CN102427764A - 心率测量设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种心率测量装置和方法，其适于测量受试者(6)的心率和/或心率变化。心率测量装置(1)包括适于承载躺在或靠在其上的受试者(6)的身体部分的一部分的支架(2)，以及可操作地连接到支架(2)的运动传感器(4)，其中该支架(2)适于在相对于地面(7)的水平方向上至少部分可移动，该运动传感器(4)适于测量由受试者(6)至少部分在水平方向上的运动产生的信号。以此方式，获得适于测量受试者的心率和/或心率变化的可靠信号，且同时保持实施成本低。

Description

心率测量设备
技术领域
本发明涉及心率测量领域，并且特别涉及以无强迫性的方式测量心率和/或心率可变性。
背景技术
文献US 2008/0077020 A1描述了一种利用冲击描记图(ballistograph)监测例如心肺活动的生命体征的方法和装置。该方法和装置被用于监测睡在婴儿床中的婴儿、医院里的患者、在家或在专业护理中心的患有慢性病的人或者老年护理设施里的人。
心脏活动是人类或动物的最重要生命体征之一。在下文中，受试者包括例如幼儿或新生儿的人类以及动物。在该说明书中，主要关注于新生儿。然而，本发明的构思适用于所有人类或动物。心率(简称HR)以及心率变化或心率可变性(简称HRV)已经变成生理学和心理学的感兴趣话题。这两个值对于监测生命体征具有特殊意义。HRV归因于分别减少和增加HR的副交感神经系统(简称PNS)与交感神经系统(简称SNS)之间的平衡。
冲击描记方法的原理是基于运动传感器的，该运动传感器被放置或定位在躺着的人的床垫下方以便监测那人的运动，特别是在相对于固定地面的垂直方向上的运动。
然而，使用冲击描记方法是有问题的，因为此类方法主要测量在相对地面的垂直方向上取向的作用力。但是由受试者的身体(优选人类的身体)中的主动脉弓脉冲引起的作用力主要在相对地面的水平方向上取向。
除了冲击描记方法，使用电极也是已知的。用电极测量心脏活动的这一替代方案是有强迫性的，特别是对于新生儿、幼儿或小孩来说，因为必须使小孩易于朝向其父母以改善亲子接触或者必须使例如在医院工作的医生或护士的护理者易于接近小孩。毫无疑问，小孩的皮肤是非常薄和脆弱的，并且可能被移除电极所伤害。另一方面，此类系统是稳健的且能够在干扰性运动伪影之中检测HR，并且该系统在卫生方面易于维护。
然而，仍存在克服现有技术的问题的需求，特别是当测量新生儿的HR或HRV时。
发明内容
本发明的目标是提供一种以可靠且无强迫性的方式测量心率和/或心率变化并且同时保持低的实施成本的可能性。
这一目标通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中限定优选实施例。
根据本发明的第一方面，这一目标通过一种心率测量装置来实现，该心率测量装置适于测量受试者的心率和/或心率变化，其包括适于承载躺在或靠在其上的受试者的身体部分的一部分的支架，以及可操作地连接到支架的运动传感器，其中该支架适于在相对于地面的水平方向上至少部分可移动，并且该运动传感器适于测量由受试者至少部分在水平方向上的运动产生的信号。
本发明的构思是利用运动传感器感测或测量主动脉弓脉冲在相对于地面或相对于受试者的纵向方向的水平方向上而不是在垂直方向上的作用力。因此，以适于获得可靠信号的新的方式应用冲击描记图，可从该可靠信号提取关于心脏活动的信息，诸如HR和/或HRV。
应注意，术语“身体部分”指的是受试者的主体的一部分，例如受试者的完整身体、上半部分身体和/或四肢。该受试者可以是人类，诸如新生儿，或动物。术语“受试者的运动”指的是该身体部分的运动，诸如完整身体、胸部和/或四肢的运动。
运动传感器适于测量由受试者至少部分在水平方向上的运动产生的信号的特征意味着该运动至少是在平行于放置支架的地面的方向上测量的，其中除了其在水平方向的分量外，该运动还可以包括在相对于地面的垂直方向上的分量。因此，组合的水平和垂直运动也可以被测量并且从属于本发明。
测量由具有水平分量的受试者运动产生的信号是有利的，因为对于躺着的人，由主动脉弓脉冲引起的作用力通常朝向分别相对于地面和相对于支架的纵轴的水平方向。
优选地，运动传感器对应于例如加速度计的电学运动传感器、机械运动传感器和光学运动传感器之一。
根据本发明的优选实施例，该心率测量装置还包括可操作地连接到运动传感器的监测单元，其中该监测单元适于接收来自运动传感器的信号并且适于从该信号产生关于受试者的心率和/心率变化的信息。优选地，该监测单元适于将关于受试者的心率和/心率变化的信息传递给用户。该监测单元优选包括适于显示关于HR和/或HRV的信息的显示单元。
值得注意的是，术语“将关于受试者的心率和/心率变化的信息传递给用户”意味着例如受试者自身或例如医生或护士的不同于受试者的人员的用户通过观察监测单元所包括的显示单元来获知HR和/或HRV的状态，该显示单元适于显示该信息。
根据本发明的另一优选实施例，该运动传感器对应于电学运动传感器，其包括具有形成在第一电极与第二电极之间的电容的电容器，该第一电极相对于地面固定并且该第二电极相对于支架固定。
优选通过第一电极与第二电极之间的相对位置来确定电容的变化，该变化与等于HR和/或HRV的速率成比例。优选地，心率测量装置的输出信号包括具有与HR和/或HRV成比例的频率的信号。根据本发明的又一优选实施例，该电容器被振荡器电路所包括，该振荡器电路的输出是经心率调制的频率信号。优选地，振动器的输出是二进制信号。以此方式，该输出直接处于数字域且不需要模数转换器(ADC)。冲击描记信号是通过检测频率调制而获得的，并且通过确定其频率来获得心率。如果输出不是二进制信号，则心率测量装置优选包括模数转换器，其适于将模拟输出信号转换成数字输出信号，优选转换成二进制输出信号。
根据本发明的再一优选实施例，该心率测量装置还包括适于确定受试者在至少部分垂直于地面的方向上的作用力和/或重量的量器(scale)。根据又一优选实施例，提供悬挂单元，其适于允许支架至少部分在水平方向上的运动。优选地，该支架包括床、床垫、衬垫、婴儿床和/或保育箱，并且该悬挂单元优选包括弹簧。
根据本发明的第二方面，这一目标通过如本发明第一方面所述的心率测量装置的用途来实现，其中优选针对监测应用来测量HR和/或HRV，并且/或者HR和/或HRV被用于确定心力衰竭的发生，其中优选地，当确定心力衰竭后，心率测量装置产生报警信号。
根据本发明的第三方面，这一目标通过一种适于测量受试者的心率和/或心率变化的方法来实现，该方法包括测量由受试者至少部分在相对于地面的水平方向上的运动产生的信号的步骤。
优选地，由于其可靠性以及低实施成本而使用电容性测量系统。优选地，该电容性测量系统意在测量人类心脏活动，特别是躺在保育箱中的新生儿的心脏活动。该电容性测量系统易于与适于确定幼儿或新生儿的重量的量器相结合。
本发明的心率测量装置能够容易地构建到或嵌入到保育箱中，诸如新生儿重症监护保育箱中。优选不使用附着到受试者身体或靠近受试者身体定位的传感器来测量HR。毫无疑问，这是较无强迫性的，特别是对于躺在新生儿重症监护保育箱中的新生儿来说。
例如，该方法可以被用于在受试者睡眠期间或睡眠开始期间确定HR或HRV，或者用于检测睡眠病理，例如不宁腿综合征，或者用于检测躺在床上睡觉或清醒时的癫痫发作，所有这些都将导致床的运动。
附图说明
本发明的这些和其他方面将通过参考以下描述的实施例而变得明显且得以阐明。
在附图中：
图1示意性示出根据本发明的优选实施例躺在支架上的婴儿以及附接到支架的测量系统；以及
图2示出根据本发明的优选实施例包括适于确定振荡器的振荡频率的电容的电容器。
具体实施方式
本发明的总体构思是使用运动传感器，其适于测量在相对于地面的水平方向上而非垂直方向上的运动。这使得不需要修改支架，并且由主动脉弓脉冲引起的作用力主要朝向水平方向，而在垂直于水平方向的方向上，即相对于地面的垂直方向上，作用力要小得多。
图1示意性示出躺在可操作地连接到运动传感器4的支架2上的幼儿或新生儿6，其中地面7是“固定世界(fixed world)”，也被称为固定地面。根据本发明的优选实施例，心率测量装置1包括对应于电学运动传感器的运动传感器4。该运动传感器4包括根据本发明的优选实施例所应用的电容性测量系统。支架2适于承载躺在支架2上的新生儿6的身体，根据本发明的优选实施例该支架对应于保育箱。支架2适于在相对于地面7的水平方向上至少部分可移动，并且运动传感器4适于测量由新生儿6至少部分在水平方向上的运动产生的信号。
根据本发明的优选实施例，用于支架2的悬挂单元3的构造被配置为使得它能够容易地在相对于地面7的水平方向上移动一定量，例如几毫米。此外，使用放大器5，其适于放大由运动传感器4感测的信号。
图2示出根据本发明的优选实施例的测量系统的布置。在图2中指示为P1和P2的板或电极8和9形成电容器，其适于确定在图2中指示为OSC的振荡器10的振荡频率，该振荡器传送经HR调制的具有在图2中指示为T的平均周期时间的信号。第一电极8附接到固定地面并且第二电极9附接到如图1所示的新生儿6停靠的支架2。振荡器10包括具有取决于例如两个电极8、9之间的距离的预定义参数的电容的电容器。
值得注意的是，由于流过新生儿6的主动脉弓的血液导致的脉冲，第一电极8的位置相对于第二电极9变化，并且因此电容值以与HR相等或成比例的速率或与平均周期时间T成反比的速率变化。
由于由两个电极8和9形成的电容器构成振荡器10的一部分，振荡器10的输出信号包括一信号，其中该信号的频率被HR调制。假设振荡器的输出信号包括二进制输出信号，则输出信号直接处于数字域并且因此不必被转换。然而，如果输出信号处于模拟域，则可应用ADC。通过检测所测量的信号的频率调制，所获得或提取的冲击描记信号被用于确定HR或HRV。
根据本发明的另一优选实施例，本发明的构思与一量器相结合，该量器适于测量在相对于地面的垂直方向上的作用力。因此，它变得不仅能够测量在相对于地面或相对于新生儿6的纵向的水平方向的运动，而且也能够测量新生儿6的重量。
虽然在附图和之前的说明书中已经详细图示和描述了本发明，此类图示和描述应被视为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明并不局限于所公开的实施例。
通过研究附图、公开内容及随附的权利要求，本领域技术人员在实施要求保护的发明时能够理解和想到所公开的实施例的其他变体。在权利要求中，词语“包括/包含”并不排除其他元件或步骤，且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解读为限制其范围。

Claims (15)

1.一种心率测量装置(1)，其适于测量受试者(6)的心率和/或心率变化，其包括：
支架(2)，其适于承载躺在或靠在该支架(2)上的所述受试者(6)的身体部分的至少一部分，以及
运动传感器(4)，其可操作地连接到所述支架(2)，
其中，所述支架(2)适于在相对于地面(7)的水平方向上至少部分可移动，并且
所述运动传感器(4)适于测量由所述受试者(6)至少部分在所述水平方向上的运动产生的信号。
2.如权利要求1所述的心率测量装置，其中，所述运动传感器(4)对应于电学运动传感器、机械运动传感器和光学运动传感器之一。
3.如前述权利要求之一所述的心率测量装置，其还包括可操作地连接到所述运动传感器(4)的监测单元，其中，所述监测单元适于接收来自所述运动传感器(4)的信号并且适于从该信号产生关于所述受试者(6)的心率和/或心率变化的信息。
4.如权利要求3所述的心率测量装置，其中，所述监测单元适于将关于所述受试者(6)的心率和/或心率变化的所述信息传递给用户。
5.如前述权利要求之一所述的心率测量装置，其中，所述运动传感器(4)对应于电学运动传感器，其包括具有形成在第一电极(8)与第二电极(9)之间的电容的电容器，所述第一电极(8)相对于地面(7)固定，并且所述第二电极(9)相对于所述支架(2)固定。
6.如权利要求5所述的心率测量装置，其中，所述电容器被振荡器电路所包括，该振荡器电路的输出是经心率调制的频率信号。
7.如前述权利要求之一所述的心率测量装置，其还包括适于确定所述受试者(6)在至少部分垂直于地面(7)的方向上的作用力和/或重量的量器。
8.如前述权利要求之一所述的心率测量装置，其中，所述支架(2)包括悬挂单元(3)，其适于允许所述支架(2)至少部分在所述水平方向上的运动。
9.如权利要求8所述的心率测量装置，其中，所述支架(2)包括床、床垫、衬垫、婴儿床和/或保育箱。
10.如权利要求8或9所述的心率测量装置，其中，所述悬挂单元(3)包括弹簧。
11.如前述权利要求之一所述的心率测量装置的用途，其中，心率和/或心率变化被测量以用于监测应用，并且/或者心率和/或心率变化优选被用于确定心力衰竭的发生，其中，优选地，在确定心力衰竭后，所述心率测量装置(1)产生报警信号。
12.一种适于测量受试者(6)的心率和/或心率变化的方法，其包括测量由所述受试者(6)至少部分在相对于地面的水平方向上的运动产生的信号的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中，由所述受试者(6)至少部分在相对于地面的水平方向上的运动产生的所述信号是通过电容测量的。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述电容是振荡器电路的一部分，该振荡器电路的输出是经心率调制的频率信号。
15.如权利要求12-14中的一项所述的方法，其中，所述受试者的身体部分的至少一部分被以悬挂方式支撑以便允许所述水平运动。
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