CN102686157A - 用于测量身体部分的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量身体部分——例如婴儿头部的特性的装置，其包括柔性基底、沿基底提供的多个感测元件以及电子系统。每个感测元件(i)具有部件，其中所述部件的电学特性响应于所述部件被弯曲而可预测地变化，(ii)提供指示所述电学特性的当前值的信号。所述电子系统被构造为接收每个感测元件的信号并基于所接收的信号确定所述感测元件的弯曲程度的度量。所述电子系统还被构造为基于一个或多个度量确定由选定的一个或多个感测元件限定的段——例如环的弯曲的表示。

Description

用于测量身体部分的装置和方法
本发明涉及测量与诸如人体头部(例如婴儿头部)的身体部分相关的特性，更具体而言，其涉及用于测量诸如人体头部的身体部分或身体部分的一部分的特性，例如弯曲程度或表面轮廓的装置和方法，其采用了多个感测元件，所述感测元件具有在感测元件被弯曲时以可预测的方式变化的电学特性。
婴儿出生时的颅骨结构较为柔软，且婴儿出生得越早，颅骨结构就越柔软。在将婴儿长时间放在一个位置时，重力对婴儿头部的影响可能足以导致颅骨结构的半永久性变形。早产儿天生较为固定不动，且很多护理介入使它们更加固定不动，这些事实可能在新生儿中造成更高的头部变形发生率，称为斜头。即使是足月出生的婴儿也可能随时间发生头部变形，尤其是由于父母被建议让婴儿仰卧睡眠以作为婴儿猝死综合征(SIDS)的预防措施。
斜头的难题之一是其在损伤变得可以视觉觉察到之前难以检测，在损伤变得可以视觉觉察到时要补救损伤是更加困难的。临床医生当前使用卷尺(measuring tape)确定婴儿的头围，通常将其用作生长指标。还常常将这个测量结果与其他生理测量结果相比较，以指示可能导致相对于身体其他部分不成比例的头部尺寸的状况。
当前没有设备能够随时间简单而准确地监测头部形状，尤其是头部的弯曲，从而能够在损伤变得可以视觉觉察和/或变得永久之前采用护理调整以减小和/或消除斜头，例如重新定位婴儿或使用各种为缓冲或定位头部而设计的产品。当前的设备也无法实现在无需给早产儿带来很大压迫的对头部位置的显著操纵的情况下测量头部形状。
在一个实施例中，提供了一种用于测量身体部分的特性的装置，其包括细长、柔性、不能伸展的基底、沿所述基底提供的多个感测元件以及电子系统，所述感测元件中的每个操作性耦合到所述电子系统。所述感测元件中的每个(i)具有部件，其中所述部件的电学特性(例如电阻、电感或电容)响应于所述部件被弯曲而可预测地变化，(ii)提供指示所述电学特性的当前值的信号。所述电子系统还被构造为接收所述感测元件中的每个的所述信号并基于所接收的与所述感测元件相关联的信号确定所述感测元件的弯曲程度的度量(例如曲率半径)。所述电子系统还优选被构造为基于与所述感测元件中选定的一个或多个中的每个相关联的所述度量确定由所述感测元件中所述选定的一个或多个限定的段的弯曲的表示。所述电子系统还可以被构造为确定所述段的曲线距离。在优选实施例中，所述基底、所述感测元件和所述电子系统被共同提供于便携式设备中。
所述段可以是闭合环，所述电子系统还可以被构造为确定已经形成所述闭合环并针对所述感测元件中的第二多个中的每个执行校准调节。所述段也可以是除闭合环之外的东西，例如所述设备的弯曲部分。
在一个特定实施例中，所述装置包括用于确定已经形成所述闭合环并识别所述闭合环中包括的所述感测元件的机构。所述机构可以包括沿所述基底提供的多个导电焊盘以及在所述基底的远端提供的导电元件。在另一特定实施例中，所述装置可以包括用于识别所述段的感测元件的机构，该机构包括沿所述基底提供的多个导电焊盘和能够沿所述基底滑动的导电元件。
所述电子系统还可以被构造为所述电子系统还被构造为基于与所述感测元件中选定的一组中的每个相关联的所述度量确定弯曲畸形指标，其中，通过计算将所述组中的所述度量中的最小一个与所述组中的所述度量中的最大一个进行比较的比值来确定所述弯曲畸形指标。
还提供了一种测量身体部分的特性的方法，其包括：提供多个感测元件，所述感测元件中的每个(i)具有部件，其中所述部件的电学特性响应于所述部件被弯曲而可预测地变化，(ii)提供指示所述电学特性的当前值的信号；围绕所述身体部分的至少一部分缠绕所述感测元件；在围绕所述身体部分的所述至少一部分缠绕所述感测元件时接收所述感测元件中的每个的所述信号；以及基于所接收的信号确定所述感测元件中的每个的弯曲程度的度量。该方法还可以包括在围绕所述身体部分的所述至少一部分缠绕所述感测元件时，基于每个度量确定由所述多个感测元件限定的段的弯曲的表示。
参考附图考虑以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其他目的、特征和特性，以及相关结构元件的操作方法和功能，以及各部分的组合和制造的经济性，将变得更加显而易见，所有附图都形成本说明书的一部分，其中在各附图中类似的附图标记表示对应的部分。不过要明确理解，附图仅仅为了例示和描述，并非意在作为对本发明的限制的限定。如说明书和权利要求中所用的那样，单数形式的“一”、“一个”和“该/所述”包括复数指示物，除非上下文明确做出其他说明。
图1是根据本发明的一个特定实施例的测量装置的示意图。
这里使用的方向性短语，例如但不限于顶部、底部、左、右、上、下、前、后及其派生词，涉及图中所示元件的方位，且不限制权利要求，除非其中明确记载。
如这里所用的，两个或更多部分或部件“耦合”在一起的表述应当表示这些部分直接或通过一个或多个中间部分或部件连接在一起或一起操作。
如这里所用的，两个或更多部分或部件彼此“啮合”的表述应当表示这些部分直接或通过一个或多个中间部分或部件相对于彼此施加力。
如这里所用的，词语“数量”应当表示一或大于一的整数(即多个)。
图1是根据本发明的一个特定实施例的测量装置2的示意图。测量装置2包括操作性耦合到电子系统6的传感器条4。传感器条4包括细长基底8，基底8优选由柔性、可弯曲、无弹性、不能伸展的材料制成，例如但不限于柔性金属或塑料膜。沿着传感器条4的长度首尾相连地提供并定位(经由适当的附着机构，例如粘合剂)多个感测元件10。优选地，传感器条4在形状、尺寸和厚度方面与已知的卷尺类似。
每个感测元件10包括一部件或部分，其中该部件或部分的电学特性，例如但不限于电阻、电感或电容，响应于该部件或部分并因此响应于相关联的感测元件10被弯曲而可预测地且一致地变化。因此，可能由感测元件10被弯曲而导致的特定电学特性的不同值可以被测量，且然后被与感测元件10的特定挠曲或弯曲程度相关和或用于计算该程度。换言之，对于每个感测元件10，可以使用特定电学特性(例如电阻、电感或电容)的当前值来确定感测元件10的当前挠曲或弯曲程度(例如曲率半径)的度量。
在美国专利No.7248142中描述了可以用于每个感测元件10的一种适当设备，在此通过引用将其公开内容并入本文。具体而言，′142专利描述了一种感测设备，其包括一层可变电阻材料，其在该层并因此在该感测设备平直(不弯曲)时具有有限的基础电阻，其中该层的电阻在该层并因此在该感测设备被挠曲或弯曲时以可预测方式变化。在′142专利中描述的特定实施例中，挠曲量越大，该层材料的电阻就越大。结果，由感测设备被弯曲而导致的不同电阻值可以被测量并被用于确定感测设备的特定挠曲或弯曲程度。刚描述的′142专利的感测设备仅仅是为了例示而非进行限制，且要认识到，在本发明的范围之内也可以采用具有不同设计的其他适当的感测设备。
返回到图1，电子系统6操作性耦合到传感器条4，尤其是传感器条4的每个感测元件10。电子系统6包括处理器12，处理器12可以是例如但不限于微处理器、微控制器或一些其他适当定制设计的控制器电路(例如，专用集成电路(ASIC))。存储器14耦合到处理器12。存储器14可以是多种类型的内部和/或外部存储介质中的任一种，例如但不限于RAM、ROM、EPROM、EEPROM等，其为数据和处理器12可执行以控制这里描述的测量装置2的操作的软件提供了存储介质。而且，尽管在图1中被示为分离的块，但可以将处理器12和存储器14组合成单个部件或设备(即，存储器14在处理器12内部)。电子系统6还包括操作性耦合到处理器12的用户接口16，以使得能够向电子系统6输入和/或从电子系统6输出数据和/或指令。在一个特定实施例中，用户接口16包括用于向电子系统6中输入数据和控制指令的小键盘等，以及用于显示与由这里描述的测量装置2做出的测量相关的信息的显示器，例如LCD。
电子系统6还包括输入源18，其用于产生被提供给每个感测元件10的电输入信号20。根据本发明的一方面，每个感测元件10将响应于对电输入信号20的接收而产生特定输出信号22(图1中标记为22A-22F)，其指示相关联的感测元件10的特定的变化的电学特性(例如电阻、电感、电容)的当前值。将输出信号22提供给电子系统6的处理器12。根据本发明的一方面，处理器12被编程以基于与感测元件10相关联的特定的所接收的输出信号22确定每个感测元件10的弯曲程度的度量，例如曲率半径。
此外，处理器12被编程以基于与由特定选定数量的感测元件10限定的一段中的每个感测元件10相关联的弯曲程度的所确定的度量确定该段的弯曲的表示。该段可以包括形成闭合环的特定选定数量的感测元件10或形成弧的特定选定数量的感测元件10。于是，在优选实施例中，在将传感器条4形成闭合环时，处理器12被编程以基于该环中包括的特定感测元件10的每个弯曲程度度量确定该环的弯曲和/或外部轮廓/形状的表示(参见下文对如何识别感兴趣的特定感测元件10的描述)。于是，在操作中，可以完整地或部分地围绕婴儿头部缠绕传感器条4，并且基于从感测元件10中适当的一些接收的输出信号22，处理器12可以确定婴儿头部(或其部分)的弯曲和/或外部轮廓/形状的表示。该数据可以存储在存储器14中和/或可以输出到临床医生的计算机系统，以用于后续存储、分析和/或使用。
此外，处理器12可以被编程以在传感器条4形成完全闭合环(例如，如下文所述地检测的)时执行自校准，因为处理器12将预期在这种条件下，与每个所涉及的传感器元件10相关联的个体弯曲度量应当共同形成闭合环。不过，根据传感器元件10的精确度，所计算的曲线可能不形成闭合环。每个传感器元件10的误差实质上乘以该传感器元件10和环末端之间的元件的数量。因为这些误差是混合的，所以所有这些传感器元件10的组合误差容限可能导致所计算的弧不形成闭合环。如果处理器12通过内置的环检测模块或用户的指示检测到在测量过程中形成了闭合环，则处理器12能够对传感器校准做出实时统一调节，以便闭合所计算的环，从而改善精确度。
在优选实施例中，向测量装置2提供用于确定要在确定传感器条4的一段的弯曲的表示时使用哪些特定感测元件10的机构。换言之，提供一种机构以限定在感兴趣的段中包括哪些特定感测元件10，从而使得处理器12将仅使用与那些特定感测元件10相关联的弯曲度量来确定该段的弯曲的表示(在那种情况下将忽略与其他感测元件10相关联的弯曲度量)。在一个实施例中，该机构可以包括沿基底8的长度提供的多个导电焊盘24以及在基底8的远端提供的导电元件26。在这种配置中，可以通过使导电元件26接触具体焊盘24来完成电路。可以将这样的接触用作已形成闭合环的指示。此外，可以使用对被接触的具体焊盘24的识别来确定对哪些感测元件10感兴趣(即在闭合环之内)以及对哪些感测元件10不感兴趣(即在闭合环之外)。而且，可以从对被接触的具体焊盘24的识别(基于焊盘的已知间距和/或感测元件10的已知长度)确定护理人员也可能感兴趣的该段的曲线距离(例如，头部的周长)。在另一实施例中，该机构还可以包括沿基底8的长度提供的多个导电焊盘24以及可沿基底8的长度移动的可滑动导电元件28，从而使得在可滑动导电元件28每次接触焊盘24时都完成电路。基于已完成的电路，处理器12能够确定正在接触哪个焊盘24并因此确定感兴趣的传感器条4的长度(并因此确定感兴趣的特定感测元件10)。而且，处理器12可以使用所确定的长度来确定该段的曲线距离，如上所述，这也可能是护理人员感兴趣的。
在一个特定实施例中，每个感测元件10都是例如′142专利中公开的设备，其中在每个传感器元件10被弯曲时，每个传感器元件10的电阻以可预测的方式变化。在本实施例中，提供给每个传感器元件10的电输入信号20是具有特定电压电平的输入电压，并且每个传感器元件10还包括或操作性耦合到分压器电路，对于每个感测元件10，分压器电路产生输出信号22，输出信号22是具有指示相关联的传感器元件10的当前电阻的电平的输出电压。处理器12然后可以在接收到每个输出电压时确定相关联的传感器元件10的当前电阻，并从该电阻确定感测元件10的弯曲程度的度量。如本文别处所述，然后可以使用通过这种方式确定的每个弯曲度量来确定由传感器条4形成的环的弯曲和/或外部轮廓/形状的表示，例如在围绕婴儿头部环绕传感器条4时。
在一个特定实施例中，出于安全和环境保护的考虑，传感器条4(包括相关联的电路)可以被包封在鞘中，被保护在层压材料层之间或模制成顺应式结构。
根据本发明的一方面，可以将这里所述的测量装置2整合到现有的护理人员工作流程(其当前使用卷尺测量婴儿头围)中并用于计算、存储和跟踪婴儿头部随时间的弯曲以向护理人员指示出趋势并允许早期介入。在一个特定实施例中，可以使用测量装置2定期确定并存储婴儿头部的弯曲的表示。然后可以将那些表示(通过利用适当的连接——例如使用USB线缆或耦合到计算机的坞站将电子系统6耦合到计算机)下载到护理人员的计算机，例如PC，从而可以随时间存储、显示和分析它们。例如，可以通过图形或数字方式显示测得的弯曲信息，或者可以确定和显示弯曲严重程度的总体指标。这个指标会提供测量的环实际如何“不圆”的快速指示。在完美的圆环中，所有传感器元件10会测量到精确相同的曲率半径。在细长的弯曲闭合环中，一些传感器元件10会指示出比其他传感器元件10更小的曲率半径。可以通过计算将来自一个或多个传感器元件10的最小指示曲率半径与来自一个或多个传感器元件10的最大指示曲率半径进行比较的比值(称为弯曲畸形指标比)来确定弯曲畸形指标。如果考虑一组传感器元件10，可以基于满足“低”或“高”阈值的传感器元件10的数量来进一步对弯曲畸形指标比进行修改或加权以确定畸形是总体形状或仅是局部异常。
在另一特定实施例中，可以通过上述计算机或直接从测量设备2向计算机网络，例如医院计算机网络上传所述表示，以进行存储和/或分析。或者，可以人工(利用用户接口16)从电子系统6访问那些表示并将其记录在婴儿的医疗记录中以进行后续分析。而且，测量设备2能够收集并存储针对多个婴儿的表示并如上所述地下载和/或上传那些表示。例如，护士可以使用测量设备2为托儿所的若干婴儿收集数据，且然后将其下载和/或上传，以与每个婴儿的医疗记录相关联地进行存储。
此外，负责护理婴儿的医师可以使用测量装置2监测对斜头的特定治疗或处置(例如采用矫形设备的治疗或处置)的进展，或在例行查房期间提供位置上的斜头的早期检测。应用测量装置2的其他潜在区域包括改造式整形手术，以及对身体部分的弯曲的测量对于提供适当的护理非常重要的类似应用。
尽管基于当前认为是最实际和优选的实施例出于例示的目的详细描述了本发明，但要理解，这样的细节仅仅是为了该目的，且本发明不限于所公开的实施例，而是相反，其意在涵盖在所附权利要求的精神和范围之内的修改和等价布置。例如，要理解，本发明可预期在可能的范围内，可以将任何实施例的一个或多个特征与任何其他实施例的一个或多个特征相组合。

Claims (29)

1.一种用于测量身体部分的特性的装置，包括：
细长、柔性、不能伸展的基底；
沿所述基底提供的多个感测元件，所述感测元件中的每个(i)具有部件，其中所述部件的电学特性响应于所述部件被弯曲而可预测地变化，(ii)提供指示所述电学特性的当前值的信号；以及
电子系统，所述感测元件中的每个操作性耦合到所述电子系统，所述电子系统被构造为接收所述感测元件中的每个的所述信号并基于所接收的与所述感测元件相关联的信号确定所述感测元件的弯曲程度的度量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电子系统还被构造为基于与所述感测元件中选定的一个或多个中的每个相关联的所述度量确定由所述感测元件中所述选定的一个或多个限定的段的弯曲的表示。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述段是闭合环。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述电子系统还被构造为确定已经形成所述闭合环并针对所述感测元件中所述选定的一个或多个中的每个执行校准调节。
5.根据权利要求3所述的装置，还包括用于确定已经形成所述闭合环并识别所述感测元件中所述选定的一个或多个的机构。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述机构包括沿所述基底提供的多个导电焊盘以及在所述基底的远端提供的导电元件。
7.根据权利要求2所述的装置，还包括用于识别构成所述感测元件中所述选定的一个或多个的感测元件的机构。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述机构包括沿所述基底提供的多个导电焊盘以及能够沿所述基底滑动的导电元件。
9.根据权利要求3所述的装置，其中，所述感测元件中所述选定的一个或多个少于所述多个感测元件的全部。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感测元件的弯曲程度的所述度量为曲率半径。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电子系统还被构造为基于与所述感测元件中选定的一组中的每个相关联的所述度量确定弯曲畸形指标，通过计算将与所述感测元件中所述选定的一组中的每个相关联的所述度量中的最小一个与与所述感测元件中所述选定的一组中的每个相关联的所述度量中的最大一个进行比较的比值来确定所述弯曲畸形指标。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，基于具有所述度量中的所述最小一个的传感器元件的数量和具有所述度量中的所述最大一个的传感器元件的数量对所述弯曲畸形指标进行加权。
13.根据权利要求2所述的装置，其中，所述表示是曲率半径。
14.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电子系统还被构造为确定所述段的曲线距离。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电学特性为电阻、电感和电容之一。
16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基底、所述感测元件和所述电子系统被共同提供于便携式设备中。
17.一种测量身体部分的特性的方法，包括：
提供多个感测元件，所述感测元件中的每个(i)具有部件，其中所述部件的电学特性响应于所述部件被弯曲而可预测地变化，(ii)提供指示所述电学特性的当前值的信号；
围绕所述身体部分的至少一部分缠绕所述感测元件；
在围绕所述身体部分的所述至少一部分缠绕所述感测元件时接收所述感测元件中的每个的所述信号；以及
基于所接收的信号确定所述感测元件中的每个的弯曲程度的度量。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括在围绕所述身体部分的所述至少一部分缠绕所述感测元件时，基于每个度量确定由所述多个感测元件限定的段的弯曲的表示。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述身体部分为头部。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述段是闭合环。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括确定已经形成所述闭合环，并针对所述多个感测元件中的每个执行校准调节。
22.根据权利要求17所述的方法，还包括基于与所述感测元件中的每个相关联的所述度量确定弯曲畸形指标，通过计算将所述度量中的最小一个与所述度量中的最大一个进行比较的比值来确定所述弯曲畸形指标。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，基于具有所述度量中的所述最小一个的传感器元件的数量和具有所述度量中的所述最大一个的传感器元件的数量对所述弯曲畸形指标进行加权。
24.根据权利要求17所述的方法，其中，所述感测元件中的每个的弯曲程度的所述度量为曲率半径。
25.根据权利要求18所述的装置，其中，所述表示是曲率半径。
26.根据权利要求13所述的方法，还包括确定所述段的曲线距离。
27.根据权利要求17所述的方法，其中，所述电学特性为电阻、电感和电容之一。
28.根据权利要求18所述的方法，还包括存储所述表示并接下来将所述表示下载到计算设备。
29.根据权利要求18所述的方法，还包括额外若干次执行所述缠绕、接收和确定步骤以产生若干额外弯曲表示，并随时间存储和跟踪所述弯曲的表示和所述多个额外弯曲表示。
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