专利名称：用于分析流体的磁传感器和方法
技术领域：
本发明涉及用于分析流体的设备和方法，特别是但不仅仅是分析体内液体例如血液从而确定血液中各种物质的存在和浓度的设备和方法。
血液分析广泛应用于人类和动物的医疗和诊断。有多种用于血液分析的方法为人们所知。本发明的实施例寻求提供一种用于血液分析的替换方法。
通常需要从活体内取出一份血液试样用于体外分析。这样就会令人不愉快和不方便，尤其是当需要对血液进行频繁的分析时，例如需要对他们血液中的葡萄糖浓度进行频繁分析的糖尿病患者就是这种情况。本发明的实施例寻求提供一种对体内血液进行非侵入式分析的设备和方法。
根据本发明的第一方面提供一种分析流体的设备，包括用于在空间产生非均匀磁场的装置和用于测量场强度的装置，该测量场强度的装置被设置成当要被分析的流体试样被导入该空间时能够测量该场强度的变化。
根据本发明的第二方面提供一种分析流体的方法，包括步骤施加非均匀磁场到要被分析的流体试样，和测量该场以确定由于试样存在所引起的磁场强度的变化。
所有的材料当被放置于磁场中时都会一定程度上被磁化。磁化的程度和符号取决于材料的性质。当材料在磁场中被磁化后会受到一个力的作用。当包含有对磁场不同地响应的多种材料的流体被置于非均匀磁场中时，不同的材料受到不同的力并因此向场的不同区域移动。流体中所存在的不同的材料的不同磁特性会以不同的方式影响磁场。认识到不同的材料对磁场影响的方式，通过测量流体存在的影响磁场的方式，就可能推断出它们在放置于非均匀磁场中的流体中的存在和浓度。
优选的是，非均匀场的强度随线性距离变化。产生非均匀磁场的装置优选包括两个相对并间隔开的永磁体，例如稀土磁体，它们被设置成在相互之间产生一个磁场。磁体可以安装在磁轭上，如软铁磁轭。每一磁体优选装有将非均匀性导入磁场的成形的磁极件。
测量磁场强度的装置优选用于在线性距离上测量场强度。测量场强度的装置可以包括磁场强度检测器(例如霍尔效应器件)的线性阵列。任何霍尔效应器件优选为高灵敏度的，特别是灵敏度至少为30mVmAkG-1。任何霍尔效应器件优选包括三元材料(a ternary material)。阵列优选沿磁场强度变化的方向伸展。阵列中的每一检测器优选根据由检测器所测得的磁场强度产生输出。每一检测器的输出优选传送到一个处理装置。处理装置优选为电的或者电子处理装置并可以包括计算机，该处理装置优选被设置成当要被分析的试样被导入空间时确定由每一检测器感测到的磁场变化。
可以达到这种效果的一种方式是处理装置取消来自每一检测器的输出，从而当空间为空时每一检测器的输出为零。然后，当将试样放入空间时，每一检测器的正或者负输出表示由于导入试样所引起的磁场变化。
可选择地，检测磁场强度的装置可以包括单个场检测器，该检测器安装在用于在线性距离上移动检测器接近磁场的定位设备上。
沿场被测量的方向的场强度的变化会指示出被分析的试样的组成。处理装置优选设置成将测得的磁场强度的变化与存储信息进行比较，并根据比较提供被分析的试样的成分指示。
处理装置优选被包括在一个包括有用于输出信息到用户的装置(如显示器)的控制单元中。
该设备适合于对仍在体内的血液进行分析。因此，产生磁场的装置和检测磁场的装置优选适合于穿戴在人或动物身体上。方便的，它们可以包括在一个用于夹戴在耳垂上的夹子中。它们也可以包括在一件服装中。
该设备和方法可以快速分析流体，尤其是可以对血液进行非侵入式的分析。
为了更清楚的理解本发明，现在将要通过范例参照附图对关于它的实施例进行描述，其中
图1所示为根据本发明的设备部分；图2为图1的磁系统的示意框图；图3为图1中设备的磁系统的透视图；和图4为使用图1-3的设备对于血液试样所测得的磁场强度相对于距离的曲线图。
参照图1-3，该设备包括磁系统1。磁系统包括一个基本方形U形的软铁磁轭2，它包括两个从基部伸展并隔开的竖立部分。竖立部分分别确定了相对的隔开的且基本上平行的面，每一面上都装有稀土磁体3。在每一稀土磁体3上都装有成形的软铁磁极件4、5，因此每一磁体3被夹在磁轭2的表面和极件4、5之间。两个极件4、5基本上覆盖住它们所安装在其上的磁体3的表面。一个极件4的截面基本上是三角形，并形成从它的磁体3朝外延伸并指向另一极件5的楔形外形。另一极件5的截面形状为一个顶部削平的三角形截面形状，从削平的顶部的相对的两边延伸出在其间形成一空间的矩形突起。
磁体3用于在其间的空间中产生磁场，极件4、5用于使该磁场产生不均匀性。具体地说，极件4、5导入沿图3中用X表示的方向延伸的变化磁场梯度。
磁系统1进一步包括一个霍尔效应器件的线性阵列6，它在磁体3之间沿X方向延伸。
磁系统1设置在外壳(未示出)中，该外壳使得它可以舒适的安放在人的耳朵7上以使人的耳垂露在极件4、5之间的区域中。
阵列6的霍尔器件每个与控制单元8电连接。控制单元8包括具有显示器9的外壳和在外面的各种用户可操作控制10，和包含有电路11、12和13和相关的电源14。电路包括通过连接16与阵列6的每一霍尔器件和微处理器11的相连接的复用器13以使每一霍尔效应器件的霍尔电压可以被轮流测量。微处理器11也与显示器9、用户可操作的控制10、电源14和存储器12连接。电源14通过连接15也与阵列6的每一霍尔器件连接。电源14用于为包括控制单元的电子电路提供电源和为阵列6的每一霍尔器件提供驱动电流。微处理器11用于检测从霍尔效应器件测得的霍尔电压并处理这些信息以产生输出。
处理器被设置成当将磁系统1设置在该空间中时测得阵列6的每一霍尔器件的额定霍尔电压都为零。因此当导入要被分析的试样(例如人的耳垂)到极件4、5之间的空间中时，测得的任一霍尔电压将表示通过霍尔器件测得的磁场强度由于试样的导入引起的变化。
所有材料当置于磁场中时都会一定程度的被磁化。材料的磁化强度(M)定义为每单位体积的磁矩。对于铁磁性材料它相对较大且为正，对于顺磁性材料它相对较小且为正，而对于抗磁性材料它相对较小且为负。在存在的磁场梯度中，这些材料每单位体积会受到的作用力F＝M grad H，其中F为受到的作用力，M为磁化强度，grad H为磁场梯度。于是具有不同磁化强度M的材料会受到不同的力。某些流体(尤其是血液)包括大量不同磁化强度的物质密切混合在一起。施加一个强的非均匀磁场到该流体就会产生不同的力施加到不同的物质上，由此在试样中导致那些物质的浓度梯度。在磁场区域中在试样中物质的浓度的变化产生磁场强度由于各种物质的存在所引起的变化。
图4所示为当血液试样导入极件4、5之间的空间时，图1-3的设备的磁场强度沿X方向变化的曲线图。不同的波峰和波谷指示出试样中不同物质的存在。例如曲线图中标号为11、12、13的波峰指示尿素、葡萄糖和肌氨酸的存在。起初通过将使用该设备得到的试样分析结果与通过已知技术(例如化学分析)得到的结果进行比较，可以经验地确定试样中物质的存在和浓度。表示各种物质的存在的特征性输出可以被确定并存储在控制单元的存储器12中。处理器11用于将测得的磁场分布与存储信息进行比较，于是就推断出被分析的试样中的各种物质的存在和浓度。由于某一特定物质的存在引起的磁场强度的变化与试样中该物质的浓度成正比。
该设备尤其适合于对血液的非侵入式分析，但很明显它也有其他许多应用。
该设备带有它自身的电源，它的一部分或者全部可以是便携式的。设备获得的数据可以通过RF、调制解调器或者任何其他数字或模拟传输媒介进行传输。设备获得的数据可以被存储和与通过相同或者其他方法获得的其他数据进行比较使用。因此所进行的数据比较可以连续地或周期性地进行。设备的输出可以用来控制其他设备，例如自动药品传送、自动警报系统。该设备可以提供在原地对分析物的测量。该设备可以测量静止和移动的流体。该设备可以测量试样中固有的和非固有的分析物。
上述实施例只是通过范例的方式进行了描述。不脱离本发明可能作出多种变化。
权利要求
1.一种用于分析流体的设备，包括用于在一空间产生非均匀磁场的装置和用于测量所述场强度的装置，该测量场强度的装置被设置成当要被分析的流体试样被导入该空间时能够测量该磁场的强度的变化。
2.根据权利要求1的设备，其中非均匀磁场的强度随线性距离而变化。
3.根据权利要求1或2的设备，其中产生非均匀磁场的装置包括相对、隔开的并被设置成在它们相互之间产生磁场的两个永磁体。
4.根据权利要求3的设备，其中磁体安装在一个磁轭上，例如软铁磁轭。
5.根据权利要求3或4的设备，其中每一磁体都装有用于将非均匀性导入磁场的成形的极件。
6.根据任何前述权利要求的设备，其中用于测量场强度的装置用于在线性距离上测量场强度。
7.根据权利要求6的设备，其中用于测量场强度的装置包括场检测器的线性阵列。
8.根据权利要求7的设备，其中阵列沿磁场强度变化的方向伸展。
9.根据权利要求6的设备，其中用于测量的装置包括安装在用于在线性距离上移动检测器来扫描所述场的定位设备上的单个场检测器。
10.根据权利要求7-9中的任何权利要求的设备，其中该检测器或每一检测器基于检测器测量到的磁场强度产生一个输出，来自每一检测器的输出被传送到处理装置，该处理装置被设置成当将被分析的试样导入空间时确定每一检测器感测到的磁场变化。
11.根据权利要求10的设备，其中处理装置被设置成取消来自该检测器或每一检测器的输出，使得当该空间为空时，来自每一检测器的输出为零，以便当将试样导入空间时，来自每一检测器的正或负输出表示由于导入试样而引起的磁场的变化。
12.根据权利要求10或11的设备，其中处理装置被设置成将测得的磁场强度的变化与所存储的信息进行比较，并基于比较的结果提供被分析试样的成份指示。
13.根据权利要求10-12中的任何权利要求的设备，其中处理装置被包括在包含有用于输出信息给用户的装置的控制单元中。
14. 根据任何前述权利要求的设备，其中用于产生磁场的装置和用于检测磁场的装置适合于穿戴到人或动物身体上。
15.一种分析流体的方法，包括步骤施加非均匀磁场到要被分析的流体试样，和测量该磁场以确定由于试样存在所引起的磁场强度的变化。
16.根据权利要求15的方法，其中非均匀磁场的强度随线性距离而变化，和在线性距离上测量磁场强度。
17.根据权利要求15或16的方法，其中将测得的磁场强度与存储的信息进行比较，以提供被分析流体的成份指示。
18.根据权利要求15-17中任何权利要求的方法，其中流体是血液。
全文摘要
一种用于分析流体的磁传感器，包括用于在空间产生非均匀磁场的装置(1、2、4、5)和用于测量磁场强度的装置(6、8)，该测量磁场强度的装置被设置成当将要被分析的流体试样导入该空间时能够测量该磁场的强度的变化。该设备可以用来分析任何流体，但尤其适合体液分析，特别是血液。被分析的流体中物质的存在可以通过将测得磁场强度的变化与存储的信息进行比较确定。测量磁场强度的装置优选用于在线性距离上测量磁场强度。测量磁场强度的装置可以包括场检测器的线性阵列，例如霍尔效应器件阵列。
文档编号G01R33/06GK1505758SQ02808900
公开日2004年6月16日 申请日期2002年4月29日 优先权日2001年4月27日
发明者N·德詹纳蒂, E·科亨, N 德詹纳蒂 申请人:霍尔有效技术有限公司