專利名稱：磁場感知裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及監(jiān)測血流的裝置，尤其涉及一種磁場感知裝置。
背景技術：
隨著生物電子學的進步，便攜式健康監(jiān)測儀器由于其能夠方便并舒適地提供個體 健康情況的連續(xù)監(jiān)測而受到歡迎。便攜式健康監(jiān)測儀器逐漸用于例如家庭、救護車和醫(yī)院 等場所，以及包括軍式訓練和運動的情形。脈率和血流特性是接受連續(xù)監(jiān)測時的重要參數(shù)，因為他們在評價個體健康狀況時 是重要的。醫(yī)療保健學會例如醫(yī)院和老年護理中心能利用這些信息遠程監(jiān)測他們的病人的 健康情況。這對于血流異常需要被及早檢測的截癱病人來說尤其重要。此外，對于大手術 后的病人來說，血流異常監(jiān)測對確保病人的平穩(wěn)恢復也是重要的。此外，當血流異常，例如深部靜脈血栓，被檢測到時，對于在有限體力活動的擁擠 和狹窄條件下的個體的脈率和血流信息可用于發(fā)出警報引起立即注意。類似的監(jiān)測和警報 系統(tǒng)也可應用于災難期間，在救援險情處理中，受侵襲人員的生存條件能被連續(xù)評估。最 后，對于工作在危險環(huán)境中的人員，例如深海條件(潛水員)、高溫(消防員)和深地面下(挖 煤工人)，監(jiān)測脈率和血流也是重要的。目前無創(chuàng)測量血液脈率的裝置采用電子、機械和光學手段傳感。這些裝置可以做 成胸帶、襪子配件、手表和手指配件形式。然而，每種血液脈搏測量裝置都有自身的缺陷。胸 帶和襪子配件通常通過測量人體電信號來確定脈率；這種測量方法雖然簡單，但是需要運 用復雜算法和/或參考信號來減少由于運動偽差產(chǎn)生的噪音。通過機械手段測量脈率采用 皮膚表面脈搏檢測，這種方法對其他運動偽差高度敏感。脈率測量的光學手段通常是手指 配件儀器。這種儀器采用特殊光源和檢測器，通常導致較高耗電功率。通過上述對各種裝 置的討論，注意到重要的是，這些儀器中的大多數(shù)不能采集血流信息。另一種類型的測量脈率和血流的裝置采用無創(chuàng)電磁法。例如，美國專利 (5，935，077)公開了一種電磁血流敏感器，利用雙極磁場源提供變化磁場，其中具有一個平 行于皮膚并穿過血管的元件；一個在鄰近血管的皮膚表面的單傳感電極；一個參考電極； 和一個對變化磁場同步抽取傳感電極信號的檢測器。然而，利用電極測量脈率和血流的無 創(chuàng)電磁裝置與大多數(shù)采用電極的系統(tǒng)一樣具有較弱的信噪比；該裝置對人體電噪聲和運動 偽差更敏感。此外，這些裝置中的大多數(shù)采用反向磁極完成脈率和血流信息的信號采集。這 種方法通常需要使用將導致高耗電功率的電磁體。因此，目前監(jiān)測脈率和血流的電磁裝置 是不可攜帶的并且也不能移動使用。本發(fā)明的發(fā)明人先前已發(fā)現(xiàn)了一種無需使敏感器直接接觸皮膚的無創(chuàng)檢測血液
3脈率和血流異常的磁法。參見，名稱為“無創(chuàng)傳感脈率和血流異常的裝置和方法”的新加坡 專利(申請?zhí)?00601301-5)，該專利以全文引用的形式結合于此。該磁法較其他無創(chuàng)方法 具有許多優(yōu)點。例如，其他無創(chuàng)方法通過使血管變形來采集它們的信號。例如使用美國專 利(申請?zhí)?004/0010199 Al)中公開的氣體儀器可產(chǎn)生血管變形。與此相反，磁法不需任 何血管變形來采集信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例提供了一種無創(chuàng)監(jiān)測活體血流的裝置套件。該套件包括用 于產(chǎn)生局部、單向和恒定磁場的磁源；具有磁敏感器的信號采集模塊，該磁敏感器置于磁場 內(nèi)，用于檢測血流引起的磁場調節(jié)；以及氣體阻尼墊，其中磁源可置于該氣體阻尼墊之內(nèi)或 之上；從而該氣體阻尼墊使血流引起的磁源的磁場調節(jié)能被放大和/或傳送，并且從外部 噪音中分離。在該套件的另一個實施例中，套件進一步包括信號調節(jié)模塊，用于轉化信號采集 模塊的輸出，給以適當放大；及用于處理來自信號調節(jié)模塊的輸出信號的數(shù)字信號處理模 塊；因此脈率和血流異常能被監(jiān)測。在該套件的另一個實施例中，該套件進一步包括一個向用戶提供可視或有聲通知 的顯示/用戶界面/警報模塊。在該套件的其它實施例中，磁源可以是永磁體或電磁體或 多個電磁體。在進一步的實施例中，由多個電磁體產(chǎn)生的磁場強度是電子控制的。在該套件的另一實施例中，磁敏感器為任何具有適當靈敏度的可檢測從磁源 的磁場調節(jié)的磁敏感器。在該套件的進一步的實施例中，磁敏感器為巨磁電阻(Giant Magneto Resistance, GMR)磁敏感器，基于磁敏感器的隧道磁電阻(Tunneling Magneto Resistive, TMR)，或各向異性磁電阻(Anisotropic Magneto Resistive, AMR)敏感器。在該套件的另一個實施例中，信號采集模塊包括印刷電路板和兩個磁敏感器，其 中該印刷電路板夾入兩個磁敏感器中間；并且該兩個磁敏感器以正交形式配置。在該套件的另一個實施例中，氣體阻尼墊具有帶環(huán)狀腔的環(huán)形結構，其中該環(huán)形 腔以如下方式放置允許嵌入的磁源移動以及保持嵌入的磁源固定。在進一步的實施例中， 在環(huán)形腔中的裝置包括多個半柔性瓣。在該套件的又一個實施例中，氣體阻尼墊包括空氣 或非磁性氣體。本發(fā)明的另一個實施例提供了磁場感知裝置。該磁場感知裝置包括兩個用于傳感 磁場的磁敏感器；印刷電路板，其中該印刷電路板夾入兩個正交結構配置的磁敏感器中間， 兩個磁敏感器電耦合至印刷電路板；從而來自兩個磁敏感器的信號輸出至印刷電路板；及 用于從印刷電路板多路傳送信號的裝置，使該信號能被處理。在磁場感知裝置的另一個實施例中，磁敏感器為任何具有適當靈敏度的檢測 從磁源的磁場調節(jié)的磁敏感器。在進一步的實施例中，磁敏感器為巨磁電阻(Giant Magneto Resistance, GMR)磁敏感器，基于磁敏感器的隧道磁電阻(Tunneling Magneto Resistive, TMR)，或各向異性磁電阻(Anisotropic Magneto Resistive, AMR)敏感器。本發(fā)明的另一個實施例提供了磁源定位裝置。該磁源定位裝置包括至少一個磁 源；及帶有環(huán)狀腔的環(huán)形結構氣體阻尼墊，其中當至少一個磁源嵌入在環(huán)狀腔內(nèi)時，該環(huán)狀 腔以如下方式放置允許嵌入的磁源移動以及定位嵌入的磁源于環(huán)狀腔內(nèi)。
在該磁源定位裝置的另一個實施例中，該磁源是永磁體或電磁體。在該磁源定位裝置的另一個實施例中，環(huán)狀腔內(nèi)的裝置包括多個半柔性瓣。在該 磁源定位裝置的又一個實施例中，氣體阻尼墊包括空氣或非磁性氣體。嵌有磁源的氣體阻尼墊的特性提供了本發(fā)明的具有許多優(yōu)點的套件。例如，它允 許磁源沿皮膚的物理特征被定位，具有良好的整合性并且測量位點的物理特征拓撲結構不 會變形。它使周邊設備的安裝無需硬質結構來容納氣體阻尼墊和磁源。它還通過放大和傳 送源信號提高了檢測機率。本發(fā)明的目的和有益效果將通過以下結合相應附圖對優(yōu)選實施例的具體描述變 得更為清楚。


按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例將結合附圖被表述如下，其中同樣的引用數(shù)字表示同樣 的元件。圖1為已知的用于傳感活體脈率和血流的無創(chuàng)磁性裝置的功能框圖。圖2為在手部使用已知的無創(chuàng)磁性裝置的俯視圖。圖3為在手部使用已知的無創(chuàng)磁性裝置的截面圖。圖4為本發(fā)明一個實施例的用于無創(chuàng)磁性裝置套件的截面圖。圖5為磁源和氣體阻尼墊的四個可仿效的結構。圖6為本發(fā)明另一實施例的用于無創(chuàng)磁性裝置套件的平面圖。圖7為本發(fā)明另一個實施例的用于無創(chuàng)磁性裝置套件的平面圖。圖8為本發(fā)明一個實施例的印刷電路板和兩個磁敏感器的側視圖。圖9為本發(fā)明另一實施例的用于無創(chuàng)磁性裝置套件的平面圖。圖10(a)_(c)舉例說明了本發(fā)明中傳送和放大的定義。圖11為帶有隨意定位的磁源以及控制放大和傳送結果變化的氣體阻尼墊的示意 圖。圖12為氣體阻尼墊形成因子與MMSB信號值之間的關系線圖。圖13為在不同的安裝結構下獲得的匪SB信號強度。圖14為與敏感器對準相關的匪SB信號強度。
具體實施例為了更好地理解本發(fā)明，以下參照本發(fā)明具體實施例做詳細地闡述。為了更充分地闡述本發(fā)明所屬的技術領域，申請文件中引用了與本發(fā)明相關的公 開文獻，這些公開文獻揭示了與本發(fā)明相關的技術內(nèi)容。為了全面、透徹的理解本發(fā)明，以下做詳細地描述。但是，本發(fā)明相關領域的技術 人員可以理解并實施的技術不做詳細的描述。另外，由于公知的方法、步驟、組成和材料不 會影響本發(fā)明的清楚完整，因此也沒有做詳細的描述。如上所述，本發(fā)明的發(fā)明人先前已發(fā)現(xiàn)當局部、單向和恒定磁場被應用到血管上 時，脈動血液的流動會調節(jié)應用在其上的磁場，如果磁敏感器置于磁場中適當?shù)奈恢?，磁?調節(jié)可以直接被感知。早期領域中的新加坡專利(申請?zhí)?00601301-5)提供了在包括人的活體上用于無創(chuàng)傳感脈率和血流的無創(chuàng)磁性裝置。該專利以全文引用的形式結合于此。為了更好的理解本發(fā)明，新加坡專利(申請?zhí)?00601301-5)中公開的無創(chuàng)磁性裝 置的相關部分主要描述于此。主要的，無創(chuàng)磁性裝置包括用于提供磁場的磁源，用于采集調 節(jié)信號的磁敏感器，和用于處理和輸出處理信號的信號處理/顯示子單元。參考圖1，無創(chuàng) 磁性裝置10包括磁源1，信號采集模塊2，和包括信號調節(jié)模塊3的信號處理/顯示子單元 6，信號處理模塊4，和顯示/用戶界面/警報模塊5。磁源1提供靠近主干血管的局部、單 向和恒定的磁場。動脈中脈動血液的流動調節(jié)應用在其上的磁場，來產(chǎn)生一個血流調節(jié)磁 信號(MMSB)。MMSB被信號采集模塊轉換成電信號，然后再進行一定條件和數(shù)字化的信號處 理。處理后的信號，原始的脈率和血流的分布情況，將被傳送到顯示/用戶界面/警報模塊 中。信號采集模塊2包括一個可以將磁變化轉化成與磁信號的變化成比例的電壓的 磁敏感器。本發(fā)明中的磁敏感器包括，但不限于，自旋電子基敏感器(例如，巨磁電阻(GMR) 敏感器和隧道磁(tunneling magnetoresistive, TMR)敏感器)，各向異性磁(AMR)敏感 器和其他磁敏感器。一個可選用的磁敏感器為自旋電子基敏感器(例如，NVE公司生產(chǎn)的 AAH002-02 )。需要注意的是其他具有不同靈敏度的磁基敏感器也可以用于檢測血液調節(jié)磁 信號(匪SB)，但是相關的參數(shù)(例如，磁源的強度，磁源和敏感器的距離，磁源和敏感器相 對于血管的相對位置和方向)將隨實驗結果發(fā)生一定的改變。如圖2和圖3所示，無創(chuàng)磁性裝置可為腕部佩戴儀器，其中磁源1和磁敏感器2相 對于血管定位。處理信號，也叫做血液調節(jié)磁信號(MMSB)，可以是磁源的強度，敏感器的靈 敏度，它們之間的距離，和與靠近皮膚的主干血管的相對位置和方向。對于任何給出的裝 置，磁源的強度和敏感器的敏感度都是特異的；它們一經(jīng)生產(chǎn)后就不受后續(xù)操作的影響。值 得注意的是，當電磁組分用做磁源時，其磁性強度可被操作控制。既便如此，通過為裝置提 供自由度，MMSB還可得到加強，該自由度可使使用者能夠根據(jù)他們的相對位置和方向自由 調節(jié)磁源/敏感器，以更好地采集MMSB。此外，還可設計為通過其他機構在不改變磁源的強 度和磁敏感器的靈敏度的情況下加強MMSB。進一步地，無創(chuàng)磁性裝置作為一項長期監(jiān)測儀 器需要提供舒適的佩戴?，F(xiàn)參照圖4，提供了本發(fā)明一個實施例的用于無創(chuàng)磁性裝置的套件截面圖。該無創(chuàng) 磁性成套裝置20包括磁源21，磁敏感器22 (未示)，和氣體阻尼墊23。為了不使本發(fā)明的 原理模糊，用于保持套件20的機構未在此處給出。任何已知的用于支持腕部/肢體佩戴的 機構或方法均適合于本發(fā)明中的套件20。這里所示的肢體的側面圖顯示，氣體墊23提供了 良好的物理特性整合性。值得注意的是，本發(fā)明中套件的描述不包括所有可能包含于套件 的組分；相反，只有用于示意本發(fā)明原理的磁源和敏感器。其他組分包含于本發(fā)明套件，對 本領域沒有任何經(jīng)驗的技術人員而言，是顯而易見的。磁源可以是任何能夠產(chǎn)生恒定磁場的合適的機構。恒定磁源可以是永久磁體，線 匝，鐵磁材料上的線匝，或磁體上的線匝。磁敏感器如上述討論。氣體阻尼墊包括空氣或非 磁性氣體。磁源可安裝在與氣體阻尼墊有關的不同位置。如圖5所示，提供了磁源和氣體阻 尼墊的配置的四個可效仿的結構(a)磁源安裝在氣體阻尼墊的頂部(內(nèi)部)；(b)磁源安裝 在氣體阻尼墊的底部；(c)磁源隨意浮動在氣體阻尼墊內(nèi)；及(d)磁源安裝在氣體阻尼墊的底部(外部)?，F(xiàn)參照圖6，提供了本發(fā)明另一個實施例的用于無創(chuàng)磁性裝置的套件平面圖。氣體 阻尼墊23具有環(huán)形結構。其進一步包括允許磁源沿環(huán)狀腔移動且保留磁源在使用者確定 特定定位后不再進行任何移動的機構。如圖6所示的一個實施例中，控制磁源在環(huán)狀腔內(nèi) 移動和定位的機構包括分散在氣腔內(nèi)的多個半柔性瓣。半柔性瓣允許磁源在氣腔內(nèi)移動且 同時具有保持磁源于其位置的能力。套件20可進一步包括印刷電路板(圖6中未示)，其被 設計用于安裝至少一個能夠在任何方向檢測磁場的磁敏感器。氣體阻尼墊提供給磁源的移動能力使得使用者能夠避免磁敏感器的飽和。這是重 要的，因為個體由血流脈率信號采集位點的不同具有不同物理特性。參照圖7，提供了本發(fā)明另一個實施例的用于無創(chuàng)磁性裝置的套件平面圖。該套件 與圖6中所示的套件不同于，其包含印刷電路板和兩個磁敏感器，且所述兩個磁敏感器正 交安裝在印刷電路板上，具有合適的連接。參照圖8，提供了本發(fā)明一個實施例的印刷電路板和兩個磁敏感器的側視圖。如圖 8所示，印刷電路板夾入兩個磁敏感器之間，兩個敏感器的方向為正交形式。該正交形式使 得磁敏感器能夠在不用校正磁敏感器方向的情況下檢測磁場，使其為磁方位傳感裝置。印 刷電路板與磁敏感器電氣耦合，因此可從磁敏感器采集磁場信號并將采集到的信號輸出至 電氣耦合于印刷電路板的信號處理組分。盡管磁場感知裝置已在采集MMSB的內(nèi)容中給出 描述，其可以被用于任何檢測磁場的適當應用中。參照圖9，提供了針對本發(fā)明另一個實施例的用于無創(chuàng)磁性裝置的套件平面圖。該 套件包括多個嵌入的環(huán)狀腔內(nèi)部的電磁體驅動器，兩個正交置于氣體阻尼墊中部的磁敏感 器，以及用于激活磁敏感器的印刷電路板。該套件進一步包括控制部件(未示)，該部件用于 測定和激活與血管相關的用于采集最優(yōu)信號的最佳磁體。多個電磁體驅動器使使用者單獨 地或整體地控制和調整磁體的磁性區(qū)域強度，從而產(chǎn)生最優(yōu)信號。本發(fā)明的氣體阻尼墊23也能放大和傳送MMSB。圖10 (a)-(c)舉例說明了本發(fā) 明中傳送和放大的定義?！癮”指磁源的特征尺寸。放大指由沿血管縱向排列的氣體阻尼墊 引起的變量幅度的增加(如匪SB信號)。傳送是指由沿血管橫向排列的氣體阻尼墊引起的 變量幅度的增加(如匪SB信號)。圖10 (a)顯示用氣體阻尼墊的標準匪SB信號采集，其中 該氣體阻尼墊具有磁體的類似尺寸。圖10 (b)顯示用于MMSB采集的氣體阻尼墊的傳送效 果。圖10 (c)顯示用于匪SB采集的氣體阻尼墊的放大效果。氣體阻尼墊可由具有合適的彈性(E)的材料組成，如PTFE。此外，該墊也需要一定 量的壓力(P)和足夠的體積(V)來確保將外部噪音更好的與MMSB的干擾相分離。如圖11所示，提供了帶有隨意定位的磁源以及控制放大和傳送結果變化的氣體 阻尼墊的示意圖。該放大因子可根據(jù)方程(1)計算
Af=/(Y, a, E1 P1^rn
α⑴
其中Af是放大因子；a是磁源的特征尺寸；Y縱向長度；E墊彈性；P墊壓力；V墊體積；
k墊常數(shù)。傳送因子能根據(jù)方程(2)計算
權利要求
1.一種磁場感知裝置，包括 兩個用于傳感磁場的磁敏感器；印刷電路板，其中所述印刷電路板夾入兩個正交形式配置的磁敏感器中間，所述兩個 磁敏感器電耦合至印刷電路板；從而來自兩個磁敏感器的信號輸出至印刷電路板；以及 用于從印刷電路板多路傳送信號的機構，使所述信號能被處理。
2.權利要求1所述的磁場感知裝置，其中所述磁敏感器為任何具有適當靈敏度的檢測 來自磁源的磁場調節(jié)的磁敏感器。
3.權利要求1所述的磁場感知裝置，其中所述磁敏感器是巨磁電阻(GMR)磁敏感器。
4.權利要求1所述的磁場感知裝置，其中所述磁敏感器是基于磁敏感器的隧道磁電阻 (TMR)0
5.權利要求1所述的磁場感知裝置，其中所述磁敏感器是各向異性磁電阻(AMR)敏感
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁場感知裝置，包括兩個用于傳感磁場的磁敏感器；印刷電路板，其中所述印刷電路板夾入兩個正交形式配置的磁敏感器中間，所述兩個磁敏感器電耦合至印刷電路板；從而來自兩個磁敏感器的信號輸出至印刷電路板；以及用于從印刷電路板多路傳送信號的機構，使所述信號能被處理。
文檔編號A61B5/0265GK102133095SQ20101059805
公開日2011年7月27日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權日2006年9月15日
發(fā)明者林振龍, 潘志德, 魏文宗 申請人:南洋理工學院