ЕМКОСТНОЕ СЧИТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
CAPACITANCE READING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к емкостному считывающему устройству для считывания показаний объекта и способу емкостного считывания для считывания показаний объекта.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
В US 3500823 раскрыты электроды для записи электрокардиографических и биоэлектрических сигналов. Эти электроды содержат алюминиевый диск с изолирующим покрытием. Изолирующее покрытие наносят путем анодирования. Электроды помещают непосредственно на неподготовленную кожу пациента для записи электрокардиографических и биоэлектрических сигналов.
Однако до сих пор эти электроды обычно не использовались в области считывания электрокардиографических сигналов, поскольку они не удовлетворяют требованиям, касающимся гигиены.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение емкостного считывающего устройства для считывания показаний объекта, в котором считывание можно осуществлять при улучшенных гигиенических условиях.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения представлено емкостное считывающее устройство для считывания показаний объекта, в котором емкостное считывающее устройство включает в себя:
- емкостной датчик для емкостного считывания электрофизиологического сигнала человека,
- корпус для заключения в себя емкостного датчика, в котором корпус содержит контактную сторону, контактирующую с человеком во время считывания электрофизиологического сигнала человека, причем корпус и емкостной датчик приспособлены для считывания электрофизиологического сигнала человека посредством емкостного датчика через контактную сторону корпуса, и при этом корпус и емкостной датчик способны отделяться друг от друга, для использования емкостного датчика в качестве устройства многократного использования и для использования корпуса в качестве одноразового устройства.
В ходе считывания показаний объекта контактная сторона корпуса контактирует с объектом, причем показания объекта считываются через контактную сторону посредством емкостного датчика. Поскольку емкостной датчик и корпус способны отделяться друг от друга таким образом, что емкостной датчик можно использовать в качестве устройства многократного использования, и таким образом, чтобы корпус можно было использовать в качестве одноразового устройства, причем для каждого сеанса считывания можно использовать корпус, который используют впервые, и который, следовательно, не загрязняется при предыдущем сеансе считывания, при этом для нескольких сеансов считывания, в общем, можно использовать более дорогой емкостной датчик. Это дает возможность осуществлять емкостное считывание показаний объекта при улучшенных гигиенических условиях.
Емкостное считывающее устройство адаптировано для емкостного считывания электрофизиологических сигналов, таких как ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ, ЭОГ, EHG и других сигналов. Емкостное считывающее устройство адаптировано для считывания электрофизиологического сигнала пациента для мониторинга пациента.
Емкостной датчик может представлять собой устройство, содержащее все элементы, требуемые для емкостного считывания показаний объекта. Однако емкостной датчик может содержать только часть этих элементов, причем дополнительные элементы, требуемые для емкостного считывания показаний объекта, должны быть встроены, например, в корпус таким образом, чтобы емкостной датчик и корпус взаимодействовали для считывания показаний объекта.
Корпус может быть приспособлен для того, чтобы заключать в себя емкостной датчик не полностью, в частности, предпочтительно, чтобы корпус содержал контактную сторону и боковые охватывающие элементы, такие как охватывающие стенки, для заключения в себя емкостного датчика, чтобы емкостной датчик удерживался на месте. В варианте воплощения корпус может быть также приспособлен для полного охвата емкостного датчика.
Предпочтительно, чтобы часть контактной стороны, которая предназначена для создания контакта с объектом, была изготовлена из биологически совместимого материала.
Кроме того, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один из емкостного датчика и корпуса содержал удерживающий элемент, предназначенный для удерживания емкостного датчика внутри корпуса.
Предпочтительно, чтобы удерживающий элемент представлял собой элемент с выемкой для фиксации емкостного датчика внутри корпуса и для удерживания емкостного датчика внутри корпуса на месте. Удерживающий элемент может быть адаптирован таким образом, чтобы «щелчок» был слышимым и/или ощущаемым, если емкостной датчик введен в корпус таким образом, чтобы емкостной датчик удерживался внутри корпуса. Таким образом, предпочтительно, чтобы удерживающий элемент мог давать, например, пациенту или медсестре информацию о том, надлежащим ли образом удерживается емкостной датчик в корпусе, по тому, слышен ли «щелчок» и/или ощущаем ли «щелчок», т.е. по ощущению передачи давления на коже.
Кроме того, предпочтительно, чтобы корпус содержал, по меньшей мере, один охватывающий элемент, который устанавливают на контактной стороне, и который приспособлен для охвата емкостного датчика, чтобы удерживать емкостной датчик на месте.
Кроме того, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один охватывающий элемент был гибким, для формирования механизма фиксации, чтобы удерживать емкостной датчик на месте.
Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один охватывающий элемент представлял собой, по меньшей мере, боковой элемент, такой как, по меньшей мере, одна боковая стенка, охватывающая емкостной датчик. По меньшей мере, один охватывающий элемент адаптирован таким образом, что он соответствует форме емкостного датчика. Если, например, емкостной датчик обладает цилиндрической внешней формой, то предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один охватывающий элемент представлял собой кольцевой элемент. Одиночный охватывающий элемент может полностью охватывать емкостной датчик, или несколько охватывающих элементов могут охватывать емкостной датчик. Если емкостной датчик охвачен несколькими охватывающими элементами, то предпочтительно, чтобы между двумя из этих нескольких охватывающих элементов был обеспечен, по меньшей мере, один зазор. Таким образом, охватывающие элементы могут образовывать несегментированный держатель или сегментированный держатель.
Кроме того, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один из емкостного датчика и корпуса содержал устройство разъединения для отсоединения емкостного датчика от корпуса. Устройство разъединения позволяет осуществлять легкое удаление емкостного датчика из корпуса. Например, механизм разъединения может представлять собой механизм отсоединения с помощью пружины, в котором пружина выталкивает емкостной датчик из корпуса. Кроме того, механизм отсоединения может быть встроен в охватывающий элемент, например, за счет использования эластичного или гибкого охватывающего элемента, на который можно нажать, чтобы отделить емкостной датчик от корпуса.
Кроме того, предпочтительно, чтобы корпус был выполнен с возможностью охвата нескольких емкостных датчиков.
Такая установка является выгодной, если, например, считывание показаний объекта приходится осуществлять в нескольких местоположениях, которые находятся близко друг к другу. Например, при процедурах электрофизиологического считывания могут быть необходимы несколько емкостных датчиков, которые должны быть расположены близко друг к другу, например, в биполярных или других конфигурациях.
Кроме того, предпочтительно, чтобы корпус содержал, первый, по меньшей мере, один охватывающий элемент, предназначенный для удерживания первого емкостного датчика на месте, и второй, по меньшей мере, один охватывающий элемент для удерживания второго емкостного датчика на месте, причем первый, по меньшей мере, один охватывающий элемент и второй, по меньшей мере, один охватывающий элемент устанавливают на одной и той же контактной стороне.
Это позволяет легко устанавливать несколько емкостных датчиков на одну контактную сторону. Более того, такое размещение позволяет располагать несколько емкостных датчиков на объекте путем размещения на объекте только одного корпуса с контактной стороной. Два, три или более емкостных датчиков можно устанавливать на одной контактной стороне и охватывать соответствующими охватывающими элементами.
Кроме того, предпочтительно, чтобы емкостной датчик был образован из матрицы емкостных считывающих элементов.
Также это позволяет размещать несколько емкостных считывающих элементов на объекте путем простого размещения корпуса на объекте. Кроме того, это позволяет считывать показания объекта в позициях считывания, которые близко расположены друг к другу.
Кроме того, предпочтительно, чтобы корпус содержал, по меньшей мере, один охватывающий элемент для охвата матрицы емкостных считывающих элементов.
Предпочтительно, чтобы один охватывающий элемент охватывал матрицу емкостных измерительных элементов для удерживания внутри него матрицы емкостных измерительных элементов. Это позволяет легко и быстро соединять несколько емкостных чувствительных элементов с корпусом, при этом объект можно подвергать емкостному считыванию в различных точках при простом закреплении на объекте одного корпуса с матрицей емкостных считывающих элементов.
Кроме того, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, один емкостной датчик и один корпус был бы промаркирован.
Емкостной датчик и/или корпус маркируют предпочтительно различными цветами, различными формами или различными графическими изображениями. Если имеются несколько емкостных датчиков и/или несколько корпусов, то путем использования маркировки можно гарантировать, что емкостной датчик и корпус, которые подходят друг другу, будут соединены надлежащим образом.
Кроме того, предпочтительно, чтобы корпус содержал крышку, закрывающую корпус после того, как емкостной датчик был помещен в корпус.
Например, если корпус содержит контактную сторону, представляющую собой, например, фольгу, и, по меньшей мере, один охватывающий элемент, контактная сторона и, по меньшей мере, один охватывающий элемент образуют контейнер, в котором крышка может покрывать оставшуюся открытую сторону контейнера, т.е. корпуса, предпочтительно, автоматически. Использование крышки для закрытия корпуса может предотвращать загрязнение емкостного датчика, расположенного внутри корпуса.
Кроме того, предпочтительно, чтобы контактная сторона содержала средство прикрепления для поддержания корпуса в постоянном местоположении на поверхности объекта.
Средство прикрепления представляет собой, например, клейкое вещество, в частности, биологически совместимое клейкое вещество, которое предпочтительно наносят на внешнюю контактную сторону корпуса. Средство прикрепления также может представлять собой связывающий элемент, приспособленный таким образом, чтобы корпус можно было прикрепить на объекте, таким образом, чтобы контактная сторона корпуса контактировала с объектом.
Кроме того, предпочтительно, чтобы контактная сторона представляла собой фольгу.
Контактную сторону предпочтительно изготавливают из тонкого материала, предпочтительно, из материала, обладающего толщиной в диапазоне от субмикронного размера до субмиллиметрового. Чем тоньше материал, тем выше емкостная связь, или тело дает повышенный перенос биоэлектрического сигнала.
Контактную сторону можно изготавливать из изолирующего материала. Поскольку контактную сторону можно изготавливать из изолирующего материала, в отличие от традиционных материалов для считывания, используемых для считывания электрофизиологических сигналов, то более широкий диапазон возможных материалов доступен, включая изолирующие биологически совместимые материалы, более дешевый материал, более удобные материалы и так далее.
Контактную сторону можно изготавливать из электропроводящего материала. Это является выгодным для снижения трибоэлектрического заряда, который может нанести ущерб объекту или емкостному считывающему устройству.
Кроме того, предпочтительно, чтобы контактная сторона содержала материал с высокой относительной диэлектрической проницаемостью.
Материал с высокой диэлектрической проницаемостью представляет собой материал, обладающий относительной диэлектрической проницаемостью более 10, предпочтительно более 30, а еще предпочтительнее более 100, и даже еще боле предпочтительнее более 500.
3
3
3
2
3
7
3
4
3
3
3
4
4
3
3
2
4
3
3
2
5
2
3
2
Контактная сторона, содержащая материал с высокой относительной диэлектрической проницаемостью, обеспечивает достаточную емкостную связь между электродом, в частности емкостным датчиком, и считываемым объектом. Контактная сторона предпочтительно содержит, по меньшей мере, один из следующих материалов: AgCl (11,2), BaO (34), BaTiO (80-3600, анизотропный), BaZrO (43), CaTiO (165), CdNbO (500-580), KHPO (46), KNO (25), KNbO (700), KTaNbO (6000-34000), NHHSO (165), NaNbO (670), PbMgNbO (10000), PbTiO (200), SbSI (2000), SnTe (1770), SrTiO (382), TaO (30-65, анизотропный), TiO (86-170, анизотропный), WO (300), ZrO (12,5). В вышеуказанном перечне материалов числа в скобках означают относительную диэлектрическую проницаемость соответствующего материала.
3
3
3
3
4
2
5
2
3
2
Контактная сторона, в частности, поверхность контактной стороны, обращенная к объекту в ходе считывания, предпочтительно является нетоксичной, в частности, предпочтительно является биологически совместимой. Таким образом, контактная сторона предпочтительно содержит, по меньшей мере, один из следующих материалов: AgCl, BaO, BaTiO, BaZrO, CaTiO, KHPO, TaO, TiO, WO и ZrO. Эти материалы предпочтительно используют в качестве твердых изолирующих покрытий на контактной стороне корпуса.
Кроме того, предпочтительно, чтобы емкостной датчик и оболочка были адаптированы таким образом, чтобы по направлению к контактной стороне не было никакого воздушного зазора между емкостным датчиком и корпусом.
Поскольку небольшой воздушный зазор может сильно снижать емкостную связь, и поскольку легкие изменения в воздушном зазоре даже вызывают сильные искажения изображения при использовании емкостного считывающего устройства, качество емкостного считывания повышается при установлении емкостного датчика и оболочки таким образом, чтобы между емкостным датчиком и корпусом в направлении контактной стороны, т.е. в направлении считывания не было никакого зазора.
Кроме того, предпочтительно, чтобы емкостное считывающее устройство, в частности, контактная сторона корпуса, была установлена таким образом, чтобы для дальнейшего повышения качества емкостного считывания между контактной стороной и объектом, в частности, кожей тела никакого воздушного зазора не было. Предпочтительно, чтобы для снижения вероятности возникновения воздушного зазора между считываемым объектом и контактной стороной поверхность контактной стороны, обращенная к объекту при считывании, была бы плоская.
Кроме того, также предпочтительно, чтобы контактная сторона содержала материал с низкой диэлектрической проницаемостью.
Материал с низкой диэлектрической проницаемостью представляет собой материал, обладающий относительной диэлектрической проницаемостью менее 10, предпочтительно, менее 5, и еще более предпочтительно, менее 3.
Если появление воздушных зазоров вероятно, то материал, обладающий относительной диэлектрической проницаемостью, насколько возможно, близкой к диэлектрической проницаемости воздуха, уменьшает искажения изображения при перемещении. Поэтому также предпочтительными материалами, используемыми для контактной стороны, могут быть следующие материалы: полимеры, не содержащие кислорода, такие как политетрафторэтилен (2,1), полиэтилен/полипропилен (2,3), полибутадиен (2,5), полистирол (2,6), природный каучук (2,6), поликарбонат (2,9). Также предпочтительным материалом контактной стороны является кремнийорганический каучук (3), в частности, из-за его хороших свойств биологической совместимости. Также в этом параграфе числа в скобках означают значения относительной диэлектрической проницаемости.
Также в качестве материала для контактной стороны можно использовать наноструктурные материалы, обладающие относительной диэлектрической проницаемостью менее 2,0, более предпочтительно, менее 1,5, и даже еще более предпочтительно, менее 1,2. Эти материалы могут быть полезными для получения хорошо контролируемой толщины с низкой относительной проницаемостью, при поддержании барьера между повторно используемым емкостным датчиком и объектом, в частности, кожей, в гигиенических целях.
Кроме того, предпочтительно, чтобы емкостной датчик содержал электрод, электронные устройства, электрически соединенные с электродом, и электрический экран для защиты электронных устройств и, предпочтительно, электрод, причем предпочтительно, чтобы электронные устройства и электрод были установлены внутри электрического экрана.
Предпочтительно, чтобы электронные устройства были адаптированы для снижения импеданса емкостного датчика для измерения большего сигнала, т.е. предпочтительно, чтобы электронные устройства были адаптированы для генерирования сигнала с низким импедансом. Поскольку емкостное считывание обычно имеет крайне высокий импеданс, такая адаптация электронных устройств приводит к сниженной чувствительности к шуму. В качестве альтернативы или в дополнение, электронные устройства могут быть выполнены с возможностью усиления сигнала, осуществления некоторого предварительного формирования сигнала, например, фильтрации, или выполнения других функций, например, нейтрализации и/или самонастройки.
Предпочтительно, чтобы электрод, электрический экран и электронные устройства были сформированы в виде единого компонента, который можно устанавливать внутри корпуса. Предпочтительно, чтобы электрод представлял собой пластинчатый электрод. Если емкостной датчик содержит электрод, электронные устройства и электрический экран, емкостное считывающее устройство можно легко скомпоновать, поместив емкостной датчик в корпус. Емкостной датчик также может содержать больше модулей, предназначенных для дополнительных функций, например, емкостной датчик может содержать блок беспроводной связи, батарею, блок обработки сигналов, и т.д. Экран может представлять собой пассивный экран или активный экран.
Кроме того, предпочтительно, чтобы электрический экран был сформирован в виде оболочки, изготовленной из проводящего материала, в котором сторона оболочки образует электрод, и в котором электронные устройства размещены внутри оболочки.
Предпочтительно, чтобы оболочка была сформирована таким образом, чтобы она соответствовала форме корпуса. Предпочтительно, чтобы корпус имел цилиндрическую форму. Однако корпус также может иметь и другую форму, например прямоугольную форму.
Предпочтительно то, что корпус содержит электрод, при этом емкостной датчик содержит электронные устройства, например, для снижения импеданса емкостного датчика, и электрический экран для защиты электронных устройств, а также, предпочтительно, электрод, при этом корпус и емкостной датчик приспособлены таким образом, чтобы электрод и электронные устройства были электрически соединены друг с другом, если емкостной датчик установлен внутри корпуса.
Предпочтительно, чтобы емкостной датчик был соединен проводами через корпус. Например, если в одном корпусе используются несколько емкостных датчиков, то в корпус могут быть встроены совместно используемые провода, например, для энергоснабжения, заземления, передачи опорного сигнала, для того чтобы минимизировать количество проводов, подведенных к емкостным датчикам.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения обеспечен корпус для заключения в себя емкостного датчика для формирования емкостного считывающего устройства, предназначенного для считывания показаний объекта, причем корпус содержит контактную сторону, предназначенную для осуществления контакта с человеком в ходе считывания электрофизиологического сигнала человека, при этом корпус выполнен с возможностью считывания электрофизиологического сигнала человека посредством емкостного датчика через контактную сторону корпуса, и при этом корпус способен отделяться от емкостного датчика, для использования корпуса в качестве одноразового устройства.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения обеспечен емкостной датчик, заключенный в корпус, предназначенный для формирования емкостного считывающего устройства для считывания электрофизиологического сигнала человека, причем емкостной датчик выполнен с возможностью считывания электрофизиологического сигнала человека через контактную сторону корпуса, и при этом емкостной датчик способен отделяться от корпуса, для использования емкостного датчика в качестве повторно используемого устройства.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения обеспечен способ емкостного считывания для считывания показаний объекта, в котором электрофизиологический сигнал человека емкостно считывают емкостным считывающим устройством, содержащим емкостной датчик для емкостного считывания электрофизиологического сигнала человека и корпус для заключения в себя емкостного датчика, причем корпус содержит контактную сторону для осуществления контакта с человеком в ходе считывания электрофизиологического сигнала человека, при этом электрофизиологический сигнал человека считывают через контактную сторону корпуса с использованием емкостного датчика.
Предпочтительно, чтобы перед считыванием электрофизиологического сигнала человека емкостной датчик был разъемным образом помещен в корпус, и чтобы после считывания электрофизиологического сигнала человека емкостной датчик был отделен от корпуса для использования емкостного датчика в качестве устройства многократного использования и для использования корпуса в качестве одноразового устройства.
Следует понимать, что емкостное считывающее устройство по пункту 1 формулы изобретения, корпус по пункту 11, емкостной датчик по пункту 12 и способ емкостного считывания по пункту 13 имеют аналогичные и/или идентичные предпочтительные варианты воплощения, заданные в зависимых пунктах формулы изобретения.
Следует понимать, что предпочтительный вариант воплощения изобретения также может представлять собой любую комбинацию зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1-4 схематически и примерно показывают различные варианты воплощения емкостного считывающего устройства,
Фиг.5 схематически и примерно показывает вариант воплощения емкостного датчика емкостного считывающего устройства,
Фиг.6 показывает дополнительный вариант воплощения емкостного считывающего устройства, и
Фиг.7 примерно показывает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ емкостного считывания.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
На Фиг.1 схематически и примерно показан вариант воплощения емкостного считывающего устройства 1 для считывания показаний объекта 3. Емкостное считывающее устройство 1 содержит емкостной датчик 2 для емкостного считывания показаний объекта 3. Емкостное считывающее устройство 1 дополнительно содержит корпус 4 для заключения в себя емкостного датчика 2, при этом корпус 4 содержит контактную сторону 6 для осуществления контакта с объектом 3 в ходе считывания. Корпус 4 и емкостной датчик 2 выполнены с возможностью считывания показаний объекта 3 с использованием емкостного датчика 2 через контактную сторону 6 корпуса 4. Корпус 4 и емкостной датчик 2 способны отделяться друг от друга для использования емкостного датчика 2 в качестве устройства многократного применения и для использования корпуса 4 в качестве устройства одноразового применения.
Объект 3 представляет собой предпочтительно кожу человека или животного. Предпочтительно, чтобы емкостное считывающее устройство 1 было адаптировано для емкостного считывания электрофизиологических сигналов, таких как ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ, ЭОГ, EHG и других сигналов. Предпочтительно, чтобы емкостное считывающее устройство 1 было адаптировано для считывания электрофизиологического сигнала человека или животного, для мониторинга человека или животного.
Корпус 4 содержит контактную сторону 6 и, по меньшей мере, один боковой охватывающий элемент 8, который в данном варианте воплощения представляет собой охватывающую стенку, предназначенную для охвата емкостного датчика 2, для удержания емкостного датчика 2 на месте.
По меньшей мере, поверхность контактной стороны 6, которая предназначена для контакта с объектом 3, предпочтительно изготавливают из биологически совместимого материала.
Корпус 4 содержит удерживающий элемент 7 для удерживания емкостного датчика 2 внутри корпуса 4. Предпочтительно, чтобы удерживающий элемент 7 представлял собой элемент с выемкой для фиксации емкостного датчика 2 в корпусе 4 и для удерживания емкостного датчика 2 в корпусе 4 на месте. Предпочтительно, чтобы удерживающий элемент 7 был адаптирован таким образом, чтобы «щелчок» был слышен и/или ощутим, если емкостной датчик 2 введен в корпус 4 таким образом, чтобы емкостной датчик 2 удерживался внутри корпуса 4.
Охватывающий элемент 8 установлен на контактной стороне 6 и скомпонован таким образом, чтобы он охватывал емкостной датчик 2, для удержания емкостного датчика на месте. Охватывающий элемент 8 является гибким, для образования фиксирующего приспособления, которое удерживает емкостной датчик 2 на месте.
Охватывающий элемент 8 представляет собой боковой элемент, т.е. боковую стенку, охватывающую емкостной датчик 2. Охватывающий элемент 8 адаптируют таким образом, чтобы он соответствовал форме емкостного датчика 2. В данном варианте воплощения емкостной датчик 2 обладает цилиндрической внешней формой, а охватывающий элемент 8 представляет собой кольцевой элемент. Охватывающий элемент 8 представляет собой одиночный охватывающий элемент, который полностью охватывает емкостной датчик 2. Однако вместо одиночного охватывающего элемента можно использовать несколько охватывающих элементов, охватывающих емкостной датчик.
Корпус 104, содержащий контактную сторону 106 и два охватывающих элемента 108, схематически и примерно показаны на Фиг.2. Эти охватывающие элементы 108 выполнены с возможностью охвата емкостного датчика 102, обладающего цилиндрической формой, с проводом 109. Два охватывающих элемента 108 образуют кольцевой элемент с двумя зазорами, расположенными напротив друг друга. Таким образом, охватывающие элементы 108 образуют сегментированный держатель.
Предпочтительно, чтобы емкостной датчик и корпус содержали расцепляющий механизм для отсоединения емкостного датчика от корпуса. В вариантах воплощения, показанных на фигурах, охватывающие элементы представляют собой предпочтительно эластичный элемент, позволяющий пользователю нажимать на охватывающие элементы корпуса для легкого выдавливания емкостного датчика из корпуса. В другом варианте воплощения можно использовать другой механизм расцепления, например, по меньшей мере, одно из корпуса и емкостного датчика может содержать пружину, выталкивающую емкостной датчик из корпуса.
Фиг.3 схематически и примерно показывает дополнительный вариант воплощения корпуса. Корпус 204, показанный на Фиг.3, установлен таким образом, чтобы он охватывал несколько емкостных датчиков. Корпус 204 имеет контактную сторону 206, на которой обеспечены три кольцевых элемента 208, 213, 214, образованные охватывающими элементами. Каждый из этих кольцевых элементов 208, 213, 214 содержит два зазора, расположенные напротив друг друга. В этом варианте воплощения контактная сторона 206 обладает практически треугольной формой со скругленными углами. В другом варианте воплощения контактная сторона 206 может иметь другую форму, например, прямоугольную или круглую форму.
Таким образом, корпус 204 содержит первый, по меньшей мере, один охватывающий элемент, т.е. два первых охватывающих элемента 208, для удерживания первого емкостного датчика на месте, второй, по меньшей мере, один охватывающий элемент, т.е. два вторых охватывающих элемента 213, для удерживания второго емкостного датчика на месте, и третий, по меньшей мере, один охватывающий элемент, т.е. два третьих охватывающих элемента 214, для удерживания третьего емкостного датчика на месте, причем первый, второй и третий охватывающие элементы 208, 213, 214 установлены на одной и той же контактной стороне 206.
Это позволяет легко монтировать несколько емкостных датчиков на одну контактную сторону. Более того, такое расположение позволяет размещать несколько емкостных датчиков на объекте путем размещения на поверхности объекта только одного корпуса с контактной стороной.
На Фиг.4 схематически и примерно показан дополнительный вариант воплощения емкостного считывающего устройства.
Емкостное считывающее устройство 301, показанное на Фиг.4, содержит емкостной датчик 302 для емкостного считывания показаний объекта и корпус 304 для заключения в себя емкостного датчика 302. Корпус 304 содержит контактную сторону 306 для осуществления контакта с объектом в ходе считывания. Корпус 304 и емкостной датчик 302 адаптированы для считывания показаний объекта емкостным датчиком 302 через контактную сторону 306 корпуса 304. Также корпус 304 и емкостной датчик 302 способны отделяться друг от друга в целях использования емкостного датчика 302 в качестве устройства многократного применения и в целях использования корпуса 304 в качестве устройства одноразового применения.
Емкостной датчик 302 образован из матрицы емкостных считывающих элементов 310, установленных на крепежном элементе 311. Емкостные считывающие элементы 310 генерируют емкостной считывающий сигнал, который можно считывать по проводу 309. Емкостные считывающие элементы 310 могут быть соединены, а блок управления может быть обеспечен таким образом, чтобы емкостными считывающими элементами можно было считывать независимо друг от друга, или таким образом, чтобы два или более, в частности, все емкостные считывающие элементы вносили вклад в один емкостной считывающий сигнал.
Использование такой матрицы емкостных считывающих элементов 310 позволяет размещать несколько емкостных считывающих элементов 310 на объекте путем простого расположения корпуса 304 на объекте. Кроме того, это позволяет считывать показания объекта в точках считывания, которые находятся близко друг к другу.
Корпус 304 емкостного считывающего устройства 301 содержит охватывающий элемент 308, адаптированный для заключения в себя матрицы емкостных считывающих элементов 301. Также охватывающий элемент 308 может содержать зазоры.
Предпочтительно, чтобы описываемые емкостные датчики и корпуса были промаркированы, например, различными цветами, различными формами или различными графическими символами. Если имеются несколько емкостных датчиков и/или несколько корпусов, путем использования маркировки можно добиться того, чтобы емкостной датчик и корпус, которые подходят друг другу, были смонтированы правильно.
Корпуса, показанные на фигурах, могут содержать крышку (не показана на фигурах), закрывающую корпус после помещения емкостного датчика в корпус. В частности, корпус, имеющий контактную сторону и, по меньшей мере, один охватывающий элемент, образует контейнер, в котором крышка может покрывать оставшуюся открытую сторону контейнера. В варианте воплощения крышка может быть установлена таким образом, чтобы корпус автоматически закрывался, если в корпус был вставлен емкостной датчик.
Контактная сторона корпуса в описываемых вариантах воплощения может содержать средство крепежа для удерживания корпуса в постоянном положении на поверхности объекта. Предпочтительно, чтобы средство крепежа представляло собой клейкое вещество, в частности, биологически совместимое клейкое вещество, которое предпочтительно наносят на внешнюю поверхность контактной стороны корпуса. Такое средство крепежа схематически и примерно показано на Фиг.6, которое будет описано ниже. Вместо клейкого вещества можно использовать и другое средство крепежа, например, связывающий элемент, приспособленный таким образом, чтобы корпус можно было бы удерживать на поверхности объекта таким образом, чтобы контактная сторона корпуса соприкасалась с объектом при подвергании объекта емкостному считыванию.
Контактная сторона описываемых вариантов воплощения корпуса представляет собой предпочтительно фольгу, изготовленную из изоляционного материала. В других вариантах воплощения контактная сторона также может быть изготовлена из электропроводящего материала.
Предпочтительно, чтобы контактная сторона была изготовлена, в частности, из материала с высокой относительной диэлектрической проницаемостью. Материал с высокой относительной диэлектрической проницаемостью представляет собой материал, обладающий диэлектрической проницаемостью более 10, предпочтительно, более 30, еще более предпочтительно, более 100, и даже еще более предпочтительно, более 500.
3
3
3
2
3
7
3
4
3
3
3
4
4
3
3
2
4
3
3
2
5
2
3
2
Контактная сторона, содержащая материал с высокой относительной диэлектрической проницаемостью, обеспечивает достаточную емкостную связь между электродом, в частности емкостным датчиком, и считываемым объектом. Предпочтительно, чтобы контактная сторона содержала, по меньшей мере, один из следующих материалов: AgCl (11,2), BaO (34), BaTiO (80-3600, анизотропный), BaZrO (43), CaTiO (165), CdNbO (500-580), KHPO (46), KNO (25), KNbO (700), KTaNbO (6000-34000), NHHSO (165), NaNbO (670), PbMgNbO (10000), PbTiO (200), SbSI (2000), SnTe (1770), SrTiO (382), TaO (30-65, анизотропный), TiO (86-170, анизотропный), WO (300), ZrO (12,5). В вышеупомянутом перечне материалов числа в скобках означают относительную диэлектрическую проницаемость соответствующего материала.
3
3
3
3
4
2
5
2
3
2
Предпочтительно, чтобы контактная сторона, в частности, поверхность контактной стороны, обращенная к объекту в ходе считывания, была бы нетоксичной, в частности, предпочтительно, чтобы она была биологически совместимой. Таким образом, предпочтительно, чтобы контактная сторона содержала, по меньшей мере, один из следующих материалов: AgCl, BaO, BaTiO, BaZrO, CaTiO, KHPO, TaO, TiO, WO и ZrO. Предпочтительно, чтобы эти материалы были использованы в качестве твердого изолирующего покрытия на контактной стороне корпуса.
Если контактная сторона изготовлена, в частности, из материала с высокой относительной диэлектрической проницаемостью, предпочтительно, чтобы емкостной датчик и корпус были адаптированы таким образом, чтобы между емкостным датчиком и корпусом не возникало зазора по направлению к контактной стороне.
В другом варианте воплощения контактная сторона корпуса может быть изготовлена, в частности, из материала с низкой относительной диэлектрической проницаемостью.
Материал с низкой относительной диэлектрической проницаемостью представляет собой материал, обладающий относительной диэлектрической проницаемостью менее 10, предпочтительно, менее 5, а еще предпочтительнее, менее 3.
Если вероятно появление воздушных зазоров, то материал с относительной диэлектрической проницаемостью, как можно более близкой к относительной диэлектрической проницаемости воздуха, снижает искажения изображения, связанные с движением. Также поэтому следующие материалы могут являться предпочтительными материалами для контактной стороны: полимеры, не содержащие кислорода, такие как политетрафторэтилен (2,1), полиэтилен/полипропилен (2,3), полибутадиен (2,5), полистирол (2,6), природный каучук (2,6), поликарбонат (2,9). Также предпочтительным материалом для контактной стороны является кремнийорганический каучук (3), в частности, из-за его хорошей биологической совместимости. Также в данном абзаце числа в скобках означают значения относительной диэлектрической проницаемости.
Также наноструктурные материалы, обладающие относительной диэлектрической проницаемостью менее 2,0, более предпочтительно, менее 1,5, и даже более предпочтительно, менее 1,2 можно использовать в качестве материала для контактной стороны. Эти материалы могут быть полезными для формирования хорошо контролируемой толщины с низкой относительной диэлектрической проницаемостью, при поддержании барьера между емкостным датчиком многократного использования и объектом, в частности, кожей, с точки зрения гигиены.
Предпочтительно, чтобы материал с низкой относительной диэлектрической проницаемостью был использован, если вероятно возникновение воздушных зазоров, поскольку относительная диэлектрическая проницаемость, насколько возможно, близкая к относительной диэлектрической проницаемости воздуха, снижает возникновение искажений изображения, вызванных относительными перемещениями между поверхностью объекта и электродом емкостного считывающего устройства.
Обратимся теперь снова к Фиг.1, где емкостной датчик 2 содержит электрод 12, электронное устройство 14 для снижения импеданса емкостного датчика и электрический экран 13 для защиты электронного устройства 14 и электрода 12, причем электронное устройство 14 расположено внутри электрического экрана 13.
Электрод 12, электронный экран 13 и электронное устройство 14 образованы в виде единого компонента, который можно устанавливать внутри корпуса 4. Электрод 12 представляет собой пластинчатый электрод. Поскольку емкостной датчик 2 содержит электрод 12, электронное устройство 14 и электрический экран 13, то емкостное считывающее устройство 1 может быть легко скомпоновано путем помещения емкостного датчика 2 в корпус 4. Генерируемые сигналы емкостного считывания можно считывать через провод 9. Емкостной датчик 2 также может содержать больше модулей, предназначенных для дополнительных функций, например, емкостной датчик 2 может содержать блок беспроводной связи вместо использования провода 9, батарею, блок обработки сигналов, и так далее. Экран 13 может быть пассивным экраном или активным экраном.
Емкостной датчик 2 дополнительно содержит оболочку 15, изготовленную из изолирующего материала и/или из проводящего материала.
На Фиг.5 схематически и примерно показан дополнительный вариант воплощения емкостного датчика. Емкостной датчик 402, показанный на Фиг.5, содержит электрический экран 413, сформированный в виде оболочки, изготовленной из проводящего материала, такого как медь. Сторона оболочки, которая должна быть обращена к объекту во время считывания, образует электрод 412. Электронное устройство 414 и электрод 412 устанавливают внутри оболочки, где, если оболочка 413 изготовлена из проводящего материала, электрод 412 не имеет электрического контакта с оболочкой 413. Поэтому, если оболочка 413 изготовлена из проводящего материала, изолирующий материал обеспечен, по меньшей мере, между электродом 412 и оболочкой 413, т.е. ниже электрода 412 и оболочки 413. Сигнал считывания, генерируемый емкостным датчиком, можно считывать через электрическое соединение 409, представляющее собой, в частности, провод. Генерируемый сигнал считывания передается на блок 416 управления и вывода для регулирования работы емкостного датчика и для вывода генерированного сигнала считывания. Блок 416 управления и вывода также может содержать блок обработки сигналов для обработки сигнала считывания, например фильтрования сигнала до его вывода. Также емкостные датчики, показанные на других фигурах, можно соединять с блоком управления и вывода для управления емкостным датчиком и для вывода сигнала считывания, генерируемого емкостным датчиком. Оболочка, образованная электрическим экраном 413, сформирована таким образом, чтобы она соответствовала форме корпуса, в который должен быть помещен емкостной датчик. Предпочтительно, чтобы оболочка имела цилиндрическую форму. Однако оболочка также может иметь и другую форму, например, прямоугольную форму.
На Фиг.6 схематически и примерно показан дополнительный вариант воплощения емкостного считывающего устройства. Емкостное считывающее устройство 501, показанное на Фиг.6, содержит емкостной датчик 502 для емкостного считывания показаний объекта 3 и корпус 504 для заключения в себя емкостного датчика 502. Корпус 504 содержит контактную сторону 506 для осуществления контакта с объектом 3 в ходе считывания. На поверхность контактной стороны 506, обращенной к объекту 3 в ходе считывания, наносят клейкое вещество, т.е. клейкое вещество наносят на внешнюю поверхность контактной стороны 506. Клейкое вещество образует слой 517, представляющий собой средство крепления для удержания корпуса 504 в постоянном положении на поверхности объекта 3.
Корпус 504 содержит электрод 512, а емкостной датчик 502 содержит электронное устройство 514 для снижения импеданса емкостного датчика и электрический экран 513 для защиты электронного устройства 514 и электрода 512. Корпус 504 и емкостной датчик 502 смонтированы таким образом, чтобы электрод 512 и электронное устройство 514 были электрически соединены, если емкостной датчик 502 установлен внутри корпуса 504. Таким образом, емкостной датчик 502 содержит контакты для осуществления контакта электронного устройства 514 с электродом 512, расположенным в корпусе 504.
Хотя в вышеописанных вариантах воплощения, которые показаны на фигурах, в емкостном датчике, который может быть электрически соединен с блоком контроля и вывода, может быть установлена электропроводка, также является возможным, чтобы электропроводка была установлена в корпусе, причем корпус содержит электрический контакт, и при этом емкостной датчик содержит соответствующий электрический контакт, вследствие чего емкостной датчик электрически соединяется с корпусом таким образом, чтобы емкостной датчик становился электрически управляемым. Например, генерируемый емкостной сигнал можно передавать на внешний блок управления и вывода по электропроводке, установленной в корпусе.
Всю или только часть электропроводки можно подключить через корпус, например, для установления общего заземления для нескольких емкостных датчиков.
В следующем варианте воплощения способ емкостного считывания будет примерно описан со ссылкой на блок-схему последовательности операций, показанную на Фиг.7.
На этапе 601 емкостной датчик помещают в корпус с возможностью отделения.
На этапе 602 корпус, содержащий емкостной датчик, прикрепляют к объекту, в частности, прикрепляют к коже человека или животного, а на этапе 603 объект, в частности, кожу человека или животного подвергают считыванию через контактную сторону корпуса с использованием емкостного датчика. Предпочтительно, на этапе 603 измеряют электрофизиологические сигналы человека или животного.
После выполнения измерения на этапе 604 корпус, содержащий емкостной датчик, отсоединяют от объекта, а на этапе 605 емкостной датчик отделяют от корпуса для использования емкостного датчика в качестве устройства многократного применения и для использования корпуса в качестве устройства одноразового применения.
Емкостные электрофизиологические датчики являются привлекательными из-за присущего им удобства. Поскольку между кожей и электродом не требуется никакого проводящего, в частности гальванического контакта, влажный гелевый контакт или специальная обработка кожи больше не требуется.
0
rel
0
rel
-12
2
Емкостную связь между датчиком и кожей можно рассматривать как параллельный конденсатор. Емкость C для плоскопараллельного конденсатора приведена как: C = εεА/d, где ε - это диэлектрическая проницаемость вакуума (8,85×10 Ф/м), ε - относительная диэлектрическая проницаемость, А - площадь датчика (обычно 0,5-4 см), а d - расстояние между «обкладками» (телом и электродом). Объем, образуемый поверхностью датчика и расстоянием d, может быть заполнен изолирующим материалом.
Емкостное считывающее устройство, содержащее емкостной датчик и корпус, можно использовать в областях здоровья человека, мобильного мониторинга, образа жизни, и так далее. Однако емкостное считывающее устройство также можно использовать и в более традиционных областях электрофизиологического считывания, например, в регулярном ЭКГ-мониторинге пациента в больнице. В больнице емкостное считывающее устройство должно быть чистым при его использовании на разных пациентах. Это достигается в соответствии с изобретением путем обеспечения одноразового корпуса, в который можно помещать емкостной датчик многократного применения. Средство крепления корпуса может быть использовано для точного размещения емкостного считывающего устройства на поверхности тела человека или животного для измерения электрофизиологических сигналов.
Емкостное считывающее устройство, содержащее емкостной датчик и корпус, обладает преимуществом, по сравнению с использованием традиционных электродов для измерения электрофизиологических сигналов, тем, что оно не нуждается в использовании проводящего геля, который высыхает со временем, и, кроме того, не требуется подготовка кожи для улучшения электрического контакта. Поскольку проводящий гель для емкостного считывающего устройства не требуется, можно избежать облучения кожи, вызываемого использованием проводящего геля. Кроме того, становится возможным измерение электрофизиологических сигналов через другие объекты, такие как перевязочные материалы, из-за проведения емкостного считывания в области, в которой для считывания электрофизиологических сигналов в основном используются контактные электроды.
Хотя в вышеописанных вариантах воплощения описаны охватывающие элементы, в которых, в частности, две гибкие части образуют кольцо с двумя противолежащими зазорами для поддержания емкостного датчика на месте, можно использовать любую другую (сегментированную или несегментированную) конструкцию корпуса, которая поддерживает датчик на месте.
Хотя в вышеописанных вариантах воплощения емкостной датчик имеет предпочтительно цилиндрическую форму, емкостной датчик также может иметь и другую форму, например, прямоугольную форму. Корпус, таким образом, адаптируют, чтобы он соответствовал соответствующей форме емкостного датчика.
Хотя в вышеописанных вариантах воплощения определенное количество емкостных датчиков может быть помещено в один корпус, корпус также может быть адаптирован таким образом, чтобы он охватывал другое количество емкостных датчиков, например, корпус может быть адаптирован для того, чтобы охватывать один, два, три или более емкостных датчиков.
Хотя в вышеописанных вариантах воплощения контактная сторона изготовлена, в частности, из изолирующего материала, контактная сторона может быть, в частности, изготовлена из проводящего материала.
Предпочтительно, чтобы клейкое вещество представляло собой клейкое вещество, обеспечивающее хорошую фиксацию на коже тела человека или животного. Однако клейкое вещество также может представлять собой клейкое вещество, которое может прилипать и к другим материалам, например, к текстильному изделию, когда намечено применение, при котором емкостной датчик проводит измерения через чью-то одежду или через перевязочные материалы. Корпус также может быть установлен таким образом, чтобы он соединялся с волосами на голове, если происходит считывание тела человека или животного. Вместо или в добавление к использованию материала с высокой диэлектрической проницаемостью для контактной стороны корпуса, емкостной датчик может быть покрыт материалом с высокой относительной диэлектрической проницаемостью. Таким образом, материал с высокой относительной диэлектрической проницаемостью можно наносить в виде твердого изолирующего покрытия на емкостной датчик.
Предпочтительно, чтобы емкостное считывающее устройство было адаптировано к использованию для зондирования электрофизиологических полей (ЭКГ, ЭМГ, ЭЭГ, ЭОГ, EHG,...). Некоторыми примерами, в которых можно использовать емкостное считывающее устройство, являются приборы для мониторинга состояния пациента (главным образом, приборы для измерения ЭКГ), измерительный прибор (клинический) для ЭЭГ, система нейрокомпьютерного интерфейса (НКИ), пояса для беременных, содержащие датчики для мониторинга состояния ребенка или сокращательной активности матки, измерительный прибор для ЭМГ, для мониторинга мышц, используемый для предотвращения перегрузки мышц или мышечных травм, прибор, который измеряет ЭКГ или ЭМГ во время физической активности или занятий спортом, или прибор, который интерпретирует эмоции, исходя из электрофизиологических сигналов. Поскольку емкостные датчики обладают уникальной способностью осуществлять считывание сквозь изолирующие материалы, возникают новые возможности, например возможность считывания сквозь перевязочные материалы, например, в случае ожоговых ран, или возможность измерения электрофизиологических сигналов на «умной кровати».
Хотя в вышеописанных вариантах воплощения в качестве примера упомянуто применение емкостного считывающего устройства в больнице, емкостное считывающее устройство также можно использовать и в другой области, например, в области домашнего мониторинга для безопасного зондирования пользователем основных показателей состояния организма, например, ЭКГ.
Хотя в вышеописанных вариантах воплощения были описаны различные корпуса и емкостные датчики, свойства этих корпусов и этих емкостных датчиков можно комбинировать, например, варианты воплощения, показанные на Фиг.3 и 4, можно комбинировать таким образом, чтобы каждый из кольцевых элементов 208, 213 и 214 мог заключать в себя матрицу емкостных считывающих элементов.
При реализации заявленного изобретения специалистам в данной области техники могут быть понятны и другие видоизменения для раскрытых вариантов воплощения, которые могут быть осуществлены ими, исходя из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.
В формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов или этапов, а признак единственного числа не исключает множество.
Единый блок или устройства могут выполнять функции нескольких объектов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт, что некоторые меры перечислены в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих мер нельзя успешно использовать.
Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем формулы изобретения.