TW201632146A - 用於改善生理監測的系統及方法 - Google Patents

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Abstract

提出用於監測對象的系統及方法。該系統包括感測裝置，其包括至少一個磁源以產生磁場，及設置在該磁場內的磁感測器陣列。該感測器陣列得到在沿著運載包括一或多個磁性粒子的流體之導管的複數個位置的複數個磁場量測。另外，該系統包括通訊地耦接至該感測裝置的處理次系統，其中該處理次系統基於耦合模型決定該等量測中由該等磁性粒子的磁化鬆弛所導致的變化，該耦合模型基於磁化鬆弛、該等磁性粒子朝向該磁場之已決定梯度的整體運動、靜磁學、及動量守恆的原理界定該流體在該變化磁場中的行為。該處理次系統基於該等已決定變化估算一或多個期望參數的值。

Description

用於改善生理監測的系統及方法
本說明書的實施例通常相關於生理監測，且更明確地相關於用於使用磁感測器陣列增強生理參數之估計的系統及方法。
病患之生理參數，諸如，生命徵象及/或血流特徵，的持續監測允許對生理異常的早期偵測，因此對救生干預措施提供及時警告。明確地說，多參數監測器在創傷、手術、及加護病房中的常規使用近來已大幅改善醫療成果。例如，脈搏血氧濃度計、超聲波流量計、及腕式壓力計常規地用於監測血氧飽和度(SpO2)、心輸出量、及/或血壓以輔助致命醫療情況的偵測，諸如，動脈性低血氧症、低血容量、及/或內出血。然而，此種習知生理監測裝置對於醫院外的常規使用常太大及/或過於昂貴。
因此，已發展特定可攜式電、機器、及光學監測裝置以允許非侵入性監測病患的生理參數。部分此等裝置，例如，可用可操作地耦接至病患的胸帶、襪配件、 腕錶、或手指配件實作。然而，此等可攜式裝置的使用意謂著直接皮膚接觸、複雜處理、不充份的監測能力、可觀的功率消耗、及/或需要受過訓練的操作者。此外，使用習知裝置產生的量測受病患動作及/或環境振動所導致之移動性假象的高度影響。
特定的其他習知監測方法提建使用小型及低功率磁感測器，以偵測使用在心率、血流、及血壓監測中的血液調變磁訊號(MMSB)。在此等習知方法中，將磁感測器定位成鄰近目標區域，諸如，病患的食指，以持續量測由置於附近的永久磁鐵產生的均勻磁場。該等磁場量測可依次用於基於經驗模型決定特定生理參數，諸如，對應於病患的血流速度及動脈擴張。
雖然此種經驗模型企圖將磁場量測與特定生理參數關聯，該等經驗模型未計入特定磁性質，諸如，血液的磁化鬆弛。此外，經驗模型無法提供血流、幾何、及血液與已產生磁場之間的磁作用的精準表示。因為此等習知模型忽略血液的特定磁性質在磁場量測上的作用，使用此種習知監測方法決定之生理參數的值可係不精準的，且因此，不適合用於臨床使用。
根據本說明書的樣態，呈現系統、方法、及儲存可由一或多個處理器執行之指令以實施用於監測對象之方法的非暫態電腦可讀媒體。該系統包括感測裝置，其 包括至少一個磁源以產生磁場，及設置在該磁場內的磁感測器陣列。該磁感測器陣列在沿著包括具有一或多個磁性粒子的流體之導管的複數個位置得到對應於磁場的複數個量測。另外，該系統包括通訊地耦接至感測裝置的處理次系統。該處理次系統基於耦合模型決定該等量測中由該流體中之該等磁性粒子的磁化鬆弛所導致的變化，該耦合模型基於磁化鬆弛、該流體中的該等磁性粒子朝向該磁場之已決定梯度的整體運動、靜磁學、及動量守恆的原理界定該流體在該變化磁場中的行為。隨後，該處理次系統基於該等已決定變化估算一或多個期望參數的值。
100‧‧‧監測系統
102、400‧‧‧感測裝置
104‧‧‧血管
106‧‧‧外部磁場
108、210、404‧‧‧磁源
110、402、502‧‧‧磁感測器陣列
112‧‧‧基板
114‧‧‧磁場調變器
116、118、120、406‧‧‧磁感測器
122、124‧‧‧互連
126‧‧‧電源
128‧‧‧處理次系統
130‧‧‧放大器
132‧‧‧數化器
133‧‧‧耦接機構
134‧‧‧儲存庫
136‧‧‧使用者輸入-輸出(I/O)裝置
138‧‧‧圖形使用者介面(GUI)
140‧‧‧顯示裝置
142‧‧‧警告次系統
202、204、206‧‧‧矩形磁鐵
208‧‧‧圓形磁源
212‧‧‧SMR感測器
302、304、308‧‧‧GMR感測器
306‧‧‧AMR感測器
600‧‧‧示意表示
700、802、804‧‧‧圖形表示
900‧‧‧流程圖
當以下實施方式參考隨附圖式研讀時，本揭示發明的此等及其他特性、樣態、及優點將變得受更佳理解，其中相似字元在該等圖式各處代表相似部分，其中：圖1係根據本說明書之樣態描繪範例監測系統的方塊圖；圖2係使用在圖1之監測系統中的不同磁源之例示定向的示意表示；圖3係使用在圖1之監測系統中的磁感測器之例示定向的示意表示；圖4係使用在圖1的監測系統中之例示磁感測器陣列的示意表示；圖5係使用在圖1的監測系統中之另一例示 磁感測器陣列的示意表示；圖6係界定使用在圖1之監測系統中之流量、磁化、及磁感測之間的關係之耦合模型的圖形表示；圖7係聚焦在影響血流之現象的經選擇子集的耦合模型之例示實作的圖形表示；圖8係對應血流存在或不存在時的磁場量測之實驗結果的圖形表示；且圖9係根據本說明書之樣態描繪用於監測生理參數之例示方法的方塊圖。
以下描述呈現用於增強病患的生理參數之監測的系統及方法。明確地說，本文說明的特定實施例描述易於使用、非侵入式、小覆蓋區、低重量、堅固耐用、且低功率的監測系統及方法。監測系統及方法的實施例使用變化磁場及磁感測器陣列而以已改善精準度監測病患的生理參數。具體地說，本文描述的實施例呈現適於追蹤病患之醫療情況及/或在醫院、診所、住家、及/或門診環境中即時提供醫療、鍛煉、及生活方式改變對病患之作用的持續性評估的可穿戴式病患監測器。
另外，本系統及方法的實施例也提供三維(3D)耦合數學模型，其精準地界定流體的流動、磁化、及磁感測之間的關係。該精準界定的關係允許將所取得的磁回應信號與一或多個病理情況有效關聯，從而允許更瞭解 情況的臨床診斷及/或有效的治療計劃。
為了清楚，本系統及方法的實施例討論關於基於使用耦合模型對已取得磁回應信號的精準評估而精準地決定生理係數，諸如，血流、血壓、及血氧(SpO2)水平。然而，本系統及方法的特定實施例也可發現使用在其他醫療及/或非醫療應用中，諸如，非破壞性測試應用。例如，本方法及系統的特定實施例可使用在用於偵測油及氣體管線中的破裂及偵測軸承磨損之其他磁性流體的模型化中。於以下段落參考圖1描述適於實踐本系統之各種實作的例示環境。
圖1描繪用於即時監測對象，諸如，病患，的例示監測系統100。為了清楚，系統100描述關於對應於病患之生理參數，諸如，心率、血流、及/或動脈血壓，的非侵入式監測。然而，其他生理參數，諸如，血氧、心搏出量、動脈硬化、動脈擴張、及血紅蛋白含量，可相似地使用系統100決定。此外，在特定實施例中，系統100可通訊地耦接至其他監測系統，諸如，血氧監測器、都卜勒超音波系統、及/或光學心率監測器，例如，以允許估計血氧及/或其他血流異常。或者，如先前提及的，系統100的部分實施例也可用於在非醫療監測應用期間決定流體特徵。
在本設想實施例中，系統100可組態成基於在血流附近指示在對象的一或多個目標區域中之表面動脈的至少血流速度或流量之磁場的量測決定病患的生理參 數。明確地說，系統100可基於耦合數學模型從磁場量測決定精準的血流特徵。根據本說明書的特定樣態，計算耦合模型以精準地界定血流、磁化、及磁場量測之間的一或多個關係，以允許更有效地設計監測系統100、其佈置、及已量測磁回應信號的評估。另外，在一實施例中，耦合模型的使用可輔助識別已量測磁回應信號的一或多個區別特徵並與一或多個生理參數關聯，以識別病患的病理情況。
為此，在特定實施例中，系統100包括定位成與病患的目標區域接觸或鄰近的感測裝置102，以決定對應於病患的病理情況之一或多個在臨床上有用的指示。該等目標區域，例如，可對應於病患的手指、手腕、腳踝、及/或頭部區域。通常，目標區域可包括運輸具有一或多個磁性粒子，諸如，運載化合物的鐵，之血液至病患身體的不同部分的血管104。在一實施例中，識別在血管104中流動的血液在外部磁場106之影響下的行為可輔助決定在臨床上有用的指示。
因此，在特定實施例中，感測裝置102包括組態成在血管104附近產生具有期望幅度及/或方向之磁場106的至少一個磁源108。為此，磁源108，例如，包括永久磁鐵、電磁鐵、及/或線圈。另外，感測裝置102包括設置在基板112上之磁感測器的陣列110(「磁感測器陣列110」)，其用於量測磁場106中由於通過血管104之血液的脈動流的改變。
明確地說，在特定實施例中，感測裝置102可組態成產生代表由磁感測器陣列110量測的磁場106中之改變的輸出電壓信號。然而，輸出信號可為外部磁場、環境振動、及/或病患移動，諸如，手腕及/或腳趾的移動，所扭曲。因此，在特定實施例中，感測裝置102可更包括組態成調變由磁源108產生之磁場106的磁場調變器114，諸如，傳輸線圈。明確地說，在一實施例中，調變器114將磁源108調變成使得已產生磁場106在時域及/或空間域中變化。變化磁場106的使用補助將接收自磁感測器陣列110的回應信號與變化磁場106匹配，從而降低雜訊及/或改善由磁感測器陣列110決定之量測的信號對雜訊比(SNR)。經由變化磁場106之使用而實現的雜訊降低導致較少的移動性假象，因此提供用於監視病患之生理參數的穩固系統。
明確地說，在特定實施例中，使用磁感測器陣列110在複數個位置同時量測磁場106可提供可一致地用於甚至決定複雜生理參數，諸如，血氧及心搏出量，的資訊。在一實施例中，同時量測可藉由以與磁源108的不同距離設置在磁感測器陣列110中的一或多個磁感測器116、118、及120得到。磁感測器116、118、及120，例如，可包括一或多個巨磁阻(GMR)感測器、半導體磁阻(SMR)感測器、各向異性磁阻(AMR)感測器、穿隧磁阻(SMR)感測器、及/或任何其他適當磁感測器。
在特定實施例中，感測裝置102可使用適於 決定精準磁場量測之磁源108及磁感測器116、118、及120的不同組態。明確地說，在一實施例中，感測裝置102可包括磁源108及磁感測器116的不同組態，其輔助決定不同組態及脈動血流在不同空間位置對磁場量測的作用。將使用在感測裝置102中的磁源108及磁感測器116、118、及120的特定例示實施例描畫於圖2-3中。
明確地說，圖2描畫使用在圖1的系統100中之不同磁源的特定例示形狀、尺寸、及/或定向。在一實施例中，磁源可對應於具有約10毫米(mm)乘約5mm之尺寸的矩形磁鐵202。另外，磁鐵202可設置在相關於關注血管之縱軸的水平定向上，使得磁鐵202的對應磁極位於磁鐵202的頂或底面上。在另一實施例中，磁源可包括具有不同尺寸的一或多個矩形磁鐵204及206。磁鐵204及206，例如，可設置在對應於血管之縱軸的垂直定向上及/或以對應於其的期望角度設置。或者，磁源可包括圓形磁源208，其組態成在病患的血管附近產生變化磁場。在特定其他實施例中，系統100包括具有交錯北及南極的磁源210。交錯磁極允許磁源210製造大磁場梯度。因此，在一實施例中，定位成鄰近於磁源210的複數個SMR感測器212可組態成感測與由大磁場梯度導致之血液的最大去磁化對應的位置。
雖然圖2僅描畫磁源的少數形狀、尺寸、及/或定向，所描畫磁源及/或磁源的其他適當形狀及尺寸的不同組合可發現使用在系統100中以產生具有期望幅度、 方向、及/或頻率的變化磁場106。
另外，圖3描繪使用在圖1的系統100中之不同磁感測器的特定例示種類、尺寸、及/或定向。例如，磁感測器可包括可定位成與血管中之血流方向平行的GMR感測器302。或者，磁感測器可包括垂直地關於血流方向定位的GMR感測器304。另外，在特定實施例中，磁感測器可包括與血流方向平行或與其成一角度定位的AMR感測器306及/或SMR感測器308。在特定實施例中，磁感測器302、304、306、及308可包括一或多個輸入及/或輸出引腳，例如，以接收電源供應及/或允許量測對應輸出信號。
雖然圖3僅描畫磁感測器的少數組態，其他特定實施例可使用其他種類、尺寸、或定向的磁感測器。例如，在一實施例中，磁感測器可包括具有約1mm乘1mm的尺寸並組態成不使用外部電源供應操作的複數個SMR感測器310。SMR感測器的使用可提供較大輸出信號，其指示血液由於磁場的血液磁化及/或去磁化程度。另外，相較於其他磁阻感測器，SMR感測器的使用也可輔助以較低雜訊水平決定磁場量測。具體地說，SMR感測器可比習知可用GMR感測器提供四個數量級的更高幅度磁場及十個數量級的更佳靈敏度。因此，在特定實施例中，SMR感測器可定位在具有交錯磁極之永久磁鐵陣列的頂部或鄰近其，從而產生將由脈動血流導致之磁場扭曲降低的銳利磁場梯度。已降低磁場扭曲允許精準的磁場量 測，其依次可與一或多個生理參數的值精準地關聯。
因此，不同磁感測器的使用允許小型監測器(例如，直徑約一英吋)的製造，其輔助量測流體速度及行進通過各感測器-磁鐵對之脈博的進展。因此，在一實施例中，流體及脈博波速度(二者以每秒公尺為單位量測)可基於橫跨各磁感測器之脈博間的已決定時間延遲及磁感測器之間的距離精準地計算。
參考回圖1，磁源108及具有不同尺寸、形狀、定向、及/或靈敏度的磁感測器116、118、及120可用期望模式設置在基板112上以允許最佳地量測一或多個磁場特徵。具體地說，磁源108及磁感測器116、118、及120之間的距離可基於磁場108的強度選擇性地組態以允許最佳磁場量測。例如，當在具有約1000高斯之強度的磁場108中操作感測裝置102時，磁感測器116、118、及120可用與磁源108約5-10毫米(mm)的距離定位在基板112上。磁感測器116、118、及120及磁源108的其他適當組態可針對磁場106的不同特徵決定，以允許感測裝置102量測磁場106中由於脈動流及流過目標區域的血液之其他磁特徵的變化。
此外，在一實施例中，感測裝置102可針對取得非侵入式及/或非接觸式磁場量測設置成以，例如，約2-15mm的距離與目標區域相鄰。然而，在另一實施例中，感測裝置102可針對在沿著血管104的複數個位置量測由脈動血流調變的磁場106而定位成與目標區域接觸， 諸如，病患的四肢及/或心胸區。在特定實施例中，感測裝置102的非接觸式或接觸式組態可選擇成允許磁感測器116、118、及120以更大效率在不同相對位置量測變化磁場106。感測裝置102之非接觸式或接觸式定位的選擇也可基於磁源108及/或包括在磁感測器陣列110中之一或多個磁感測器116、118、及120的靈敏度、種類、尺寸、相對位置、及/或定向。
圖4，例如，描畫包括定位成鄰近於病患的手腕之磁感測器陣列402的例示感測裝置400。具體地說，在描畫於圖4的實施例中，磁感測器陣列402包括以，例如，彼此約5mm的距離設置在基板上的一或多對磁源404及磁感測器406。另外，將磁源404及磁感測器406線性地定位在沿著對應於病患之支及/或肱動脈的複數個空間位置。線性定位的磁源404及磁感測器406允許在沿著病患手部的複數個位置量測磁場特徵。在複數個位置量測磁場允許取得較大的磁回應信號，其允許降低移動性假象，因此輔助以更大精準度決定期望血流參數。例如，在複數個位置得到的磁場量測可輔助決定對應於病患的血壓、流量、及/或對應異常。
另外，圖5描畫包括定位在病患的多個目標區域或接近該等區域之磁感測器陣列502的另一例示感測裝置500。具體地說，磁感測器陣列502可包括複數個磁感測器，其可定位在複數目標區域，諸如，接近病患的手腕、腳踝、肘窩、前額、及/或頸區域。在相同的選擇時 間週期期間(例如，約1秒)在複數個目標區域的同時磁場量測提供額外資訊，其可一致地用於以更大精準度決定複雜生理參數，諸如，異常流特徵。從同時磁場量測決定的生理參數可依次即時關聯至一或多個病理情況，諸如，周邊動脈疾病。
例如，手腕及前額區域的同時磁場量測可輔助決定頸動脈和/或腦動脈中的血流量的不正常下降，因此指示頸動脈和/或腦動脈粥狀硬化的存在。在另一範例中，手腕及腳踝區域的同時量測可輔助決定手腕及腳踝區域之間的血流中的不同，因此指示周邊動脈疾病的存在。不同目標區域的同時磁場量測因此可允許開業醫師非侵入式地診斷複雜的健康情況及/或及時對病患開立適當治療。
參考回圖1，感測裝置102可組態成經由基板112適當地定位在不同的目標區域。為此，在一實施例中，基板112可包括適當尺寸及形狀的可撓及/或適型材料，諸如，聚醯胺，以允許感測裝置102定位在目標區域上或接近其以得到期望磁場量測。然而，在另一實施例中，基板112可包括剛性材料及/或剛性及可撓材料的組合，其允許磁感測器116、118、及120針對最佳磁場量測適當地相關於磁感測器106及血管104定位。
另外，在特定實施例中，基板112可包括組態成將磁感測器116、118、及120操作地耦接至系統100之一或多個其他組件的一或多個互連122及124。例如， 在一實施例中，互連122及124可分別將GMR感測器116操作地耦接至電源126以接收用於操作的外部電源供應及/或輸出回應信號。或者，基板112可包括額外電路，例如，以將不需要外部電源供應的SMR感測器118與其他系統組件介接。在特定其他實施例中，基板112可更包括用於組態用於偵測及量測變化磁場106之AMR感測器120的額外初始化電路(未圖示)。
根據本說明書的特定樣態，磁感測器116、118、及120可組態成偵測磁場106中的小變化並將已偵測變化轉換為比例輸出電壓信號。因此，在一實施例中，磁感測器116、118、及120可包括磁阻材料的薄膜，諸如，沈積在磁表面上並圖案化以形成電阻條的高導磁合金(鎳-鐵)。複數個此種電阻器可用，例如，半或全惠斯登電橋組態連接，以當遭受已知磁場時，提供可預測的輸出電壓。一般而言，將外部磁場應用至磁感測器116、118、及120導致對應磁化向量的重定向，其在對應電阻中致使變化。電阻中的變化依次導致可與由對應磁感測器116、118、及120偵測的磁場106中之小變化關聯的輸出電壓產生。
因此，在一實施例中，磁感測器116、118、及120可組態成偵測變化磁場106中由通過血管112之脈動血流導致的小變化。明確地說，磁場106中的小變化可導致已決定電位，例如，橫跨對應於磁感測器116的互連122施加。所施加的電位依次在磁感測器116的對應電阻 中導致變化，其可線性地轉換為可橫跨互連124量測的輸出電壓信號。在特定實施例中，系統100可組態成使用已量測輸出信號以將，例如，用於偵測對應於病患之一或多個病理情況的磁場變化量化。
明確地說，在一實施例中，系統100可組態成使用耦合模型以基於由磁感測器116、118、及120得到的量測精準地決定生理參數。然而，與使用本地化、固定、及單向磁場的習知磁感測裝置不同，系統100組態成使用用於基於從磁感測器116、118、及120接收的磁回應信號決定生理參數的變化磁場106。當血液在磁場源108及磁感測器陣列104下流動時，變化磁場106導致血液的短暫磁化及去磁化。通過血管112之血液的去磁化及脈動流在磁場106中產生小的獨特扭曲，依次產生可與病患之一或多個病理情況關聯的比例磁回應信號。
具體地說，在特定實施例中，系統100可使用耦合模型處理磁回應信號以在對應於血液的脈動流之磁回應信號的成分及對應於從磁源108流走的血液之磁化鬆弛的成分之間區分。
為此，在一實施例中，系統100包括組態成處理磁回應信號以臨床地決定有用資訊的處理次系統128。因此，處理次系統112，例如，包括一或多個通用或特定應用處理器、數位訊號處理器、微電腦、微控制器、特定應用積體電路(ASIC)、及/或場效可規劃閘極陣列(FPGA)、及/或其他適當的處理裝置。
另外，在一實施例中，處理次系統128可組態成放大及/或數位化在沿著血管104的不同空間位置量測的輸出信號。具體地說，在特定實施例中，處理次系統128可更包括組態成將使用磁源108及磁感測器116、118、及120的不同組態在不同空間位置取得之典型低輸出信號放大及數位化的放大器130及數化器132。再者，處理次系統128可經由有線及/或無線耦接機構133通訊地耦接至感測裝置102以接收磁回應信號。明確地說，感測裝置102可包括用於經由有線及/或無線耦接機構133與處理次系統128通訊的額外電子電路(未圖示)，諸如，有線及/或無線介面模組、發射器、接收器、編碼器、及/或解碼器。
在特定實施例中，有線及/或無線耦接機構133，例如，可包括一或多條電纜、磁耦接機構、及/或靜電耦接機構。另外，有線及/或無線耦接機構133也可包括數位通訊鏈路，諸如，背板或數位匯流排、有線通訊網路、及/或無線通訊網路。另外，在一實施例中，有線及/或無線耦接機構133可將處理次系統128通訊地耦接至額外裝置(未圖示)，諸如，影像檔案儲存與通信傳輸系統(PACS)、遠端通訊裝置、及/或用於從數位化磁回應信號決定臨床相關資訊的醫院資訊系統(HIS)。
如先前提及的，處理次系統128可組態成使用耦合模型從數位化輸出信號決定臨床相關資訊，諸如，生理參數的值。明確地說，耦合模型的使用可輔助在對應 於數位化磁回應信號的有用及雜訊成分之間區分，因此允許有更效的決定生理參數。由系統100使用以決定生理參數之耦合模型的實施例將參考圖6-7更詳細地描述。
另外，在一實施例中，處理次組件128可組態成將生理參數的決定值及/或數位化磁回應信號儲存在儲存庫134中。為此，儲存庫134，例如，可包括隨機存取記憶體、唯讀記憶體、磁碟驅動器、固態記憶體裝置、及/或快閃記憶體。另外，儲存庫134可儲存與用於從數位化磁回應信號決定生理參數及對應病理情況之耦合模型對應的資訊及/或可執行指令。在特定實施例中，儲存庫134也可儲存從操作者接收之用於在診斷程序期間使用的命令及輸入。
因此，在一實施例中，系統100可包括一或多個使用者輸入-輸出(I/O)裝置136，諸如，鍵盤、觸控螢幕、圖形使用者介面(GUI)138、麥克風、滑鼠、按鍵、開關、顯示裝置140、音訊裝置、及/或視訊裝置以接收操作者輸入及命令。在範例實作中，I/O裝置136透過有線及/或無線耦接機構133操作地耦接至處理次系統128以允許操作者，例如，經由GUI 138在本地或遠端顯示裝置140上選擇一或多個目標區域及/或成像參數。另外，處理次系統128可組態成將導自數位化磁回應信號及/或生理參數的決定值之用於病患的即時複核、診斷、分析、及/或治療的臨床資訊傳訊至顯示裝置140。
另外，在特定實施例中，處理次系統128可 組態成經由警告次系統142將音訊及/或視訊告訊息傳訊至I/O裝置136。具體地說，在一實施例中，處理次系統128可組態警告次系統142以當一或多個生理參數，諸如，血壓或量，的值在可取臨限外側時傳訊警告訊息。例如，警告次系統142可組態成若生理參數值在臨床指定、預編程、或使用者界定的臨限外側，經由電子郵件、簡訊服務(sms)、及/或彈出式視窗傳訊警告信號至遠端連接系統，諸如，HIS或經選擇的行動電話號碼。
系統100的實施例因此提供用於持續監測對應於病患之一或多個生理參數的低功率、非護腕式、非侵入式、及可攜式感測裝置。明確地說，磁感測器陣列110的使用允許產生更強及冗餘的輸出信號以提供更高的SNR及對抗雜散磁場的經改善強健性。另外，陣列化感測器設計輔助同時在複數個位置量測磁場，因此提供可一致地用於決定複雜生理參數的更多資訊。例如，該資訊可用於持續監測適用於嚴峻的早期醫療情況的生理參數，包括血流、血壓、血紅蛋白含量、以及血氧水平。
此外，系統100的實施例使用用於識別磁化及去磁化延遲並與血量、血氧水平、及流速中的改變關聯的耦合模型，從而提供生理參數的更精準評估。界定流體的流動、磁化、及磁感測之間的關係之耦合模組的特定實施例將參考圖6更詳細地描述。
圖6描畫使用在圖1的監測系統中之耦合模型的示意表示600。為了清楚，圖6的一或多個樣態將參 考描畫於圖1中之監測系統100的組件於以下描述中描述。
如先前提及的，習知非侵入式血流監測系統使用企圖將磁場量測與特定生理參數關聯的經驗模型。然而，經驗模型未計及磁場擾動中由於變化血液成分及可變血流的變化。再者，經驗模型聚焦在可易於為病患動作、環境振動、及/或由於附近的金屬及/或電子設備之磁干擾所破壞的血液脈動動作。因此，經驗模型缺少在血液及已產生磁場之間的血流、幾何、及磁交互作用的現實表示。
相反地，本說明書的實施例使用精準地表示血液在磁場106之作用下的行為的耦合模型。明確地說，耦合模型代表基於代表動量守恆的納維-斯托克斯(Navier Stokes)方程式、磁化鬆弛、及代表靜磁學的馬克斯威爾方程式之實施例的血液行為。
一般而言，由於紅血球細胞中運載化合物之鐵的存在，在感測裝置102下流動的血液在由磁源108產生之磁場106的影響下受磁化。另外，當從磁場106流走時，血液受去磁化。血液在磁場106的影響下的此脈動流在磁場106中導致小扭曲，其可由磁感測器116、118、及120所量測。明確地說，磁感測器116、118、120產生代表已量測擾動的輸出信號，其依次可關聯於一或多個生理參數。
然而，對應於磁場106中之已量測擾動的輸出信號不單獨取決於血液的脈動動作。明確地說，輸出信 號的一或多個成分可對應於血液的磁化及/或去磁化，其可輔助提供已量測磁場擾動及生理參數之間的關係的更精準指示。根據本說明書的特定樣態，耦合模型有鑑於動量守恆及靜磁學描述磁參數的作用，諸如，血液磁化及/或去磁化及磁飽和，以精準地表示血液的行為，並因此允許決定期望生理參數的精準值。
圖6特別描畫強鐵磁性流體力學耦合模型(流體磁化感測)，其完整地表示包括磁性粒子之流體與外部磁場的流交互作用。根據本說明書的特定例示樣態，流體及磁場之間的交互作用可經由由發明人所發現之當流體在閑置狀態時及當流體在靜磁場的場效應下時發生的二個主現象表示。該二現象包括血液的磁化及去磁化及流體中的磁性粒子朝向磁場梯度的整體運動。
流體的磁化及去磁化可描述如下。在閑置狀態中，流體中的磁性粒子在該場效應下企圖在本地磁場的方向上對準彼等的磁矩，導致流體磁化至特定程度。一旦磁化流體離開場效應，流體與導致磁場扭曲的靜磁場交互作用。明確地說，信號中的擾動範圍取決於施加磁場的強度及流體的磁性質在強度上變化。另外，一旦流體離開場效應，其磁化也在有效鬆弛時間衰減至零。
另外，可於下文描述流體中之磁性粒子朝向磁場梯度的整體運動。在閑置狀態中，流體粒子朝向最大場梯度點聚集。一旦流體離開場效應，流體由於流體的分散性而顯示非均質濃度，其依次影響在此濃度分佈上量測 的磁場。明確地說，流體粒子一旦離開磁場區域即分散。因此，將磁感測器定位成緊密相鄰於磁源以使用該整體運動現象。
一般而言，流體的磁化及去磁化主要取決於外部磁場強度及流體的去磁化時間，其在低場密度下可係微秒級的。另外，磁性粒子的整體運動取決於高磁場梯度的存在，其可與磁場強度無關地實現。根據本說明書的例示樣態，耦合模型計及二現象。另外，在一實施例中，耦合模型基於信號強度界定取得各磁回應信號的可行性及藉由建立使用單一磁鐵的基本耦合模型界定磁感測器的靈敏度。另外，決定各現象的信號強度。另外，基於靈敏度研究界定磁場強度及場梯度對信號強度的影響。隨後，磁鐵設計(量、形狀、對準等)可適於最大化信號強度並擷取用於以較大精準度決定生理參數的模型化信號。
圖7描畫聚焦在影響血流之現象的經選擇子集的耦合模型之例示實作的圖形表示700。明確地說，在耦合模型中，線及角動量的守恆可使用支配鐵磁性流體力學的流體力學方程式表示。因此，血液(或任何其他磁性流體)之線及角動量的守恆，例如，可使用方程式(1)及(2)表示：
其中v對應於以公尺/秒為單位之血液的流速、ω對應於旋轉速度(1/秒)、p對應於以牛頓/公尺2為單位的壓力、ρ對應於以公斤/公尺2為單位的流體密度、η對應於動黏度(Ns/m2)、I對應於慣性密度的流體力矩[kg/m]、ζ對應於渦流黏度[Ns/m2]、γ對應於旋轉黏度的切係數[Ns]、且F[N]及T[Nm]對應於作用在血液上之每單位體積的本體力及力矩(在此上下文中係磁力及力矩)。
另外，在外部磁場存在時，血液的磁化可界定為將血液中之磁性粒子的磁矩(m)沿著本地磁場的方向對準。然而，此種對準可由於布朗式(Brownian)鬆弛(τB)及Néel機制而受阻礙。布朗式鬆弛導致各磁矩m隨對應磁性粒子旋轉，然而在磁性粒子自身不旋轉的同時，Néel機制導致磁矩m以基準時間(τN)在磁性粒子內側旋轉。在一實施例中，Néel鬆弛時間常數取決於磁各向異性能量密度。因此，Néel鬆弛時間常數的值隨所施加的磁場改變。再者，若將外部磁場設定為零，在耦合模型中，血液磁化M可在有效鬆弛時間(τeff)衰減至零，使用方程式(3)表示。
另外，血液磁化鬆弛可使用方程式(4)表示。
其中Meq對應於平衡磁化[A/m]並藉由朗之萬 (Langevin)方程式給定。
另外，朗之萬方程式可使用方程式(5)表示。
其中Msat對應於血液的飽和磁化，然而α對應於取決於所施加之磁場及溫度的擬合參數。
根據本說明書的樣態，血液的磁性質影響自磁感測器116、118、及120接收的輸出信號。明確地說，發明人已決定顯著地影響輸出信號的該等性質包括對應於磁化/去磁化所需時間的鬆弛時間(τeff)及對應於血液磁化的最大可能等級的飽和磁化(Msat)。因此，在例示實作中，將對應於鬆弛時間τeff的值決定成相依於血細胞比含量、血氧水平、及溫度，然而將飽和磁化Msat決定成相依於所模擬之血紅蛋白磁化率。
另外，在耦合模型中，磁場分佈可使用，例如，界定在方程式(6)及(7)中的馬克斯威爾方程式描述。
▽.B=0 (6)
▽×H=J (7)
其中B[T]對應於磁場密度、H對應於磁場強度、且J[A/m2]對應於電流密度。
在一實施例中，磁場密度B及強度H之間的關係可使用方程式(8)-(11)表示。
B=μH (8)
μ=μ 0 μ r (9)
M=χH (10)
μ r =χ+1 (11)
其中μ對應於血液的導磁率、μ0對應於真空導磁率、μr對應於血液的相對導磁率、且χ對應於血液的磁化率。
此處，可注意到缺氧血或靜脈血呈現反磁性質(χ<0)，同時含氧的動脈血呈現順磁性質(χ>0)。
此外，磁化血液與外部磁場交互作用以在血液中的各磁性粒子上產生吸引力。明確地說，磁力在血液上將自身呈現為本體力及力矩。因此，每單位體積之血液上的磁力及力矩可，例如，使用方程式(12)及(13)表示。
F=μ 0(M.▽)H (12)
T=μ 0M×H (13)
其中μ0對應於自由空間的磁導率、M對應於磁化、且H對應於磁場強度。
從方程式(12)及(13)明顯看出，內部磁力及力矩比例於磁場H及血液磁化M。因此，可忽略血液上的內部磁力及力矩，因此消除方程式(2)。再者，在將血液假設為非導電材料時，對應於耦合模式之方程式的簡化系統可使用方程式(14)-(15)表示。
另外，在一實施例中，磁場量測及流體系統之間的耦合，例如，可使用移動網格技術實作。移動網格技術計及血液在閑置及流動狀態期間的磁化及從磁源108流去之血液的非磁化。明確地說，血液的磁化/非磁化使用方程式(15)處理。
在特定實施例中，從先前臨床及/或實驗實作決定的基準值決定一或多個參數，諸如，缺氧及含氧血的磁化率、血液密度、動黏度、真空導磁率、心博頻率、血管直徑、及磁鐵直徑。另外，將血液假設為係具有無滑動情況的牛頓流體。再者，習知地將血管中之血流的驅動力認為係橫跨血管之壓力的梯度。因此，在入口使用用於血壓的脈動入口邊界條件，同時將零壓力指派給血管的出口。因此，在一實施例中，入口壓力脈博可使用方程式(16)表示。
其中p0對應於基準壓力且f對應於病患之心博頻率。
另外，在特定實施例中，一或多個生理參數，諸如，血流速度，可在存在施加磁場時藉由使用方程式(3)-(13)及(16)決定血液的磁化鬆弛而估算。然後已決定磁化鬆弛可用於基於界定在方程式(14)-(15)中之方程式的簡化系統決定血流速度。
因此，耦合模型基於特定磁性質，諸如，血液的磁化鬆弛及磁飽和，提供磁場量測及生理參數之間的 關係的增強描述。磁場量測及生理參數之間的關係的增強描述可依次用於最佳化用於有效生理監測之可穿戴裝置的設計及操作。
在例示實作中，由耦合模型界定的磁場量測、磁化鬆弛、及血流之間的關係已受驗證。明確地說，磁場量測係藉由變化複數個因子並評估所產生之磁場量測的行為而得到。受變化之因子的特定範例列於表1中。
在例示實作中，磁場量測指示已量測磁場的最大值在低(20bpm)及無流動情況下朝向磁鐵的偏移。不同血流情況導致不同的血液磁化及/或去磁化率。磁化及去磁化率中的變化依次在於相同位置但不同流動情況期間得到的磁場量測中導致對應變化。
例如，圖8描畫分別與在血流存在及不存在時藉由非侵入式感測器，諸如，圖1之感測裝置102，得到之例示磁場量測對應的圖形表示802及804。如圖形表 示802所示，當磁場量測在流動血液存在時得到時，觀察到具有清楚最大及最小值的強輸出信號。相反地，圖形表示804描畫在血流不存在時藉由磁感測器得到之實質固定的信號。圖形表示802及804的繪圖因此指示流動在磁場量測上的重要性及對應的MMSB。明確地說，如先前提及的，相較於在更遠離磁感測器之區域中得到的量測，流動血液的衰減磁化在鄰近磁感測器之區域中得到的磁場量測中導致值得注意的改變。
根據本說明書的特定樣態，耦合模型可輔助有效地將磁場量測中屬於血液之去磁化的改變與一或多個生理參數關聯，諸如，血流、血量、及/或血壓。使用本系統及方法對生理參數的持續監測可依次提供即時資訊至開業醫師以輔助對對應於病患的一或多個病理情況的及時診斷及/或治療。參考圖8更詳細地描述用於使用圖1之系統監測對象的生理參數之本方法的實施例。
明確地說，圖9描繪描畫用於監測對應於對象的生理參數之例示方法的流程圖900。例示方法可用儲存及/或執行在計算系統或處理器上的電腦可執行指令的一般背景描述。一般而言，電腦可執行指令可包括實施特定函數或實作特定抽象資料型別的常式、程式、物件、模組、組件、資料結構、程序、模組、及函數等。例示方法也可用分散式計算環境實踐，其中最佳化函數係藉由經由有線及/或無線通訊網路鏈接的遠端處理裝置實施。在分散式計算環境中，電腦可執行指令可位於包括記憶體儲存 裝置的本地及遠端電腦儲存媒體二者中。
另外，在圖9中，將例示方法說明為邏輯流程圖中之方塊的集合，其代表可用硬體、軟體、或彼等組合實作的操作。將各種操作描畫於方塊中以說明對應於例示方法的功能，諸如，調變磁場、得到複數個量測、及評估一或多個期望參數的值。在軟體的情況中，方塊代表當由一或多個處理次系統執行時實施所述操作的電腦指令。
並未企圖將例示方法的描述次序理解為限制，且任何數量的描述方塊可用任何次序組合以實作本文揭示的例示方法或等效替代方法。另外，特定方塊可從例示方法刪除或藉由具有額外功能的額外方塊增強而不脫離本文描述之專利標的的精神及範圍。為了討論的目的，例示方法將參考圖1之導航系統100的元件描述。然而，本方法也可用於改善使用磁感測器之各種其他醫學及/或非醫學系統的雜訊抑制。
方法在步驟902開始，其中包括磁源及磁感測器陣列的感測裝置操作地耦接至對象的目標區域，其中該目標區域包括運輸包括一或多個磁性粒子之流體的導管。在一實施例中，該流體對應於流經血管之病患的血液。然而，在替代實施例中，該流體可對應於流經管線的油或氣體。再者，在特定實施例中，該操作耦接可需要，例如，使用插線或機器機構將感測裝置放置成與運輸該流體的導管直接接觸或在其上方(例如，1mm)。
另外，在步驟904，磁場可使用磁源產生。明 確地說，具有期望幅度及/或方向的磁場可，例如，使用永久磁鐵、電磁鐵、及/或線圈磁鐵產生。另外，在步驟906，可調變已產生磁場使得磁場以期望頻率在時域及/或空間域中變化。變化磁場的使用可輔助將從磁感測器陣列接收的輸出信號與變化磁場匹配，從而將對應於已決定磁場量測的雜訊水平降低。該已降低雜訊水平導致較少的移動性假象，因此提供用於監測生理現象的穩固系統。
再者，在步驟908，對應於變化磁場的複數個量測可在沿著導管的複數個位置使用設置在變化磁場內的磁感測器陣列得到。明確地說，在一實施例中，可同時得到此等量測的二或多者。或者，二或多個量測可循序地或以任何期望次序決定。此外，該等量測可使用具有與磁源不同之形狀、尺寸、定向、及/或距離的磁感測器決定。在一實施例中，例如，具有不同尺寸及定向的AMR、GMR、及/或SMR感測器可用於量測磁場中由血流導致的擾動。
另外，在步驟910，複數個量測中由流經導管的流體之磁化鬆弛所導致的變化可基於耦合模型決定。如先前提及的，磁場量測顯著地為從磁源流去之血液的簡短磁化鬆弛所影響。耦合模型基於血液之磁化鬆弛、磁場量測、及支配血流的線及角動量守恆之間的已決定關係精準地描述磁化血液的行為。參考圖6-7詳細地描述耦合模型的實施例。具體地說，耦合模型輔助決定磁場量測中與由通過血管之脈動血流所導致的變化不同之由血液的磁化鬆 弛所導致的變化。
再者，在步驟912，一或多個期望參數的值可基於已決定變化估算。明確地說，在一實施例中，一或多個生理參數，諸如，流速及方向、血壓、心率、及含氧，例如，可使用方程式10及15與對應於已決定變化之輸出信號的幅度關聯。生理參數的估算值可依次用於即時評估及/或監測病患的病理情況。例如，血流參數可用於偵測不同異常，諸如，低血容量、內出血、心摶出量、及/或由動脈粥狀硬化導致的流動限制。另外，血流參數，例如，也可用於緊接在血管重建術後用於評估流動恢復及用於針對血管血栓形成後之監測的治療後監測。
另外，在步驟914，當一或多個期望參數的值在規定臨限外側時，可產生音訊警告及/或視訊警告。如參考步驟912於先前提及的，對應於病患的生理參數可針對即時評估病患的病理情況持續地監測。因此，若決定生理參數的一或多者，諸如，血氧、血壓、及/或心率，已下降至低於臨床上規定的臨限，可產生音訊及/或視訊警告以警告開業醫師關於病患的情況。在特定實施例中，警告訊息可額外或替代地經由電子郵件、簡訊服務(sms)、及/或彈出式視窗傳訊至遠端連接系統，例如，HIS或經選擇行動電話號碼以輔助對病患提供迅速的醫療救護。
本系統及方法的實施例，因此，允許非侵入及持續的監測病患的一或多個生理參數以輔助早期偵測不同異常。明確地說，本文描述的實施例呈現基於磁化鬆 弛、靜磁學、及動量守恆的原理精準地界定脈動血液之行為的耦合模型。精準界定血液的行為可輔助將磁場量測有效地與用於估算病患之健康情況的一或多個生理參數關聯。
另外，本系統的實施例也揭示不需要直接皮膚接觸並對身體移動穩固的低功率、輕量、低成本、可攜、及非侵入式感測裝置。另外，感測裝置的小尺寸及可撓本質對感測器在目標區域上的放置允許較不嚴格的規定，從而允許使用在使用習知監測裝置不能服務的目標區域中，諸如，腳踝。再者，磁感測器陣列在感測裝置中的使用允許更強及冗餘輸出信號的產生以提供更高的信號對雜訊比及對抗雜散磁場的經改善穩固性。另外，陣列化感測器設計輔助同時在複數個位置量測磁場，因此提供可一致地用於決定複雜生理參數的更多資訊。
雖然，本描述揭示關於使用耦合模式將血液行為精準地模型化及基於該模型化行為生理監測病患，本方法及系統的替代實施例可發現使用在其他醫學及/或非醫學應用領域中。例如，本方法及系統的特定實施例可用於模型化其他磁性流體，諸如，油，用於使用在包括基於界定油、氣體、及/或軸承油之行為的耦合模型分別偵測油及氣體管線中之破裂及偵測軸承磨損的非破壞性估算研究中。
可注意到雖然本系統及方法之各種實施例的具體特性可僅顯示在特定圖式而不在其他圖式中及/或僅 相關於特定圖式而不相關於其他圖式描述，此僅為了便利。待理解所描述的特性、結構、及/或特徵可在各種實施例中以任何合適方式組合及/或互換地使用，例如，以構成額外組合體及技術。此外，上述範例、展示、及處理步驟，例如，可由磁場調變器114、處理次系統128、及警告次系統142實施的範例、展示、及處理步驟，可藉由在處理器為基之系統上使用適當碼的單一裝置及複數個裝置實作。
也應注意到本揭示發明的不同實作可用不同次序或實質同時，亦即，平行地實施本文描述的部分或所有步驟。另外，該等功能可用各式各樣的程式語言，包括，但未受限於Python、C++、或Java實作。此種碼可儲存或適於儲存在一或多個實體機器可讀媒體上，諸如，資料儲存庫晶片、本地或遠端硬碟、光碟(亦即，CD或DVD)、固態硬碟、或其他媒體，其可由處理器為基的系統存取以執行所儲存的碼。
當本文僅已說明及描述本揭示發明之特定特性的同時，許多修改及變將對熟悉本發明之人士發生。因此，應理解將隨附之申請專利範圍視為係涵蓋落在本揭示發明之真正精神中的所有此種修改及變化。
100‧‧‧監測系統
102‧‧‧感測裝置
104‧‧‧血管
106‧‧‧外部磁場
108‧‧‧磁源
110‧‧‧磁感測器陣列
112‧‧‧基板
114‧‧‧磁場調變器
116、118、120‧‧‧磁感測器
122、124‧‧‧互連
126‧‧‧電源
128‧‧‧處理次系統
130‧‧‧放大器
132‧‧‧數化器
133‧‧‧耦接機構
134‧‧‧儲存庫
136‧‧‧使用者輸入-輸出(I/O)裝置
138‧‧‧圖形使用者介面(GUI)
140‧‧‧顯示裝置
142‧‧‧警告次系統

Claims (23)

  1. 一種用於監測對象的系統，包含：感測裝置，包含：至少一個磁源以產生磁場；磁感測器陣列，設置在該磁場內以得到對應於該磁場在沿著包含流體之導管的複數個位置的複數個量測，其中該流體包含一或多個磁性粒子；處理次系統，通訊地耦接至該感測裝置，其中該處理次系統：基於耦合模型決定該複數個量測中由流經該導管之該流體中的該等磁性粒子之磁化鬆弛所導致的變化，其中該耦合模型基於磁化鬆弛、該流體中的該等磁性粒子朝向該磁場之已決定梯度的整體運動、靜磁學、及動量守恆的原理界定該流體在該變化磁場中的行為；及基於該等已決定變化估算一或多個期望參數的值。
  2. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該磁感測器陣列包含一或多個半導磁阻感測器。
  3. 如申請專利範圍第2項的系統，其中該至少一個磁源對應於具有交錯之北及南極的複數個磁源，且其中該等半導磁阻感測器以與複數個磁源的已決定距離，或以將彼等組合的方式定位在該複數個磁源的頂部。
  4. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該磁感測器陣列包含磁阻感測器、霍爾效應感測器、各向異性磁阻感測器、巨磁阻感測器、線圈感測器、或彼等的組合。
  5. 如申請專利範圍第1項的系統，更包含具有該磁源及該磁感測器陣列設置於其中的基板，其中該基板包含可撓基板、剛性基板、或彼等的組合。
  6. 如申請專利範圍第5項的系統，其中該磁源及該磁感測器陣列在一或多個選擇定向上設置在該基板上、具有一或多個選擇尺寸，或彼等的組合。
  7. 如申請專利範圍第5項的系統，其中該磁感測器陣列中的一或多個磁感測器以與該磁源的一或多個選擇距離設置在該基板上。
  8. 如申請專利範圍第1項的系統，更包含操作地耦接至該感測裝置的調變器，以在時域、空間域、或彼等的組合中變化該磁場。
  9. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該感測裝置經由有線耦接機構、無線耦接機構、或彼等的組合通訊地耦接至該處理次系統。
  10. 如申請專利範圍第1項的系統，更包含警告次系統，其中當一或多個期望參數的值在規定臨限外側時，該警告次系統產生音訊警告、視覺警告、或彼等的組合。
  11. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該流體包含血，且該一或多個期望參數包含血容量、血壓、血氧、心率、心摶出量、或彼等的組合。
  12. 如申請專利範圍第11項的系統，其中該處理次系統操作地耦接至另一生理監測裝置。
  13. 如申請專利範圍第12項的系統，其中該生理監測 裝置包含血氧監測器、都卜勒超音波系統、光學心率監測器、或彼等的組合。
  14. 如申請專利範圍第12項的系統，其中該處理次系統基於一或多個期望參數的該等值及使用該生理監測裝置決定的資訊決定該對象的病理情況。
  15. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該流體包含非生物流體，該非生物流體包含油、汽油、水、氣體、或彼等的組合。
  16. 一種用於監測對象的方法，包含：使用至少一個磁源提供在時域、空間域、或彼等的組合中變化的變化磁場；使用設置在該變化磁場內的一或多個磁感測器得到對應於該變化磁場在沿著包含流體之導管的複數個位置的複數個量測，其中該流體包含一或多個磁性粒子；基於耦合模型決定該複數個量測中由流經該導管的該流體之磁化鬆弛所導致的變化；及基於該等已決定變化估算一或多個期望參數的值。
  17. 如申請專利範圍第16項的方法，更包含產生該耦合模型使得該耦合模型基於磁化鬆弛、該流體中的該等磁性粒子朝向該磁場之已決定梯度的整體運動、靜磁學、及動量守恆的原理界定該流體在該變化磁場中的行為。
  18. 如申請專利範圍第16項的方法，其中得到該複數個量測包含同時在沿著該導管的該複數個位置量測該變化磁場。
  19. 如申請專利範圍第16項的方法，更包含連續地監測該一或多個期望參數的值。
  20. 如申請專利範圍第19項的方法，更包含當該等期望參數的一或多個值在規定臨限外側時，產生音訊警告、視覺警告、或彼等的組合。
  21. 如申請專利範圍第19項的方法，更包含基於一或多個期望參數的值決定該對象的病理情況。
  22. 如申請專利範圍第16項的方法，更包含經由有線耦接機構、無線耦接機構、或彼等的組合將一或多個期望參數的該等值通訊至遠端地連接至該磁感測器陣列的系統。
  23. 一種非暫態電腦可讀媒體，其儲存可由一或多個處理器執行以實施用於監測對象之方法的指令，包含：使用至少一個磁源提供在時域、空間域、或彼等的組合中變化的變化磁場；使用設置在該變化磁場內的一或多個磁感測器得到對應於該變化磁場在沿著包含流體之導管的複數個位置的複數個量測，其中該流體包含一或多個磁性粒子；基於耦合模型決定該複數個量測中由流經該導管之該流體之磁化鬆弛所導致的變化，其中該耦合模型基於磁化鬆弛、該流體朝向該磁場之已決定梯度的整體運動、靜磁學、及動量守恆的原理界定該流體在該變化磁場中的行為；及基於該等已決定變化估算一或多個期望參數的值。
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