[发明专利]测量体液及其变化以及测量血流量变化的方法和装置

说明书

一种使用多频交变电流来计算人或动物体中的体液、血流的方法；该方法包括确定组织的多频电阻和电抗变化，计算体液、血流以及相关生理参数。本发明通过同时测量身体或组织的多个频率的电阻和电抗，可以补偿频率依赖性，或可以找到依赖性的交叉关系，更精确地测量体液、血流。

本发明要求享有申请日2017年12月31日、申请号62/612,442的美国临时申请的优先权，该临时申请全部引入到本发明中。

技术领域

本发明涉及医学领域，具体的，涉及检测生物组织电特性的非侵入性技术，更具体的，但不作为限制，涉及血流量和体液水平的测量。

背景技术

生物阻抗和生物电抗测量作为测量血流量和体液水平的非侵入性方法已被广泛探索。这些技术在医疗领域被广泛接受，但它们有一些缺点，测量值有频率依赖性。进行测量时，有些人相比于其他人会产生不同的频率选择性干扰或噪音。频率选择性缺陷会使某些人的测量结果不佳。即使身体或组织被视为电导和电容(导体和非导体)，组织的特性也是频率依赖性的。随着频率变化，组织整体的电导和电容可能不是线性的。

从电气科学角度来看，生物组织可以划分为导体和非导体。导体通过电导测量(电阻的反向)，非导体可以通过电容测量。任何组织的变化将由电导和电容的变化来表示。可以通过对上述电气特征的信息进行监控，以实现对身体状态的检测。

发明内容

本发明克服了现有方法和装置中使用单频交变电流测量生物阻抗和生物电抗，然后计算体液和心输出量及其相关参数的不足。本发明提供了一种非侵入式装置和方法，用于同时测量局部身体或组织的宽频率范围内的阻抗的振幅和相位，以计算体液和血流的相关参数，其中，上述参数可以用于实现对人体状态的远程监控。

通过使用快速傅立叶逆变换(IFFT)技术产生不同频率的多个交变电流。通过使用快速傅立叶逆变换(IFFT)技术，不同频率的多个信号在频域中相加，并且在不同频率的所有完整正弦周期上的时域中同步地转换成数字序列。IFFT与正交频分复用(OFDM)技术类似，在某个方面，OFDM技术会使用IFFT和/或快速傅里叶变换(FFT)技术。所有的所述频率信号彼此正交。所述序列长度通常是2的幂，如N信号的序列长度为2^N。然后可以将序列转变为更长的序列，但在相同的时间周期内传输，其被称为升频。在某一方面，本发明使用升频来减少量化噪声。所述序列可以被存储在存储器中，该存储器的内容可以由数字控制器连续地或周期性地泵出或者从数字处理器以实时形式生成。所述序列由数字模拟转换器(DAC)以固定的速率转换为模拟电流信号。在某一方面，数字模拟转换器时钟速率通常为100KHz至10MHz。更高的时钟速率将减少量化误差或产生模拟波形失真。结果，所述模拟信号具有不同频率的多个交变电流。

然后将所述多个交变电流通过电极注入人或动物体内并与外部电子部件形成回路。当电流通过身体时，它们被身体组织和组织的变化调制。有一个与注入(传输)回路部分重叠以对调制的交变电流进行采样的接收回路。该采样的电信号和生物信号将被放大并模数转换(A/D)成数字信号，由计算机处理器处理。在某一方面，模数转换速率，也称为采样速率，通常在100KHz和2.5MHz之间。采样信号被分段成与传输序列周期相同的时间周期，类似于OFDM符号。所述采样信号可以根据所述注入(传输)的信号进行同步，并且成为相同的时间周期。传输序列和接收序列长度不必须相同，但时间周期必须相同并且同步。然后用快速傅立叶变换技术对所述采样信号序列进行解调。不同频率的所有信号都被提取出来。由于传输信号的相位是已知的，所以可以从所提取的信号中减去它们。仪器系统的传输方程也可以脱机估算，就像有规律的射频(RF)设备校验一样。因此系统振幅和相位响应也可以从提取的信号中减去。最后的振幅和相位将代表组织调制，其提供了生理信息。由于人/动物组织的调制，最后的信号通常是复数。这个复数信号提供人/动物组织信息。处理所述复数信号，如低通滤波以去除高频噪声。截止频率通常在10Hz左右。更高的截止频率将带来更多波形的细节，但其通常需要更高的信噪比(SNR)。