EE05881B1 - Method and device for determining physiological parameters of a body organ located in a body part with a convex surface - Google Patents
Method and device for determining physiological parameters of a body organ located in a body part with a convex surfaceInfo
- Publication number
- EE05881B1 EE05881B1 EEP202100015A EEP202100015A EE05881B1 EE 05881 B1 EE05881 B1 EE 05881B1 EE P202100015 A EEP202100015 A EE P202100015A EE P202100015 A EEP202100015 A EE P202100015A EE 05881 B1 EE05881 B1 EE 05881B1
- Authority
- EE
- Estonia
- Prior art keywords
- response signal
- body part
- electromagnet
- circuit
- measuring
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Tehnikavaldkond Technical field
Leiutis kuulub meditsiinitehnika valdkonda, täpsemalt vereringvoolu ja eluskudede hapnikurikka verega varustamise ning sellega seotud organite, eeskätt südame, kopsude ja veresoonkonna ning kogu kardiovaskulaar- ja pulmonaarsüsteemi kui terviku töö kvaliteedi jälgimise (monitoorimise) ja diagnostika tehniliste vahendite hulka. Informatsiooni saamiseks kasutatakse elektrilise ja magnetilise induktsiooni meetodeid. The invention belongs to the field of medical technology, more specifically to technical means for monitoring and diagnosing the quality of blood circulation and the supply of oxygen-rich blood to living tissues and related organs, in particular the heart, lungs and blood vessels, and the entire cardiovascular and pulmonary system as a whole. The information is obtained using methods of electrical and magnetic induction.
Tehnika tase State of the art
Huvi kardiovaskulaarsüsteemi toimimisega seotud tervisenäitajate mõõtmise ja hindamise vastu on põhjendatud nende prevaleeriva osatähtsuse tõttu raviprotseduuride mahus ja hinnas. Samas on hingamise ja kogu pulmonaarsüsteemi toimimise jälgimise olulisus kasvava iseloomuga eriti just koronaarviiruse üleilmse leviku tõttu (SARS-CoV, Severe Acute Respiratory Syndrome Corona Virus). Kopsuprobleemid on seejuures kujunenud tõsiseks väljakutseks nii akuutsel haigusperioodil kui probleemsete tüsistuse kujunemise tõttu järelravi ajal. Kardiovaskulaar- ja pulmonaarsüsteemi (kardiopulmonaarsüsteem) kooskäsitlus on põhjendatud nii praktilise meditsiini vajaduste põhjal kui füsioloogiliselt – mõlema süsteemi eksisteerimise mõte ja olemus seisneb kudede hapnikuvarustuse tagamises ainevahetuse ehk metabolismi jaoks, mis on eluprotsesside energeetilise vajaduse tagamise mehhanism. The interest in measuring and assessing health indicators related to the functioning of the cardiovascular system is justified due to their prevalent role in the volume and cost of treatment procedures. At the same time, the importance of monitoring breathing and the functioning of the entire pulmonary system is growing, especially due to the global spread of the coronavirus (SARS-CoV, Severe Acute Respiratory Syndrome Corona Virus). Lung problems have become a serious challenge both during the acute period of the disease and due to the development of problematic complications during follow-up treatment. The joint approach to the cardiovascular and pulmonary systems (cardiopulmonary system) is justified both based on the needs of practical medicine and physiologically - the meaning and essence of the existence of both systems lies in ensuring the oxygen supply of tissues for metabolism, which is the mechanism for ensuring the energetic need of life processes.
Elektrilise bioimpedantsi kasutamine meditsiinilises diagnostikas on tuntud (Bioimpedance and Bioelectricity Basics by Orjan G. Martinsen and Sverre Grimnes, 3rd ed., 2014). Teada on elektrilise bioimpedantsi rakendamine invasiivsetes südamestimulaatorites, vt Min jt, USA patent 6975903 (patendi kuupäev 13.12.2005) ja Min jt, USA patent 6885892 (patendi kuupäev 26.04.2005), Kink jt USA patent 7894900B2 (patendi kuupäev 22.02.2011) kopsutöö (hingamise sagedus ja maht ning vere hapnikusisalduse tagamine) ja südametöö (löögisagedus ja -maht, verega täitumuse määr ja südame enda energeetiline balanss) hindamiseks ja rütmi juhtimiseks. Impedants määratakse seejuures kontaktse mõõtmise kaudu keha sees ja/või südames (invasiivne mõõtmine). The use of electrical bioimpedance in medical diagnostics is well known (Bioimpedance and Bioelectricity Basics by Orjan G. Martinsen and Sverre Grimnes, 3rd ed., 2014). The use of electrical bioimpedance in invasive pacemakers is known, see Min et al., US patent 6975903 (patent date 13.12.2005) and Min et al., US patent 6885892 (patent date 26.04.2005), Kink et al., US patent 7894900B2 (patent date 22.02.2011) for the assessment of lung function (respiratory rate and volume and ensuring blood oxygen content) and cardiac function (stroke rate and volume, blood filling rate and the heart's own energy balance) and for rhythm control. The impedance is determined by contact measurement inside the body and/or in the heart (invasive measurement).
Invasiivne mõõtmine on küll täpne, kuid tülikas ja kallis ning kaugeltki mitte alati teostatav. Esineb komplikatsioone (veritsemine, põletikud, nakkused) ja võimalikud on halvasti kõrvaldatavad tehnilised rikked, kuna aparatuur asub kas osaliselt või täielikult keha sees. Invasive measurement is accurate, but it is cumbersome and expensive, and far from always feasible. Complications occur (bleeding, inflammation, infections) and technical failures are possible that are difficult to eliminate, since the equipment is located either partially or completely inside the body.
Elektromagnetvälja on ka varem kasutatud sarnastel eesmärkidel, näiteks elektrilises ja magnetilises impedantstomograafias (EIT ja MIT). MIT puhul on magnetvälja loomiseks seni kasutatud solenoidseid ja planaarseid mähiseid (poole), vt. Lu Ma and M. Soleimani, “Magnetic induction tomography methods and applications: a review“, Meas. Sci. Technol. 28 (2017) 072001 ja Dan Yang et al, "Cardiopulmonary Signal Detection Based on Magnetic Induction", Journal of Sensors, vol. 2017, Article ID 1752560, 9 pages, 2017. https://doi.org/10.1155/2017/1752560. Nimetatud meetodid aga ei võimalda genereerida sobiva kujuga elektromagnetvälja indutseerimaks suunatud elektrivoolu kehas või kehaliikme sees olevas organis, nt näiteks veresoont mööda kulgevat elektrivoolu. Electromagnetic fields have also been used for similar purposes in the past, for example in electrical and magnetic impedance tomography (EIT and MIT). In the case of MIT, solenoidal and planar coils (poles) have been used to create the magnetic field, see Lu Ma and M. Soleimani, “Magnetic induction tomography methods and applications: a review“, Meas. Sci. Technol. 28 (2017) 072001 and Dan Yang et al, "Cardiopulmonary Signal Detection Based on Magnetic Induction", Journal of Sensors, vol. 2017, Article ID 1752560, 9 pages, 2017. https://doi.org/10.1155/2017/1752560. However, these methods do not allow generating an electromagnetic field of a suitable shape to induce a directed electric current in an organ inside the body or a body part, e.g. an electric current passing through a blood vessel.
Tehnika tasemest on teada, et nt ümber sõrme või käsivarre paigutatud solenoidi korral tekkiva elektromagnetvälja suurim tihedus on just vastavalt sõrme või käsivarre pinnal (Sun J et al. “An experimental study of pulse wave measurements with magnetic induction phase shift method. Technol Health Care. 2018;26(S1):157-167. doi: 10.3233/THC-174526 ning D Teichmann et al. “MonitoRing – Magnetic induction measurement at your fingertip”, 2013 J. Phys.: Conf. Ser. 434 012084), kusjuures sõrme või käsivarre sees asuvas organis – veresoones – tekitatav elektromagnetväli on lokaalne ja marginaalne. See ei võimalda indutseerida veresoonkonna diagnostikaks vajaliku intensiivsuse ja suunitlusega elektrivoolu. It is known from the state of the art that, for example, the highest density of the electromagnetic field generated by a solenoid placed around a finger or arm is precisely on the surface of the finger or arm (Sun J et al. “An experimental study of pulse wave measurements with magnetic induction phase shift method. Technol Health Care. 2018;26(S1):157-167. doi: 10.3233/THC-174526 and D Teichmann et al. “MonitoRing – Magnetic induction measurement at your fingertip”, 2013 J. Phys.: Conf. Ser. 434 012084), whereas the electromagnetic field generated in the organ inside the finger or arm – the blood vessel – is local and marginal. This does not allow for the induction of an electric current with the intensity and direction required for vascular diagnostics.
Tehnika tasemest on teada, et planaarmähise korral on magnetvoog keha sees tugevaim planaarmähise all (keha pinnal) ning väheneb eksponentsiaalselt sügavuse kasvades. Ringikujuline elektrivool ehk pöörisvool indutseeritakse selle magnetvoo poolt planaarmähise all olevasse materjali. Voolutihedus on tugevaim vahetult pooli all. Selle voolu abil saab mõõta küll planaarmähise all oleva materjali elektrilist impedantsi (R. Robaina et al., „Planar coil-based differential electromagnetic sensor with null-offset“, Sensors and Actuators A: Physical, Vol.164, Issues 1–2, 2010, pp.15-21, https://doi.org/10.1016/j.sna.2010.09.008), aga mitte mööda veresoont kulgevale elektrivoolule avalduvat impedantsi. It is known from the state of the art that in the case of a planar coil, the magnetic flux inside the body is strongest below the planar coil (on the surface of the body) and decreases exponentially with increasing depth. A circular electric current, or eddy current, is induced by this magnetic flux in the material below the planar coil. The current density is strongest directly below the coil. This current can be used to measure the electrical impedance of the material below the planar coil (R. Robaina et al., “Planar coil-based differential electromagnetic sensor with null-offset”, Sensors and Actuators A: Physical, Vol.164, Issues 1–2, 2010, pp.15-21, https://doi.org/10.1016/j.sna.2010.09.008), but not the impedance of the electric current flowing through the blood vessel.
Leiutise olemus The essence of the invention
Käesolev leiutis annab lahenduse oluliste füsioloogiliste näitajate saamiseks mitteinvasiivsel teel, kasutades kehasisese elektrilise pinge ja voolu suhte kaudu avalduva ülekandefunktsiooni mõõtmiseks kehavälist tehnikat. Mõõtmiseks tarvilik elektrivool genereeritakse indutseeritud elektromotoorse jõu (emj) mõjul inimkeha soovitud paigas vahelduva elektromagnetvälja toimel. Seejuures saab kasutada elektromagnetilise välja mõlemat komponenti – nii elektri- kui magnetvälja – kas koosmõjuna või siis kumbagi neist eraldi. The present invention provides a solution for obtaining important physiological indicators in a non-invasive way, using an extracorporeal technique for measuring the transfer function expressed through the relationship between electrical voltage and current inside the body. The electric current required for measurement is generated by the induced electromotive force (emf) at a desired location in the human body under the influence of an alternating electromagnetic field. In this case, both components of the electromagnetic field – both the electric and magnetic fields – can be used either together or separately.
Elektromagnetvälja kaudu indutseeritakse organite eluskudedesse elektromotoorne jõud ning mõõdetakse ära selle jõu mõjul tekkinud elektrilised voolud ja pinged, mille omavaheliste suhete kaudu avalduvad ülekandefunktsioonid, mis iseloomustavad mõõdetavaid objekte (organeid, nende osiseid ning kudesid, kaasa arvates üksikrakud ja nendest koosnevad struktuurid). Tuntuimad ülekandefunktsioonid on elektripingete ja voolude jagatised, mis avalduvad kas elektrilise bioimpedantsi (electrical bioimpedance; füüsikalise dimensiooniga Ohm), või sellele vastava pöördvõrdelise suuruse, elektrilise bioadmitantsi (electrical bio-admittance; füüsikalise dimensiooniga Siemens) kujul. Samas on kasutusel voolude või teatud pingete omavahelised informatiivsed suhted ilma füüsikaliste dimensioonideta. An electromotive force is induced in the living tissues of organs through an electromagnetic field, and the electric currents and voltages generated by this force are measured, through the relationships between which transfer functions are expressed, which characterize the objects being measured (organs, their components and tissues, including individual cells and the structures composed of them). The best-known transfer functions are the quotients of electric voltages and currents, which are expressed either in the form of electrical bioimpedance (with a physical dimension of Ohm), or its inverse, electrical bio-admittance (with a physical dimension of Siemens). At the same time, informative relationships between currents or certain voltages without physical dimensions are used.
Leiutise peamised rakendused kuuluvad arteriaalsüsteemi ja selle osade, kaasa arvatud aordi, arterite, arterioolide ja kapillaaride verevoolu ja vererõhu kõveratega seotud parameetrite (maht, rütm ja kiirus ning iseäralikud ajahetked ja vastavad nivood ning nende suhted) ülesvõtmise juurde. Selle juurde käib samuti südame poolt tekitatud pulsipaisu iseloomu ja liikumise näitajate (asukoht, maht ja kiirus ning nende varieerumine) äramärkimine ja kopsutöö efektiivsuse näitajate (hingamise sagedus ja hingetõmbe maht, hingamise keskmine minutimaht, hapnikuülekande efektiivsus) esiletoomisega. Leiutis käsitleb nii elektrilise bioimpedantsi ja -admitantsi mõõtmisel põhinevat meetodit kui aparatuuri selle meetodi teostamiseks/rakendamiseks. The main applications of the invention are related to the recording of parameters (volume, rhythm and velocity and specific time points and corresponding levels and their relationships) related to the blood flow and blood pressure curves of the arterial system and its parts, including the aorta, arteries, arterioles and capillaries. This also includes noting the characteristics and movement indicators (location, volume and velocity and their variation) of the pulse wave generated by the heart and highlighting the indicators of lung function efficiency (respiratory frequency and tidal volume, mean minute volume of respiration, oxygen transfer efficiency). The invention relates to both a method based on the measurement of electrical bioimpedance and admittance and an apparatus for performing/implementing this method.
Leiutisekohane meetod kumerpinnaga kehaosas paikneva kehaorgani füsioloogiliste parameetrite määramiseks sisaldab järgmisi samme: kehaosale paigutatakse toroidse südamikuga elektromagnet, mille kuju järgib kehaosa kumerpinda 1/10 ulatuses kuni täisulatuses 1/1 kumerpinnast, elektromagnetiga indutseeritakse vahelduv elektrivool piki kumera pinnaga kehaosa ning mõõdetakse vahelduvast elektrivoolust tingitud The inventive method for determining the physiological parameters of a body organ located on a body part with a curved surface includes the following steps: an electromagnet with a toroidal core is placed on the body part, the shape of which follows the curved surface of the body part by 1/10 to 1/1 of the full extent of the curved surface, an alternating electric current is induced along the body part with the curved surface by the electromagnet, and the voltage caused by the alternating electric current is measured.
vastussignaal ning vastussignaalist määratakse kehaorgani füsioloogilised parameetrid. Füsioloogilised parameetrid võivad olla kopsu- ja südame- ja veresoonkonna töö parameetrid. Elektromagneti voolu (ergutussignaali) genereerimiseks ja vastussignaali parameetrite mõõtmiseks kasutatakse tuntud lahendusi. Ka mõõtetulemustest füsioloogiliste parameetrite leidmiseks kasutatakse tuntud meetodeid. response signal and the physiological parameters of the body organ are determined from the response signal. Physiological parameters can be parameters of the lung and cardiovascular system. Known solutions are used to generate the electromagnet current (excitation signal) and measure the parameters of the response signal. Known methods are also used to find physiological parameters from the measurement results.
Ühe teostamise näite kohaselt iseloomustab meetodit, et kehasisese vooluringi sulgemiseks kasutatakse kahte omavahel elektriliselt ühendatud, kummalegi poole toroidse südamikuga elektromagnetit asetatud mahtuvuslikku või galvaanilist elektroodi. Näiteks, kahe omavahel elektriliselt ühendatud elektroodi abil lülitatakse anatoomilised osad suletud vooluringist välja. Näiteks, kaks elektroodi ühendatakse elektriliselt läbi lühistava ampermeetri või sellega ekvivalentselt toimiva elektroonikalülituse, nt vool-pinge-muunduri, vastussignaali voolutugevuse mõõtmiseks. According to one embodiment, the method is characterized in that two electrically connected capacitive or galvanic electrodes are used to close the internal circuit of the body, placed on either side of an electromagnet with a toroidal core. For example, two electrically connected electrodes are used to disconnect anatomical parts from the closed circuit. For example, two electrodes are electrically connected through a shorting ammeter or an equivalent electronic circuit, e.g. a current-to-voltage converter, to measure the current strength of the response signal.
Eelistatult, vastussignaali voolutugevus mõõdetakse toroidse südamikuga voolutrafoga. Preferably, the current strength of the response signal is measured with a toroidal core current transformer.
Ühe teostamise näite kohaselt vooluring suletakse läbi keha ümber paigutatud elektrijuhtivusega vöö. Teise teostamise näite kohaselt kehasisene vooluring suletakse läbi elektrijuhtivusega abivahendi. Selliseks abivahendiks võib olla spordivahend, nt jalgratta või mootorratta juhtraud, treeningu- ja rehabilitatsioonivahendite käepidemed, auto ja muude liikumisvahendite rool. Veel ühe teostamise näite kohaselt kehasisene vooluring suletakse läbi rõivaesemesse integreeritud elektrit juhtiva elemendi. According to one embodiment, the circuit is closed through an electrically conductive belt placed around the body. According to another embodiment, the circuit inside the body is closed through an electrically conductive aid. Such an aid can be a sports tool, e.g. a bicycle or motorcycle handlebar, exercise and rehabilitation equipment handles, a steering wheel of a car or other means of transport. According to another embodiment, the circuit inside the body is closed through an electrically conductive element integrated into an article of clothing.
Veel ühe teostamise näite kohaselt vooluring suletakse ühendusseadmega, mille kaudu teostub käte omavaheline ühendus mahtuvuslikult, magnetiliselt, optiliselt või elektromagnetilise lähivälja kommunikatsiooni kaudu. Leiutisekohane seade kumerpinnaga kehaosas paikneva kehaorgani füsioloogiliste parameetrite määramiseks sisaldab toroidse südamikuga elektromagnetit, mille kuju järgib kehaosa kumerpinda 1/10 kuni 1/1 ulatuses kumerpinnast, vahelduva elektrivoolu generaatorit ning vastussignaali mõõtmise ja töötlemise vahendit. According to another embodiment, the circuit is closed by a connection device, through which the hands are connected to each other capacitively, magnetically, optically or via electromagnetic near-field communication. The device according to the invention for determining the physiological parameters of a body organ located on a body part with a curved surface comprises an electromagnet with a toroidal core, the shape of which follows the curved surface of the body part to an extent of 1/10 to 1/1 of the curved surface, an alternating electric current generator and a means for measuring and processing the response signal.
Ühe teostamise näite kohaselt on toroidse südamikuga elektromagneti südamikule spiraalselt keritud mähis, mis on ühendatud vahelduva elektrivoolu generaatoriga. According to one embodiment, a toroidal core electromagnet has a coil spirally wound around the core and is connected to an alternating current generator.
Ühe teostamise näite kohaselt sisaldab seade täiendavalt vahendit elektromagneti indutseeritud ja keha läbiva elektrivoolu sulgemiseks. Näiteks, vahendiks on kahte kätt omavahel ühendav elektrit juhtiv komponent, näiteks metallese. Vahendiks võib olla kätt ja keha ühendav elektrit juhtiv komponent. Vahendiks võib olla keha või ümara kehaosa ümber asetsev vöö. In one embodiment, the device further comprises means for blocking the electric current induced by the electromagnet and passing through the body. For example, the means is an electrically conductive component connecting the two hands together, such as a metal object. The means may be an electrically conductive component connecting the hand and the body. The means may be a belt placed around the body or a circular part of the body.
Ühe teostamise näite kohaselt mõõtmise ja töötlemise vahend sisaldab voolutrafot vastussignaali mõõtmiseks. According to one embodiment, the measuring and processing means comprises a current transformer for measuring the response signal.
Eelistatult, seade sisaldab ampermeetrit elektrivooluna avalduva vastussignaali mõõtmiseks. Seade võib sisaldada voltmeetrit elektripingena avalduva vastussignaali mõõtmiseks. Preferably, the device includes an ammeter for measuring the response signal in the form of an electric current. The device may include a voltmeter for measuring the response signal in the form of an electric voltage.
Vastussignaali mõõtmise ja töötlemise vahend sisaldab elektroonikaseadet füsioloogiliste parameetrite saamiseks indutseeritud voolu ja vastussignaali mõõtmise tulemustest. Vastavad seosed elektrilise vastussignaali ja füsioloogiliste parameetrite vahel on tuntud. The response signal measuring and processing means comprises an electronic device for obtaining physiological parameters from the results of the measurement of the induced current and the response signal. The corresponding relationships between the electrical response signal and the physiological parameters are known.
Jooniste loetelu List of drawings
Joonisel fig 1A on leiutise ühe teostusnäite kohane toroidse südamikuga sensori skeem ning joonisel fig 1B sama sensor. Figure 1A is a schematic diagram of a sensor with a toroidal core according to one embodiment of the invention, and Figure 1B is the same sensor.
Joonistel fig 2A ja 2B on leiutise teise ja kolmanda teostusnäite kohased toroidse südamikuga sensorid Figures 2A and 2B show toroidal core sensors according to second and third embodiments of the invention.
Joonis fig 3A näitab magnetvälja kuju ja suunda ning indutseeritud voolu suunda leiutisekohase toroidse südamiku korral randmele asetatuna ning joonis fig 3B demonstreerib toroidse südamiku magnetvälja tekitamist ja selle indutseeritavat voolu juhtivas materjalis, nt veresoones. Figure 3A shows the shape and direction of the magnetic field and the direction of the induced current in the case of a toroidal core of the invention placed on the wrist, and Figure 3B demonstrates the generation of a magnetic field by the toroidal core and its induced current in a conductive material, e.g. a blood vessel.
Joonis fig 4A demonstreerib mõõtmist voolukontuuriga, mis on suletud kehaga galvaaniliselt või läbi mahtuvuse ühendatud vöö kaudu. Figure 4A demonstrates a measurement with a current loop closed to the body via a belt connected galvanically or capacitively.
Joonis fig.4B demonstreerib mõõtmist voolukontuuriga, mis on suletud läbi seongus olevate käte galvaaniliselt ning läbi kätevahelise mahtuvuse. Figure 4B demonstrates a measurement with a current loop closed through the connected hands galvanically and through the capacitance between the hands.
Joonis fig. 4C demonstreerib mõõtmist voolukontuuriga, mis on suletud käte vahel oleva elektrit juhtiva vahendi kaudu. Fig. 4C demonstrates a measurement with a current loop closed by an electrically conductive means between the hands.
Joonis fig. 4D demonstreerib mõõtmist voolukontuuriga, mis on suletud käte vahel asetseva ühendusseadme abil, mille kaudu toimub elektriline ühendamine elektrijuhtivuse, mahtuvusliku või induktiivse sidestuse ning elektromagnetvälja kaudu. Fig. 4D demonstrates a measurement with a current loop closed by a coupling device placed between the hands, through which electrical connection occurs through electrical conductivity, capacitive or inductive coupling, and electromagnetic field.
Joonis fig 5 kujutab mõõdetud signaali kõverat, mis sisaldab nii kopsutegevusest kui südametegevusest tingitud komponente. Kõver demonstreerib mõõtetulemust, mis on saadud joonistel fig 4A, 4B, 4C ja 4D toodud rakendustega. Figure 5 shows a measured signal curve containing both pulmonary and cardiac components. The curve demonstrates the measurement result obtained with the applications shown in Figures 4A, 4B, 4C and 4D.
Joonis fig 6A kujutab randmele paigutatud toroidse südamikuga sensorit koos mõõteseadmega, kusjuures voolukontuuri sulgemiseks kasutatakse kahele poole sensorit asetatud elektroodi. Joonisel fig 6B on toodud foto joonisel fig 6A toodud sensori skeemi katselahendusest. Figure 6A shows a sensor with a toroidal core placed on the wrist together with a measuring device, whereby electrodes placed on both sides of the sensor are used to close the current loop. Figure 6B shows a photograph of a test solution of the sensor diagram shown in Figure 6A.
Joonisel fig 7 kujutab mõõdetud südametöö kõverat, mille amplituudi aeglane muutumine on tingitud hingamisest. Figure 7 shows a measured heart rate curve, the slow change in amplitude of which is due to breathing.
Leiutise teostamise näited Examples of carrying out the invention
Leiutisekohane sensor esimese teostusnäite kohaselt on kujutatud joonisel fig 1A. Sensor on paigaldatud ümber kehaosa, nt käsivarre 1, kusjuures sensor sisaldab toroidset südamikku 2, millele keritud mähis 3 on ühendatud vahelduvvoolugeneraatoriga 4. Joonisel fig 1B on sama seadme foto, millel on näha toroidne südamik 2, mähis 3 ja vahelduvvoolu generaator 4. A sensor according to the invention according to a first embodiment is shown in Figure 1A. The sensor is mounted around a body part, e.g. an arm 1, wherein the sensor comprises a toroidal core 2, on which a wound coil 3 is connected to an alternating current generator 4. Figure 1B is a photograph of the same device, showing the toroidal core 2, coil 3 and alternating current generator 4.
Joonistel fig 2A ja 2B on alternatiivsed, avatud magnetahelaga sensorite näited. Toroidne südamik 2 ei pea olema magnetiliselt suletud, vaid võib olla vaid teatav osa toroidist, nt 1/2 kuni 1/8 osa toroidist. Figures 2A and 2B show alternative examples of sensors with an open magnetic circuit. The toroidal core 2 does not have to be magnetically closed, but can be only a certain part of the toroid, e.g. 1/2 to 1/8 of the toroid.
Joonis fig 3A näitab magnetvälja kuju ja suunda ning indutseeritud voolu suunda leiutisekohase toroidse südamiku korral randmele asetatuna. Südamikus 2 tekitab mähist 3 läbiv magneetimisvool im magnetvoo 5, mis indutseerib elektrivoolu ii, mille suurus sõltub elektritakistusest käsivarre suunal. Indutseeritud elektrivool ii suundub peamiselt läbi veresoonte nii magnetvälja sellekohase suunamise tõttu kui seetõttu, et vere elektrijuhtivus on mitu korda suurem kui ümbritsevatel eluskudedel. Figure 3A shows the shape and direction of the magnetic field and the direction of the induced current in the case of a toroidal core according to the invention placed on the wrist. In the core 2, the magnetizing current im passing through the coil 3 creates a magnetic flux 5, which induces an electric current ii, the magnitude of which depends on the electrical resistance in the direction of the arm. The induced electric current ii is directed mainly through the blood vessels, both due to the corresponding direction of the magnetic field and because the electrical conductivity of the blood is several times higher than that of the surrounding living tissues.
Joonis fig 3B kujutab toroidse südamiku magnetvälja tekitamist ja selle indutseeritavat voolu juhtivas materjalis, nt veresoones. Elektromagnetilise induktsiooni füüsikaline põhimõte tuleneb Faraday seadusest. Elektrivool mähises 3 keerdude arvuga N tekitab toroidses südamikus magnetvoo 5 tihedusega B, mis suletud elektriahela korral Figure 3B shows the creation of a magnetic field in a toroidal core and its induced current in a conductive material, e.g. a blood vessel. The physical principle of electromagnetic induction is derived from Faraday's law. An electric current in a coil 3 with a number of turns N creates a magnetic flux density B in the toroidal core 5, which in a closed electrical circuit
indutseerib N-kordse tugevusega elektrivoolu toroidse südamiku ava läbivas suunas, nagu on paigutatud elektrijuhe 6, milleks võib olla nt veresoon. Protsess on pööratav, sama lülitus sobib toroidse südamiku ava läbiva voolu, nt veresoones kulgeva voolu, mõõtmiseks. Moodustub voolutrafo, mis on kasutatav kehas, nt käsivarres indutseeritud ja veresoont pidi kulgeva elektrivoolu tugevuse mõõtmiseks. induces an electric current of N times the strength in the direction through the opening of the toroidal core, as the electric wire 6 is placed, which can be e.g. a blood vessel. The process is reversible, the same circuit is suitable for measuring the current through the opening of the toroidal core, e.g. the current flowing in a blood vessel. A current transformer is formed, which can be used in the body, e.g. for measuring the strength of the electric current induced in the arm and flowing along the blood vessel.
Elektrivool saab voolata ainult suletud vooluringis. Kuigi inimese vereringe on suletud süsteem arteriaalse ja venoosse veresoonkonna kaudu, on keeruline indutseerida voolu ühtlaselt läbi kogu keha. Üheks lahenduseks on sulgeda vereringesüsteem kunstlikult huvipakkuva lõigu osas, näiteks lisaelektroodidega, vt joonised fig 6A ja 6B. Lisaelektroodid on eelistatult nahapealsed ja mitteinvasiivsed, näiteks galvaanilise või mahtuvusliku ühenduse kaudu naha pinnal. Joonisel fig 7 on kujutatud südametööst tingitud verevoolu pulsatsiooni ja selle mahtu ning iseloomu näitav kõver, mis on mõõdetud vastavalt joonistel fig 6A ja 6B toodud prototüüpse seadmega. Kõvera aeglane lainetus näitab kopsuhingamise mõju südametööle. Siiski, põhimõtteliselt võib kasutada ka invasiivseid elektroode, näiteks peenikesi nõelelektroode (mikromeetri mõõdus), mis on torgatud naha sisse alla millimeetrisse sügavusse. Teatud juhtudel võib olla otstarbekas kasutada invasiivseid mooduseid, mil mikroelektroodid on torgatud veresoonde valitud kohas. Electric current can only flow in a closed circuit. Although the human circulatory system is a closed system with arterial and venous vasculature, it is difficult to induce a current uniformly throughout the body. One solution is to artificially close the circulatory system in the section of interest, for example with additional electrodes, see Figures 6A and 6B. The additional electrodes are preferably superficial and non-invasive, for example by galvanic or capacitive connection to the skin surface. Figure 7 shows a curve showing the pulsation of blood flow due to cardiac activity and its volume and character, measured with the prototype device shown in Figures 6A and 6B, respectively. The slow undulation of the curve shows the effect of pulmonary respiration on cardiac activity. However, in principle, invasive electrodes, for example thin needle electrodes (micrometer-sized) inserted into the skin to a depth of less than a millimeter, can also be used. In certain cases, it may be appropriate to use invasive methods, in which microelectrodes are inserted into a blood vessel at a selected location.
Üks alternatiivne vooluahela sulgemise võimalus on kujutatud joonisel fig 4A. Indutseeritud voolu ii ring on suletud kätt ja keha ühendava vöö 7 kaudu läbi käsi-rihmkeha-vahelise elektrijuhtivuse ning elektrilise mahtuvuse. Sel juhul saadakse suletud vooluring, milles on süda-kops-veresooned. An alternative way of closing the circuit is shown in Figure 4A. The induced current ii is closed by the belt 7 connecting the hand and the body through the electrical conductivity and electrical capacitance between the hand and the belt body. In this case, a closed circuit is obtained, which includes the heart-lung-blood vessels.
Teine alternatiivne vooluahela sulgemise võimalus on kujutatud joonisel fig 4B, kus vooluring on suletud seongus olevate käte 8 vahelise elektrijuhtivuse ja mahtuvuse kaudu. Another alternative way of closing the circuit is shown in Figure 4B, where the circuit is closed through the electrical conductivity and capacitance between the connected arms 8.
Kolmas alternatiivne vooluahela sulgemise võimalus on kujutatud joonisel fig 4C, kus vooluring on suletud käsi ühendava elektrit juhtiva vahendi 9 kaudu, milleks on toru, latt, kang, juhtrool või muu elektrit juhtivast materjalist vahend, nt spordivahend, nt suusa- või käimiskepid, jalgratta või mootorratta juhtraud, treeningu- ja rehabilitatsioonivahendite käepidemed, auto vm liikumisvahendi rool. A third alternative circuit closure option is shown in Figure 4C, where the circuit is closed via an electrically conductive means 9 connecting the hand, which is a tube, bar, lever, steering wheel or other means made of electrically conductive material, e.g. a sports equipment, e.g. ski or walking poles, a bicycle or motorcycle handlebar, handles of training and rehabilitation equipment, a steering wheel of a car or other means of transport.
Neljas alternatiivne vooluahela sulgemise võimalus on kujutatud joonisel fig 4D, kus indutseeritud voolu ring on suletud kätega galvaaniliselt või mahtuvuslikult ühendatud A fourth alternative circuit closure option is shown in Figure 4D, where the induced current loop is galvanically or capacitively connected to the closed arms
vahenditega 10 ja 11, mis on omavahel seotud ühendusseadmega 12, mille kaudu sulgub vooluring. Sulgumine toimub galvaaniliselt (traadi, juhtme, kaabli, lindi, punutise või muu elektrit juhtiva vahendi kaudu), mahtuvuslikult (kondensaatori või muu elektrimahtuvust omava struktuuri kaudu), magnetiliselt (transformaatori või muu induktiivset sidestust võimaldava struktuuri kaudu) või kõrgsagedusliku elektromagnetilise lähivälja abil, kaasa arvates raadiosidetransiiveri (transmitterreciever) kaudu läbi õhu või muu dielektrilise materjali kaudu ning samuti läbi optilise sidestuse. by means 10 and 11, which are interconnected by a connecting device 12, through which the circuit is closed. The closing is carried out galvanically (via a wire, conductor, cable, tape, braid or other electrically conductive means), capacitively (via a capacitor or other structure having electrical capacitance), magnetically (via a transformer or other structure enabling inductive coupling) or by means of a high-frequency electromagnetic near field, including via a radio transceiver (transmitterreceiver) through air or other dielectric material, and also through optical coupling.
Joonisel fig 5 on kopsu hingamisele vastav kõver (suure amplituudiga aeglane laine) ning südametööst põhjustatud pulsatsioon (väikese amplituudiga kiired sakid) selle peal. Kõver on saadud joonistel 4A, 4B, 4C ja 4D esitatud rakendustest. Prevaleerib hingamisele vastab komponent, kuid südametööle vastava komponendi amplituud sõltub paljuski konkreetsest lahendusest (suurim joonisel 4D toodu korral). Figure 5 shows the curve corresponding to lung respiration (large amplitude slow wave) and the pulsation caused by cardiac activity (small amplitude fast spiking) on top of it. The curve is obtained from the applications presented in Figures 4A, 4B, 4C and 4D. The component corresponding to respiration prevails, but the amplitude of the component corresponding to cardiac activity depends largely on the specific solution (largest in the case of Figure 4D).
Joonisel fig 6A kujutab lahendust, kus vooluring on suletud lokaalselt randme osas kahe täiendava juhtivast materjalist elektroodi 13 ja 14 abil, nende omavahelise elektrilise ühenduse 15 kaudu sulgub indutseeritud vool ii, kusjuures elektroodidel on kontakt kehaga läbi galvaanilise elektrijuhtivuse ning elektroodide ja keha vahelise elektrilise mahtuvuse. Figure 6A shows a solution where the circuit is closed locally in the wrist area by means of two additional electrodes 13 and 14 made of conductive material, the induced current ii is closed through their mutual electrical connection 15, whereby the electrodes have contact with the body through galvanic electrical conductivity and electrical capacitance between the electrodes and the body.
Selline vooluringi sulgemise moodus annab võimaluse ühendada elektriliselt käsivarsi, õlavarsi ning õlgu ja nende osi omavahel (näiteks käsivarre osa randmest kuni määratud kohani, mis võib ulatuda mõnest sentimeetrist kuni küünarnukini välja, vt Fig 6B) ning ühendada ka muid kehaosi elektrivoolu sulgemise eesmärgil. This method of closing the circuit provides the possibility of electrically connecting the forearm, upper arm, and shoulder and their parts to each other (for example, the part of the arm from the wrist to a designated point, which can extend from a few centimeters to the elbow, see Fig. 6B) and also connecting other parts of the body for the purpose of closing the electrical current.
Joonisel fig 6B on foto kasutamise näitest, mis on toodud joonisel fig 6A. Randme peale on kinnitatud toroidse sensori mähis 3, mis indutseerib piki käsivart kulgeva elektrivoolu. Lisatud on kaks kuldset elektroodi 13 ja 14, mille vaheline elektriline traatühendus 15 sulgeb vooluringi. Vahelduvvoolugeneraatorit ja detektorit sisaldava elektroonikalülituse 16 abil saame mõõta verevoolu pulsatsiooni mahtu ja iseloomu randmeosas elektroodide 14 ja 15 vahelises randmelõigus. Figure 6B is a photograph of an example of use, which is shown in Figure 6A. A toroidal sensor coil 3 is attached to the wrist, which induces an electric current along the arm. Two gold electrodes 13 and 14 are added, between which an electrical wire connection 15 closes the circuit. With the help of an electronic circuit 16 containing an alternating current generator and a detector, we can measure the volume and nature of the blood flow pulsation in the wrist between the electrodes 14 and 15.
Elektriliselt ühendatud elektroode võidakse kasutada ka anatoomiliste osade väljalülitamiseks suletud vooluringist elektroodide lühistamise kaudu. Electrically connected electrodes may also be used to disconnect anatomical parts from a closed circuit by shorting the electrodes.
Claims (20)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EEP202100015A EE05881B1 (en) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | Method and device for determining physiological parameters of a body organ located in a body part with a convex surface |
| PCT/IB2021/054556 WO2021240374A2 (en) | 2020-05-25 | 2021-05-25 | Wearable bio-electromagnetic sensor and method of measuring physiological parameters of a body tissue |
| US17/927,402 US20230172473A1 (en) | 2020-05-25 | 2021-05-25 | Wearable bio-electromagnetic sensor and method of measuring physiological parameters of a body tissue |
| EP21733191.7A EP4161373A2 (en) | 2020-05-25 | 2021-05-25 | Wearable bio-electromagnetic sensor and method of measuring physiological parameters of a body tissue |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EEP202100015A EE05881B1 (en) | 2021-05-17 | 2021-05-17 | Method and device for determining physiological parameters of a body organ located in a body part with a convex surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EE202100015A EE202100015A (en) | 2022-12-15 |
| EE05881B1 true EE05881B1 (en) | 2025-04-15 |
Family
ID=84442490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EEP202100015A EE05881B1 (en) | 2020-05-25 | 2021-05-17 | Method and device for determining physiological parameters of a body organ located in a body part with a convex surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EE (1) | EE05881B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3805768A (en) * | 1972-04-11 | 1974-04-23 | Carolina Medical Electronics I | Electromagnetic blood flow probe |
| US20110001490A1 (en) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Conductivity sensor with switching between transmitting and recieving coil |
| US20110140717A1 (en) * | 2008-07-14 | 2011-06-16 | Mettler-Toledo Ag | Method and device for inductive conductivity measurements of a fluid medium |
| US20180143150A1 (en) * | 2014-06-03 | 2018-05-24 | Rick BEZEMER | Apparatus and methods that use magnetic induction spectroscopy to monitor tissue fluid content |
-
2021
- 2021-05-17 EE EEP202100015A patent/EE05881B1/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3805768A (en) * | 1972-04-11 | 1974-04-23 | Carolina Medical Electronics I | Electromagnetic blood flow probe |
| US20110140717A1 (en) * | 2008-07-14 | 2011-06-16 | Mettler-Toledo Ag | Method and device for inductive conductivity measurements of a fluid medium |
| US20110001490A1 (en) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Conductivity sensor with switching between transmitting and recieving coil |
| US20180143150A1 (en) * | 2014-06-03 | 2018-05-24 | Rick BEZEMER | Apparatus and methods that use magnetic induction spectroscopy to monitor tissue fluid content |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EE202100015A (en) | 2022-12-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4079730A (en) | Apparatus for measuring externally of the human body magnetic susceptibility changes | |
| US3980076A (en) | Method for measuring externally of the human body magnetic susceptibility changes | |
| US6945941B2 (en) | Volumetric physiological measuring system and method | |
| Tarjan et al. | Electrodeless measurements of the effective resistivity of the human torso and head by magnetic induction | |
| Thiabgoh et al. | A new contactless magneto-LC resonance technology for real-time respiratory motion monitoring | |
| EP2049012A2 (en) | Sensor for detecting the passing of a pulse wave from a subject´s arterial system | |
| JP2017523822A (en) | Apparatus and method for using magnetic induction spectroscopy to monitor tissue fluid content | |
| CN112220472A (en) | Non-invasive detection method of thoracic electrical impedance based on crossed four-electrode method | |
| US12102426B2 (en) | Magneto-LC resonance technology for real-time respiratory motion monitoring | |
| US7390307B2 (en) | Volumetric physiological measuring system and method | |
| US20230172473A1 (en) | Wearable bio-electromagnetic sensor and method of measuring physiological parameters of a body tissue | |
| Guo et al. | Magwear: Vital sign monitoring based on biomagnetism sensing | |
| EE05881B1 (en) | Method and device for determining physiological parameters of a body organ located in a body part with a convex surface | |
| Ni et al. | Ring-type biomedical eddy current sensor for continuous blood pressure monitoring | |
| Borik et al. | Measurement of cardiorespiratory activity using planar coils and a high-resolution inductance-to-digital converter | |
| Penney et al. | The impedance plethysmographic sampling field in the human calf | |
| Rosen et al. | A study of the vector magnetocardiographic waveform | |
| Guardo et al. | Contactless measurement of thoracic conductivity changes by magnetic induction | |
| Metshein et al. | Electrode optimization for bioimpedance based central aortic blood pressure estimation | |
| CN115040102A (en) | Non-contact cardiopulmonary signal detection method and system based on magnetic eddy principle | |
| Santhosh et al. | Bio Impedance Signal Analysis with Variation in Input Signal Frequency | |
| Metshein et al. | Feasibility of Utilizing Air Gapped Toroidal Magnetic Cores for Detecting Pulse Wave in Radial Artery | |
| Hanna et al. | Body-Responsive Electromagnetic Sensing for Future Health-Care Diagnostics: Toward new frontiers of noninvasive biomarker monitoring [Bioelectromagnetics] | |
| Kandori et al. | Two-dimensional mapping of impedance magnetocardiograms | |
| Li et al. | A portable magnetocardiography system: Using a magneto-impedance sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ1A | Corrections and changes in published patent applications |