专利名称：磁场感知装置的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及监测血流的装置，尤其涉及一种磁场感知装置。
背景技术：
随着生物电子学的进步，便携式健康监测仪器由于其能够方便并舒适地提供个体 健康情况的连续监测而受到欢迎。便携式健康监测仪器逐渐用于例如家庭、救护车和医院 等场所，以及包括军式训练和运动的情形。脉率和血流特性是接受连续监测时的重要参数，因为他们在评价个体健康状况时 是重要的。医疗保健学会例如医院和老年护理中心能利用这些信息远程监测他们的病人的 健康情况。这对于血流异常需要被及早检测的截瘫病人来说尤其重要。此外，对于大手术 后的病人来说，血流异常监测对确保病人的平稳恢复也是重要的。此外，当血流异常，例如深部静脉血栓，被检测到时，对于在有限体力活动的拥挤 和狭窄条件下的个体的脉率和血流信息可用于发出警报引起立即注意。类似的监测和警报 系统也可应用于灾难期间，在救援险情处理中，受侵袭人员的生存条件能被连续评估。最 后，对于工作在危险环境中的人员，例如深海条件(潜水员)、高温(消防员)和深地面下(挖 煤工人)，监测脉率和血流也是重要的。目前无创测量血液脉率的装置采用电子、机械和光学手段传感。这些装置可以做 成胸带、袜子配件、手表和手指配件形式。然而，每种血液脉搏测量装置都有自身的缺陷。胸 带和袜子配件通常通过测量人体电信号来确定脉率；这种测量方法虽然简单，但是需要运 用复杂算法和/或参考信号来减少由于运动伪差产生的噪音。通过机械手段测量脉率采用 皮肤表面脉搏检测，这种方法对其他运动伪差高度敏感。脉率测量的光学手段通常是手指 配件仪器。这种仪器采用特殊光源和检测器，通常导致较高耗电功率。通过上述对各种装 置的讨论，注意到重要的是，这些仪器中的大多数不能采集血流信息。另一种类型的测量脉率和血流的装置采用无创电磁法。例如，美国专利 (5，935，077)公开了一种电磁血流敏感器，利用双极磁场源提供变化磁场，其中具有一个平 行于皮肤并穿过血管的元件；一个在邻近血管的皮肤表面的单传感电极；一个参考电极； 和一个对变化磁场同步抽取传感电极信号的检测器。然而，利用电极测量脉率和血流的无 创电磁装置与大多数采用电极的系统一样具有较弱的信噪比；该装置对人体电噪声和运动 伪差更敏感。此外，这些装置中的大多数采用反向磁极完成脉率和血流信息的信号采集。这 种方法通常需要使用将导致高耗电功率的电磁体。因此，目前监测脉率和血流的电磁装置 是不可携带的并且也不能移动使用。本发明的发明人先前已发现了一种无需使敏感器直接接触皮肤的无创检测血液
3脉率和血流异常的磁法。参见，名称为“无创传感脉率和血流异常的装置和方法”的新加坡 专利(申请号200601301-5)，该专利以全文引用的形式结合于此。该磁法较其他无创方法 具有许多优点。例如，其他无创方法通过使血管变形来采集它们的信号。例如使用美国专 利(申请号2004/0010199 Al)中公开的气体仪器可产生血管变形。与此相反，磁法不需任 何血管变形来采集信号。

发明内容
本发明的一个实施例提供了一种无创监测活体血流的装置套件。该套件包括用 于产生局部、单向和恒定磁场的磁源；具有磁敏感器的信号采集模块，该磁敏感器置于磁场 内，用于检测血流引起的磁场调节；以及气体阻尼垫，其中磁源可置于该气体阻尼垫之内或 之上；从而该气体阻尼垫使血流引起的磁源的磁场调节能被放大和/或传送，并且从外部 噪音中分离。在该套件的另一个实施例中，套件进一步包括信号调节模块，用于转化信号采集 模块的输出，给以适当放大；及用于处理来自信号调节模块的输出信号的数字信号处理模 块；因此脉率和血流异常能被监测。在该套件的另一个实施例中，该套件进一步包括一个向用户提供可视或有声通知 的显示/用户界面/警报模块。在该套件的其它实施例中，磁源可以是永磁体或电磁体或 多个电磁体。在进一步的实施例中，由多个电磁体产生的磁场强度是电子控制的。在该套件的另一实施例中，磁敏感器为任何具有适当灵敏度的可检测从磁源 的磁场调节的磁敏感器。在该套件的进一步的实施例中，磁敏感器为巨磁电阻(Giant Magneto Resistance, GMR)磁敏感器，基于磁敏感器的隧道磁电阻(Tunneling Magneto Resistive, TMR)，或各向异性磁电阻(Anisotropic Magneto Resistive, AMR)敏感器。在该套件的另一个实施例中，信号采集模块包括印刷电路板和两个磁敏感器，其 中该印刷电路板夹入两个磁敏感器中间；并且该两个磁敏感器以正交形式配置。在该套件的另一个实施例中，气体阻尼垫具有带环状腔的环形结构，其中该环形 腔以如下方式放置允许嵌入的磁源移动以及保持嵌入的磁源固定。在进一步的实施例中， 在环形腔中的装置包括多个半柔性瓣。在该套件的又一个实施例中，气体阻尼垫包括空气 或非磁性气体。本发明的另一个实施例提供了磁场感知装置。该磁场感知装置包括两个用于传感 磁场的磁敏感器；印刷电路板，其中该印刷电路板夹入两个正交结构配置的磁敏感器中间， 两个磁敏感器电耦合至印刷电路板；从而来自两个磁敏感器的信号输出至印刷电路板；及 用于从印刷电路板多路传送信号的装置，使该信号能被处理。在磁场感知装置的另一个实施例中，磁敏感器为任何具有适当灵敏度的检测 从磁源的磁场调节的磁敏感器。在进一步的实施例中，磁敏感器为巨磁电阻(Giant Magneto Resistance, GMR)磁敏感器，基于磁敏感器的隧道磁电阻(Tunneling Magneto Resistive, TMR)，或各向异性磁电阻(Anisotropic Magneto Resistive, AMR)敏感器。本发明的另一个实施例提供了磁源定位装置。该磁源定位装置包括至少一个磁 源；及带有环状腔的环形结构气体阻尼垫，其中当至少一个磁源嵌入在环状腔内时，该环状 腔以如下方式放置允许嵌入的磁源移动以及定位嵌入的磁源于环状腔内。
在该磁源定位装置的另一个实施例中，该磁源是永磁体或电磁体。在该磁源定位装置的另一个实施例中，环状腔内的装置包括多个半柔性瓣。在该 磁源定位装置的又一个实施例中，气体阻尼垫包括空气或非磁性气体。嵌有磁源的气体阻尼垫的特性提供了本发明的具有许多优点的套件。例如，它允 许磁源沿皮肤的物理特征被定位，具有良好的整合性并且测量位点的物理特征拓扑结构不 会变形。它使周边设备的安装无需硬质结构来容纳气体阻尼垫和磁源。它还通过放大和传 送源信号提高了检测机率。本发明的目的和有益效果将通过以下结合相应附图对优选实施例的具体描述变 得更为清楚。


按照本发明的优选实施例将结合附图被表述如下，其中同样的引用数字表示同样 的元件。图1为已知的用于传感活体脉率和血流的无创磁性装置的功能框图。图2为在手部使用已知的无创磁性装置的俯视图。图3为在手部使用已知的无创磁性装置的截面图。图4为本发明一个实施例的用于无创磁性装置套件的截面图。图5为磁源和气体阻尼垫的四个可仿效的结构。图6为本发明另一实施例的用于无创磁性装置套件的平面图。图7为本发明另一个实施例的用于无创磁性装置套件的平面图。图8为本发明一个实施例的印刷电路板和两个磁敏感器的侧视图。图9为本发明另一实施例的用于无创磁性装置套件的平面图。图10(a)_(c)举例说明了本发明中传送和放大的定义。图11为带有随意定位的磁源以及控制放大和传送结果变化的气体阻尼垫的示意 图。图12为气体阻尼垫形成因子与MMSB信号值之间的关系线图。图13为在不同的安装结构下获得的匪SB信号强度。图14为与敏感器对准相关的匪SB信号强度。
具体实施例为了更好地理解本发明，以下参照本发明具体实施例做详细地阐述。为了更充分地阐述本发明所属的技术领域，申请文件中引用了与本发明相关的公 开文献，这些公开文献揭示了与本发明相关的技术内容。为了全面、透彻的理解本发明，以下做详细地描述。但是，本发明相关领域的技术 人员可以理解并实施的技术不做详细的描述。另外，由于公知的方法、步骤、组成和材料不 会影响本发明的清楚完整，因此也没有做详细的描述。如上所述，本发明的发明人先前已发现当局部、单向和恒定磁场被应用到血管上 时，脉动血液的流动会调节应用在其上的磁场，如果磁敏感器置于磁场中适当的位置，磁场 调节可以直接被感知。早期领域中的新加坡专利(申请号200601301-5)提供了在包括人的活体上用于无创传感脉率和血流的无创磁性装置。该专利以全文引用的形式结合于此。为了更好的理解本发明，新加坡专利(申请号200601301-5)中公开的无创磁性装 置的相关部分主要描述于此。主要的，无创磁性装置包括用于提供磁场的磁源，用于采集调 节信号的磁敏感器，和用于处理和输出处理信号的信号处理/显示子单元。参考图1，无创 磁性装置10包括磁源1，信号采集模块2，和包括信号调节模块3的信号处理/显示子单元 6，信号处理模块4，和显示/用户界面/警报模块5。磁源1提供靠近主干血管的局部、单 向和恒定的磁场。动脉中脉动血液的流动调节应用在其上的磁场，来产生一个血流调节磁 信号(MMSB)。MMSB被信号采集模块转换成电信号，然后再进行一定条件和数字化的信号处 理。处理后的信号，原始的脉率和血流的分布情况，将被传送到显示/用户界面/警报模块 中。信号采集模块2包括一个可以将磁变化转化成与磁信号的变化成比例的电压的 磁敏感器。本发明中的磁敏感器包括，但不限于，自旋电子基敏感器(例如，巨磁电阻(GMR) 敏感器和隧道磁(tunneling magnetoresistive, TMR)敏感器)，各向异性磁(AMR)敏感 器和其他磁敏感器。一个可选用的磁敏感器为自旋电子基敏感器(例如，NVE公司生产的 AAH002-02 )。需要注意的是其他具有不同灵敏度的磁基敏感器也可以用于检测血液调节磁 信号(匪SB)，但是相关的参数(例如，磁源的强度，磁源和敏感器的距离，磁源和敏感器相 对于血管的相对位置和方向)将随实验结果发生一定的改变。如图2和图3所示，无创磁性装置可为腕部佩戴仪器，其中磁源1和磁敏感器2相 对于血管定位。处理信号，也叫做血液调节磁信号(MMSB)，可以是磁源的强度，敏感器的灵 敏度，它们之间的距离，和与靠近皮肤的主干血管的相对位置和方向。对于任何给出的装 置，磁源的强度和敏感器的敏感度都是特异的；它们一经生产后就不受后续操作的影响。值 得注意的是，当电磁组分用做磁源时，其磁性强度可被操作控制。既便如此，通过为装置提 供自由度，MMSB还可得到加强，该自由度可使使用者能够根据他们的相对位置和方向自由 调节磁源/敏感器，以更好地采集MMSB。此外，还可设计为通过其他机构在不改变磁源的强 度和磁敏感器的灵敏度的情况下加强MMSB。进一步地，无创磁性装置作为一项长期监测仪 器需要提供舒适的佩戴。现参照图4，提供了本发明一个实施例的用于无创磁性装置的套件截面图。该无创 磁性成套装置20包括磁源21，磁敏感器22 (未示)，和气体阻尼垫23。为了不使本发明的 原理模糊，用于保持套件20的机构未在此处给出。任何已知的用于支持腕部/肢体佩戴的 机构或方法均适合于本发明中的套件20。这里所示的肢体的侧面图显示，气体垫23提供了 良好的物理特性整合性。值得注意的是，本发明中套件的描述不包括所有可能包含于套件 的组分；相反，只有用于示意本发明原理的磁源和敏感器。其他组分包含于本发明套件，对 本领域没有任何经验的技术人员而言，是显而易见的。磁源可以是任何能够产生恒定磁场的合适的机构。恒定磁源可以是永久磁体，线 匝，铁磁材料上的线匝，或磁体上的线匝。磁敏感器如上述讨论。气体阻尼垫包括空气或非 磁性气体。磁源可安装在与气体阻尼垫有关的不同位置。如图5所示，提供了磁源和气体阻 尼垫的配置的四个可效仿的结构(a)磁源安装在气体阻尼垫的顶部(内部)；(b)磁源安装 在气体阻尼垫的底部；(c)磁源随意浮动在气体阻尼垫内；及(d)磁源安装在气体阻尼垫的底部(外部)。现参照图6，提供了本发明另一个实施例的用于无创磁性装置的套件平面图。气体 阻尼垫23具有环形结构。其进一步包括允许磁源沿环状腔移动且保留磁源在使用者确定 特定定位后不再进行任何移动的机构。如图6所示的一个实施例中，控制磁源在环状腔内 移动和定位的机构包括分散在气腔内的多个半柔性瓣。半柔性瓣允许磁源在气腔内移动且 同时具有保持磁源于其位置的能力。套件20可进一步包括印刷电路板(图6中未示)，其被 设计用于安装至少一个能够在任何方向检测磁场的磁敏感器。气体阻尼垫提供给磁源的移动能力使得使用者能够避免磁敏感器的饱和。这是重 要的，因为个体由血流脉率信号采集位点的不同具有不同物理特性。参照图7，提供了本发明另一个实施例的用于无创磁性装置的套件平面图。该套件 与图6中所示的套件不同于，其包含印刷电路板和两个磁敏感器，且所述两个磁敏感器正 交安装在印刷电路板上，具有合适的连接。参照图8，提供了本发明一个实施例的印刷电路板和两个磁敏感器的侧视图。如图 8所示，印刷电路板夹入两个磁敏感器之间，两个敏感器的方向为正交形式。该正交形式使 得磁敏感器能够在不用校正磁敏感器方向的情况下检测磁场，使其为磁方位传感装置。印 刷电路板与磁敏感器电气耦合，因此可从磁敏感器采集磁场信号并将采集到的信号输出至 电气耦合于印刷电路板的信号处理组分。尽管磁场感知装置已在采集MMSB的内容中给出 描述，其可以被用于任何检测磁场的适当应用中。参照图9，提供了针对本发明另一个实施例的用于无创磁性装置的套件平面图。该 套件包括多个嵌入的环状腔内部的电磁体驱动器，两个正交置于气体阻尼垫中部的磁敏感 器，以及用于激活磁敏感器的印刷电路板。该套件进一步包括控制部件(未示)，该部件用于 测定和激活与血管相关的用于采集最优信号的最佳磁体。多个电磁体驱动器使使用者单独 地或整体地控制和调整磁体的磁性区域强度，从而产生最优信号。本发明的气体阻尼垫23也能放大和传送MMSB。图10 (a)-(c)举例说明了本发 明中传送和放大的定义。“a”指磁源的特征尺寸。放大指由沿血管纵向排列的气体阻尼垫 引起的变量幅度的增加(如匪SB信号)。传送是指由沿血管横向排列的气体阻尼垫引起的 变量幅度的增加(如匪SB信号)。图10 (a)显示用气体阻尼垫的标准匪SB信号采集，其中 该气体阻尼垫具有磁体的类似尺寸。图10 (b)显示用于MMSB采集的气体阻尼垫的传送效 果。图10 (c)显示用于匪SB采集的气体阻尼垫的放大效果。气体阻尼垫可由具有合适的弹性(E)的材料组成，如PTFE。此外，该垫也需要一定 量的压力(P)和足够的体积(V)来确保将外部噪音更好的与MMSB的干扰相分离。如图11所示，提供了带有随意定位的磁源以及控制放大和传送结果变化的气体 阻尼垫的示意图。该放大因子可根据方程(1)计算
Af=/(Y, a, E1 P1^rn
α⑴
其中Af是放大因子；a是磁源的特征尺寸；Y纵向长度；E垫弹性；P垫压力；V垫体积；
k垫常数。传送因子能根据方程(2)计算
权利要求
1.一种磁场感知装置，包括 两个用于传感磁场的磁敏感器；印刷电路板，其中所述印刷电路板夹入两个正交形式配置的磁敏感器中间，所述两个 磁敏感器电耦合至印刷电路板；从而来自两个磁敏感器的信号输出至印刷电路板；以及 用于从印刷电路板多路传送信号的机构，使所述信号能被处理。
2.权利要求1所述的磁场感知装置，其中所述磁敏感器为任何具有适当灵敏度的检测 来自磁源的磁场调节的磁敏感器。
3.权利要求1所述的磁场感知装置，其中所述磁敏感器是巨磁电阻(GMR)磁敏感器。
4.权利要求1所述的磁场感知装置，其中所述磁敏感器是基于磁敏感器的隧道磁电阻 (TMR)0
5.权利要求1所述的磁场感知装置，其中所述磁敏感器是各向异性磁电阻(AMR)敏感
全文摘要
本发明提供了一种磁场感知装置，包括两个用于传感磁场的磁敏感器；印刷电路板，其中所述印刷电路板夹入两个正交形式配置的磁敏感器中间，所述两个磁敏感器电耦合至印刷电路板；从而来自两个磁敏感器的信号输出至印刷电路板；以及用于从印刷电路板多路传送信号的机构，使所述信号能被处理。
文档编号A61B5/0265GK102133095SQ20101059805
公开日2011年7月27日 申请日期2007年6月27日 优先权日2006年9月15日
发明者林振龙, 潘志德, 魏文宗 申请人:南洋理工学院