[发明专利]体积生理参数测量系统

说明书

发明的技术领域

本发明涉及一种采用电磁感应技术精确测量对象体积和面积的系统和方法。

发明的背景

在许多场合中，体积和面积的精确测量都非常重要，特别是对象或对象的一部分具有可变体积或面积的场合。比如，医学领域中病人呼吸量的记录通常非常重要。然而这些测量通常都非常粗略和不准确，或者最多都依赖于过时的技术模式或可靠性差的技术。现在，病人呼吸量的记录要么是将一个体积流量传感设备连到对象的气道(如采用肺活量计或记速仪)，要么是测量胸腔壁和腹腔壁的机械移动量。对于长期监视，由于基于气道的技术会影响正常呼吸使病人感觉不好，因而不适于这种目的，特别是不适于孩子和其它某些病人。尽管现在基于气道的技术都用在那些依赖辅助呼吸设备的病人上，但也可用一些插入深度较少并且更为可靠的装置来获取这些数据。

同样，那些记录胸腔壁和腹腔壁运动的技术要么是以应变仪为基础的(记录身体周长的变化)，要么是基于布置在病人胸腔和腹腔周围的弹性的电导体感应回路。通过对回路感应值的记录就能估算出胸腔腹腔横截面变化的大小。美国专利文献No.4,308,872就是一例这种自感应回路估算的技术。这种方法只有在病人吸入已知空气量并对胸腔和腹腔间隔之间呼吸运动的分布变化进行校准后才能用来对呼吸量进行量化测量。

现在，大多数用来测量胸腔体积变化的设备都在校准、稳定性、精度或可靠性上存在缺陷。这些方法要么是基于对胸腔和腹腔周边的测量(应变传感器)，要么是基于对布置在胸腔和腹腔周围导体回路的电感测量。采用腹腔传感器的原因在于吸气过程中隔膜向下运动会引起胸腔和腹腔在体积上发生变化，必须加上这种变化才能估算量肺部体积在呼吸运动时的移动量。腹腔和胸腔体积的变化没有固定的比值。实际上，总体积变化的分配关系甚至还会随着呼吸运动、气道阻塞或者是否处于睡眠状态这一系列因素而变化。因此，(在采用已知技术时)必须对各个测量点单独进行校准从而估算出体积因呼吸运动所产生的实际变化量。

应变仪或周长测量法并不能在测得的变化值与被测的体积之间形成简单的或可重复的对应关系。这种对应关系依赖于回路封闭面积和回路长度之间所假定的关系条件，而这种假定只在几何尺寸固定时才有效。尽管一些基于感应的方法声称能够测量面积(即，其假定与回路感应成正比)，但是这种假定只有在回路的形状保持相对不变时才有效。然而，呼吸所引起的人体胸腔或腹腔横截面面积的变化却并不适于这种情况。

所有基于面积的方法都有一个共同点，即从估算的面积变化计算出体积变化时都有相当大的不确定性。一个原因是测量的仅是该面积取样点(传感器所处的点)的参数。为了使面积转换成体积还必须采用一些校准装置。为了获得胸腔和腹腔测量点的系数，校准过程高度依赖于病人的配合，因此对于小孩、具有呼吸困难(呼吸短促)的病人以及没有意识的病人，这种方法实际上无法使用。

本发明描述了新的测量体积和面积的系统和方法，其基于电感原理，并能消除上述的缺点。本发明不需要病人配合来完成校准并且不依赖于周长、面积和体积之间关系的假定，是一种真正的体积或面积测量方法。

发明概述

本发明提供一族或一类新的设备来记录对象特别是人体部分的横截面面积和体积。其包括静态的测量，也包括由呼吸运动和心脏运动所引起的很小的面积或体积变化叠加后的测量。其原理就是测量缠绕在被测体部分上一个或多个电导体回路和一个或多个远程布置的电磁线圈之间的电磁感应。通过适当地设计线圈，可使所测的感应电压与被测面积或体积成正比。

在一实施例中，提供一测量对象运动的设备，其包括一个用来生成随时间变化的磁场的装置，该磁场至少应大到将对象完全环绕。电路在设计上应与对象的表面形状一致，并将电压监视装置连到该电路上，这样表面的运动就能使与该对象运动相关联的电路的感应电压发生可测的变化。

另一实施例中，提供一种测量对象面积或体积的方法，其包括以下步骤：电路设计成与对象的表面形状一致；测量环绕在对象周围的随时间变化的磁场在电路中形成的感应电压；因此不用针对每个对象进行校准，该设备就能计算出对象面积或体积的变化。

附图的简要说明

图1为串联回路及磁场向量的布置图；

图2为本发明系统第一实施例的方块图；

图3为用作线圈装置的传感器(transducer)的一个实施例；

图4为采用图2所示系统的一个采样记录；

图5为图4中原始的体积曲线的放大图，其展示了心脏脉动的体积。

图6为本发明第二实施例的示意图；