CN113038870A - 用于对生物体的心音、循环效应和核心温度进行连续无线监测和分析的感测器系统及方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于连续读出的系统和方法。本发明的目的是通过以下方式实现的：用于附着到生物体的表面的接触表面、与该接触表面热、机械和电接触的感测器系统、在工作上连接至该感测器的无线电芯片，其中，无线电芯片将通过从感测器读取数据来响应来自读取器的感应信号并发送数据，以及用于操作所述感测器的方法，其中使用第二感测器对来自感测器系统的数据进行环境影响补偿，所述第二感测器用于检测选自以下各项的至少一个属性：环境温度、压力、流量、液位、接近度、位移、生物、图像、气体、化学制品、加速度、取向、湿气、湿度、阻抗、电容、力、电、磁和质量，从而形成补偿数据。

Description

用于对生物体的心音、循环效应和核心温度进行连续无线监 测和分析的感测器系统及方法

技术领域

本发明总体涉及测量系统，并且更具体地，涉及用于对生物体(organism)的心音、循环效应和核心温度进行连续测量和分析的系统及方法。

背景技术

最新的技术反映在听诊器、心电图仪ECG、超声成像、sPO2和用于心音的电子听诊器、以及用于如氧饱和度等循环效应的sPO2中。对于温度测量，使用手动温度计的鼓膜(耳内)、口腔或直肠测量或颞动脉红外感测被认为是最新的技术。这些方法需要笨重的装置，需要由几个专业操作员进行操作，因此不适合用于连续的无人监督的监测。在专业护理环境中，多个点的ECG和sPO2用于连续监测心率和心脏功能以及呼吸功能，其中例如心房颤动可能发展为心脏骤停和潜在的生命威胁的情况。这些探头均通过电线连接，并且大多数要求患者在测量时保持平躺，从而无需护士的帮助即可限制患者在床外的运动。ECG仅监测心脏的电活动，从而限制了评估机械的心脏功能和功效(例如心输出量)的用途。由于仅单独监测电活动，因此无法从ECG读数中得出QRS复合波实际上引起心跳的结论。无法检测到他的通常情况，即所谓的“跳过跳动”具有正常的电活动但无心输出量，这是现今ECG评估的局限性。

从现有技术中，应该参考传统的听诊器、传统的sPO2和传统的温度计以及ECG。

还应该参考WO2018/186748，该专利涉及使用用于表面接触的接触表面、接触表面感测器以及在工作上连接至感测器的无线电芯片(radio chip)进行连续读出的系统和方法；以及用于测量环境温度、压力、流量、工作流和流程、液位(level)、接近度、位移、生物、图像、气体、化学制品、加速度、方向、湿气(humidity)、湿度(moisture)、阻抗、电容、力、电、磁和质量的方法，从而形成补偿数据。

此外，应该参考EP3296708，该专利涉及深部体温计，其公开了核心体温计，该核心体温计具有基板和受热端子，通过该受热端子来接收热流并将该热流分成两个热流，每个热流由相应的热流测量系统来测量，该热流测量系统包括输入侧和输出侧温度感测器。

最后，应该参考US2007100666，该专利涉及监测系统，该监测系统包括具有至少一个感测器的模块，该感测器可以是壳体内的电场感测器。

因此，需要克服上述问题的方法和系统。

发明内容

本发明要解决的问题

因此，本发明的主要目的是提供用于对生物体的心音、循环效应和核心温度进行连续测量和分析的感测器及方法。

用于解决问题的装置

根据本发明，所述目的是通过感测器实现的，该感测器用于对权利要求1的前序部分中限定的生物体的心音、循环效应和温度进行测量，具有权利要求1的特征部分的特征，以及用于对权利要求33的前序部分中限定的感测器的方法，具有权利要求33的特征部分的特征。

在本发明的第一方面中，提供了用于对生物体的心音、循环效应和核心温度进行测量的感测器，该感测器包括：具有电极的第一层(104)，该电极与生物体电连接；绝缘材料的第二层(122)并放置于第一层(104)的顶部上；第一温度感测器(110)，其经由第二层(122)与第一层(104)热连接；第二温度感测器(120)，其与生物体热绝缘，其特征在于，第一温度感测器和第二温度感测器位于第二层(122)上方，连接到位于第一层(104)上的电极(126)上的感测器仪器放大器ECG设备(117)，其中电极(126)用作ECG电极(126)，以及声音感测器(129)，其位于第一层和第二层中的切口的底部的第三层上，所述切口形成腔体以使声音更佳地传播到声音感测器。

优选地，所述第一温度感测器(110)经由穿过第二层(122)的导热体105与第一层(104)热连接。优选地，声音感测器是麦克风。优选地，切口是锥形形状。

当参考彼此层叠的第一层、第二层和第三层(它们相互以堆叠的样式组织起来)时，其中第一层最靠近生物体。第二层层叠在第一层上，其中第二层比第一层更远离生物体。如果将第一层放置在水平表面上，则可理解这些层是水平堆叠的。通常也称为夹心结构。这些层不需要具有相同的形状、厚度、面积、取向，这意味着这些层可以部分重叠，同时仍然保持层的堆叠的形式。

优选地，感测器包括至少一个附加感测器，该附加感测器对附加的物理特性进行测量，所述附加的物理特性选自：温度、压力、流体流量、热流量、液位、接近度、位移、生物阻抗、图像、光、气体、化学制品、加速度、取向、湿气、湿度、阻抗、电容、力、电、磁、质量和音频。这将有利于改进对生物体的监测。

优选地，感测器(100)的特征在于，还包括在第二层上方的第三层，优选地，第三层和第一层包括金属材料。一个优点是，这些层可以用作电荷的电容式储存器。

优选地，感测器(100)的特征在于，还包括将生物体与腔体分开的薄振动膜(111)。优选地，该薄振动膜(111)是与身体声音共振的薄材料，从而产生待被声音感测器(129)拾取的声压波，该声音感测器(129)优选为麦克风。

优选地，感测器(100)的特征在于，还包括作为加速度计的声音感测器(129)。

优选地，感测器(100)的特征在于，还包括作为压电元件的感测器(111)。

优选地，感测器(100)的特征在于，还包括在第一层(104)上指向皮肤的光学感测器(118)和LED(119)。用作反射脉冲血氧仪。

优选地，感测器(100)的特征在于，还包括与生物体的表面连接的振动膜(111)。更优选地，作为加速度计或压电部件的感测器(128)位于振动膜上，或者被构造为振动膜。一个优点是振动膜运动直接转换为电信号。

优选地，感测器(100)的特征在于，还包括振动膜(111)，振动膜是薄的导电材料，并且被构建为多层结构中的电容式感测器。优选地，第三层在振动膜(111)正上方具有导电形状，从而形成此类电容器。更优选地，振动膜(111)与第三导电形状之间的第二层(122)被去除，从而形成用于使所述振动膜进行运动的填充空气的腔体。优点是可以在标准生产技术(如PCB生产)中实现低成本结构。甚至更优选地，首先，振动膜(111)由压电元件制成，或者振动膜(111)包括安装在其上的加速度计(128)。优点是两个感测器之间的相关性提高了稳健性和抗噪声性。

优选地，感测器(100)的特征在于，还包括与生物体电接触的第一层(104)，并且其中感测器(128)是心电图仪ECG(具有数字转换器的仪器放大器)。更优选地，该ECG感测器具有在第一层(104)中分离并与生物接触的两个或更多个电极。

优选地，感测器(100)的特征在于，还包括与温度感测器(110)热连接的第一层(104)，以及与生物体的表面(例如，人类的皮肤)接触的电极(126)、力感测器(115)和光感测器(118)。

优选地，感测器的特征在于，还包括用于收集电能的装置(142)和至少一个能量储存单元，其中所收集的能量被储存在能量储存单元中。一个优点是可以将能量储存起来以备后用。可以使用用于将光电、热电、压电、电磁、磁、电、氧化、静电、生物能转换为电能的装置从周围环境中收集能量。

优选地，感测器的特征在于，还包括用于收集电能的装置(142)，并且其中从作为压电元件的振动膜感测器(128)收集能量。

优选地，感测器的特征在于，还包括用于对ECG感测器、第一温度感测器和第二温度感测器、声音感测器和光感测器进行采样的处理装置。一个优点是感测器数据可以转换为数字格式。处理装置是可编程的和可改变的，其中所述处理装置可以具有选自以下各项的至少一种属性：可变操作模式、感测器操作、储存数据、处理数据、加密数据、解密数据、解释数据、操作和校准辅助部件以及自毁。另外，存储器件可以被提供以允许储存感测器数据供以后检索。

优选地，感测器的特征在于，能量储存单元是至少一个电容式储存器，优选地由感测器(100)的至少两个金属层(104、106)和至少一个绝缘层(122)形成。能量储存单元也可以是电池、燃料电池或类似物。

优选地，感测器的特征在于，感测器还包括辐射元件，其中第一层是用于辐射元件的反射器，其中，绝缘材料形成了天线辐射元件与反射器之间的距离。一个优点是紧凑的设计。

优选地，感测器的特征在于，辐射元件、绝缘材料和反射器形成用于储存所收集的能量的能量储存单元。一个优点是改善尺寸。

优选地，感测器的特征在于，反射器包括用于储存从能量收集设备收集能量的电容式储存器件。一个优点是减小了单元的尺寸并简化了设备的制造。

优选地，感测器的特征在于，辐射元件用作用于能量收集的接收元件。一个优点是可以收集来自无线电波的能量。

优选地，所述感测器的特征在于，处理装置耦合至选自以下项的至少一项：能量收集装置、能量储存单元和电容式储存器件，所述电容式储存器件用于向处理装置供电以对来自至少一个感测器(110、120、115、、118、128、129)的数据进行采样，并且所述处理装置耦合至辐射元件，所述辐射元件用于传输至少一个采样感测器数据。一个优点是，由于先前能量被储存在所述器件中，此单元可以从其周围获得能量，运行一段时间而无需进入收集能量。

优选地，所述感测器的特征在于，所述感测器还包括耦合至所述处理装置的指示器，优选地为彩色光。该指示器可以是LCD屏幕、电子墨水屏幕、白光或可以向用户提供警报情况的视觉指示的其它设备。

优选地，所述感测器的特征在于，感测器，还包括用于通知和警报的按钮。通知和警报可以是时间编码的点击序列。通知和警报可以用于对事件或请求帮助的数据打上时间戳。优选地，该感测器与声音感测器(129)相同。

在本发明的第二方面中，提供了使用根据权利要求1所述的放置在生物体表面上的感测器来对心音、循环效应和核心温度进行测量的方法，其中，该方法包括以下步骤：

由第一感测器测量ECG，

由声音感测器测量心音，

由光感测器测量氧饱和度，

由第一温度感测器测量温度，

由所述第二温度感测器测量所述温度，

根据热通量计算来对核心温度进行计算，所述热通量计算使用来自第一温度感测器和第二温度感测器的测量。

对来自麦克风的有关频率、幅度和相移的声音进行处理，以确定心音分类和心脏运动。

优选地，该方法包括根据发射光谱与接收光谱之间的增量(delta)来计算氧饱和度。根据ECG记录的数据来计算ECG信号和复合物。

优选地，该方法还包括根据加速度计数据来对脉搏和心脏运动进行计算。

在本发明的第三方面，提供了一种用于对生物体的表面温度进行测量的感测器的用途。

在本发明的第四方面中，提供了用于对机械压力(诸如来自用户输入)进行测量的感测器的用途，其中，用户按下、点击或敲击感测器以向例如看护者警报。此类点击也可以是时间编码的序列，以避免错误警报。

本发明的许多非穷举的实施方式、变体或替代方案由从属权利要求限定。

在此上下文中，术语“连续”被理解为指在给定系统被启用的情况下重复执行测量，而不考虑用户干预的测量系统。为了监测人类的ECG，这可能意味着要在250Hz到1kHz范围内进行测量，以适应相对于检测心率变异性HRV所需的采样率。为了监测人类的心音，这可能意味着要以4kHz的频率进行测量，以适应相对于检测和分离第一心音、第二心音和第三心音、收缩期和舒张期的声音以及全收缩期杂音的特征所要求的采样率。对于氧饱和度，这可能意味着每10秒尽可能少地进行1次测量。为了监测人类的身体温度，这可能意味着每分钟测量2次，以适应所需的采样率(相对于身体温度变化的速度)和优选的±0.1℃的分辨率。快速变化的示例可能由恶性发热、间歇性发热或类似原因引起。此类快速变化可能每10分钟小于1度，并且为了适应香农(Shannon)的采样定理和在±0.1摄氏度范围内检测温度变化，需要每分钟2个样本的采样率。

本发明通过与生物体共享接触表面的ECG电极、光感测器、温度感测器和声音感测器来达到上面所描述的目的。接触表面提供与生物体极好的电、声音和热接触，在该接触表面处可以测量生物体的ECG、心音、氧饱和度和温度。混合信号半导体可以对生物体的感测器和其它物理参数进行量化、信号处理、储存和分配。优选地，借助于无线通信链路进行分配。通信链路由生成载波和调制传输的中央读取器启用。载波进而由混合信号半导体调制，该混合信号半导体通常用在反向散射无线系统(例如RFID)中。

提供了用于连续读出的感测器系统，包括：用于附着至生物体的表面的接触表面、电接触的感测器、热接触的感测器、优化音频接触的感测器，以及与该接触表面光学接触的感测器、在工作上连接至所述感测器的RFID芯片，其中，RFID芯片将通过从感测器读取数据来响应来自读取器的感应信号，并传输所述数据。

优选地，当接触表面被暴露时，该系统被封装在弹性材料中。

优选地，接触表面涂覆有粘合剂层。

优选地，该系统从其周围收集能量，并将其储存在指定的储存单元中。这在无电池应用中是有利的。

优选地，该系统被编程并且可以被编程为基于限定的程序来执行诸如操作感测器、信号处理、算法工作、数据处理、储存数据以及操作反向散射无线电的任务。此类程序的示例是，只要功率足够，就可以接通其感测器引擎的电源，记录感测器数据、关闭感测器引擎的电源，并以每个编程的时间单位为时间戳储存感测器数据1次，而不管读取器接触情况如何。

优选地，该系统可以基于程序来独立地操作并且操作感测器，以及储存诸如感测器数据之类的数据以用于以后的读出或传输。这是有利的，因为该系统可以自主运行。

优选地，该系统从其周围收集能量，并将其储存在指定的能量储存单元中。

优选地，该系统是可编程的并且可以被编程为基于限定的程序来执行诸如操作感测器、计算数据、储存数据以及操作无线电的任务。

优选地，该系统可以基于程序来独立地操作并且操作感测器，并且储存数据以用于以后的读出。优选地，该系统还包括相对于使用弹性材料的接触表面而位于任何侧上的天线，其中，该天线和该接触表面之间的距离提供天线增益。

优选地，该系统还包括天线，该天线包括位于与金属反射器分离和与金属反射器基本相对侧上的辐射元件。辐射元件和金属反射器之间由材料间隔开，其中材料的尺寸限定了辐射元件和反射器之间的空间，并且天线增益由此类间隔材料的电磁特性和辐射单元的辐射效率来获得。这是为了减少来自生物体(例如人体、哺乳动物、动物等)的吸收效应。此类反射器可以被实现为使得其兼作系统的能量储存并且也作为用于热通量的传热元件，以允许较低的成本和较不复杂的制造。

优选地，用于天线的金属层被设计为多层结构，其中，这些层被绝缘体分开，并且其中这些层实际上实现了单个或多维电容器，以用作能量储存单元。

优选地，用作天线的金属反射器的金属层被设计为多层结构，其中这些层被绝缘体分开，以用作能量储存单元。

优选地，分开金属层的绝缘体具有已知且恒定的导热率，从而将热量传递至多层反射器结构的最上层。

优选地，所述结构的上层通过导热材料和导电材料连接到感测器所处的层。所述连接可以是细针或通孔(VIA)热连接一个温度感测器。

优选地，在多层反射器上层与连接温度感测器的层之间放置绝缘材料。

优选地，附加的温度感测器位于该绝缘体的上层上，通过已知且良好的绝缘体将热与接触表面分开。

优选地，这两个温度感测器位于相同的结构水平上，以用于执行热通量测量，例如用于估算核心温度。

优选地，声音感测器与温度感测器位于相同的结构水平上，仅位于在其它层中成形的腔体的底部中，以优化麦克风的声音。

优选地，连接至电极的仪器放大器与温度和声音感测器位于相同的结构水平上。

优选地，光感测器位于与皮肤接触的结构水平上。

优选地，该系统还包括第二感测器，该第二感测器用于检测选自以下各项的至少一个属性：温度、压力、热流量、流体流量、液位、接近度、位移、生物、图像、阻抗、照明、气体、化学制品、加速度、取向、湿气、湿度、阻抗、电容、电阻、力、电、磁、声音、噪音、音频和质量。

优选地，该系统还包括两个或更多个相同的感测器，从而形成感测器的集群。

感测器集群可以一起使用以测量复杂值(诸如流量)，也可以结合使用以补偿对环境的影响(诸如漂移和噪声)。

优选地，用于温度、湿度和生物阻抗的感测器的组合对于检测一个人的出汗、脱水和发热具有很大的价值。启用用于发热的护理并防止患者大量出汗，并为生病的患者提供必要的补水水平建议，这可能对例如老年患者的疾病患者至关重要。

优选地，一个或更多个温度感测器和加速度感测器的组合用于检测生物体的发热抽筋和痉挛。

优选地，与电容式感测器相结合可以例如检测到感测器已经放置在皮肤上，并且例如启用用于例如开/关功能的触摸能力。

优选地，该系统还包括位置检测器。

在一些实施方式中，提供了用于操作感测器的方法，其中使用第二感测器对来自所述感测器的数据进行环境影响补偿，所述第二感测器用于检测选自以下各项的至少一个属性包括：温度、压力、流量、液位、接近度、位移、生物、图像、气体、化学制品、加速度、取向、湿气、湿度、阻抗、电容、力、电、磁和质量，从而形成补偿数据。优选地，选自还包括以下的组合：例如卡罗利斯(carolis)流量感测器和两个加速度计，，低成本的血液流量和压力感测器，其被实施为提供低成本、舒适、非侵入式的装置，用于持续监测例如接受β受体阻滞剂治疗的患者的家庭使用情况。

优选地，当来自声音感测器的所记录的声音在预定范围之外时，例如当听到的声音频率含量显示高于150Hz的高度升高的成分时，指示了全收缩期杂音。

优选地，当来自感测器的数据在预定范围之外时，例如当发热升高到39℃以上时，或者当心率急剧升高时，或者当两者结合时，发出警报。

优选地，当来自感测器的数据在预定范围之外时，例如当温度从36至37.9度之间的稳定温度升高到38℃以上时，发出警报，指示亚热病状态或可能的发烧状态。

优选地，并且当来自感测器的数据在预定范围之外时，例如当发热从低于38.5℃的温度升高到高于38.5℃的温度时，指示确定的发热，并且发出警报。

优选地，当来自感测器的补偿数据在预定范围之外时，例如当环境温度高于35℃时，发出警报。

优选地，当来自第二感测器的数据在预定范围之外时，例如当温度高于45℃时，发出警报。

优选地，当来自两个或更多个感测器的组合数据在预定范围之外时，例如当高发热与高环境温度和高心率组合时，例如40℃的发热与心率100、35℃以上的环境温度组合时，发出警报。

用于对生物体的心音、循环效应、氧饱和度和核心温度进行连续无线测量的感测器系统和方法，此类系统包括无线感测器系统，该无线感测器系统优选地集成为柔性粘合剂绷带，所述柔性粘合剂绷带被放置在生物体的表面或皮肤上。优选地，该系统设置有用于从其周围环境收集能量的装置以及用于将收集的能量储存在能量储存单元中的装置。此类能量收集可以被实施为对用于无线通信中的载波进行整流或者对诸如无线电或电视频段之类的地面广播信号进行整流。所收集的能量被储存在诸如电容器、可再充电电池或类似的储存单元的能量储存单元中，用于储存电能以供之后使用。替代系统能够提高来自光伏电池或更传统燃料电池的小电势。如前所述，电容器可以借助于已经用于温度通量测量的两个金属体(层)来实现，除了例如感测环境条件之外，无线读取器能够使用限定的无线电协议或几个协议的组合来读取感测器数据，并将此类数据传输到可已被实施为例如网络云解决方案的生态系统，并且所述生态系统具有用于向终端用户设备呈现简化的可量化数据的方法和信号处理，并能够基于此类数据、对数据历史的访问以及对此类生态系统的大数据访问平台的访问来启用个性化的可调式通知，其中分析方法可以用于定位、跟踪和在生物体的心音、氧饱和度和温度与趋势之间的关联的信息的新见解，这些用途之一可以是监测引起温度升高的疾病，该疾病通常指生物体的与心音相结合的发热，例如在人类中由感染引起的发热，由例如心内膜炎。结合用户提供的有关生物体及其地理位置的信息，其中例如可以从用户设备中获取数据，对于附加的分析，可以有一个通过此类生态系统跟踪地理位置数据和感染模式的示例。一个示例是跟踪人类的哮喘爆发，并利用地理位置在社会中传播和随时间变化的心音和频率含量的特征的响应，这可以映射出心脏状态的环境原因。此类使用对健康护理当局和医学研究具有极大的价值，并且可以极大地促进有关以下方面的社会上已登记和未登记疾病的知识；对感染源的跟踪，对感染传播的跟踪，以及对引起发烧反应、特征性心音和伴随心率变化以及氧饱和度的已登记和未登记疾病的一般知识的增加。作为示例，此类设备可以在世界的发达和不发达地区使用，以改善知识、对策并在流行病和非流行病爆发中提供援助。

发明效果

与现有技术的技术差异在于，可以连续穿戴感测器系统而不会感到不适，并且感测器具有更高的集成度和测量精度。其它技术差异是感测器设置有用于能量收集和能量储存的装置。感测器中的反射层还可以有效屏蔽辐射元件与皮肤中的电吸收，从而创建了改善的天线系统。

这些效果又提供了若干进一步的有利效果：

可以连续监测生物体，诸如人类和动物，

可以连续使用测量系统，而无需看护者或患者的监督，

即使在变化的环境温度、声音、湿度和被遮盖的情况下，也可以许有效读取感测器，

即使读取器或电源超出范围，允许进行连续测量，

能够以低成本集成无线和无源感测器，从而使耗材的心音感测器能够通过重复使用来限制感染风险和感测器故障，

能够将ECG和心音模式以及氧饱和度和更少的模式用作识别生物体的心脏和心脏疾病与衰竭以及传染性和非传染性疾病的指标，

能够用于检测ECG、心音和身体温度的异常，例如检测到增大的心脏频率、奇怪或缺失的声音、或正常基线温度变化的改变幅度，作为例如中性粒细胞减少患者出现败血症的早期预警，

能够在例如高温和低温下发出温度警报，而无需监督，

能够在例如高心率和低心率下发出心率警报，而无需监督，

能够改变ECG和心音相关性，例如HRV和心力衰竭，而无需监督，

能够使用低成本感测器，从而可以在专业和家庭健康护理环境中广泛使用，

能对生物体进行非侵入式监测，

能够更舒适地监测患者和生物体，例如危重疾病患者，

能够接收来自读取器或感测器的简单视觉反馈，以发出警报/无警报状态的信号，

能够减少对作为电池的一次性使用电源的依赖，

能够易于使用的监测系统，

能够使用更有效的系统来监测生物体，并且

能够使用较小的系统来监测生物体，

能够在不需要监督的情况下监测和检测与已知疾病相关的心音，

能够在不需要监督的情况下监测和检测与已知疾病相关的伴随心率，

能够使患者通过推动或点击感测器的实现方式来通知或警告看护者，

能够使用户通过推动或点击感测器的实现方式对事件的数据打上时间戳，而无需监督，

能够在不需要监督的情况下监测心脏频率，

能够在不需要监督的情况下监测心率，

能够在不需要监督的情况下监测心音频率。

附图说明

考虑到下面参考附图对本发明的(示例性)实施方式进行的详细描述，在所附权利要求书中具体阐述了本发明的以上和进一步的特征，并且其优点将变得更加清楚。

下面将结合附图中示意性示出的示例性实施例进一步描述本发明，其中：

图1示出了包含感测器实现方式、读取器、生态系统和用户设备的系统。

图2示出了具有天线、无线电芯片、感测器、能量收集、导热体、热绝缘体和能量储存器的感测器实现方式。

图3示出了感测器实现方式和形状的示例以及导热体与粘合剂之间的空间。

图4示出了导热层连接导感测器，并且连接到天线和及包围感测器的绝缘层。

图5示出了感测器实现方式的天线部分，该天线部分具有间隔材料和金属反射器。

图6示出了感测器实现方式的用于热通量模式测量、心音测量和心率测量的组成和部分。

图7示出了具有无线电芯片的基板的基本折叠情况和安装在绝缘体材料周围以用于热通量模式测量的外部感测器。

图8示出了读取器及其天线、无线电芯片、处理芯片、感测器、接口、储存器和气流设计。

图9示出了生态系统的基本部分，该生态系统具有接口、信号处理算法、处理和不同的储存系统。

图10示出了系统中的用户设备，以及此类设备的储存单元。

图11示出了感测器实现方式和形状的示例。

图12示出了感测器实现方式，该感测器实现方式具有无线电芯片、声音感测器以及使用两个热敏电阻、导热材料和热绝缘材料来构建的热通量感测器。

图13示出了感测器实现方式，该感测器实现方式具有无线电芯片、声音感测器和使用多层结构化材料构建的热通量感测器，如提供导热和热绝缘材料的标准PCB。

图14示出了感测器实现方式，该感测器实现方式具有无线电芯片、声音感测器和使用两个热敏电阻构建的热通量感测器，其中部件组装在柔性基板上，该柔性基板围绕着热绝缘材料折叠，该热绝缘材料具有作为能量储存器件的附加功能。

图15示出了感测器实现方式，该感测器实现方式具有无线电芯片、声音感测器和使用两个热敏电阻构建的热通量感测器，其中部件组装在柔性基板上，示出了将接触表面连接到热敏电阻之一的热管。

图16示出了该层上的无线电芯片和两个热敏电阻，以及专用于通信天线和能量收集的区域。

图17示出了热通量模式温度测量和参考核心温度的概念和部分。包括通向环境的热通量。

图18示出了读取器及其天线、无线电芯片、处理芯片、感测器、接口、储存器和气流设计。

图19示出了典型的用户情景，其中读取器位于天花板上，而感测器位于用户额头上。

图20示出了人类上半身和胸部的指示。

图21示出了声音感测器实现方式在标准基板堆叠中作为电容器。

图22示出了声音感测器实现方式在合并了加速度计的标准基板堆叠中作为电容器。

图23示出了声音感测器实现方式在多层结构中具有锥形空气腔体、振动膜和声音感测器。

图24示出了声音感测器实现方式在多层结构的第一层上作为力感测器。

图25示出了在多层结构的第一层上由电极包围的振动膜。

图26示出了面对例如人类皮肤的结构侧，以及与例如皮肤接触的电极、导热层、振动膜、光感测器和光发射器。

图27示出了基板周围的多层结构，以及电极、具有热管的温度传导区域、光发射器和光感测器、面向例如人类皮肤的力感测器以及在结构相反侧组装的温度感测器和加速度计。

附图标记说明

以下参考数字和标记参考附图：

具体实施方式

在下文中，参考附图更全面地描述本公开的各个方面。然而，本公开可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于贯穿本公开所呈现的任何特定结构或功能。相反，提供这些方面以使得本公开将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。基于本文中的教导，本领域的技术人员应当理解，本公开的范围旨在涵盖本文公开的公开内容的任何方面，无论是独立于本公开的任何其它方面还是与本公开的任何其它方面组合地实施。例如，可以使用本文中所阐述的任何数量的方面来实施装置或实践方法。另外，本公开的范围旨在涵盖此类装置或方法，该装置或方法使用结构和功能来实践，或除了本文阐述的本公开的各个方面之外或以外的其它结构、功能来实践。应当理解，本文中所公开的公开内容的任何方面可以由权利要求的一个或更多个要素来体现。

将结合在附图中示意性示出的示例性实施方式进一步描述本发明。

对于图1所示的装置，例如心音、心率、ECG、氧饱和度和核心温度监测系统，旨在用于怀疑有心脏病的患者或由专业人士订购时用于专业机构和家庭使用。目前主要用于心脏监测和氧饱和度的替代品是更昂贵的ECG装置、听诊器和sPO2感测器，需要穿戴有线和/或笨重的装置，在某些情况下还需要更换电池或对电池进行充电。用于体温、鼓膜(耳内)、口腔或直肠测量以及颞动脉红外传感。在大多数情况下，这些被认为在沐浴时穿戴和管理不舒服并且很乏味，例如额外的努力。现有最舒适的方法是颞动脉红外感应方法，但是这种方法无法进行连续测量。已经出现了一些可以进行连续测量的基于蓝牙的设备，然而这些设备包括电池和一些电子设备，这也会使消费者的拥有总成本太高而无法广泛使用。这些基于蓝牙的设备的事实使它们变得不那么用户友好，因为它将用户设备限制在感测器的范围内，这对在诸如钢筋混凝土之类的建筑材料的环境中的使用可能是一个挑战。它还限制了用户可以连续观察的感测器数量。这导致用户和用户设备需要与感测器停留在同一房间内，以便用户设备从感测器和警报获取连续数据。反向散射无线电技术以RFID的形式最为人所知，该技术已经存在多年，并且在大多数方法中都以某种形式被设计用于大型物流运营和安全应用程序中的电子识别，在此类形式中，拥有读取大量标签的读取器基础结构。

形成本发明基础的原理

基本原理是，可穿戴式感测器可以通过将具有反向散射无线电和天线的感测器集成到不带电池的低成本感测器系统中，以进行连续监测，该感测器系统在具有粘合剂的包装中可以附着到生物体的表面。使用相同反向散射无线电技术的读取器会将电力导向感测器系统，并从感测器读取可用数据。在使用中，感测器可以被读取器重复读取，并因此可以实现实际的低成本和连续使用，从而实现了广阔的使用范围，并且提供了从未有过大规模的连续数据的领域中的大量感测器数据。该系统包括心音感测器、心率感测器和ECG感测器、氧饱和度感测器、麦克风和一个或更多个温度感测器，这些感测器易于使用容易达到的制造工艺来制造，诸如传统的印刷电路板。优选的心音感测器包括声敏电容器。优选地，作为导电振动膜组装在与皮肤直接接触的第一层上，并且被组装成第三层上的由空气腔体分开的金属层。优选地，第三层上的金属层由小孔而穿孔，以使空气随着振动膜的运动而流入和流出。优选的心率感测器在与皮肤电接触的第一层上包括两个或更多个电极。优选地，这些电极连接至仪器放大器，随后是模数转换器、ECG。优选的ECG感测器包括4个测量点，优选的麦克风包括针对心音优化的共振锥形腔体，优选的温度感测器包括两个热敏电阻的布置。最靠近生物体表面的是金属层，该金属层与一个ECG感测器和一个热敏电阻热连接。然后是具有已知且优选恒定导热系数的材料层。作为第三层的是第二金属层，该第二金属层具有与第三层热连接的第二热敏电阻，并且麦克风连接并位于绝缘材料中成形的锥形腔体中。通过使用合适的模数转换器来测量ECG和麦克风，可以得出心音，并且通过使用合适的模数转换器来测量热敏电阻值，可以推导出热通量，并且可以应用合适的算法来计算核心温度和心音特征。第一层和第三层中的金属层可以具有任意形状，优选地，第一层和第三层中的金属层具有相应的形状。优选地，两个金属层具有尽可能多的重叠。不必使用烦琐的技术将第一热敏电阻埋在第一层与第三层之间，而采用了PCB通孔的新颖用法。通孔用作热管，使得两个热敏电阻都可以在同一PCB层上。这对于ECG感测器也是有效的，因为接触点或电极可以位于第一层上，并且电子器件位于第三层(通过通孔互连)。麦克风也可以位于在锥形腔体的底部中的第三层上，其形状可以改善心音检测。感测器系统的尺寸特别紧凑，易于制造并且使用很少的部件实现低成本。

甲状腺在人体中的功能除其它外，还可以通过激素来调节新陈代谢，从而增大激素的发生率并影响几乎全部人体组织。甲状腺激素还直接影响心血管系统，增大心跳HR的强度和速率、呼吸速率RR、氧气的摄入和消耗以及线粒体的活性。将增大的血流量和身体温度BT进行结合。

甲状腺功能反应决定身体对特定饮食(例如，低碳水化合物、高蛋白等)的反应。因此，在饮食摄入后，可以应用监测BT(和皮肤温度)、HR和RR，以检测和分类特定饮食，以及身体对它的反应。这使饮食监测系统有可能提供饮食建议。对于患有肥胖症或营养错误的国家而言，此类系统既是使个人了解自身的饮食挑战的简便方法，又是指导性纠正措施的简便方法。另一用途是高水平的运动员需要高性能饮食和身体反应以增加他们的力量或疲劳。另一个是监测诸如精神病和老年护理患者之类的患者的足够饮食摄入。

实现发明的最好模式

图1所示的根据本发明的装置的实施方式包括柔性感测器实现方式100、无线电读取器200，该无线电读取器200读取感测器数据并将其储存在包括数据处理和呈现格式化的生态系统300中，并通过用户设备400将数据呈现给用户，该用户设备400可以是蜂窝电话上的应用程序。所描述的此类系统可以是心音、心率和温度感测器实现方式100，其中该系统被设计成记录心音、心率和测量人类(例如儿童)胸部的表面温度，并且检测与疾病相关的可能的心脏异常，计算心音、心率，以及使用生态系统来计算人类的核心温度，并以连续的方式将其呈现给例如父母或替代看护者，并用作疾病期间连续生命体征监测的仪器，重点关注心音、心率、ECG、氧饱和度和发热监测，以提供关于此类发展的持续的发展、趋势和严重程度的信息。当由于生病引起的心脏、心率或发烧反应而联系医疗医生时，可以呈现和分析此类数据以援助医疗医生进行诊断。消费者可以通过例如网上商店、药店或当地超市等渠道使用此类系统，消费者可以在那里找到其它监测设备，诸如发热温度计。可用的产品捆绑包可以是具有多个感测器的读取器，也可以是其上具有例如不同的印记的几个感测器的捆绑包。此类装置不仅可以改善患病期间的监测和对患病儿童的照料，还可以使儿童和父母都安心。它也可能是用于引起心脏反应、心率的变化、氧饱和度和发烧反应的疾病研究的新的未开发领域，因为现今尚不存在如此规模的疾病发展数据。现今，大多数可用的连续、心脏、氧饱和度和发热监测数据来自对医院的患病患者的监测。通过在早期减少或预防大规模的疾病爆发，监测疾病在社会中的传播可能具有巨大的社会经济价值。

图1所示的系统旨在对生物体(例如人类和动物)的心音、心率、氧饱和度和温度进行连续无线地监测和分析。该系统包括柔性的感测器实现方式100，例如，像粘贴式绷带，其形状任意，例如圆形、方形、矩形或椭圆形，该感测器实现方式100可以从周围环境中收集能量、记录心音、心率、氧饱和度和感测温度并以无线方式进行传输。能量的收集可以是经由珀耳帖元件将无线电波、接收到的太阳能、热能转化为电能来导入，其中皮肤与空气之间的温差用于产生电能、经由例如压电设备等从运动中转化的电能。读取器200可以将能量无线传输到感测器系统并接收来自感测器实现方式100的传输，读取器200添加来自内部感测器270的环境感测器信息，例如温度和湿度，并将该信息发送到生态系统300，该生态系统300可以在例如网络云解决方案中实施。此类生态系统实现方式将具有用于对数据进行储存和量化的方法，并(优选地实时)将数据发送给终端用户。终端用户将通过设备400，例如通过智能手机等设备上的应用程序或通过任何计算机的web界面与系统交互。读取器200还可以作为在与生态系统没有连接时的备份解决方案，使用例如蓝牙之类的无线技术将数据直接传送到设备，其中示例可以是用户设备上的应用程序，其还具有对数据进行实时量化并将其呈现给用户的方法，接收和处理数据。在备用方案中，数据被储存在设备的数据储存单元中，以便以后与生态系统同步。如果读取器在较短的时段内失去了与备用模式下的生态系统或设备的连接，则它可以通过内部储存器来储存数据，直到与备用模式下的生态系统或设备的连接再次工作。

感测器实现方式100是系统的关键并被构建为多层结构，以与远程反向散射通信的特性和优化的感测条件进行结合。这可以通过几种方式来实现，其中第一种方法可以是如图4和图5所示的具有将声音感测器与温度感测器结合的双感测器方法，第二种方法可以是声音感测器和使用双感测器实现方式进行的温度感测，其实用如图2、图6、图7、图12、图13、图14、图15、图16和图17所示的温度热通量测量500。图2中所示的感测器实现方式100包括天线130；无线电芯片135，该无线电芯片135可以包括集成温度感测功能，以及无线电和协议部分，其包括例如可能的接口，以与外部感测器110、120进行例如供电通信，所述外部感测器可以是温度感测器；129可以是声音感测器，以及心电图的数量(如ECG)，其可以是使用仪器放大器的电压感测器。导热层114、热绝缘层122和印刷层144。感测器实现方式还可以包括可以从周围环境中收集能量的能量收集单元140。

天线130被设计成使得它受到由例如皮肤和人体的特性引起的辐射能量吸收的影响最小。通过以限制此类能量吸收的方式设计天线130来获得此类特征。解决该问题的方法可以是以下一种或更多种的组合：使用间隔材料122将天线辐射元件132与皮肤分离给定距离、应用具有选定电磁特性的间隔材料、改变天线的谐振频率、在天线与皮肤之间应用金属反射器138，或本领域技术人员已知的其它方法。因此，天线130被设计成使得其要么不受所放置在其上的材料的影响，要么建设性地利用放置在天线上的材料的特征来改善天线的辐射性能。

图6示出了感测器实现方式中的导热层114，其能够与传感实现方式100所放置的表面(例如，人类皮肤)直接且良好地热接触。导热体114可以被放置在粘合层152的切口区域155和金属反射器138的切口区域137中，其中空间/间隙125可以被设计在天线设计130的导热层114和下金属层/金属反射器138之间，以避免导热体114与金属反射器138之间的良好热连接和电连接，从而避免了侧向热损失或热量传递到138，并且减少了无线电芯片135以及外部感测器110、120和129的ESD挑战。导热层114将与被测介质直接接触，并且在单个感测器模式下具有集成感测器和外部感测器110的无线电芯片135以及在热通量温度感测模式下的外部感测器120使用导热胶或类似化合物与导热层114热连接，所述导热胶或类似化合物固定无线电芯片135和感测器110、和120和129以及作为良好的导热体。无线电芯片135以及感测器110、120和129都将是DIE形式或具有良好导热性的其它封装。与感测器120的热连接可以通过例如PET基板中的穿孔的区域来实现，该穿孔的区域可以填充有用于将导热体114固定到感测器120的导热胶。

如图5所示的在单个感测器方法中从感测器实现方式的顶部层的天线辐射元件132到无线电芯片135的连接的过渡部133，或者如图6和图7所示的围绕122的基板的折叠使得两个特征能够结合；放置在导电表面或吸收表面上的天线具有良好的范围性能，并且在内部感测器与感测器110和120与被测介质之间具有良好的热接触。参照图4和图5。在单个温度感测器方法中，从天线辐射元件132到感测器实现方式的下层的过渡部133被最佳地成形为例如球体的平面切口，如成形为弧形，其中无线电芯片135和声音感测器129位于该形状的中心底部。形状的中心底部位于感测器实现方式100中的最低层之一，而连接到该形状的外边缘的天线辐射单元132位于从顶部开始的第二层，位于打印层144的正下方。包括天线辐射元件132和成形的过渡部133以及连接的无线电芯片135的基板是一个整体，组装在例如柔性PET基板或类似物上，并且在生产期间成形。通常，使用导电胶或其它合适的材料或方法将无线电芯片135粘合到基板，该材料或方法允许在基板弯曲时保持电连接。

成形的过渡部133的底部与顶部层之间的区域填充有绝缘材料122，以便减小来自环境温度的影响以及来自被测表面的热量损失。此类绝缘材料122可以是例如闭孔聚乙烯泡沫或类似材料。另外，天线结构138中的反射层可以是例如金属化的BoPET(双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯)或类似的绝缘材料，以减少来自被测表面的热量损失。两种绝缘技术与导热体114的结合将有助于减少内部温度感测器和感测器110或120的温度平衡所需的时间。这是由于绝缘体122将降低感测器110与环境条件之间的导热率而实现的，天线130中的金属片绝缘体138将降低感测器实现方式100覆盖的整个表面区域的导热率，而导热体114将增大被测介质表面的导热率。

现在参考图6。在热通量感测器方法中，基板180可以是例如柔性PET基板，该基板180可以在生产中组装为一个件，类似于单个感测器方法，但其中外部温度感测器120和声音感测器位于远离无线电芯片135的位置。用于热通量感测方法中的基板的方法可以是生产两倍于感测器实现方式100大小的基板，使用穿过天线区域139的切口的连接线182连接外部感测器110或使用排除在天线区域139的区域之外的连接线182连接外部感测器110，并且具有将其围绕材料122折叠的特征，该材料122用作金属反射器138和天线辐射元件132之间的天线间隔件，并且作为减少来自表面的热损失的绝缘体，该材料122具有已知的电磁特性和已知的传热系数，该材料可以例如被优化用于更紧凑的天线设计130，或者作为良好的绝缘体。在单感测和热通量感测方法中，导热体114和绝缘材料122都将具有已知的热特性，并且来自129、110和120的感测器数据与来自读取器200的环境感测器数据结合，算法和信号处理系统370可以应用来自文献(例如，medical literature for human coretemperature estimation，用于人类核心温度估算的医学文献)的已知补偿技术，从生物体的表面温度来估算生物体的心音、心率、氧饱和度和真实核心温度。在环境条件的变化影响感测器110或120之前，读取器200中的环境感测器270可以检测到环境条件的变化，并且由于感测器实现方式100中的环境条件对感测器110或120的影响是已知的，因此可以在信号处理算法系统370中补偿该影响。

图9中所示的心音和心率信号处理系统370测量心率，并分析心音中的频率含量和异常，以寻找已知的偏离频率含量，例如，杂音、隆隆声、咔哒声和噼啪声之类的声响作为疾病的指示器。应用了几种信号处理技术来分析声音，例如快速傅立叶变换FFT、相位检测和小波相关之类的分析。图9所示的氧饱和度信号处理系统370测量反射光的量和频率含量，并计算血流中的氧含量。应用了几个信号处理技术，例如FFT、加权移动平均WMA和其它等。

图9所示的单个温度感测器信号处理算法系统370测量生物体的表面温度，例如人体的皮肤温度，并使用已知的补偿技术，如湿球/干球湿度补偿技术，例如表面与核心温度之间的恒定差值，使用来自读取器200中的感测器270的感测器信息将温度泄漏补偿与环境条件进行结合。热通量感应方法利用两个感测器110和120，并通过计算从核心穿过组织和皮肤515的热通量来计算核心温度520，使用两个感测器读数之间的差值以及材料122的已知传热系数124来计算通过材料122的热通量。在用于例如计算人体的核心温度时，以下方程式可以作为此类计算的中心部分，如图17所示：

方程式1：

其中：

T_C：核心温度

T_A：感测器A106的温度

TB：感测器B114的温度

φqCA：核心与皮肤之间的热通量515

φqAB感测器A106与感测器B114之间的热通量

h_A:组织/皮肤的传热系数510

h_B:绝缘材料122的传热系数123

用于感测器实现方式100结构的原因：利用关于生物体(例如人体的皮肤/组织)的传热系数的已知数据、以单个感测器模式皮肤与感测器110、120和110之间的最佳的和已知的导热率、绝缘材料122的已知传热系数124以及在感测环境中对环境条件的已知导热系数，算法可以应用于生物体核心温度的高精度预测。在单个感测器方法下，结合天线的设计、形状连接无线电芯片，并在热通量方法下进行折叠，热连接到感测器，并且对环境条件的绝缘保持了天线和感测器性能的优选组合，以用于对生物体的表面温度和核心温度估算的远程连续和无源RFID感测器的应。

下层：与被测介质(例如皮肤)的热连接位于同一层上的底部层将是具有例如低致敏性的粘合剂层152，该粘合剂层不会对所施加的生物体造成任何伤害。

顶部层：顶部层将是艺术品的打印层。该层将是薄层的材料，不会对天线性能产生影响，就像薄纸一样。

读取器200(如图8所示)被设计为无线电感测器实现方式100的生态系统门户。该设计可以包括无线电读取器芯片210、处理单元230、内部储存器240、内部感测器270、有线接口250、用于无线网络接口290的无线电、用于无线网络接口260的天线和无线电天线220，并且如果感测器270是空气质量和/或温度感测器，则用于感测器280的气流设计。读取器200通过定制的读取计划来读取感测器实现方式，其中，例如，感测器实现方式中的无线电芯片135需要一定量的感应能量，该感应能量可以是ms，以累积足够的嗲能来使用内部感测器110和/或外部感测器120和/或其它来执行感测，并且将例如适当的感测器信息、校准数据、ID和其它的信息传达给读取器200。此外，读取器200和读取计划被定制成使得读取器200和读取计划针对低功耗、传达到感测器实现方式100的占空比，以及因此对其测量频率和对生态系统300的通信间隔进行了优化，从而允许读取器系统循环睡眠。通过这种实现方式，可以依次读取感测器几次，并且可以应用过采样来提高分辨率和降低测量中的噪声，其中例如，与应用的读取速率相比温度的变化缓慢，因此提高了感测器的温度测量精度，从而提高了核心温度计算的精度。在读取器200中实施的标准无线和有线网络通信协议和方法可以用作与生态系统300通信的单个主通道，并且例如在主通信失败的情况下包括备用系统。此外，读取器200可以包括备用储存器，以在主通信通道暂时故障和/或备用通信通道暂时故障的情况下使用。读取器200还可以包括例如在硬件或软件中用于将加密数据传输到生态系统的方法。通过例如通过IP地址到读取器200的网络连接，它可以将当前地理位置记录到生态系统，以便可以例如根据监管要求来设置操作模式、定位和跟踪社会中的流行病和非流行病、查找当地的环境条件，该环境条件可以是温度、湿度和大气压。此外，读取器设计包括气流设计280，其将环境感测器270与由例如读取器200内部的加热空气或读取器200内部的干燥空气而引起的影响分离，从而确保对环境条件的更正确感测。

生态系统300(如图9所示)可以被设计为例如储存产品330上的数据、感测器读数320和用户310，以及包括信号处理算法方法370，所述信号处理算法方法370具有例如方程式1中所述的实施算法和处理单元360，该处理单元360对感测器数据运行信号处理算法方法370，使用例如等式1来计算例如人类的核心温度，和使用其他方程式来检测心脏异常、计算氧饱和度和心率。此外，生态系统300可以包括用于用户侧350和大数据侧340的不同界面。此类生态系统300可以被实施为例如网络云解决方案或在任何其它设备或单元上。生态系统300可以被设计为储存被设计和生产为生态系统300的部分的所有产品的唯一ID，其可以是例如感测器实现方式、读取器和其他设备，从而限制假冒产品以损害例如用户体验和/或感测器数据的质量和可用性。在此类生态系统300中，针对用户的界面350可以容易地限制单个用户对数据的访问，这些访问仅是由用户产品生成的数据。大数据的界面很容易将数据限制为不包含用户可识别的数据，这些数据可以是例如电子邮件地址、名称、注释、图像等。此外，生态系统还可以通过将所有唯一的产品ID储存在数据库中，限制产品的操作时间，以确保读数的质量不会因例如感测器长期使用而受到影响，并且确保不会因例如由于与生物体表面的声音、电与热连接减少导致错误数据而受到影响。

生物体的体温调节是努力维持最佳工作温度的体内平衡机制的部分。温度不是恒定的，因为它在一天中、几天内以及所有种群个体中都会变化。在人类中，该温度的平均值为37.0℃，但是由于温度的正常节奏，因此将正常温度定义为以下范围：37.0℃±0.5℃。正常温度升高可能是由严重因素引起的，被分为两个主要定义：发热和体温过高。发热是指生物体的温度升高到正常范围以上的状况，这被称为发烧反应或热病。由体温调节设定值升高引起的发热，这主要是由于感染性和非感染性医疗条件引起的。另一方面，体温高是由于生物体产生的热量多于其处理能力，这可能是由于高温(中暑)的环境条件或对药物使用的不良反应引起的。在此类情况下，不会提高设定值。通常认为早晨高于37.2℃或下午高于37.7℃的温度是发热的。发热温度范围分为：发热>37.5℃，体温高>37.5℃，体温过高>40.0℃。体温过高可能会危及生命，被认为是医疗紧急情况。随着时间的推移，发热(或温度)的发展显示出某种发热的模式(发热模式)。自上古以来，这些模式就为人们所知并用于援助诊断疾病，并且通常分类为：持续发热、间歇性发热、缓解性发热、佩尔-埃布斯坦氏热型(Pel-Ebstein)发热、波状热和复发性发热。

终端用户设备400(如图10所示)包括被设计为例如web界面的界面、智能设备上的应用程序或其它。该界面422可以例如呈现来自正在进行的测量的实时数据，并且基于该数据随时间的变化来设置和调整通知。此类通知可以是，例如检测某些如杂音、隆隆声、咔哒声和噼啪声的心音、低氧饱和度、高发热警报、或者对于患有引起发烧反应的疾病的人来说，在很长一段时间内达到给定的发热水平和升高的心率。基于其它感测器(如加速度计)的警报，在癫痫发作期间，人体运动可触发发烧癫痫发作警报。可以通过界面422访问数据的历史，例如短期或长期和先前的个体测量。终端用户设备420可以包括储存单元424，该储存单元424可以用于例如在备份通信解决方案到读取器是激活的情况下临时储存数据，和/或终端用户设备没有连接至生态系统300或数据历史或外部储存器。此外，用户界面422可以包括减少发热的药物管理以及一般健康状态登记特征，该用户界面422可以包括时间戳并且其可以是图形用户界面中的简单图形按钮，并且用户界面422可以支持包括数量和品牌的实际药物的登记，该用户界面422可以是被实施为软件，该软件将来自例如智能设备的相机输入关联起来，该智能设备用于扫描此类药物包装上的光学可读产品代码并将此类信息关联到公共药物数据库。然后可以将此类关于药物管理的信息用于例如与感测器数据的相关性，以解释例如除了对于医疗医生正在分析由系统提供的人类的疾病数据时的一般的健康状况外，随着时间的推移，药物的使用量和时间会发生意外变化。另外，终端用户设备400可以包括无线电读取器芯片，以感应感测器实现方式100的功率并直接从其中读取数据。这可以使用例如NFC、RFID等来执行。

在图13中，示出了感测器实现方式的第二实施方式。感测器实现方式100被构建为多层结构，以将远程反向散射通信的特性和优化的感测条件进行结合，将能量储存结合在多层结构中并从环境中收集能量。感测器实现方式100包括天线130、无线电芯片135，该无线电芯片135包括集成的功率收集单元140和使用两个热敏电阻110和120的温度感测功能，声音感测器129和例如ECG的仪器放大器、光发射器119和光感测器118、以及无线电和协议部分，其包括例如可能至电源和与外部感测器通信的接口，该外部感测器可以是温度感测器。导热层104、热绝缘层122和印刷层144。感测器实现方式还可包括外部能量收集单元140，该外部能量收集单元140包括用于从其周围环境收集能量的一个或更多个装置。天线层142上的区域(参见图16)可以专用于能量收集，从而允许例如能量收集天线结构和太阳能电池板的实现方式对电磁能和光能进行收集。在图12、图13、图14中，示出了感测器叠层的各种实施方式。用于热通量感测的感测器被构建具有导热层104，该导热层104与接触表面接触，并且其中温度感测器110与一片穿过热绝缘体122的良好的导热体105(如金属)热连接。一片导热体105在绝缘体材料的顶部上，因此它们位于同一层上，从而使第二温度感测器120可以位于绝缘体122的顶部，因此温度感测器110和122代表热通量在同一层上进行测量时，同时在同一层上还放置了声音感测器129，从而允许降低复杂性并降低生产成本。此外，导热层104兼作天线的部分，也用作反射器，从而减少了从人体皮肤吸收的能量。所述层可以实施为多层金属结构，其中金属层实施为薄板，由具有良好导热性能的隔离材料的薄板分开。因此，所述多层结构104、106还用作能量储存器件，并连接到能量收集引擎(energy harvesting engine)140。

图12示出了感测器实现方式100中的导热层104，该导热层104能够与传感实现方式100所放置的表面(例如，人类皮肤)直接且良好地热接触。导热层104将通过热管105实现方式与被测介质和感测器110直接接触，而感测器120位于形成热通量感测器的绝热体122的顶部。

在图16中，可以将包括天线辐射元件130、电力收集元件142、温度感测器110和120以及无线电芯片135的基板设计成一体式的、组装在例如一个或更多个柔性PET基板或类似材料上，并在生产过程中成型。实现了低成本的压辊生产。通常使用导电胶、线结合或其它合适的材料或方法将部件粘合到基板上，该材料或方法允许在基板弯曲时保持电连接。

用于与所述柔性基板接触使用的绝缘材料可以是例如闭孔聚乙烯泡沫或类似材料。

在图7中，示出了可以第二热通量感测器方法，基板122可以是例如柔性PET基板，，该基板122可以在生产中组装为一体。热通量感测中的导热体104和绝缘材料122都将具有已知且恒定的热特性，并且来自110和120的感测器数据与来自读取器200的环境感测器数据结合，算法和信号处理系统370可以根据热通量感测器数据估算生物体的真实核心温度。例如温度、湿度和大气压之类的环境条件的变化，在其影响热通量感测器之前，可以由读取器200中的环境感测器270检测到，并且，由于在感测器实现方式100中从环境到热通量感测器的影响是已知的，因此可以在信号处理算法系统370中对此影响进行补偿。

热通量感应方法利用两个感测器110和120，并通过计算从核心穿过组织和皮肤510的热通量来计算核心温度520，利用两个感测器读数之间的差值以及材料122的已知传热系数来计算通过材料122的热通量。在用于例如计算人体的核心温度时，以下方程式可以作为此类计算的中心部分，如图17所示。使用前面提到的方程式1进行计算。

用于感测器实现方式100结构的原因：利用关于生物体(例如人体的皮肤/组织)的传热系数的已知数据、皮肤与感测器110、120之间的最佳的和已知的导热率、绝缘材料122的已知传热系数以及在感测环境中对环境条件的已知导热系数，算法可以应用于生物体核心温度的高精度预测。在紧凑的多层结构中的感测器实现方式的组合，利用天线反射器和天线辐射结构作为能量储存器件，并利用天线反射器作为传热设计，允许以紧凑的低成本的形式因素来实施热通量方法。将反向散射无线电的天线设计与能量收集、能量储存特性和感测器构建相结合，维持了天线和感测器性能的最佳组合，以实现对生物体核心温度估算的远程连续的和无源的反向散射无线电感测器应用。

下层：与被测介质的热连接位于同一层上的底部层将是具有低致敏性的粘合剂层152(例如硅胶粘合剂)，该粘合剂层152不会对所施加的生物体造成任何伤害，并且具有防水性和抗细菌性。粘合剂优选地是薄的并且具有已知的导热特性来进行导热。

感测器实现方式的顶部层：顶部层将是艺术品的打印层。该层将是薄层的材料，不会对天线性能产生影响，就像薄纸一样。

图18示出了读取器200的第二实施方式，该读取器被设计为无线电感测器实现方式100的生态系统的门户。该设计可以包括无线电读取器芯片210、处理单元230、内部储存器240、内部感测器270、有线接口250、用于无线网络接口290的无线电、用于无线网络接口260的天线和无线电读取器天线220，并且如果感测器270是空气质量和/或温度感测器，则用于感测器280的气流设计。读取器200通过定制的读取计划来读取感测器实现方式，其中，例如，感测器实现方式中的无线电芯片135需要若干个时间单位的感应信号，该时间单位可以是ms，以累积足够的功率来使用感测器110和120执行感测，并且将例如适当的感测器信息、校准数据、ID和其它的信息传达给读取器200。此外，读取器200和读取计划被定制成使得读取器200和读取计划针对低功耗、传达到感测器实现方式100的占空比，以及因此对其测量频率和到生态系统300的通信间隔进行了优化，从而允许读取器系统循环睡眠。通过这种实现方式，可以依次读取感测器几次，并且可以应用过采样来提高分辨率和降低如温度测量中的噪声，这些噪声与应用的读取速率相比变化缓慢，因此提高了感测器的温度测量精度，从而提高了核心温度计算的精度。在读取器200中实施的标准无线和有线网络通信协议和方法可以用作与生态系统300通信的单个主通道，并且例如在主通信失败的情况下包括备用系统。此外，读取器200可以包括备用储存器，以在主通信通道暂时故障和/或备用通信通道暂时故障的情况下使用。读取器200还可以包括例如在硬件或软件中用于将加密数据传达到生态系统的方法。通过例如通过IP地址到读取器200的网络连接，它可以将当前地理位置记录到生态系统，以便可以例如根据监管要求来设置操作模式、定位和跟踪社会中的流行病和非流行病、查找当地的环境条件，该环境条件可以是温度、湿度和大气压。此外，读取器设计包括气流设计280，其将环境感测器270与由例如读取器200内部的加热空气或干燥空气而引起的影响分离，从而确保对环境条件的更正确感测。

图19示出了典型的情景，其中读取器200位于天花板中并且感测器100附着到患者的前额。

图20示出了人类的上半身并指示了胸腔，这是心音和心率占主导的典型区域，这指示了放置感测器100的最佳区域。

图21示出了在例如标准PCB之类的基板中的声音感测器实现方式，其中第一层104和第三层106表示2层PCB堆叠的每侧的顶部层。基板122代表PCB中的核心。108是在PCB上加工出的孔，从而在振动膜111与金属背板109之间形成了空气腔体。导电振动膜111与金属背板之间具有腔体，将用作电容器。该电容器被设计为由于振动膜111拾取的声波而受到振动膜111的运动的很大影响。随着振动膜111运动，空气通过穿孔112进出腔体。因此，可以检测到由声波引起的109和111之间的电容变化。

图22示出了与图21相同的实现方式，仅添加放置在振动膜111的中心中的加速度计128。这样，可以通过电容的变化和加速度计129的数据来读取由振动膜111拾取的声波。

图23示出了例如标准PCB之类的多层结构中的声音感测器实现方式，其中第一层104与例如皮肤接触。从第一层104开始，一直到基板122，加工出锥形形状的空气腔体113。该锥体的尖端刺穿第三层106，留下小孔。在该结构的第一层104侧上安装有覆盖空气腔体113的宽端部的振动膜111。在该结构的第三层106上，声音感测器129，例如MEMS麦克风直接放置在第三层106中的小孔的顶部。产生的效果是声波使振动膜111运动而导致这些声波行进通过腔体113，这些声波被声音感测器129拾取。

图24示出了声音感测器实现方式在多层结构(例如，标准PCB)的第一层104上作为力感测器115。此类力感测器115可以是例如设计为对力敏感的电容器，或例如薄压电元件。

图25示出了第一层104和被4个电极126包围的振动膜111，这四个电极126连接至运算放大器，以拾取电压波动、ECG。

图26示出了与例如人类的皮肤接触的第一结构侧，和第一层104、振动膜111、用于心电图测量的电极126、以及光发射器119和光感测器118。

图126示出了具有电极126、与温度感测器110热接触的第一层104、光感测器118和光发射器119、力感测器115、基板120、第二温度感测器120以及加速度计128的剖面。

该算法考虑了BT、HR、RR和其它感测器功能，可以检测特定饮食的特征变化。

替代实施方式

可以设想上述的多种变型。例如，在无线感测器实现方式中使用天线130，其中天线由本领域技术人员设计成在生物体的表面(例如人类皮肤)而不是在空气中操作。

另一个变体天线130被设计成使得天线130构造性地使用生物体或生物体的部分(例如，像人类颅骨中的额骨)来改进天线性能。

另一变体可以以不同的基板材料和形状来实施无线感测器系统，该基板材料和形状被设计为以不同的方式在生物体上使用。对于人类来说，这可以是例如隐形眼镜、衬衫或耳塞、耳环或其它珠宝，或者用鞋、衣服织物、绷带、弹性带、医用石膏或石膏、内裤、尿布、卫生护垫、连裤衬垫、假体、紧身胸衣或其它医疗和非医疗辅助或援助设备来实现。

此类方法的另一变体可能是使用多种无线电协议和标准的无线感测器实现，从而允许更广泛的使用范围和工作范围。例如，这可以是多个无线电协议、在现有无线电协议与新无线电协议之间的组合、基于后者的定制协议或多个其它无线电协议。

用于老年患者的感测器的一些实施方式中，光学感测器、电容式感测器、湿度感测器和诸如PH感测器之类的化学感测器的组合，以例如简报的方式实施，将为老年人提供更高生活质量的装置，并为例如老年护理院的日常工作提供更好的质量保证。像此类感测器组合将能够对简报内容进行分类，此外还可以检测一些医疗和非医疗条件的早期迹象，如：酸中毒、脱水、腹泻、饥饿、肾衰竭和尿路感染。

在其他实施方式中，将ECG、麦克风、温度、压力、接近度、取向、位移、光、电容和加速度的组合实施为感测器系统，该感测器系统可以例如检测医疗辅助援助工具的使用情况，如果医疗辅助援助工具位于皮肤与胸衣之间，例如，许多背部和颈部受伤手术后使用的紧身胸衣以及出因生缺陷而进行的矫正手术后使用的紧身胸衣。然后，如果正确使用(例如，太紧或太松)，在使用过程中患者的运动和活动以及使用过程中辅助援助工具的位移，该系统将能够检测其使用量。为医疗医生给予数据基础，以辅助和援助进一步的患者建议、治疗和运动，以改善结果。

在又一其它实施方式中，将温度、湿度和光(例如紫外光)进行组合的感测器的组合可以用作检测儿童和老年人的体温高/过热和过度暴露于日光的感测器系统。在一些实施方式中，一个或更多个温度感测器可以与生物阻抗感测器结合，然后系统还可以检测脱水。

在又一其他实施方式中，感测器与选自温度感测、与生物阻抗结合的PH值和湿度的一个或更多个感测器相结合，可以用作智能绷带，该智能绷带用于例如烧伤、检测伤口是否由于以下原因需要注意：相对于核心的表面温度升高和/或感染引起的发热、由于某些细菌感染而改变PH值以及由于细菌生长而排出的水分增加。这将使看护者避免在不需要的时候更换绷带，避免通过破坏保护新皮肤的发育的结痂密封而导致不必要的新感染。

在其它实施方式中，感测器系统可以与如音频、噪声、声音和加速度计之类的感测器相结合，因为这将用作例如打鼾和呼吸暂停，的检测器，该检测器结合了音频和振动，以为家庭保健市场提供低成本测试。

在又一其他实施方式中，诸如温度、加速度计、位移和力之类的感测器的组合将例如提供在例如膝半月板手术之后检测关节灵活性和使用，甚至检测由膝盖感染或发炎引起的局部温度发展的装置。提供信息给患者和医师以改善护理和恢复。

在又一其他实施方式中，捕获患者发热皮疹、脸红、皮肤颜色的图像。这与温度模式以及从患者处收集的其它重要数据一起使用以监测患者。皮疹的暂时发展可以用于确定疾病以及发热模式。

热绝缘层122可以兼用作电绝缘材料，也作替代分离的热绝缘层和可以堆叠的电绝缘材料。

可以预见此类系统的许多其它变型。例如，系统通知算法用户在进餐时检测RR、HR和“点击”通知，该系统通知算法可以用于检测进餐的人何时被食物噎住，以向例如老年护理机构中给予警报，防止因噎住而死亡。

另一变体可以是运动员的效果，和从训练中获得最佳效果的表现/休息平衡监测。此类实现方式可以在被设计为通过BT、RR、HR和其它感测器映射职业运动员的表现和休息指数的算法中应用相同的感测器数据。此类系统的输出可以是例如关于训练课程之间的休息量的个人建议。

另一变体可以是监测精神病患者和老年患者的饮食摄入，以维持整体稳定性和身体健康。此类实现方式与最初的描述相同，只是简化了算法输出以表明有足够的饮食摄入来维持健康的生活。更改可以是向看护者和家人的通知。

Claims (39)

1.一种用于对生物体的心音、循环效应和核心温度进行测量的感测器(100)，所述感测器(100)包括：

具有电极(126)的第一层(104)，所述电极与所述生物体电连接，

第二层(122)，所述第二层(122)具有热绝缘材料并且放置在所述第一层(104)的顶部上，

第一温度感测器(110)，所述第一温度感测器(110)经由穿过所述第二层(122)的导热体(105)与所述第一层(104)热连接，

第二温度感测器(120)，所述第二温度感测器(120)与所述生物体热绝缘，其特征在于，所述第一温度感测器和所述第二温度感测器位于所述第二层(122)的上方，

感测器仪器放大器ECG设备(117)，所述感测器仪器放大器ECG设备(117)在工作上连接至位于所述第一层(104)上的所述电极(126)，

其中，所述电极(126)用作ECG电极(126)，以及

声音感测器(129)，所述声音感测器(129)位于所述第一层和所述第二层的切口的底部中的第三层上，所述切口形成腔体以使声音更佳地传播至所述声音感测器。

2.根据权利要求1所述的感测器，其中，所述切口具有锥形形状。

3.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括至少一个附加感测器，所述附加感测器对附加的物理特性进行测量，所述附加的物理特性选自：温度、压力、流体流量、热流量、液位、接近度、位移、生物阻抗、图像、光、气体、化学制品、加速度、取向、湿气、湿度、阻抗、电容、力、电、磁、质量和音频。

4.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括在所述第二层上方的第三层，优选地，所述第三层和所述第一层包括金属材料。

5.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括振动膜(111)，所述振动膜(111)将所述生物体和所述腔体分开。

6.根据权利要求5所述的感测器，其中，所述振动膜包括与身体声音共振的材料，从而产生待被所述声音感测器(129)拾取的声压波。

7.根据权利要求1所述的感测器，其中，所述声音感测器(129)是加速度计。

8.根据权利要求1所述的感测器，其中，所述感测器是压电元件。

9.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括在指向所述生物体的所述表面的所述第一层(104)上的光感测器(118)和LED(119)。

10.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括与所述生物体的所述表面连接的振动膜(111)。

11.根据权利要求10所述的感测器，其中，所述感测器位于所述振动膜上，或者被构建为所述振动膜。

12.根据权利要求10或11所述的感测器，其中，所述振动膜(111)具有导电材料，并且被构建为多层结构中的电容式感测器。

13.根据权利要求12所述的感测器，其中，所述第三层在所述振动膜(111)正上方具有导电形状，从而创建电容器。

14.根据权利要求13所述的感测器，其中，在所述振动膜(111)与所述第三层导电形状之间的所述第二层(122)的至少部分被去除，从而形成用于使所述振动膜进行运动的填充空气的腔体。

15.根据权利要求14所述的感测器，其中，所述振动膜(111)由压电元件制成，或者所述振动膜(111)包括安装在所述振动膜(111)上的加速度计(128)。

16.根据权利要求1所述的感测器，其中，所述第一层(104)与所述生物体电接触，并且其中，所述感测器是心电图仪ECG。

17.根据权利要求16所述的感测器，其中，所述ECG感测器具有两个或更多个电极，所述两个或更多个电极在所述第一层(104)中分开并且与所述生物体接触。

18.根据权利要求1所述的感测器，其中，所述第一层(104)与所述第一温度感测器(110)热连接，并且电极(126)、力感测器(115)和光感测器(118)用于与所述生物体的所述表面接触。

19.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括用于收集电能的装置(142)和至少一个能量储存单元，其中，所收集的能量被储存在能量储存单元中。

20.根据权利要求19所述的感测器，其中，所述能量能够使用选自以下各项的装置而从周围环境中收集：光电、热电、压电、电磁、磁、电、氧化、静电和生物能。

21.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括用于对电能进行收集的装置(142)，并且其中，所述能量从作为压电元件的振动膜感测器(128)来收集。

22.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括用于对ECG感测器、所述第一温度感测器和所述第二温度感测器、所述声音感测器和光感测器进行采样的处理装置。

23.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括能量储存单元，所述能量储存单元的类型选自：由感测器(100)的至少两个金属层(104、106)和至少一个绝缘层(122)形成的电容式储存器、电池和燃料电池。

24.根据权利要求1所述的感测器，其中，所述感测器还包括辐射元件，其中，所述第一层是用于所述辐射元件的反射器，其中，绝缘材料形成了所述辐射元件与所述反射器之间的距离。

25.根据权利要求24所述的感测器，其中，所述辐射元件、所述绝缘材料、和所述反射器形成了用于储存所收集的能量的能量储存单元。

26.根据权利要求24所述的感测器，其中，所述反射器包括电容式储存器件的部分，所述电容式储存器件用于储存来自所述能量收集装置的所收集的能量。

27.根据权利要求24所述的感测器，其中，所述辐射元件用作用于能量收集的接收元件。

28.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括：处理装置，所述处理装置在工作上耦合至选自以下各项的至少一项：能量收集装置、能量储存单元和电容式储存器件，所述电容式储存器件用于向所述处理装置供以动力以对来自至少一个感测器(110、120、115、118、128、129)的数据进行采样，并且所述处理装置耦合至辐射元件，所述辐射元件用于传输至少一个所采样的感测器数据。

29.根据权利要求28所述的感测器，所述感测器还包括耦合至所述处理装置的指示器。

30.根据权利要求1所述的感测器，所述感测器还包括用于通知和警报的装置。

31.根据权利要求30所述的感测器，其中，所述用于通知和警报的装置是选自按钮和声音感测器(129)中的至少一者。

32.根据权利要求30所述的感测器，其中，所述通知和警报被用于对事件的数据打上时间戳。

33.根据权利要求30所述的感测器，其中，所述通知和警报用于请求帮助。

34.一种使用根据权利要求1所述的感测器对生物体的心音、循环效应和核心温度进行测量的方法，其中，所述感测器放置在所述生物体的所述表面上，并且还包括光感测器，其中，所述方法包括以下步骤：

由所述第一感测器测量ECG，

由所述声音感测器测量心音，

由所述光感测器测量氧饱和度，

由所述第一温度感测器测量温度，

由所述第二温度感测器测量温度，

根据热通量计算来对所述核心温度进行计算，所述热通量计算使用来自所述第一温度感测器和所述第二温度感测器的测量，

对来自所述麦克风的有关频率、幅度和相移的所述心音进行处理，以确定心音分类和心脏运动。

35.根据权利要求34所述的测量方法，所述方法还包括根据发射光谱与接收光谱之间的增量来对氧饱和度进行计算。

36.根据权利要求34所述的测量方法，所述方法还包括根据所测量的ECG来对ECG信号和复合物进行计算。

37.根据权利要求34所述的测量方法，所述方法还包括根据加速度计数据来对脉搏和心脏运动进行计算。

38.根据权利要求34至37中的任一项所述的方法，所述方法用于使用身体温度、RR、HR来估算身体对甲状腺反应和饮食摄入的特征性变化，所述方法还包括以下步骤：

由根据权利要求2所述的感测器测量BT，

由根据权利要求2所述的感测器测量HR，

由根据权利要求2所述的感测器测量RR，

由根据权利要求2所述的感测器测量用户通知，

使用通过身体温度的测量、RR的测量、HR的测量和所述用户通知的测量所进行的测量来计算身体对所述甲状腺反应和饮食摄入的变化。

39.一种将根据权利要求1至33所述的感测器用于对所述生物体的表面温度进行测量的用途。

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