CN110545712A - 子宫内监测系统 - Google Patents

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Abstract

描述了子宫内监测系统。所述系统包括：可植入的传感器装置，其形状和尺寸适于植入子宫中以测量子宫内的状况以产生传感器数据；以及可穿戴的接收器装置，其用于无线接收由所述可植入的传感器装置产生的所述传感器数据。以这种方式，可以进行子宫内环境的实时体内监测。可植入的传感器装置可以保持小而简单，仅需要进行传感器测量并将其传输到接收器装置所需的机械和电子结构。通过使接收器装置可穿戴，可以长期保持相对接近可植入的传感器装置，使得定期监测可行。

Description

子宫内监测系统
技术领域
本发明涉及子宫内监测系统。本发明的实施方案涉及用于长期、实时、体内测量人类子宫中的生物物理参数的系统。
背景技术
所有人类概念中超过30％不会提前超过20周的妊娠期。六分之一的夫妇患有不孕症，大约25％的夫妇没有明确的原因。即使经过人工生殖的帮助技术，带回家婴儿率在过去五到十年内变化不大。这可能反映了对询问子宫功能缺乏病理生理学理解和临床相关的诊断方法。子宫内环境(生物物理参数，如温度、溶解氧浓度和pH)与生殖健康之间可能存在相互作用，但对子宫的生物物理特征以及它们如何在月经周期中发生变化知之甚少。可用数据主要来自快照技术和有线传感器探头，这两种探测器均无法实现实时长期的体内监测。
本发明旨在解决某些这些限制。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种子宫内监测系统，包括：
可植入的传感器装置，其形状和尺寸适于植入子宫中，以用于测量子宫内的状况以产生传感器数据；以及
可穿戴的接收器装置，其用于无线接收由所述可植入的传感器装置产生的所述传感器数据。
以这种方式，可以进行子宫内环境的实时体内监测。可植入的传感器装置可以保持小而简单，仅需要进行传感器测量并将其传输到接收器装置所需的机械和电子结构。通过使接收器装置可穿戴，可以长期保持相对接近可植入的传感器装置，使得定期监测可行。
优选地，所述可穿戴的接收器装置可操作以对所述可植入的传感器装置进行无线充电。以这种方式，在可植入的传感器装置中不需要电池，使其能够做得更小，并且避免与子宫内电池泄漏相关的潜在问题。可以使用电磁场耦合无线能量传输来进行无线充电。可穿戴的接收器装置可以包括：天线、收发器电路和电源，并且可植入的传感器装置可以包括：天线、充电电路和控制器。所述可穿戴的接收器装置可以通过电磁耦合将电力从所述可穿戴的接收器装置的所述天线可操作地传输到所述可植入的传感器装置的所述天线。所述电力被所述充电电路用来存储电力，以用于操作所述可植入的传感器装置的所述传感器并且向所述可穿戴的接收器装置传输传感器数据。可植入的传感器装置可包括电容器，并且充电电路可通过对电容器充电来存储电力。电源可以是可充电电池。
所述可穿戴的接收器装置可在单个操作循环中在多个充电时段向可植入的传感器装置提供电力。结果，电容器或其他电存储装置可以保持很小，因为它仅需要(在电学术语中的)足够大以存储足够的电荷来执行操作循环的一部分。多个充电时段可以包括：第一充电时段，用于为所述可植入的传感器装置提供电力，以支持传感器在获取传感器数据中的操作；以及第二充电时段，以支持所获取的传感器数据传输至所述可穿戴的接收器装置。多个充电时段还可以包括在所述第一充电时段之前执行的第三充电时段，用于为可植入的传感器装置提供电力以支持启动过程。第三充电时段可以包括初始充电操作和可变长度的多充电操作。
可穿戴的接收器装置可以包括多个协同工作的天线，每个天线可操作以对所述可植入的传感器装置无线充电并从所述可植入的传感器装置接收数据。应当理解，两个天线之间的电力传输和数据传输高度依赖于它们之间的距离、相对取向和它们之间的物理障碍。通过在可穿戴的接收器装置的不同位置和/或取向提供多个天线，可以增加能够从可植入的传感器装置充电和接收数据的可靠性。可穿戴的接收器装置可包括控制器，控制器可操作以使用多个天线顺序地对可植入的传感器装置充电。控制器可操作以识别多个天线中的哪个能够在充电操作之前无线地检测可植入的传感器装置，并且使用每个所识别的天线顺序地对可植入的传感器装置进行充电。控制器可操作以尝试使用所识别的天线中的一个来获得传感器数据，并且如果尝试失败，则尝试使用其他所识别的传感器中的一个或多个来获得传感器数据。
可植入的传感器装置可包括温度传感器、pH传感器和溶解氧传感器中的一个或多个。这些传感器可以是集成在传感器装置中的小型电化学传感器，特别适用于人类生育分析应用。也可以使用其他生物物理参数传感器，例如可以提供导电性或压力传感器。在一些情况下，可以在可植入的传感器装置上的不同位置处提供相同类型的多个传感器(例如温度传感器)，例如以传感器阵列的形式。这使得能够在子宫内的不同区域进行单独的测量。例如，第一温度传感器可以设置在可植入的传感器装置的一端，靠近子宫颈，而第二温度传感器可以设置在可植入的传感器装置的另一端，深入至子宫中。以这种方式，可以推断出温度分布或梯度。
可植入的传感器装置可包括主体和一个或多个臂，臂从主体侧向突出以将传感器固定在子宫内。这应该增加装置在整个期望的植入期间保持在适当位置的可能性。可植入的传感器装置可包括一对臂，所述一对臂定位在主体的一端处或附近，并且通常彼此远离地延伸。已经发现这些结构提供了可植入的传感器装置在子宫内的稳定定位。
可穿戴的接收器装置可以是围绕用户腰部佩戴的腰带。或者，可穿戴的接收器装置可以是卫生垫。应当理解，该装置可以采用其他形式，例如内衣。从而该系统对用户的日常生活提供可忽略的干扰。
可穿戴的接收器装置可以包括发射器，用于将所接收的传感器数据无线发送到外部装置的。外部装置可以是便携式电子装置(诸如移动电话、平板电脑或专用手机)或计算机。外部装置可以是远程服务器，或用于构建传感器数据库的数据库。
通常，本发明的实施例提供了一种多参数体内感测平台，用于实时地长期捕获子宫中的关键生物物理参数。这些实施例包括：小型、无线、无电池的可植入的传感器，具有各种天线的可穿戴的接收器以及定制软件。考虑到其可能插入到活体的子宫中，可植入的传感器应该优选地在安全的原因下进行良好的包装和固定。
子宫内膜环境、子宫内膜评估的常规方法包括先采样和后续分析。这些方法的敏感性和准确性有限，仅适用于某些生物学参数。目前，大多数可用数据由连接到装置或手持机器的传感器探头捕获，该装置或手持机器只能在短时间内执行“快照”测量。相反，目前提出的可植入子宫内感测系统可以实现用于人类生育力研究、子宫内环境评估和子宫内膜评估的长期和实时的体内测量。用于子宫内的小型无线、无电池可植入的传感器测量可以制成适合于子宫腔的尺寸，并且适当地定位以在相对长的时间段(数周或数月)内保持在适当位置，允许在此期间连续监测。该传感器能够在所需环境中，实时或接近实时地测量人体(体内)的生物物理/生理特性，并最小化进行错误测量的可能性，以提高灵敏度、准确性和响应时间。
在另一方面，本发明提供了一种子宫内监测系统，包括：
可植入的传感器装置，其形状和尺寸适于植入子宫中，用于测量子宫内的状况以产生传感器数据；以及
外部接收器装置，用于无线接收由可植入的传感器装置产生的传感器数据。如上所述，外部接收器装置可以是可穿戴的，或者可以嵌入诸如椅子或床的家具物品中，允许在被监测的对象坐着或躺着时收集传感器数据。应当理解，在一些实施方式中，仅接收器装置的天线可以嵌入家具中，其中，例如，接收器装置的其余部分可拆卸地从天线拆卸下来。与可穿戴的接收器装置一样，嵌入家具中的外部接收器装置可以对可植入的传感器装置进行无线充电。通常，上面关于可穿戴的接收器装置描述的本发明的可选和优选特征同样适用于外部接收器装置形成家具物品的一部分的情况。
本发明的另一方面提供了一种可植入的传感器装置，其形状和尺寸适于植入子宫中，用于测量子宫内的状况以产生传感器数据，该可植入的传感器装置可操作以将传感器数据无线传送到可穿戴的接收器装置。本发明的另一方面提供了一种可穿戴的接收器装置，用于无线接收由植入子宫中的可植入的传感器装置产生的传感器数据，以测量子宫内的状况。
附图简要说明
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述本发明的实施例，其中相同的部件设有相应的附图标记，并且其中：
图1示意性地示出了根据本发明实施例的子宫内监测系统；
图2示意性地示出了根据一个实施例的可植入的传感器装置；
图3示意性地示出了根据另一实施例的可植入的传感器装置；
图4示意性地示出了可穿戴天线的各种可能的实施方式；
图5是可植入的传感器装置的示意性框图；
图6是可植入的传感器装置的更详细的示意框图；
图7是可穿戴的接收器装置的示意性框图；
图8是可植入的传感器装置的操作的示意流程图；
图9是监控系统的基于多充电的操作的示意流程图；以及
图10是多天线过程的示意流程图。
详细说明
参考图1，示出了用于子宫内环境监测的三模块结构化多参数体内感测平台。该平台包括智能传感器1(可植入的传感器装置，其形状和尺寸适于植入人体子宫中)，外部的、通常可穿戴的接收器2以及安装在合适的数据处理硬件上的监测软件，例如计算机3a或便携式电子装置3b。智能传感器1是完全可植入的(在人类女性身体6的子宫5内)传感器装置，其包括多个嵌入式生物传感器(用于测量温度、溶解氧浓度(DOC)和pH)。温度、DOC和pH被认为是该应用的三个最重要的测量参数，因为它们保持了对人体生命和繁殖至关重要的气体和酸碱的稳态控制平衡。他们可能会确定子宫内环境对植入胚胎的接受程度。
智能传感器1能够无线地从可穿戴的接收器2接收电力并将数据无线传输到可穿戴的接收器2，该可穿戴的接收器2位于用户的身体外部并且由用户佩戴。结果，智能传感器1省去了对电池和电缆的需求，并且具有与广泛使用的用于避孕的lUD(子宫内装置)相当的尺寸。这很重要，因为对于植入子宫，装置必须满足严格的尺寸限制。与广泛用于避孕的子宫内装置(lUD)相比，已经发现基于电池的传感器太大而不能用于子宫。此外，基于电池的设计通常具有限制，这是由于电池的物理尺寸和在电池耗尽而不能继续操作之前的短寿命。此外，电池的有毒物质存在潜在的风险。
接收器2用作可植入的传感器装置1和运行合适软件(因此作为数据分析器操作)的外部数据处理装置之间的介质。特别地，接收器2将能量传递给传感器装置并收集实时信息。接收器2的天线4可以嵌入衣服中并连接到接收器2。该软件模块被开发用于同时将体内数据上载到智能终端或PC服务器以进行后期数据处理和分析。软件模块由一组在PC或智能终端上运行的监控软件组成，该监控软件被设计用于数据处理和系统配置的友好用户界面。智能传感器1在子宫内的定位如图1所示。特别地，通常可具有大致细长结构的智能传感器1基本上直立(垂直)定位在子宫内。结果，当用户站立时，智能传感器1的纵轴基本上是垂直的。
在这种三模块结构系统中，智能传感器1和接收器2之间的无线能量传输和数据通信的有效性直接影响预期系统的可用性。优化设计不仅可以带来更好的性能、更小的尺寸、更低的功耗和更低的成本，还可以改善最终用户体验和临床实践。
参考图2，示出了智能传感器1的示例结构。在图2(a)中，可以看到T型智能传感器的上部包括中间连接器20、第一臂21以及具有连接器23的第二臂22。在图2(b)中，解释了中间连接器20由具有与第一臂21和第二臂22的接头不同的硬度的不同材料形成。特别地，相对硬的材料用于主体和连接器23，而相对柔软的材料用于形成第一臂21和第二臂22上的接头。从图2(c)可以看出，第一和第二臂21,22在输送到子宫并且以及移除以帮助插入/移除期间如何一起弯曲。一旦插入，第一和第二臂21,22有助于将智能传感器1保持在子宫内的适当位置。虽然在本实施例中使用了两个臂，但是应该理解，在其他实施例中，可以使用单个臂，或者可以使用两个以上的臂。在图2(d)中，可以看到主电路板24连接到中间连接器20，并且天线经由连接器23固定在第二臂22上。主电路板24承载传感器和电路，下面将详细描述。在这种布置中，其中一个臂用于帮助将智能传感器1保持在子宫内的适当位置，并且还用作用于与接收器2通信(以及从其接收电力)的天线。在图2的智能传感器中，天线在子宫内通常是水平的，使其适合与具有嵌入上衣的天线的接收器一起使用。在替代实施例中，天线可以不形成臂的一部分，但是可以在别处提供。
参考图3，示出了智能传感器的简化结构。图3的左侧示出了中间连接器32的横截面，图3的右侧示出了包括中间连接器32的内部连接的全智能传感器30。中间连接器32具有两个插座，在此作为矩形槽38用于连接到主电路板36(具有板上的传感器和电路)，以及用于连接到管天线34的圆形槽39。图3的传感器装置取向在子宫中是垂直的，使其适合与具有带状天线或嵌入内衣的天线(或一次性卫生垫)的接收器一起使用。应当理解，图3的传感器装置可以设置有一个或多个臂，以在需要时帮助稳定其在子宫内的位置。与其他天线类型相比，管天线可以在铁氧体磁芯上实现相对小的尺寸和紧密的缠绕，因为它不需要线圈框架。考虑到制造复杂性和传感器尽可能小的需要，具有铁氧体磁芯的管天线被认为是用于可植入的传感器装置的特别合适的天线。
参考图4，示出了用于以可穿戴或其他形式提供接收器天线的各种选择。在图4(a)中，天线显示为用层压纸密封，并且能够嵌入布中，使其适用于诸如内衣的衣服。在图4(b)中，示出了在塑料框架上形成的刚性天线。这种天线可以有效地嵌入诸如椅子或床的家具中，允许在受试者坐着或睡觉时从植入的传感器获得传感器数据。在图4(c)中，示出了嵌入一次性卫生垫中的天线。在图4(d)中，示出了具有嵌入弹性带上的线圈的弹性天线。这可以形成作为连续环的弹性带，以供使用者围绕其腰部穿着。在图4(e)中，带状天线包括嵌入弹性带中的线圈，带有多针连接器或带扣(连接时形成完整的电路)和一排用于使带子可调节的钩子。应当理解，图4(d)和4(e)的两个装置都可以作为条带佩戴，并且它们各自具有各自的优点和缺点。图4(d)的弹性带较小，没有笨重的带扣，但需要穿在脚/腿或胸部/臂上。图4(d)的带扣带更像普通条带，并且可以更舒适地贴合身体。
参考图5，示出了用于智能传感器的合适微系统结构的框图。为了实现数据捕获、信号处理和无线通信，微系统包括：集成传感器或多传感器阵列51，模拟信号调节电路52，模数转换器(ADC)53，可选地包括多路复用器(MUX)，数字信号处理器54或微程序控制单元(MCU)，无线发射器55和电源管理器56。在操作中，传感器51将物理参数转换为电子信号。传感器可以基于适于微系统的微制造技术在微小硅芯片上制造。调节电路52用于改善来自传感器51的模拟信号的质量。通常，高端调节性能需要更复杂的电路。更简单的调节电路导致受限的性能，在模拟-数字转换后需要进一步的数据处理。因此，系统实现应考虑信号调节性能和电路复杂性之间的平衡。多路复用器(MUX)可以用于电路硬件共享，其具有减小装置尺寸和功耗的优点。处理器54进行逻辑控制和数字信号处理。微程序控制单元(MCU)是一种广泛使用的组件，具有灵活的功能和良好的可扩展性。同时，与功能强大的处理器相比，MCU可以降低功耗。提供无线发射器55和电源管理器56分别用于数据传输和电力控制。这些不同单元的集成可以促进装置小型化。
参考图6，更详细地示出了传感器装置的主要结构，包括传感器61a、61b、61c(在这种情况下为温度、DOC和pH)，相应的模拟信号调节单元62a、62b、62c(一个用于调节每个传感器61a、61b、61c的输出)，多路复用器63a(以允许传感器阵列与ADC接口)，模数转换器63b和MCU64，以及发射器65。也可以从身体外部与MCU进行双向通信，例如将其从省电睡眠状态唤醒。此外，天线可用于通过电感耦合进行无线电力传输。这里的发射器65包括无源RF控制单元65a，用于与MCU64通信，以及控制天线驱动电路65b和充电电路65c。天线驱动电路能够经由天线(在这种情况下为环形天线)68与外部接收器(天线，ANT)进行双向数据通信，以及经由天线68接收电力(充电电压，VCL)。因此将理解，该系统利用通过感应耦合的无线电力传输，使用低频RFID信号来传输数据并通过用户的腹部区域接收电力。充电电路65c能够对电容器67充电，并且还使用经由天线68和驱动器电路65b接收的电力将电力输送到控制单元65a。通过电源管理块66管理所有电力。围绕图6的电路的电力流由实线方向箭头表示。模拟数据信号流由第一种虚线的方向箭头表示。控制信号流由第二种虚线方向箭头表示。数据流由实线方框箭头表示。可以看出，充电电容器67向电源管理器66(其依次管理到多路复用器63a、ADC63b和MCU64的电力输送)以及信号调节单元62a、62b、62C输送电力。电容器67最好是陶瓷电容器。出于安全原因，这种类型的电容器特别适用于本发明的目的，例如因为它不使用有毒材料并且几乎没有或没有泄漏的风险。
参考图7，示出了接收器结构的概述。微控制器71链接和控制不同的外围装置。低级无线单元72经由环形天线73向可植入的传感器装置提供无线能量传输并与其进行数据通信。无线单元72包括：无线基站集成电路72a，用于执行RF模拟前端以生成天线驱动信号，以及调制和解调数字信号；以及全桥天线驱动器72b，用于提供输出电力并驱动天线。包括LCD显示器74a和键盘74b的用户界面74能够显示由微控制器71提供的接收的传感器数据和系统信息，并且再次通过微控制器71为用户提供操作装置的便利。蓝牙模块75提供与服务器或智能终端的高级通信，其中可以执行数据分析。实时时钟76提供时间信息，例如为每个数据项提供时间戳，并实现连续测量，并且微SD卡接口77提供本地数据存储。电源管理器78转换来自可充电电池79的电源以匹配外围装置的不同电压要求。围绕图6的电路的电力流由实线的方向箭头表示。模拟数据信号流由第一种虚线的方向箭头指示。控制信号流由第二种虚线的方向箭头表示。数据流由实线的方框箭头表示。
参考图8，示出了单次采样(a)和连续采样(b)的操作过程的流程图。对于单次采样，在步骤S1，系统通电，然后在步骤S2启动，初始化图7中所示的各种电路。在此之后，系统在步骤S3进入空闲或低功耗模式，其保持在该模式直到它接收单个数据请求(例如，响应于用户致动可穿戴的接收器或无线连接的控制装置)。响应于这种触发，在步骤S4，启动采样/测量周期。在步骤S5，接收器尝试检测智能传感器装置并获得其标识符。该过程在图8(c)中更详细地描述。如果在步骤S6确定传感器装置不在范围内并且不能被检测到，则该过程返回到空闲/低功耗状态S3。如果在步骤S6发现传感器装置在范围内，则在步骤S7进行第一次充电操作。在图8(d)中更详细地描述了第一次充电操作。第一次充电操作旨在为传感器装置提供足够的电力以执行启动过程，其中图6的电路被通电和初始化。更具体地，启动过程可以包括硬件初始化，MCU状态初始化，工作参数初始化(固件)以及在启动之后立即进入低功耗模式，等待开始操作的指令。应当理解，启动过程将使用第一次充电操作中提供的一些或全部电力。在步骤S7之后，经过短暂延迟(在此期间传感器装置将启动)之后，在步骤S8执行第二次充电操作，其在传感器装置的电容器中补充电荷，于是传感器装置能够在步骤S9开始感测(但不发送)。在步骤S10，第三次充电操作用于在步骤S11将足够的能量传递给传感器装置以从传感器读取数据，并且在步骤S12进行传感器数据的无线数据传输。在数据传输之后，系统返回步骤S3的空闲模式并等待下一个采样周期。连续采样(b)的过程类似于单个采样周期，并且使用相同的步骤编号对相应的步骤进行标记。这里的不同之处在于采样周期以预设的时间间隔自动运行，由步骤S13控制，步骤S13能够保持系统空闲或处于低功耗模式，取消任务或者将过程返回到步骤S4触发操作的开始。实际上，在步骤S12的数据传输之后，系统进入休眠模式并且定时器倒计时以触发下一个采样周期。如果触发“取消”按钮，系统将返回空闲模式。该过程用于有效地传输能量，由于共享链路而限制能量传输和数据传输之间的串扰噪声并缩短采样周期。传感器装置采用多步充电而不是单次充电，因为它确保每个工作步骤有足够的能量，并且比单次充电更少的总充电时间。
参考图8(c)，其对检测装置和获得ID过程(步骤S5)进行了更详细地描述。具体地，在步骤S5a，执行用于传感器装置检测的初始充电操作。这仅需要对传感器装置的部分充电，例如无线单元65，其足以在充电步骤S5a发生之后的短时间内的步骤S5b中读取传感器ID。在步骤S5c，确定读取的ID是否正确。如果不是(例如，ID由于无线连接不良而未被识别或损坏)，则在步骤S5g，生成指示传感器装置不在范围内的信号(供步骤S6使用)。然而，如果在步骤S5c确定ID已被正确读取，则在步骤S5d将测试字节写入传感器装置。然后在步骤S5e确定测试字节的写入是否成功。如果不是，则再次在步骤S5g产生不在范围内的信号。然而，如果确定测试字节已被成功写入，则在步骤S5f产生指示传感器装置在范围内的信号(供步骤S6使用)。步骤s5d和S5e的测试写入过程是用于确认传感器装置和接收器之间的无线连接的可靠性的可选过程。
参考图8(d)，更详细地描述步骤S7的第一次充电过程。特别地，在步骤S7a，执行第一次充电主充电阶段。这是单个连续充电阶段，其中电力被传递到传感器装置以对电容器充电。主充电阶段可以例如相对快速地将电容器充电到50％的容量。然而，超过此的连续充电可能导致传感器装置或其部件的过度加热。因此，步骤S7a之后是步骤S7b(其将少量电量传送到传感器装置)和S7c(其循环回到步骤S7b，直到它已被执行N次)的多次迭代。步骤S7a、S7b和S7c的组合使电容器完全充电。使用多个短电荷通过限制线圈和电力驱动电路(在可穿戴的接收器上)的连续发热来控制加热效果，并且可植入的传感器抑制线圈过热。
低功耗状态可以是“睡眠”状态，其中装置基本上断电以节省电力，但是能够被唤醒以进行操作。相反，空闲状态可以是装置仅等待指令的操作状态。当处于空闲状态时，装置可以比在低功耗(睡眠)状态下更快地做出反应。
参考图9，示出了可植入的传感器装置的操作的流程图。图9示出了传感器装置在图8的步骤S5和S6检测之后的操作。在步骤R1，借助于步骤S7(第一次充电过程)在传感器装置处获取能量，并且用于对传感器装置通电并在步骤R2执行系统启动，如上所述。在步骤R3，传感器装置进入低功耗模式，该模式在没有事件发生时继续。如果传感器装置从接收器装置接收到开始测量的指令，则在步骤R4，传感器装置启用电压参考和模数转换器电路，并开始使用传感器进行测量。使用在图8的S8处的第二次充电过程处提供给传感器装置的电力来执行步骤R4。一旦进行了测量并在本地存储，传感器装置再次在步骤R5进入低功耗模式，该低功耗模式再次持续直到被来自接收器装置的指令(数据请求)中断，此时该过程继续进行到步骤R6，其中启用传感器装置的RF单元，并且发生从传感器装置到接收器装置的传感器数据的传输。在图8的步骤S10的第三次充电过程中，使用提供给传感器装置的电力来执行步骤R6。在步骤R6之后，传感器装置然后在步骤R7保持在激活模式，直到电容器耗尽，此时传感器装置在步骤R8断电。主动耗尽电容器的原因是每次使用时传感器装置完全重新初始化，并且使用图8中所示的充电步骤使电容器能够从其空状态一致地通电到满状态。
参考图10，示出了用于多天线接收器系统的操作过程的流程图。多个天线可以存在于单个装置中，例如可穿戴的接收器，或者利用嵌入在家具中的天线的接收器，或者可选地，一个(或多个)天线可以以可穿戴的形式提供，而另一个(或更多)可以嵌入家具中。从以下描述中可以理解，多个天线协同工作以改善整体性能。与单个接收器系统相比，多天线接收器系统的挑战是如何协调不同的天线并快速有效地执行采样，而不管传感器装置相对于各种天线的位置和取向如何。在图10(a)中，解释了用于多天线接收器系统的工作过程。在步骤A1，系统通电。在步骤A2，以与图8的步骤S2相同的方式启动系统。然后，系统在步骤A3进入空闲模式或低功耗模式，并等待事件触发，例如按下按钮，或者在连续采样的情况下等待定时器事件。一旦被触发，采样(测量)循环开始。为了在多阵列设置中实现这一点，在步骤A4，启用第一天线，并且在步骤A5，尝试检测传感器装置并获得其标识符。该过程如图10(b)所示，其精确对应于图8(b)。特别地，图10(b)的步骤A5a至A5g与步骤S5a至S5g相同，并且将不再描述。如果在步骤A6确定传感器装置不在该天线的范围内，则在步骤A7禁用第一天线。如果在步骤A6确定传感器装置在第一天线的范围内，则在步骤A8将该天线添加到“OK”列表(可用天线列表)。然后，在步骤A9，确定是否已经检查了所有天线。如果不是，则在步骤A10启用下一个天线，并且该过程返回到步骤A5，其中将对下一个天线重复步骤A5到A8。此过程一直持续到所有天线都被考虑并添加到“确定”列表或者被禁用。在通过所有天线的循环之后，在步骤A11，确定“OK”列表是否为空。如果是，则在步骤A21确定没有检测到装置。否则，该过程移动到步骤A12，其中启用“OK”列表中的第一个天线。特别地，在步骤A13，第一次和第二次充电过程由第一天线执行(如将在图10(c)中讨论的)。在步骤A14中，确定列表中的所有天线是否已执行充电过程。如果不是，则在步骤A15，启用列表中的下一个天线，并重复步骤A13和A14。当在步骤A14时，确定列表中的所有天线都已执行充电过程，然后在步骤A16，选择“OK”列表中的第一天线，并在步骤A17(也参见图10(d))中触发上面关于图8所述的数据感测过程。然后在步骤A18禁用该天线。然后在步骤A19确定传感器数据的读取是否成功。如果是，则不必在“OK”列表中使用任何其他天线，并且可以在步骤A20清空该列表。否则，如果传感器数据的读取尚未成功，则在步骤A21确定是否所有天线都试图从传感器装置获得传感器数据。如果是，则过程前进到步骤A22，在步骤A22确定没有检测到装置(或者至少没有装置可以被读取)。否则，在步骤A22，选择“OK”列表中的下一个天线装置，并且对下一个天线装置重复步骤A17至A22。在步骤A22之后，在步骤A23确定连续采样模式是否有效。如果不是，则该过程在步骤A3返回到空闲状态。如果连续采样模式有效，则在步骤A24设置定时器，然后该过程在步骤A3返回到空闲模式或低功耗模式。在定时器到期之后，步骤A4将开始。以这种方式，可以理解，执行在“OK”列表中输入的所有可用天线的充电阶段。所有可用天线(逐个)的充电使得能够将足够的能量传递到装置，即使接收器的每个单独天线的位置和方向不是最佳的。随后，可用天线在充电阶段之后连续读取数据。成功检索数据后，此采样周期结束。如果所有可用天线都没有获得任何正确的数据，则可以将失败的消息发送回软件。
转至图10(c)，其示出了多充电过程，包括第一次充电步骤A13a，接着是由步骤A13b和A13c表示的执行N次的多充电操作，接着是第二次充电步骤A13d。转到图10(d)，示出了数据感测过程，其中在步骤A17a，指示传感器装置开始感测，然后在步骤A17b对传感器装置充电(由接收器装置)以便提供对于读取传感器数据的步骤A17c和将读取的传感器数据发送到接收器装置的步骤A17d，有足够的电力。
如上所述，电磁感应无线传输技术通过使用分别在接收器装置和可植入的传感器处提供的两个耦合线圈，初级和次级线圈，用于近场能量传输。流过初级线圈的电流产生作用在其内部产生感应电流次级线圈上的磁场。需要紧密耦合以实现高能量收获效率和长工作距离。增加线圈之间的距离导致磁场延伸超过次级线圈接收区域并导致传输能量的损失。在预期的应用中，可植入的传感器装置需要小尺寸、低功耗以及大约10厘米的相对短的工作距离。由于组织吸收无线信号而导致的能量损失(电磁能量通过组织介质内的物质转换成其他形式的能量，例如转换成热量)取决于信号频率。较低频率的信号具有更好的传播特性并导致更少的组织吸收。因此，基于低频电磁感应的无线能量传递被用于可植入的传感器装置。用于无线能量传输的电路还可以用作无线数据通信，作为低频RFID链路，从而减少了用于数据通信的附加电路或板空间的需要。在预期的应用中，体内信息和系统配置不需要高数据速率传输，并且LFRFID链路可以提供足够的数据带宽以满足需求。数据通信范围通常比能量传输距离更远，这意味着它不是有效工作距离的瓶颈。
虽然已经在子宫内监测的背景下解释了各种技术以及可植入的传感器装置和外部接收器，但是应该理解，这些技术和结构可以应用于其他体腔监测，例如阴道内、人体或动物体的膀胱或消化道。

Claims (25)

1.一种子宫内监测系统，包括：
可植入的传感器装置，其形状和尺寸适于植入子宫中，以用于测量子宫内的状况以产生传感器数据；以及
可穿戴的接收器装置，其用于无线接收由所述可植入的传感器装置产生的所述传感器数据。
2.根据权利要求1所述的子宫内监测系统，其中，所述可穿戴的接收器装置可操作以对所述可植入的传感器装置进行无线充电。
3.根据权利要求2所述的子宫内监测系统，其中，所述可穿戴的接收器装置包括：天线、收发器电路和电源；并且所述可植入的传感器装置包括：天线、充电电路和控制器；
其中，所述可穿戴的接收器装置通过电磁耦合将电力从所述可穿戴的接收器装置的所述天线可操作地传输到所述可植入的传感器装置的所述天线；
所述电力被所述充电电路用来存储电力，以用于操作所述可植入的传感器装置的所述传感器并且向所述可穿戴的接收器装置传输传感器数据。
4.根据权利要求3所述的子宫内监测系统，其中，所述可植入的传感器装置包括电容器，并且所述充电电路通过对所述电容器充电来存储所述电力。
5.根据权利要求3或4所述的子宫内监测系统，其中，所述电源是可充电电池。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的子宫内监测系统，其中，所述可穿戴的接收器装置在单个操作循环中在多个充电时段向所述可植入的传感器装置提供电力。
7.根据权利要求6所述的子宫内监测系统，其中，所述多个充电时段包括：第一充电时段，用于为所述可植入的传感器装置提供电力，以支持所述传感器在获取传感器数据中的操作；以及第二充电时段，用于为所述可植入的传感器装置提供电力，以支持所获取的传感器数据传输至所述可穿戴的接收器装置。
8.根据权利要求7所述的子宫内监测系统，其中，所述多个充电时段包括：第三充电时段，其在所述第一充电时段之前执行，以用于为所述可植入的传感器装置提供电力以支持启动过程。
9.根据权利要求8所述的子宫内监测系统，其中，所述第三充电时段包括初始充电操作和可变长度的多充电操作。
10.根据权利要求2所述的子宫内监测系统，其中，所述可穿戴的接收器装置包括多个天线，每个天线可操作以对所述可植入的传感器装置无线充电并从所述可植入的传感器装置接收数据。
11.根据权利要求2所述的子宫内监测系统，其中，所述可穿戴的接收器装置包括第一天线，并且第二天线设置在家具中，所述第一天线和第二天线一起包括多个天线。
12.根据权利要求10或11所述的子宫内监测系统，其中，所述可穿戴的接收器装置包括控制器，所述控制器可操作以使用多个所述天线顺序地对所述可植入的传感器装置充电。
13.根据权利要求12所述的子宫内监测系统，其中，所述控制器可操作以识别所述多个天线中的哪个能够在充电操作之前无线地检测所述可植入的传感器装置，并且使用每个所识别的天线顺序地对所述可植入的传感器装置进行充电。
14.根据权利要求13所述的子宫内监测系统，其中，所述控制器可操作以尝试使用所识别的天线中的一个来获得所述传感器数据，并且如果所述尝试失败，则尝试使用其他所识别的传感器中的一个或多个来获得所述传感器数据。
15.根据任一前述权利要求所述的子宫内监测系统，其中，所述可植入的传感器装置包括温度传感器、pH传感器和溶解氧传感器中的一个或多个。
16.根据任一前述权利要求所述的子宫内监测系统，其中，所述可植入的传感器装置包括电导率传感器和压力传感器中的一者或二者。
17.根据任一前述权利要求所述的子宫内监测系统，其中，所述可植入的传感器装置包括主体和一个或多个臂，所述臂从所述主体横向突出以将所述传感器固定在所述子宫内。
18.根据权利要求17所述的子宫内监测系统，其中，所述可植入的传感器装置包括一对臂，所述一对臂定位在所述主体的一端处或者其附近，并且通常彼此远离地延伸。
19.根据任一前述权利要求所述的子宫内监测系统，其中，所述可穿戴的接收器装置设置在衣服中。
20.根据权利要求19所述的子宫内监测系统，其中，所述服装是围绕使用者的腰部佩戴的腰带。
21.根据权利要求1至18中任一项所述的子宫内监测系统，其中，所述可穿戴的接收器装置是卫生垫。
22.根据任一前述权利要求所述的子宫内监测系统，其中，所述可穿戴的接收器装置包括发射器，用于将所接收的传感器数据无线发送到外部装置。
23.根据权利要求22所述的子宫内监测系统，其中，所述外部装置是便携式电子装置或计算机。
24.一种可植入的传感器装置，其形状和尺寸适于植入子宫中以测量子宫内的状况以产生传感器数据，所述可植入的传感器装置可操作以将传感器数据无线传送到可穿戴的接收器装置。
25.一种可穿戴的接收器装置，用于无线接收传感器数据，所述传感器数据由植入子宫中以测量子宫内的状况的可植入的传感器装置产生。
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