用于监测生理参数的传感器装置和方法 【技术领域】
本发明涉及一种具有用于监测人生理参数的至少一个传感器的传感器装置和方法、一种织物及织物的使用。
背景技术
生理参数的床旁监测是医院设置中的标准，例如用于患心脏病的患者。还已知在家中测量心脏数据或肺部数据。在WO 02/068921A1中，介绍了一种装备有力传感器和中央监测台的床，用于监测患者的基本存在和活动。对这一任务的新颖解决方案包括利用集成在床上的传感器对生命参数进行机械、电气和电磁感测。一个缺点在于，这些方法容易提供由来自环境的电磁干扰(EMI)导致的错误信号。对于电感和电容测量而言尤其是这样。
因此，本发明的目的是提供一种对电磁辐射较不敏感的监测生理参数的传感器装置和方法。
上述目标是通过一种传感器装置实现的，其包括用于监测人的生理参数的至少一个传感器和至少一个织物，所述织物包括导电屏蔽，所述电屏蔽用于抑制所述传感器受到的电磁干扰。
根据本发明的传感器装置优点在于，其能够将有效的屏蔽集成到床中，屏蔽减小了由电磁干扰导致的噪声，尤其是在利用电容或电感传感器或易受电磁干扰的任何其他方法测量期间。
根据本发明的优选实施例，导电屏蔽连接到电势均衡。在该实施例的意义上，电势均衡可以是有源驱动导电屏蔽的电势或地。根据本实施例的传感器装置的优势在于，可以经由织物释放会干扰电容或电感测量的静电荷或动态电荷。导电屏蔽不必是封闭区域，但优选由导电元件的网络构成。
包括导电屏蔽的织物优选地不会以其他方式干扰人或例如医院人员的日常工作。更优选地，它不是明显可见的和/或不会损害床或卧室的设计。最优选地，机织或非机织织物与适当的纺织品(即与床一起使用的纺织品)相连。
在优选实施例中，织物是可穿戴衣物的至少一部分，尤其是衣服，例如睡袍、宽长裤等的一部分。根据另一优选实施例，所述织物集成在床中。更优选地，该织物是床上用品的一部分，例如是床单、枕套或床罩的一部分。更优选地，织物是床垫的一部分，床垫有利地是固定的，即床垫不能被(睡觉的)人改变位置。
在本发明的另一优选实施例中，传感器被集成在织物中。有利地，可以在织物中集成多个功能元件。更优选地，所述织物包括至少有屏蔽层、感测层和绝缘层的分层结构，所述屏蔽层包括导电屏蔽，所述感测层包括传感器，所述绝缘层设置于所述屏蔽层和所述感测层之间。传感器与屏蔽层的相对接近有利地实现了传感器的有效屏蔽。
根据本发明的又一优选实施例，传感器装置还包括用于将人连接到电势均衡的接触点。这样就有利地将人自身的身体用作额外的屏蔽。此外，减少了由于人运动导致的静电荷积累。所述接触点优选地为织物电极，所述织物电极更优选地设置于可穿戴衣服、床单、床罩和/或枕头中。
根据本发明的又一优选实施例，所述传感器装置包括两个或更多织物，每个织物包括导电屏蔽的一部分，其中导电屏蔽的部分是电连接的。本实施例的优点在于，可以从超过一个方向屏蔽传感器，导电屏蔽优选地包围传感器，于是有利地形成一种法拉第筒。
优选地，一织物设置于床罩中，另一织物设置于床单或床垫中，于是有利地从上到下屏蔽传感器，使其免受电磁辐射影响。
本发明的另一目的是利用至少一个可佩戴或集成在床中的传感器监测人生理参数的方法，其中利用包括导电屏蔽的织物将传感器从电磁干扰屏蔽开。根据本发明的方法的优点在于，包括导电屏蔽的织物不会以其他方式干扰人，或例如医院人员的日常工作。
本发明的另一目地是一种具有分层结构的织物，所述分层结构包括具有至少一个传感器的至少一个感测层、包括导电屏蔽的屏蔽层，用于抑制传感器受到的电磁干扰。
根据本发明的织物的优点在于其中集成了多个功能元件。传感器相对接近屏蔽层有利地实现了传感器的有效屏蔽。织物优选地还包括绝缘层，所述绝缘层设置于屏蔽层和感测层之间。
本发明的另一目的是使用包括导电屏蔽的织物，用于抑制集成到床中或可佩戴传感器受到的电磁干扰。结合集成到床中或可佩戴传感器使用织物有利地提供了电磁屏蔽，而不会对分配传感器的人或例如医院人员的日常工作带来不当干扰。
【发明内容】
结合附图，通过以下详细描述，本发明的这些和其他特点、特征和优势将变得明显，附图以举例的方式例示了本发明的原理。仅出于举例的目的给出该描述，而非限制发明范围。下文提到的参考图是指附图。
【附图说明】
图1a和1b示意性示出了集成于床上的传感器示例；
图2a和2b示意性示出了可随身佩戴的传感器示例；
图3a和3b示意性示出了根据本发明的传感器装置和织物的实施例；
图4a和4b示意性示出了具有根据本发明的织物的根据本发明的传感器装置的另一实施例；
图5在图中示出了未屏蔽电容传感器测量和屏蔽电容传感器测量的示例；
图6到14示出了由根据本发明的不同织物示例屏蔽的电容传感器的测量。
【具体实施方式】
将针对特定实施例并参考特定附图描述本发明，但本发明不限于此，而是仅受权利要求的限制。所描述的附图仅为示意性的，不是限制性的。在附图中，出于例示的目的，可以放大一些元件的尺寸，并非按照比例绘制。
在提及单数名词而使用不定冠词或定冠词的地方，例如“一”、“一个”、“该”，除非特定指出某些别的东西，其包括多个该名词。
此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分类似元件，未必用于描述相继或时间次序。要理解的是，在适当环境下这样使用的术语是可以互换的，且这里所述的本发明实施例可以按不同于本文所述或所示的其他次序操作。
此外，出于描述的目的使用说明书和权利要求中的术语顶部、底部、上、下等，未必用于描述相对位置。要理解的是，在适当环境下这样使用的术语是可以互换的，且这里所述的本发明的实施例可以按不同于本文所述或所示的其他取向工作。
要注意的是，本说明书和权利要求中所用的“包括”一词不应被理解为受限于其后列出的装置；该词不排除其他元件或步骤。于是，“设备包括模块A和B”这一表述的范围不应限于该设备仅由部件A和B构成。这意味着，对于本发明而言，该设备仅有的相关部件为A和B。
在图1a、1b、2a和2b中示意性示出了集成于床上的传感器和可随身佩戴的传感器的示例。传感器10，例如电容或电感或直接接触电极，被图示为集成在床罩(图1a和1b)和衣服(图2a和2b)中。传感器10例如可以集成到如图1a所示的床单1中。图1b示出了床单1的示意性截面，其中可见到引线11，引线11将传感器10连接到未示出的任何适当种类的分析电子仪器。图2a示出了具有集成传感器10的衬衣2。图2b示出了装配有传感器10的长裤3。根据传感器10的几何性质，采用不同的屏蔽选项。
在图3a和3b中，示意性示出了一种可能的方式，其中将导电屏蔽20集成为患者身下床(两者均未示出)中的一层，通过床单1中的传感器10测量患者的生理参数。导电屏蔽20可以是例如金属板、金属条网或导电纱线。可以将导电屏蔽20提供为织物中所包含的单个设备，其被放置在床中或集成在床垫(未示出)或床单中。根据另一实施例，床单1包括分层结构，包括导电屏蔽层20、一个或多个绝缘层30和具有传感器30的感测层。导电屏蔽20优选地连接到电势均衡12，这里是地12。导电屏蔽20不必一定是封闭区域，但也可以设置成例如纱线的导电元件的网络。可以将导电纱线设置成格栅或曲折状，但也可以组成整个表面。
根据本发明所述的传感器装置对来自底部区域的电磁干扰提供了良好的屏蔽。为了在人身上具有同样配置，可以在床罩4中集成类似的分层结构，如图4a和4b所示。
在图4a中，示出了覆盖传感器10和部分床单1的床罩4的俯视图。同样，未示出床上的人和床本身。从图4b中可以最清楚看出，导电屏蔽20的部分21集成在床罩4中，包括通往床单1中的导电屏蔽层20的电连接13，导电屏蔽层20再次连接到电势均衡12，这里为电势P。于是在该电势有源地驱动屏蔽层20。这样也能防止电荷聚集在人身上，从而进一步防止传感器10的灵敏度损失并防止测量电子仪器的饱和。通过床单1和床罩4之间的电接触，人和传感器10完全被电势包围，以移除在占用床期间因运动而产生的任何电荷。
在另一种方式中，可以将人自身的身体用作屏蔽。在这里，必需要保证将人连接到明确的电势。可以通过用其睡衣中的织物电极或利用床单部件或枕头作为织物接触连接人来实现这一目的。同样在这种情况下，可以使用导电织物。
现在参考图5到14，示出了测量结果，所述测量结果给出了用于屏蔽目的的织物结构的效果指标。为了展示织物结构对屏蔽能力的效果，使用具有导电屏蔽的九种不同的织物屏蔽电容传感器，无需与皮肤电接触即可用于测量心电图(ECG)和肌电图(EMG)以及脑电图(EEG)。当以感测电极向上的方式放置这种传感器时，类似于集成到床垫或床单1(图1a、1b)中的传感器10，传感器10检测空气中存在的信号。可以通过观察传感器10检测到的信号频谱来观察织物的屏蔽能力。于是，在图5到14中，针对横坐标轴上以赫兹为单位的频率，在纵坐标轴上给出了以dBm(相对于1毫瓦的功率度量)为单位的传感器信号功率。在图6到12中，每幅图示出了两个测量。通常，虚线表示利用两个织物涂层的测量，而实线表示利用单层织物的测量。
示例
使用九种不同的织物来屏蔽电容传感器，这里将九种织物称为织物1到织物9。可以将织物分成两类：
具有金属基涂层的织物。
具有聚合物基涂层的织物。
涂布有金属的织物比涂布有聚合物的织物具有更低的单位面积电阻率。为了防止电荷聚集，有利地使用单位面积电阻率低的织物。于是，屏蔽将具有到处完全相同的电势，因此防止了电荷聚集。
图6到14中示出了用于屏蔽的不同织物的频谱。
图5中的频谱示出了利用无任何屏蔽的传感器可获得的(虚线)以及通过2.5毫米厚壁的密闭金属盒实现屏蔽时可获得的极限。
在图13和14中，示出了均为涂布聚合物的织物的织物8和织物9的测量结果。可以断定，织物中的间隙与其屏蔽能力相关。织物8是一种网型织物，其中有大约1.6mm×1.8mm宽的孔。另一方面，织物9是间隙显著更小的紧密机织织物。织物8不是非常适合于从50Hz、150Hz、250Hz、350Hz到450Hz屏蔽传感器。
参考图9，织物4的测量示出了类似的结果。织物4是编织的织物且涂布了金属(银)。织物4还包括比较开放的结构。从织物4的测量，可以断定织物中的间隙尺寸与屏蔽能力相关。在使用单层织物4屏蔽传感器(实线)时，与未屏蔽传感器(图5)相比50Hz和350Hz的频率影响较小，但在使用两层织物4时，这些频率成分对传感器输出的影响进一步减小(虚线)。使用两层有效减少了织物中的间隙。
现在参考图12，另一种具有开放结构且涂布有金属(银上镍(nickel oversilver))的织物为织物7。从织物7的测量也可以断定，用两层(实线)屏蔽传感器比一层(虚线)好，从而较小的间隙尺寸较好。比较织物4和织物7的测量，可以看出，两层织物7屏蔽传感器比两层织物4更好。对肉眼来说，织物4和织物7中的间隙尺寸相等。可以清楚地看出，织物7(厚度18密尔)比织物4(8+/-1密尔)更厚。
织物1、2、3、5、6和9是没有像织物4、7和8那样明显可见的开放结构的织物。在这一组没有明显可见开放结构的织物中，织物2和6在结构上非常相似。两者都是涂布了金属的尼龙防撕织物。织物6涂布了银，织物2涂布了银上镍。
图7和11中所示的织物2和6的测量结果明显表现出不同的屏蔽行为。织物6(图11)在针对像25Hz、50Hz、225Hz和250Hz的频率屏蔽传感器方面不如织物2(图7)好。除此之外，传感器输出在与测量ECG相关的DC到大约250Hz频带中具有更高的噪声水平。由于织物具有相同的结构但在表面电阻率方面不同，因此假设屏蔽也取决于表面电阻率。织物6的表面电阻率小于每平方0.25欧，织物2的表面电阻率小于每平方0.1欧。
现在参考图8和10，织物3和织物5都是基于尼龙线的涂布了银的织物。两者都还是非机织织物。织物3(图8)是编织织物，织物5(图10)是毛圈织物。尽管织物3和5看起来厚，测量结果表明织物3和5提供的屏蔽并不是非常好。这些织物在低于250Hz的频率范围中都无法很好地屏蔽传感器。这一区域中的噪声水平高于所测试的其他可见不开放结构织物。
最后测量的织物是织物1，测量结果在图6中示出。织物1是基于尼龙线、涂布有银上镍的所谓点结合织物。仅使用一层织物1将无法使传感器完全屏蔽于250Hz的频率(实线)。使用两层提供了针对250Hz增强的屏蔽(虚线)。注意，对于ECG测量而言，仅需要直到150Hz的频率。对于EMG而言，直到500Hz的频率都是相关的。