專(zhuān)利名稱(chēng):電容感測(cè)和傳達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明主要涉及一種用于感測(cè)生理信號(hào)并且傳達(dá)身體耦合通信(BCC)信號(hào)的設(shè) 備、系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù):
身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(BAN)是無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)的子集,該WPAN又是個(gè)人區(qū)域 網(wǎng)絡(luò)(PAN)的子集。這樣的網(wǎng)絡(luò)可以用于在位于個(gè)人附近的設(shè)備之間傳達(dá)數(shù)據(jù)。已經(jīng)提出BCC作為用于BAN物理層技術(shù)的首選。也在IEEE 802. 15. 6BAN標(biāo)準(zhǔn)化 中考慮它。通過(guò)人體而不是通過(guò)空氣傳送BCC信號(hào)。因此,基于這樣的信號(hào)的通信限于接近 人體的區(qū)域。這與其中覆蓋大得多的區(qū)域的射頻(RF)通信形成對(duì)照。因此當(dāng)使用BCC信號(hào)時(shí),僅在處于相同人體上、連接到該人體或者放置于該人體 附近的設(shè)備之間有可能通信。這使得能夠創(chuàng)建安全BAN。在圖7中示出了 BCC系統(tǒng)的示意圖。BCC系統(tǒng)700包括發(fā)送器705和接收器710 以及電極715,720,725和730。發(fā)送器705連接到電極715和720,而接收器710連接到電 極725和730,其中各電極715、720、725和730在圖7中圖示為平板。發(fā)送器705通過(guò)人體 電容耦合到接收器710以便從前者向后者發(fā)送信號(hào)。例如,它們可以如圖7中所示通過(guò)人 的前臂來(lái)電容耦合。在靜電耦合用來(lái)從發(fā)送器705向接收器710發(fā)送信號(hào)時(shí),需要電流返 回路徑。這樣的返回路徑由空氣(電介質(zhì))和接地(電介質(zhì)和導(dǎo)體)提供。BAN技術(shù)可以應(yīng)用于醫(yī)療身體上傳感器網(wǎng)絡(luò)中,其中重要的是傳感器僅與相同人 體上的其它傳感器交換數(shù)據(jù)(或者標(biāo)識(shí)密鑰)。這一技術(shù)的其它應(yīng)用可以例如是體育、軍用 和安全領(lǐng)域。另一方面,也已經(jīng)提出電容技術(shù)用于感測(cè)生理信號(hào),如例如心電圖(ECG)信號(hào)、腦 電圖(EEG)信號(hào)和肌動(dòng)電流圖(EMG)信號(hào)。當(dāng)使用電容技術(shù)時(shí),感測(cè)可以是無(wú)接觸式的。也 就是說(shuō),傳感器無(wú)需觸摸人的身體。這與先前提出的傳感器系統(tǒng)如例如常用ECG系統(tǒng)形成 對(duì)照。利用這些系統(tǒng),傳感器需要用膠粘貼或者連接到人的身體。由于當(dāng)使用電容技術(shù)無(wú) 需這樣的接觸時(shí),所以傳感器可以利用這一技術(shù)例如集成于衣物中。因此,通過(guò)將電容技術(shù) 運(yùn)用于感測(cè)目的來(lái)實(shí)現(xiàn)如例如在康復(fù)領(lǐng)域中的新應(yīng)用。在圖8中示出了電容生理感測(cè)設(shè)備的示意圖。電容生理感測(cè)設(shè)備800包括傳感器 處理單元805以及電極810和815。傳感器處理單元805連接到電極810和815。電極810 和815放置于人體附近以便借助電容耦合從人體拾取信號(hào)。如圖8中所示,它們可以例如 放置于人的前臂。向傳感器處理單元805輸入由電極810和815拾取的原始信號(hào),該傳感 器處理單元調(diào)節(jié)和處理這一原始信號(hào)以獲得所需生理信號(hào),如例如ECG信號(hào)??梢酝ㄟ^(guò)導(dǎo)線或者經(jīng)由RF技術(shù)(如例如ZigBee或者WiFi)發(fā)送由電容生理感測(cè) 設(shè)備(如例如圖8中所示電容生理感測(cè)設(shè)備800)輸出的生理信號(hào)。如果通過(guò)導(dǎo)線發(fā)送生 理信號(hào),則所有電容生理感測(cè)設(shè)備必須由導(dǎo)線連接。這可能在包括多個(gè)電容生理感測(cè)設(shè)備的系統(tǒng)的操作期間造成許多錯(cuò)誤。例如,當(dāng)在臨床環(huán)境中使用這樣的系統(tǒng)時(shí),可能由于松弛 接觸和人員移動(dòng)而出現(xiàn)錯(cuò)誤。另外,這一種系統(tǒng)由于導(dǎo)線混亂而沒(méi)有為生活方式應(yīng)用如例 如康復(fù)和體育提供便利感測(cè)??傃灾谟芯€通信的感測(cè)系統(tǒng)既不可靠也不便利??梢酝ㄟ^(guò)將RF連接或者鏈路用于發(fā)送生理信號(hào)來(lái)解決上文提到的問(wèn)題。然而,這 樣的RF鏈路的弊端在于用于感測(cè)生理信號(hào)的感測(cè)設(shè)備所在的人體阻礙RF鏈路。另外,RF 通信范圍并不限于一個(gè)人。RF方式的另一弊端包括必須向每個(gè)感測(cè)設(shè)備添加額外RF通信 解決方案,這明顯增加解決方案的成本及其功率消耗。因此,基于RF的感測(cè)系統(tǒng)的操作由于身體阻礙而變得不可靠。另外,它們的操作 甚至由于提供不限于或者不止于一個(gè)人的通信范圍而變得不安全。此外,這樣的系統(tǒng)的各 感測(cè)設(shè)備需要用于通信的額外天線和RF解決方案。WO 2006/064397A2公開(kāi)一種用于監(jiān)視患者的無(wú)線網(wǎng)絡(luò),其中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括至少一 個(gè)可佩帶監(jiān)視器,該監(jiān)視器包括生理?xiàng)l件傳感器,其耦合到患者以感測(cè)與患者的一個(gè)生理 功能有關(guān)的數(shù)據(jù);以及第一身體通信單元,其對(duì)接生理?xiàng)l件傳感器以利用近場(chǎng)電容身體耦 合協(xié)議通過(guò)患者進(jìn)行通信。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)還包括中繼系統(tǒng),該中繼系統(tǒng)包括利用近場(chǎng)電容身體 耦合協(xié)議從第一身體通信單元接收數(shù)據(jù)并且與第一身體通信單元通信的第二身體通信單 元;以及外部通信單元,其向遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)視站傳達(dá)數(shù)據(jù)。也就是說(shuō),在這一文獻(xiàn)中描述的布 置包括專(zhuān)用于感測(cè)目的的常規(guī)傳感器和專(zhuān)用于通信目的的單獨(dú)身體通信單元。
發(fā)明內(nèi)容
希望具有數(shù)目減少的設(shè)備。還希望減少該布置的尺寸、復(fù)雜度和成本。另外希望 與使用單獨(dú)的傳感器和通信單元相比減少這一布置的功率消耗。這樣的希望由根據(jù)權(quán)利要求1的一種設(shè)備和根據(jù)權(quán)利要求19的一種方法實(shí)現(xiàn)。因而,在本發(fā)明的第一方面中,給出一種可放置于人類(lèi)或者動(dòng)物身體上或者附近 的設(shè)備,其中該設(shè)備包括感測(cè)單元,該感測(cè)單元被配置成電容感測(cè)來(lái)自人類(lèi)或者動(dòng)物身體 的生理信號(hào)并且電容傳達(dá)用于身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的身體耦合通信信號(hào)。也就是說(shuō),提供一種具 有身體耦合通信能力的電容感測(cè)設(shè)備。利用該設(shè)備,單個(gè)感測(cè)單元可以用來(lái)感測(cè)或者測(cè)量 生理信號(hào)并且傳達(dá)身體耦合通信信號(hào)。換而言之,相同耦合器可以同時(shí)用于感測(cè)、發(fā)送和接 收。因此,感測(cè)和通信可以由相同感測(cè)單元同時(shí)進(jìn)行。因此,與先前提出的設(shè)備的尺寸、成 本和功率消耗相比可以減少該設(shè)備的尺寸、成本和功率消耗。該設(shè)備潛在地可能功率超低 并且成本較低,因?yàn)樗鼰o(wú)需額外天線和RF單元。另外無(wú)需使用導(dǎo)線。因此該設(shè)備未出現(xiàn)導(dǎo) 線混亂。根據(jù)第一方面的設(shè)備可以包括配置成對(duì)生理信號(hào)進(jìn)行低通濾波或者帶通濾波的 第一濾波單元。第一濾波單元使得能夠去除不屬于感測(cè)的生理信號(hào)的其它譜內(nèi)容。例如,可 以濾除來(lái)自其它設(shè)備的通信信號(hào)以便獲得無(wú)任何偽像(artefact)的相關(guān)生理信號(hào)內(nèi)容。 因此,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所需生理量的改進(jìn)測(cè)量。該設(shè)備也可以包括配置成處理基于生理信號(hào)的信號(hào)的處理單元。處理單元可以取 回待感測(cè)的所需生理量。也就是說(shuō),它可以調(diào)節(jié)和處理由感測(cè)單元拾取的原始信號(hào)以獲得 生理量。由此可以獲得生理量的準(zhǔn)確值。該設(shè)備可以包括配置成對(duì)接收的身體耦合通信信號(hào)進(jìn)行高通濾波或者帶通濾波的第二濾波單元。利用第二濾波單元,可以去除生理信號(hào)內(nèi)容和任何高頻噪聲。由此,可以 提高錯(cuò)誤率減少的改進(jìn)通信。該設(shè)備可以包括配置成檢測(cè)由接收的身體耦合通信信號(hào)傳送的數(shù)據(jù)的檢測(cè)單元。 檢測(cè)單元使得能夠取回從另一設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)、例如由其他設(shè)備感測(cè)的生理數(shù)據(jù)。因此,可 以取回由另一設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)而同時(shí)借助感測(cè)單元獲取本地生理數(shù)據(jù)。該設(shè)備可以包括配置成存儲(chǔ)基于生理信號(hào)的數(shù)據(jù)、由接收的身體耦合通信信號(hào)傳 送的數(shù)據(jù)和由另一通信信號(hào)傳送的數(shù)據(jù)中的至少一種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)允許進(jìn)一 步處理該數(shù)據(jù)。例如,可以應(yīng)用數(shù)據(jù)融合以便獲得對(duì)生理量的更準(zhǔn)確估計(jì)。該設(shè)備可以包括配置成組合由設(shè)備在不同時(shí)間點(diǎn)生成的多個(gè)數(shù)據(jù)和由不同設(shè)備 生成的多個(gè)數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)的組合單元。組合單元可以用來(lái)組合不同測(cè)量數(shù)據(jù)以便進(jìn)行 某一判決或者例如通過(guò)組合由不同設(shè)備生成的數(shù)據(jù)以便減少電容感測(cè)出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)偽像的 影響來(lái)導(dǎo)出可以比通過(guò)使用單個(gè)數(shù)據(jù)可獲得的估計(jì)更準(zhǔn)確的對(duì)生理量的另一估計(jì)。該設(shè)備可以包括配置成根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和組合的數(shù)據(jù)中的至少一種數(shù)據(jù)和其它 數(shù)據(jù)來(lái)生成發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送數(shù)據(jù)生成單元。通過(guò)使用發(fā)送數(shù)據(jù)生成單元,有可能生成可以 包括多個(gè)生理數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)的緊湊發(fā)送數(shù)據(jù)塊。由此,可以進(jìn)行高效數(shù)據(jù)發(fā)送。該設(shè)備可以包括配置成調(diào)制發(fā)送數(shù)據(jù)以獲得將發(fā)送的身體耦合通信信號(hào)的調(diào)制 單元。調(diào)制單元可以形成適合于身體耦合通信的信號(hào),其中該信號(hào)理想地不含將由設(shè)備本 身和其它設(shè)備感測(cè)的生理信號(hào)的頻率范圍中的譜內(nèi)容,從而避免對(duì)這些生理信號(hào)的任何干 擾。為了改進(jìn)這一點(diǎn),該設(shè)備還可以包括配置成對(duì)將發(fā)送的身體耦合通信信號(hào)進(jìn)行高通濾 波的第三濾波單元。第三濾波單元可以用來(lái)抑制待感測(cè)的生理信號(hào)的頻率范圍中的信號(hào)分 量。因此,可以改進(jìn)對(duì)生理信號(hào)的感測(cè),因?yàn)槌霈F(xiàn)更少由于發(fā)送的身體耦合通信信號(hào)所致的 干擾。結(jié)果,可以獲得對(duì)生理量的更準(zhǔn)確估計(jì)。該設(shè)備可以包括配置成向與人類(lèi)或者動(dòng)物身體分離的設(shè)備傳達(dá)通信信號(hào)的通信 單元。通信單元可以用來(lái)向與人類(lèi)或者動(dòng)物身體分離的設(shè)備遞送數(shù)據(jù),比如由設(shè)備感測(cè)或 者由此接收的原始或者處理過(guò)的生理數(shù)據(jù)。另一方面,這實(shí)現(xiàn)將設(shè)備用作轉(zhuǎn)發(fā)源于其它設(shè) 備的數(shù)據(jù)的中樞(hub)。另一方面,可以借助通信單元來(lái)實(shí)施比如用來(lái)監(jiān)視和顯示患者的生 理功能并且在危急事件出現(xiàn)的情況下輸出報(bào)警消息的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)視站這樣的應(yīng)用。該設(shè)備可以被配置成同時(shí)感測(cè)生理信號(hào)并且傳達(dá)身體耦合通信信號(hào)。因此,相同 耦合器可以用來(lái)連續(xù)地感測(cè)生理信號(hào)并且傳達(dá)身體耦合通信信號(hào)而無(wú)需額外通信裝置和/ 或間歇感測(cè)或者通信。該設(shè)備可以被配置成同時(shí)感測(cè)多個(gè)生理信號(hào)。因此,有可能由單個(gè)設(shè)備感測(cè)不同 生理信號(hào),例如在肌肉處一起測(cè)量的ECG信號(hào)和EMG信號(hào)。因此,不需要將多個(gè)設(shè)備或者感 測(cè)單元用于這一目的。結(jié)果,可以減少用于感測(cè)不同生理信號(hào)的感測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。該設(shè)備可以集成到紡織品、鞋和體育裝備中的至少一個(gè)中。這實(shí)現(xiàn)便利增加的例 如在康復(fù)和體育領(lǐng)域中的應(yīng)用。例如,如果要監(jiān)視運(yùn)動(dòng)員的生理功能,則運(yùn)動(dòng)員僅需穿上他 的/她的運(yùn)動(dòng)裝或者甚至僅需利用運(yùn)動(dòng)裝備。另外,在臨床環(huán)境中測(cè)量患者的生理信號(hào)也 可以更容易、更可靠和更便利,因?yàn)樵撛O(shè)備可以簡(jiǎn)單地例如集成到患者的衣物或者床中。在 這兩種情況下并且對(duì)于其它應(yīng)用,該設(shè)備無(wú)需用膠粘貼或者連接到個(gè)人。該設(shè)備可以是電容無(wú)接觸式傳感器、身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)傳感器和醫(yī)療身體上傳感器中的至少一個(gè)。如果該設(shè)備例如是身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)傳感器或者醫(yī)療身體上傳感器,它可以容易 地與相同類(lèi)型的其它傳感器互連以便形成傳感器網(wǎng)絡(luò)。因此無(wú)需適配工作。在本發(fā)明的第二方面中,給出一種包括多個(gè)根據(jù)第一方面的設(shè)備的系統(tǒng),其中所 述多個(gè)設(shè)備中的至少兩個(gè)設(shè)備被配置成相互通信。利用這一種系統(tǒng),無(wú)需使用導(dǎo)線。因此 未出現(xiàn)導(dǎo)線混亂。另外,該系統(tǒng)與運(yùn)用額外RF通信單元或者其它種類(lèi)的通信單元的系統(tǒng)相 比復(fù)雜度更小。因此,它可以是低功率和低成本的。該系統(tǒng)潛在地可以甚至是超低功率和 低成本的,因?yàn)樗鼰o(wú)需額外天線和RF單元。該系統(tǒng)可以是身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)療身體上傳感器網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)。這樣的類(lèi)型 的系統(tǒng)可以容易地例如運(yùn)用于醫(yī)療應(yīng)用并且無(wú)需加以適配以便監(jiān)視患者或者服務(wù)于其它 目的。在本發(fā)明的第三方面中,根據(jù)第一方面的一種設(shè)備用于患者監(jiān)視、體育表演訓(xùn)練 或者康復(fù)應(yīng)用。當(dāng)將設(shè)備用于這樣的應(yīng)用時(shí),無(wú)需導(dǎo)線或者額外通信解決方案。因此,一種 更可靠、更便利和更低成本的設(shè)置是可行的。在本發(fā)明的第四方面中,給出一種方法,該方法包括a)電容感測(cè)來(lái)自人類(lèi)或者 動(dòng)物身體的生理信號(hào);并且b)電容傳達(dá)用于身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的身體耦合通信信號(hào),其中步驟 a)和b)由可放置于人類(lèi)或者動(dòng)物身體上或者附近的設(shè)備的感測(cè)單元進(jìn)行。該方法使得能 夠?qū)蝹€(gè)感測(cè)單元用于感測(cè)或者測(cè)量生理信號(hào)并且傳達(dá)身體耦合通信信號(hào)。換而言之,相 同耦合器可以同時(shí)用于感測(cè)、發(fā)送和接收。因此,感測(cè)和通信可以由相同感測(cè)單元同時(shí)進(jìn) 行。因此,與先前提出的設(shè)備的尺寸、成本和功率消耗相比可以減少包括感測(cè)單元的設(shè)備的 尺寸、成本和功率消耗。該設(shè)備潛在地可以是超低功率和低成本,因?yàn)樗鼰o(wú)需額外天線和RF 單元。另外,無(wú)需使用導(dǎo)線。因此未出現(xiàn)導(dǎo)線混亂。在本發(fā)明的第五方面中,給出一種計(jì)算機(jī)程序,其中該計(jì)算機(jī)程序包括程序代碼 組件,在計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)該程序代碼組件用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)第四方面的 方法的步驟。因此,可以實(shí)現(xiàn)與根據(jù)第四方面的方法相同的優(yōu)點(diǎn)。利用本發(fā)明的第一至第五方面,在用來(lái)感測(cè)生理信號(hào)的設(shè)備之間的通信可以限于 一個(gè)人類(lèi)或者動(dòng)物身體。另外,這樣的通信可以是穩(wěn)健的并且無(wú)需附加硬件,由此展示出比 先前提出的解決方案更小的功率消耗和更低的成本。此外,通信未出現(xiàn)身體阻礙,因?yàn)槿祟?lèi) 或者動(dòng)物身體用作通信介質(zhì)。在從屬權(quán)利要求中限定更多有利修改。
根據(jù)下文參照以下附圖描述的實(shí)施例將清楚本發(fā)明的這些和其它方面并且將通 過(guò)該實(shí)施例闡明這些和其它方面圖1示出了圖示根據(jù)實(shí)施例的示例設(shè)備的基本布置的示意框圖;圖2示出了更具體圖示根據(jù)實(shí)施例的示例設(shè)備的示意框圖;圖3示出了包括兩個(gè)根據(jù)實(shí)施例的設(shè)備的示例系統(tǒng)的示意圖;圖4示出了圖示根據(jù)實(shí)施例的示例方法的基本步驟的流程圖;圖5示出了實(shí)施例的基于軟件的實(shí)施方式的例子;圖6示出了實(shí)施例在體育領(lǐng)域中的示例應(yīng)用;
圖7示出了 BCC系統(tǒng)的示意圖;并且圖8示出了電容生理感測(cè)設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了圖示根據(jù)實(shí)施例的示例設(shè)備的基本布置的示意框圖。設(shè)備100包括感 測(cè)部分或者單元105、處理部分110和收發(fā)器部分115。設(shè)備100可以是傳感器或者傳感器 節(jié)點(diǎn)并且可放置于人類(lèi)或者動(dòng)物身體上或者附近。感測(cè)單元105可以電容感測(cè)或者測(cè)量生 理信號(hào)??梢詮母袦y(cè)單元105向處理部分110供應(yīng)感測(cè)的生理信號(hào)。處理部分110可以對(duì) 感測(cè)的生理信號(hào)進(jìn)行濾波和處理。另外,它可以存儲(chǔ)處理結(jié)果或者未處理的生理信號(hào)并且 向收發(fā)器部分115供應(yīng)該處理結(jié)果或者生理信號(hào)。此外,身體耦合通信(BCC)信號(hào)可以由 感測(cè)單元105傳達(dá),其中人類(lèi)或者動(dòng)物身體用作通信介質(zhì)。BCC信號(hào)可以預(yù)期去往身體區(qū)域 網(wǎng)絡(luò)(BAN)。收發(fā)器部分115可以對(duì)感測(cè)單元105拾取的接收BCC信號(hào)進(jìn)行濾波和檢測(cè)。 另外,收發(fā)器部分115可以生成將經(jīng)由感測(cè)單元105和人類(lèi)或者動(dòng)物身體發(fā)送的BCC信號(hào) 并且對(duì)該BCC信號(hào)進(jìn)行濾波。發(fā)送的BCC信號(hào)可以包括關(guān)于感測(cè)結(jié)果的信息、即測(cè)量的生 理信號(hào)。圖2示出了更具體圖示根據(jù)實(shí)施例的示例設(shè)備的示意框圖。圖2中所示設(shè)備200 對(duì)應(yīng)于圖1中所示設(shè)備100。設(shè)備200包括分別與如圖1中所示感測(cè)單元105、處理部分110 和收發(fā)器部分115對(duì)應(yīng)的感測(cè)單元205、處理部分210和收發(fā)器部分215。感測(cè)單元205包 括兩個(gè)電極220、225。電極220、225被圖示為理想平板、但是也可以具有其它形式。處理 部分210包括第一濾波器或者濾波單元230、處理單元235如例如傳感器信號(hào)處理單元、存 儲(chǔ)單元240如例如存儲(chǔ)器設(shè)備和組合單元245如例如數(shù)據(jù)融合單元。收發(fā)器部分215包括 接收路徑或者級(jí)中的第二濾波器或者濾波單元250和檢測(cè)單元255以及發(fā)送路徑或者級(jí)中 的發(fā)送數(shù)據(jù)生成單元260、調(diào)制單元265和第三濾波器或者濾波單元270。另外,切換單元 275 (如例如晶體管)包含于收發(fā)器部分215中。感測(cè)單元205可以借助放置于人類(lèi)或者動(dòng)物身體上或者附近的電極220、225來(lái)感 測(cè)或者測(cè)量源于人類(lèi)或者動(dòng)物身體的生理信號(hào)。可以通過(guò)使用電極220、225之一將接地 (GND)參考應(yīng)用于測(cè)量。然而,這是可選的。另外,也可以使用另一預(yù)定參考。此外對(duì)于一 些配置,僅一個(gè)電極可以放置于人類(lèi)或者動(dòng)物身體上或者附近。在這樣的情況下,可以用另 一方式實(shí)現(xiàn)接地或者其它預(yù)定參考。例如,可以使用收發(fā)器/傳感器印刷電路板(PCB)的 接地板。其它變化包括有線接地。感測(cè)單元205可以用來(lái)測(cè)量至少一個(gè)生理信號(hào),如例如ECG、EEG和/或EMG信號(hào)。 這樣的生理信號(hào)通常包括低頻內(nèi)容。因此,它們可以由第一濾波單元230低通濾波以便去 除或者抑制例如從由其它設(shè)備發(fā)送并且同時(shí)由感測(cè)單元205接收或者僅對(duì)感測(cè)的生理信 號(hào)有干擾的BCC信號(hào)產(chǎn)生的其它譜內(nèi)容。第一濾波單元230可以是低通濾波器(LPF)或者 帶通濾波器(BPF)。BPF也可以用來(lái)去除或者抑制直流(DC)信號(hào)貢獻(xiàn)。第一濾波單元230輸出的信號(hào)可以由處理單元235處理以便提取或者取回待感測(cè) 的所需生理量。這一處理過(guò)程的結(jié)果可以存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元240中。存儲(chǔ)單元240可以保持 來(lái)自于由設(shè)備200實(shí)現(xiàn)的先前測(cè)量的結(jié)果、源于連接到設(shè)備200的其它(電容或者非電容) 設(shè)備或者傳感器的測(cè)量結(jié)果和/或通過(guò)BCC鏈路接收的其它(電容或者非電容)設(shè)備的測(cè)
8量結(jié)果。組合單元245可以應(yīng)用數(shù)據(jù)融合(組合)以便組合不同測(cè)量結(jié)果或者測(cè)量的信號(hào) 以便進(jìn)行判決或者導(dǎo)出待感測(cè)的至少一個(gè)生理量的另一個(gè)和/或更準(zhǔn)確估計(jì)。例如,可以 組合信號(hào)以去除運(yùn)動(dòng)偽像的影響,這明顯改進(jìn)感測(cè)并且緩解電容測(cè)量的主要弊端。發(fā)送數(shù)據(jù)生成單元260可以直接組合由組合單元245實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)融合過(guò)程產(chǎn)生的 數(shù)據(jù)和/或來(lái)自存儲(chǔ)單元240的數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)以便生成將通過(guò)電容(BCC)鏈路向至少一 個(gè)其它設(shè)備發(fā)送的發(fā)送數(shù)據(jù)。由發(fā)送數(shù)據(jù)生成單元260生成的發(fā)送數(shù)據(jù)可以由調(diào)制單元 265調(diào)制以便形成將發(fā)送的BCC信號(hào)、即適合于BCC發(fā)送的信號(hào)。這可以包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行 調(diào)制和編碼并且向發(fā)送數(shù)據(jù)添加訓(xùn)練和同步結(jié)構(gòu)。理想地,將經(jīng)由BCC鏈路發(fā)送的BCC發(fā) 送(TX)信號(hào)不包括待感測(cè)的(一個(gè)或者多個(gè))生理信號(hào)的頻率范圍中的譜內(nèi)容。為了進(jìn) 一步改進(jìn)這一點(diǎn),第三濾波單元270可以用來(lái)對(duì)BCC TX信號(hào)進(jìn)行濾波以便去除或者抑制頻 帶(即待感測(cè)的(一個(gè)或者多個(gè))生理信號(hào)的頻率范圍)的對(duì)應(yīng)部分中的信號(hào)分量。第三 濾波單元270可以是高通濾波器(HPF)??梢越?jīng)由感測(cè)單元205和人類(lèi)或者動(dòng)物身體(即 BCC鏈路)發(fā)送由第三濾波單元270輸出的信號(hào)。設(shè)備200可以從如上所述發(fā)送模式切換成接收模式以便接收BCC信號(hào)。從發(fā)送模 式向接收模式以及相反的切換可以由切換單元275實(shí)現(xiàn)。在圖2中圖示了切換單元275的 用于接收模式的設(shè)置。也就是說(shuō),有從感測(cè)單元205到收發(fā)器部分215的接收級(jí)的信號(hào)路 徑。對(duì)于發(fā)送模式,將設(shè)置切換單元275使得有從收發(fā)器部分215的發(fā)送級(jí)到感測(cè)單元205 的信號(hào)路徑。在接收模式中,BCC信號(hào)可以由感測(cè)單元205拾取或者接收。接收的BCC信號(hào)可以 由第二濾波單元250高通濾波以便去除或者抑制生理信號(hào)內(nèi)容。第二濾波單元250可以是 HPF或者BPF。BPF也可以用來(lái)去除例如來(lái)自RF信號(hào)的高頻噪聲或者干擾。檢測(cè)單元255 可以向第二濾波單元250的輸出應(yīng)用BCC接收(RX)信號(hào)的檢測(cè)以檢測(cè)或者取回從另一設(shè) 備發(fā)送的BCC RX信號(hào)。因此,可以借助由檢測(cè)單元255進(jìn)行的檢測(cè)過(guò)程來(lái)檢測(cè)或者取回由 BCC RX信號(hào)傳送的數(shù)據(jù)。檢測(cè)過(guò)程可以例如包括自動(dòng)增益控制(AGC)、同步、信道估計(jì)、符 號(hào)相關(guān)和解碼。檢測(cè)或者取回的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元240中。隨后,可以向它施加處 理,比如由組合單元245施加的上述數(shù)據(jù)融化(組合)。設(shè)備200可以包括通信單元280如例如射頻(RF)單元或者實(shí)現(xiàn)有線連接的單元。 在這一情況下,它可以在包括多個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)中用作中樞。類(lèi)似于收發(fā)器部分215的發(fā)送 級(jí),通信單元280可以包括比如發(fā)送數(shù)據(jù)生成單元、調(diào)制單元和濾波單元這樣的元件。它可 以被配置成向與設(shè)備200所在的人類(lèi)或者動(dòng)物身體分離的設(shè)備傳達(dá)通信信號(hào)。通信單元 280可以用來(lái)向與人類(lèi)或者動(dòng)物身體分離的設(shè)備遞送數(shù)據(jù),如例如由設(shè)備200感測(cè)或者由 此接收的原始或者處理過(guò)的生理數(shù)據(jù)。這使得能夠?qū)⒃O(shè)備200用作中樞,該中樞經(jīng)由BCC鏈 路轉(zhuǎn)發(fā)源于其它設(shè)備并且向設(shè)備200發(fā)送的數(shù)據(jù)。另外,可以實(shí)施比如用來(lái)監(jiān)視和顯示患 者的生理功能并且在危急事件出現(xiàn)的情況下輸出報(bào)警消息的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)視站這樣的應(yīng)用。通信單元280可以直接遞送由組合單元245實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)融合過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和/ 或來(lái)自存儲(chǔ)單元240的數(shù)據(jù)。就這一點(diǎn)而言,應(yīng)當(dāng)注意在圖2的示例布置中通信單元280 僅連接到組合單元245,然而在其它布置中它也可以連接到存儲(chǔ)單元240。作為上述結(jié)構(gòu)的一種替代結(jié)構(gòu),可以使用測(cè)量和發(fā)送(即感測(cè)的生理信號(hào)和傳達(dá) 的BCC信號(hào))的時(shí)間復(fù)用。也就是說(shuō),相互通信的兩個(gè)或者更多設(shè)備可以被配置成具有對(duì)
9時(shí)間的某一共同理解。然后,X個(gè)時(shí)隙之一可以用于感測(cè),而X個(gè)時(shí)隙中的X-I個(gè)時(shí)隙可以 用于數(shù)據(jù)發(fā)送、即通信。由此可以避免感測(cè)中的干擾。換而言之,多個(gè)設(shè)備被配置成以同步 方式通信,從而設(shè)備無(wú)一在感測(cè)時(shí)段期間通信。設(shè)備20可以集成到紡織品、鞋或者體育裝備中并且可以與各種應(yīng)用一起使用。它 可以被配置成BAN的部分。一般而言,設(shè)備200的應(yīng)用是BAN領(lǐng)域,比如身體傳感器網(wǎng)絡(luò), 如例如醫(yī)療身體上傳感器網(wǎng)絡(luò)。它的應(yīng)用范圍是保健和生活方式。典型應(yīng)用是患者監(jiān)視、 體育表演訓(xùn)練和康復(fù)。另外,設(shè)備200可以用來(lái)同時(shí)感測(cè)多個(gè)生理信號(hào)。例如,可以同時(shí)感測(cè)不同生理信 號(hào),例如在肌肉處一起測(cè)量的ECG信號(hào)和EMG信號(hào)??梢砸黄饻y(cè)量什么種類(lèi)的生理信號(hào)依賴 于設(shè)備200在人類(lèi)或者動(dòng)物身體的位置。不同種類(lèi)的生理信號(hào)的同時(shí)測(cè)量是可能的,因?yàn)?所有這些信號(hào)具有相同頻率范圍中的譜內(nèi)容、因此可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)低通濾波的濾波單元230。 可以通過(guò)處理單元235中的適當(dāng)處理來(lái)取回單獨(dú)的生理信號(hào)。圖3示出了包括兩個(gè)根據(jù)實(shí)施例的設(shè)備的示例系統(tǒng)的示意圖。圖3中所示系統(tǒng) 300包括放置于人的前臂上或者附近的兩個(gè)設(shè)備305、310。各設(shè)備305、310分別對(duì)應(yīng)于圖 1中所示設(shè)備100和圖2中所示設(shè)備200。設(shè)備305包括感測(cè)單元315,其包括電極320、 325 ;以及傳感器節(jié)點(diǎn)部分330,其包括處理部分335和收發(fā)器部分340。設(shè)備310包括感 測(cè)單元345,其包括電極350、355 ;以及傳感器節(jié)點(diǎn)部分360,其包括處理部分365和收發(fā)器 部分370。一方面為感測(cè)單元315、處理部分335和收發(fā)器部分340以及另一方面為感測(cè)單 元345、處理部分365和收發(fā)器部分370分別對(duì)應(yīng)于如圖1中所示的感測(cè)單元105、處理部 分110和收發(fā)器部分115以及如圖2中所示的感測(cè)單元205、處理部分210和收發(fā)器部分 215。各設(shè)備305、310可以電容感測(cè)在放置相應(yīng)設(shè)備的人的前臂一部分的至少一個(gè)生 理信號(hào)。另外,設(shè)備305可以向設(shè)備310電容發(fā)送對(duì)從至少一個(gè)感測(cè)的生理信號(hào)取回的數(shù) 據(jù)以及其它數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送的BCC信號(hào),反之亦然。因此,設(shè)備305、310可以經(jīng)由在這兩個(gè)設(shè) 備之間延伸的人的前臂一部分借助BCC通信來(lái)交換這樣的數(shù)據(jù)。換而言之,設(shè)備305、310 通過(guò)人的前臂的這一部分電容耦合。盡管在圖3中描繪了形成相當(dāng)小的網(wǎng)絡(luò)的僅兩個(gè)設(shè)備305、310,但是可以在更大 網(wǎng)絡(luò)如例如BAN中使用多于兩個(gè)設(shè)備。另外,這樣的設(shè)備可以不僅如圖3中所示放置于人 的前臂上或者附近而也可以位于人體的其它部分。此外,這樣的設(shè)備的應(yīng)用不限于人體而 是也可能用于動(dòng)物體。圖4示出了圖示根據(jù)實(shí)施例的示例方法的基本步驟的流程圖。該方法包括電容感 測(cè)來(lái)自人類(lèi)或者動(dòng)物身體的生理信號(hào)的步驟S400和電容傳達(dá)BCC信號(hào)的步驟S405。步驟 S400和S405可以由可放置于人類(lèi)或者動(dòng)物身體上或者附近的設(shè)備的感測(cè)單元進(jìn)行。所述 感測(cè)可以包括測(cè)量和檢測(cè)生理信號(hào)。另外,通信通常包括發(fā)送和接收通信信號(hào),其中這些信 號(hào)可以傳送與測(cè)量的生理信號(hào)的內(nèi)容有關(guān)的信息。感測(cè)和通信均可以由單個(gè)感測(cè)單元進(jìn) 行。圖5示出了實(shí)施例的一種基于軟件的實(shí)施方式的示意框圖。這里,設(shè)備500包括 處理單元(PU) 505,該P(yáng)U可以提供于單個(gè)芯片或者芯片模塊上或者可以是具有控制單元的 任何處理器或者計(jì)算機(jī)設(shè)備,該控制單元基于存儲(chǔ)器(MEM) 510中存儲(chǔ)的控制程序的軟件
10例程來(lái)進(jìn)行控制。從MEM 510取得程序代碼指令并且將其加載到PU 505的控制單元中以 便進(jìn)行參照?qǐng)D4描述的處理步驟。塊S400和S405的處理步驟可以基于輸入數(shù)據(jù)ID來(lái)進(jìn) 行并且可以生成輸出數(shù)據(jù)D0,其中輸入數(shù)據(jù)DI可以對(duì)應(yīng)于已經(jīng)傳達(dá)和/或感測(cè)的數(shù)據(jù)或者 信號(hào),而輸出數(shù)據(jù)DO可以對(duì)應(yīng)于將要向其它設(shè)備傳達(dá)的數(shù)據(jù)或者信號(hào)。圖6示出了實(shí)施例在體育領(lǐng)域中的示例應(yīng)用,其中傳感器設(shè)備600集成于運(yùn)動(dòng)員 的衣物(紡織品)、鞋和體育裝備(這里為自行車(chē))中并且形成電容身體傳感器網(wǎng)絡(luò)。由圖 6中的虛線代表的通信路徑605在由圖6中的點(diǎn)代表的傳感器600之間延伸。傳感器600 優(yōu)選地放置于運(yùn)動(dòng)員的關(guān)節(jié)和他的/她的四肢的末端。然而,它們也可以位于自行車(chē),例如 位于其手柄或者踏板處。各傳感器分別對(duì)應(yīng)于如圖1、圖2和圖3中所示的設(shè)備100、200、 305 和 310。圖6圖示了聯(lián)網(wǎng)身體傳感器設(shè)備的一個(gè)例子,該設(shè)備組合電容無(wú)接觸式感測(cè)與 BCC以測(cè)量人類(lèi)生理信號(hào)并且傳達(dá)可以包括關(guān)于生理信號(hào)內(nèi)容的信息的BCC信號(hào)。當(dāng)然,也 可設(shè)想這樣的設(shè)備的其它應(yīng)用。例如,可以通過(guò)使用聯(lián)網(wǎng)身體傳感器設(shè)備來(lái)實(shí)施保健或者 醫(yī)療應(yīng)用(如例如患者監(jiān)視)、生活方式應(yīng)用(如例如康復(fù))、體育表演訓(xùn)練或者其它體育 應(yīng)用、軍事應(yīng)用、安全應(yīng)用等。另外也可以測(cè)量(感測(cè))動(dòng)物生理信號(hào),并且與這些生理信 號(hào)的內(nèi)容有關(guān)的信息可以由BCC信號(hào)傳達(dá)。本發(fā)明將相同結(jié)構(gòu)用于感測(cè)和通信并且可以使用人類(lèi)或者動(dòng)物身體作為通信介 質(zhì)。提出聯(lián)網(wǎng)身體傳感器設(shè)備作為如下設(shè)備,該設(shè)備組合基于電容耦合的BCC與電容無(wú)接 觸式傳感器以測(cè)量人類(lèi)或者動(dòng)物生理信號(hào)??傃灾景l(fā)明涉及一種設(shè)備、方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序,其中該設(shè)備可放置于人 類(lèi)或者動(dòng)物身體上或者附近并且包括至少一個(gè)感測(cè)單元,該感測(cè)單元被配置成電容感測(cè)來(lái) 自人類(lèi)或者動(dòng)物身體的生理信號(hào)并且電容傳達(dá)身體耦合通信信號(hào)。由于感測(cè)和身體耦合通 信能力可以由單個(gè)感測(cè)單元提供,所以可以緩解用于感測(cè)和通信的先前解決方案的弊端, 如例如導(dǎo)線混亂或者由于額外通信硬件而增加成本和功率消耗。盡管在附圖和前文描述中已經(jīng)具體圖示和描述了本發(fā)明,但是這樣的圖示和描述 將視為示例或者舉例而非限制。本發(fā)明并不限于公開(kāi)的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在實(shí)施要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)根據(jù)對(duì)附圖、公開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán) 利要求的研讀來(lái)理解和實(shí)現(xiàn)對(duì)公開(kāi)的實(shí)施例的變化。在權(quán)利要求中,詞語(yǔ)包括”并不排除其它要素或者步驟,而不定冠詞“一”并不排除 多個(gè)。單個(gè)處理器、感測(cè)單元或者其它單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中記載的若干項(xiàng)的功能。在 互不相同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施的純粹事實(shí)并不表明不能有利地使用這些措施 的組合。計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)/分布于適當(dāng)介質(zhì)(比如與其它硬件一起供應(yīng)或者作為其它 硬件的部分來(lái)供應(yīng)的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或者固態(tài)介質(zhì))上而且可以以其它形式(比如經(jīng)由因特 網(wǎng)或者其它有線或者無(wú)線電信系統(tǒng))來(lái)分布。在權(quán)利要求中的任何標(biāo)號(hào)不應(yīng)理解為限制其范圍。
1權(quán)利要求
一種能夠放置于人類(lèi)或者動(dòng)物身體上或者附近的設(shè)備(100;200;305,310),包括感測(cè)單元(105;205;315,345),配置成電容感測(cè)來(lái)自所述人類(lèi)或者動(dòng)物身體的生理信號(hào)并且電容傳達(dá)身體耦合通信信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200 ;305,310),還包括配置成對(duì)所述生理信號(hào)進(jìn) 行低通濾波或者帶通濾波的第一濾波單元(230)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的設(shè)備(100;200 ;305,310),還包括配置成處理基于所 述生理信號(hào)的信號(hào)的處理單元(235)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的設(shè)備(100;200 ;305,310),還包括配置成對(duì)接收的身 體耦合通信信號(hào)進(jìn)行高通濾波或者帶通濾波的第二濾波單元(250)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200;305,310),還包括配置成檢測(cè)由接收的身體 耦合通信信號(hào)傳送的數(shù)據(jù)的檢測(cè)單元(255)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200 ;305,310),還包括配置成存儲(chǔ)基于所述生理 信號(hào)的數(shù)據(jù)、由接收的身體耦合通信信號(hào)傳送的數(shù)據(jù)和由另一通信信號(hào)傳送的數(shù)據(jù)中的至 少一種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元(240)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200;305,310),還包括配置成組合由所述設(shè)備 (100 ;200 ;305, 310)在不同時(shí)間點(diǎn)生成的多個(gè)數(shù)據(jù)和由不同設(shè)備(305,310)生成的多個(gè)數(shù) 據(jù)中的至少一種數(shù)據(jù)的組合單元(245)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200 ;305,310),還包括配置成根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和 組合的數(shù)據(jù)中的至少一種數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)來(lái)生成發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送數(shù)據(jù)生成單元(260)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200 ;305,310),還包括配置成調(diào)制發(fā)送數(shù)據(jù)以獲 得將發(fā)送的身體耦合通信信號(hào)的調(diào)制單元(265)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200 ;305,310),還包括配置成對(duì)將發(fā)送的身體 耦合通信信號(hào)進(jìn)行高通濾波的第三濾波單元(270)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200;305,310),還包括配置成向與所述人類(lèi)或 者動(dòng)物身體分離的設(shè)備傳達(dá)通信信號(hào)的通信單元(280)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200;305,310),其中所述設(shè)備(100;200 ;305, 310)被配置成同時(shí)感測(cè)所述生理信號(hào)并且傳達(dá)所述身體耦合通信信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200;305,310),其中所述設(shè)備(100;200 ;305, 310)被配置成同時(shí)感測(cè)多個(gè)生理信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200;305,310),其中所述設(shè)備(100;200 ;305, 310)能夠集成到紡織品、鞋和體育裝備中的至少一個(gè)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(100;200;305,310),其中所述設(shè)備(100;200 ;305, 310)是電容無(wú)接觸式傳感器、身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)傳感器和醫(yī)療身體上傳感器中的至少一個(gè)。
16.一種系統(tǒng),包括多個(gè)根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的設(shè)備(100 ;200 ;305, 310),其中所述多個(gè)設(shè)備(100;200;305,310)中的至少兩個(gè)設(shè)備被配置成相互通信。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng),其中所述多個(gè)設(shè)備(100;200 ;305, 310)中的每一個(gè) 被配置成以同步方式通信,從而沒(méi)有設(shè)備在感測(cè)時(shí)段期間通信。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或者17所述的系統(tǒng),其中所述系統(tǒng)是身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)療身體上傳感器網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)。
19. 一種將根據(jù)權(quán)利要求1至15中的任一權(quán)利要求所述的設(shè)備(100 ;200 ;305, 310) 用于患者監(jiān)視、體育表演訓(xùn)練或者康復(fù)應(yīng)用的用途。
20.一種方法,包括a)電容感測(cè)(S400)來(lái)自人類(lèi)或者動(dòng)物身體的生理信號(hào);并且b)電容傳達(dá)(S405)身體耦合通信信號(hào),其中所述步驟a)和b)由能夠放置于人類(lèi)或者動(dòng)物身體上或者附近的設(shè)備(100 ;200 ; 305,310)的感測(cè)單元(105 ;205 ;315,345)執(zhí)行。
21.一種包括程序代碼組件的計(jì)算機(jī)程序,當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)所述 程序代碼組件用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法的步驟。
全文摘要
一種可放置于人類(lèi)或者動(dòng)物身體上的設(shè)備(100)至少具有感測(cè)單元(105),該感測(cè)單元被配置成電容感測(cè)來(lái)自人類(lèi)或者動(dòng)物身體的生理信號(hào)并且電容傳達(dá)身體耦合通信信號(hào)。由于感測(cè)和身體耦合通信能力可以由單個(gè)感測(cè)單元提供,所以可以緩解用于感測(cè)和通信的先前解決方案的弊端,例如導(dǎo)線混亂或者由于額外通信硬件而增加成本和功率消耗。
文檔編號(hào)A61B5/04GK101904119SQ200880121485
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者T·C·W·申克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司