将传感器固定到身体部位上来测量身体参数的制作方法

本发明涉及一种用于固定到受试者的身体部位上的装置。尤其是，本发明涉及一种用于测量受试者的身体参数同时将自身固定到受试者的身体部位上的装置。

背景技术：

1、脉搏血氧仪是众所周知的测量含氧血红蛋白的饱和度的方法。相关传感器是spo2传感器。血红蛋白是红细胞的一部分，这些细胞存在于流经动脉、毛细血管和静脉的血液中。该方法使用两个不同波长的发光二极管(led)并通过光电检测器测量光的传输。从透射光的脉动部分可确定心率以及含氧血红蛋白和不含氧血红蛋白之间的比率。理想情况下，测得的氧饱和度能反映动脉氧饱和度。

2、两个led和光电检测器集成在壳体中。这些led和光检测器通过电线连接并且这些电线汇集成一条电缆。电缆是屏蔽电缆，甚至可包括(例如围绕到检测器的电线和围绕到led的电线的)附加的屏蔽件。电缆的另一端端接于连接器，该连接器可联接到患者监护装置(患者监护仪)上。患者监护仪为两个led提供电压，并读取来自光电检测器的信号。

3、spo2传感器可放置在不同的人体身体位置上，如手指、鼻孔、前额或耳朵上。通过对身体位置施加压力来进行固定。有可重复使用的传感器具有中空的弹性壳体，该中空的弹性壳体对诸如手指等的身体位置施加持续的压力。其他传感器则使用具有铰链和弹簧的更刚性的壳体，同样对身体位置施加持续的压力。此外，一次性spo2传感器包括柔性材料，其上安装有led和检测器。该柔性材料缠绕在手指上，用于将传感器固定到手指上，也可在手指上施加压力。除了提供固定外，在spo2传感器上的压力还可被用于抑制或减少脉动静脉血和组织液对spo2信号的贡献。

4、用于手指的spo2传感器已出现多年。然而，存在用户的依从性(compliance)问题，用户将spo2传感器从手指上移除。spo2传感器会在手指上施加持续的压力，结果是许多用户会经历不适的感觉。此外，通过施加持续压力固定在(具有足够的血液灌注以进行可靠的测量的)其他身体位置的其他传感器也会引发不适的感觉。

5、持续施压的效果是对皮肤内神经的不断刺激，这通过大脑转换为不适的感觉。血液流动也会被部分地限制，从而产生进一步的不适的感觉。完全的血液流动限制甚至会导致局部坏死。这种情况已在利用拉伸的弹性带固定的前额spo2传感器中观察到。在有足够的压力来进行准确测量和有足够低的压力来让人感觉舒适并且保证即使是对有血液灌注问题的用户来说仍有足够的血液流动之间找到平衡经常是挑战。

6、因此，对于需要(或受益于)将装置固定到身体部位上来测量身体参数(如心率、血压、血液中氧饱和度等)的装置来说，有改善舒适度从而改善受试者的依从性的需要。

技术实现思路

1、本发明由权利要求限定。

2、根据本发明的一个方面的示例，提供了一种用于测量受试者的身体参数的装置，该装置包括：

3、传感器，其用于测量身体参数；

4、壳体元件，其用于将传感器定位在受试者的身体部位上；

5、致动器系统，其位于壳体元件内用于对身体部位施加压力，其中该致动器系统包括两种状态：

6、第一状态，其基于致动器系统对身体部位的第一区域施加第一压力；以及

7、第二状态，其基于致动器系统对身体部位的第二区域施加第二压力；以及

8、控制器，其被配置为在不同时间应用第一状态和第二状态。

9、例如，被用于测量血液中的氧饱和度百分比的装置(spo2装置)通常会具有与受试者相关的依从性问题，即受试者认为这些装置不舒适并移动或移除这些装置。这是因为spo2装置必须被固定在正被测量的身体部位(如手指、鼻子、前额等)上，而这种固定会导致对神经的持续刺激和对该装置固定在其上的区域内的血液流动的限制。随着时间的推移，持续的刺激和持续的血液流动的限制导致受试者的不适感。

10、本发明提供了一种具有致动器系统的装置，该致动器系统允许将该装置固定在身体部位上(在单个静态位置处)，同时改变对身体部位施加压力的区域。致动器系统具有两种状态，第一状态是在其期间对身体部位的一个区域施加压力，第二状态是在其期间对身体部位的不同区域施加压力，因此限制每个区域被刺激和血液流动被限制的时间。致动器系统还可在状态之间改变压力量。控制器被用于基于预先确定的时间段改变致动器系统的状态(例如，每5分钟改变状态，每30秒改变状态等)。

11、该装置还具有测量来自固定该装置处的身体部位的身体参数(如心率、呼吸率、光电容积描记图(photoplethysogram)等)的传感器，以及容纳传感器和致动器系统的壳体元件。然后，致动器系统通过在壳体元件(和/或传感器)与身体部位之间产生压力(这增加该装置与身体部位之间的摩擦力)来将该装置固定到身体部位上。

12、致动器系统可包括至少两个致动器元件，每个致动器元件被配置为在致动器元件受到刺激时改变体积或形状，其中控制器被进一步配置为刺激致动器元件以限定致动器系统的状态。

13、致动器系统将该装置固定到身体部位上的一种方法是通过使用致动器元件。致动器元件在其受到刺激时增大体积或改变形状，并因此增加该装置与身体部位之间的压力。

14、例如，该装置可被设计成用于在手指上的测量。可将该装置放置在手指周围(完全环绕手指)，然后可刺激第一致动器元件。

15、例如，致动器元件完全环绕手指。致动导致致动器元件体积增大或形状改变，并因此在壳体元件和手指之间产生压力，该压力将该装置固定到手指上。例如，在5分钟后，第一致动器元件然后可停用，而第二致动器元件可被刺激。

16、在环绕手指时，致动器元件可只间隔几毫米。致动器系统可具有偶数个致动器元件，其作为整体环绕手指。然后，致动器系统可在该系统的上半部分具有第一数量的n个致动器元件，而在下半部分具有相同数量的n个致动器元件。假设在上半部分和下半部分上有四个致动器元件，在致动器系统的第一状态下，上半部分上的致动器元件中的两个可被激活(即被刺激)，下半部分上的致动器元件中的两个也可被激活(即第一组致动器)。这导致了从四个方向施加的四个压力，这四个压力实质上将该装置夹紧在手指上。当致动器改变到第二状态时，致动器元件将改变到在第一状态中未被激活的致动器元件(即第二组致动器)。在这两种状态下，致动器系统都会在手指和该装置之间提供固定压力，同时在手指的具有施加的压力的区域之间改变。

17、然而，作为替代，致动器元件也可沿线间隔开，例如，第二致动器元件可沿手指的长度与第一致动器元件有10-50mm的距离，因此在手指的不同区域上提供压力，同时保持将该装置固定到手指上。

18、致动器元件可以是电活性聚合物，其被配置为在施加电压时体积扩张，而控制器被进一步配置为向电活性聚合物施加电压。

19、电活性聚合物非常方便，因为其在施加电压时扩张。由于传感器也需要电压对其供电，因此共享电源和线缆布置可被用于传感器和电活性聚合物两者。

20、作为替代，致动器元件可以是被配置为在被膨胀时扩张的可膨胀元件。

21、可膨胀元件可通过外部压力泵膨胀。例如，可使用通常用于使血压袖带膨胀的压力泵。控制器然后被配置为驱动该泵。

22、控制器可被进一步配置为改变由致动器系统施加到受试者的身体部位的压力。

23、不同受试者所需的压力可能不同，这取决于例如受试者的健康状况、脂肪含量、身体部位的大小等。(在致动器系统的一个或两个状态下)具体的压力可增加该装置的舒适度，并确保该装置的更准确的测量。

24、该装置可进一步包括用于确定受试者的位置的加速度计，而控制器可被进一步配置为基于受试者的位置改变由致动器系统施加到受试者的身体部位的压力。

25、受试者的位置也会影响对于任何给定受试者的优选压力。因此，加速度计(如3d加速度计)可提供受试者的位置的指示，这然后可被用于改变致动器系统的一个或两个状态下的压力。

26、传感器可以是脉搏血氧仪，其包括led单元和光电检测器，其中光电检测器被配置为获得与血液中氧饱和度百分比有关的信号。

27、脉搏血氧仪间接监测患者的血液中的氧饱和度(而不是直接通过血液样本测量氧饱和度)。更具体地说，它测量的是血液中携带氧的蛋白质--血红蛋白的百分比。对于没有肺部病变的受试者来说可接受的正常范围为95％到99％。

28、led单元通常包含可交替发出不同波长的光的两个led。在光穿过介质或从介质反射后，光电检测器会检测来自两个led的光。

29、led单元可放置在第一致动器元件的末端，而光电检测器可放置在第二致动器元件的末端。

30、脉搏血氧仪的准确度通常取决于部件(led单元和光电检测器)与身体部位之间所施加的压力。因此，例如，附加的致动器系统可在传感器部件和身体部位之间提供压力，并因此提高准确度。此外，通过在附加的致动器系统的致动器元件的末端具有传感器的部件，控制器可控制所述部件(即led单元和光电检测器)与身体部位之间的压力。

31、控制器可被进一步配置为控制致动器系统以对身体部位施加预先确定的压力，其中对身体部位施加预先确定的压力降低了通过光电检测器获得的信号的静脉贡献。

32、该装置可进一步包括位于壳体元件与受试者的身体部位之间的界面处的粘合剂层，其中致动器系统被配置为在传感器与身体部位之间施加压力。

33、在一些情况下，该装置的壳体元件环绕并夹住身体部位(如前额、躯干等)是不可行/不现实的。在这些情况下，壳体元件将受益于能够将壳体元件固定到身体部位上的粘合剂层。然后，致动器系统将被用于对抵靠身体部位的传感器(如反射式spo2传感器)施加压力。

34、例如，致动器系统的第一状态可确保传感器具有抵靠身体部位的压力。为了降低压力带来的不适感，致动器系统可在预先确定的时间段(如30秒至5分钟)后改变到第二状态。第二状态可降低施加到身体部位的区域的压力，或改变被施加压力的区域。

35、致动器系统可包括具有两个或更多个突起的旋转元件，以及在旋转元件和受试者的身体部位之间的弹性层，其中控制器被配置为在改变状态时使旋转元件旋转。

36、旋转元件的突起导致弹性层隆起，并因此从弹性层提供对身体部位的压力。当致动器系统的状态改变时，旋转元件然后可旋转(如22.5度、45度等)，以改变被施加压力的身体部位的区域，从而降低受试者的不适感。

37、如果弹性层与旋转元件一起旋转，则它可能需要(在旋转的方向上)是相当光滑的，使得它不会伤害受试者的身体部位。替代性地，弹性层可以不移动，而旋转元件将会改变在弹性层上的隆起的位置。

38、该装置进一步可包括在该装置与受试者的身体部位之间的界面处的摩擦增强层。

39、在该装置与受试者的身体部位的界面处的摩擦增强层(即粗糙层)增加了身体部位上的摩擦力，因而增强了该装置到身体部位上的固定。

40、该装置进一步可包括在该装置与受试者的身体部位的界面处的水气捕获元件，用于降低所述界面处的水气积聚。水气捕获元件也可以一次性地连接到该装置，使得其(例如对于不同的受试者)可被更换。

41、本发明还提供了一种用于测量受试者的身体参数的方法，该方法包括：

42、使用致动器系统对身体部位的第一区域施加第一压力，其中致动器系统位于壳体元件内，且壳体元件被固定到身体部位上；

43、在与对身体部位的第一区域施加第一压力不同的时间使用致动器系统对身体部位的第二区域施加第二压力；以及

44、利用传感器测量身体参数，该传感器通过壳体元件被定位在身体部位上。

45、本发明的这些方面和其他方面将从下文所述的实施例中变得明显，并通过参考这些实施例加以说明。