CN104414633A - 非接触式心电图测量传感器和传感器阵列及座椅或沙发 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对人体的非接触式心电图测量的传感器,包括用于将传感器固定至物体的二维的载体元件(37)以及至少一个与载体元件(37)相对放置且与之连接的导电二维电极(24,48),其中,提供一种机构(39),利用这种机构可以改变电极(24,48)与载体元件(37)之间的距离。而且,本发明涉及用于对人体的非接触式心电图测量的车辆用传感器阵列以及座椅或沙发。
Description
技术领域
本发明涉及用于对人体的非接触式心电图测量的传感器。而且,本发明还涉及配备了多个传感器的传感器阵列,以及配备了传感器阵列的车辆座椅或沙发。
背景技术
通过心电图传感器测量人体的皮肤上的电势或者电场强度构成了许多医学诊断方法的基础。举例来说,这容许通过所测量的电势记录心电图(ECG)或者确定心率。
在用于测量皮肤上的电势的传统测量方法的情况下,所述电势由与皮肤表面区域直接电接触的电极记录。由此,在皮肤(首先)与电极(其次)之间建立起导电连接。但是,在电极与皮肤并进而与被检验的人体之间保证足够好的电接触常常是非常困难的。而且,还越来越多地设想将这样的诊断方法用在与被检验人体的肌肤无直接接触的应用领域,例如,在用于监测在车辆座椅或沙发上的乘员的身体机能与/或生命参数的车辆应用中。
例如,专利文献US 7684854B2公开了一种对人体的非接触式心电图测量的传感器。在这种情况下,人可以位于椅子上,床上或车辆座椅上。可以从穿有衣服的人员身体上记录心电图,无需与皮肤的直接接触。传感器包括导电的二维电极,该电极具有面向人体的测量区域以及背离人体并与测量区域相对地安置的连接区域,该连接区域与前置放大器电连接。传感器的电极以及前置放大器被护罩包围。
专利EP 2532306A1进一步公开了一种用于记录人体心电图的无接触传感器。该传感器包括导电电极以及与导电电极电连接的配置用于放大电极所记录的信号的检测装置。该传感器布置于车辆座椅内,并确立座于车辆座椅上的驾驶员的特定生理参数。
专利文献DE 202012001096U1公开了一种用于电容式地记录车辆驾驶员生命参数的电容传感器。为此,传感器附接在车辆座椅的靠背内或者其上。根据一个实施例,特别提出将传感器分成两排布置于座椅的椅背内或者其上,两排传感器相互间隔开与驾驶员的脊柱宽度对应的距离。在每一排中,面积为16-36cm2的传感器以彼此间1-5cm的相等距离布置。在另一个实施例中,两个彼此隔开与脊柱对应的距离且宽度在4-10cm的薄膜传感器布置于整个座椅的高度内,而不是传感器以1-5cm的距离分布于座椅的整个高度内的、彼此分离的两排传感器。
而且,专利文献DE 102008049112A1公布了一种用于测量人体身体机能与/或生命参数的电容织物电极,其用于车辆应用,例如放在座椅或沙发内,该电极具有多层设计。后者包括两个织物层,每个织物层都设有导电电极区域,其中,配备有另一个织物层用于在这两个纺织层之间产生间隔。
在车辆应用中,为了从已知的用于对人体的非接触式心电图测量的传感器或传感器装置/传感器阵列获得可靠并且稳定的信号,重要的是,传感器由人员的待检测身体或身体区域最好是完全覆盖,传感器与被检验人体之间的距离应确保尽可能的小。具有距例如被检验人体的背部的大距离的那些电极通常产生质量差甚至不可用的信号。
因此,原则上可尝试将传感器放置于例如座椅或沙发上,其中,可预期就坐于座椅或沙发上的人体与座椅或沙发之间有尽可能好的接触。但是,在人体相对苗条(由于体重较低)的情况下或者在人体具有解剖学上的变形(例如腰椎前凸过度)的情况下,要确保在电极的测量区域与被检验人体之间具有足够高的接触压力或者足够大的接触面积相对困难。因此,尤其是在这样的人体的情况下,电极记录低质量的测量信号的概率会增加。
发明内容
在这样的背景下,本发明是基于具体说明一种优选在车辆应用中用于对人体的非接触式心电图测量的传感器、传感器阵列以及座椅与/或沙发的对象的目标,利用这种手段可以得出关于人体的身体机能与/或生命参数的可靠表述,即在任何时候都能提供高信号质量的可靠的信号。
这个目标通过具有以下技术特征的传感器、传感器阵列以及座椅或沙发来实现。以下还披露了本发明的特别有利的配置。
应注意的是,本发明权利要求所单独列出的特征可以以任何技术上有利的方式进行组合,突出本发明的进一步配置。说明书尤其是结合附图附加地表征和详细说明了本发明。
根据本发明,优选地用于车辆应用的对人体的非接触式心电图测量的传感器包括用于将传感器紧固于物体的二维的载体元件,以及至少一个导电二维电极,该电极位于与载体元件相对的位置并与之相连接。在本发明的范围内,“非接触”应理解为电极不直接与被检验人体的皮肤接触。举例来说,在被检验人体与电极之间可以安置有衣服。
而且,在根据本发明的传感器中,还提供一种机构,利用这种机构可以改变电极与载体元件之间的距离。因此,在根据本发明的传感器的帮助下,在对人体的非接触式心电图测量的情况下可以使面对人体的电极与被检验人体靠的更近,并且因此使得电极与人体之间的接触压力增加以及接触面积增大,结果是由电极记录的测量信号的质量提高以及可以得出关于人体的身体机能与/或生命参数的可靠表述。
根据本发明的一个有利配置,在电极与载体元件之间插入填充有气体和/或液体的波纹管。通过增加波纹管内的压力,因此可以通过简单的方式增加电极与载体元件之间的距离,并且因此也能够朝向被检验人体的方向移动利用载体元件固定于物体——例如车辆座椅或沙发——上的传感器的电极。波纹管的填充物可以由合适的气体、液压液体和/或导电液体以及任何气液混合物构成。周围的空气也可作为合适的气体。
本发明的进一步有利配置规定波纹管具有多个可独立填充的腔室,因此只有与各腔室相对应的电极区域可以以针对性的方式受到较高或较低的压力的影响。因此,传感器可以根据被检验人体的身体部分的外形更精确的调整使之与电极接触,或者所述传感器在针对载体元件的相对调整上可以进行更加精确的修正。
根据本发明的进一步有利配置,为了能够更有针对性地控制压力的应用,提供用于记录波纹管内存在的压力的压力传感器和/或用于记录电极与载体元件之间距离的距离传感器。
本发明的进一步有利配置规定由柔性的导电电极材料构成电极。因此,电极能够根据波纹管内存在的压力改变其外形,因此以一种更简单的方式增加了与被检验人体之间的接触压力以及接触面积。而且,传感器可更加精确地适应与电极接触的被检测人体的身体部分的外形。
根据本发明的传感器阵列包括至少两个上述类型的根据本发明的传感器。从本发明的意义而言,传感器阵列应理解为多个这种传感器的任何类型的排列。这样的传感器阵列的具体优点是该机构能够以有针对性的方式仅移动多个传感器中的各个传感器的电极,由此增加相应传感器与被检验人体之间的接触压力或接触面积(接触压力或接触面积的局部增加)。
根据本发明,车辆中的座椅或沙发包括至少一个根据本发明的上述类型的传感器阵列,其用于对就坐于座椅或沙发上的人体的非接触式心电图的测量。
附图说明
本发明的进一步特征或优点处从本发明的示例性实施例的下述说明中表现出,其不该解释为限制并在以下结合附图进行具体描述。在附图中:
图1示出根据现有技术的用于车辆中的传感器阵列或座椅的示意图;
图2示意性示出处于第一操作位置的根据本发明的第一实施例的传感器的截面图;
图3为示意性示出处在第二操作位置时的图2的传感器的截面图;
图4示意性示出根据本发明的另一个实施例的传感器的截面图;
图5示意性示出根据本发明的另一个进一步实施例的传感器的截面图;
图6示意性示出根据本发明的第一个实施例的波纹管的俯视图;
图7示意性示出根据本发明的另一个实施例的波纹管的侧视图;
图8示意性示出根据本发明的另一个实施例的波纹管的俯视图;
图9示意性示出根据本发明的另一个实施例的波纹管的俯视图。
附图标记列表
20 传感器阵列
21 座椅
22 人体,身体
23 传感器
24 电极
25 测量区域
26 连接区域
27 测量装置
28 绝缘体
29 衣服
30 护罩
31 前置放大器
32 仪表放大器
33 过滤和放大单元
34 A/D转换器
35 计算机
36 传感器
37 载体元件
38 泡沫元件
39 机构
40 波纹管
41 传感器
42 管
43 泵装置
44 控制装置
45 距离传感器
46 压力传感器
47 传感器
48 柔性电极
49 手风琴式波纹管
50 多腔室波纹管
51 腔室
52 多腔室波纹管
53 腔室
具体实施方式
在各图中,同样的部分总是采用同样的附图标记,因此通常只对其进行一次描述。
图1示意性的描绘了根据现有技术用于对人体22的非接触式心电图测量的用于车辆的传感器阵列20以及座椅21。可以辨别出传感器阵列包含以3X2的矩阵安置于车辆座椅的靠背内的六个传感器23的矩阵状排列,其中的每一个传感器都具有导电二维电极24。而且,另一个电极安置于车辆座椅21的座位区域内,利用该电极应用电路的参考电势。
每一个电极24包括面向人体22或其身体的测量区域25,以及背离人体并且与测量区域25相对的连接区域26,其用于与测量装置27相连接。如图1所描绘的,各电极24的测量区域25不直接与被检验人体22的皮肤接触。相反,在图1中,绝缘体28应用于每个电极24的测量区域25上。而且,人体所穿的衣服29也可以附加的位于被检验人体22与绝缘体28之间。
图1中描绘的测量装置27包括每一个传感器23的一个前置放大器31(内部包括偏压电阻(RBIAS)),其由护罩30包围。而且,仪表放大器32将传感器23的电极24记录的测量信号放大;继而是过滤和放大单元33以及数模转换器(A/D转换器)34。A/D转换器输出的数字测量信号随后进一步以适当的方式利用例如数字计算机35进行处理。
图2示意性地描绘了处于第一操作位置的根据本发明的第一实施例的传感器36的截面图,图3描绘了在第二操作位置的传感器36。传感器36包括将传感器36紧固于物体——如车辆座椅的靠背的尤其是背部脊柱前凸的区域以及其他接触力降低的区域——的二维的载体元件37以及位于与载体元件37相对位置并与其相连接的导电二维电极24。在图2和图3所示的传感器36的示例性实施例中,电极24利用弹性支承元件38连接于载体元件37,弹性支承元件38优选地使用泡沫制成并布置于电极24的边缘。
图2和图3显示出,传感器36上提供有机构39,利用该机构可以改变电极24与载体元件37之间的距离。尤其是,在示出的示例性实施例中,机构39体现为波纹管40的形式,波纹管40可以填充有气体(例如空气)和/或液体并且插入电极24与载体元件37之间。在图2中所示的操作位置,波纹管40实质为空,但当在图3所描绘的操作位置时,波纹管40内填充有气体,优选空气。图2和图3示出,电极24与载体元件37之间的距离可以在波纹管40的帮助下根据波纹管40内容纳的气体体积进行调整,以及因此电极24可以相对于载体元件37移动。举例来说,如果传感器36利用载体元件37附接于车辆座椅的靠背上,这可使得坐于车辆座椅上的人体与电极24之间的接触压力和接触面积增加,因此与电极24电连接的测量装置(图2和图3中未示出)的电极24能够可靠地提供信号质量高的测量信号。
图4描绘了根据本发明另一个实施例的传感器41的截面图。类似于图2与图3中描述的传感器36,传感器41包括用于将传感器41紧固于物体——如车辆座椅的靠背的尤其是背部脊柱前凸的区域以及其他接触力降低的区域——的二维的载体元件37,以及位于与载体元件37相对位置并且与其相连接的导电二维电极24。而且,图3所示的传感器41内可以形成有波纹管40,其可以填充有气体(例如空气)并且插入电极24与载体元件37之间。波纹管40可以通过由管42连接到波纹管40的泵装置43填充或者排空气体,优选空气。在图4中所描述的实施例中,泵装置43可以通过控制装置44控制。
在图4中所示的传感器41中,波纹管40内设有距离传感器45和压力传感器46,其用于有针对性地控制在泵装置43和波纹管40之间的气体供应以及移除。传感器45和46都分别与控制装置44电力连接。距离传感器45用于记录电极24与载体元件37之间的距离。压力传感器46用于记录在波纹管内存在的气体压力。传感器45和传感器46都向控制装置44提供相应的传感器信号,在此传感器信号的帮助下,控制装置44控制通过泵装置43供应的气体的体积。
图5描绘了根据本发明另一个进一步实施例的传感器47的截面图。与前述根据本发明的传感器36和传感器41的本质区别是传感器47包括由柔性的导电电极材料形成的电极48。因此,在这种情况下,电极48根据波纹管40的填充状态而变形,因此可以增加电极48与通过传感器47检验的人体(此处未示出)之间的接触压力和接触面积。以这种方式,传感器47与人体被检验的身体部分更加紧密地配合。
而且,图5描绘出了测量装置49,该装置与电极48电连接并且以与图1中描绘的测量装置27相似的方式对通过电极48所记录的测量信号进行制备。
图6-9描绘了根据本发明的波纹管的四个不同的实施例。在图6中,描绘了最简单形式的波纹管40的俯视图,体现为类似囊状物。图7描绘体现为手风琴式波纹管49的波纹管的侧视图。图7中描绘的两个管42应理解为可选实施例。图8描绘了具有四个腔室51的多室波纹管50的俯视图,腔室51可以彼此独立地填充。图9描绘了具有四个腔室53的另一类型的多室波纹管52的俯视图,腔室53可以彼此独立地填充。图8和图9显示,多室波纹管50和52根据腔室51和53的不同的布置而不同。
根据本发明的传感器、传感器阵列、以及座椅或沙发根据附图中描绘的多个示例性实施例已经进行了详细地解释。但是,所述传感器、传感器阵列、以及座椅或沙发并不限于本发明所述的实施例,也包括具有类似的作用的其他实施例。
在优选的实施例中,根据本发明的传感器、传感器阵列以及座椅或沙发用于在车辆中、尤其是机动车辆中对人体的非接触式心电图测量。
Claims (7)
1.一种用于对人体的非接触式心电图测量的传感器,包括用于将传感器固定至物体的二维载体元件(37)以及至少一个与载体元件(37)相对放置且与之连接的导电二维电极(24、48),其特征在于,包括机构(39),利用该机构可以改变电极(24、48)与载体元件(37)之间的距离。
2.如权利要求1所述的传感器,其特征在于,可填充气体和/或液体的波纹管(40、49、50、52)被插入到电极(24、48)与载体元件(37)之间。
3.如权利要求2所述的传感器,其特征在于,波纹管(50、52)具有多个可以独立填充的腔室(51、53)。
4.如权利要求2或3所述的传感器,其特征在于,提供用于记录波纹管(40、49、50、52)内存在的压力的压力传感器(46)和/或用于记录电极(24、48)与载体元件(37)之间的距离的距离传感器(45)。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的传感器,其特征在于,电极(48)由柔性导电电极材料构成。
6.一种传感器阵列,其特征在于,包括至少两个如上述权利要求中的任一项所述的传感器(36、41、47)。
7.一种车辆座椅或沙发,其特征在于,包括至少一个权利要求6中所述的用于对处在座椅上或沙发上的人体的非接触式心电图测量的传感器阵列。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |