用于通過體內(nèi)電流獲取生物信息的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于獲取生物信號(hào)的方法和設(shè)備。本發(fā)明還涉及在歐洲專利 EP0824799 和文獻(xiàn)“Personal Area Networks(PAN) - Near - Field Intra-BodyCommuni cat 1n” (Thomas Guthrie Zi_erman，麻省理工學(xué)院，1995 年 9 月)中描述的類型的IBAN( “體內(nèi)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)”)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1示意性示出了包括發(fā)射器D1、接收器D2和作為傳輸介質(zhì)的對(duì)象的體HB的IBAN系統(tǒng)。發(fā)射器Dl包括外部電極0E1、或環(huán)境電極，內(nèi)部電極IE1、或體電極，以及耦接到這兩個(gè)電極的電壓發(fā)生器SG。接收器D2還包括外部電極0E2和內(nèi)部電極IE2。
[0003]發(fā)射器Dl的發(fā)生器SG在電極0EUIE1之間產(chǎn)生振蕩電勢(shì)VI。電場EF在內(nèi)部電極IEl與對(duì)象的體HB之間形成，并且在外部電極OEl和環(huán)境之間形成。體HB被認(rèn)為是可通過發(fā)射器Dl充電和放電的大電容器板。環(huán)境由地面示意性表示，并且具有認(rèn)作為形成IBAN系統(tǒng)的接地端GND的參考電勢(shì)。施加到對(duì)象的體的電荷給予其不同于環(huán)境電勢(shì)的電勢(shì)，這導(dǎo)致在體和環(huán)境之間以及體和接收器D2之間出現(xiàn)電場EF。電壓V2出現(xiàn)于接收器D2的電極IE2上。接收器電路RCT測(cè)量相對(duì)于外部電極0E2的電勢(shì)的電壓V2。
[0004]圖2是圖1的IBAN網(wǎng)絡(luò)以電容和電阻的電網(wǎng)絡(luò)形式的表示。電容器Cl表示在設(shè)備Dl的內(nèi)部電極IEl與最接近該電極的體區(qū)域之間的電容耦接，示意性表示為點(diǎn)PHl。電容器C2表示在設(shè)備D2的內(nèi)部電極IE2與最接近該電極的體區(qū)域之間的電容耦接，示意性表示為點(diǎn)P2。電容器C3表示在設(shè)備Dl的外部電極OEl與環(huán)境之間的電容耦接。電容器C4表示在設(shè)備D2的外部電極0E2與環(huán)境之間的電容耦接。電容器C5表示在電極OEl與IEl之間的電容耦接。電容器6表示在電極0E2與IE2之間的電容耦接，以及電容器C7表示在腳與環(huán)境之間的電容耦接。為了簡便，本文中未示出在麻省理工學(xué)院的模型中起重要作用的其它耦接電容器。
[0005]此外，認(rèn)為體是由電阻器R1、R2、R3、R4、R5示意性表示的純電阻節(jié)點(diǎn)。電阻器Rl和R2串聯(lián)并經(jīng)過假想的中間點(diǎn)P3。它們示出了在點(diǎn)Pl和P2之間的體的總電阻器。假定例如使用者通過其右手和左手電容地耦接設(shè)備Dl和D2，電阻器Rl是右臂和右肩的電阻器，并且電阻器R2是左肩和左臂的電阻器，中間點(diǎn)P3位于兩肩之間。電阻器R3將點(diǎn)P3連接到骨盆附近的假想點(diǎn)P4并且表示胸腔的電阻器。電阻器R4和R5并聯(lián)并且每一個(gè)電阻器將點(diǎn)4連接到通過電容器C7耦接到環(huán)境的假想點(diǎn)P5，并且表示左腿和右腿的串聯(lián)電阻器。
[0006]當(dāng)將電壓Vl施加到電極IE1、OEl時(shí)，通過電壓發(fā)生器SG傳輸電流。該電流的第一部分Ia通過電容器C5到達(dá)外部電極OEl，并且該電流的第二部分Ib通過電容器Cl被注入到體內(nèi)以形成體內(nèi)電流。電流Ib的一部分Ic通過電阻器R1、胸腔的電阻器R3和腿的電阻器R4、R5，然后電容器C7，然后通過經(jīng)過環(huán)境和電容器C3流入設(shè)備Dl的外部電極OEl，環(huán)境由虛線表示。電流Ib的另一部分Id經(jīng)過電阻器R1、R2和電容器Cl到達(dá)設(shè)備D2的內(nèi)部電極IE2，然后經(jīng)過設(shè)備D2并通過經(jīng)過環(huán)境和電容器C3流入設(shè)備Dl的外部電極OEl，該環(huán)境也由虛線表示。電阻R3+R4或R3+R5可能遠(yuǎn)高于電阻R2，并且電流Ic遠(yuǎn)低于電流Id。體內(nèi)電流Id在電極IE2、0E2的端子處生成電壓V2，并且后者由接收器電路RCT測(cè)量。
[0007]為了從設(shè)備Dl向設(shè)備D2傳輸數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)載波信號(hào)來調(diào)制電壓Vl的幅值。該幅值調(diào)制反映在電流Id和電壓V2中。設(shè)備D2解調(diào)電流Id或電壓V2并從中提取數(shù)據(jù)信號(hào)。
[0008]電流Id非常低，如同電壓V2 —樣，其一般在一毫伏到幾毫伏數(shù)量級(jí)。由于微電子領(lǐng)域的進(jìn)步，目前制造能夠檢測(cè)非常低的AC信號(hào)并從中提取數(shù)據(jù)載波調(diào)制信號(hào)的半導(dǎo)體芯片上的集成電路以便實(shí)施IBAN應(yīng)用。例如，Microchip市售的MCP2030和MCP2030“AnalogFront-End Device BodyCom Applicat1ns” 的集成電路專門設(shè)計(jì)用于 IBAN應(yīng)用。
[0009]IBAN網(wǎng)絡(luò)使得接近身體的設(shè)備能夠交換數(shù)據(jù)。一種公知的方法特別包括使用IBAN網(wǎng)絡(luò)向信息收集設(shè)備傳達(dá)由例如心跳傳感器的傳感器測(cè)量的生物參數(shù)。這樣，心跳傳感器裝配有發(fā)射器D1，并且收集設(shè)備裝配有接收器D2。在傳感器與收集設(shè)備之間建立IBAN數(shù)據(jù)鏈路。收集設(shè)備裝配有用于存儲(chǔ)、分析和/或顯示心跳或用于將收集設(shè)備傳送到遠(yuǎn)程設(shè)備的裝置。
[0010]使用心臟信號(hào)作為識(shí)別人的方式也是公知的。特別地，多倫多的公司B1ny已經(jīng)開發(fā)了稱為“HeartID”的產(chǎn)品，包括基于心跳信號(hào)分析的生物特征識(shí)別方式。這種方法以個(gè)人計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備形式通過專用心跳信號(hào)傳感器來實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明基于可將針對(duì)IBAN數(shù)據(jù)傳輸而實(shí)施的體內(nèi)電流用于獲取生物信息的事實(shí)發(fā)現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明更特別地涉及采用體內(nèi)電流的接收設(shè)備，其包括用于通過電容耦接來收集取決于已經(jīng)經(jīng)過對(duì)象的全部或部分身體的電流的AC信號(hào)的裝置，和用于從所收集的AC信號(hào)提取數(shù)據(jù)的裝置，設(shè)備進(jìn)一步包括用于從AC信號(hào)提取由對(duì)象身體生成的生物信號(hào)并調(diào)制AC信號(hào)的幅值的裝置。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，設(shè)備被配置成從生物信號(hào)中提取或推斷至少一個(gè)生物參數(shù)或一項(xiàng)生物信息。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，生物參數(shù)是在將心臟信號(hào)轉(zhuǎn)換成生物信號(hào)中涉及的參數(shù)。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，生物參數(shù)包括對(duì)象的血壓變化。
[0016]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，生物參數(shù)是對(duì)象的心跳。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，生物信息包括在心動(dòng)周期中的給定時(shí)間的生物信號(hào)的至少一個(gè)變化。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，設(shè)備被配置成從一個(gè)或多個(gè)生物參數(shù)和/或一項(xiàng)或多項(xiàng)生物信息中發(fā)展對(duì)象的生物特征識(shí)別數(shù)據(jù)。
[0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，設(shè)備包括用于通過電容耦接向?qū)ο蟮纳眢w施加由數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制的AC信號(hào)來傳送數(shù)據(jù)的裝置。
[0020]本發(fā)明的一些實(shí)施例還涉及采用體內(nèi)電流的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:發(fā)射設(shè)備，包括用于通過電容耦接向?qū)ο蟮纳眢w施加第一 AC信號(hào)的裝置，和用于經(jīng)由第一 AC信號(hào)傳送數(shù)據(jù)的裝置；以及根據(jù)本發(fā)明的接收設(shè)備，用于通過電容耦接收集第二 AC信號(hào)，并從第二 AC信號(hào)提取由發(fā)射設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，其中接收設(shè)備被配置成在初始化階段與發(fā)射設(shè)備交換數(shù)據(jù)以及在獲取階段從第二AC信號(hào)提取生物信號(hào)。
[0021 ]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，將兩個(gè)設(shè)備中的至少一個(gè)設(shè)備布置在便攜式物體中。
[0022]本發(fā)明的一些實(shí)施例還涉及獲取由對(duì)象的身體生成的生物信號(hào)的方法，包括以下步驟:通過發(fā)射設(shè)備向?qū)ο蟮纳眢w施加第一電AC信號(hào)，該發(fā)射設(shè)備包括用于通過電容耦接向?qū)ο蟮纳眢w施加第一 AC信號(hào)的裝置，和用于經(jīng)由第一 AC信號(hào)傳送數(shù)據(jù)的裝置；通過接收設(shè)備收集取決于已經(jīng)經(jīng)過對(duì)象的全部或部分身體的電流的第二AC信號(hào)，該接收設(shè)備包括用于通過電容耦接來收集第二AC信號(hào)的裝置，和用于從所收集的AC信號(hào)提取數(shù)據(jù)的裝置；以及從第二AC信號(hào)提取生物信號(hào)作為調(diào)制第二AC信號(hào)幅值的信號(hào)。
[0023]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，方法包括以下步驟:在初始化階段期間通過接收設(shè)備與發(fā)射設(shè)備交換數(shù)據(jù)，以及在獲取階段期間通過接收設(shè)備從第二AC信號(hào)提取生物信號(hào)作為調(diào)制第二AC信號(hào)幅值的信號(hào)。
[0024]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，方法包括以下步驟:從生物信號(hào)中提取或推斷至少一個(gè)生物參數(shù)或一項(xiàng)生物信息。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，生物參數(shù)是在將心臟信號(hào)轉(zhuǎn)換成生物信號(hào)中所涉及的參數(shù)。
[0026]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，生物參數(shù)包括對(duì)象血壓或?qū)ο笮奶淖兓?br>【附圖說明】
[0027]下面將參考但不受限于附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的獲取生物信號(hào)的方法和設(shè)備的一些實(shí)施例，在附圖中:
[0028]以上所描述的圖1不意性地表不IBAN網(wǎng)絡(luò)；
[0029]以上所描述的圖2為圖1中的IBAN網(wǎng)絡(luò)的線路圖；
[0030]圖3是根據(jù)本發(fā)明的IBAN系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的線路圖；
[0031]圖4a表示根據(jù)心動(dòng)周期的血壓變化的曲線；
[0032]圖4b表示在對(duì)象身體的點(diǎn)處施加的AC電壓；
[0033]圖4c表不在對(duì)象身體的另一點(diǎn)處收集的AC電壓；
[0034]圖4d是在圖4c中的AC電壓中存在的生物信號(hào)的放大圖；
[0035]圖6和7表示圖3的設(shè)備的發(fā)射器和接收器的一些實(shí)施例；
[0036]圖8表示根據(jù)本發(fā)明的IBAN系統(tǒng)的另一實(shí)施例；
[0037]圖9和10表示圖7的系統(tǒng)的發(fā)射器和接收器的一些實(shí)施例；
[0038]圖11是示出圖8中的IBAN系統(tǒng)的操作的時(shí)序圖；以及
[0039]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的IBAN系統(tǒng)的應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖3是根據(jù)本發(fā)明的IBAN