向外殼4中引入電容性傳感器2從而使得電容性傳感器2保持在外殼4之內(nèi)時，聽到和/或感受到“卡入”聲。 圍繞元件8布置在接觸側6并適于圍繞電容性傳感器2，用于使電容性傳感器保持就位。圍繞元件8是柔性的，用于形成夾緊機構，將電容性傳感器2保持就位。圍繞元件8為側向元件，即用于圍繞電容性傳感器2的側壁。圍繞元件8適于順應電容性傳感器2的形狀。在這一實施例中，電容性傳感器2具有圓柱外形，圍繞元件8為環(huán)形元件。圍繞元件8是完全圍繞電容性傳感器2的單個圍繞元件。不過，除了單個圍繞元件之外，可以使用幾個圍繞元件圍繞電容性傳感器。圖2中示意性和示范性示出了包括接觸側106和兩個圍繞元件108的外殼104。 這些圍繞元件108適于圍繞具有導線109的圓柱形電容性傳感器102。兩個圍繞元件108 形成環(huán)形元件，具有兩個彼此相對的間隙。于是，圍繞元件108形成分段的支持架。電容性傳感器和外殼優(yōu)選包括釋放機構，用于從外殼釋放電容性傳感器。在圖中所示的實施例中，圍繞元件優(yōu)選有彈性，允許人推動外殼的圍繞元件，容易將電容性傳感器擠出外殼。在另一實施例中，可以使用另一種釋放機構，例如，外殼和電容性傳感器中的至少一個可以包括將電容性傳感器推出外殼的彈簧。圖3示意性和示范性示出了外殼的另一實施例。圖3所示的外殼204適于包封若干電容性傳感器。外殼204包括接觸側206，其上提供了由圍繞元件形成的三個環(huán)形元件 208、213、214。這些環(huán)形元件208、213、214中的每個都包括彼此相對的兩個間隙。在這一實施例中，接觸側206大致為三角形，具有修圓的角部。在另一實施例中，接觸側206可以具有另一種形狀，例如矩形或圓形。于是，外殼204包括第一至少一個圍繞元件，即兩個第一圍繞元件208，用于將第一電容性傳感器保持就位，第二至少一個圍繞元件，即兩個第二圍繞元件213，用于將第二電容性傳感器保持就位，以及第三至少一個圍繞元件，即兩個第三圍繞元件214，用于將第三電容性傳感器保持就位，其中所示第一、第二和第三圍繞元件208、213、214布置在同一接觸側206上。這樣能夠在單個接觸側上容易地集成幾個電容性傳感器。此外，這種布置允許通過僅在對象上布置具有接觸側的單個外殼來在對象上定位幾個電容性傳感器。圖4示意性和示范性示出了電容性感測設備的另一實施例。圖4所示的電容性感測設備301包括用于電容性地感測對象的電容性傳感器302 和用于包封電容性傳感器302的外殼304。外殼304包括用于在感測期間接觸對象的接觸側306。外殼304和電容性傳感器302適于通過外殼304的接觸側306由電容性傳感器302 對對象進行感測。外殼304和電容性傳感器302也可以彼此分開，以將電容性傳感器302 用作可重復使用的裝置并將外殼304用作一次性裝置。電容性傳感器302由保持元件311上布置的電容性感測元件310的陣列形成。電容性感測元件310產(chǎn)生可經(jīng)由導線309讀出的電容性感測信號?？梢赃@樣連接電容性感測元件310并可以提供控制單元，使得可以彼此獨立地讀出電容性感測元件或者使得兩個或更多，尤其是全部電容性感測元件都對一個電容性感測信號有貢獻。使用這樣的電容性感測元件310的陣列能夠通過在對象上簡單地布置外殼304就在對象上布置幾個電容性感測元件310。此外，這樣允許在彼此接近的感測位置對對象進行感測。
電容性感測設備301的外殼304包括適于圍繞電容性感測元件301的陣列的圍繞元件308。圍繞元件308也能夠包括間隙。所述的電容性傳感器和外殼優(yōu)選是帶標記的，例如，通過不同顏色，不同形狀或不同圖標。如果有幾個電容性傳感器和/或幾個外殼，利用標記可以確保將屬于一起的電容性傳感器和外殼放在一起。圖中所示的外殼可以包括蓋帽(圖中未示出)，用于在向外殼中引入電容性傳感器之后使外殼閉合。具體而言，包括接觸側和至少一個圍繞元件的外殼形成容器，其中蓋帽能夠覆蓋容器的其余開放側。在實施例中，可以調(diào)整蓋帽，使得如果向外殼中引入電容性傳感器，則外殼自動閉合。所述實施例的外殼的接觸側可以包括附著模塊，用于將外殼保持在對象上的恒定位置。附著模塊優(yōu)選是粘合劑，具體而言，生物相容的粘合劑，優(yōu)選將其施加到外殼接觸側的外表面。圖6中示意性和示范性示出了這樣的附著模塊，下文將對其進行進一步描述?？梢允褂昧硪环N附著模塊取代粘合劑，例如，束帶元件，調(diào)整束帶(strapping)元件使得外殼可以保持在對象上，從而使得在電容性地感測對象的同時，外殼的接觸側接觸對象。外殼的所述實施例的接觸側優(yōu)選是絕緣材料制成的箔。在其他實施例中，接觸側也可以由導電材料制成。接觸側優(yōu)選包括，尤其是由相對電容率高的材料制成。高電容率材料是相對電容率大于10，優(yōu)選大于30，更優(yōu)選大于100，進一步優(yōu)選大于500的材料。包括高相對電容率材料的接觸側確保了電極，尤其是電容性傳感器和被感測對象之間的充分電容性耦合。接觸側優(yōu)選包括以下材料中的至少一種AgCl(11.2)、 BaO (34)、BaTiO3 (80-3600，各向異性)、BaZrO3 (43)、CaTiO3 (165)、Cd2Nb3O7 (500-580)、 KH3PO4 (46)、KNO3 (25)、KNbO3 (700)、KTaNbO3 (6000-34000)、NH4HSO4 (165)、NaNbO3 (670)、 Pb3MgNb2O4 (10000)、PbTiO3 (200)、SbSI (2000)、SnTe (1770)、SrTiO3 (382)、Ta2O5 (30-65，各向異性)、1102(86-170，各向異性)、恥3(300)、2102(12.5)。在前面的材料列表中，括號中的數(shù)字表示相應材料的相對電容率。接觸側，具體而言，即接觸側在感測期間面對對象的表面優(yōu)選無毒，具體而言，優(yōu)選是生物相容的。于是，接觸側優(yōu)選包括以下材料中的至少一種AgCl、Ba0、BaTi03、Ba&03、 CaTi03> KH3PO4, Ta2O5, TiO2, WO3和&02。優(yōu)選將這些材料用作外殼接觸側上的固體絕緣涂層。如果接觸側包括高相對電容率材料，尤其是由高相對電容率材料制成，優(yōu)選調(diào)整電容性傳感器和外殼，使得在電容性傳感器和朝向接觸側的外殼之間沒有空氣隙。在另一實施例中，外殼的接觸側可以包括低相對電容率材料，尤其是由低相對電容率材料制成。低電容率材料是相對電容率小于10，優(yōu)選小于5并進一步優(yōu)選小于3的材料。如果可能出現(xiàn)空氣隙，盡可能接近空氣的相對電容率材料減少了運動人為噪聲。因此，以下材料也可以是用于接觸側的優(yōu)選材料不含氧的聚合物，例如聚四氟乙烯 (2. 1)、聚乙烯/聚丙烯(2. 3)、聚丁二烯(2. 5)、聚苯乙烯(2. 6)、天然橡膠(2. 6)、聚碳酸酯 (2. 9) 0硅橡膠C3)也是接觸側的優(yōu)選材料，具體而言，因為其具有良好的生物相容性。同樣在這一段中，括號中的數(shù)字表示相對電容率值。
也可以將相對電容率小于2. 0，更優(yōu)選小于1. 5，進一步優(yōu)選小于1. 2的納米結構材料用作接觸側的材料。這些材料可能對如下目的是有用的生成相對電容率低的受控良好的厚度，同時維持可重復使用的電容性傳感器和對象，具體而言，皮膚，之間的屏障，以實現(xiàn)衛(wèi)生的目的。如果可能有空氣隙，優(yōu)選使用相對電容率低的材料，因為盡可能接近空氣的相對電容率減少了由于對象表面和電容性感測設備的電極之間的相對運動導致的運動人為噪聲。再次參考圖1，電容性傳感器2包括電極12、用于減小電容性傳感器的阻抗的電子組件14以及用于屏蔽電子組件14和電極12的電屏蔽13，其中電子組件14位于電屏蔽13 之內(nèi)。電極12、電屏蔽13和電子組件14被形成為可以布置于外殼4之內(nèi)的單個部件。 電極12是電極板。由于電容性傳感器2包括電極12、電子組件14和電屏蔽13，所以可以通過在外殼4中引入電容性傳感器2而容易地裝配電容性感測設備1?？梢越?jīng)由導線9讀出所產(chǎn)生的電容性感測信號。電容性傳感器2還可以包括用于其他功能的更多模塊，例如， 電容性傳感器2可以包括無線通信單元(而非使用導線9)、電池、信號處理單元等。屏蔽 13可以是無源屏蔽或有源屏蔽。電容性傳感器2還包括由絕緣材料和/或?qū)щ姴牧现瞥傻臍んw15。圖5示意性和示范性示出了電容性傳感器的另一實施例。圖5中所示的電容器傳感器402包括電屏蔽413，電屏蔽413形成為由像銅那樣的導電材料制成的殼體。意圖在感測的時候面對對象的殼體側面形成電極412。電子組件414和電極412布置在殼體之內(nèi)， 其中，如果殼體413由導電材料制成，電極412不與殼體413電接觸。因此，如果殼體413 由導電材料制成，至少在電極412和殼體413之間，即電極412和殼體413下方，提供絕緣材料。可以經(jīng)由電連接409讀出電容性傳感器產(chǎn)生的感測信號，電連接409具體而言是導線。將產(chǎn)生的感測信號傳輸?shù)娇刂坪洼敵鰡卧?16，用于控制電容性傳感器并輸出所產(chǎn)生的感測信號?？刂坪洼敵鰡卧?16還可以包括信號處理單元，用于處理感測信號，例如對信號進行濾波，之后輸出該信號。其他圖中示出的電容性傳感器也可以連接到控制和輸出單元， 用于控制電容性傳感器并輸出由電容性傳感器產(chǎn)生的感測信號。電屏蔽413形成的殼體被形成為使其對應于要在其中引入電容性傳感器的外殼的形狀。優(yōu)選地，殼體具有圓柱形狀。 不過，殼體也可以另一種形狀，例如矩形形狀。圖6示意性和示范性示出了電容性感測設備的另一實施例。圖6所示的電容性感測設備501包括用于對對象3進行電容性感測的電容性傳感器502和用于包封電容性傳感器502的外殼504。外殼504包括用于在感測期間接觸對象的接觸側506。在接觸側506 上感測期間面對對象3的表面上涂布粘合劑，即在接觸側506的外表面上涂布粘合劑。粘合劑形成作為附著模塊的層517，用于將外殼504保持在對象3上的恒定位置。外殼504包括電極512，電容性傳感器502包括用于減小電容性傳感器的阻抗的電子組件514和用于屏蔽電子組件514和電極512的電屏蔽513。調(diào)整外殼504和電容性傳感器502，使得如果在外殼504之內(nèi)布置電容性傳感器502，電極512和電子組件514電連接。于是，電容性傳感器502包括用于使電子組件514與位于外殼504中的電極512接觸的觸點。
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盡管在附圖中所示的上述實施例中，線路布置在電容性傳感器中，可以電連接到控制和輸出單元，也可能將線路布置在外殼中，其中外殼包括電觸點，其中電容性傳感器包括對應的電接觸觸點，使得電容性傳感器電連接到外殼，從而可以電操作電容性傳感器。例如，可以經(jīng)由外殼中布置的線路將產(chǎn)生的電容性信號傳輸?shù)酵獠靠刂坪洼敵鰡卧?。可以通過外殼布設線路的整體或僅一部分，例如，用于在多個電容性傳感器之間建立公共參考(地)。在下文中，將參考圖7所示的流程圖示范性描述電容性感測方法的實施例。在步驟601中，將電容性傳感器可分離地封裝在外殼之內(nèi)。在步驟602中，將包括電容性傳感器的外殼附著于對象，具體而言，附著于人或動物的皮膚，在步驟603，由電容性傳感器通過外殼的接觸側對對象進行感測，具體而言，人或動物的皮膚。優(yōu)選地，在步驟603中，測量人或動物的電生理學信號。在完成測量之后，在步驟604，從對象拆開包括電容性傳感器的外殼，在步驟605， 從外殼分開電容性傳感器，以將電容性傳感器用作可重復使用的裝置并將外殼用作一次性
直ο電容性電生理學傳感器吸引人是因為其固有的舒適性。由于在皮膚和電極之間不需要傳導接觸，具體而言，電接觸，所以不再需要濕式凝膠接觸或皮膚準備。傳感器和皮膚之間的電容性耦合可以被視為并聯(lián)電容器。平行板電容器的電容C 由下式給出C= ε 0 ε rel A/d，其中ε。為真空電容率(8. 85 X 10-12F/m)，ε &為相對電容率，A為傳感器面積(典型為0. 5-4cm2)，d是“板”(身體和電極)之間的距離?？梢杂媒^緣材料填充傳感器面積A和距離d生成的體積?？梢栽趥€人健康、移動監(jiān)測、生活方式等領域中使用包括電容性傳感器和外殼的電容性感測設備。不過，也可以將電容性感測設備用于電生理學感測的更多傳統(tǒng)領域中，例如醫(yī)院中的定期患者ECG監(jiān)測。在醫(yī)院中，在不同患者身上使用時，電容性感測設備必須是清潔的。根據(jù)本發(fā)明，這是通過一次性外殼實現(xiàn)的，可以在外殼中引入可重復使用的電容性傳感器。可以將外殼的附著模塊用于在人或動物身體上精確定位電容性感測設備，用于測量電生理學信號。與用于測量電生理學信號的傳統(tǒng)電極相比，包括電容性傳感器和外殼的電容性感測設備具有如下優(yōu)點不需要使用需要時間變干的導電凝膠，也不需要對皮膚進行準備以獲得更好的電接觸。由于電容性感測設備不需要導電凝膠，所以可以防止導電凝膠導致的皮膚刺激。此外，通過像繃帶那樣的其他對象測量電生理學信號變?yōu)榭赡艿?，因為在一般使用接觸電極感測電生理學信號的領域中進行電容性感測。盡管在上述實施例中描述了圍繞元件，其中，具體而言，兩個柔性部分形成具有兩個相對定位的間隙的環(huán)，用于將電容性傳感器保持就位，可以使用外殼的任何其他(分段或不分段)設計將傳感器保持就位。盡管在上述實施例中，電容性傳感器優(yōu)選具有圓柱形形狀，電容性傳感器也可以具有另一種形狀，例如矩形形狀。然后調(diào)整外殼以順應電容性傳感器的相應形狀。盡管在上述實施例中，特定數(shù)量的電容性傳感器可以由單個外殼封裝，但外殼也可以適于包封另一數(shù)量的電容性傳感器，例如，外殼可以適于包封一個、兩個、三個或更多的電容性傳感器。
盡管在上述實施例中，接觸側包括絕緣材料，尤其是由絕緣材料制成，但接觸側也可以包括，尤其是也可以由導電材料制成。粘合劑優(yōu)選是確保良好固定到人或動物皮膚的粘合劑。不過，在目標應用是電容性傳感器通過某人的衣服或繃帶測量時，粘合劑也可以是適于粘附到其他材料(例如紡織品)的粘合劑。也可以調(diào)整外殼，使得如果感測人或動物時其連接到頭部的頭發(fā)。作為將相對電容率高的材料用于外殼接觸側的替代或補充，可以為電容性傳感器涂布高相對電容率的材料。于是，可以在電容性傳感器上涂布高相對電容率的材料作為固體絕緣涂層。電容性感測設備優(yōu)選適于用于探查電生理學領域(ECG，EMG, EEG, EOG, EHG……)。 可以使用電容性感測設備的一些范例是患者監(jiān)測儀(大部分是ECG)、EEG探查裝置(臨床)、大腦計算機接口(BCI)、用于監(jiān)測胎兒狀況或子宮行為的含傳感器的妊娠帶、監(jiān)測肌肉使用以免肌肉過載或RSI的EMG探查裝置、在體力活動/運動期間監(jiān)測ECG或EMG的裝置或基于電生理學信號解析情緒的裝置。由于電容性傳感器具有通過絕緣材料測量的獨特能力，所以出現(xiàn)了新的可能性，例如在燒傷傷口的情況下通過繃帶測量或在“智能床”上測量電生理學信號。盡管在上述實施例中，示范性地提到了電容性感測設備在醫(yī)院中的應用，但也可以在另一種環(huán)境中使用電容性感測設備，例如在家庭監(jiān)測領域中，以用戶友好方式探查身體重要信號，像ECG。盡管在上述實施例中，已經(jīng)描述了不同的外殼和電容性傳感器，但可以組合這些外殼和這些電容性傳感器的特征，例如，可以組合圖3和4所示的實施例，使得環(huán)形元件 208,213和214中的每個都能夠包封電容性感測元件的陣列。通過研究附圖、說明書和所附權利要求，本領域技術人員能夠在實踐所要求保護的本發(fā)明的過程當中理解并實施針對所公開的實施例的其他變型。在權利要求中，“包括” 一詞不排除其他元件或步驟，不定冠詞“一”不排除多個。單個單元或裝置可以完成權利要求中記載的幾項的功能。在互不相同的從屬權利要求中記載某些措施不表示不能有利地采用這些措施的組合。權利要求中的任何附圖標記不應被視為具有限制范圍的作用。
權利要求
1.一種用于對對象進行感測的電容性感測設備，包括-用于電容性地感測所述對象(3)的電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502),-用于包封所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)的外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ； 504)，其中所述外殼G ； 104 ；204 ；304 ；504)包括用于在感測期間接觸所述對象( 的接觸側(6 ； 106 ；206 ；306 ；506)，其中所述外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ；504)和所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ； 502)適于由所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)通過所述外殼(4 ； 104 ；204 ； 304 ；504)的所述接觸側(6 ； 106 ；206 ；306 ；506)對所述對象(3)進行感測，且其中所述外殼(4 ；104 ；204 ；304 ；504)和所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)能夠彼此分離，以將所述電容性傳感器O ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)用作可重復使用的裝置，并將所述外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ；504)用作一次性裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的電容性感測設備，其中所述電容性傳感器和所示外殼中的至少一個包括保持元件(7)，用于將所述電容性傳感器保持在所述外殼之內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求1所述的電容性感測設備，其中所述外殼G； 104 ；204 ；304 ；504)包括至少一個圍繞元件(8 ； 108 ；208 ；308 ；508)，所述至少一個圍繞元件布置于所述接觸側上并適于圍繞所述電容性傳感器，從而將所述電容性傳感器保持就位。
4.根據(jù)權利要求3所述的電容性感測設備，其中所述至少一個圍繞元件(8； 108 ；208 ； 308 ；508)是柔性的，用于形成夾緊機構，從而將所述電容性傳感器保持就位。
5.根據(jù)權利要求1所述的電容性感測設備，其中所述外殼O04；304)適于包封多個電容性傳感器。
6.根據(jù)權利要求5所述的電容性感測設備，其中所述外殼(204)包括用于將第一電容性傳感器保持就位的第一至少一個圍繞元件(208)和用于將第二電容性傳感器保持就位的第二至少一個圍繞元件013)，其中所述第一至少一個圍繞元件和所述第二至少一個圍繞元件布置在同一接觸側(206)上。
7.根據(jù)權利要求5所述的電容性感測設備，其中所述電容性傳感器(302)由電容性感測元件(310)的陣列形成。
8.根據(jù)權利要求7所述的電容性感測設備，其中所述外殼包括至少一個圍繞元件 (308)，用于圍繞所述電容性感測元件(310)的陣列。
9.根據(jù)權利要求1所述的電容性感測設備，其中所述接觸側(6；106 ；206 ；306 ；506)包括高相對電容率的材料。
10.根據(jù)權利要求1所述的電容性感測設備，其中調(diào)整所述電容性傳感器202 ；302 ；402 ；502)和所述外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ；504)，使得朝向所述接觸側(6 ； 106 ； 206 ；306 ；506)所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)和所述外殼(4 ； 104 ；204 ； 304 ；504)之間沒有空氣隙。
11.一種外殼，用于包封電容性傳感器以形成根據(jù)權利要求1所述的用于對對象(3)進行感測的電容性感測設備，所述外殼G ； 104 ；204 ；304 ；504)包括用于在對所述對象(3)進行感測期間接觸所述對象(3)的接觸側(6)，其中所述外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ；504)適于由所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)通過所述外殼(4 ；104 ；204 ；304 ；504)的所述接觸側(6)對所述對象(3)進行感測，且其中所述外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ；504)能夠與所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)分離，以將所述外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ；504)用作一次性裝置。
12.—種由外殼包封的電容性傳感器，用于形成根據(jù)權利要求1所述的用于對對象(3) 進行感測的電容性感測設備，所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)適于電容性地感測所述對象(3)，其中所述電容性傳感器O ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)適于通過所述外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ；504)的接觸側(6 ； 106 ；206 ；306 ；506)對所述對象(3)進行感測， 且其中所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)能夠與所述外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ； 504)分離，以將所述電容性傳感器O ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)用作可重復使用的裝置。
13.一種用于對對象進行感測的電容性感測方法，其中由電容性感測設備電容性地感測所述對象(3)，所述電容性感測設備包括用于電容性地感測所述對象(3)的電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)和用于包封所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502) 的外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ；504)，其中所述外殼(4 ；104 ；204 ；304 ；504)包括在感測期間接觸所述對象(3)的接觸側(6 ；106 ；206 ；306 ；506)，其中由所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ； 302 ；402 ；502)通過所述外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ；504)的所述接觸側(6 ； 106 ；206 ；306 ； 506)對所述對象( 進行感測。
14.根據(jù)權利要求23所述的電容性感測方法，其中在對所述對象C3)進行感測之前， 將所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)獨立包封在所述外殼(4 ； 104 ；204 ；304 ； 504)中，且其中在對所述對象C3)進行感測之后，從所述外殼G ；104 ；204 ；304 ；504)分離所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ；302 ；402 ；502)，以將所述電容性傳感器(2 ；102 ；202 ； 302 ；402 ；502)用作可重復使用的裝置并將所述外殼G ；104 ；204 ；304 ；504)用作一次性裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對對象進行感測的電容性感測設備，其中電容性感測設備包括用于電容性地感測對象(3)的電容性傳感器(2)和用于包封電容性傳感器(2)的外殼(4)。外殼(4)包括在感測期間接觸對象(3)的接觸側(6)，其中外殼(4)和電容性傳感器(2)適于由電容性傳感器(2)通過外殼(4)的接觸側(6)對對象(3)進行感測。外殼(4)和電容性傳感器(2)可以彼此分開，以將電容性傳感器(2)用作可重復使用的裝置并將外殼(4)用作一次性裝置。這樣能夠用新的未污染外殼(4)和重復使用的電容性傳感器(2)電容性地感測對象，從而處于改善的衛(wèi)生條件下。
文檔編號A61B5/0408GK102448370SQ201080023637
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權日2009年5月29日
發(fā)明者B·費德斯, L·古爾墨隆, M·穆夫塔 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司