用于通过体内电流获取生物信息的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于获取生物信号的方法和设备。本发明还涉及在欧洲专利 EP0824799 和文献“Personal Area Networks(PAN) - Near - Field Intra-BodyCommuni cat 1n” (Thomas Guthrie Zi_erman，麻省理工学院，1995 年 9 月)中描述的类型的IBAN( “体内区域网络”)数据传输技术。
【背景技术】
[0002]图1示意性示出了包括发射器D1、接收器D2和作为传输介质的对象的体HB的IBAN系统。发射器Dl包括外部电极0E1、或环境电极，内部电极IE1、或体电极，以及耦接到这两个电极的电压发生器SG。接收器D2还包括外部电极0E2和内部电极IE2。
[0003]发射器Dl的发生器SG在电极0EUIE1之间产生振荡电势VI。电场EF在内部电极IEl与对象的体HB之间形成，并且在外部电极OEl和环境之间形成。体HB被认为是可通过发射器Dl充电和放电的大电容器板。环境由地面示意性表示，并且具有认作为形成IBAN系统的接地端GND的参考电势。施加到对象的体的电荷给予其不同于环境电势的电势，这导致在体和环境之间以及体和接收器D2之间出现电场EF。电压V2出现于接收器D2的电极IE2上。接收器电路RCT测量相对于外部电极0E2的电势的电压V2。
[0004]图2是图1的IBAN网络以电容和电阻的电网络形式的表示。电容器Cl表示在设备Dl的内部电极IEl与最接近该电极的体区域之间的电容耦接，示意性表示为点PHl。电容器C2表示在设备D2的内部电极IE2与最接近该电极的体区域之间的电容耦接，示意性表示为点P2。电容器C3表示在设备Dl的外部电极OEl与环境之间的电容耦接。电容器C4表示在设备D2的外部电极0E2与环境之间的电容耦接。电容器C5表示在电极OEl与IEl之间的电容耦接。电容器6表示在电极0E2与IE2之间的电容耦接，以及电容器C7表示在脚与环境之间的电容耦接。为了简便，本文中未示出在麻省理工学院的模型中起重要作用的其它耦接电容器。
[0005]此外，认为体是由电阻器R1、R2、R3、R4、R5示意性表示的纯电阻节点。电阻器Rl和R2串联并经过假想的中间点P3。它们示出了在点Pl和P2之间的体的总电阻器。假定例如使用者通过其右手和左手电容地耦接设备Dl和D2，电阻器Rl是右臂和右肩的电阻器，并且电阻器R2是左肩和左臂的电阻器，中间点P3位于两肩之间。电阻器R3将点P3连接到骨盆附近的假想点P4并且表示胸腔的电阻器。电阻器R4和R5并联并且每一个电阻器将点4连接到通过电容器C7耦接到环境的假想点P5，并且表示左腿和右腿的串联电阻器。
[0006]当将电压Vl施加到电极IE1、OEl时，通过电压发生器SG传输电流。该电流的第一部分Ia通过电容器C5到达外部电极OEl，并且该电流的第二部分Ib通过电容器Cl被注入到体内以形成体内电流。电流Ib的一部分Ic通过电阻器R1、胸腔的电阻器R3和腿的电阻器R4、R5，然后电容器C7，然后通过经过环境和电容器C3流入设备Dl的外部电极OEl，环境由虚线表示。电流Ib的另一部分Id经过电阻器R1、R2和电容器Cl到达设备D2的内部电极IE2，然后经过设备D2并通过经过环境和电容器C3流入设备Dl的外部电极OEl，该环境也由虚线表示。电阻R3+R4或R3+R5可能远高于电阻R2，并且电流Ic远低于电流Id。体内电流Id在电极IE2、0E2的端子处生成电压V2，并且后者由接收器电路RCT测量。
[0007]为了从设备Dl向设备D2传输数据，由数据载波信号来调制电压Vl的幅值。该幅值调制反映在电流Id和电压V2中。设备D2解调电流Id或电压V2并从中提取数据信号。
[0008]电流Id非常低，如同电压V2 —样，其一般在一毫伏到几毫伏数量级。由于微电子领域的进步，目前制造能够检测非常低的AC信号并从中提取数据载波调制信号的半导体芯片上的集成电路以便实施IBAN应用。例如，Microchip市售的MCP2030和MCP2030“AnalogFront-End Device BodyCom Applicat1ns” 的集成电路专门设计用于 IBAN应用。
[0009]IBAN网络使得接近身体的设备能够交换数据。一种公知的方法特别包括使用IBAN网络向信息收集设备传达由例如心跳传感器的传感器测量的生物参数。这样，心跳传感器装配有发射器D1，并且收集设备装配有接收器D2。在传感器与收集设备之间建立IBAN数据链路。收集设备装配有用于存储、分析和/或显示心跳或用于将收集设备传送到远程设备的装置。
[0010]使用心脏信号作为识别人的方式也是公知的。特别地，多伦多的公司B1ny已经开发了称为“HeartID”的产品，包括基于心跳信号分析的生物特征识别方式。这种方法以个人计算机外围设备形式通过专用心跳信号传感器来实施。
【发明内容】
[0011]本发明基于可将针对IBAN数据传输而实施的体内电流用于获取生物信息的事实发现。
[0012]本发明更特别地涉及采用体内电流的接收设备，其包括用于通过电容耦接来收集取决于已经经过对象的全部或部分身体的电流的AC信号的装置，和用于从所收集的AC信号提取数据的装置，设备进一步包括用于从AC信号提取由对象身体生成的生物信号并调制AC信号的幅值的装置。
[0013]根据一个实施例，设备被配置成从生物信号中提取或推断至少一个生物参数或一项生物信息。
[0014]根据一个实施例，生物参数是在将心脏信号转换成生物信号中涉及的参数。
[0015]根据一个实施例，生物参数包括对象的血压变化。
[0016]根据一个实施例，生物参数是对象的心跳。
[0017]根据一个实施例，生物信息包括在心动周期中的给定时间的生物信号的至少一个变化。
[0018]根据一个实施例，设备被配置成从一个或多个生物参数和/或一项或多项生物信息中发展对象的生物特征识别数据。
[0019]根据一个实施例，设备包括用于通过电容耦接向对象的身体施加由数据信号调制的AC信号来传送数据的装置。
[0020]本发明的一些实施例还涉及采用体内电流的系统，该系统包括:发射设备，包括用于通过电容耦接向对象的身体施加第一 AC信号的装置，和用于经由第一 AC信号传送数据的装置；以及根据本发明的接收设备，用于通过电容耦接收集第二 AC信号，并从第二 AC信号提取由发射设备发送的数据，其中接收设备被配置成在初始化阶段与发射设备交换数据以及在获取阶段从第二AC信号提取生物信号。
[0021 ]根据一个实施例，将两个设备中的至少一个设备布置在便携式物体中。
[0022]本发明的一些实施例还涉及获取由对象的身体生成的生物信号的方法，包括以下步骤:通过发射设备向对象的身体施加第一电AC信号，该发射设备包括用于通过电容耦接向对象的身体施加第一 AC信号的装置，和用于经由第一 AC信号传送数据的装置；通过接收设备收集取决于已经经过对象的全部或部分身体的电流的第二AC信号，该接收设备包括用于通过电容耦接来收集第二AC信号的装置，和用于从所收集的AC信号提取数据的装置；以及从第二AC信号提取生物信号作为调制第二AC信号幅值的信号。
[0023]根据一个实施例，方法包括以下步骤:在初始化阶段期间通过接收设备与发射设备交换数据，以及在获取阶段期间通过接收设备从第二AC信号提取生物信号作为调制第二AC信号幅值的信号。
[0024]根据一个实施例，方法包括以下步骤:从生物信号中提取或推断至少一个生物参数或一项生物信息。
[0025]根据一个实施例，生物参数是在将心脏信号转换成生物信号中所涉及的参数。
[0026]根据一个实施例，生物参数包括对象血压或对象心跳的变化。
【附图说明】
[0027]下面将参考但不受限于附图来描述根据本发明的获取生物信号的方法和设备的一些实施例，在附图中:
[0028]以上所描述的图1不意性地表不IBAN网络；
[0029]以上所描述的图2为图1中的IBAN网络的线路图；
[0030]图3是根据本发明的IBAN系统的一个实施例的线路图；
[0031]图4a表示根据心动周期的血压变化的曲线；
[0032]图4b表示在对象身体的点处施加的AC电压；
[0033]图4c表不在对象身体的另一点处收集的AC电压；
[0034]图4d是在图4c中的AC电压中存在的生物信号的放大图；
[0035]图6和7表示图3的设备的发射器和接收器的一些实施例；
[0036]图8表示根据本发明的IBAN系统的另一实施例；
[0037]图9和10表示图7的系统的发射器和接收器的一些实施例；
[0038]图11是示出图8中的IBAN系统的操作的时序图；以及
[0039]图12示出了根据本发明的IBAN系统的应用。
【具体实施方式】
[0040]图3是根据本发明的IBAN