[发明专利]使用电活性聚合物的传感器定位

说明书

本发明提供了一种生理传感器装置，其提供生理感测表面相对于人体组织接收表面的自动调整。所述装置包括电活性聚合物(EAP)结构，所述电活性聚合物结构可操作以通过施加叠加的致动和AC感测信号来同时执行致动和压力感测。致动使得能够控制调整感测表面相对于组织接收表面的定位。感测提供了由接收表面施加到感测表面的返回力的大小的同时实时测量或指示。该返回力提供关于感测表面的定位状态的反馈。控制器适于根据感测数据来调整致动信号，从而实时调整感测表面的定位。

技术领域

本发明涉及一种用于测量生理参数的装置和方法，并且具体涉及一种适于优化感测表面相对于人体组织接收表面的定位的装置和方法。

背景技术

生命体征的测量对于监测心理健康和检测潜在的医学病症至关重要。生命体征是人体最基本功能的衡量标准。除了体温和呼吸率(呼吸率)之外，由医学专业人员常规监测的最关键的生命体征可能是脉搏率和血压。这些可以在医学环境、家中、紧急现场或其他地方测量。无论设置和环境如何，都能够可靠和准确地测量这些，因此是非常重要的。

除了生命体征外，其他更复杂的生理体参数，例如EEG(脑电图)-与脑相关-ECG(心电图)-与心脏相关-和S_PO₂(外围氧饱和度)通常需要专业医学领域，以获得有关人类身体及其功能的更详细信息。

存在一系列用于获得这些各种生命体征和生理参数的测量值的手段。通常，这些来源于在电、光学/视觉、机械或声学域中的一个或多个中执行的测量。通常，可以组合测量原理以提高所获得结果的精度和质量。使用一系列不同的专用传感器或测量设备来执行这些测量。

一种特别常见类型的设备利用光电体积脉搏波描记(PPG)方法。这是一种用于测量遍布全身展现的心血管脉搏波的电光技术。它是由动脉血容量中的周期性脉动引起的，并且通过其引起的光学吸收的相应变化来测量。PPG测量设备通常包括光源(通常是红外LED)，用于检测反射或透射光的光电二极管检测器，以及信号恢复/处理器/显示系统。PPG是一种流行的技术，因为它允许使用单个设备测量若干生命体征，包括脉搏率、外围灌注、脉动动脉血容量、非搏动性动脉血容量、以及静脉和毛细血管血容量或流量。

在一系列设备中实现的另一种非常常见的方法是压力测量(tonometry)方法。压力测量法允许测量血压，并且不涉及光学刺激的应用。该方法基于垂直于浅表动脉壁施加受控的力，将其抵靠在相邻的骨上。这产生了动脉的局部压缩，然后使用力传感器来接触地测量压力。在整个心脏周期中保持接触，并且为了获得最佳结果，所施加的(闭塞)力应当与脉冲压力波的变化阶段平行地改变。

图1示出了动脉压平压力测量的原理，其中动脉12被建模为圆柱形薄壁管。在测量位置，压力传感器14在动脉12上施加压力，使动脉部分地变平。动脉的透壁压(P_t)等于动脉的内压(P_i)与施加在动脉上的外压(P_e)之间的差(P_t＝P_i-P_e)。根据拉普拉斯定律，圆柱形薄壁管的壁张力(T)由透壁压力(P_t)、壁厚(μ)和壁曲率半径(r)决定：

因此透壁压力可以表达为：

当压力传感器14对动脉壁施加压力时，动脉12部分地变平，因此动脉壁(r)的曲率半径可以近似为无限大。从公式(2)可以看出，由于r倾向于无穷大，因此P_t趋向于零并且，因此，在动脉压平的情况下，动脉的内部压力可以近似等于由压力传感器测量的外部压力。

图1示出了抵靠骨16压平的动脉12。动脉仅部分地被压平；完全闭合动脉腔既不必要也不可取。一旦处于该部分压平状态，压力传感器14施加在动脉壁上的外部压力可以被认为近似等于动脉的内部压力。因此，压力传感器14的输出可以被视为反映对象的血压。