CN103997959B - 诊断测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于无创确定至少一个生理学参数的测量装置和方法，其包括：用于产生测量信号的诊断传感器单元(1)；和用于处理测量信号的分析处理单元。诊断传感器单元(1)包括至少一个压力传感器(3)，该压力传感器对由需检查的身体组织局部地施加到该压力传感器(3)上的压力进行探测，其中分析处理单元设置为用于从压力传感器(3)的测量信号中推导出至少一个生理学参数。

Description

诊断测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于无创确定至少一个生理学参数的测量装置，其包括用于产生测量信号的诊断传感器单元和用于处理测量信号的分析处理单元。另外，本发明涉及一种用于无创确定至少一个生理学参数的方法。
背景技术
例如由WO 2008/061788 A1已知一种前述类型的测量装置。上述已知的测量装置具有传感器单元，该传感器单元被整合到计算机的键盘中或者娱乐技术或通讯技术的移动设备中。在这种情况下，诊断传感器单元包括各种测量模式，即，光学测量单元、心电图单元、温度传感器和/或生物电阻抗测量单元。各种不同的测量模式的组合能够实现借助以适当的方式编程的分析处理单元对相应的测量信号进行组合分析处理。在这种情况下，组合在判断由疾病引起的功能失常时保障高效和可靠性。特别是上述已知的测量装置能够实现对新陈代谢参数的间接的无创测量。最后，由此可以无创测量血糖浓度或者血糖水平。
发明内容
本发明的目的是，提供一种相对现有技术功能性得到扩展的测量装置。另外，本发明的目的是，提供一种具有构造尽可能简单的诊断传感器单元的测量装置，从而总体上可以经济地制造所述测量装置。
为了实现至少一个所述目的，本发明从文首述及类型的测量装置出发提出：诊断传感器单元包括至少一个压力传感器，该压力传感器对由需检查的身体组织局部地施加到该压力传感器上的压力进行探测，其中分析处理单元设置为用于从压力传感器的测量信号中推导出至少一个生理学参数。
设置在根据本发明的测量装置中的压力传感器对单轴的压力进行探测。换言之，压力传感器对由身体组织施加到该压力传感器上的沿确定的方向的力进行探测，大多数是沿着垂直于压力传感器贴靠在其上的身体表面的方向。因此本发明的意义上的压力传感器也可以理解为力传感器。根据本发明，对由需检查的身体组织局部地施加到压力传感器上的压力进行探测。在这种情况下出发点在于：压力传感器利用一个(比较小的)贴靠面，该贴靠面贴靠在身体表面上并且经由该贴靠面对由身体组织施加的压力进行探测。贴靠面的尺寸例如可以在1mm2至10cm2的范围中。本发明的意义上的局部地施加在压力传感器上的压力是经由压力传感器的这个贴靠面探测到的压力。
上面引用的WO 2008/061788 A1已经述及压力传感器，然而这些压力传感器在上述已知的装置中用于探测该装置使用者的手指的压紧力，这是因为该压紧力对其它测量模式的测量信号产生影响。在测量信号的分析处理中对测得的手指压紧力加以考虑，以便对该压紧力的影响进行补偿。与本发明不同，在已知的装置中，压力传感器的测量信号因此并不用于从压力传感器的测量信号中推导出至少一个生理学参数。
因此本发明的核心在于将压力传感器用作诊断传感器。例如根据本发明的测量装置的分析处理单元设置为：用于从压力传感器的测量信号的时间变化曲线中推导出至少一个下述的生理学参数：压力容积脉搏(Druckvolumenpuls)、脉搏幅度、脉搏宽度、脉搏持续时间、供血、血压、脉压、心率、脉搏波速、体温、新陈代谢产生的热量。压力传感器的测量信号的变化曲线直接提供压力容积脉搏。然后由此可以确定各种其它的生理学参数。例如脉搏幅度与体温相关，因而优选在相应的校准之后可以从压力传感器的测量信号中推导出体温，即体表温度和/或平均体温、动脉的血温、体腔温度或新陈代谢产生的热量。另外，可以推断出由身体内部流向动脉毛细血管末端的热量以及动脉－静脉毛细血管的区域中的温度或者包围这些动脉－静脉毛细血管的身体组织的区域中的温度。
为了利用根据本发明的测量装置获得测量信号，至少一个压力传感器必须直接或间接地与使用者的身体表面接触，例如通过使用者将一个手指放到装备有压力传感器的装置上。同样可考虑利用适当的工具将压力传感器压紧到身体组织的表面上。为此可以使用已知类型的固定夹或弹性绑带。同样可考虑例如通过经过医疗培训的人员将带有压力传感器的测量装置沿着使用者的身体引导，以便在身体上的不同部位测量压力。在将压力传感器贴靠在使用者的身体上之后，在事先规定的时间间隔期间(数秒钟到数分钟亦或连续地)检测测量信号。如上所述，测量信号的时间变化曲线然后得到分析处理。
在一种优选的设计方案中，根据本发明的测量装置的传感器单元具有光学测量单元，该光学测量单元包括用于照射身体组织的至少一个辐射源和用于探测由身体组织散射和/或发射的辐射的至少一个辐射传感器，其中，分析处理单元设置为用于至少从压力传感器的和光学测量单元的测量信号中推导出至少一个生理学参数。光学测量单元可以构造成如在上面引用的WO 2008/061788 A1中介绍的那样。借助光学测量单元例如可以确定动脉的氧饱和度。在这种情况下，借助压力传感器确定的压力容积脉搏可以对光学测量进行补充或部分代替，这是因为可以与各个身体组织的组成部分或者血液的组成部分的光吸收无关地确定压力容积脉搏。因此压力传感器的测量信号可以用作基准值并因此提高测量精度。另外，对压力传感器的测量信号的检测能够简化光学测量。例如测量可以减少到对不同波长进行较少数量的测量。
根据另一种优选的设计方案，测量装置的传感器单元包括温度传感器，其中，分析处理单元设置为用于至少从压力传感器的和温度传感器的测量信号中推导出至少一个生理学参数。由引用的WO 2008/061788 A1已知：可以从组合的温度和光学测量中求出血液中的血糖浓度。温度测量或者热量测量相应地可以对其它的测量模式进行有用的补充。温度传感器的测量信号能够推断出局部的热交换并且由此推断出局部的代谢活动。另外，温度传感器适合于确定局部供血。
在另一种优选的设计方案中，根据本发明的测量装置的传感器单元具有用于经由两个或更多个心电图(EKG)电极来检测心电图信号的心电图单元，其中，分析处理单元设置为用于至少从压力传感器的和心电图单元的测量信号中推导出至少一个生理学参数。根据本发明的测量装置的功能范围通过心电图单元得到扩展。测量装置的分析处理单元例如可以设置为用于对压力容积脉搏的和心电图信号的时间变化曲线进行分析处理。从中又可以求出脉搏波速，这此外能够推断出血压。换言之，压力传感器与心电图单元的组合能够实现对测量装置使用者的血管系统的状态进行自动化的功能评价。
在另一种优选的设计方案中，根据本发明的测量装置的传感器单元具有生物电阻抗测量单元，其中，分析处理单元设置为用于至少从压力传感器的和生物电阻抗测量单元的测量信号中推导出至少一个生理学参数。生物电阻抗测量单元例如可以构造成如在上面引用的WO 2008/061788 A1中的那样。特别是生物电阻抗测量单元可以构造成用于局部的生物阻抗测量。压力传感器与生物电阻抗测量单元的组合能够确定身体组织内含有的水量、身体组织上的无脂肪物质的含量以及身体脂肪含量，而无需一定要确定或者输入身体总质量。另外如在引用的WO 2008/061788 A1中详细介绍的那样，生物电阻抗测量能够在必要时与其它测量模式组合地实现无创地确定血糖浓度。有益地是：压力传感器可以与心电图单元的和/或生物电阻抗测量单元的测量电极机械耦联并且这样对由需检查的身体组织局部地施加到压力传感器上的压力经由测量电极进行探测。压力传感器通过这种方式能够特别美观地进行整合。测量电极和压力传感器为检测测量信号而使用身体上的同一个贴靠面。在此，为了能够实现压力或者力测量，测量电极应该可运动地(例如弹性地)支承在诊断传感器单元上。于是原本的压力传感器例如可以包括压电元件。该压电元件可以有益地设置在心电图单元的和/或生物电阻抗测量单元的测量电极的下面。以这种方式使得施加到电极上的力或者被施加的压力直接转换为电测量信号。
根据本发明的测量装置为确定一个或多个生理学参数提供了大量优点。医用测量装置中的已知的传感机构(参照WO 2008/061788 A1)得到有用地补充。测量精度可以得到提高。压力传感器可以用作基准，以便揭示借助其它测量模式获得的测量信号的偏差。另外，压力传感器具有的优点是：这个压力传感器可以利用简单的电子电路。另外，压力传感器是节能的并且在制造技术方面和应用技术方面都易于操作。压力传感器可以制造成小的尺寸并且具有低的容许误差。在根据本发明的测量装置中使用一个或多个压力传感器作为唯一的测量模式完全可以如同用于补充其它测量模式一样。这样例如已经可以单独地并且仅仅由压力传感器的测量信号来确定压力容积脉搏、脉搏频率和其它与此相关的参数，这足以满足很多实际应用。可以为大量的应用目的相应地放弃(更加昂贵的)光学测量或心电图测量。
在一种具有优选构造成如上所述的那样的诊断传感器单元的测量装置中，分析处理单元可以设置为用于推导出至少一个生理学参数作为身体组织中的深度函数。用于确定生理学参数的表面分析法(oberflaechenanalytische Verfahren)和身体平均分析法(koerperdurchschnittsanalytische Verfahren)是普遍已知的和平常的。与此相对，深度分析(Tiefenanalyse)或者深度剖面分析(Tiefenprofilanalyse)或深度横截面剖面分析(Tiefenquerschnittsprofilanalyse)具有特别的优点，在这些分析中一个或多个生理学参数位置解析地(ortsaufgeloest)、特别是深度解析地(tiefenaufgeloest)被测得。特别优选地，对生理学参数进行深度解析的和与时间相关的检测。这样获得的数据能够详细地对身体组织中进行的生理学的、特别是新陈代谢的过程进行量的和位置解析的分析。这又能够实现在诊断时更加准确的、对于患者或者对于测量装置使用者来说更加舒适的以及更加经济和高效的操作。在本发明的意义上提供一种用于确定生理学参数的无创的深度分析法，在该深度分析法中生理学参数和相应的生物化学过程在人体内部与深度相关地被无创地确定。特别是深度剖面分析通过分别单独地或组合地使用上述测量模式(压力、温度、光学测量、生物电阻抗测量、心电图)而能够实现对用于确定身体组织的、例如包围毛细血管的组织的成分的重要生理学参数的测定。对身体组织的成分的认识又可以作为参数用在从测量信号中推导出生理学参数时的计算中。深度剖面分析的一种特殊的变型是深度横截面剖面分析。在这种深度横截面剖面分析中从一个起始点起对身体组织的沿深度方向、即垂直于身体表面的方向的横截面进行分析，其中这个起始点不一定必须直接位于身体表面上。例如可以通过生物电阻抗测量来实施深度横截面剖面分析，其中所使用的电极相对被检查的身体组织的距离或者相对位置、施加给阻抗测量的电流强度和/或测量频率发生变动。因此根据本发明的测量装置，其单独地或组合地包括上述列举的测量模式，特别良好地适合于深度横截面剖面分析。根据本发明可以深度分析地、深度剖面分析地或深度横截面剖面分析地检测单个或多个下列生理学参数中：供血、血压、脉搏幅度、脉压、脉搏宽度、血量、体表温度、身体平均温度、动脉血温、体腔温度、从身体内部输送到毛细血管末端的热量、动脉－静脉毛细血管的区域中的温度或者包围这些动脉－静脉毛细血管的组织的区域中的温度、脉搏波速、由新陈代谢产生的热量、动脉的氧饱和度、组织内的氧饱和度、耗氧量、体内含水量(Koerperwassermasse)、身体组织上的无脂肪物质的含量、身体脂肪含量、血糖浓度等。
在这种情况下，测量装置所需的硬件可以构造成很紧凑的，这是本发明相对现有技术的一个重要优点。各个传感器需要一个例如可以小于2cm×2cm×2cm的结构空间。几个传感器甚至可以实现小于1cm×1cm×1cm或甚至更小的结构体积。甚至连根据本发明的测量装置中的由多个测量模式构成的组合可以实现成为用于深度分析或用于深度剖面分析的紧凑的便携式设备(“handheld”(手持装置))。该设备的边缘长度例如可以小于10至20cm。甚至可考虑更小的尺寸。硬件费用以及由此诊断费用在使用根据本发明的测量装置的情况下明显小于使用传统的位置解析的诊断方法(例如电子计算机X射线断层扫描技术(CT))。
上述目的还通过一种用于无创确定至少一个生理学参数的方法得以实现，在该方法中对由需检查的身体组织局部地施加在压力传感器上的压力进行探测，其中从探测到的压力中推导出至少一个生理学参数。
附图说明
下文参照附图来进一步阐述本发明的实施例。附图中：
图1为根据本发明的测量装置的压力传感器的作为时间的函数的测量信号；
图2为根据本发明的测量装置的传感器单元的实施例，其具有测量电极和压力传感器；
图3为根据本发明的测量装置的传感器单元的另外的实施例，其具有矩阵状的测量电极布局；
图4为具有不同的测量电极配置的另外的实施例。
具体实施方式
图1示出的是由压力或者力传感器的测量信号中推导出的压力容积脉搏，所述压力或者力传感器根据本发明是诊断传感器单元的组成部分。压力传感器贴靠在患者的需检查的区域中的身体表面上，使得压力传感器对由身体组织局部地施加到该压力传感器上的压力进行探测，更确切地说，如在图1中可以看到的那样作为时间t的函数。测量信号是压力p。测量信号p的时间变化曲线与压力容积脉搏相对应。借助曲线图可以直接看出，从测量信号中可以推导出例如生理学参数如脉搏幅度、脉搏宽度、血量、脉搏持续时间、供血、血压、脉压以及心率。另外，可以测定脉搏波速。从中还可以推导出另外的相近的生理学参数。例如已知的是：脉搏幅度与体温相关。因此根据本发明的测量装置的压力传感器可以用于确定与温度相关联的生理学参数，诸如体表温度、平均体温、动脉血温、体腔温度、由新陈代谢产生的热量、由身体内部流向毛细血管末端的热量以及动脉－静脉毛细血管的区域中的温度或者包围这些动脉－静脉毛细血管的组织的区域中的温度。
在图2示出的实施例中，在横剖视图中示出的诊断传感器单元总体用附图标记1来标识。诊断传感器单元包括具有测量电极2的生物电阻抗测量单元。测量电极2构造成导电的板材，该测量电极的在图2上侧示出的、水平延伸的表面与使用者的身体表面接触，以便在那里检测电测量信号(电势)。测量电极2可运动地、即弹性地支承，这在图2中示意性地示出。图2中的双箭头示出测量电极2的可运动性。在测量电极2的下方设置有压力传感器3，例如形式为压电元件，该压力传感器对由需检查的身体组织施加到该压力传感器3上的压力经由测量电极2进行探测。在此，压力传感器3在背侧支撑在固定的部件件4上。
测量电极2和压力传感器3与根据本发明的测量装置的在附图中未进一步示出的分析处理单元连接。生物电阻抗测量单元和压力传感器3的测量信号通过这个连接而传输到分析处理单元处。分析处理单元从测量信号中推导出至少一个生理学参数。为此，分析处理单元包括例如适当编程的微控制器，该微控制器带有用于使测量信号数字化的接口和用于输出结果的接口。
图3示意性示出的是在测量时贴靠在测量装置使用者的身体表面上的诊断传感器单元1表面的俯视图。在图3所示的实施例中，压力传感器3设置在中心处。多个测量电极2围绕压力传感器3呈矩阵状地设置。电极2′涉及的是生物电阻抗测量单元的供电电极。经由这些供电电极2′，身体组织被加载测量电流。由此在身体表面上产生的电势被测量电极2测得。测量电极和供电电极2或者2′的矩阵状布局根据本发明允许对生理学参数进行深度剖面分析。根据供电的电极和测量的电极2或者2′的相对位置，产生通过身体组织的电流的不同路径。通过对检测到的电势进行比较可以对生理学参数进行深度解析推导，如上面详细说明的那样。在所示出的实施例中，总共设置有16个电极2或者2′。如果例如希望在深度剖面分析时的较高的分辨率，那么明显较大数量的测量电极会是有用的。
图4示出的是另外的实施例。在图4的左侧的两种配置中，在电极2、2′中的至少一个电极下设置有至少一个压力传感器，如在图2中示出的那样。在图4右侧示出的变型中，电极2和2′呈径向配置地围绕中心的压力传感器3设置。所有的配置都适合于对生理学参数进行深度解析确定，如上所述。

Claims (19)

1.用于无创确定至少一个生理学参数的测量装置，该测量装置包括：用于产生测量信号的诊断传感器单元(1)；和用于处理所述测量信号的分析处理单元，其中，诊断传感器单元(1)包括至少一个压力传感器(3)，该压力传感器对由需检查的身体组织局部地施加到该压力传感器(3)上的压力进行探测，其中，分析处理单元设置为用于从压力传感器(3)的测量信号中推导出至少一个生理学参数，并且诊断传感器单元(1)包括生物电阻抗测量单元，该生物电阻抗测量单元的供电电极(2’)和测量电极(2)适于深度解析确定和位置解析确定所述至少一个生理学参数，并且分析处理单元设置为用于推导出所述至少一个生理学参数作为身体组织内的深度和位置函数。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述至少一个生理学参数被与时间相关地记录。
3.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：所述分析处理单元设置为用于提供对所述至少一个生理学参数的深度剖面分析和/或深度横截面剖面分析。
4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于：施加给阻抗测量的电流强度和/或测量频率发生变动。
5.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：压力传感器(3)设置在中心处，多个测量电极(2)围绕所述压力传感器(3)呈矩阵状地设置。
6.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：供电电极(2’)和/或测量电极(2)矩阵状地布置。
7.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于：供电电极(2’)和/或测量电极(2)呈径向配置地围绕中心的压力传感器(3)设置。
8.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：分析处理单 元设置为用于从压力传感器(3)的测量信号的时间变化曲线中推导出至少一个下述的生理学参数：压力容积脉搏、脉搏幅度、脉搏宽度、脉搏持续时间、供血、血压、脉压、心率、脉搏波速、体温、新陈代谢产生的热量。
9.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：设置有用于将压力传感器(3)压紧到身体组织表面上的工具。
10.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：诊断传感器单元(1)包括光学测量单元，该光学测量单元包括用于照射身体组织的至少一个辐射源和用于探测由身体组织散射和/或发射的辐射的至少一个辐射传感器，其中，分析处理单元设置为用于至少从压力传感器(3)的和光学测量单元的测量信号中推导出所述至少一个生理学参数。
11.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：诊断传感器单元(1)包括温度传感器，其中，分析处理单元设置为用于至少从压力传感器的和温度传感器的测量信号中推导出所述至少一个生理学参数。
12.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：诊断传感器单元(1)包括用于经由两个或更多个心电图电极来检测心电图信号的心电图单元，其中，分析处理单元设置为用于至少从压力传感器的和心电图单元的测量信号中推导出所述至少一个生理学参数。
13.如权利要求12所述的测量装置，其特征在于：压力传感器(3)与心电图单元的和/或生物电阻抗测量单元的测量电极(2)机械耦联并且这样对由需检查的身体组织局部地施加到压力传感器(3)上的压力经由测量电极(2)进行探测。
14.如权利要求13所述的测量装置，其特征在于：测量电极(2)可运动地支承在诊断传感器单元(1)上。
15.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：压力传感 器(3)包括至少一个压电元件。
16.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：分析处理单元设置为用于从测量信号中推导出血糖浓度。
17.用于无创确定至少一个生理学参数的方法，其特征在于：对由需检查的身体组织局部地施加到压力传感器(3)上的压力进行探测，其中，分析处理单元设置为用于从压力传感器(3)的测量信号中推导出至少一个生理学参数，并且诊断传感器单元(1)包括生物电阻抗测量单元，该生物电阻抗测量单元的供电电极(2’)和测量电极(2)适于深度解析确定和位置解析确定所述至少一个生理学参数，并且分析处理单元设置为用于推导出所述至少一个生理学参数作为身体组织内的深度和位置函数。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：从压力传感器(3)的测量信号的时间变化曲线中推导出至少一个下述的生理学参数：压力容积脉搏、脉搏幅度、脉搏宽度、脉搏持续时间、供血、脉压、心率、脉搏波速、体温、新陈代谢产生的热量。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于：借助诊断传感器单元来产生测量信号，由这些测量信号推导出所述至少一个生理学参数作为身体组织内的深度和位置函数，其中诊断传感器单元包括：
至少一个压力传感器(3)，该压力传感器对由需检查的身体组织局部地施加到该压力传感器(3)上的压力进行探测；和/或
光学测量单元，该光学测量单元包括用于照射身体组织的至少一个辐射源和用于探测由身体组织散射和/或发射的辐射的至少一个辐射传感器；和/或
温度传感器；和/或
用于经由两个或更多个心电图电极来检测心电图信号的心电图单元；和/或
生物电阻抗测量单元。
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