(57)【要約】本発明は、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定するための方法及び装置に関する。ユーザの身体（１４）の生体インピーダンスを誘導的に測定するための信頼できる方法及び装置を提供するために、回路のセンサインダクタ（２）を電気的に遮蔽する共振容量性シールドとして測定回路のコンデンサ（５）を使用することが提案される。それにより、部品点数は減じられる。従って、また、起こり得る不具合の数も減じられ、生体インピーダンスの測定のための極めて信頼性の高い技術が得られる。
2008536606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定する装置であって、
前記ユーザの身体で交流磁界を生じさせるよう構成されるインダクタ、並びに
該インダクタ及び共振コンデンサを有し、前記ユーザの身体での電気損失を測定するよう構成される共振回路、
を有し、
前記共振コンデンサは、前記インダクタを電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能するよう構成される装置。
【請求項２】
前記共振コンデンサは前記インダクタの直ぐ近くに位置付けられる、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記共振コンデンサは前記ユーザの身体と前記インダクタとの間に位置付けられる、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記共振コンデンサは、前記インダクタの導体経路に直角に配置される多数の非導電領域を有する、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記非導電領域は前記共振コンデンサ体内のスリットである、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記共振コンデンサは層の形状を示す、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記インダクタは平面である、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記インダクタは基板に集積される、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記共振コンデンサは同じ基板に集積される、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記基板は絶縁材から作られる、請求項８記載の装置。
【請求項１１】
前記基板の中又は上に集積される少なくとも１つの更なる電子回路を有する、請求項８記載の装置。
【請求項１２】
前記基板はフレキシブル構造を示す、請求項８記載の装置。
【請求項１３】
前記インダクタと前記共振コンデンサとの間の基板材は増大した誘電率を示す、請求項８記載の装置。
【請求項１４】
前記インダクタ及び／又は前記共振コンデンサはフレキシブル構造を示す、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
第２の共振コンデンサを有し、
前記共振コンデンサ及び前記第２の共振コンデンサは、前記インダクタの両側に位置付けられる、請求項１記載の装置。
【請求項１６】
前記第２の共振コンデンサは、前記ユーザの身体と前記インダクタとの間には位置付けられず、軟磁性材料から作られる、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
距離測定のための請求項１記載の装置の使用。
【請求項１８】
ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定する方法であって、
インダクタによって前記ユーザの身体で交流磁界を生じさせるステップ、並びに
前記インダクタ及び共振コンデンサを有する共振回路によって前記ユーザの身体での電気損失を測定するステップ、
を有し、
前記共振コンデンサは、前記インダクタを電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体インピーダンスの誘導測定は、非接触方式で人体の様々な生体パラメータを決定する既知の方法である。動作原理は以下の通りである。インダクタループによって、交流磁界が人体の一部で発生する。この交流磁界は、体組織中に渦電流を発生させる。組織の種類及び導電性に依存して、渦電流は強くなったり、弱くなったりする。渦電流は組織内で損失をもたらす。この損失は、インダクタループのクオリティファクタの低下として測定され得る。それらは、また、二次磁界を引き起こす。この二次磁界は、第２のインダクタループでの誘導電圧として、又は、例えば傾斜計（ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）などの補償センサを用いて、測定され得る。生体インピーダンスを測定するための装置のかなり単純な機構は、人体で磁界を生じさせるインダクタとしてのセンサコイルを有する。センサコイルの損失の測定は、生体インピーダンスに関する情報を与える。
【０００３】
生体インピーダンスの誘導測定は、例えば、呼吸動作及び深さ、心拍並びに心臓容量及び血糖レベルの変化、更には、組織の脂肪分又は含水量など、幾つかのパラメータの非接触決定を可能にすることが示されてきた。
【０００４】
課題として、センサコイルへ印加される交流電圧は、周囲に容量性コモンモード電流を流すこととなる。かかる電流は、測定結果を逸脱させることがある。従って、容量性シールドが、センサコイルの上下に適用されても良い。既存の解決法で、センサコイルとシールドとの間の容量は、センサコイルからシールドへの不要な寄生電流を最小限とするために最小限とされる。これは、シールドをセンサコイルから可能な限り遠くに保つことによって達成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定するための信頼性の高い方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定する装置であって、前記ユーザの身体で交流磁界を生じさせるよう構成されるインダクタと、該インダクタ及び共振コンデンサを有し、前記ユーザの身体での電気損失を測定するよう構成される共振回路とを有し、前記共振コンデンサは、前記インダクタを電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能するよう構成される装置によって、本発明に従って達成される。
【０００７】
本発明の目的は、また、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定する方法であって、インダクタによって前記ユーザの身体で交流磁界を生じさせるステップと、前記インダクタ及び共振コンデンサを有する共振回路によって前記ユーザの身体での電気損失を測定するステップとを有し、前記共振コンデンサは、前記インダクタを電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能する方法によっても達成される。
【０００８】
本発明の基本的な考えは、インダクタを電気的に遮蔽する容量性シールドとして共振コンデンサを使用することである。それにより、部品点数は減じられる。従って、また、起こり得る不具合の数も減少し、生体インピーダンスの測定のための極めて信頼性の高い技術がもたらされる。
【０００９】
本発明により、非接触式生体インピーダンス測定システムのサイズ、信頼性及び感度は改善され得、従って、ユーザの身体へ如何なる種類の装置も適用する必要性を伴わずにユーザを監督するよう、心拍、組織含水量又は血糖レベルのような生体パラメータの容易且つ快適な診断を可能にする。
【００１０】
本発明のかかる及び他の態様は、従属請求項で定義される以下の実施例を基に、更に詳しく説明される。
【００１１】
本発明の好ましい実施例に従って、単一のインダクタが磁界の発生及び測定のために使用される。これは、磁界を生じさせるために必要とされる大電流から小さな測定信号を分離するという課題を引き起こす。この課題を解決する１つの方法は、インダクタ電流の実部及び虚部を区別することである。虚部は磁界を生じさせるために使用され、一方、実部は損失に起因する。損失の部分は、検出されるべき組織中の損失である。インダクタを流れる電流の虚部は、全電流振幅への圧倒的に最大である寄与である。
【００１２】
実部及び虚部は、並列共振回路を用いることによって、単純且つ信頼のある方法で分離され得る。共振周波数で動作する場合、コンデンサ電流は、電流の実部のみが共振回路の外部に流れるように、インダクタでの誘導電流を本質的に補償する。このように、測定に寄与しない電流の大きな虚数部は、それが共振回路の外側に現れないように除去される。
【００１３】
共振コンデンサは、更なる寄生の影響及び相互接続における更なる損失を回避するために、望ましくはセンサインダクタの近くに置かれることが分かった。並列共振コンデンサとして容量性シールドを用いることは、センサインダクタとシールドとの間の寄生容量を用いることによってセンサインダクタ及び共振コンデンサを一体化することを可能にする。これは、また、センサインダクタへの近くの配置を可能にする。
【００１４】
このようにして、本発明の好ましい実施例に従って、共振コンデンサはセンサインダクタの直ぐ近くに位置付けられる。言い換えると、シールドは、共振測定を可能にするよう共振回路を形成するほどに、センサインダクタに極めて近い。このように、センサインダクタとシールドとの間の不要な寄生容量は、生体インピーダンスを測定するために使用される明確な値に変えられる。
【００１５】
センサインダクタを容量的に遮蔽するよう、共振コンデンサは、望ましくはユーザの身体とインダクタとの間に位置付けられる。この配置は、実現し得る最良の遮蔽結果を可能にする。
【００１６】
容量性シールドがセンサインダクタに適用される場合、渦電流はシールドにおいて発生する。かかる渦電流は、測定結果を逸脱させることがある。従って、本発明の他の実施例で、共振コンデンサは、インダクタの導体経路に直角に配置される多数の非導電領域を有し、それによって、誘発される渦電流を回避する。望ましくは、共振コンデンサは構造化され、非導通領域は共振コンデンサ体内のスリットである。同じ電位にシールドの構造的部分を保つよう、望ましくは、シールドの全ての部分は相互接続される。
【００１７】
インダクタに近い共振コンデンサの位置付けは、センサとシールドとの間の寄生電流のみを許容しない。更に、装置の準平面構造形状が達成され得る。この目的のために、望ましくは、共振コンデンサは、層の形状を示し、非常に小さい取付高さを可能にする。同じ結果は、インダクタが平面である場合に達成される。
【００１８】
本発明の好ましい実施例で、インダクタは、望ましくは絶縁材から作られた基板に集積される。この場合、装置は、プリント回路基板技術を用いて製造され得る。他の好ましい実施例に従って、望ましくは層状である共振コンデンサは、センサインダクタの基板に集積される。従って、装置の取付高さは低くされ得る。望ましくは、インダクタ及び容量性シールドは、電子回路に用いられる多層プリント回路基板に類似するプリント回路基板において積層銅層として作られる。それによって、基板は、望ましくは、費用的な理由によりプリント回路基板材料から作られる。
【００１９】
本発明の更なる他の実施例に従って、装置は、基板の中又は上に集積された少なくとも１つの更なる電子回路を有する。センサインダクタの傍にこの更なる電子回路を置く場合、同じ銅層が、電子回路の相互接続と、その遮蔽を伴うセンサ導体とに使用され得る。電子回路がセンサインダクタの上に置かれる場合、極めて小さな面積の装置が得られる。望ましくは、その場合、銅の相互接続は、センサインダクタの上に積層された更なる銅層から作られる。
【００２０】
幾つかの用途で、極めて高い共振性が必要とされることがある。その場合、インダクタと共振コンデンサとの間の基板に関して、望ましくは、増大した誘電率を示す基板材料が使用される。一例として、ドイツ、デューレンにある材料製造業者Ｉｓｏｌａによって提供される材料Ｃ−Ｌａｍ又は同等の材料が使用される。また、著しく増大した誘電率を有するセラミック基板を使用することも可能である。
【００２１】
本発明の他の好ましい実施例で、基板はフレキシブル構造を示す。このように、センサインダクタは、衣服若しくは布地に、又はベッドシートに組み込まれ得る。材料として、例えば、フレックスホイル（ｆｌｅｘ  ｆｏｉｌ）又はポリアミド材料が使用され得る。インダクタ及び／又は共振コンデンサがフレキシブル構造を示す場合、装置一式が衣服に組み込まれ得る。望ましくは、編まれた又は縫い合わされたインダクタコイルは、布地における薄い絶縁ワイヤと、容量性シールドとして使用される、その上部の更なる縫い合わされた又は編まれた層とから作られる。
【００２２】
容量性シールドは、インダクタの一方の側（望ましくは、ユーザの身体に向いた側）だけには設けられない。本発明の他の実施例で、第２の共振コンデンサが設けられ、２つの共振コンデンサはインダクタの両側に位置付けられる。特に、更なる電子回路がセンサインダクタの近くに位置付けられる場合、第２の共振コンデンサは、かかる電子回路から容量的にセンサインダクタを遮蔽するために使用される。言い換えると、平面設計が使用される場合、望ましくは、インダクタは二重の層シールドによって取り囲まれる。その場合に、それは、上部及び底部のシールドがセンサインダクタの外で互いへ接続されるならば、遮蔽効果を一層改善しうる。
【００２３】
本発明の他の実施例で、ユーザの身体とインダクタとの間には位置付けられない第２の共振コンデンサは、例えばミューメタル（Ｍｕｍｅｔａｌ）など、軟磁性材料から作られる。更なる電子回路がセンサインダクタの近くに置かれる場合に、このような軟磁性シールドは、極めて良好な遮蔽効果をもたらす。軟磁性材料は、磁界及び電界が電子回路から遮蔽されるように、磁界を効果的に遮蔽する。更に、軟磁性コンデンサは、やはり層状に設けられ得、センサインダクタの誘導性を増大させて、センス領域で磁界を増大させる。軟磁性シールド層は、材料での誘発された渦電流を回避するために、非磁性層と同様の方法で成形されるべきである。
【００２４】
本発明の更なる他の実施例で、装置は、共振周波数の変化がユーザの身体までの距離に対応するように構成される。この場合、装置は距離測定のために使用され得る。
【００２５】
本発明の上記及び他の態様は、以下の実施例及び添付の図面を参照して、一例として、以下で詳細に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、平面生体インピーダンスセンサ１を示す。このようなセンサ１は、望ましくは、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定する非接触式医療診断システムで使用される。生体インピーダンスセンサ１は、単一のインダクタコイル２を有する。インダクタ２は、ユーザの身体１４（図５参照。）で交流磁界を生じさせるよう構成される。インダクタ２は、平面螺旋銅巻線（図２参照。）の形態を示す。システムを動作させるために、インダクタ２の中心ピン３は接地へ接続され、外側ピン４は交流電圧源１３（図５参照。）へ接続される。
【００２７】
生体インピーダンスセンサ１は、ユーザの身体１４での電気損失を測定するよう構成された並列共振回路を更に有する。共振回路は、（センサインダクタとして機能する）インダクタ２と、第１の共振コンデンサ５とを有する。ここで、第１の共振コンデンサ５は、インダクタ２を電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能するよう構成される。この目的のために、第１の共振コンデンサ５は、ユーザの身体１４とインダクタ２との間に位置付けられる。インダクタ２の反対側には、第２の共振コンデンサ６が置かれる。第２のコンデンサ６も、インダクタ２を電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能するよう構成される。インダクタ２及びコンデンサ５、６は全て、積層銅層として設けられる。それらは、モノリシック部材が形成されるように、プリント回路基板材料から作られる平面基板７に集積される。コンデンサ５、６は、インダクタ２より僅かに大きな直径を示す。
【００２８】
第１及び第２のコンデンサ５、６は、共振測定を可能にする共振回路を形成するように、インダクタ２の直ぐ近くに位置付けられる。コンデンサ５、６は両方とも、銅トラック８によってインダクタ２の外側で互いへ接続される。各コンデンサ５、６は、インダクタ２の導体経路１０に直角に配置された多数のスリットを有する。言い換えると、コンデンサ５、６の構造は、渦電流を回避するよう放射スリット９によって分離された放射状の銅ストライプを有する。しかし、コンデンサの全ての部分は相互接続されている。外部接続設計を有するこのようなコンデンサ５の第１の実施例は、図３に示される。それによって、多数の容量性ストライプは、１つの位置での場合を除いて、コンデンサ５の外縁で相互接続される。中心接続設計を有するこのようなコンデンサ５の第２の実施例は、図４に示される。
【００２９】
並列共振回路を実現するよう、コンデンサ５、６は、図５及び６に示されるように、インダクタ２の接続部の１つへ接続される。周囲への良好な遮蔽効果を達成するよう、インダクタ２の１つのピン１１は、駆動交流電圧源１３の接地接続点１２へ接続される。コンデンサ５は同じピン１１へ接続される。即ち、コンデンサ５はインダクタ２の接地ピンへ接続される。コンデンサ５は、検査されるべきユーザの身体１４と、インダクタ２との間に置かれる。コンデンサ５と、電圧源１３の接地層１２との間には電位差が存在せず、従って、コモンモード電流は発生しない。
【００３０】
他の実施例（図示せず。）に従って、容量性領域は、システムの容量を増大させるよう、１又はそれ以上の専用ターン（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  ｔｕｒｎｓ）のトラック幅を拡大することによって大きくされる。最高の容量増大効果は、交流電圧源１３へ接続されている当該ターンを大きくすることによって達成される。渦電流を回避するよう、スリットが当該ターンに設けられる。
【００３１】
インダクタ２及びコンデンサ５が相互接続されない場合、両者の間の幾何容量ＣＧＥＯは、従来の平面コンデンサの式：
ＣＧＥＯ＝ε０εｒＡ／ｄ
に従って測定され得る。なお、ε０は電界定数（ε０＝８．８５４２×１０−１２Ａｓ／（Ｖｍ））であり、εｒは基板材料の誘電率であり、Ａは導体巻線及び容量性シールドが互いに向き合う面積であり、ｄは巻線とシールドとの間の垂直距離である。
【００３２】
コンデンサ５がインダクタ２のピンの１つへ接続される場合、インダクタコイルへの並列容量が得られる。この実効値Ｃｐは幾何容量ＣＧＥＯよりも小さい。各ターンでの等しい誘導電圧及び巻線の異なるターンの等しいターン長を仮定すれば、以下の式：
Ｃｐ＝ＣＧＥＯ／３
は、実効容量の良好な近似を与える。
【００３３】
より正確な計算方法は、平面巻線の変化するターン長を考慮しても良い。
【００３４】
更なる実施例で、コンデンサ５は、インダクタ２の接地ピンへは接続されず、交流電圧ピン１５へ接続される。この場合に、コンデンサ５からユーザの身体１４を介して電圧源１３の接地面１２への容量性経路は、図７に表されるように設けられる。この容量ＣＢＯＤＹは、ユーザの身体１４に対するコンデンサ５の距離に依存する。図８が示すように、容量は、検知共振回路に対して並列に置かれる。この容量の変化は、共振回路の共振周波数を変化させる。従って、共振周波数は、ユーザの身体１４までの距離が変わる場合に変化しうる。しかし、生体インピーダンスの変化は、共振周波数を変化させずに、共振の振幅及びクオリティファクタのみを変化させうる。従って、共振周波数の変化は、センサとユーザの身体との間の距離に起因する。ユーザの生体インピーダンスを決定するよう測定されるユーザの身体での損失は、センサとユーザの身体との間の距離に依存する。距離情報を使用することによって、測定中の動作アーティファクトは、適切な補償システムにより補償され得る。
【００３５】
当業者には明らかなように、本発明は前出の実施例の詳細に限定されず、更に、本発明は、その精神及び本質的特性から逸脱することなく他の特定の形態で具体化されても良い。従って、本実施例は、限定としてではなく、全て例示として考えられるべきであり、本発明の適用範囲は、先の記載よりもむしろ、添付の特許請求の範囲によって示唆され、従って、特許請求の範囲の意義及び均等の範囲の中に含まれる全ての変更は、その中に包含されるよう意図される。更に、語「有する」は他の要素又はステップを除外しているわけではなく、語「１つの」は複数個を除外しているわけではなく、例えばコンピュータシステム又は他のユニットのような単一の要素は、特許請求の範囲に挙げられた幾つかの手段の機能を果たしても良いことが明らかである。特許請求の範囲における如何なる参照符号も、関連する請求項を限定するよう解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】共振容量性シールド層を集積された平面共振生体インピーダンスセンサの断面図である。
【図２】生体インピーダンスセンサの平面螺旋巻線の概要図である。
【図３】第１の容量性シールド層の概要図である。
【図４】第２の容量性シールド層の概要図である。
【図５】共振容量性シールドを集積された平面共振生体インピーダンスセンサの概略配置である。
【図６】図５の概略配置と等価な回路である。
【図７】距離検出のために適応された、共振容量性シールドを集積された平面共振生体インピーダンスセンサの概略配置である。
【図８】図７の概略配置と等価な回路である。
【図１】
2008536606.tif 000003
【図２】
2008536606.tif 000004
【図３】
2008536606.tif 000005
【図４】
2008536606.tif 000006
【図５】
2008536606.tif 000007
【図６】
2008536606.tif 000008
【図７】
2008536606.tif 000009
【図８】
2008536606.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月2日(2007.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定する装置であって、
前記ユーザの身体で交流磁界を生じさせるよう構成されるインダクタ、並びに
該インダクタ及び並列な共振コンデンサを有し、前記ユーザの身体での電気損失を測定するよう構成される共振回路、
を有し、
前記共振コンデンサは、前記インダクタを電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能するよう構成され、前記ユーザの身体に向いた前記インダクタの側に位置付けられる装置。
【請求項２】
前記共振コンデンサは前記インダクタの直ぐ近くに位置付けられる、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記共振コンデンサは、前記インダクタの導体経路に直角に配置される多数の非導電領域を有する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記非導電領域は前記共振コンデンサ体内のスリットである、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記共振コンデンサは層の形状を示す、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記インダクタは平面である、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記インダクタは基板に集積される、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記共振コンデンサは同じ基板に集積される、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記基板は絶縁材から作られる、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記基板の中又は上に集積される少なくとも１つの更なる電子回路を有する、請求項７記載の装置。
【請求項１１】
前記基板はフレキシブル構造を示す、請求項７記載の装置。
【請求項１２】
前記インダクタと前記共振コンデンサとの間の基板材は増大した誘電率を示す、請求項７記載の装置。
【請求項１３】
前記インダクタ及び／又は前記共振コンデンサはフレキシブル構造を示す、請求項１記載の装置。
【請求項１４】
第２の共振コンデンサを有し、
前記共振コンデンサ及び前記第２の共振コンデンサは、前記インダクタの両側に位置付けられる、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記第２の共振コンデンサは、前記ユーザの身体と前記インダクタとの間には位置付けられず、軟磁性材料から作られる、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
距離測定のために使用される請求項１記載の装置。
【請求項１７】
ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定する方法であって、
インダクタによって前記ユーザの身体で交流磁界を生じさせるステップ、並びに
前記インダクタ及び並列な共振コンデンサを有する共振回路によって前記ユーザの身体での電気損失を測定するステップ、
を有し、
前記共振コンデンサは、前記ユーザの身体に向いた前記インダクタの側に位置付けられ、前記インダクタを電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能する方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体インピーダンスの誘導測定は、非接触方式で人体の様々な生体パラメータを決定する既知の方法である。動作原理は以下の通りである。インダクタループによって、交流磁界が人体の一部で発生する。この交流磁界は、体組織中に渦電流を発生させる。組織の種類及び導電性に依存して、渦電流は強くなったり、弱くなったりする。渦電流は組織内で損失をもたらす。この損失は、インダクタループのクオリティファクタの低下として測定され得る。それらは、また、二次磁界を引き起こす。この二次磁界は、第２のインダクタループでの誘導電圧として、又は、例えば傾斜計（ｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）などの補償センサを用いて、測定され得る。生体インピーダンスを測定するための装置のかなり単純な機構は、人体で磁界を生じさせるインダクタとしてのセンサコイルを有する。センサコイルの損失の測定は、生体インピーダンスに関する情報を与える。
【０００３】
生体インピーダンスの誘導測定は、例えば、呼吸動作及び深さ、心拍並びに心臓容量及び血糖レベルの変化、更には、組織の脂肪分又は含水量など、幾つかのパラメータの非接触決定を可能にすることが示されてきた。
【０００４】
課題として、センサコイルへ印加される交流電圧は、周囲に容量性共通モード電流を流すこととなる。かかる電流は、測定結果を逸脱させることがある。従って、容量性シールドが、センサコイルの上下に適用されても良い。既存の解決法で、センサコイルとシールドとの間の容量は、センサコイルからシールドへの不要な寄生電流を最小限とするために最小限とされる。これは、シールドをセンサコイルから可能な限り遠くに保つことによって達成される。
【０００５】
誘導的な生体インピーダンス測定のための従来の機構は、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ＩＥＥＥ  ＵＳＡ、ｖｏｌ．４７、ｎｏ．１０、２０００年１０月、１４０３〜１４０５頁、ＸＰ００２３９７００４  ＩＳＳＮ：００１８−９２９４に掲載されたＳｍｉｔｈ．Ｄ．Ｇ等による“Ｉｎ  ｖｉｎｏ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｕｍｏｒ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｎｅｓｓ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｂｉｏｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｍｅｔｈｏｄ（磁気生体インピーダンス法による腫瘍の導電性の生体内測定）”に記載される。ソレノイド型コイルは、Ｌ−Ｃ発振の誘導部材として機能する。コイルは、グラスファイバー軸の端部にある。銅製の静電シールドは、コイルの巻線より前にグラスファイバー中心に置かれる。
【０００６】
特許文献ＵＳ３，７９２，３５１で、共振回路を用いる吸収周波数メータが開示されている。インダクタンス手段に電磁気遮蔽を提供するために、共振回路は、可変的に調整可能な同心の容量性の板を有する。この板は、インダクタンス手段と直列に電気的に結合される。
【０００７】
特許文献ＵＳ２００３／０４８１０３Ａ１で、核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法が開示されている。ＮＭＲ共鳴プローブ用の増大した分布キャパシタンスは、共鳴器の誘導部品の表面でのＲＦ電流密度分布の大部分と一致し、且つ、その部分から距離をあけて配置された、周囲の導電面によって得られる。
【特許文献１】ＵＳ３，７９２，３５１
【特許文献２】ＵＳ２００３／０４８１０３Ａ１
【非特許文献１】“Ｉｎ  ｖｉｎｏ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｕｍｏｒ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｎｅｓｓ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｂｉｏｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｍｅｔｈｏｄ（磁気生体インピーダンス法による腫瘍の導電性の生体内測定）”、Ｓｍｉｔｈ．Ｄ．Ｇ等著、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ＩＥＥＥ  ＵＳＡ、ｖｏｌ．４７、ｎｏ．１０、２０００年１０月、１４０３〜１４０５頁、ＸＰ００２３９７００４  ＩＳＳＮ：００１８−９２９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定するための信頼性の高い方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定する装置であって、前記ユーザの身体で交流磁界を生じさせるよう構成されるインダクタと、該インダクタ及び並列な共振コンデンサを有し、前記ユーザの身体での電気損失を測定するよう構成される共振回路とを有し、前記共振コンデンサは、前記インダクタを電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能するよう構成され、前記ユーザの身体に向いた前記インダクタの側に位置付けられる装置によって、本発明に従って達成される。
【００１０】
本発明の目的は、また、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定する方法であって、インダクタによって前記ユーザの身体で交流磁界を生じさせるステップと、前記インダクタ及び並列な共振コンデンサを有する共振回路によって前記ユーザの身体での電気損失を測定するステップとを有し、前記共振コンデンサは、前記ユーザの身体に向いた前記インダクタの側に位置付けられ、前記インダクタを電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能する方法によっても達成される。
【００１１】
本発明の基本的な考えは、インダクタを電気的に遮蔽する容量性シールドとして共振コンデンサを使用することである。それにより、部品点数は減じられる。従って、また、起こり得る不具合の数も減少し、生体インピーダンスの測定のための極めて信頼性の高い技術がもたらされる。センサインダクタを容量的に遮蔽するよう、共振コンデンサは、ユーザの身体とインダクタとの間に位置付けられる。この配置は、実現し得る最良の遮蔽結果を可能にする。
【００１２】
本発明により、非接触式生体インピーダンス測定システムのサイズ、信頼性及び感度は改善され得、従って、ユーザの身体へ如何なる種類の装置も適用する必要性を伴わずにユーザを監督するよう、心拍、組織含水量又は血糖レベルのような生体パラメータの容易且つ快適な診断を可能にする。
【００１３】
本発明のかかる及び他の態様は、従属請求項で定義される以下の実施例を基に、更に詳しく説明される。
【００１４】
本発明の好ましい実施例に従って、単一のインダクタが磁界の発生及び測定のために使用される。これは、磁界を生じさせるために必要とされる大電流から小さな測定信号を分離するという課題を引き起こす。この課題を解決する１つの方法は、インダクタ電流の実部及び虚部を区別することである。虚部は磁界を生じさせるために使用され、一方、実部は損失に起因する。損失の部分は、検出されるべき組織中の損失である。インダクタを流れる電流の虚部は、全電流振幅への圧倒的に最大である寄与である。
【００１５】
実部及び虚部は、並列共振回路を用いることによって、単純且つ信頼のある方法で分離され得る。共振周波数で動作する場合、コンデンサ電流は、電流の実部のみが共振回路の外部に流れるように、インダクタでの誘導電流を本質的に補償する。このように、測定に寄与しない電流の大きな虚数部は、それが共振回路の外側に現れないように除去される。
【００１６】
共振コンデンサは、更なる寄生の影響及び相互接続における更なる損失を回避するために、望ましくはセンサインダクタの近くに置かれることが分かった。並列共振コンデンサとして容量性シールドを用いることは、センサインダクタとシールドとの間の寄生容量を用いることによってセンサインダクタ及び共振コンデンサを一体化することを可能にする。これは、また、センサインダクタへの近くの配置を可能にする。
【００１７】
このようにして、本発明の好ましい実施例に従って、共振コンデンサはセンサインダクタの直ぐ近くに位置付けられる。言い換えると、シールドは、共振測定を可能にするよう共振回路を形成するほどに、センサインダクタに極めて近い。このように、センサインダクタとシールドとの間の不要な寄生容量は、生体インピーダンスを測定するために使用される明確な値に変えられる。
【００１８】
容量性シールドがセンサインダクタに適用される場合、渦電流はシールドにおいて発生する。かかる渦電流は、測定結果を逸脱させることがある。従って、本発明の他の実施例で、共振コンデンサは、インダクタの導体経路に直角に配置される多数の非導電領域を有し、それによって、誘発される渦電流を回避する。望ましくは、共振コンデンサは構造化され、非導通領域は共振コンデンサ体内のスリットである。同じ電位にシールドの構造的部分を保つよう、望ましくは、シールドの全ての部分は相互接続される。
【００１９】
インダクタに近い共振コンデンサの位置付けは、センサとシールドとの間の寄生電流のみを許容しない。更に、装置の準平面構造形状が達成され得る。この目的のために、望ましくは、共振コンデンサは、層の形状を示し、非常に小さい取付高さを可能にする。同じ結果は、インダクタが平面である場合に達成される。
【００２０】
本発明の好ましい実施例で、インダクタは、望ましくは絶縁材から作られた基板に集積される。この場合、装置は、プリント回路基板技術を用いて製造され得る。他の好ましい実施例に従って、望ましくは層状である共振コンデンサは、センサインダクタの基板に集積される。従って、装置の取付高さは低くされ得る。望ましくは、インダクタ及び容量性シールドは、電子回路に用いられる多層プリント回路基板に類似するプリント回路基板において積層銅層として作られる。それによって、基板は、望ましくは、費用的な理由によりプリント回路基板材料から作られる。
【００２１】
本発明の更なる他の実施例に従って、装置は、基板の中又は上に集積された少なくとも１つの更なる電子回路を有する。センサインダクタの傍にこの更なる電子回路を置く場合、同じ銅層が、電子回路の相互接続と、その遮蔽を伴うセンサ導体とに使用され得る。電子回路がセンサインダクタの上に置かれる場合、極めて小さな面積の装置が得られる。望ましくは、その場合、銅の相互接続は、センサインダクタの上に積層された更なる銅層から作られる。
【００２２】
幾つかの用途で、極めて高い共振性が必要とされることがある。その場合、インダクタと共振コンデンサとの間の基板に関して、望ましくは、増大した誘電率を示す基板材料が使用される。一例として、ドイツ、デューレンにある材料製造業者Ｉｓｏｌａによって提供される材料Ｃ−Ｌａｍ又は同等の材料が使用される。また、著しく増大した誘電率を有するセラミック基板を使用することも可能である。
【００２３】
本発明の他の好ましい実施例で、基板はフレキシブル構造を示す。このように、センサインダクタは、衣服若しくは布地に、又はベッドシートに組み込まれ得る。材料として、例えば、フレックスホイル（ｆｌｅｘ  ｆｏｉｌ）又はポリアミド材料が使用され得る。インダクタ及び／又は共振コンデンサがフレキシブル構造を示す場合、装置一式が衣服に組み込まれ得る。望ましくは、編まれた又は縫い合わされたインダクタコイルは、布地における薄い絶縁ワイヤと、容量性シールドとして使用される、その上部の更なる縫い合わされた又は編まれた層とから作られる。
【００２４】
容量性シールドは、インダクタの一方の側（望ましくは、ユーザの身体に向いた側）だけには設けられない。本発明の他の実施例で、第２の共振コンデンサが設けられ、２つの共振コンデンサはインダクタの両側に位置付けられる。特に、更なる電子回路がセンサインダクタの近くに位置付けられる場合、第２の共振コンデンサは、かかる電子回路から容量的にセンサインダクタを遮蔽するために使用される。言い換えると、平面設計が使用される場合、望ましくは、インダクタは二重の層シールドによって取り囲まれる。その場合に、それは、上部及び底部のシールドがセンサインダクタの外で互いへ接続されるならば、遮蔽効果を一層改善しうる。
【００２５】
本発明の他の実施例で、ユーザの身体とインダクタとの間には位置付けられない第２の共振コンデンサは、例えばミューメタル（Ｍｕｍｅｔａｌ）など、軟磁性材料から作られる。更なる電子回路がセンサインダクタの近くに置かれる場合に、このような軟磁性シールドは、極めて良好な遮蔽効果をもたらす。軟磁性材料は、磁界及び電界が電子回路から遮蔽されるように、磁界を効果的に遮蔽する。更に、軟磁性コンデンサは、やはり層状に設けられ得、センサインダクタの誘導性を増大させて、センス領域で磁界を増大させる。軟磁性シールド層は、材料での誘発された渦電流を回避するために、非磁性層と同様の方法で成形されるべきである。
【００２６】
本発明の更なる他の実施例で、装置は、共振周波数の変化がユーザの身体までの距離に対応するように構成される。この場合、装置は距離測定のために使用され得る。
【００２７】
本発明の上記及び他の態様は、以下の実施例及び添付の図面を参照して、一例として、以下で詳細に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、平面生体インピーダンスセンサ１を示す。このようなセンサ１は、望ましくは、ユーザの身体の生体インピーダンスを誘導的に測定する非接触式医療診断システムで使用される。生体インピーダンスセンサ１は、単一のインダクタコイル２を有する。インダクタ２は、ユーザの身体１４（図５参照。）で交流磁界を生じさせるよう構成される。インダクタ２は、平面螺旋銅巻線（図２参照。）の形態を示す。システムを動作させるために、インダクタ２の中心ピン３は接地へ接続され、外側ピン４は交流電圧源１３（図５参照。）へ接続される。
【００２９】
生体インピーダンスセンサ１は、ユーザの身体１４での電気損失を測定するよう構成された並列共振回路を更に有する。共振回路は、（センサインダクタとして機能する）インダクタ２と、第１の共振コンデンサ５とを有する。ここで、第１の共振コンデンサ５は、インダクタ２を電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能するよう構成される。この目的のために、第１の共振コンデンサ５は、ユーザの身体１４とインダクタ２との間に位置付けられる。インダクタ２の反対側には、第２の共振コンデンサ６が置かれる。第２のコンデンサ６も、インダクタ２を電気的に遮蔽する容量性シールドとして機能するよう構成される。インダクタ２及びコンデンサ５、６は全て、積層銅層として設けられる。それらは、モノリシック部材が形成されるように、プリント回路基板材料から作られる平面基板７に集積される。コンデンサ５、６は、インダクタ２より僅かに大きな直径を示す。
【００３０】
第１及び第２のコンデンサ５、６は、共振測定を可能にする共振回路を形成するように、インダクタ２の直ぐ近くに位置付けられる。コンデンサ５、６は両方とも、銅トラック８によってインダクタ２の外側で互いへ接続される。各コンデンサ５、６は、インダクタ２の導体経路１０に直角に配置された多数のスリットを有する。言い換えると、コンデンサ５、６の構造は、渦電流を回避するよう放射スリット９によって分離された放射状の銅ストライプを有する。しかし、コンデンサの全ての部分は相互接続されている。外部接続設計を有するこのようなコンデンサ５の第１の実施例は、図３に示される。それによって、多数の容量性ストライプは、１つの位置での場合を除いて、コンデンサ５の外縁で相互接続される。中心接続設計を有するこのようなコンデンサ５の第２の実施例は、図４に示される。
【００３１】
並列共振回路を実現するよう、コンデンサ５、６は、図５及び６に示されるように、インダクタ２の接続部の１つへ接続される。周囲への良好な遮蔽効果を達成するよう、インダクタ２の１つのピン１１は、駆動交流電圧源１３の接地接続点１２へ接続される。コンデンサ５は同じピン１１へ接続される。即ち、コンデンサ５はインダクタ２の接地ピンへ接続される。コンデンサ５は、検査されるべきユーザの身体１４と、インダクタ２との間に置かれる。コンデンサ５と、電圧源１３の接地層１２との間には電位差が存在せず、従って、共通モード電流は発生しない。
【００３２】
他の実施例（図示せず。）に従って、容量性領域は、システムの容量を増大させるよう、１又はそれ以上の専用ターン（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  ｔｕｒｎｓ）のトラック幅を拡大することによって大きくされる。最高の容量増大効果は、交流電圧源１３へ接続されている当該ターンを大きくすることによって達成される。渦電流を回避するよう、スリットが当該ターンに設けられる。
【００３３】
インダクタ２及びコンデンサ５が相互接続されない場合、両者の間の幾何容量ＣＧＥＯは、従来の平面コンデンサの式：
ＣＧＥＯ＝ε０εｒＡ／ｄ
に従って測定され得る。なお、ε０は電界定数（ε０＝８．８５４２×１０−１２Ａｓ／（Ｖｍ））であり、εｒは基板材料の誘電率であり、Ａは導体巻線及び容量性シールドが互いに向き合う面積であり、ｄは巻線とシールドとの間の垂直距離である。
【００３４】
コンデンサ５がインダクタ２のピンの１つへ接続される場合、インダクタコイルへの並列容量が得られる。この実効値Ｃｐは幾何容量ＣＧＥＯよりも小さい。各ターンでの等しい誘導電圧及び巻線の異なるターンの等しいターン長を仮定すれば、以下の式：
Ｃｐ＝ＣＧＥＯ／３
は、実効容量の良好な近似を与える。
【００３５】
より正確な計算方法は、平面巻線の変化するターン長を考慮しても良い。
【００３６】
更なる実施例で、コンデンサ５は、インダクタ２の接地ピンへは接続されず、交流電圧ピン１５へ接続される。この場合に、コンデンサ５からユーザの身体１４を介して電圧源１３の接地面１２への容量性経路は、図７に表されるように設けられる。この容量ＣＢＯＤＹは、ユーザの身体１４に対するコンデンサ５の距離に依存する。図８が示すように、容量は、検知共振回路に対して並列に置かれる。この容量の変化は、共振回路の共振周波数を変化させる。従って、共振周波数は、ユーザの身体１４までの距離が変わる場合に変化しうる。しかし、生体インピーダンスの変化は、共振周波数を変化させずに、共振の振幅及びクオリティファクタのみを変化させうる。従って、共振周波数の変化は、センサとユーザの身体との間の距離に起因する。ユーザの生体インピーダンスを決定するよう測定されるユーザの身体での損失は、センサとユーザの身体との間の距離に依存する。距離情報を使用することによって、測定中の動作アーティファクトは、適切な補償システムにより補償され得る。
【００３７】
当業者には明らかなように、本発明は前出の実施例の詳細に限定されず、更に、本発明は、その精神及び本質的特性から逸脱することなく他の特定の形態で具体化されても良い。従って、本実施例は、限定としてではなく、全て例示として考えられるべきであり、本発明の適用範囲は、先の記載よりもむしろ、添付の特許請求の範囲によって示唆され、従って、特許請求の範囲の意義及び均等の範囲の中に含まれる全ての変更は、その中に包含されるよう意図される。更に、語「有する」は他の要素又はステップを除外しているわけではなく、語「１つの」は複数個を除外しているわけではなく、例えばコンピュータシステム又は他のユニットのような単一の要素は、特許請求の範囲に挙げられた幾つかの手段の機能を果たしても良いことが明らかである。特許請求の範囲における如何なる参照符号も、関連する請求項を限定するよう解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】共振容量性シールド層を集積された平面共振生体インピーダンスセンサの断面図である。
【図２】生体インピーダンスセンサの平面螺旋巻線の概要図である。
【図３】第１の容量性シールド層の概要図である。
【図４】第２の容量性シールド層の概要図である。
【図５】共振容量性シールドを集積された平面共振生体インピーダンスセンサの概略配置である。
【図６】図５の概略配置と等価な回路である。
【図７】距離検出のために適応された、共振容量性シールドを集積された平面共振生体インピーダンスセンサの概略配置である。
【図８】図７の概略配置と等価な回路である。
【国際調査報告】
2008536606.tif 000011
2008536606.tif 000012