датчик для измерения импеданса участка тела человека

Формула изобретения

1. Датчик для измерения импеданса участка тела человека, включающий первый и второй электроды и держатель электродов, при этом оба электрода выполнены секционными, причем секции первого и второго электродов расположены попеременно в один ряд на внутренней поверхности держателя, выполненного с возможностью закрепления вокруг запястья человека так, чтобы секции обоих электродов примыкали к запястью.

2. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что число секций каждого электрода составляет по меньшей мере три секции.

3. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что каждая секция обоих электродов имеет контактную площадь по меньшей мере 1 см ².

4. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что держатель электродов выполнен в виде гибкой ленты, закрепляемой на запястье с помощью застежки.

5. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что держатель электродов выполнен в виде браслета, имеющего секции, шарнирно соединенные между собой.

6. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что держатель электродов выполнен в виде обтягиваемой запястье манжеты.

7. Датчик по п.1, характеризующийся тем, что дополнительно содержит преобразователь сигналов датчика, размещенный в держателе электродов.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области измерений для диагностических целей, в частности к конструкции датчиков для измерения импеданса или электрического сопротивления тела человека, и может быть использовано в системах мониторинга состояния человека.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны конструкции датчиков для измерения электрического сопротивления участка тела человека, располагаемых вокруг запястья.

Так, в патенте RU 2251156 (публикация 27.04.2005, МПК А61В 5/05) описана система контроля работоспособности оператора по уровню бодрствования и предвестникам гипогликемии. В системе предлагается использовать датчики, включающие две пары электродов, в частности для измерения электрического сопротивления кожного покрова. Электроды первой пары имеют гальваническую связь с внутренней поверхностью кожного покрова запястья или пальца руки, а электроды второй пары - с тыльной областью кисти или запястья. Средство крепления датчиков может быть выполнено в виде перчатки или ее части. Однако данная конструкция не обеспечивает надежного контакта электродов с кожей человека, особенно во время движения руки, поэтому не обеспечивает достаточную устойчивость измерительного сигнала с датчиков и чувствительность датчиков.

В международной заявке WO 2010/128500 (публикация 11.11.2010, МПК А61В 5/00) описан способ и система измерения концентрации глюкозы в крови человека с помощью измерения импеданса участка тела и последующей регистрации пульсовой волны. В одном из вариантов выполнения системы используются датчики, рядами располагаемые вокруг запястья на гибком держателе. Каждый из датчиков является отдельным преобразователем, который подключается к измерительной системе через определенные промежутки времени. В каждый момент времени к измерительной системе подключается один из датчиков. Во время движения руки контакт с кожей каждого из датчиков может быть нарушен. Так как система снимает показания последовательно с каждого датчика, в какой-то момент времени измерения могут прерваться из-за отсутствия надежного контакта датчика с кожей.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение устойчивости измерительного сигнала и повышение чувствительности датчика для измерения импеданса участка тела человека, что достигается за счет более надежного контакта электродов датчика с кожей, в том числе во время движения рукой, на которой закреплен датчик.

Датчик для измерения импеданса участка тела человека, в соответствии с настоящим изобретением, включает первый и второй электроды и держатель электродов. Оба электрода выполнены секционными, причем секции первого и второго электродов расположены попеременно в один ряд на внутренней поверхности держателя. Сам держатель выполнен с возможностью закрепления вокруг запястья человека так, чтобы секции обоих электродов примыкали к запястью.

Достижение указанного технического результата - повышение устойчивости измерительного сигнала и повышение чувствительности датчика - обеспечивается путем повышения надежности контакта датчиков с кожей человека и оптимизации пути прохождения тока между секциями датчиков, что обеспечивается за счет:

- выполнения электродов секционными;

- размещения секций электродов на держателе, закрепляемом вокруг запястья;

- расположения секций электродов попеременно в один ряд на внутренней поверхности держателя.

Надежность контакта обеспечивается тем, что каждый электрод выполнен из нескольких секций, а держатель электродов обеспечивает их плотное прилегание к запястью. Поэтому при движении руки, хотя бы одна из секций каждого из электродов будет постоянно находиться в контакте с кожей. Кроме того, за счет попеременного расположения секций электродов вокруг запястья электрический ток течет через ткани запястья, в которых велико кровенаполнение, при этом суммарно электрический ток проходит через достаточно большой объем кровенаполненных тканей, что также повышает чувствительность датчика.

Число секций каждого электрода может составлять по меньшей мере три.

Каждая секция обоих электродов имеет контактную площадь по меньшей мере 1 см². Благодаря тому, что электроды выполнены секционными и каждая из секций имеет достаточно большую площадь - по меньшей мере 1 см², дополнительно повышается устойчивость измерительного сигнала и чувствительность датчика.

В частном случае держатель электродов может быть выполнен в виде гибкой ленты, закрепляемой на запястье с помощью застежки, например застежки-липучки.

Кроме того, держатель электродов может быть выполнен в виде браслета, имеющего секции, шарнирно соединенные между собой.

Держатель электродов также может быть выполнен в виде обтягиваемой запястье манжеты.

Кроме того, датчик дополнительно может содержать преобразователь сигналов датчика, размещенный в держателе электродов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение поясняется следующими графическими материалами.

На Фиг.1 показан в аксонометрии пример выполнения датчика, у которого держатель электродов выполнен в виде гибкой ленты, в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг.2 схематично показано закрепление датчика на запястье.

На Фиг.3 показано расположение секций электродов на держателе и электрическое соединение секций первого и второго электродов датчика, изображенного на Фиг.1.

На Фиг.4 показан вид указанного на Фиг.3 сечения А-А держателя в области одной из секций электрода.

На Фиг.5 показан другой пример конструкции держателя с полостью для размещения преобразователя сигналов датчика.

На Фиг.6 показана схема электрического соединения секций первого и второго электродов с образованием первого и второго электродов датчика.

На Фиг.7 проиллюстрировано направление токов, текущих через участок тела человека между секциями электродов датчика, выполненного в соответствии с изобретением.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Датчик 1 (Фиг.1) для измерения импеданса участка тела человека содержит держатель 2 с установленными на нем первым электродом 3 и вторым электродом 4 (Фиг.3), которые выполнены из отдельных секций 5 и 6 соответственно. В данном примере держатель 2 электродов выполнен в виде гибкой ленты с застежкой 7 типа застежки-липучки, что позволяет закрепить его плотно вокруг запястья 9, как это показано на Фиг.2. Держатель 2 электродов может быть выполнен из пластмассы и других материалов, обеспечивающих оборачивание держателя вокруг запястья 9. Для специалиста понятно, что держатель электродов может иметь различную конструкцию, например, может быть выполнен в виде браслета, имеющего секции, шарнирно соединенные между собой, или в виде манжеты, плотно надеваемой на запястье (на чертежах эти варианты не показаны).

Электроды 3 и 4, выполненные в виде отдельных секций 5 и 6 соответственно, размещены с внутренней стороны держателя 2, так что при надевании датчика 1 на запястье 9 секции 5 и 6 электродов 3 и 4 примыкают к запястью 9. Секции 5 и 6 обоих электродов 3 и 4 расположены на держателе 2 в ряд попеременно. То есть: за секцией 5 электрода 3 следует секция 6 электрода 4, затем - снова секция 5 электрода 3, следом - секция 6 электрода 4, и т.д. На Фиг.1, Фиг.3, Фиг.5 - Фиг.7 секции 5 электрода 3 обозначены буквой «а», а секции 6 электрода 4 - буквой «b».

Опытным путем установлено, что близкий к оптимальному вариант выполнения датчика 1 содержит по четыре секции 5 и 6 каждого электрода 3 и 4. Контактная площадь каждой секции 5 и 6 составляет по меньшей мере 1 см². Форма секций 5 и 6 электродов 3 и 4 может быть разнообразной, например прямоугольной, как показано на Фиг.1, или круглой, как показано на Фиг.5. Все секции 5 электрически соединены между собой, как это показано на Фиг.3 и Фиг.6, образуя электрод 3, аналогично все секции 6 электрически соединены между собой, образуя электрод 4.

Внутри держателя 2 может быть установлена гибкая печатная плата 8 (Фиг.4 и Фиг.5) или печатная плата в виде секций, соединенных гибкими проводниками. На печатной плате 8, например, может быть размещен преобразователь сигналов датчика и элементы питания, которые служат для электропитания датчика и преобразования сигналов датчика в цифровую форму и передачи их в внешнее устройство обработки. Устройство обработки сигналов также может быть расположено в держателе, а датчик может быть снабжен монитором и элементами управления.

Датчик 1 для измерения импеданса участка тела человека, в данном случае участка тела руки, работает следующим образом. Благодаря держателю 2, который крепится вокруг запястья 9 застежкой 7, контактные поверхности секций 5 и 6 электродов 3 и 4 плотно прилегают к коже запястья 9. Выполнение электродов 3 и 4 секционными обеспечивает постоянный надежный контакт по меньшей мере двух секций 5 и 6 электродов 3 и 4 с кожей при любых движениях руки. Благодаря тому, что электроды 3 и 4 выполнены секционными, и каждая из секций 5, 6 имеет площадь по меньшей мере 1 см², суммарная площадь каждого электрода, например в случае, когда он выполнен из четырех секций, составляет по меньшей мере 4 см² , что повышает надежность контакта электродов 3 и 4 с кожей и чувствительность датчика 1.

Расположение секций 5 и 6 попеременно (Фиг.7) обеспечивает прохождение электрического тока 12 (показан пунктирными стрелками) через мягкие ткани 10 запястья 9, при этом токи от отдельных секций 5, 6 суммируются. При таком расположении секций 5 и 6 ток не проходит через кости 11 руки, которые обладают большим электрическим сопротивлением, чем кровенасыщенные мягкие ткани 10, что также влияет на чувствительность датчика в сторону ее повышения.

Конструкция датчика обеспечивает повышение чувствительности датчика за счет повышения надежности контакта электродов датчика с кожей человека, увеличения площади датчиков и оптимизации пути прохождения тока через участок тела человека между секциями датчиков. На основе данной конструкции возможно создание систем, которые позволяют производить непрерывный мониторинг различных параметров жизнедеятельности человека.