CN112469327A - 测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多功能测量装置，其具有壳体(1)，所述壳体具有上壳(2)和下壳(3)，所述上壳和下壳能够借助翻转机构(4)相对彼此运动并且具有彼此对应的模块，其中，所述模块形成能从外部到达的、用于接收人的手指的腔(9)，其中，在腔(9)中布置具有光学模块(11)的光学测量单元，所述光学模块具有至少一个光源(12)和至少一个传感器，其中，在壳体中或上集成用于数据评估和/或数据传送的装置。本发明的目的在于，所述紧凑的、便携式的测量装置进一步改进如下，通过测量装置实现确定多个能非侵入性地确定的参数。此外，应该实现借助统计方法确定另外的参数，所述另外的参数通常不能由非侵入性的测量直接获得。为此本发明提出，不同的传感器集成到紧凑的测量装置中、集成在腔(9)中和/或在壳体(1)外部上。

Description

测量装置
技术领域
本发明涉及一种多功能测量装置，其具有壳体，所述壳体具有上壳和下壳，所述上壳和下壳能够借助翻转机构相对彼此运动并且具有彼此对应的模块，其中，所述模块形成从外部能到达的、用于接收人的手指的腔，其中，在所述腔中布置具有光学模块的光学测量单元，所述光学模块具有至少一个光源和至少一个传感器，其中，在壳体中或上集成用于数据评估和/或数据传送的装置。此外，本发明涉及一种用于通过使用所述多功能测量装置进行测量的方法。
背景技术
用于医疗保健和医学应用的可携带且易于操作的多功能测量装置实现在家和在路上监测用户的健康状态。根据应用领域和目的，不同的参数、例如心率、动脉氧饱和度或者其他由ECG(心电图)或光电容积描记图推导出的参数可以适合用于监测用户的健康状态。
为了测量脉冲和氧饱和度通常使用开头所提及的测量装置、所谓的“手指脉冲血流量计”。
然而如果应该确定另外的并且多个不同的生理学参数被，则通常必须采用不同的单个仪器。这对于用户不仅在购置方面而且在使用方面是不实际的。此外在使用不同的仪器的情况中耗费的是，集成并且组合测量出的数据。
发明内容
因此本发明的任务在于，一种紧凑的、便携式的测量装置进一步改进如下，通过测量装置实现确定多个能非侵入性地确定的参数。此外，应该实现借助统计方法(例如多变量方法)和/或机器学习方法(例如也与深度学习相关的神经网络)确定另外的参数，所述另外的参数通常不能由非侵入性的测量直接获得。
为了解决该任务本发明从开头所述类型的测量装置出发提出，设置至少一个电测量单元，所述至少一个电测量单元具有至少两个测量电极在所述腔中和/或在壳体外部。通过电测量单元可以除了光学测量以外也进行电测量、例如生物阻抗测量或心电图测量(ECG)。此外可以将附加的电测量结果与光学测量结果组合。为此进一步在下文中还提出实施方案。
本发明的一个进一步方案设置，至少一个温度测量装置布置在壳体中和/或上。借助温度测量单元可以例如确定用户的手指温度，并且相应的测量数据可以被纳入到评估中。
本发明的一个优选的实施方式设置，至少一个另外的光学传感器和/或另外的光源布置在光学模块对面。通过布置一个另外的传感器或一个另外的光源可以除了通过在光学模块中的光学传感器和光源的测量以外也进行透射测量，并且将如此获得的测量数据考虑用于分析。通过测量反射和透射能够确定不同的组织区域(接近于表面的或者位于更深的组织层)的生理学参数。不同的组织区域不同地被静脉地或动脉地供血。来自静脉地或动脉地供血的组织的测量值的组合实现推断重要的代谢参数。
符合目的的是，翻转机构设置有复位机构。为此可以例如使用弹簧机构。在将这两个壳压分开并且放入手指之后，这两个壳又自动地合上并且将手指夹紧在这两个壳之间。借助复位机构可以将夹紧的压力可重复地预设到期望的值。在相应的传感器上的手指组织的压紧力影响所述测量。所述参数应该因此(至少近似地)确定。
一个优选的实施方式设置，在壳体中布置微控制器用于数据评估。借助微控制器可以直接地在测量装置中进行数据评估。
本发明的一个进一步方案设置，用于数据传送的装置具有无线接口。所述无线接口可以数据传送，并且用户可以将数据在外部设备、例如智能手机或智能手表上显示、存储并且继续处理。对测量装置的控制也能够通过外部设备实现。
特别符合目的的是，设置用于定位单个手指的装置，以使得手指在测量过程中始终位于相同的位置中。由此可以确保，为了进行测量将手指准确地定位。相应的装置的特定的实施方案进一步在下文中描述。
在测量装置的一个实施方式中设置，集成有加速度传感器和/或陀螺仪。由此可以在数据评估时考虑测量装置的运动，或者用户指出，测量值由于测量装置的明显的运动而可能是不准确的。
也可以有意义的是，集成用于测量空气压力、空气湿度和/或环境温度的另外的传感器。由此可以将环境参数的影响纳入测量数据分析中。
此外有利的是，集成有用于测量手指的压紧力的压力传感器。由此可以例如探测复位机构的功能故障。然而压力传感器的测量也可以用于修正与压力相关的测量值。此外可以根据应用目的有益的是，通过手指中的血液的脉冲引起的、叠加压紧力的压力改变量作为独立的测量信号被评估并且由此推导生理学参数。
此外可以符合目的的是，用于另外的外部传感器的外部接头布置在壳体上。外部的传感器也可以与所述接头连接，从而外部的传感器可以例如被施加到不同于手的其他身体部位上。
附图说明
下面根据附图详细地说明本发明的实施例。附图中：
图1a-f以不同的视图示出在合拢状态中的、根据本发明的测量装置；
图2a-d以不同的视图示出出自图1a-f的、在翻开状态中的、根据本发明的测量装置；
图3a-b示意性地示出在通过用户使用时的、根据本发明的测量装置；
图4示意性地示出在通过根据本发明的测量装置测量时的方法过程；
图5示意性地示出测量数据检测和处理。
具体实施方式
根据本发明的测量装置在图1a-f中根据一个具体的实现方案示出。该视图在此局限于测量装置的外部特征，测量装置的其他机械方面和内部特征进一步在下文中描述。
壳体通常以附图标记1标出。测量装置的壳体1的主要特征如下：
-壳体1由上壳2和下壳3构成，通过在壳体1的后侧上将翻转机构4压到一起可以使所述上壳和下壳在前侧远离彼此运动。
-为了在壳体1的后侧上压到一起时对于用户而言易于抓住测量装置而使小的接片2a位于上壳2上并且凹进部3a位于下壳上。
-上壳2包含显示器2b以及操作元件2c。可选地用于外部接口(例如USB)的连接器5以及例如用于在扩展坞中给测量装置充电的金属触点6位于上壳2的侧面上。
-相应地两个用于生物阻抗和ECG测量的电极7位于下壳3的侧面上。附加地温度传感器8位于壳体的所述侧面之一上。
-前视图(图1e)示出腔9，手指可以在翻开状态中被放入到所述腔中。至少一个光学测量单元和可选地还有另外的测量单元位于腔9中。
在图2a-d中示出上壳2和下壳3在出自图1a-f的测量装置后侧处被压到一起，当上壳2和下壳3在壳体1的前侧处已经被打开时，则手指可以被放入到测量装置中。上壳和下壳2，3通过弹簧机构彼此连接，所述弹簧机构用作翻转机构4。
如果放入手指并且使在测量装置15的后部分上被压到一起的上壳和下壳2，3松开，则上壳和下壳2，3被拉紧并且通过弹簧机构将确定的压力施加给手指。然而其他实现打开测量装置以放入手指以及将确定的压力施加给手指的机构同样是可能的并且不消极地影响本发明的核心构思。
图2a-d示出出自图1a-f的、在翻开状态中的测量装置。因为上壳和下壳2，3在放入手指时不能完全运动回到初始位置中，所以侧向地安置的壁10不仅位于上壳2上而且位于下壳3上，所述壁减小环境光线的射入。模块在所述壁10之间位于上壳和下壳2，3上，所述模块在图2c中示出。所述模块形成用于接收手指的腔9。内部的腔9的主要特性如下：
-腔9不仅在上部而且在下部是弯曲的。所述腔的弯曲在此一方面反映人的手指的弯曲。另一方面由此也实现使放入的手指具有稳定的测量位置。
-后壁位于所述腔9的后端部上，手指必须被推入直至所述后壁。由此手指具有确定的终止位置。
-多个类型的测量单元能够集成到所述腔中，所述测量单元可以用于光学测量、电测量和温度测量。
-支承面的不包含测量单元的部分内衬有软的材料9a，由此避免尖锐的棱边并且提高用户的舒适性。
关于在此使用的传感器及其定位在以下段落中详细地探讨。
-所述腔9的下部分包含呈光学模块11形式的光学测量单元，所述光学测量单元具有光源12以及光学传感器。光学模块11放置在远端的指节下方。借助在光学模块11中的光学传感器以及光源12可以测量手指组织的漫反射。
-光学模块11的光源12可以例如是不同波长的LED。为了测量手指的漫反射可以将例如一个或多个光电二极管使用在光学模块11中。模块11可以具有附加的温度传感器，所述附加的温度传感器也可以提供关于在模块11内部的光源12的温度的信息。
-一个另外的光学传感器13放置在手指支承件的上部分上作为光学测量单元的部分。借助所述附加的传感器13可以测量通过手指的透射，其中，被透射的组织是不同于下方的传感器的组织。
-测量电极7不仅位于内部的腔9中而且位于装置的外侧上。在具体的实现方案中使用不锈钢电极，然而其他材料同样是可能的。
-借助布置在所述腔9内部和在壳体1外部的测量电极7可以测量左手和右手的手指之间的ECG。不同的生物阻抗测量同样是可能的。通过不同的测量电极7的组合可以例如在所示的实现方案中进行以下生物阻抗测量：
ο左手食指和右手食指之间的生物阻抗测量。
ο右手食指和右手大拇指之间的生物阻抗测量。
-温度传感器8位于外侧，所述温度传感器在与手指接触时测量手指温度。温度传感器8例如也可以集成到腔9中。
传感器的顺序和相对定位可以相应于图1a-f和2a-d中的定位，然而也针对特定的应用被调整。光学模块11例如也可以定位在内部的手指支承件的两个电极7之间。
多功能测量装置由电池或蓄电池驱动并且具有多个测量单元。在测量装置无扩展坞的外部的变体中，接口直接集成到测量装置中。测量装置的一个实施方式的基本形状是长方形的(例如长度×宽度×高度(大约)：7cm×4.5cm×3.5cm，重量：85g)，然而具体的形状出于人类工程学的和功能性的原因不同于长方形。测量装置例如必须是可翻开的，并且壳体1的角部为了避免尖锐的棱边而被倒圆。
图3a-b示出示例性的测量过程。测量装置由用户通过手固定地保持并且左手食指被放入到测量装置中。其余手指固定地保持测量装置，其中，测量单元同样位于壳体1的外侧上，所述测量单元在此设置用于右手食指和右手大拇指。
借助测量装置的外部的和内部的测量单元能够实现在手指上测量的不同方式：
-光学的测量：测量在左边食指上在不同波长下的透射和漫反射。
-电测量：(在左手食指和右手食指之间的)ECG测量和(同样在左手食指和右手食指之间、以及在右手食指和右手大拇指之间的)不同的生物阻抗测量。
-温度测量：测量在右手食指上的手指温度。
在其他手指上的测量同样是可能的。例如替代在食指上也可以在中指上测量，或者将左手和右手调换。
为了读取并且进一步处理由测量装置产生的数据，本发明具有微控制器。与要测量的参数相关地，微控制器可以在此执行不同的测量程序，所述测量程序在所使用的测量单元、以及所进行的测量过程的持续时间和顺序方面是不同的。所述测量程序的持续时间根据应用目的和用户的待确定的参数处于几秒和数分钟之间。
在图3和4中示出通过根据本发明的测量装置可实现的例如测量过程的典型过程，其包括测量程序的执行和接着的结果计算。典型的过程包括以下步骤：
-用户将测量单元放到手中并且借助两个操作元件2c(按钮)通过在测量装置的显示器2b上显示的菜单选择一个测量。
-用户要求，将左手食指放入到测量装置中。右手的手指放置到布置在壳体1外部的传感器上并且如图3a，b中所示地保持测量装置。
-测量装置通过光学测量、电测量和/或温度测量识别手指的放入和/或手指与外部的传感器的接触。
-存储在微控制器软件中的测量程序以固定的持续时间启动并且以预定的方式控制和读取测量装置的各个测量单元。
-分析测量出的数据并且对于各个测量信号计算特定的参数。
-基于测量出的参数可以对测量数据进行进一步的、必要时统计的分析，该分析也可以考虑较早前的测量的结果。
-测量的结果显示给用户并且存储结论。显示的结果可以是直接由测量获知的参数或者是由进一步的、可能统计的分析确定的参数。
数据处理和分析可以通过适合于装置的微控制器进行，或者可以将数据传输给外部的数据处理单元并且在那里进一步处理和评估。数据传输可以在此有线地实现或者也无线地例如通过蓝牙或类似方式实现。
由此也可能的是，实现用于在外部的数据处理单元、例如智能手机或类似仪器上操作测量装置的用户接口。
与仪器变体无关地，测量装置为了提高用户的电安全性而由电池或蓄电池驱动。
为了实现测量功能、分析和存储并且必要时数据传送、以及与用户交互作用并且监测装置，本发明具有不同的电路部分。在一个可能的实现方案中，不同的电路部分可以大致分成模拟电路部分和数字电路部分。对于这种情况在图5中示出测量装置的电子方案。
模拟电路部分在此包含用于读取测量单元并且模拟地处理测量信号所需的电子装置(ECG电路、生物阻抗电路、温度电路和光学电路)。根据测量装置的实施方式，所述电路部分可以包含一个或多个模拟过滤级，然而这不是必需的。测量单元的数据为了进一步地数字处理而由一个或多个多通道ADC(Analog-Digital-Converter，模数转换器)数字化。测量单元的有源部分(LED的控制装置、用于生物阻抗测量的交流电流的产生装置)同样位于模拟电路部分中。
在所示的实现方案中，数字电路部分包括用于控制电子装置以及处理测量数据所需的微控制器并且具有附加的暂时存储器和永久存储器。此外，操作元件的控制装置和显示装置位于这个电路部分中。附加地可以在这个电路部分中实现可选的蓝牙芯片和另外的用于监测包含电池或蓄电池的充电状态的装置状态的电子仪器。
在本发明的实施方式中，其中，将测量数据和/或结果传送给另外的仪器，然而不必存在所有的电路部分：例如可以考虑的是，当将测量结果存储在一个另外的仪器上时，取消在微控制器外部的永久存储器。
然而所述电路在无扩展坞的仪器变体中必须必要时以用于蓄电池的充电电路和用于提高电安全性的电保护电路来补充。在具有扩展坞的仪器变体中，用于给蓄电池充电的充电电路可以完全在扩展坞中实现，由此可以减小在测量装置中的电路的体积。与外部仪器的通信通过有线接口例如USB实现，在这种情况中同样仅仅通过扩展坞实现。
微控制器的方案为软件：
存储在微控制器上的软件实现测量过程、测量数据的分析、以及通过相应的接口和协议(例如USB和蓝牙)进行测量装置与用户以及周围环境的交互作用。
硬件的可能的主要任务是：
-在接通测量装置时进行仪器自我测试，从而可以减小由于硬件故障引起错误测量的概率。
-通过操作元件2b和也用于(基于图形菜单)显示用于测量过程的指令的显示器2c与用户交互作用。
-进行不同类型的测量程序，不同的测量单元以不同的方式组合所述测量程序。
-控制和读取测量电子装置。
-分析原始数据并且必要时通过统计方法计算另外的参数。
-结果可以不仅作为数值示出而且以图形示出。用于后者的一个实例是彩色的条的视图，以彩色的条通过参数的规定范围的不同的颜色以及与该规定范围不同的值示出。在这种情况中测量结果可以被示出并且对于用户进行分类，其方式是，示出参考在该条内部的确定位置的箭头。
-存储并且载入用户输入值、配置数据和测量数据。
-显示较早的测量值。
-通过外部接口与扩展坞以及与周围环境通信，所述外部接口必要时通过扩展坞实现(例如USB接口)。
-另外的辅助功能例如语言选择，显示仪器信息等。
-在微控制器软件中不必实现所有列出的功能(例如原始数据的分析)。部分步骤也可以转移到一个另外的仪器上。
-关于在执行测量程序以及分析产生的数据时的理论上的预给定在下文中详细地探讨。
执行预给定的测量程序：
根据本发明的测量装置允许执行不同的、在微控制器软件中定义的测量程序。所述测量程序可以在进行的部分测量或所使用的传感技术的持续时间和方式是不同的。使用哪一个测量程序，与相应的目标参数相关。用于可能的目标参数和与其对应的测量程序的实例如下：
-由ECG测量计算用户心率或其他ECG参数。
-通过同时测量光电容积描记图和ECG确定用于用户脉搏速度的指标。
-通过在手指上在不同波长下的光学测量确定动脉氧饱和度。
-在确定的频率(例如50kHz)下沿着通过测量电极7预给定的测量路径测量生物阻抗。也可以考虑以多个频率进行的测量，包含经过确定的频率范围进行的测量。
-通过测量装置的与手指接触的温度传感器8测量用户的手指温度。
前述的、示例性地示出的测量程序可以也彼此组合，从而多个目标参数可以在同一个测量程序内被确定。
要注意的是，一些目标参数可以通过多个测量单元来确定，从而单个测量的测量结果可以彼此进行比较并且关于可信度被检验。特别是所述确定也可以根据所使用的测量单元同时进行。由此可以提高结果的有效性。用于所述多重确定的实例如下：
-由ECG测量并且由通过光学测量单元进行的光电容积描记术测量来确定心率。
-由光学测量(光电容积描记术)以及由阻抗测量(阻抗容积描记术)确定容积描记术参数。
-由光学测量以及由热学测量确定氧测定参数。
微控制器软件对于最终用户可以这样配置，以使得可以执行预给定的测量程序或者可以在不同的测量程序之间选择。
分析测量出的数据：
原则上，测量数据的分析可以在概念上分成两个主要步骤：
1.分析测量信号并且由测量信号推导特定参数。
2.使用另外的、必要时统计的方法用于计算另外的参数，所述另外的参数不能由直接测量获得。
根据应用不必实现分析的两个步骤。例如仅应测量和显示用户心率，则足够的是，所述用户心率由测量信号直接地推导。另一个统计的分析是不需要的。
为了分析测量信号可以在微控制器软件中执行不同的与相应测量信号的特征以及用于计算目标参数特定地适配的功能。属于所述功能的是：
-预处理测量信号(例如基线修正，噪声抑制)。
-计算测量信号的统计特征值。
-计算测量信号中的特征点。
-在具有特征时间变化曲线(例如ECG)的信号中评估信号波形。
-组合不同测量信号的信息(例如根据手指在不同的波长下的不同吸收特性确定动脉/静脉的组织中的动脉氧饱和度和耗氧量)。
根据应用情况不必实现所述步骤中的所有步骤。
由测量装置获得的参数也以不同的方式标准化并且不仅相应于生理学校准而且相应于物理学校准加权。参数和例如血糖水平之间的关系可以借助数学模型建立并且借助生物统计学被证实。为此可以使用单个信号的参数以及可能的组合的参数用于选择的统计方法。
数据可以通过用于数据传送的装置也存储在外部的数据库中。然后将借助统计方法计算的结果可以显示给用户并且必要时存储在测量装置的内部的存储器或数据库中。
测量装置的变体：
在前述段落中描述的、包含确定血糖水平的步骤可以直接地在测量装置上进行(独立变体)。替换地，如果例如数据分析对于测量装置是计算过度耗费的，则所述数据分析也可以转移到一个另外的仪器或服务器上(运程变体)。在这种情况中，在接收测量数据之后进行的、包含存储数据的各个或所有的过程步骤在一个另外的仪器、例如制造商的服务器或者一个另外的受合同约束的机构上进行。
测量装置通过无线的通信、例如借助蓝牙与一个另外的仪器、例如个人电脑或手机连接。在所述另外的仪器上执行特定的应用程序，所述另外的仪器与测量装置通信。所述应用程序的主要任务在这种应用情况中在于，测量数据通过互联网连接传送给服务器。这能够以流播的方式在测量期间或者通过在结束测量之后通过发送全部的测量数据进行。
然后测量数据在服务器上被分析。在服务器上计算出的测量结果可以接着在外部仪器或测量装置上被显示。
在外部仪器上运行的应用程序此外可以扩展测量装置的功能，其方式是，例如实施测量值历史信息的图形显示或者输出测量结果以用于其他应用。
本发明的扩展可能性：
根据本发明的测量装置能够以多种方式扩展，而不改变本发明的核心构思。尤其属于前面已述的、通用的扩展和改变可能性的是：
-不同的测量单元的传感器的数量、类型和位置。
-壳体1的形状和尺寸。
-进行的测量程序和由测量数据计算的目标参数。
-测量装置的独立变体和远程变体的实现方案，所述独立变体和远程变体例如使用无线通信可能性、例如蓝牙。
-使用具有和不具有扩展坞、以及具有固定地安装的或可更换的蓄电池的测量装置。在不具有扩展坞的变体中，外部接口、例如USB可以直接集成到装置中。
附加的、具体的扩展可能性在下文中描述。扩展可能性在此按主题分组。
ECG和生物阻抗测量的扩展：
可以将用于另外的生物阻抗测量的附加的电极添加到测量装置，或者使用已经已经存在的电极用于另外的测量，例如：
-通过已经存在的电极测量左手食指和右手大拇指之间的阻抗。
-将两个附加的电极添加在内部的手指槽中或者在测量装置外侧上，从而可以在单个手指上测量(局部地测量)阻抗。
-在外侧上的两个附加的电极，从而可以测量两个大拇指之间的阻抗。
-用于另外的(粘性)电极的、具有电缆的外部接头，从而也可以在不同于手指的其他身体部位上(例如在手臂上)测量阻抗。
-在仪器背侧上的附加的电极，从而测量装置可以压到身体上并且测量放入的手指和相应的身体部位之间的生物阻抗。
可以添加附加的电极或者不同地使用已经存在的电极，以便进行替换的ECG测量：
-通过在测量装置的外侧上的另外的电极可以也在大拇指上进行ECG测量。
-多个电极可以相互连接用于ECG测量，以便增大有效使用的电极面(例如在左手食指上的两个内部的电极相互连接以及在右手食指上的两个外部的电极相互连接)。
-可以添加用于另外的外部电极的接头，从而可以进行多通道ECG测量或者可以使用“Right Leg Drive，右腿驱动”，以便减小共模干扰。
-可以添加另外的电极，从而用于ECG测量和生物阻抗测量的电极在电路技术上完全分开。
生物阻抗的、电流输入的和电压测量的电极7之间的间距可以被改变。
电极的几何形状可以被改变：
-电极可以被缩小或增大。
-电极7的形状可以被改变(例如使用圆形的电极)。
-为了有效地利用所述腔9中的空间，所述电极7中的一个电极可以在所述腔9中这样成型，光学模块11位于电极内部的凹进部中。
电极的材料可以被改变(例如使用特定的钢种类或者完全不同的材料)。
电极的表面可以被改变(例如使用平坦的或打毛防滑的电极)。
为了改善ECG或生物阻抗测量可以将液体(也即水)或者接触凝胶的形式施加到电极或手指上。
替代固定地安装的电极也可以使用可更换的电极。在这种情况中例如可以使用Ag/AgCl-电极，该电极首先在测量之前不久才放入到装置中并且在测量之后又被移除。
生物阻抗测量可以双极地、三极地或四极地进行。也能实现电极的矩阵形的布置，在所述布置中可以通过不同组合的电极进行测量。
生物阻抗测量可以不仅通过恒定的电流而且通过恒定的电压进行。
为了识别在生物阻抗测量中的(例如由于手指上过高的接触电阻引起的)问题，可以通过扩展生物阻抗电路测量实际在生物阻抗测量时流的电流。此外可以检验电流的时间变化曲线(例如正弦形)。
光学测量单元的扩展：
-光学传感器的数量可以被改变；例如可以取消在所述腔的上部分中的光学传感器，或者另外的光学传感器以与已经存在的传感器的一定间距被添加。通过另外的传感器可以确定运行时间差或者空间地分辨组织特性。
-同样可以考虑的是，替代单个的光学传感器在所述腔的上部分中使用光学传感器的阵列或矩阵形的布置，从而可以空间地识别例如光学组织特性。
-可以将另外的光学模块使用在内部的手指支承件的下部分中，所述另外的光学模块例如包含具有对于特定使用最优的波长的光源。
-同样可以将阵列或矩阵形地布置的光学传感器集成到下手指支承件的光学模块中。
-光学传感器的特性可以根据应用目的调整；例如可以使用在确定的波长范围内具有不同的有效面积或不同的敏感度的传感器。
-光学模块和对置的另外的光学传感器之间的间距可以被改变，从而通过所述组织的光路变得更长或更短，或者光在其被探测之前已经通过另外的组织部分。
-测量装置具有多个光学传感器，所述多个光学传感器沿着手指放置。因为传感器的间距是已知的，所以可以在无附加的ECG测量的情况下由下述时间差计算脉搏速度的指标，不同的光学传感器在所述时间差下探测到由于动脉血的脉搏引起的组织吸收的改变。在这种情况中有利的是，将在测量系统中的光学传感器的间距选择为尽可能大的，由此待测量的时间差同样是尽可能大的。
-光源和光学传感器之间的间距可以被改变，从而光到所述组织中的进入深度改变。
-光源的强度可以被改变并且关于用户的特征、例如根据手指厚度通过放大系数来调整。
-除了手指测量以外也可以在测量装置中进行空测量(测量在未放入手指的情况下的光源强度)。然而如果光学模块包含用于确定光源强度的传感器，则可以取消所述测量。
-在空测量用于强度标准化的情况中，空测量可以在不同于手指测量的增强的情况中进行，从而在空测量时避免光学传感器饱和。
-光源可以通过多路复用或调制方法驱动而替代按顺序激活所述光源。光学传感器的产生的信号然后必须与此相应地通过解多路复用或解调被分解到不同光源的部分。
-光学模块中的光源可以除了是LED以外也可以是其他光源、例如二极管激光器或量子点发光二极管(QLEDs)。
-当光学传感器以小型化的光谱仪的形式实现时，则在多个光源运行时可以取消多路复用或解调。
温度测量的扩展：
-温度传感器的数量可以被改变。例如可以使用单独的温度传感器用于确定壳体温度、电子装置的温度和手指的温度。
-根据温度传感器的类型和定位可以进行不同方式的温度测量，例如在直接接触传感器的情况下以及在不直接接触传感器的情况下进行：在传感器和手指之间直接接触时通过热传导确定温度。然而也可以考虑的是，例如通过无接触的测量测量手指的热辐射或者确定身体温度。
-如果手指的温度应该根据从所述手指发出的热辐射确定，则可以将辐射敏感的温度传感器这样集成到壳体的凹进部中，以使得虽然手指的热辐射可以到达温度传感器，但是不存在与手指的直接接触。在这种情况中，为了改善基于辐射测量的温度确定的精度可以使用构造相同的第二温度传感器，所述第二温度传感器不仅被屏蔽与手指的直接接触而且被屏蔽手指的热辐射。第二温度传感器的测量则可以被使用作为用于第一温度传感器的参考测量。第二温度传感器的屏蔽可以例如通过将温度传感器集成到壳体壁内部的封闭的空腔中实现。
装置机构的扩展：
-弹簧机构可以这样被改变，以使得弹簧是可更换的或者能够关于弹簧强度被调节，由此可以对于具有不同厚度的手指的用户实现相同的压力。
-替代使用在手指槽的端部上的后壁用于定位手指，也可以将可触及的凸出部集成到所述腔的支承面中，通过所述可触及的凸出部使用户获知正确的手指位置。
-测量装置可以这样设计，以使得所述测量装置是防水的和防尘的。此外，壳体可以这样改型，以使得所述凸缘从大的高度突出。
-壳体的形状可以被改变；例如也可以考虑椭圆形的壳体。本发明同样不改变准确的长度、宽度、高度以及颜色、所使用的壳体材料或壳体材料的表面结构。
-手指支承件的几何形状、例如手指支承件的曲率半径或长度可以被改变，由此所述装置可以同样由不同的用户群体、例如儿童和成人使用。
改善测量装置的操作：
-为了简化测量装置的操作并且同时实现手指在外部的传感器上的可重复的位置，可以在测量装置的外侧上安置定位器。替换地可以将外部的传感器也集成到平坦的模块中，该模块预给定手指位置。
测量程序的扩展：
-本发明的一个进一步方案设置，用于接收测量数据的测量程序不是具有固定的持续时间，而是动态地关于测量数据的质量或分析目的来调整。例如可以考虑的是，对于ECG测量如此长时间地测量，直到测量确定数量的ECG脉冲而替代预给定固定的测量持续时间。更确切地说，可以考虑的是，在不同的测量中考虑测量信号的信噪比并且与此相应地在具有差的信噪比的用户中与在具有好的信噪比的用户中相比更长时间地来测量。
-对于确定的应用情况可以有利的是，测量装置在训练测量(无结果显示装置)和测试测量(具有结果显示装置)之间相区别。可以例如使用训练测量，由此使用户熟悉所述装置的操作。
数据分析的扩展：
-本发明的一个进一步方案设置，在一个或两个上述的设计的分析步骤(包括从测量数据进行参数提取以及使用统计方法用于基于模块地计算另外的参数)中使用机器学习方法。
-在此对于不同的部分步骤可以使用并且也组合不同的机器学习方法。属于为此可使用的方法的是，特别是神经网络、支持向量机(Support Vector Machine)和包含随机森林(Random Forest)的决策树(DecisionTree)或者由其推导出的方法。
-机器学习方法可以例如支持由测量信号计算参数或者例如也部分地或完全替代使用经典信号处理的方法。更确切地说，可以使用机器学习方法，以便根据训练数据模型用于计算另外的参数，所述另外的参数不能由该测量直接获得。
-同样借助机器学习方法也可以同时执行多个分析步骤。这特别是包含，下述步骤：从原始数据进行参数提取以及基于模型地计算另外的参数可以被组合。为此提供深度神经网络(所谓的深度学习)的使用，因为深度神经网络可以使参数提取过程自动化，从而所述参数提取不再必须被明确地定义和计算。
-根据所使用的模型的复杂性，所述模型可以直接地集成到测量装置的软件中并且由微控制器的软件来评估或者在另外的仪器上被评估，测量数据或参数通过用于数据传送的装置传输到所述另外的仪器。
测量装置的数据的扩展利用：
-替代将单个参数作为结果显示在测量装置上也可以将测量数据传输到另外的仪器、例如个人电脑上，从而测量出的信号(例如ECG)可以直接地例如由医疗人员借助相应的应用研究并且评估。同样可以传输不同的生理学参数的历史信息，以便由医疗人员例如评估用户的健康状态在较长的时间段内的发展趋势。
-可以为用户提供不同的测量程序，借助所述测量程序根据需求和关注可以测量不同的参数(例如心率、耗氧量，血压或血糖水平)。可以编制测量出的参数的单独的历史信息并且显示给用户。
-如果将通过测量装置产生的结果(例如心率或血糖)传输到另外的仪器、例如个人电脑或智能手机，则该仪器可以附加地与数据库连接，用户将关于其生活习惯(膳食的类型和频率、运动等)的数据存储在所述数据库中。通过测量结果与关于生活习惯的数据相联系可以监测生活习惯对用户的影响、例如食品类型对其测量出的血糖的影响。反之也可以使用附加地存储的信息用于改善对参数的基于模型的计算。
-在仅仅可用于确定人群的、测量数据和目标参数之间的关系中，用户与所述人群的对应也可以通过使用统计方法(例如Clustering，聚类)根据测量出的参数进行。
-基于(例如根据训练阶段)测量出的参数的历史信息，用户可以根据其测量值借助统计方法被再识别或鉴别。由此可以个性化地使用测量装置。特别是在测量装置的用户特定的配置中由此也可以防止用户错误地使用不正确的配置。
-对于确定的应用情况同样可以考虑的是，用于确定的用户的、测量出的参数和目标参数、例如血糖之间的关系通过医疗人员改善，并且所述关系然后以配置数据的形式存储在用于所述特定的用户的测量装置中。
改善用户友好性：
-测量装置的显示器可以抗反射，从而测量装置的显示器也可以在强的光射入时被良好地读取。
-状态LED可以集成到测量装置的壳体中，所述状态LED例如显示电池或蓄电池的充电状态。
-测量装置的显示器的定向可以被改变(例如替代横向地而纵向地安装显示器)。此外可以借助陀螺仪传感器确定装置的定向的改变，从而通过软件自动地改变显示器的定向。
-测量装置可以这样扩展，以使得可以例如对于测量的结束产生声音信号。
-同样可以考虑的是，测量装置以语音输出单元扩展，从而通过语音输出单元可以将结果或指令通知给用户。由此为具有有限视力的人改善所述装置的可用性。
-为了通知目的可以在测量期间为用户在测量装置的集成的显示器上显示测量数据。
无线通信、例如蓝牙的扩展利用：
-当测量装置通过无线通信与另外的仪器、例如智能手机连接时，则智能手机的显示器可以用作用于测量装置的补充的显示器或者用作对测量装置的显示器完全的替代装置。因为智能手机的显示器典型地明显大于测量装置的显示器，所以在这种情况中可以例如显示具体的测量统计学或者以明显更大的字体显示结果，其中，后者尤其对于具有有限视力的人是有帮助的。智能手机或另外的外部的仪器可以也完全用作用于测量装置的用户接口，从而可以减小集成到测量装置中的操作元件。
-测量装置的软件及其通信协议可以这样调整，以使得所述软件通过标准化的通信协议例如在医院网络中是兼容的并且测量装置的结果可以直接地传输到该网络中。
-软件更新或例如测量装置的配置数据的更新也可以通过无线通信进行，其方式是，所述软件更新或例如测量装置的配置数据的更新例如从智能手机传输到测量装置。
-当扩展坞具有自己的存储器时，则测量装置的用于无线通信的能力也可以作为在扩展坞和周围环境之间的数据传输途径被使用。在这种情况中通过无线连接也可以将配置数据或校准数据传输到扩展坞并且存储到所述扩展坞的存储器中。
-可以考虑的是，测量装置在进行测量之前例如出于安全原因必须首先通过无线通信(必要时通过使用例如智能手机的互联网连接)在由制造商运行的服务器中认证。认证可以例如基于交换特定加密签名的密钥。
-所述具有在服务器中认证测量装置的方案也可以用于实现用于测量系统的支付系统。
多种扩展可能性：
-对于测量装置例如在医院中的确定的应用情况可以考虑的是，这样减少位于测量装置中的电子装置，以使得仅仅电子装置的用于读取感器数据并且接着将数据数字化所需的部件位于测量装置中。然后测量出的数据可以通过电缆或无线地传输到控制和评估单元，所述控制和评估单元分析数据并且将数据或由所述数据计算的结果显示在监测器上。
-装置和多传感器方案可以转用到手表或智能手表或戒指上，用户可以长久地佩戴所述手表或智能手表或戒指。由此，例如血糖测量可以容易地融入用户的每日进程中，而不必搬来附加的仪器。
-测量装置的蓄电池可以固定地安装或者是可更换的。在后者情况中可以替代通过扩展坞也通过外部的充电仪器给蓄电池充电。
-扩展坞可以具有一个或多个下述功能：通过扩展坞的外部接头(例如USB)给测量装置的蓄电池充电。
-提供另外的有线接口、例如USB。通过该接口例如除了传送测量数据以外也可以实现进行软件更新或者进行配置数据的更新。
-通过电流和数据线路与电网电流电绝缘(电隔离)来电保护用户。
-通过执行下述机构附加地保护用户，该机构防止在测量装置被放入到扩展坞中并且被充电期间可以接触测量装置的电极。
-提供运输容器，测量装置可以在所述运输容器中被安全地运输。
-当用于检验或校准测量装置的一个或多个传感器单元的装置集成到扩展坞中时，则检验或校准测量装置。
具有扩展坞的装置变体的优点例如是，不必将充电电路和电保护电路集成到测量装置中，从而可以减小测量装置中的电路的体积。
附图标记列表
1 壳体
2 上壳
2a 在上壳上的接片
2b 显示装置
2c 操作元件
3 下壳
3a 在下壳中的凹进部
4 翻转机构
5 连接器
6 金属触点
7 电极
8 温度传感器
9 腔
9a 软的材料
10 壁
11 光学模块
12 光源
13 另外的光学传感器

Claims (14)

1.一种多功能测量装置，其具有壳体(1)，所述壳体具有上壳(2)和下壳(3)，所述上壳和下壳能够借助翻转机构(4)相对彼此运动并且具有彼此对应的模块，其中，所述模块形成能从外部到达的、用于接收人的手指的腔(9)，其中，在所述腔(9)中布置一具有光学模块(11)的光学测量单元，所述光学模块具有至少一个光源(12)和至少一个传感器，其中，在所述壳体中或上集成一用于数据评估和/或数据传送的装置，其特征在于，设置至少一个电测量单元，所述至少一个电测量单元具有在所述腔(9)中和/或在所述壳体(1)外部上的至少两个测量电极(7)。
2.根据权利要求1所述的多功能测量装置，其特征在于，至少一个温度测量单元布置在所述壳体(1)中和/或上。
3.根据权利要求1或2所述的多功能测量装置，其特征在于，至少一个另外的光学传感器(13)和/或另外的光源在所述腔(9)中布置在所述光学模块(10)对面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的多功能测量装置，其特征在于，所述翻转机构设置有复位机构。
5.根据前述权利要求中任一项所述的多功能测量装置，其特征在于，在所述壳体(1)中布置一微控制器用于数据评估。
6.根据前述权利要求中任一项所述的多功能测量装置，其特征在于，所述用于数据传送的装置具有无线接口。
7.根据前述权利要求中任一项所述的多功能测量装置，其特征在于，设置一用于定位单个手指的装置，以使得所述手指在测量过程中始终位于相同的位置中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的多功能测量装置，其特征在于，集成一加速度传感器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的多功能测量装置，其特征在于，集成一陀螺仪。
10.根据前述权利要求中任一项所述的多功能测量装置，其特征在于，集成用于测量空气压力、空气湿度和/或环境温度的另外的传感器。
11.根据前述权利要求中任一项所述的多功能测量装置，其特征在于，集成一用于测量所述手指的压紧力的压力传感器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的多功能测量装置，其特征在于，用于另外的外部的传感装置的接头布置在所述壳体(1)上。
13.一种用于通过根据前述权利要求中任一项所述的多功能测量装置进行测量的方法，其特征在于，在使用和/或组合多个测量单元的情况下通过实施预给定的测量程序来确定一个或多个生理学参数。
14.根据权利要求13所述的用于通过多功能测量装置进行测量的方法，其特征在于，由测量信号通过统计方法和/或机器学习方法确定另外的参数，所述另外的参数通常不能由非侵入性的测量获得。
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