CN1039351A - 监督装置 - Google Patents

Abstract

一种脉搏监督装置，可装在一个手表(10)内。脉搏测量是使用一个超声波转换器组件(12)，该超声波转换器组件(12)利用多普勒效应来测量动脉中的血液速度，然后将脉搏速率显示在手表显示器(37)的显示时间的地方或其他地方。该超声波转换器组件(12)附装在手表带(13)上，并且可以沿着该手表带相对于指示组件(11)移动，借以配合不同大小的手腕。

Description

本发明涉及一种监督装置，特别适用于对人体生理功能的监督。为便于说明，将以此种应用来作说明。然而应了解，本发明亦可作其他应用，例如动物之监督。

人体的紧张程度，可以由测量其生理功能（例如脉搏速率，体温和身体水份）来加以监督。当运动时这些变化的量度是非常需要的。为使运动达到最佳状态，必须使心跳速率上升到最大速率的60%以上，然而，当运动使心跳速率上升到高于最大速率（依年龄和健康状况来决定）时，则可能导致严重后果。

身体水份的测量对于运动员也是非常重要的，它可以提供身体脱水的早期警告。温度测量（附带或不附带其他参数的测量）可以用来检测戴用者的体温过高或过低。心跳速率的增加亦可警告体温过高或过低。

对于具有心脏病病史的人或是心脏手术后正在恢复的人，连续监督其生理参数也是非常需要的。

到目前为止，连续监督运动员等人心跳速率的惟一可行的方法是将一个心电图感测器装到环绕胸部的一个装具内，然后将一个固定控制盘或装在手腕上的一个监督装置接线到该感测器用来测量心跳速率。另外一种方式是将一个感测器套环戴在手指上，和使用一些光学感测器，该等感测器对脉搏循环时经过手指的光线传输变化作出响应。这些装置在装戴时非常不方便，而且使用时非常不舒服，其结果是在商业应用上受到限制而不能流行。

针对上述缺点和其他缺点，本发明的目的是提供一种能够可靠而有效使用的监督装置。具有上述目的和其他目的的本发明的一个方面是提供一种监督装置，用来监督所希望的生理功能，该监督装置包括：

感测装置，用来感测所希望之生理功能，该感测装置以可拆卸方式附装在一个使用者身上;

保持装置，用来保持该感测装置使之邻近使用者身体的一个选定部位;

信号处理装置，用来处理来自感测装置的输出;和

指示装置，用来提供一种可感知的输出，该输出随感测装置输出的变化而变化。

最好是该生理功能为脉搏速率，这时所述感测装置即为脉搏速率感测器。当然，如有需要亦可测量其他生理功能，例如体温或身体水份，这时可以相应地使用其他适当的感测装置，例如温度计，包括激光温度计或皮肤电阻率测量装置。

脉搏速率感测器可采用任何所希望的形式。例如，脉搏循环时由于动脉扩张而产生的身体尺度的变化，可以采用位移感测装置来监督，如使用应变片或任何适当形式的压力感测装置，将其依靠在动脉上。然而，最好是使用超声波转换器组件作为脉搏速率感测器，并将其安置成可以用来感测脉搏循环时血液流动的速率或流量的变化，其方法是利用血液流动速率变化所产生的多普勒效应或其他可感测的效应（例如动脉噪音大小或尺寸的变化）。超声波转换器组件可包括压电或压电陶瓷转换器，或任何其他所希望的超声波转换器。

指示装置可以做成任何所希望的形态，其中包括目视指示装置，用来提供感测装置输出的目视显示;还可包括警报装置，以可目视，可耳闻或可感触（例如在水中使用时）的方式来表示该感测装置的输出已经达到或超过一预先设定的限度。所述目视指示装置可以做成任何所希望的形式（例如以模拟方式读出），但是最好是做成数字显示的形式，借以利用目前的数字式手表技术。另外一种方式是使用目视显示单元（VDU）来作为指示装置。

上述指示装置和信号处理装置可包括在一个显示控制盘内，该显示控制盘可包含一个计算机。

警报装置可以采用任何所希望之形式，例如闪光。但是，最好还是用耳闻警报器（例如蜂呜器）作为警报装置，或使用感触警报器（例如电信号发生装置等，用来产生信号而加在皮肤上），在不容许持续注视指示装置的条件下，用这种方式可以提醒正在进行运动的装戴者警觉该警报状况。

保持装置可以做成长度可调整的装具形式，并且可以将感测装置保持在邻近使用者身体的任何所希望的部位。适当的一种方式是将感测装置保持在邻近使用者的手腕上，并且紧靠其中之动脉，保持装置做成手表带形式。该手表带还可用来支持信号处理装置和指示装置。信号处理装置和指示装置可以装在一个外壳内借以保护它们。该外壳还可容纳一个计时器或手表。如有需要，信号处理装置、指示装置和计时器可以做成一体而成为一个组合件，作为一个传统式的代用手表来配戴。此外，当用于动物（例如赛马）身上时，可将感测器装置保持在邻近该动物的一个部位（例如动脉）上，并将指示装置放置在骑士易于看到的位置。如有需要亦可设置遥测装置，并将指示装置放在远离感测装置处，例如安置在跑道旁边或是安置在一个运动设施旁边。

感测装置亦可做成感测组件，装配成可以沿表带而调整其与外壳的相对位置，借以使感测组件和外壳的位置有所希望的间隔，以适应使用者不同大小的手腕，使外壳靠近手腕的脊部，而使感测组件靠近动脉。手表带亦可包括一个柔性元件（例如一个弹性部件），使感测组件可以靠紧使用者手腕。

应当使感测装置的大小和形状能舒服地载在使用者手腕腹面的脊骨和筋骨之间，借筋骨的作用使感测装置相对动脉的移动减小。如有需要亦可使用弹簧来推压感测装置使其与手腕接触，当手腕移动时可以与手腕的腹面皮肤保持紧密接触。

保持装置可包括含有一些电连接器的传输条带，沿条带装置一些电线，用来连接感测装置和指示装置。电连接器亦可为裸露导体片的形状，用来与所附接的感测装置或外壳接触。然而，最好是该电连接器为无功元件（例如电感器或电容器），并使用一些与感测装置或外壳配合工作的无功元件，在感测器和外壳之间构成一个电路而不需要使用裸露的电导体。适当的方式是可在传输条带上设置一对扁平线圈电感器，以及所述配合工作的无功元件为电感线圈，使数据和功率之传输可以由电感装置来进行。由诸如铁磁材料等做成的磁心可以用在该对扁平线圈电感器和/或配合工作的无功元件上，用来增强数据和功率的传输。

信号处理装置亦可包括与频率相关的滤波部分，用来使外来杂波（其频率与进入脉搏计数电路的所需脉搏速率信号的频率不同）减到最小程度。如有需要也可以使用更复杂的信号处理装置，包括傅利叶分析或自相关装置，使出现在所需脉搏速率频带范围内的外来杂波产生的不真实的脉搏读数减到最小程度。杂波消除电路还可包括一个加速度计，来自加速度计的输出可以和来自感测装置的信号一起被处理，使由于机械震动所产生的来自感测装置的杂波可以基本上被中和。

信号处理装置亦可包括数字信号处理技术，具有软件可编程数字信号分析功能，例如脉搏位置预测，限制脉搏速率的变化率。用来从外来杂波中区分出有效脉搏循环的其他技术包括一种辨认装置，用来辨认一个脉搏循环的特性部份，例如重脉缺口，脉峰形状，信号上升或下降速率，或脉搏信号的底宽等。信号处理装置亦可以被安置成依照脉搏速率和脉搏速率与杂波信号之相对大小来自适应地改变信号处理技术。

本发明的另一方面是提供一种具有多个感测装置用来监督有关生理功能的多用途监督装置，通过指示装置来监督这些有关的生理功能。适当的方式是可使该多用途监督装置包括（但不限于）进行脉搏速率决定，体温测量，和身体脱水状态的感测装置。

本发明的再一方面在于提出一种用来监督所希望之生理功能的方法，该方法包括：

提供具有感测所希望之生理功能的这一类型感测装置的监督装置，所述感测装置以可拆卸的方式附接到使用者的身体;

再提供一种保持装置，用来使上述感测装置保持靠近在使用者身体的一个选定部位上;一种信号处理装置，用来处理来自上述感测装置的输出;和一种指示装置，用来提供一种可感知的输出，该可感知的输出按照上述感测装置的输出变化而变化;

将所述感测装置附接到使用者的身体上;和

操作所述监督装置，使之监督所希望的生理功能。

为使本发明更易于理解和实施，下面将参照附图来说明，这些附图用来表示本发明的一个最佳实施例，其中：

图1是本发明的一种监督组合件;

图2是图1所示之监督组合件的剖面图;

图3是图1所示之监督组合件的展开图;

图4是该监督组合件的方块图;和

图5显示另外一种监督组合件的显示器。

图1，2，3和4所示之监督组合件10包括一个指示组件11和一个感测组件12，它们沿着一个软式手表带13安置。指示组件11具有一个成手表壳形式的外壳14，手表带13穿过外壳14两端的装配槽15，并穿过感测组件12后面的调整槽16。

感测组件12包含一个发送超声波的转换器元件20和一个接收超声波的转换器元件21，它们的感测轴交会在感测组件12前面22的一个点上。发送超声波转换器元件20连接到一功率捡拾线圈23上，而接收超声波转换器元件21经由一个缓冲放大器25连接到一个数据线圈24上。用来操作缓冲放大器25的功率是来自上述功率捡拾线圈23而经由一个整流器组件26的。线圈23和24邻近感测组件12的后面27装配。

外壳14中装有电池30，用来对振荡器31供电，振荡器31的输出连接到装在邻近外壳背面33的一个功率驱动器线圈32上。外壳捡拾线圈34也装在邻近背面33处，并连接到放大和信号处理电路35上。来自电路35的输出送到时序模组（timing    module）36进行处理，然后产生一个输出，该输出按照键40所确定的显示程序而在显示器37上显示。另外，该显示器37亦可按程序用来显示时间，由一个钟表模组41来驱动。警报器42装在外壳14内，可以由时序模组36来定程序使之在外壳捡拾线圈34的输出中有特别信号情况时发出声音警报。

表带13具有一个半刚性部份43和一个弹性部份44，后者可以伸长用以拉紧表带13。带扣组件45附接到半刚性部分43端部，另一端与弹性部份44相接。一对扁平线圈组件46和47隐含在半刚性部分43内。

监督组合件10的使用方法是将其扣紧在戴用者手腕50的周围，然后使外壳14和感测组件12沿着手表带13滑动，使外壳14位于手腕50的脊部51，而使感测组件12邻近动脉52。当监督组合件10被激励时，功率由振荡器31转移至功率驱动器线圈32，并且沿着扁平线圈47转送至功率捡拾线圈23，然后转送至发送超声波转换器20。由后者所产生的超声波脉冲序列穿过皮肤和动脉52之壁，其中一部分超音波能量被动脉52内流动的血液反射，然后被接收转换器元件21接收。来自后者的电信号输出被缓冲放大器25放大，然后穿过数据线圈24、扁平线圈组件46和外壳捡拾线圈34到达处理电路35，在其中将信号放大和摘取脉搏速率数据。该数据转送到时序模组，时序模组将该数据变换成每分钟心跳数目信号，然后送到显示器37以显示给使用者。时序模组36还控制警报器42，如果每分钟心跳数增加到高于（或减小到低于）预定限度时，就发出一声音警报。

图5所示之显示器60包括以发光的色彩来显示测出的脉搏速率的一个大的中央显示器61，例如具有深色可视性的红色显示，并且采用闪光作为警报方式。一个以不同的发光色彩（例如蓝色）来显示的脉搏速率上限警告设定显示器62，位于中央显示器61上方，而一个以类似的发光色彩来显示的脉搏速率下限警告设定显示器63位于其下方。一个上“警告”显示器64和一个下“警告”显示器65分别位于脉搏速率上限/下限警告设定显示器62和63的邻近位置。当达到警告限时，“警告”显示器则发出警告。用来测试感测器组件12工作情况的脉搏捡测闪光器66放在中央显示器61的右边。

用若干按钮（图中未示出）来执行下列功能：

（1）方式变更

（a）高限警告（显示器61闪光）

（b）低限警告（显示器61闪光）

（c）脉搏速率警告测试（显示器61闪光）

（d）脉搏速率测量（工作方式为显示器61不闪光）

（2）设定变更

除了（d）项之外，对于上述之所有方式，只要按一次钮就使读数增加1。如果按钮按下三秒，其数目就很快地变动（从0到250）到所希望的设定值。

（a）高限警告-当（1）被变更到另外一种方式时，显示器61就停止闪光，并被设定。

（b）低限警告-同上。

（c）当警告被设定并处于“on”位置时，若监督组合件10超出其用于测试的测量范围，则将引发类似于工作方式的警告功能，亦即，当脉搏速率低于“下限”设定值和高于“上限”设定值时，发出警告声。

在显示器61到达每分钟心跳250次之后就转回到零，然后再开始运转。此种方式亦适用于警告设定。

（3）警报ON/OFF

用来使“高限”和“低限”警告分开。

（4）脉搏捡测测试方式

一个闪光器（例如绿色），与脉搏同步闪光。其速率可以与手腕处脉搏反应的心跳速率相比较。此种方式可用于核对转换器的定位正确与否。

（5）ON/OFF开关元件

当装置不使用时用来保存功率。

按钮数目可以减少而仍能具有多重功能，例如通过同时按下两个相邻的按钮来引发一些功能。

最好是使与脉搏同步的闪光器连续工作，使之可以粗略地核对运动时的准确度，但是也可以使该闪光器选择性地工作，以保存电池的电能。

使可耳闻的警报器与脉搏速率同步，从而可让戴用者通过耳闻监督脉搏速率的增加或减少。此外，当脉搏速率太高可能带来危险时，就发出更快速的紧急警告声响。

警告声响的不同速率足以分辨高/低警报，但是也可以使用两个不同的音调来分辨。

应了解，以上是以举例的方式来说明本发明的实施例，熟悉本行技术的人当可了解在本发明精神和范围内可以进行一些其他的修改和变化。

Claims (19)

1、一种监督装置，用来监督所希望的生理功能，其特征在于，该监督装置包括有：

感测装置，用来感测所希望的生理功能，该感测装置以可拆卸方式附装在一个使用者身体上；

保持装置，用来保持所述感测装置使之邻近使用者身体的一个选定部位；

信号处理装置，用来处理来自感测装置的输出；和

指示装置，用来提供一种可感知的输出，该输出随所述感测装置输出的变化而变化。

2、如权利要求1所述的监督装置，其特征在于，所述生理功能为脉搏速率;而所述感测装置包括一个脉搏速率感测器。

3、如权利要求2所述的监督装置，其特征在于，所述脉搏速率感测器包括一个超声波转换器组件，该组件被安置成可以用来感测脉搏循环时血液流动的速率变化，而这种变化可以由多普勒效应来加以感测。

4、如权利要求1所述的监督装置，其特征在于，所述指示装置包括一个与感测装置输出相关的可目视的显示器。

5、如权利要求1所述的监督装置，其特征在于，所述指示装置包括有警报装置，该装置以可目视，可耳闻，或可感触的方式来表示所述感测装置的输出已经达到或超过一预先设定的限度。

6、如权利要求4所述的监督装置，其特征在于，所述指示装置和所述信号处理装置被包括在一个计时钟表内。

7、如权利要求4所述的监督装置，其特征在于，所述指示装置和所述信号处理装置被包括在一个显示控制盘内。

8、如权利要求7所述的监督装置，其特征在于，所述显示控制盘包含一个计算机，而所述信号处理装置具有软件可编程数字信号分析功能。

9、如权利要求1所述的监督装置，其特征在于，所述保持装置包括一个长度可调整的感测器装具，用来将所述感测装置保持在邻近使用者身体的一个选定部位。

10、如权利要求1所述的监督装置，其特征在于，所述感测器装具包括一个手表带，用来将所述感测器保持在邻近使用者动脉的部位。

11、如权利要求10所述的监督装置，其特征在于，所述手表带用来支持所述信号处理装置和所述指示装置。

12、如权利要求11所述的监督装置，其特征在于，所述信号处理装置、所述指示装置和一个计时钟表包封在一个保护外壳内。

13、如权利要求12所述的监督装置，其特征在于，所述感测装置包括一个感测组件，该组件可以沿表带而调整与保护外壳的相对位置。

14、如权利要求13所述的监督装置，其特征在于，所述手表带包括一个电传输元件，用来维持所述感测组件和所述保护外壳之间的有效接触。

15、如权利要求14所述的监督装置，其特征在于，所述电传输元件包括一些无功电器元件。

16、如权利要求1所述的监督装置，其特征在于，所述信号处理装置包括与频率相关的滤波装置。

17、如权利要求1所述的监督装置，其特征在于，所述信号处理装置包括自相关装置。

18、一种多功能监督装置，用来监督多个所希望的生理功能，其特征在于，该监督装置包括有：

多个感测装置，用来感测所希望的生理功能，这些感测装置以可拆卸方式附装在一个使用者身体上;

保持装置，用来保持所述感测装置，使之邻近使用者身体的一个选定部位;

信号处理装置，用来处理来自感测装置的输出;和

指示装置，用来提供一种可感知的输出，该输出随所述感测装置输出的变化而变化。

19、如权利要求18所述的多功能监督装置，其特征在于，所述感测装置包括脉搏感测装置，体温感测装置，和身体脱水状态感测装置。

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