[发明专利]用于通过体内电流获取生物信息的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于获取生物信号的方法和设备。本发明还涉及在欧洲专利EP0824799和文献“PersonalAreaNetworks(PAN)–Near–FieldIntra-BodyCommunication”(ThomasGuthrieZimmerman，麻省理工学院，1995年9月)中描述的类型的IBAN(“体内区域网络”)数据传输技术。

背景技术

图1示意性示出了包括发射器D1、接收器D2和作为传输介质的对象的体HB的IBAN系统。发射器D1包括外部电极OE1、或环境电极，内部电极IE1、或体电极，以及耦接到这两个电极的电压发生器SG。接收器D2还包括外部电极OE2和内部电极IE2。

发射器D1的发生器SG在电极OE1、IE1之间产生振荡电势V1。电场EF在内部电极IE1与对象的体HB之间形成，并且在外部电极OE1和环境之间形成。体HB被认为是可通过发射器D1充电和放电的大电容器板。环境由地面示意性表示，并且具有认作为形成IBAN系统的接地端GND的参考电势。施加到对象的体的电荷给予其不同于环境电势的电势，这导致在体和环境之间以及体和接收器D2之间出现电场EF。电压V2出现于接收器D2的电极IE2上。接收器电路RCT测量相对于外部电极OE2的电势的电压V2。

图2是图1的IBAN网络以电容和电阻的电网络形式的表示。电容器C1表示在设备D1的内部电极IE1与最接近该电极的体区域之间的电容耦接，示意性表示为点PH1。电容器C2表示在设备D2的内部电极IE2与最接近该电极的体区域之间的电容耦接，示意性表示为点P2。电容器C3表示在设备D1的外部电极OE1与环境之间的电容耦接。电容器C4表示在设备D2的外部电极OE2与环境之间的电容耦接。电容器C5表示在电极OE1与IE1之间的电容耦接。电容器6表示在电极OE2与IE2之间的电容耦接，以及电容器C7表示在脚与环境之间的电容耦接。为了简便，本文中未示出在麻省理工学院的模型中起重要作用的其它耦接电容器。

此外，认为体是由电阻器R1、R2、R3、R4、R5示意性表示的纯电阻节点。电阻器R1和R2串联并经过假想的中间点P3。它们示出了在点P1和P2之间的体的总电阻器。假定例如使用者通过其右手和左手电容地耦接设备D1和D2，电阻器R1是右臂和右肩的电阻器，并且电阻器R2是左肩和左臂的电阻器，中间点P3位于两肩之间。电阻器R3将点P3连接到骨盆附近的假想点P4并且表示胸腔的电阻器。电阻器R4和R5并联并且每一个电阻器将点4连接到通过电容器C7耦接到环境的假想点P5，并且表示左腿和右腿的串联电阻器。

当将电压V1施加到电极IE1、OE1时，通过电压发生器SG传输电流。该电流的第一部分Ia通过电容器C5到达外部电极OE1，并且该电流的第二部分Ib通过电容器C1被注入到体内以形成体内电流。电流Ib的一部分Ic通过电阻器R1、胸腔的电阻器R3和腿的电阻器R4、R5，然后电容器C7，然后通过经过环境和电容器C3流入设备D1的外部电极OE1，环境由虚线表示。电流Ib的另一部分Id经过电阻器R1、R2和电容器C1到达设备D2的内部电极IE2，然后经过设备D2并通过经过环境和电容器C3流入设备D1的外部电极OE1，该环境也由虚线表示。电阻R3+R4或R3+R5可能远高于电阻R2，并且电流Ic远低于电流Id。体内电流Id在电极IE2、OE2的端子处生成电压V2，并且后者由接收器电路RCT测量。

为了从设备D1向设备D2传输数据，由数据载波信号来调制电压V1的幅值。该幅值调制反映在电流Id和电压V2中。设备D2解调电流Id或电压V2并从中提取数据信号。

电流Id非常低，如同电压V2一样，其一般在一毫伏到几毫伏数量级。由于微电子领域的进步，目前制造能够检测非常低的AC信号并从中提取数据载波调制信号的半导体芯片上的集成电路以便实施IBAN应用。例如，Microchip市售的MCP2030和MCP2030“AnalogFront-EndDeviceBodyComApplications”的集成电路专门设计用于IBAN应用。

IBAN网络使得接近身体的设备能够交换数据。一种公知的方法特别包括使用IBAN网络向信息收集设备传达由例如心跳传感器的传感器测量的生物参数。这样，心跳传感器装配有发射器D1，并且收集设备装配有接收器D2。在传感器与收集设备之间建立IBAN数据链路。收集设备装配有用于存储、分析和/或显示心跳或用于将收集设备传送到远程设备的装置。