ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПЕДАНСА УЧАСТКА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА
SENSOR FOR MEASURING IMPEDANCE OF HUMAN BODY SECTION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области измерений для диагностических целей, в частности к конструкции датчиков для измерения импеданса или электрического сопротивления тела человека, и может быть использовано в системах мониторинга состояния человека.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны конструкции датчиков для измерения электрического сопротивления участка тела человека, располагаемых вокруг запястья.
Так, в патенте RU 2251156 (публикация 27.04.2005, МПК А61В 5/05) описана система контроля работоспособности оператора по уровню бодрствования и предвестникам гипогликемии. В системе предлагается использовать датчики, включающие две пары электродов, в частности для измерения электрического сопротивления кожного покрова. Электроды первой пары имеют гальваническую связь с внутренней поверхностью кожного покрова запястья или пальца руки, а электроды второй пары - с тыльной областью кисти или запястья. Средство крепления датчиков может быть выполнено в виде перчатки или ее части. Однако данная конструкция не обеспечивает надежного контакта электродов с кожей человека, особенно во время движения руки, поэтому не обеспечивает достаточную устойчивость измерительного сигнала с датчиков и чувствительность датчиков.
В международной заявке WO 2010/128500 (публикация 11.11.2010, МПК А61В 5/00) описан способ и система измерения концентрации глюкозы в крови человека с помощью измерения импеданса участка тела и последующей регистрации пульсовой волны. В одном из вариантов выполнения системы используются датчики, рядами располагаемые вокруг запястья на гибком держателе. Каждый из датчиков является отдельным преобразователем, который подключается к измерительной системе через определенные промежутки времени. В каждый момент времени к измерительной системе подключается один из датчиков. Во время движения руки контакт с кожей каждого из датчиков может быть нарушен. Так как система снимает показания последовательно с каждого датчика, в какой-то момент времени измерения могут прерваться из-за отсутствия надежного контакта датчика с кожей.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение устойчивости измерительного сигнала и повышение чувствительности датчика для измерения импеданса участка тела человека, что достигается за счет более надежного контакта электродов датчика с кожей, в том числе во время движения рукой, на которой закреплен датчик.
Датчик для измерения импеданса участка тела человека, в соответствии с настоящим изобретением, включает первый и второй электроды и держатель электродов. Оба электрода выполнены секционными, причем секции первого и второго электродов расположены попеременно в один ряд на внутренней поверхности держателя. Сам держатель выполнен с возможностью закрепления вокруг запястья человека так, чтобы секции обоих электродов примыкали к запястью.
Достижение указанного технического результата - повышение устойчивости измерительного сигнала и повышение чувствительности датчика - обеспечивается путем повышения надежности контакта датчиков с кожей человека и оптимизации пути прохождения тока между секциями датчиков, что обеспечивается за счет:
- выполнения электродов секционными;
- размещения секций электродов на держателе, закрепляемом вокруг запястья;
- расположения секций электродов попеременно в один ряд на внутренней поверхности держателя.
Надежность контакта обеспечивается тем, что каждый электрод выполнен из нескольких секций, а держатель электродов обеспечивает их плотное прилегание к запястью. Поэтому при движении руки, хотя бы одна из секций каждого из электродов будет постоянно находиться в контакте с кожей. Кроме того, за счет попеременного расположения секций электродов вокруг запястья электрический ток течет через ткани запястья, в которых велико кровенаполнение, при этом суммарно электрический ток проходит через достаточно большой объем кровенаполненных тканей, что также повышает чувствительность датчика.
Число секций каждого электрода может составлять по меньшей мере три.
2
2
Каждая секция обоих электродов имеет контактную площадь по меньшей мере 1 см. Благодаря тому, что электроды выполнены секционными и каждая из секций имеет достаточно большую площадь - по меньшей мере 1 см, дополнительно повышается устойчивость измерительного сигнала и чувствительность датчика.
В частном случае держатель электродов может быть выполнен в виде гибкой ленты, закрепляемой на запястье с помощью застежки, например застежки-липучки.
Кроме того, держатель электродов может быть выполнен в виде браслета, имеющего секции, шарнирно соединенные между собой.
Держатель электродов также может быть выполнен в виде обтягиваемой запястье манжеты.
Кроме того, датчик дополнительно может содержать преобразователь сигналов датчика, размещенный в держателе электродов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение поясняется следующими графическими материалами.
На Фиг.1 показан в аксонометрии пример выполнения датчика, у которого держатель электродов выполнен в виде гибкой ленты, в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.2 схематично показано закрепление датчика на запястье.
На Фиг.3 показано расположение секций электродов на держателе и электрическое соединение секций первого и второго электродов датчика, изображенного на Фиг.1.
На Фиг.4 показан вид указанного на Фиг.3 сечения А-А держателя в области одной из секций электрода.
На Фиг.5 показан другой пример конструкции держателя с полостью для размещения преобразователя сигналов датчика.
На Фиг.6 показана схема электрического соединения секций первого и второго электродов с образованием первого и второго электродов датчика.
На Фиг.7 проиллюстрировано направление токов, текущих через участок тела человека между секциями электродов датчика, выполненного в соответствии с изобретением.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Датчик 1 (Фиг.1) для измерения импеданса участка тела человека содержит держатель 2 с установленными на нем первым электродом 3 и вторым электродом 4 (Фиг.3), которые выполнены из отдельных секций 5 и 6 соответственно. В данном примере держатель 2 электродов выполнен в виде гибкой ленты с застежкой 7 типа застежки-липучки, что позволяет закрепить его плотно вокруг запястья 9, как это показано на Фиг.2. Держатель 2 электродов может быть выполнен из пластмассы и других материалов, обеспечивающих оборачивание держателя вокруг запястья 9. Для специалиста понятно, что держатель электродов может иметь различную конструкцию, например, может быть выполнен в виде браслета, имеющего секции, шарнирно соединенные между собой, или в виде манжеты, плотно надеваемой на запястье (на чертежах эти варианты не показаны).
Электроды 3 и 4, выполненные в виде отдельных секций 5 и 6 соответственно, размещены с внутренней стороны держателя 2, так что при надевании датчика 1 на запястье 9 секции 5 и 6 электродов 3 и 4 примыкают к запястью 9. Секции 5 и 6 обоих электродов 3 и 4 расположены на держателе 2 в ряд попеременно. То есть: за секцией 5 электрода 3 следует секция 6 электрода 4, затем - снова секция 5 электрода 3, следом - секция 6 электрода 4, и т.д. На Фиг.1, Фиг.3, Фиг.5 - Фиг.7 секции 5 электрода 3 обозначены буквой «а», а секции 6 электрода 4 - буквой «b».
2
Опытным путем установлено, что близкий к оптимальному вариант выполнения датчика 1 содержит по четыре секции 5 и 6 каждого электрода 3 и 4. Контактная площадь каждой секции 5 и 6 составляет по меньшей мере 1 см. Форма секций 5 и 6 электродов 3 и 4 может быть разнообразной, например прямоугольной, как показано на Фиг.1, или круглой, как показано на Фиг.5. Все секции 5 электрически соединены между собой, как это показано на Фиг.3 и Фиг.6, образуя электрод 3, аналогично все секции 6 электрически соединены между собой, образуя электрод 4.
Внутри держателя 2 может быть установлена гибкая печатная плата 8 (Фиг.4 и Фиг.5) или печатная плата в виде секций, соединенных гибкими проводниками. На печатной плате 8, например, может быть размещен преобразователь сигналов датчика и элементы питания, которые служат для электропитания датчика и преобразования сигналов датчика в цифровую форму и передачи их в внешнее устройство обработки. Устройство обработки сигналов также может быть расположено в держателе, а датчик может быть снабжен монитором и элементами управления.
2
2
Датчик 1 для измерения импеданса участка тела человека, в данном случае участка тела руки, работает следующим образом. Благодаря держателю 2, который крепится вокруг запястья 9 застежкой 7, контактные поверхности секций 5 и 6 электродов 3 и 4 плотно прилегают к коже запястья 9. Выполнение электродов 3 и 4 секционными обеспечивает постоянный надежный контакт по меньшей мере двух секций 5 и 6 электродов 3 и 4 с кожей при любых движениях руки. Благодаря тому, что электроды 3 и 4 выполнены секционными, и каждая из секций 5, 6 имеет площадь по меньшей мере 1 см, суммарная площадь каждого электрода, например в случае, когда он выполнен из четырех секций, составляет по меньшей мере 4 см, что повышает надежность контакта электродов 3 и 4 с кожей и чувствительность датчика 1.
Расположение секций 5 и 6 попеременно (Фиг.7) обеспечивает прохождение электрического тока 12 (показан пунктирными стрелками) через мягкие ткани 10 запястья 9, при этом токи от отдельных секций 5, 6 суммируются. При таком расположении секций 5 и 6 ток не проходит через кости 11 руки, которые обладают большим электрическим сопротивлением, чем кровенасыщенные мягкие ткани 10, что также влияет на чувствительность датчика в сторону ее повышения.
Конструкция датчика обеспечивает повышение чувствительности датчика за счет повышения надежности контакта электродов датчика с кожей человека, увеличения площади датчиков и оптимизации пути прохождения тока через участок тела человека между секциями датчиков. На основе данной конструкции возможно создание систем, которые позволяют производить непрерывный мониторинг различных параметров жизнедеятельности человека.