用于测量、处理和远程监测电生物阻抗的单元、模块化系统和方法

用于测量、处理和远程监测电生物阻抗的单元、模块化系统和方法
【专利摘要】本发明的测量与处理单元（20）包括：电生物阻抗测量子单元（9）、以及用于离散地处理测量值、包括有用于存储所述测量值的存储元件的处理子单元（10）。模块化电生物阻抗测量、处理与监测系统包括至少一个前述生物阻抗测量与处理单元（20）。模块化系统使得能够将测量值发送至外部单元（30），例如计算机或PDA，以处理和/或监测。可以通过因特网或GSM网络将生物阻抗数据从外部单元（30）发送至用于远程监测的远程单元。
【专利说明】用于测量、处理和远程监测电生物阻抗的单元、模块化系统和方法
[0001 ] 本发明的【技术领域】和目的
[0002]本发明涉及电阻抗或生物阻抗(bioimpedance)的测量，特别是在生物体的或者动物源或植物源制品的生物材料、动物组织或植物组织、整个人体或整个动物体或者人体或动物体的一部分中的电阻抗或生物阻抗的测量。
[0003]生物阻抗测量包括生物阻抗光谱测定技术，从而以特定频率范围扫描交流激励电流。
[0004]本发明的目的是提供一种生物阻抗测量与测量值处理单元。本发明的另一目的是提供一种生物阻抗测量系统，用于处理并监测测量值，这使得能够与外部测量值监测单元(特别地，例如计算机或个人数字助理(PDA))合作来以模块化方式集成多个所述单元。本发明的最后的目的是提供一种方法，该方法使得能够通过因特网、GSM网络等将所述测量值发送至远程处理单元来远程监测测量值。
[0005]本发明本质上应用于医学和食品【技术领域】。
【背景技术】
[0006]发达国家的人们持续增加的预期寿命造成人口老龄化。因此，不断增加的老年人口部分需要不仅在医院而且在自己家中(家庭监护)的包括预防性卫生保健的先进的更广泛的卫生保健，但是这降 低了健康中心的访问数目。
[0007]另一方面，人们所要求的较高的生活质量通常需要进行意在早期发现健康问题的预防性检查，在该预防性检查中，明显增加了不同治疗成功的机会，同时降低了费用。
[0008]以上考虑已经不断影响发达国家的公共健康系统所需要的资源。然而，所述公共健康系统经常面对的事实正好相反，其必须面对在更少资源的情况下更大的需求。
[0009]在食品【技术领域】，例如存在如下加工(例如肉制品熟化加工或腌制加工):其用于制造主要为动物原料的产品并且包括改变组织材料或生物材料的细胞结构。在许多情况下，这些加工仍保持不利于产品质量标准化的进步以及最终这样的产品在高要求的市场上的畅销度的大量的手工成分，产品质量标准化和畅销度又具有最大购买力。
[0010]另一方面，在工业中所使用的用于确定食物属性(组成)的大多数方法是破坏性的，从而致使研究的部分无用。设计非破坏性的测量系统是一种挑战。然而，除了保持所分析的样本的完整性，所需要的新的分析技术必须具有不依据熟练工人的低成本并且简单的操作，甚至非常关注消费者自身执行某些控制的可能性。
[0011]近几年在微电子和电信行业所经历的显著进步连同对应的相关联的成本的下降开创了用于对上述问题提供满意的解决方案的大的前景。
[0012]在术语电生物阻抗下，基本概念是如下反抗:其中生物体、组织和生物材料通常反对交流电流的通过。注入组织中的电流强度非常低以至于其不刺激可兴奋组织，这使得能够在健康领域将其用于不同条件的患者，并且甚至用于新生儿。
[0013]如众所周知的，电阻抗通常是复数，并且在生物阻抗的特别情况下，以与在电容器中所出现的类似的方式，实部表示细胞内液或细胞外液的电阻，相比之下，相位反应细胞膜中的临时荷电保留。相应地并且依据其组成，生物组织以较大或较小程度类似于导体或电介质，并且所述组成可以从电(生物阻抗)特征获得。
[0014]相对于交流激励电流的频率，可以通过使用作为电流以加权方式流过细胞外液和细胞内液的频率的单一频率(通常为50KHz)来应用生物阻抗技术。与前述相比，生物阻抗光谱测定技术包括以特定分辨率扫描激励电流的特定频率范围的信号。
[0015]因此，电生物阻抗不是生理变量，而是允许通过其电性来表征组织和生物材料的技术。
[0016]现在，众所周知电生物阻抗技术的如下应用:确定人体的全局组成；诊断某些疾病；并且更一般地，控制食品行业加工或用于确定食品组成。
[0017]通常，电生物阻抗技术具有优点和缺点。可以突出的有利方面包括其是一种简单、非入侵、非破坏性、非电离并且相对成本效益的技术。关于负面方面，与其他现存替换技术(X射线、电脑断层摄影、磁核共振等)相比，该技术在基本的医学诊断的应用中不是非常精确，即使这些替换技术是不能重复使用的入侵式昂贵的技术。此外，电生物阻抗技术缺乏标准化和质量控制方法。
[0018]生物阻抗分析的第一应用旨在确定全局身体的组成(去脂体重、细胞内和细胞外的水含量等)。已知执行这样的身体组成的一般分析的大量商用设备，即使所有的商用设备均使用间接的调节方法来基于生物阻抗测量值确定所述参数。这些间接的调节方法是基于得到脂肪含量、肌肉含量和水含量，例如，根据生物阻抗测量的结果，依据人体测量参数例如体重、身高、性别、年龄等。
[0019]旨在进行医学诊断的生物阻抗技术的其他已知应用是例如:确定隐藏的腹部脂肪；检测各种类型的肿瘤、肝损伤、龋齿、营养状态、骨关节炎、肌腱发炎等。在这些情况下，在身体的良好定位区域进行生物阻抗分析。
[0020]通常，用于测量电生物阻抗的主要应用于医学诊断的设备是基于相对复杂的结构。复杂性意味着这些设备通常仅严格地用于仅能够被熟练技术人员操作的医院和保健中心。
[0021]在食品【技术领域】，这些生物阻抗技术也是非常有用的。生物阻抗具体为如下技术:其感兴趣于控制在细胞级别具有相关联的结构变化的那些食品制造加工；以及用于食品组成质量控制。归因于商业利益而待在工业部门实现的另一目的是使用能够估计食品组成的非破坏性的关联方法来开发成本效益的便携式易于使用的装置。
[0022]鉴于关于本【技术领域】的已知状态的前述内容，因此期望具有用于测量、处理、监测生物阻抗的单元、系统、设备或装备，其以非常小的尺寸带来简易、操作简单和便携式的优点，使得患者自身或任意非专业人员能够进行操作。同样地，也期望将一个相同的系统用于医学领域和食品领域两者中的各种应用。

【发明内容】

[0023]为了解决上述技术问题，并且改进已知生物阻抗测量、处理与监测单元和系统，所提出的发明提供了下述技术特征和效果。
[0024]根据本发明的电生物阻抗测量与处理单元的特征在于:其包括生物阻抗测量子单元和处理子单元，该处理子单元包括用于存储测量值的存储元件。对在生物体的或者动物源或植物源制品等的身体(特别地，例如生物材料、动物组织或植物组织、整个人体或整个动物体或者人体或动物体的一部分中)进行生物阻抗测量，这可以应用于若干领域。
[0025]存储元件布置在处理子单元中，使得子单元能够离散地提供测量值。为了本说明书的目的，“离散地提供测量值”被理解为测量值被存储在单元的存储元件中直至提供测量值为止，例如，直至如将在下面解释的，将测量值发送至外部或远程处理或监测单元的时间为止。本发明的用于离散地提供测量值的特征和功能使得能够提供一种比已知系统相对较简单和较易于使用的阻抗测量系统，并且该阻抗测量系统也非常便携，这是因为可以省略用于确保以连续方式来提供测量值通常所必须的部件和设备。
[0026]在根据本发明的电生物阻抗测量子单元的实施例中，所述子单元包括具有以下元件的生物阻抗测量装置:交流发电机；生物阻抗电压测量电路；参考电压测量电路；以及幅度和相位检测电路。交流发电机电耦接至通过其注入电流的电流极(I+)并且耦接至通过其收集电流的电流极0- )，从而在与身体接触的电流极之间提供激励电流。同样地，迫使该电流流过参考阻抗。生物阻抗电压测量电路电耦接至正生物阻抗电极(V+)和负生物阻抗电极(V—)，以用来获得在与身体接触的生物阻抗电极之间的激励电流的电压降。参考电压测量电路用来获得参考阻抗的激励电流的电压降。最后，幅度和相位检测电路用来获得由生物阻抗电压测量电路获得的电压与由参考电压测量电路获得的电压之间的模比和相位差，这使得能够获得待处理的测量值。
[0027]通过布置四个电极来测量生物阻抗，使得分别地，电流极之一(I+)将交流激励电流注入身体，并且另一电流极0-)收集电流，并且，两个剩余的生物阻抗电极(V+和v_)也分别固定在其间测量电压差 的点处。
[0028]交流发电机优选地被配置成以可调节的分辨率来生成具有约10μ A的幅值和包括在IKHz与IMHz之间的频率范围内的交流电。注入组织中的电流的强度足够低，以不刺激可兴奋组织，这使得能够在健康领域将其用于不同条件的患者，并且甚至用于新生儿。另一方面，相对高的频率使得能够在身体内部进行更好的信号传播，这使得能够获得与身体内部的最深区域的组成有关的信息。
[0029]在电生物阻抗测量子单元的变形中，生物阻抗测量装置中的生物阻抗电压测量电路和参考电压测量电路可以分别包括标称相同的生物阻抗电压仪表放大器和参考电压仪表放大器。
[0030]响应于获得根据其确定复数电生物阻抗的模和相位的两个DC电压电平，检测电路根据两个电信号的相位差和幅度之比来进行计算。
[0031]每个仪表放大器可以被形成为包括如下的放大器电路:级联的电压电流转换级和电流电压转换级。因此，可以消除放大器的输入端和输出端之间的共模电压依赖性，从而降低功耗并且另外地提高信噪比。特别地，每个放大器可以是具有第一电压电流转换级和第二电流电压转换级的两级放大器。
[0032]补充地，生物阻抗测量装置可以包括生物阻抗电压整流电路和参考电压整流电路。生物阻抗电压整流电路可以耦接在生物阻抗电压测量电路与检测电路之间，使得其能够将由所述测量电路获得的电压转化为电信号，根据该电信号可以直接提取由所述测量电路获得的所述电压的模和相位的值。可以类似地使用耦接在参考电压测量电路与检测电路之间的参考电压整流电路。生物阻抗测量装置优选地包括:耦接在生物阻抗电压测量电路与检测电路之间的生物阻抗电压整流电路；以及耦接在参考电压测量电路与检测电路之间的参考电压整流电路。生物阻抗电压整流电路使得能够将由生物阻抗电压测量电路获得的电压转化为具有与由所述测量电路获得的所述电压的相位相同的相位的第一电方波信号和具有与由所述测量电路获得的所述电压的模相同的DC电压电平的第二电信号。另一方面，参考电压整流电路使得能够将由所述参考电压测量电路获得的电压转化为具有与由所述测量电路获得的所述电压的相位相同的相位的第三电方波信号和具有与由所述测量电路获得的所述电压的模相同的DC电压电平的第四电信号。为了这些目的，术语“相同”意味着根据相对应的电压信号的幅度和相位来定义和确定所述电信号的幅值和相位，对于生物阻抗电压整流电路的情况和参考电压整流电路的情况，所述功能标称相同。例如，可以通过与由测量电路获得的电压的模或相位成比例的DC电压信号来形成相同的电信号。
[0033]可以分别借助于标称相同的生物阻抗电压对数放大器和参考电压对数放大器来形成所述生物阻抗电压整流电路和参考电压整流电路。
[0034]也考虑处理子单元另外包括耦接至存储元件的控制装置，该控制装置包括用于选择生物阻抗测量的类型的电路。“生物阻抗测量的类型”被理解为选择激励电流的幅值和频率或在生物阻抗频谱测定分析的情况下的幅值和频率范围。
[0035]在本发明的优选实施例中，处理子单元包括:耦接至控制装置的用于将存储元件中所存储的测量值发送至外部单元(特别地，例如计算机或PDA)的发送/接收装置。同样地，处理子单元可以被配置成接收和处理关于待从外部单元取得的测量值的类型的数据和/或命令。为了这样的目的，测量单元发送/接收装置可以是基于无线通信协议的，为此测量单元发送/接收装置包含射频通信电路和天线。补充地，外部单元发送/接收装置可以被布置成与外部单元相关联，例如，所述装置可以从外部装置中移除并且通过USB连接至外部装置，以用作用于在生物阻抗测量与处理单元与外部单元之间发送与测量值的类型有关的命令并且接收测量值的接口。
[0036]可替代地或补充地，测量处理子单元可以包括耦接至控制装置并且被配置成显示测量值和/或显示关于测量值的类型的信息等的LCD屏幕。
[0037]可以使用为互补金属氧化物半导体(CMOS)技术所定制的专用集成电路来制造生物阻抗测量装置。当前的制造技术提供0.35 μ m和更小的长度。制造技术的改进又增加了生产量，这使得能够制造其中以越来越成本效益的价格包括若干功能块的集成电路。因此，生物阻抗测量与处理单元的实际尺寸可以非常小，从而具有非常低的功耗，这确保使用微电池进行长期操作。同时，将形成测量与处理单元的所有功能块集成进单个集成电路中便于制造标称相同的块。这是通过使用如下微电子设计技术实现的:其降低变形对CMOS装置制造参数的影响。
[0038]另一方面，本发明涉及模块化生物阻抗测量、处理和监测系统，其特征在于:该系统包括至少一个根据本发明在上述描述的类型的生物阻抗测量与处理单元。
[0039] 当具体应用包括若干生物阻抗单元时，生物阻抗单元之一可以用作无线网络的用于将测量值发送至外部单元以在所述外部单元中进行处理和/或监测的协调器(协调单元)。协调单元的功能包括:接收来自测量与处理单元的测量值；将测量值发送至外部单元；和/或接收来自外部单元的对测量值的类型的选择；以及将来自外部单元的对测量值的类型的选择发送至测量与处理单元。考虑如下两种情况:协调单元集成了测量与处理单元；以及协调单元仅被配置成执行所述协调功能。如果所述应用包括多于一个测量的结果，则测量的结果存储在测量与处理单元和/或系统的相对应的协调单元的存储元件中。在外部单元和协调单元互相检测时，将测量值优选地发送至外部单元。可以通过因特网或GSM网络将生物阻抗数据从外部单元发送至远程地处理和存储数据的远程单元，这在关于健康的应用的情况下是基本应用，或者可以在外部单元中直接处理和/或监测生物阻抗数据，这可能对于所提出系统的其他应用是足够的。具体地，远程处理单元也可以是计算机或PDA。
[0040]最后，根据本发明的用于医学诊断中的应用的模块化系统的可能的实施例包括被布置成与人体接触以进行生物阻抗测量的生物阻抗测量带。所述带可以是腰带(围绕腰部)或臂带(围绕手臂或腿)，例如，电流电极和阻抗电极布置在所述带的与身体接触的面上。模块化系统实施例的特征在于每个生物阻抗测量与处理单元的电流电极(I+和i-)以及相应的生物阻抗电极(V+和v_)被布置成彼此充分间隔开，使得生物阻抗测量值相对于身体的表面部分的贡献适当地反应身体的内部部分的贡献。
【专利附图】

【附图说明】
[0041]为了补充本发明的说明并且为了旨在于更好地理解本发明的技术特征的目的，说明书的剩余部分参照其中已经通过非限制的实际示例的方式描述了本发明的装置的实施例的附图。
[0042]在附图中:
[0043]图1示意性示出了根据本发明的生物阻抗测量与处理单元的框图； [0044]图2示出了根据本发明的具有三个生物阻抗测量与处理单元的模块化生物阻抗测量与处理系统。图2还示出了与模块化生物阻抗测量与处理系统相关联的用于监测通过模块化生物阻抗测量与处理系统取得的测量值的外部单元(计算机)。
[0045]图3示出了用于医学领域内的具体应用(例如测量内脏脂肪)的实施例，生物阻抗测量腰带被放置为围绕人体的腰部。所示出的生物阻抗测量腰带具有两个生物阻抗测量与处理单元。
[0046]以下为附图所使用的标记:
[0047]1:身体
[0048]2:交流发电机
[0049]3:参考阻抗
[0050]4:生物阻抗电压仪表放大器
[0051]5:参考电压仪表放大器
[0052]6:生物阻抗电压对数放大器
[0053]7:参考电压对数放大器
[0054]8:幅度和相位检测电路
[0055]9:生物阻抗测量子单元
[0056]10:测量处理子单元
[0057]11:控制装置
[0058]12:发送/接收装置[0059]13:天线
[0060]20:生物阻抗测量与处理单元
[0061]21:协调单元
[0062]30:外部单元
[0063]31:外部单元发送/接收装置
[0064]40:用于测量内脏脂肪的生物阻抗测量腰带
[0065]以下为附图所使用的标记:
[0066]I+:电流注入电极
[0067]I-:电流收集电极
[0068]V+:正生物阻抗电极
[0069]V_:负生物阻抗电极
[0070]R:参考电阻
[0071]Z:电生物阻抗
[0072]Vm:与模比成比例的电压
[0073]Vp:与相位差成比例的电压
【具体实施方式】
[0074]以下参照附图详细描述本发明的实施例。
[0075]图1是执行生物阻抗测量(特别地，生物阻抗光谱测定)、由封装在单元中的微电池(未示出)供电的测量与处理单元(20)的简化框图。该测量与处理单元(20)具有两个很好区分的部分(9，10)。第一生物阻抗测量子单元(9)负责进行如下测量:如可以看到的，与单元(20)的四个电极(I+，V+，I-，V_)接触的身体(1)的生物阻抗的模和相位。所述测量子单元(9)被特别设计成用于该应用并且以CMOS技术制造。第二测量处理子单元(10)负责与外部单元或另一测量或处理单元进行通信。测量与处理单元(20)的实施例的一个变形可以包括使用用于如下那些应用的LCD屏幕来代替发送/接收装置(12):在这些应用中，不需要发送测量结果，并且仅需要观察所述结果。
[0076]在所示实施例中，测量子单元(9)包括四个电极(I+，V+，I_，V_)的触点。将用于刺激已知其复阻抗Z的存在于生物阻抗电极(V+，V_)的接触点之间的身体(1)的交流电流注入电极(I+，O之间。同样地，迫使该电流流过电阻式的参考阻抗或具有已知值R的参考电阻(3)。同时收集电极(V+，V—)所接触的身体(1)的两个点之间的电压降。
[0077]交流发电机(2)负责注入小的激励电流，从而以10 μ A的幅值在电流电极(I+，I-)之间流动。为了进行光谱测定分析，发电机(2)被配置成使得其能够以在IKHz与IMHz之间所包括的频率范围进行扫描。然而，可以在另一不同范围内对激励电流的频率的变形进行编程。
[0078]电极(V+，V_)所收集的电信号又是提取并放大身体中的电压的第一生物阻抗电压仪表放大器(4)的输入信号。第二参考电压仪表放大器(5)同时收集参考电阻(3)的端子之间的电压，并且通过与仪表放大器相同的因子来放大该信号。
[0079]仪表放大器(4，5)标称相同，并且可以被设计成以完全不同的模式进行操作，使得其将编码信号传递为在输出端的每一端处所存在的两个反相信号的差异，从而提高信噪Ito仪表放大器(4,5)具有双级结构。第一级将输入处的电交流电压信号放大并转换为电交流电流信号。第二级将这些电流信号重新转换为电交流电压信号。从而可以消除在仪表放大器的输入端和输出端中的共模电压依赖性，这便于降低电池的最小供电电压，因此，相对大地降低功耗。此外，通过使用两级，实现高注入输入信号的共模分量，以限制存在于电极与身体之间的接触表面上的寄生阻抗的影响。
[0080]仪表放大器(4，5)的差分输出信号又分别形成在标称彼此相同的两个生物阻抗电压和参考电压对数放大器(8，9 )的输入信号。两个对数放大器以差分配置对输入信号进行操作，并且两个对数放大器中的每个对数放大器提供作为输入信号的对数函数的简单直流电压输出。同样地，两个对数放大器提供具有方波并且具有与在其输入端中存在的电压信号相同频率的交流电压信号。
[0081]为了获得表示与电极(V+，V_)之间的身体(1)相关联的生物阻抗的幅度和相位的两个直流电压信号，以及由在发电机(2)中生成的激励电流的频率所确定的频率，对数放大器(6，7 )的输出信号又是幅度和相位检测电路(8 )的输入。检测电路(8 )又具有两个电路。这两个电路之一专用于生成与由对数放大器(6，7)提供的交流电压信号之间的相位差\成比例的信号。相比之下，第二电路同样地使用由仪表放大器(4，5)提供的电压信号的模的比Vm的对数。因此并且通过使用相量表示法，生物阻抗的值Z符合以下表达式:
[0082]Z=| Z I.eJ$=R.IOvm.eJVp
[0083]其中，R是参考 电阻(3)的值并且Φ是电生物阻抗的相位。
[0084]如以上说明的，处理子单元(10)的目的是:控制测量子单元；处理测量值；以及通过使用无线通信协议针对在(2)中所生成的交流激励电流的频率中的每个频率来发送/接收与生物阻抗的模和相位相关联的数据。所述子单元(10)又具有控制装置(11)和包括有天线(13)的测量单元发送/接收装置(12)。
[0085]控制装置(11)执行以下功能:
[0086]?选择交流电流信号的在由发电机(2)提供的IKHz至IMHz的范围内的频率。
[0087]?根据所选择的通信协议来控制模数转换模式。
[0088]?存储与存储块中的生物阻抗的模和相位相关联的数据。从而，可以存储这些值，直至例如外部单元需要测量值为止。
[0089]针对处理子单元(10)的实际实施例，可以选择包括模数转换级和存储元件的ATmegal28微控制器作为控制装置(11);可以将2.4GHz频带的使用ZigBee协议进行操作的商业CC2420模块用作测量单元发送/接收装置(12)。
[0090]参照图2，该图示出了根据本发明的模块化生物阻抗测量、处理与监测系统的理念图。已经将由三个生物阻抗测量与处理单元(20)(其中之一是协调单元(21))形成的网络布置在其中，在人体的情况下，布置在身体的表面上，所有的生物阻抗测量与处理单元(20)具有如图1所示的相同的电路结构。每个单元(20)被设置有四个电极，为了附图的简化起见，四个电极可能被布置在与身体的皮肤接触的面上，并且分别进行在其所接触皮肤的区域中的生物阻抗测量。将通过测量与处理单元(20)获得的生物阻抗测量值通过无线通信协议发送至协调单元(21)。所述测量值连同由协调单元(21)自身取得的测量值存储在所述单元的存储元件中，直至检测到通过通用串行总线(USB)连接至外部单元(30)的外部单元发送/接收装置(31)为止。此刻，发送由形成网络的所有单元(20，21)记录的生物阻抗测量的结果连同具有相对应的数据的多个结果中的每个结果的标识。在外部单元(30)中存储和/或处理所述数据，或者通过因特网或GSM网络将所述数据简单地发送至另一远程服务器。协调单元(21)也可以与PDA进行通信，并且通过因特网或GSM网络将数据从PDA发送至远程处理单元。
[0091]最后，作为所提出的模块化系统的应用的示例，图3示出了在估计个体中的隐藏脂肪或内脏脂肪的应用的上下文中，生物阻抗测量与处理单元的网络的可能布置。在健康领域中根据实施例的模块化系统的应用的目的是使得能够借助于使用多于一个电子通路来精确估计围绕内脏的内脏脂肪。在此情况下，包括有放置成在他的/她的肚脐高度处围绕个体的腰部的生物阻抗测量腰带(40)。在这个具体情况下，所述腰带(40)具有两个生物阻抗单元(20)。该两个单元(20)中的每个单元包括四个电极(I+，V+，I_，V_)的触点。负责注入激励电流(I+，)的电极被布置成相距足够距离，使得生物阻抗测量反应更多隐藏脂肪的贡献，而非皮下脂肪。
[0092]认为没有必要对该描述进行进一步详细说明，使得本领域内技术人员能够领会本发明的范围以及从该发明获得的优点。具体地，针对不同部件的制造，制造过程和必要的材料在【技术领域】是已知的并且是完全容易取得的。通常，在假定不改变本发明的基本特征的情况下，可以改变元件的形状、尺寸和布置。
【权利要求】
1.一种用于测量和处理生物体的或者动物源或植物源制品的身体的电生物阻抗的电生物阻抗测量与处理单元，所述身体特别地例如为生物材料、动物组织或植物组织、整个人体或整个动物体、或者人体或动物体的一部分，其特征在于，所述电生物阻抗测量与处理单元包括: 生物阻抗测量子单元，其用于测量所述身体的生物阻抗；以及 处理子单元，其用于离散地处理测量值并且包括用于存储所述测量值的存储元件。
2.根据权利要求1所述的电生物阻抗测量与处理单元，其特征在于，所述生物阻抗测量子单元包括生物阻抗测量装置，所述生物阻抗测量装置包括: -交流发电机，其电耦接至电流注入电极(I+)、电流收集电极0-)以及参考阻抗，用于生成在与所述身体接触的所述电流电极之间并且通过所述参考阻抗流动的激励电流； -生物阻抗电压测量电路，其电耦接至正生物阻抗电极(V+)和负生物阻抗电极(V_)，用于获得所述激励电流在与所述身体接触的所述生物阻抗电极之间的电压降； -参考电压测量电路，其用于获得所述激励电流在所述参考阻抗中的电压降；以及 -幅度和相位检测电路，其用于获得在由所述生物阻抗电压测量电路获得的电压与由所述参考电压测量电路获得的电压之间的模比(Vm)和相位差(Vp)。
3.根据权利要求2所述的电生物阻抗测量与处理单元，其特征在于，所述生物阻抗测量装置的所述生物阻抗电压测量电路和所述参考电压测量电路分别包括标称相同的生物阻抗电压仪表放大器和参考电压仪表放大器。
4.根据权利要求3所述的电生物阻抗测量与处理单元，其特征在于，每个仪表放大器通过级联的电压电流转换级和电流电压转换级形成，使得消除所述放大器的输入端与输出端之间的共模电压依赖性，从而降低功耗并提高信噪比。
5.根据权利要求2至4中的一项所述的电生物阻抗测量与处理单元，其特征在于，所述生物阻抗测量装置还包括: -生物阻抗电压整流电路，其耦接在所述生物阻抗电压测量电路与所述检测电路之间，用于将由所述测量电路获得的电压转化为具有与由所述测量电路获得的所述电压的相位相同的相位的第一电方波信号和具有与由所述测量电路获得的所述电压的模相同的DC电压电平的第二电信号；以及 -参考电压整流电路，其耦接在所述参考电压测量电路与所述检测电路之间，用于将由所述测量电路获得的电压转化为具有与由所述测量电路获得的所述电压的相位相同的相位的第三电方波信号和具有与由所述测量电路获得的所述电压的模相同的DC电压电平的第四电信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电生物阻抗测量与处理单元，其特征在于，所述处理子单元还包括耦接至所述存储元件的控制装置，所述控制装置包括用于选择生物阻抗测量值的类型的电路。
7.根据权利要求6所述的电生物阻抗测量与处理单元，其特征在于，所述处理子单元包括耦接至所述控制装置的LCD屏幕，所述LCD屏幕被配置成执行选自包括如下内容的组的功能:显示测量值；显示关于所述测量值的类型的信息；以及上述功能的组合。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的电生物阻抗测量与处理单元，其特征在于，所述处理子单元包括发送/接收装置，所述发送/接收装置耦接至所述控制装置并且被配置成执行选自包括如下内容的组的功能:将测量值发送至外部单元，特别地例如计算机或PDA ；接收和处理来自所述外部单元的关于测量值的类型的命令；以及上述功能的组合。
9.根据权利要求8所述的电生物阻抗测量与处理单元，其特征在于，所述发送/接收装置包括射频通信电路和天线。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电生物阻抗测量与处理单元，其特征在于，所述生物阻抗测量装置符合CMOS技术。
11.一种模块化电生物阻抗测量、处理与监测系统，其特征在于，所述系统包括根据权利要求I至10中任一项所限定的至少一个生物阻抗测量与处理单元。
12.一种包括至少一个根据权利要求10至11中任一项所述的生物阻抗测量与处理单元的模块化电生物阻抗测量、处理与监测系统，其特征在于，所述系统包括协调单元，所述协调单元被配置成执行选自包括如下内容的组的功能:接收来自所述测量与处理单元的测量值；将测量值发送至所述外部单元；接收来自所述外部单元的对测量值的类型的选择；以及将来自所述外部单元的对所述测量值的类型的所述选择发送至所述测量与处理单元；以及上述功能的组合。
13.根据权利要求12所述的模块化电生物阻抗测量、处理与监测系统，其特征在于，所述协调单元被集成在所述生物阻抗测量与处理单元之一中。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的模块化电生物阻抗测量、处理与监测系统，包括被布置成与所述身体接触以进行生物阻抗测量的生物阻抗测量带，特别地，所述带使用腰带或臂带形成，电流电极和阻抗电极被布置在所述带的与所述身体接触的面上；其特征在于，每个生物阻抗测量与处理单元的正电流电极和负电流电极以及相应的正生物阻抗电极和负生物阻抗电极被布置成彼此充分间隔开，使得所述生物阻抗测量值相对于所述身体的表面部分的贡献适当地反应所述身体的内部部分的贡献。
15.一种测量、处理和远程监测电生物阻抗的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: -使用在权利要求11至14中任一项所限定的模块化测量、处理与监测系统来获得生物阻抗测量值；以及 -通过因特网、GSM网络等将所述测量值发送至远程处理单元，特别地例如计算机或PDA。
【文档编号】A61B5/053GK103930021SQ201280051825
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年8月29日 优先权日:2011年8月30日
【发明者】何塞·路易斯·奥辛桑切斯, 哈维尔·拉莫斯马加内斯, 胡安·弗朗西斯科·杜凯卡里洛 申请人:埃斯特雷马杜拉大学