CN109718469A - 非侵入性感应生物调节装置 - Google Patents

Abstract

一个例子公开了一种非侵入性生物调节装置，其包含：第一感应结构；第二感应结构；屏障，其被配置成阻挡所述结构与材料之间的直接接触；其中所述结构被配置成在所述材料中感生电流；并且其中所述电流被配置成具有用于调节所述材料中的生物活性的一组属性。

Description

非侵入性感应生物调节装置

技术领域

本说明书涉及用于生物调节的系统、方法、设备、装置、制品和指令。

背景技术

如例如在已发布的美国专利号US5139684中所描述的，可以使用电流减少人或动物的血液或其它体液中夹带的细菌、病毒、寄生虫以及真菌。

这类装置的例子包含将体液路由到外部装置以进行治疗或将装置植入人或动物中以进行原位治疗。

这类装置需要流体与装置的电极之间的直接电流接触(即，所述电极被置于所述流体中)，这在某些情况下可能具有负面效果(例如，血液凝结导致中风、流体进一步污染、继发性感染或发炎)。

发明内容

根据示例实施例，一种非侵入性生物调节装置包括：第一感应结构；第二感应结构；屏障，其被配置成阻挡所述结构与材料之间的直接接触；其中所述结构被配置成在所述材料中感生电流；并且其中所述电流被配置成具有用于调节所述材料中的生物活性的一组属性。

在另一个示例实施例中，所述电流被配置成减弱所述生物活性。

在另一个示例实施例中，所述电流被配置成刺激所述生物活性。

在另一个示例实施例中，所述电流仅是AC电流。

在另一个示例实施例中，所述材料是以下各项中的至少一项：流体、生物材料、水、血液、肌肉、组织、皮肤或植物。

在另一个示例实施例中，所述屏障被配置成电流地阻挡所述结构与所述材料之间的直流电流。

在另一个示例实施例中，所述屏障是电介质。

在另一个示例实施例中，所述屏障是一组生物细胞。

在另一个示例实施例中，所述屏障是气隙。

在另一个示例实施例中，所述材料的电导率比所述屏障更高。

在另一个示例实施例中，所述生物活性包含以下各项中的至少一项：细菌活性、病毒活性、寄生活性或真菌活性。

在另一个示例实施例中，所述材料中的所述电流是第一材料中的第一电流；所述电流具有第一组电属性，所述第一组电属性被配置成调节所述第一材料；所述感应结构被配置成另外地在第二材料中感生第二电流；所述第二电流具有第二组电属性，所述第二组电属性被配置成调节所述第二材料；并且所述第一组电属性和所述第二组电属性不同。

在另一个示例实施例中，所述材料中的所述电流是第一电流；所述感应结构被配置成用于以下各项中的至少一项来感生第二电流：疼痛减轻、大脑刺激、偏头痛减轻、肌肉放松、伤口护理、关节能动性增加、睡眠质量提高或血流改善；并且所述第二电流具有与所述第一电流不同的振幅和/或频率。

在另一个示例实施例中，另外包括定位电路，其被配置成在所述第一结构和所述第二结构与所述材料之间生成耦合因子；其中所述定位电路被配置成指示所述第一结构和所述第二结构何时具有用于优化所述材料中的电流生成的位置。

在另一个示例实施例中，所述定位电路被配置成将导频信号注入到所述材料中并且所述导频信号具有取决于所述装置的所述位置的信号强度。

在另一个示例实施例中，所述导频信号是所感生的电流；所述定位电路被配置成从磁传感器接收信号；并且来自所述磁传感器的所述信号基于在所述材料中流动的所述电流。

在另一个示例实施例中，所述定位电路被配置成感测由所述材料生成的且具有取决于所述装置的所述位置的信号强度的属性。

在另一个示例实施例中，所述属性是由血液运动生成的心跳信号。

在另一个示例实施例中，所述感应结构之一是以下各项中的至少一项的天线电路的一部分：无线装置、RFID装置、NFMI装置、NFEMI装置或蓝牙装置。

根据示例实施例，一种用于非侵入性生物调节的可穿戴装置，所述可穿戴装置包括：第一感应结构；第二感应结构；屏障，其被配置成阻挡所述结构与材料之间的直接接触；其中所述结构被配置成在所述材料中感生电流；并且其中所述电流被配置成具有用于调节所述材料中的生物活性的一组属性。

以上讨论不旨在表示目前或未来权利要求集的范围内的每个示例实施例或每种实施方式。附图和之后的具体实施方式还举例说明了各种示例实施例。

考虑以下具体实施方式结合附图可以更全面地理解各种示例性实施例，在附图中：

附图说明

图1是非侵入性生物调节装置的第一例子。

图2是非侵入性生物调节装置的第二例子。

图3A是非侵入性生物调节装置的第三例子的第一顶视图。

图3B是非侵入性生物调节装置的第三例子的横截面视图。

图3C是非侵入性生物调节装置的第三例子的第二顶视图。

图4是由非侵入性生物调节装置生成的示例感应场和/或所感生的电流波形。

图5是非侵入性生物调节装置的示例功能图。

虽然本公开容许各种修改和替代形式，但是已经借助于例子在附图中示出其特殊性并且将进行详细描述。然而，应理解的是，超出所描述的具体实施例的其它实施例也是可能的。也涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物以及替代性实施例。

具体实施方式

现在呈现了用于将电流感生到生物材料(例如，体内或原位的体液、组织或细胞)中的生物调节装置的示例实施例。这类感应装置不需要与待调节(例如，处理、变更等)的材料直接电流接触，从而减少如上文所提到的各种负面效果的可能性。

这类生物调节装置使用磁场来在一种或多种材料中感生一种或多种电流。

在一些示例实施例中，使用一组所感生的电流来靶向多种材料和/或生物活性，每种感生电流具有不同属性，所述不同属性单独地或建设性地靶向材料和/或所述材料中的生物活性中的每一种。

每种感生电流被选择成使得靶向的材料和/或生物活性与其周围材料和/或生物活性相比具有较高的电导率。因此，具有最高振幅的较高感生电流将在这些靶向的材料和/或生物活性中流动。

此装置的示例实施例可以被集成到可穿戴产品中，所述可穿戴产品附接到人体或动物体或任何其它系统(例如，定位在用户的手腕周围)。

在各种示例实施例中，所述装置还可以与如无线通信装置等其它功能集成。在这种组合装置中，上文所描述的功能可以在需要时由用户激活。

而且，在一些示例实施例中，目前用于通信(例如，无线、RFID、NFMI、NFEMI、蓝牙等)的天线和其它辐射结构可以重复使用以在所述材料中感生电流。

图1是非侵入性生物调节装置102的第一例子100。第一例子100示出了生物材料104上的非侵入性生物调节装置102。

生物调节装置102包含第一感应结构108和被距离130分隔开的第二感应结构110。

在一些示例实施例中，感应结构108、110中的一个或多个也是装置102中的或耦合到所述装置的另一个天线电路的一部分。这种天线还可以用于无线装置、RFID装置、NFMI装置、NFEMI装置或蓝牙装置。所述感应结构108、110可以是平面的或适形于生物材料104的表面。所述感应结构108、110还可以嵌入柔性衬底，所述柔性衬底还起到内部屏障112的作用。

装置102还包含内部屏障112或在一些实施例中存在外部屏障，所述内部屏障和所述外部屏障中的任一个阻挡结构108、110与生物材料104之间的直接接触。因此，所述屏障112电流地阻挡直流电流在所述结构与所述生物材料104之间流动。所述屏障112可以是电介质、一组生物细胞、气隙、可穿戴的手腕带等。为了最有效地将电流126感生到生物材料104中，所述生物材料104应该具有比所述屏障112更高的电导率。

第一感应结构108包含第一线圈线114，当被供电时，所述第一线圈线生成第一感应场116。第二感应结构110包含第二线圈线118，当被供电时，所述第二线圈线生成第二感应场120。

所述第一场116和所述第二场120一起形成组合的感应场122。所述场116、120、122穿过屏障112并且在生物材料104中感生电流126。在一些示例实施例中，所述电流126仅是AC电流。

出于说明性目的，生物材料104被示出为包含由所感生的电流126处理的初始生物活性124。所述电流126被配置成具有用于调节所述生物材料104中的生物活性的一组属性。

其它材料而非生物材料104可以被调节，如各种流体(例如，水、血液等)或组织(例如，人、动物、植物、肌肉、皮肤、细胞等)。

生物活性包含以下各项中的至少一项：细菌活性、病毒活性、寄生活性或真菌活性。

在至少一些示例实施例中，电流126被配置成减弱所述生物材料104中的生物活性(例如，减少不良细菌)。在其它示例实施例中，电流126被配置成刺激生物材料104中的生物活性(例如，促进良好细菌生长)。

在其它实施例中，如下文所讨论的，多种电流被使用。例如，所述材料中的电流126可以是第一材料中的第一电流，并且具有被配置成调节第一材料的第一组电属性。感应结构108、100还被配置成在第二材料中进一步感生第二电流，并且具有被配置成调节第二材料的第二组电属性。所述第一组电属性和所述第二组电属性不同。

感应结构108、110从侧面示出，其中引导到图1页面外的第一线圈线114和第二线圈线118(例如，绕组)中的电流由“点”示出，并且引导到页面中的电流由“X”示出。在图3C中，这种相同的“点”和“X”符号也用于磁场线。

如所提及的，第一感应结构108产生场线116，并且第二感应结构110产生场线120。通过电源(参见图5)示出的穿过感应结构108、110的线114、118的驱动电流(未示出)被布置成使得第一感应场116和第二感应场120具有相反极性。由于这种相反极性，两个感应结构108、110之间的组合的感应场122强度因此低于感应结构108、110二者，并且更有效地在生物材料104中感生电流126。

附接到装置102的电路(参见图5)生成用于组合的感应场122的信号形状、强度、频率以及持续时间，所述组合的感应场增强了在生物材料104中所感生的电流126的调节效果。提高效率需要较低的驱动电流，并且因此降低装置102和相关电路的功率运行。这种较低的功耗使得装置102能够由电池供电并且具有小的形状因子，并且因此可以被包含在可穿戴装置中。

为了调整由感应结构108、110生成的信号形状、强度、频率以及持续时间，可以包含如一个或多个电容器组的谐振调谐电路。因此，结构108、110可以被配置成感生各种振幅、频率以及波形(例如，方波)的电流并且被优化成对生物材料104内的特定生物活性具有最大效果。多个信号还可以从相同或多组结构108、110生成，并且用于靶向生物材料104中的多种不同生物活性。

在一些示例实施例中，感应场116、120由这个等式定义：

其中：

Ei感应电场强度[V/m]

ω角频率[Hz]

B磁场[Tesla]

r环面积[m²]

所感生的电流126由这个等式定义：

J＝σEi

其中：

J电流密度[A/m²]

σ电导率[Siemens/m]

Ei所感生的电场

在装置102的一些示例实施例和应用中，需要最小1uA/mm²来调节(例如，变更/净化)人体血液。

为了在一些示例实施例中实现在uA/mm²范围内所感生的电流126密度，第一线圈线114和第二线圈线118由第一较高频率激发以感生足够的电流振幅和第二调制频率，所述第二调制频率可以较低，但仍然比在手腕位置处调节的生物材料104(例如血液)的刷新率更快(大约10秒)。

在一个例子中，具有柔性衬底上的两个平面感应结构108、110的装置102使用5伏特驱动电压以及第一频率10.6MHz和第二较低频率4Hz产生1.4μTesla的感应场116、120和血液中所感生的电流126密度2.88μA/mm²。

在其它生物材料中感生电流所需的波形、振幅以及频率将取决于材料的对应电导率。

其它生物材料可以被调节/变更。10MHz下用于各种生物材料的示例电导率[Siemens/m]如下：

皮肤 0.2

肌肉 0.62

血液 1.097

在一些示例实施例中，电流126在生物材料104中的效应另外包含：疼痛减轻、大脑刺激、偏头痛减轻、肌肉放松、伤口护理、关节能动性增加、睡眠质量提高和/或血流改善。

图2是非侵入性生物调节装置102的第二例子200。在第二例子200中，出于说明性目的，生物材料104被示出为现在包含被所感生的电流126处理之后的后续(即，减弱/减少)生物活性202。

图3A是非侵入性生物调节装置102的第三例子的第一顶视图300。第一视图300示出了手腕306、手308、第一血管310、第二血管312、外部屏障314(例如，皮肤和肌肉组织)、第一感生电流316以及第二感生电流318。

感应结构108、110被定位在手腕306上最有效地调节血管310、312中的血液的理想的位置处。

非侵入性生物调节装置102的一些示例实施例包含定位电路(未示出)，所述定位电路被配置成在第一结构108和第二结构110与生物材料104之间生成耦合因子(例如，脉冲强度、共振频率、最小阻抗等)。所述定位电路被配置成指示所述第一结构108和所述第二结构110何时具有用于优化所述生物材料104中的电流126生成的位置。

可以使用有源技术或无源技术最佳地定位感应结构108、110。

示例有源技术使用装置102或另一个装置将导频信号注入到生物材料104中，然后通过移动装置102来优化所述生物材料104。

示例无源技术使用装置102或另一个装置来感测由生物材料104生成的属性，然后通过移动装置102来优化(例如，针对最大接收信号强度)所述生物材料104。

无源技术的一个例子涉及感测心跳。例如，所述定位电路可以用心跳传感器在心跳振幅最大的地方检测结构108、110的位置，所述心跳振幅将在静脉或动脉上方最大。

有源技术的一个例子涉及使用磁传感器(未示出)。所述磁传感器被定位在距感应结构108、110近但足够的距离处，所述感应结构位于相对靠近被靶向的静脉或动脉的位置以进行调节。因为在靶向的静脉/动脉中感生了至少一些电流，所以适度的感生电流还将生成与由结构108、110生成的第一磁感应场116和第二磁感应场120相比小得多的第二磁场。

当所感生的电流316、318最大时，这个第二磁场最大。因此，感应结构108、110可以被移动直到所述第二磁场的振幅变得最大。

图3B是非侵入性生物调节装置102的第三例子的横截面视图302。横截面视图302示出了由第一感应结构108生成的第一感应场320和由第二感应结构110生成的第二感应场322。

结构108、110被距离324间隔开。距离324反映了结构108、110在第一血管310和第二血管312上的优化定位。

图3C是非侵入性生物调节装置102的第三例子的第二顶视图304。第二顶视图304还示出了流经第一血管310和第二血管312的第一感生电流316和第二感生电流318。

由于血液和手腕生物材料的不同电特性(例如，电导率)，较高的电流振幅将在血液中被感生。现在使用前面讨论的“点”和“X”符号示出第一感应场320和第二感应场322。

图4是由非侵入性生物调节装置102生成的示例400感应场和/或感生电流波形402。

在这个例子中，所述波形使用方波。第一较高频率404由第二较低频率406调制。此示例波形402可以在上文图1中所讨论的例子中使用，其中第一较高频率404为10MHz，并且所述第二较低频率406为4Hz。

在装置102的一些示例应用中，此特定波形402具有所希望的生物活性效果。

图5是非侵入性生物调节装置102的示例功能图500。用户界面501控制所述装置。处理器502可以操控不同的功能块。具有第一频率和形状的第一信号由振荡器503生成。通过具有第二频率和形状的第二信号在调制器504中调制所述第一信号。

驱动器505向第一感应结构108(例如，第一线圈)和第二感应结构110(例如，第二线圈)提供所需的驱动电流。这些不同的电子块由含有电池和充电电路的供电区段506供电。所述充电电路可以由外部有线线路如USB线供应，或者可以具有无线充电功能。

除非明确陈述特定顺序，否则可以以任何顺序执行上文附图中讨论的多个指令和/或可操作步骤。而且，本领域的技术人员将认识到，虽然已经讨论了一些示例指令集/步骤，但是本说明书中的材料可以以各种各样的方式组合从而还产生其它例子，并且应在由此详细描述提供的上下文内来进行理解。

在一些示例实施例中，这些指令/步骤是作为功能指令和软件指令实施的。在其它实施例中，指令可以使用逻辑门、应用特定芯片、固件以及其它硬件形式实施。

当指令被实施为非瞬态计算机可读或计算机可用媒体中的一组可执行指令时，所述指令在编程有所述可执行指令并且受所述可执行指令控制的计算机或机器上实现。所述指令经过加载以在处理器(如，一个或多个CPU)上执行。所述处理器包含微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包含一个或多个微处理器或微控制器)、或其它控制或计算装置。处理器可以指单个部件或多个部件。所述计算机可读或计算机可用存储媒体被视为物品(或制品)的一部分。物品或制品可以指任何所制造的单个部件或多个部件。如本文所定义的非瞬态机器或计算机可用媒体不包括信号，但此类媒体可能能够接收并且处理来自信号和/或其它瞬态媒体的信息。

将容易理解，如本文中大体描述并且在附图中展示的实施例的部件可以以各种各样不同的构型来布置和设计。因此，如图所表示的各种实施例的详细描述并非旨在限制本公开的范围，而仅仅是表示各种实施例。尽管在附图中呈现了实施例的各种方面，但是除非明确地指示，否则附图未必按比例绘制。

在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，可以以其它特定形式实施本发明。所描述的实施例应视为在所有方面都仅为说明性而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而非由此详细描述来指示。在权利要求书的等效物的含义和范围内的所有变化都涵盖在权利要求书的范围内。

贯穿本说明书对特性、优点或类似语言的参考并不暗示可以使用本发明实现的所有特性和优点应该在或在本发明的任何单个实施例中。而是，涉及特征和优点的语言应理解成意指结合实施例描述的特定特征、优点或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点以及类似语言的讨论可能是(但未必是)指相同的实施例。

此外，本发明所描述的特征、优点和特性可以以任何合适的方式结合在一或多个实施例中。相关领域的技术人员应认识到，鉴于本文中的描述，可以在没有具体实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实施本发明。在其它情况下，可以在某些实施例中识别到可能不存在于本发明的全部实施例中的附加特征和优点。

贯穿本说明书对“一个实施例”、“实施例”或类似语言的参考意指结合所指示的实施例所描述的具体特征、结构或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”以及类似语言可能(但未必)都指相同的实施例。

Claims (10)

1.一种非侵入性生物调节装置，其特征在于，其包括：

第一感应结构；

第二感应结构；

屏障，其被配置成阻挡所述结构与材料之间的直接接触；

其中，所述结构被配置成在所述材料中感生电流；并且

其中所述电流被配置成具有用于调节所述材料中的生物活性的一组属性。

2.根据权利要求1所述的装置：

其特征在于，所述电流被配置成减弱所述生物活性。

3.根据权利要求1所述的装置：

其特征在于，所述电流被配置成刺激所述生物活性。

4.根据权利要求1所述的装置：

其特征在于，所述材料是以下各项中的至少一项：流体、生物材料、水、血液、肌肉、组织、皮肤或植物。

5.根据权利要求1所述的装置：

其特征在于，所述屏障被配置成电流地阻挡所述结构与所述材料之间的直流电流。

6.根据权利要求1所述的装置：

其特征在于，所述生物活性包含以下各项中的至少一项：细菌活性、病毒活性、寄生活性或真菌活性。

7.根据权利要求1所述的装置：

其特征在于，所述材料中的所述电流是第一材料中的第一电流；

其中所述电流具有第一组电属性，所述第一组电属性被配置成调节所述第一材料；

其中所述感应结构被配置成进一步地在第二材料中感生第二电流；

其中所述第二电流具有第二组电属性，所述第二组电属性被配置成调节所述第二材料；并且

其中所述第一组电属性和所述第二组电属性不同。

8.根据权利要求1所述的装置：

其特征在于，所述材料中的所述电流是第一电流；

其中所述感应结构被配置成感生用于以下各项中的至少一项的第二电流：疼痛减轻、大脑刺激、偏头痛减轻、肌肉放松、伤口护理、关节能动性增加、睡眠质量提高或血流改善；并且

其中所述第二电流的振幅和/或频率与所述第一电流不同。

9.根据权利要求1所述的装置：

其特征在于，其进一步包括定位电路，所述定位电路被配置成在所述第一结构和所述第二结构与所述材料之间生成耦合因子；

其中所述定位电路被配置成指示所述第一结构和所述第二结构何时具有用于优化所述材料中的电流生成的位置。

10.一种用于非侵入性生物调节的可穿戴装置，其特征在于，所述可穿戴装置包括：

第一感应结构；

第二感应结构；

屏障，其被配置成阻挡所述结构与材料之间的直接接触；

其中所述结构被配置成在所述材料中感生电流；并且

其中所述电流被配置成具有用于调节所述材料中的生物活性的一组属性。