CN101902951B - 用于测量对象的特性的装置、方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量对象(2)的特性的装置。本发明还涉及对应的方法和对应的计算机程序。该装置包括用于发射电磁波到该对象(2)和/或接收来自该对象(2)的电磁波的天线(3，4)，以测量该对象的特性，其中该天线(3，4)包括用作用于测量该对象的其它特性的电极的导电元件。

Description

用于测量对象的特性的装置、方法

技术领域

本发明涉及用于测量对象的特性的装置、方法和计算机程序。 

背景技术

US6,228,033B1公开了一种用于测量患者的三个重要的生理系统(循环、呼吸和身体水隔室)的装置和方法。更具体的，公开了用于通过组合使用生物阻抗和连续血压测量技术和可选的呼吸量测定法和/或体积描记法，连续同时/同步的并且非入侵式测量心脏泵送功能、血管系统的弹性特性、系统血管阻力、肺活量、和身体水隔室的装置和方法。该装置和方法需要大量的用于测量患者的不同特性的传感器。 

虽然一方面，它似乎是在具有大量传感器的情况下使用多种测量的合理方法，同时这可能很容易变成总体负载过重的系统。大量的传感器导致该系统的极端复杂的操作。具体而言，在个人卫生保健应用中患者没有足够的医疗或技术训练并且经常是视力受损和运动技能减弱，因此他们不能正确的使用具有这样复杂操作的系统。 

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于测量对象的特性的装置、方法和计算机程序，其减少了用于确定对象的不同特性所需要的传感器的数量。 

在本发明的一个方面，提供了用于测量对象的特性的装置，其中该装置包括用于发射用于测量对象的特性的电磁波到该对象和/或接收来自该对象的电磁波的天线；其中该天线包括用作用于测量该对象的其它特性的电极的导电元件。 

本发明基于这样的构思：因为用于发射用于测量对象的特性的电磁波到该对象和/或接收来自该对象的该电磁波的天线包括用作用于测量其它特性的电极的导电元件，该天线通过用作天线并另外用作电极能够测量对象 的不同特性，其中用于确定对象的特性的传感器的数量减少了。 

对象的特性例如能够被看作为对象的特征或状况。对象的特性例如是类似心电图的电生理特性，该电生理特性优选地通过使用用作电极的导电元件来测量。其它特性例如是对象(优选是心脏)的机械活动，特别是运动，并且这优选地通过发射电磁波到该对象和接收来自该对象的电磁波来测量。 

该装置可以包括一个或多个天线，该天线包括用作电极的导电元件。利用几个导电元件作为电极，多个天线的使用允许测量其它特性，特别是电生理特性，例如通过执行阻抗心动描记法或生物阻抗测量法。而且，例如，天线中的一个能够发射电磁波，其中另一个天线能够接收从对象反射的电磁波。 

导电元件优选是金属板。因为该导电元件优选是金属板，所以该导电元件能够用于贴片天线或者贴片天线的一部分，即该天线优选是贴片天线，其中该贴片天线的金属板优选用作电极，用于测量(特别是同时测量)对象的特性，尤其是电生理特性。 

优选地，导电元件适于心电图测量。 

更优选地，所述对象是运动对象，其中，天线适于发射电磁波，该电磁波可被运动对象反射，并且其中该天线适于接收从该运动对象反射的电磁波。这允许根据从运动对象反射的电磁波来确定对象或者对象的一部分的运动。该对象优选是人类心脏，其中电磁波从人类心脏的壁反射，特别是从该壁的一部分反射。这样，优选地在测量心电图的同时确定人类心脏的壁的运动。因此通过测量人类心脏的运动可以确定心肌的电刺激(心电图)和该刺激至机械活动的转换。这样，能够通过该优选实施例的装置来确定心脏的电刺激和对该电刺激的机械反应，特别的该装置具有单一传感器。特别的，可以确定心肌多快地对电激励作出机械响应，这对于非入侵式的无箍带血压测量和用于确定动脉硬化是重要的。 

在优选实施例中，该装置包括多个天线，其中该多个天线中的至少一个适于发射和/或接收在一频率的电磁波，该频率不同于该多个天线中的另一个的电磁波的频率。这允许同时操作各天线。 

优选地，该装置包括运动确定单元，用于利用多普勒效应，根据所接 收的从运动对象反射的电磁波来确定指示该对象的运动的运动信息。这允许精确地并且以低的计算工作量来确定指示该对象的运动(特别是，对象本身的运动)的运动信息。 

该装置优选地包括适于形成一束电磁波的几个天线，尤其是通过使用天线相控阵来形成该一束电磁波。这允许将电磁波引导到这样的区域中：电磁波将要被传送到该区域或者从该区域中被接收。此外，该天线对特定的方向敏感，同时抑制来自其它方向的输入信号。因此，如果例如使用可调移相器，则可以扫描给定区域以寻找输入信号，而不必机械移动天线。 

更优选地，该对象是位于外部对象内的内部对象，其中，天线附着于外部对象的表面，用于防止在该表面，特别是患者的皮肤，与天线之间的相对运动。特别的，该导电元件附着于作为外部对象的患者的表面，特别是皮肤。例如，天线，特别是导电元件，能够粘附至该外部对象的表面，以便粘性地将天线附着于外部对象的表面。这保证在该表面和天线之间没有相对运动。特别是，如果利用多普勒效应来确定内部对象，特别是心壁的机械运动，则在外部对象的表面和天线之间的相对运动能够使由该天线接收的电磁波失真，这是因为电磁波通常也在该表面上反射，这可能引起附加的多普勒相移。 

优选地适配导电元件和/或天线使得可通过由导电元件检测具有一频率的电信号来测量对象的其它特性，特别是电生理特性，所述频率不同于由天线发射和/或接收的电池波的频率。特别的，电磁波的频率比用于测量其它特性，特别是电生理特性的电信号的频率高几个数量级。因此，导电元件用作电极的其它测量的电信号，特别是电生理测量的电信号，和天线的电磁波的电信号能够容易地被分离，例如通过使用滤波器，并且能够同时执行其它测量(特别是电生理测量)和使用电磁波的测量，该使用电磁波的测量特别是例如对象的壁(特别是壁的一部分)的运动的机械特性的测量。 

优选地，该对象是患者的心脏，该患者特别是人类患者或动物患者，其中该装置包括特性确定单元，用于基于由用作天线中的至少两个的电极的导电元件测量的心电信号并且基于由该至少两个天线发射到对象和从该对象接收的电磁波确定的心脏的机械活动，确定血压和/或动脉硬化。这允 许非入侵式和优选无箍带地确定血压和/或动脉硬化。 

在本发明的另一个方面中，提供了用于测量对象的特性的方法，其中使用用于测量对象特性的装置，该装置包括天线，该天线包括导电元件，其中由用于测量对象的特性的天线向该对象发射电磁波和/或接收来自该对象的电磁波，其中通过使用作为电极的导电元件来测量对象的其它特性。 

在本发明的另一个方面中，提供了用于测量对象的特性的计算机程序，其中该计算机程序包括程序代码模块，用于引起计算机执行如权利要求11所述的方法的步骤，其中该计算机程序运行在控制如权利要求1所述的装置的计算机上。 

应该理解，权利要求1所述的装置，权利要求11所述的方法和权利要求12所述的计算机程序具有相似和/或相同的优选实施例，特别是如从属权利要求中所述的那些实施例。 

应该理解，本发明的优选实施例还可以是从属权利要求与各个独立权利要求的任意组合。 

附图说明

根据参考下面描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的。在附图中： 

图1示意性和示例性地示出了用于测量对象的特性的装置； 

图2示意性和示例性地示出了包括导电元件的天线； 

图3示意性和示例性地示出了单一矩形贴片天线的主瓣； 

图4示意性和示例性地示出了相控阵天线的工作原理； 

图5示意性和示例性地示出了两个贴片天线、对象和装置的电磁波产生和信号处理单元； 

图6示意性和示例性地示出了多普勒雷达信号；以及 

图7示出了示例性地图示说明用于测量对象的特性的方法的流程图。 

具体实施方式

图1示意性和示例性地示出了用于测量对象的特性的装置1。在本实施例中该装置1包括附着于外部对象8的两个天线3、4，内部对象2位于该 外部对象8内。在图1中，仅仅示意性示出了内部对象2和外部对象8。该外部对象8优选是具有心脏2的患者。该天线3、4优选地附着于外部对象8的表面，特别是人类患者的皮肤，以使天线3、4不会相对于对象8的表面移动，但是内部对象2，特别是患者的心脏仍然可以关于天线3、4的位置移动。 

在本实施例中天线3、4是贴片天线。在图2中示意性和示例性地示出贴片天线3。在本实施例中，贴片天线3和贴片天线4具有相同的结构。在另一个实施例中，不同的天线可以具有不同的结构。例如，采用不同的天线以提供不同的操作频率，使得例如通过使用滤波单元将不同天线的电磁波分离开。 

参考图2，贴片天线3包括导电元件21，在本实施例中该导电元件21是金属板。导电元件21附着于具有介电常数ε_r的非导电的电介质基片23。导电元件21优选地粘附至基片23。接地板22布置在该基片23的一侧上，导电元件21位于与该侧相对的一侧面。优选地，接地板22也粘附在基片23上。 

优选地，在测量内部对象2的特性期间，导电元件21接触外部对象8，特别是患者的皮肤，其中导电元件21用作用于电生理测量的电极。此外，贴片天线3、4适于发射电磁波到内部对象2和/或接收来自该内部对象2的电磁波。 

在优选实施例中，适配贴片天线3、4以使得他们具有适合于研究心脏机械活动的操作频率。这样的操作频率优选是在2-3GHz的范围内的频率，更优选在2.4-2.6GHz的范围内的频率，并且优选是2.45GHz的频率。 

为了适配贴片天线3、4，优选使用下面的等式： 

$W=\frac{1}{2\·f_r\·\sqrt{{\mathrm{\μ}}_0\·{\mathrm{\ϵ}}_0}}\·\sqrt{\frac{2}{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}}=\frac{v_0}{2\·f_r}\·\sqrt{\frac{2}{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}}---\left(1\right)$

在等式(1)中，W表示导电元件21的宽度，f_r表示贴片天线3、4的操作频率，v₀表示真空中的光速。一旦计算出宽度W，就可以借助下面给出的等式来确定导电元件21的合适长度。实际上，导电元件21的长度实质上长于物理尺寸，这是由于在贴片的边缘处的场线的弯曲而发生的效应。为了将这一点计入考虑，优选根据下面的等式来确定贴片天线3、4的有效 介电常数或电容率： 

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{reff}}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}{2}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r-1}{2}\·{(1+\frac{12\·h}{W})}^{-\frac{1}{2}}---\left(2\right)$

其中h是基片23的高度。 

导电元件21的实质变长ΔL可以通过使用下面的等式来确定： 

$\frac{\mathrm{\ΔL}}{h}=K\·\frac{({\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{reff}}+c_1)\·(\frac{W}{h}+c_2)}{({\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{reff}}-c_3)\·(\frac{W}{h}+c_4)}---\left(3\right)$

其中c₁...c₄和K是常数。这些常数优选具有下面的值：c₁＝0.3，c₂＝0.264，c₃＝0.258，c₄＝0.8和K＝0.412。这些常数优选地是在实验中以经验确定的。关于等式(3)的更多详情，可以参考Constantine A.Balanis的“Antenna theory-Analysis and Design”，出自John Wiley & Sons，公司的1997年第二版，其通过全文引用并入本文。 

最后，导电元件21的物理长度L能够通过下面的等式来确定： 

$L=\frac{1}{2\·f_r\·\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{reff}}}\·\sqrt{{\mathrm{\μ}}_0\·{\mathrm{\ϵ}}_0}}-2\mathrm{\ΔL}---\left(4\right)$

例如，如果操作频率是2.45GHz，如果基片23的高度是3mm并且如果基片23的介电常数或电容率是4.2，可以计算出该导电元件21的长度是29mm和宽度是38mm。这大约是标准的心电描记术电极的尺寸。 

通过使用具有高电容率或介电常数ε_r的基片23来容易地减小导电元件21的尺寸。 

图6示意性和示例性地示出了在任意单元中由贴片天线3接收的相对于时间的信号25(多普勒雷达信号)。 

在采集该信号25期间，贴片天线附着于患者的赤裸的胸膛。 

图3示意性和示例性地示出了单一矩形贴片天线3或4的辐射图案的主瓣40。该主瓣40基本上是对称的。在该实施例中，该贴片天线位于x-y平面内并且该主瓣从该平面垂直地突出。 

图4示意性和示例性地示出了阵列配置27，该阵列配置27包括几个贴片天线3，特别地，包括6个贴片天线3。适配该贴片天线3以使得其产生基本上聚焦的主瓣，其中存在几个小的旁瓣，但是其中大部分辐射集中在 主瓣中。 

优选地，适配贴片天线3的阵列配置从而使得其可以在不同方向摆动主瓣。这优选通过在几个贴片天线3(相控阵)的馈送线中引入可调相位延迟来获得。对于波束形成可以使用不同的相位延迟。 

使用移相器34将相移 

引入到发射器的激励信号35中，能够在不同方向上引导主瓣。该激励信号35被输入到移相器34中。移相器34移动激励信号35的相位以使得由贴片天线3发射的辐射的辐射方向36指向期望的方向。用33指示经相移的信号。通过修改相移 

辐射32即从贴片天线3得到的波前能够在期望的方向上发射。例如，修改相移 从而使得辐射32摆动。在用这样的天线阵列配置接收电磁波时，使用不同相移 

导致天线配置对特定方向敏感，同时抑制来自其他方向的输入信号。因此，如果使用电子的可调移相器34，可能扫描输入电磁波的给定区域而不必机械地移动天线阵列配置。 

再次参考图1，将贴片天线3、4连接到电磁波产生和信号处理单元5，其中在图5中示意性和示例性地且更详细地示出了该电磁波产生和信号处理单元5的实施例。 

电磁波产生和信号处理单元5适于产生电磁波，该电磁波通过贴片天线3、4被发送到对象中，并且还通过贴片天线3、4接收从对象反射的电磁波。此外，电磁波产生和信号处理单元5适于接收来自贴片天线3、4的导电元件21的信号，其中该导电元件21用作为电极。在本实施例中，电磁波产生和信号处理单元5处理从贴片天线3、4接收的信号，特别是来自贴片天线3、4的导电元件21的信号，使得可以确定对象的电生理特性和机械特性。 

在图5中，贴片天线3、4附着于患者8以用于确定心脏2的特性。贴片天线3、4连接到电磁波产生和信号处理单元5。 

贴片天线3连接到电磁波产生和信号处理单元5的电容器9和低通滤波器11。该电容器9还连接到电磁波产生和信号处理单元5的发射器13和接收器14。电磁波产生和信号处理单元5还包括：混频器16，用于将来自发射器13和接收器14的信号混合；和低通滤波器15，用于对经混合的信号低通滤波。该经混合和低通滤波的信号具有频率f_{多普勒，A}，该频率能够由 下面的等式来描述： 

在等式(5)中，f_0，A是由发射器14通过贴片天线3发射到患者8的电磁波的频率，v_A表示心壁的一部分的运动的速度，频率为f_0，A的电磁波从心壁的该部分反射。 

该混频器将所发射信号乘以所接收信号。特别地，具有不同频率的两个信号的相乘例如可以由下面的等式描述： 

$\sin \left(f_x\right)\·\sin \left(f_y\right)=\frac{1}{2}\·(\cos (f_x-f_y)-\cos (f_x+f_y))---\left(6\right)$

其中f_x和f_y是不同的频率。因此，混合的结果是具有两个分量的信号，一个分量具有差频率f_x-f_y，另一个分量具有和频率f_x+f_y。低通滤波器去掉具有和频率的分量。这意味着如果反射电磁波的对象没有移动，则没有多普勒频移，即在两个混合的信号之间没有频率差，因此在低通滤波器的输出处是零。如果对象确实移动了，则存在多普勒频移，即频率差，因此在低通滤波器输出处有信号。 

将具有多普勒频率f_{多普勒，A}的经混合和低通滤波的信号提供给装置1的运动确定单元7以用于确定指示对象运动的运动值。在该实施例中，运动确定单元7适于观察这些运动值。例如，运动确定单元7能够通过使用等式(5)计算心壁的一部分的运动的速度v和观察该速度，特别是和从电磁波产生和信号处理单元5接收的经混合和低通滤波的信号一起观察。在该实施例中，运动确定单元7从两个贴片天线3、4分别接收两个经混合和低通滤波的信号，这两个信号分别具有多普勒频率f_{多普勒，A}和f_{多普勒，B}。在该实施例中，对于贴片天线3、4中每一个，通过移动确定单元7确定心脏2的壁的一部分的速度并且与相应的经混合和低通滤波的信号一起观察该速度。 

图6示意性和示例性地示出了多普勒雷达信号25，其可以是下面进一步描述的低通滤波器15或低通滤波器19的输出。可以看出人类心脏的机械活动，因为如果没有心脏的机械活动，则信号25将基本上是水平线。然而，因为心脏是跳动的，在每一次心跳处在信号25中出现峰值。 

电磁波产生和信号处理单元5还包括第二电容器10，其连接到贴片天 线4和电磁波产生和信号处理单元5的发射器17和接收器18。来自发射器17和接收器18的信号被混频器20混合并被低通滤波器19低通滤波。经混合和低通滤波的信号具有多普勒频率f_{多普勒，B}并且被提供给运动确定单元7。通过下面的等式描述该多普勒频率f_{多普勒，B}： 

在等式(7)中，f_0，B表示发射器17的频率，并且v_B表示心脏2的壁的一部分的运动速度，发射器17通过贴片天线4发射的电磁波在心脏2的壁的该部分被反射。 

使用发射器13、电容器9和贴片天线3将具有频率f_0，A的电磁波发射到患者8体内。人类心脏2的壁的一部分反射该电磁波，并且使用贴片天线3和电容器9由接收器14接收反射的电磁波，该反射的电磁波优选具有频率f_0，A±f_{多普勒，A}。对应地，发射器17通过电容器10和贴片天线4发射具有频率f_0，B的电磁波到患者8体内，在患者8体内该电磁波被心脏2的壁的一部分反射。优选地，假设该反射的电磁波具有频率f_0，B±f_{多普勒，B}。由接收器18通过贴片天线4和电容器10接收反射的电磁波。 

电磁波产生和信号处理单元5还包括用于对心电信号低通滤波的低通滤波器11，其中该低通滤波器11耦合在电容器9和贴片天线3之间以及电容器10和贴片天线4之间。这种方法阻止了借助天线3、4发射和接收的高频来侵袭心电图放大器12。包含在电磁波产生和信号处理单元5中的该放大器12放大从低通滤波器11接收的经低通滤波的心电信号。提供该经低通滤波和放大的心电信号ECG_输出给观察单元6以用于显示该心电信号。 

优选地使用装置1以使得贴片天线3、4的导电元件21用作心电电极，并且使得该贴片天线3、4都用于发射出和接收电磁波，其中两个贴片天线3、4优选以不同频率操作，使得它们能够同时操作。然而，以时分多路复用模式运行贴片天线3、4，使得在每次仅仅操作一个天线也是可能的。此外，能够适配装置1使得仅天线3、4中的一个发射电磁波而天线3、4中的另一个接收从对象特别是心脏2的壁的一部分反射的电磁波。 

对于正如后面描述的射血前期的确定，仅仅需要一个表示机械的心脏运动的信号，即，其足以操作两个电极中的仅一个作为天线。 

在放大器12前面的低通滤波器11去掉高频分量。补充的，电容器9 和10表示高通滤波器，其使得仅仅电磁波的高频能够通过。以这种方式，能够分离两个测量形态的信号。 

通过使用装置1，能够同时确定对象2的心电图和关于机械活动的信息，特别是患者8的心脏2的心电图和机械活动的信息。在患者的胸膛上的贴片天线3、4同时操作为心电图电极和用于发射和接收电磁波的天线。 

在图1和8中，两个贴片天线3、4每个都具有用作电极的导电元件21，这两个天线3、4用于测量心电图。然而，为了测量心电图或执行其他生理测量，可以使用其它数量的天线。例如临床的12导线的心电图需要在患者身体上的10个电极。在这种情况中，优选使用包括用作电极的导电元件的10个天线。 

在上述的实施例中，使用矩形贴片天线。但是，在其他实施例中，可以使用其它类型的贴片天线或其他类型的天线，这些天线包括用作用于电生理测量的电极的导电元件。例如，使用环形贴片天线，如在“Microstrip andPrinted Antenna Design”，Randy Bancroft，ISBN：1884932-58-4，Publisher：Noble-SciTech，2004中所描述的。 

装置1还包括特性确定单元36，其连接到观察单元6和运动确定单元7。特性确定单元36适于确定对象的特性，特别是适于基于由导电元件21测量的心电信号和心脏的机械活动，来确定血压和/或动脉硬化，其中该导电元件用作两个贴片天线3、4的电极，该心脏的机械活动是根据由两个贴片天线3、4发射到对象和从该对象接收的电磁波所确定的。 

下面，参考图7示出的流程图来描述测量对象的特性的方法的实施例。 

在步骤101中，通过使用贴片天线3、4的导电元件21来测量心电图，并且同时，发射器13、17通过该贴片天线3、4发射电磁波到患者8的心脏2，其中从该心脏2的壁的一部分反射的电磁波由接收器14和18通过贴片天线3、4接收。 

在步骤102中，由贴片天线3、4的导电元件21接收的心电信号被低通滤波器11低通滤波并且被放大器12放大，并且被提供给观察单元6。另外，在每一情况中，与由相应的发射器13和17通过贴片天线3、4发射的电磁波相对应的信号、和与被反射并分别由接收器14和18通过贴片天线3、4接收的电磁波相对应的信号，被相应的混频器16和20进行混合并且由相 应的低通滤波器15和19进行低通滤波。所得的分别具有多普勒频率f_{多普勒，A}和f_{多普勒，B}的信号被提供给运动确定单元7。 

在步骤103中，运动确定单元7根据从电磁波产生和信号处理单元5接收的信号来确定关于对象的运动的信息，特别是关于心壁运动的信息。 

特别地，如果从电磁波产生和信号处理单元5接收的信号(其中这些信号之一能够例如看起来像图6中示出的信号)基本上是平直的线，则基本上不存在人类心脏的运动。信号中的峰值表示心跳。因此，运动信息优选是信号的峰值的时间位置，即心跳的时间位置。这些峰值优选表示心脏的机械活动。 

在步骤104中，用于确定对象的特性的特性确定单元36确定诸如血压的特性，该确定特别是基于所谓的脉冲渡越时间进行的。因为同时测量心脏2的电(心电图)和机械活动，其中使用单一传感器即一个贴片天线来测量电和机械活动，所以特性确定单元36可以确定心肌需要用来机械地响应电刺激的时间。基于脉冲渡越时间的测量，该反应时间可以被用于非入侵式的无箍带的血压测量。 

脉冲渡越时间是从脉冲波在心脏处启动开始直到其达到身体的某一部分例如手指时的时间段。脉冲渡越时间取决于几个生理参数，其中这些生理参数之一是血压。因此，如果其它生理参数已知，通过测量脉冲渡越时间，就可能计算当前的血压。因此特性确定单元36能够适配于非入侵式且无箍带地确定当前血压。 

特别地，将在表示心脏的机械活动的雷达信号中出现峰值的时刻与在心电图信号中出现峰值的时刻相比较。心电图是心脏的电刺激，所以其总是开始于心电图中的峰值。随后经过一段时间直到心肌对该刺激反应并且开始收缩。因此心脏开始建立压力，但是起初什么都不发生，这是因为动脉系统中的压力较高。仅仅在心肌越来越收缩的一段时间之后，心脏的内部压力非常高以致使它最终超过了动脉压力，然后心瓣打开并且发生机械运动。因此在心电图中的峰值和表示机械活动的雷达信号中的峰值之间存在显著延迟，该时间差被称为“射血前期”。这两个信号被同时测量。探测在心电图和雷达信号二者中的峰值并且计算该时间差(射血前期)。 

通过确定心电图中的峰值作为心脏处的脉冲波的开始点，并通过测量 (特别是光学地测量)脉冲波的到达时间，例如到达手指尖，可以根据脉冲渡越时间来确定血压。血压越高，从心脏到达手指的行进时间越短。 

通常，心电图中的峰值不表示脉冲波在心脏处的真实的开始时间，这是因为上面解释的射血前期的缘故。这可以通过下面的等式来表示： 

PAT＝PEP+PTT                                     (8) 

其中脉冲到达时间PAT是射血前期PEP+脉冲渡越时间PTT(例如从心脏到达手指的行进时间)。 

可以如在步骤101中执行的那样，通过同时观看心脏的电刺激和其机械响应，确定射血前期。 

这样，优选地在步骤104中确定和使用射血前期PEP以便借助于测量PAT来提供精确的血压指示，也优选在步骤101中测量PAT，但是在其他实施例中也能够在执行步骤101之前或之后测量PAT。 

如果PAT和PEP已知，可以根据等式(8)计算PTT，并且根据PTT，例如使用校准等式来得出血压BP： 

$\mathrm{BP}=A\·\frac{1}{\mathrm{PTT}}+B---\left(9\right)$

血压BP与PTT成反比，并且A和B是校准因子。该血压确定法在下面的参考资料中更详细的描述：Muehlsteff，J.；“Aubert，X.L.；Schuett，M.的“Cuffless Estimation of Systolic Blood Pressure for Short Effort Bicycle Tests：The Prominent Role of the Pre-Ejection Period”；Engineering in Medicine andBiology Society，2006.EMBS apos；06.28th Annual International Conferenceof the IEEE，Aug.2006 Page(s)：5088-5092，该参考资料通过全文引用并入本文。 

这样，优选在步骤101中，同时测量心电图和机械心脏活动。 

然后，在步骤102之后，在步骤103中确定雷达信号中的峰值作为关于心脏的运动的信息。 

在步骤104中，确定心电图中的峰值并且计算在心电图中的峰值和在雷达信号中的峰值之间的时间差，这就是射血前期PEP。使用等式(8)计算从心脏到手指的脉冲波的真实行进时间，即脉冲渡越时间并且使用等式(9)将其转换成血压.，其中为了计算脉冲渡越时间，执行附加测量，特别 是附加光学测量，例如在手指尖处执行该附加测量，以探测手指中脉冲波的达到。优选在步骤101中执行这种测量。 

如上面提及的，通常假设在心电图中的峰值是脉冲波在心脏开始的时刻。然而，由于心肌需要一个反应时间来响应电刺激，所以这不是真实的。在心电图中的峰值和脉冲波的实际开始之间的时间被称为射血前期。这样，优选地，通过使用心电图测量的脉冲渡越时间不得不通过减去射血前期来校正，以便根据使用脉冲渡越时间的进一步计算来获得更精确的血压值。在一个实施例中，估计射血前期并且减去该估计的射血前期。但是，更优选地，如上面已经提及的，由特性确定单元36确定射血前期，特别是对于每一次心脏跳动确定射血前期，以便提高脉冲渡越时间的精确性，以及由此确定的当前血压的精确性。 

尽管在上面描述的实施例中，使用天线3、4的导电元件21来测量心电图，在其它实施例中，可以执行使用电极的任何其它电生理测量，其中电极是天线的导电元件，该其它电生理测量例如特别是阻抗心动描记法或生物阻抗测量，以便获得附加的生理信息而不必使用附加传感器。 

通过使用本发明的实施例，可以在单一传感器中组合两个补充测量形态，其中可以同时使用两个测量形态。而且，可以增强采用在皮肤上的电极的电生理测量，尤其是在没有附加的体上传感器的情况下。另外，如果在心电图测量机构中使用具有导电元件的天线，其允许捕获心脏性能的完整描绘，即心脏的电刺激和机械活动，并且使得能够进行非入侵式的无箍带血压测量和动脉硬化确定。而且，可以改善患者在个人健康护理设施方面的处理和简易使用并且简化测量系统，减小患者在个人健康护理设施中的错误使用的风险。而且，通过节省传感器和附件，降低了系统成本。 

动脉硬化是继血压之后的影响PTT的参数之一。在上述等式(9)中，动脉硬化包含在校准因子A和B中。虽然血压能够快速变化，但动脉硬化是恒定的。这有时候被用作为动脉“年龄”的指标，这是因为我们变老的同时动脉变硬。因此，在一个实施例中，借助其它方法来确定当前血压，例如血压箍带，然后使用测量的PTT，根据等式(9)来计算动脉硬化的指标。这将在例如下面的参考资料中被更详细的描述：“Arterial StiffnessEstimation in Hypertension”，Juan Du，Gangmin Ning，Yingqi Li，Xiaoxiang Zheng，Engineering in Medicine and Biology Society，2005，IEEE-EMBS 2005.27th Annual International Conference of the Volume，Issue，2005，Page(s)：5507-5510，该参考资料通过全文引入并入本文。 

优选地，电磁波的频率远高于通常的心电图带宽(0.67Hz...150Hz)，即电磁波的频率优选比电生理测量的频率高一个或几个数量级，其中电生理测量使用导电元件作为电极。这允许借助于滤波器容易地将两个测量值分离开。 

在对象上尤其是在心脏的壁上反射的电磁波承载了关于该对象的机械活动的信息，特别是承载了心脏的机械活动的信息。在下面的等式中，Θ_k(t)是由具有相关速度分量v_k(t)的反射表面引起的随时间变化的相位， 

是传感器-反射器的距离。 

${\mathrm{\Θ}}_k\left(t\right)=\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}(\underset{0}{\overset{t}{\∫}}{v}_k\left(t^{\′}\right){\mathrm{dt}}^{\′}+{\mathrm{\Ξ}}_k)---\left(10\right)$

等式(10)能够用于确定关于机械活动的信息。这种机械活动的确定在下面的参考资料中更详细的描述：J.A.J.Thijs，J.Muehlsteff，R.Pinter，“The use of a two channel Doppler Radar Sensor for the characterization ofheart motion phases”，IEEE EMBC 2006，其通过全文引用并入本文。 

尽管在上述的实施例中，对象优选是人类患者体内的人类心脏，但是在其他实施例中，测量对象的特性的装置、方法和计算机程序能够适配于测量动物的特性，特别是动物的一部分的特性。例如使用天线来测量动物的心脏的机械活动并且天线的导电元件能够用作用于测量该动物的心脏的心电图的电极，其中优选使用两个天线，每个天线都包括用作电极的导电元件。 

本领域的技术人员可以理解和实现对上述实施例的其它变化，并且根据对附图、公开内容和随属的权利要求的研究可以实现请求保护的本发明。 

在权利要求书中，单词“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。 

单一处理器或其他单元可以实现在权利要求书中叙述的多个项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述了特定措施这一仅有事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。 

使用任何其它数量的单元或装置能够执行通过一个或几个单元或装置执行的确定和计算，例如使用电生理测量的结果和使用电磁波的测量的结果来确定关于对象的运动的信息或确定对象的特性。例如，通过单一单元或其它数量的单元可以执行运动确定单元7的功能、特性确定单元36的功能和优选的观察单元6的功能。利用根据本发明的方法的计算、确定和/或装置的控制可以被实施为计算机程序的程序代码模块和/或专用硬件。 

计算机程序可以存储或分布在合适的介质上，例如光学存储介质或与其它硬件一起或作为其它硬件的一部分提供的固态介质，但是也可以以其它形式分布，例如通过因特网或其它有线或无线电信系统。 

在权利要求书中的任何参考标号都不应该被解读为对本发明的范围的限制。 

Claims (9)

1.一种用于测量对象(2)的特性的装置，其中，所述装置包括：

至少一个贴片天线(3，4)，所述贴片天线(3，4)用于发射电磁波到所述对象(2)和从所述对象(2)接收电磁波以利用多普勒效应测量所述对象的运动，其中，所述至少一个贴片天线(3，4)包括用作用于测量所述对象的其他电生理特性的电极的导电元件(21)；以及

运动确定单元(7)，所述运动确定单元(7)用于利用多普勒效应，根据所接收的从所述对象反射的电磁波来确定指示所述对象(2)的运动的运动信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电元件(21)是金属板。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电元件(21)适于心电图测量。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括多个所述贴片天线，其中，所述多个所述贴片天线中的至少一个适于发射和/或接收在一频率的电磁波，所述频率不同于所述多个贴片天线中的另一天线的电磁波的频率。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括适于形成一束所述电磁波的几个所述贴片天线，特别地，所述一束所述电磁波是通过使用所述贴片天线的相控阵来形成的。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述对象包括患者的心脏并且所述至少一个贴片天线可附着于所述患者(8)的表面以防止所述表面和所述贴片天线之间的相对移动。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，适配所述导电元件和/或所述贴片天线使得所述对象的所述其他电生理特性可通过由所述导电元件探测具有一频率的电信号而测量，所述频率不同于由所述贴片天线发射和/或接收的所述电磁波的频率。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述对象(2)包括患者的心脏，其中，所述装置包括至少两个贴片天线，和特性确定单元(36)，所述特性确定单元(36)用于基于由所述导电元件(21)测量的心电信号并且基于由所述至少两个贴片天线发射到所述对象和从所述对象接收的电磁波确定的所述心脏的运动，来确定血压和/或动脉硬化。

9.一种用于测量对象(2)的特性的方法，其使用包括至少一个贴片天线(3，4)并包括运动确定单元(7)的装置，所述至少一个贴片天线(3，4)包括导电元件(21)，所述运动确定单元(7)用于利用多普勒效应，根据所接收的从所述对象反射的电磁波来确定指示所述对象(2)的运动的运动信息，

其中，由用于利用多普勒效应测量所述对象的运动的所述贴片天线(3，4)向所述对象(2)发射电磁波和从所述对象(2)接收电磁波，并且其中，通过使用作为电极的所述导电元件(3，4)来测量所述对象的其他电生理特性。

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