СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРИЕМА ПИЩИ И/ИЛИ ПИТЬЯ СУБЪЕКТОМ Российский патент 2019 года по МПК A61B5/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу и устройству для контроля субъекта и, в частности, для контроля приема пищи и/или питья субъектом.

Уровень техники

Переедание является основной причиной ожирения. В некоторых случаях, люди не всегда осознают, что они принимают пищи больше, чем ежедневно требует их организм. Часто, когда происходит переедание, человек не понимает этого, пока не произошло значительное повыше массы его тела, и, возможно, уже слишком поздно вносить небольшое изменение в свой привычный рацион и улучшить ситуацию.

Обычно, контроль приема пищи в отношении событий (т.е. когда) и количества осуществляют с помощью самостоятельно ведомых дневников, но эффективность и качество таких данных зависят от дисциплины человека и времени, которым он располагает для заполнения дневника.

Существует несколько типов устройств, которые могут контролировать прием пищи, но данные являются инвазивными и/или дорогими и включают в себя устройства, например, из областей манометрии, сцинтиграфии, ультразвуковой эхографии, электрогастрографии (EGG), дыхательного тестирования со стабильным изотопом углерода. Кроме того, применение устройств данных типов обычно ограничено профессиональными учреждениями для постановки диагноза по конкретным расстройствам пищевого поведения.

US 2008/0097188A1 раскрывает систему для определения скорости потока текучей среды, проходящей по ограниченному просвету желудка пациента, содержащую по меньшей мере одну передающую катушку, функционально связанную с источником переменного тока; и по меньшей мере одну приемную катушку, выполненную с возможностью обнаружения количества магнитно детектируемой текучей среды, содержащейся в просвете желудка по меньшей мере одну приемную катушку, соединённую при функционировании с контроллером, выполненным с возможностью выдачи сигнала, соответствующего количеству магнитно детектируемой текучей среды, содержащейся на по меньшей мере участке просвета желудка в течение периода времени. Патентная заявка описывает, как применять катушки для измерения сигнала, относящегося к текучей среде, проходящей по ограниченному участку просвета желудка субъекта, но не содержит сведений о том, как подавлять помехи сигнала, вызванные другими физиологическими характеристиками субъекта.

Следовательно, существует потребность в усовершенствованных способе и устройстве, которые обеспечивают неинвазивное и в общем бесконтактное решение для контроля приема пищи и/или питья субъектом.

Раскрытие изобретения

В соответствии с первым аспектом предложено устройство для контроля приема пищи и/или питья субъектом, при этом устройство содержит блок управления, который содержит первый модуль получения для получения результатов измерений одной или более физиологических характеристик субъекта; второй модуль получения для получения результатов измерений вихревых токов, формируемых в теле субъекта под действием приложенного внешнего магнитного поля; модуль установки для установки соответствующей частоты среза для одного или более звеньев фильтрации на основании соответствующей частоты для каждой из упомянутых одной или более физиологических характеристик; модуль фильтрации для фильтрации результатов измерений вихревых токов с использованием одного или более звеньев фильтрации для исключения составляющих сигнала, обусловленных одной или более физиологическими характеристиками; и модуль обработки для обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта.

Посредством установки соответствующей частоты среза для одного или более звеньев фильтрации на основании соответствующей частоты для каждой из упомянутых одной или более физиологических характеристик, устройство отфильтровывает нежелательные сигналы и, тем самым, обеспечивает усовершенствованный контроль приема пищи и/или питья субъектом.

В некоторых вариантах осуществления одна или более физиологических характеристик содержат что-то одно или более из частоты сердечных сокращений и частоты дыхания.

В некоторых вариантах осуществления одно или более звеньев фильтрации содержат одно или более звеньев низкочастотной фильтрации.

В некоторых вариантах осуществления модуль обработки выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством сравнения амплитуды фильтрованных результатов измерений в момент времени с пороговой величиной.

В некоторых вариантах осуществления модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством определения, что пища и/или питье присутствует в желудке, если амплдитуда в данный момент времени превышает пороговую величину. В альтернативных вариантах осуществления модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством обработки фильтрованных результатов измерений для идентификации сигнала, относящегося к перистальтике у субъекта; и определения, что пища и/или питье присутствует в желудке субъекта, если амплитуда в данный момент времени превышает пороговую величину, и сигнал, относящийся к перистальтике, указывает, что у субъекта происходит перистальтика.

В альтернативных вариантах осуществления модуль обработки выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством определения величины, на которую изменилась амплитуда фильтрованных результатов измерений на протяжении заданного временного интервала; и сравнения величины, на которую изменилась амплитуда фильтрованных результатов измерений на протяжении заданного временного интервала, с пороговой величиной.

В некоторых вариантах осуществления модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством определения, что пища и/или питье присутствует в желудке, если величина превышает пороговую величину. В альтернативных вариантах осуществления, модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством обработки фильтрованных результатов измерений для идентификации сигнала, относящегося к перистальтике у субъекта; и определения, что пища и/или питье присутствует в желудке субъекта, если величина превышает пороговую величину, и сигнал, относящийся к перистальтике, указывает, что у субъекта происходит перистальтика.

В некоторых вариантах осуществления устройство дополнительно содержит катушку возбуждения для формирования вихревого тока в субъекте; и измерительную катушку для измерения вихревого тока в субъекте.

В некоторых вариантах осуществления устройство дополнительно содержит один или более датчиков физиологических характеристик для получения результатов измерений одной или более физиологических характеристик субъекта.

В соответствии со вторым аспектом предлагается устройство для контроля приема пищи и/или питья субъектом, при этом устройство содержит блок управления, который выполнен с возможностью: получения результатов измерений одной или более физиологических характеристик субъекта; получения результатов измерений вихревых токов, формируемых в теле субъекта под действием приложенного внешнего магнитного поля; установки соответствующей частоты среза для одного или более звеньев фильтрации на основании соответствующей частоты для каждой из упомянутых одной или более физиологических характеристик; фильтрации результатов измерений вихревых токов с использованием одного или более звеньев фильтрации для исключения составляющих сигнала, обусловленных одной или более физиологическими характеристиками; и обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта.

В соответствии с третьим аспектом предложен способ контроля приема пищи и/или питья субъектом, при этом способ содержит этап получения результатов измерений одной или более физиологических характеристик субъекта; этап получения результатов измерений вихревых токов, формируемых в теле субъекта под действием приложенного внешнего магнитного поля; этап установки соответствующей частоты среза для одного или более звеньев фильтрации на основании соответствующей частоты для каждой из упомянутых одной или более физиологических характеристик; этап фильтрации результатов измерений вихревых токов с использованием одного или более звеньев фильтрации для исключения составляющих сигнала, обусловленных одной или более физиологическими характеристиками; и этап обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта.

В некоторых вариантах осуществления одна или более физиологических характеристик содержат одно или более из частоты сердечных сокращений и частоты дыхания.

В некоторых вариантах осуществления одно или более звеньев фильтрации содержит одно или более звеньев низкочастотной фильтрации.

В некоторых вариантах осуществления этап обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, дополнительно содержит сравнение амплитуды фильтрованных результатов измерений в момент времени с пороговой величиной.

В некоторых вариантах осуществления этап обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, содержит определение, что пища и/или питье присутствует в желудке, если амплитуда в данный момент времени превышает пороговую величину. В альтернативных вариантах осуществления, этап обработки дополнительно содержит обработку фильтрованных результатов измерений, чтобы идентифицировать сигнал, относящийся к перистальтике у субъекта; и определение, что пища и/или питье присутствует в желудке субъекта, если амплитуда в данный момент времени превышает пороговую величину, и сигнал, относящийся к перистальтике, указывает, что у субъекта происходит перистальтика.

В альтернативных вариантах осуществления этап обработки содержит определение величины, на которую изменилась амплитуда фильтрованных результатов измерений на протяжении заданного временного интервала; и сравнение величины, на которую изменилась амплитуда фильтрованных результатов измерений на протяжении заданного временного интервала, с пороговой величиной.

В некоторых вариантах осуществления, этап обработки содержит определение, что пища и/или питье присутствует в желудке, если величина превышает пороговую величину. В альтернативных вариантах осуществления, этап обработки содержит обработку фильтрованных результатов измерений, чтобы идентифицировать сигнал, относящийся к перистальтике у субъекта; и определение, что пища и/или питье присутствует в желудке субъекта, если величина превышает пороговую величину, и сигнал, относящийся к перистальтике, указывает, что у субъекта происходит перистальтика.

В соответствии с четвертым аспектом предлагается компьютерный программный продукт, содержащий машиночитаемый носитель, содержащий встроенный машиночитаемый код, при этом машиночитаемый код выполнен таким образом, что при выполнении подходящим компьютером или процессором компьютер или процессор выполняет любой из вышеописанных вариантов осуществления способа.

Краткое описание чертежей

Для более глубокого понимания изобретения и более ясного представления, как его можно реализовать, далее будут приводиться ссылки, но лишь для примера, на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - блок-схема устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 2 - устройство в соответствии с вариантом осуществления изобретения, носимое субъектом;

Фиг. 3 - поперечное сечение субъекта и устройства;

Фиг. 4 - блок-схема, иллюстрирующая способ в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 5 - результаты измерения разных физиологических характеристик и перистальтической составляющей, и сигнал потребления пищи, определенный соответствии с вариантами осуществления изобретения; и

Фиг. 6 - блок-схема, иллюстрирующая способ в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

После того, как пища пережевывается субъектом, она проходит по пищеводу и поступает в желудок. В желудке пища смешивается с соляной кислотой и пищеварительными ферментами (например, трипсином) и подвергается механическому воздействию для уменьшения размера кусочков пищи (до приблизительно 1 мм), чтобы облегчить ее поглощение в кишечнике. Пища проходит из желудка в кишечник через привратник желудка, но это происходит постепенно с течением времени. Лишь небольшое количество химуса (частично переваренной пищи, которая выходит из желудка) проходит через привратник желудка каждый раз и с невысокой частотой. Присутствие пищи и химуса в желудке изменяет электромагнитные свойства данной части тела. В частности, присутствие пищи в желудке изменяет величину вихревого тока, формируемого внутри тела магнитным полем по сравнению с тем, который формируется, когда желудок пуст.

Таким образом, согласно изобретению, прием пищи и/или питья субъектом контролируют посредством измерения изменений магнитной индуктивности части тела субъекта (т.е. части, содержащей желудок). В предпочтительном варианте, магнитное поле возбуждения прилагается катушкой или другим компонентом, который расположен снаружи тела субъекта, и вихревой ток измеряется с использованием другой катушки или другого компонента, который расположен снаружи тела, так что изобретение является неинвазивным.

Однако, в некоторых случаях (например, в зависимости от типа и/или объема пищим и/или питья, которые потреблены), изменение магнитной индуктивности, вызванное присутствием пищи и/или питья, может быть относительно небольшим и поэтому трудно обнаружимо посредством приложения магнитного поля и измерения вихревого тока с помощью измерительного компонента, который находится вне тела.

Так как вихревой ток, формируемый магнитным полем, формируется также в ткани вокруг желудка (например, мышцах, кровеносных сосудах и т.п.), то на вихревой ток влияют изменения состава данной ткани, а также изменения содержимого желудка. Например, изменения объема крови в области измерения (области тела, в которой формируется и измеряется вихревой ток), обусловленные сокращениями сердца, могут влиять на вихревой ток, как и изменения объема грудной клетки, обусловленные дыханием субъекта. Аналогично, на вихревой ток может влиять движение желудка при выталкивании химуса в кишечник (известные как перистальтика).

В общем, результаты измерений вихревых токов будут включать в себя синусоидальный сигнал, вызываемый сокращениями сердца (обычно, с частотой выше, чем, например, 0,6 Гц), синусоидальный сигнал, вызываемый дыханием (обычно, с частотой выше, чем, например, 0,2 Гц), синусоидальный сигнал, вызываемый перистальтическим движением желудка (обычно, с частотой, приблизительно, 0,05-0,06 Гц), если пища и/или питье присутствует в желудке, постоянную (DC) составляющую, обусловленную содержимым/составом тела, которая не изменяется (например, составляющая, обусловленная органами и текучей средой), и составляющая, которая увеличивается и уменьшается вместе с содержимым желудка. Прием пищи и/или питья в желудок увеличивает последнюю упомянутую составляющую, а прохождение химуса из желудка в кишечник уменьшает последнюю упомянутую составляющую. Следует отметить, что составляющая, обусловленная содержимым желудка, является непериодической составляющей (в отличие от вышеупомянутых составляющих сердцебиения, дыхания и перистальтики), но может изменяться в общем линейным или ступенчатым образом.

Поэтому, чтобы повысить чувствительность обнаружения пищи и/или питья (т.е. обнаружение составляющей, которая увеличивается и уменьшается вместе с содержимым желудка), согласно изобретению, измеряют физиологическую характеристику субъекта, которая влияет на результаты измерений вихревых токов (например, частоту сердечных сокращений и частоту дыхания), и отфильтровывают составляющие сигнала вихревых токов, которые могут зависеть от данной физиологической характеристики.

Фиг. 1 представляет блок-схему устройства 2 в соответствии с вариантом осуществления изобретения, которое можно применить для контроля приема пищи и/или питья субъектом. Устройство 2 содержит блок 4 управления, который управляет работой устройства 2, и которое может реализовать способ контроля. Короче говоря, блок 4 управления выполнен с возможностью обработки результатов измерений физиологической характеристики субъекта для определения частоты для физиологической характеристики, устанавливать частоту среза для звена фильтрации, фильтровать результаты измерений вихревых токов с использованием звена фильтрации для исключения составляющих сигнала, обусловленных физиологической характеристикой и затем для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке, по фильтрованному сигналу. Блок 4 управления может содержать один или более процессоров, блоков обработки, многоядерных процессоров или модулей, которые выполнены или запрограммированы с возможностью управления устройством 2, чтобы контролировать субъекта, как описано ниже.

В конкретных исполнениях блок 4 управления может содержать множество программных и/или аппаратных модулей, каждый из которых выполнен с возможностью выполнения или предназначен для выполнения отдельных этапов способа контроля в соответствии с вариантами осуществления изобретения. По существу, блок 4 управления (или в общем устройство 2) может содержать первый модуль 6 получения, второй модуль 8 получения, модуль 12 установки, модуль 12 фильтрации и модуль 14 обработки, каждый из которых может реализовать функции, необходимые для выполнения этапов 101-109, показанных на фиг. 4, соответственно, и которые подробно описаны ниже.

Устройство 2 может также содержать блок 18 памяти, который можно использовать для хранения программного кода, который может выполняться блоком 4 управления для выполнения описанного здесь способа. Блок 18 памяти может также использоваться для хранения сигналов и результатов измерений, выполняемых или получаемых любыми датчиками в устройстве (включая измерительную катушку 22 или другой компонент для измерения вихревого тока и датчик 24 физиологических характеристик).

В некоторых вариантах осуществления устройство 2 может содержать катушку 20 возбуждения (или другой компонент для создания магнитного поля) для формирования (наведения) вихревого тока в субъекте под управлением блока 4 управления, измерительную катушку 22 (или другой компонент для измерения вихревого тока в субъекте) и/или один или более датчиков 24 физиологических характеристик для измерения одной или более физиологических характеристик субъекта. Результаты измерений вихревого тока и физиологической(их) характеристик(и) могут обрабатываться по мере того, как результаты измерений получаются (например, в реальном времени), или упомянутые результаты могут сохраняться в блоке 18 памяти, и блок 4 управления может выбирать из блока 18 памяти и обрабатывать ранее полученные результаты измерений впоследствии.

В альтернативных вариантах осуществления катушка 20 возбуждения, измерительная катушка 22 и/или датчик 24 физиологической(их) характеристик(и) (с соответствующими схемами управления для данных компонентов) могут быть отдельными от устройства 2, и результаты измерений вихревого тока и/или результаты измерения физиологической(их) характеристик(и) могут передаваться в устройство 2, например по проводному или беспроводному соединению, для последующего анализа.

В некоторых вариантах осуществления блок 4 управления (и, следовательно, устройство 2) могут входить в состав смартфона или другого универсального компьютерного устройства, которое может содержать датчик 24 физиологических характеристик и измерительную катушку 22, иметь с ними соединение или иначе принимать от них измерительный сигнал, но в других вариантах осуществления устройство 20 может быть устройством, которое является специально предназначенным для контроля субъекта для определения присутствия пищи и/или питья в желудке субъекта. В вариантах осуществления, в которых блок 4 управления входит в состав смартфона или другого универсального компьютерного устройства, в зависимости от физиологической характеристики, подлежащей контролю, датчик 24 может быть датчиком, который встроен в смартфон, или датчиком, который является отдельным от смартфона, и который может передавать сигналы/результаты измерения датчика в смартфон/компьютерное устройство для обработки и анализа (например, по проводному или беспроводному соединению).

Датчик 24 физиологических характеристик измеряет одну или более физиологических характеристик субъекта. В некоторых вариантах осуществления физиологическая характеристика является частотой сердечных сокращений, и, следовательно, датчик 24 физиологических характеристик может быть любым датчиком, который способен измерять частоту сердечных сокращений или пригоден для этого. Таким образом, датчик 24 физиологических характеристик может быть датчиком частоты сердечных сокращений, например, акселерометром, электрокардиографом (ЭКГ) (который включает в себя, например, множество электродов), фотоплетизмографом (PPG), микрофоном и т.п. В некоторых вариантах осуществления физиологическая характеристика является частотой дыхания (называемой также частотой дыхательных движений), и, следовательно, датчик 24 физиологических характеристик может быть любым датчиком, который способен измерять частоту дыхания или пригоден для этого. Таким образом, датчик 24 физиологических характеристик может быть датчиком частоты дыхания, например, акселерометром, электрокардиографом (ЭКГ), тензометрическим датчиком (для измерения изменения окружности грудной клетки, когда субъект дышит), микрофоном и т.п. Выходной сигнал датчика 24 физиологических характеристик может быть временной последовательностью значений физиологической характеристики или «исходными» результатами измерений (например, результатами измерений ускорения), которые обрабатываются блоком 4 управления для определения временной последовательности значений физиологической характеристики.

Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления могут измеряться несколько физиологических характеристик, и может быть единственный датчик 24 физиологических характеристик, применяемый для измерения данных физиологических характеристик. Например, измерительный сигнал из акселерометра, который устраивают на верхней части тела субъекта, можно обрабатывать для определения частоты сердечных сокращений и частоты дыхания. В качестве альтернативы, для определения частоты сердечных сокращений и частоты дыхания можно анализировать сигналы ЭКГ.

В некоторых вариантах осуществления устройство 2 может дополнительно содержать температурный датчик, который устраивают на теле субъекта около желудка, чтобы измерять изменения температуры, связанные с перевариванием.

Следует понимать, что фиг. 1 представляет только компоненты, необходимые для иллюстрации данного аспекта изобретения, и, в практическом исполнении, устройство 2 будет содержать дополнительные компоненты, кроме показанных. Например, устройство 2 может содержать батарею или другой источник питания для питания устройства 2 или средство для подключения устройства 2 к сетевому источнику питания, и/или связной модуль для обеспечения возможности передачи результатов измерения физиологической характеристики и/или результатов измерений вихревых токов в субъекте в базовый блок для устройства 2 или удаленного компьютера. Устройство 2 может также содержать по меньшей мере один компонент пользовательского интерфейса, который предназначен для применения с целью снабжения субъекта или другого пользователя устройства 2 (например, члена семьи или медицинского специалиста) информацией, получаемой в результате выполнения способа по изобретению. Например, компонент пользовательского интерфейса может указывать на то, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, или присутствовали ли они в желудке в выбранное время. В качестве альтернативы или дополнения, компонент пользовательского интерфейса может указывать на то, когда пища и/или питье присутствовали в желудке на протяжении временного интервала. Компонент пользовательского интерфейса может содержать любой компонент, который пригоден для выдачи вышеупомянутой информации, и может быть, например, любым каким-то одним или более из экрана дисплея или другого визуального индикатора, динамика, одного или более светоиндикаторов и компонента для выдачи тактильной обратной связи (например, выполняющего функцию вибрации).

Кроме того, компонент пользовательского интерфейса представляет собой или содержит средство, которое позволяет субъекту или другому пользователю устройства 2 взаимодействовать с и/или управлять устройством 2. Например, компонент пользовательского интерфейса может содержать переключатель, кнопку или другое средство управления для включения и выключения устройства 2 и/или процесса контроля.

Фиг. 2 представляет устройство 2 в соответствии с изобретением, носимое субъектом 30. В данном варианте осуществления устройство 2 содержит ремень 32 или средство крепления другого рода, которое позволяет устройству 2 удерживаться на месте вокруг тела субъекта таким образом, что катушка 20 возбуждения прилагает магнитное поле к части тела, содержащей желудок, и измерительная катушка 22 измеряет вихревой ток, формируемый в данной части тела. Необходимость ношения устройства 2 прижатым к телу отсутствует.

Фиг. 3 является поперечным сечением субъекта 30, который носит устройство 2 в соответствии с изобретением, в котором используется ремень 32 для удерживания устройства 2 на субъекте 30. Показано поперечное сечение желудка 34 вместе с вихревым током 36, который наводится магнитным полем, создаваемым катушкой 20 возбуждения, и который измеряется измерительной катушкой 22. Следует понимать, что, хотя катушка 20 возбуждения и измерительная катушка 22 показаны как расположенные в общем с противоположных сторон тела субъекта 30, катушки 20, 22 могут располагаться на одной стороне субъекта 30, однако, на их установку потребуется обратить внимание, чтобы исключить воздействие помех от катушки 20 возбуждения на измерительную катушку 22.

Фиг. 4 изображает способ контроля приема пищи и/или питья субъектом 30 в соответствии с изобретением. Данный способ обычно может выполняться посредством или под управлением блока 4 управления.

На первом этапе, этапе 101, который может выполняться или осуществляться первым модулем 6 получения, получают результаты измерений одной или более физиологических характеристик субъекта 30. Данные результаты измерений могут быть получены непосредственно из датчика 24 физиологических характеристик или выбраны из блока 18 памяти. Результаты измерений обычно охватывают период времени, например, несколько секунд, минут и т.п. Как замечено выше, выходной сигнал датчика 24 физиологических характеристик может быть временной последовательностью значений физиологической характеристики или «исходными» результатами измерений (например, результатами измерений ускорения). В последнем случае, этап 101 может содержать обработку «исходных» результатов измерений для определения результатов измерений физиологической характеристики. В предпочтительных вариантах осуществления физиологическая(ие) характеристика(и) могут быть частотой сердечных сокращений и/или частотой дыхания, и, следовательно, результат(ы) измерений физиологической(их) характеристик(и) могут быть представлены в виде частоты (например, числа сокращений в минуту, числа дыханий в минуту и т.п.).

На втором этапе, этапе 103, который может выполняться или осуществляться вторым модулем 8 получения, получают результаты измерений вихревых токов, формируемых в теле субъекта 30 под действием приложенного внешнего магнитного поля. Данные результаты измерений могут быть получены непосредственно из измерительной катушки 22 или выбраны из блока 18 памяти. Результаты измерений вихревых токов могут охватывать значительный промежуток времени, например, несколько часов, суток и т.п. Когда результаты измерений получают непосредственно из измерительной катушки 22, способ может также содержать создание магнитного поля в субъекте 30 с помощью катушки 20 возбуждения (например, подачей тока в катушку 20 возбуждения).

Результаты измерений одной или более физиологических характеристик субъекта 30 относятся к одному и тому же или близкому времени с результатами измерений вихревых токов.

Затем, на этапе 105, который может выполняться или осуществляться модулем 10 установки, для каждой измеренной физиологической характеристики устанавливают частоту среза в звене фильтрации на основании результатов измерений данной физиологической характеристики. Поскольку перистальтическая составляющая и составляющая сигнала, которая увеличивается и уменьшается вместе с содержимым желудка, являются сигналами, имеющими частоту ниже, чем физиологическая характеристика (например, частота сердечных сокращений и/или частота дыхания), то звенья фильтрации предпочтительно выполняют низкочастотную фильтрацию входного сигнала, чтобы пропускать частотные составляющие ниже частоты среза и, тем самым, устранять составляющие сигнала, имеющие частоту выше частоты среза. В некоторых вариантах осуществления частоту среза можно устанавливать на значении физиологической характеристики (например, частоту среза устанавливают равной измеренной частоте сердечных сокращений или частоте дыхания). Однако, поскольку значение физиологической характеристики измеряют (оценивают) по сигналу датчика, и значение физиологической характеристики может медленно изменяться с течением времени, то целесообразно устанавливать частоту среза равной значению, которое гарантирует, что вклад физиологической характеристики в результаты измерений вихревого тока отфильтровывается. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления частоту среза можно устанавливать равной значению физиологической характеристики минус некоторый (небольшой) заданный сдвиг. Например, сдвиг может быть равен 0,05 Гц или 0,1 Гц).

В некоторых вариантах осуществления могут быть соответствующие звенья фильтрации для каждой из измеряемых физиологических характеристик, при этом частоту среза для каждого звена фильтрации устанавливают на основании результатов измерений для соответствующей одной из физиологических характеристик. Однако, в предпочтительном варианте имеется единственное звено фильтрации, и частоту среза для звена фильтрации устанавливают по нижней из частот, соответствующих измеряемым физиологическим характеристикам. Например, если измеряют частоту сердечных сокращений и частоту дыхания, то для установки частоты среза звена низкочастотной фильтрации используют нижнюю из двух физиологических характеристик.

В некоторых вариантах осуществления, вместо применения низкочастотного фильтра, можно применить полосовой режекторный фильтр, с полосой подавления или полосами подавления (если измеряют несколько физиологических характеристик), основанными на измеренном значении физиологической(их) характеристик(и).

После того, как на этапе 105 установлена(ы) частота(ы) среза, результаты измерений вихревых токов фильтруют с использованием звена(ьев) фильтрации на этапе 107, чтобы исключить составляющие сигнала, обусловленные одной или более физиологическими характеристиками. Этап 107 может выполняться или осуществляться модулем 12 фильтрации.

Фильтрованные результаты измерений затем обрабатываются, чтобы определить, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта (этап 109). Этап 109 может выполняться или осуществляться модулем 14 обработки.

В простом варианте осуществления этап 109 может содержать определение амплитуды фильтрованного сигнала в конкретный момент времени и сравнение амплитуды с пороговой величиной. Например, можно определить, что пища и/или питье присутствуют в желудке субъекта в конкретный момент времени, если амплитуда сигнала в данный конкретный момент времени превышает пороговую величину.

В более предпочтительном варианте осуществления, в котором подавляются эффекты дрейфа в результатах измерений вихревых токов, этап 109 содержит определение величины, на которую амплитуда фильтрованного сигнала изменилась на протяжении заданного временного интервала (например, длительностью несколько секунд, одну минуту и т.п.), и сравнение изменения с пороговой величиной. Специалистам в данной области техники будут известны способы, которыми можно определять данную величину, и, например, величину можно определять как разность между максимальной и минимальной амплитудами во временном интервале, или величину можно определять как разность между амплитудой в начале временного интервала и амплитудой в конце временного интервала. Если амплитуда повысилась больше, чем на пороговую величину на протяжении временного интервала, то можно определить, что пища и/или питье в настоящий момент присутствует в желудке. Если амплитуда снизилась больше, чем на пороговую величину на протяжении временного интервала, то можно определить, что пища и/или питье в настоящий момент больше не присутствует в желудке.

В других вариантах осуществления этап 109 может содержать применение методов машинного обучения, чтобы анализировать фильтрованный сигнал вихревого тока для определения, когда пища и/или питье поступили в и/или покинули желудок. При использовании методов данного типа, присутствие пищи и/или питья в желудке можно выводить из фильтрованного (зависящего от времени) сигнала вихревого тока или из признаков, извлекаемых из фильтрованного (зависящего от времени) сигнала вихревого тока.

В некоторых вариантах осуществления этап 109 может содержать обработку фильтрованных результатов измерений, чтобы идентифицировать сигнал, относящийся к перистальтике. Например, можно выполнять разложение на частотные составляющие фильтрованных результатов измерений вихревых токов, чтобы отделить, как правило, периодический сигнал, обусловленный перистальтикой, от постоянной (DC) составляющей, обусловленной содержимым/составом тела, и составляющей, которая увеличивается и уменьшается вместе с содержимым желудка. После отделения сигнала, обусловленного перистальтикой, остающиеся составляющие сигнала вихревых токов можно сравнивать с предыдущими частями сигнала, чтобы идентифицировать, произошло ли наращивание, обусловленное приемом пищи и/или питья (например, подобно тому, как в вышеописанных более предпочтительных вариантах осуществления). В качестве альтернативы, как отмечено выше, в некоторых вариантах осуществления, после отделения сигнала, обусловленного перистальтикой, амплитуды остающихся составляющих сигнала вихревых токов можно сравнивать с пороговой величиной, чтобы идентифицировать, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта.

Следует понимать, что в вышеописанных вариантах осуществления перистальтическая составляющая эффективно исключается из результатов измерений вихревых токов, и остающиеся результаты измерений обрабатываются для определения, существует ли возрастание, соответствующее поступлению пищи и/или питья в желудок. Однако, в предпочтительных вариантах осуществления определение, что пища и/или питье присутствует в желудке, может выполняться при условии обнаружения как в общем периодического сигнала, обусловленного перистальтикой (т.е. перистальтика происходит), так и повышения остающихся составляющих сигнала вихревых токов на протяжении временного интервала (или превышения пороговой величины амплитудой сигнала вихревых токов).

Фиг. 5 изображает сигналы, представляющие примерные физиологические характеристики и признак того, присутствует ли пища и/или питье в желудке, после обработки в соответствии с изобретением. На каждой из фиг. 5(a)-(d), x-ось представляет время в секундах, и y-ось представляет нормированную амплитуду ожидаемого сигнала. Таким образом, фиг. 5(a) представляет сигнал частоты сердечных сокращений с частотой 1 Гц (т.е. 60 сокращений в минуту), и фиг. 5(b) представляет сигнал частоты дыхания с частотой 0,2 Гц (т.е. 12 вдохов в минуту). Как описано выше, частоты, соответствующие физиологическим характеристикам на фиг. 5(a) и (b), используются звеном фильтрации (или соответствующими звеньями фильтрации) для исключения составляющих вихревых токов, обусловленных данными характеристиками. Фиг. 5(c) представляет перистальтический сигнал, выведенный из фильтрованного сигнала вихревых токов, который указывает, что перистальтика начинается с, приблизительно, 8-й секунды и продолжается в течение остального периода измерений с частотой приблизительно 0,05 Гц (т.е. приблизительно 3 сокращений в минуту). Фиг. 5(d) представляет сигнал потребления пищи, полученный из остающихся результатов измерений вихревых токов после отделения перистальтических составляющих, где значение 0 представляет отсутствие пищи в желудке, и значение 1 представляет присутствие пищи в желудке. Таким образом, можно видеть, что в данном примере между 8-й и 15-й секундами происходит повышение сигнала из-за проникновения пищи в желудок.

Следует понимать, что способ на фиг. 4 можно выполнять периодически с высокой частотой, полунепрерывно и непрерывно, и при этом можно обнаруживать сроки, в которые принимаются пища и/или питье, отрезок времени, в течение которого принимаются пища и/или питье и/или периоды времени, в которые желудок пуст.

В некоторых вариантах осуществления, как подробно описано ниже, фильтрованные результаты измерений можно обрабатывать для идентификации, возросла ли проводимость желудка (что указывает на прием пищи и/или питья) или снизилась (что указывает на то, что химус прошел в кишечник). В некоторых случаях, фильтрованные результаты измерений можно обрабатывать для получения результатов измерений проводимости, но, в других случаях, анализ может выполняться непосредственно с фильтрованными результатами измерений токов. В некоторых вариантах осуществления количество принятых пищи и/или питья можно оценивать по величине изменения проводимости.

Плотность вихревых токов в живой ткани определяется следующим уравнением диффузии:

, [1]

где означает электрическую проводимость, и означает магнитную проницаемость образца живой ткани. Из данного уравнения можно видеть, что изменение электрических и магнитных свойств живой ткани изменяет плотность вихревых токов. Поэтому, анализ результатов измерений вихревого тока дает информацию о состоянии живой ткани.

Как отмечено выше, биологическая среда в области желудка изменяется принципиально из-за (i) частоты сердечных сокращений (сокращения и релаксации кровеносных сосудов вследствие сердечных сокращений); (ii) дыхания (движения мышцы диафрагмы или движение торакальной полости); (iii) перистальтики (сокращения и релаксации мышц желудочно-кишечного тракта, которые выталкивают химус из желудка); и (iv) поступления пищи и/или питья (среда будет представлять собой сочетание электрических и магнитных свойств биологической ткани и химуса, присутствующего в желудке). Когда пища и/или питье еще не принимались (и любые ранее принятые пища и/или питье уже вышли из желудка), элементы (iii) и (iv) будут отсутствовать или не будут влиять на вихревой ток.

Как описано ранее, вышеупомянутые влияния (i), (ii) и (iii) на вихревой ток вполне понятны (из-за изменений объема среды, в которой формируется ток), но фактор (iv) влияет на вихревые токи посредством комбинации геометрического и электрохимического изменений. Геометрическое изменение обусловлено присутствием пищи и/или питья в желудке, и электрохимическое обусловлено процессом пищеварения. Во время данного биологического процесса желудок выделяет большое количество кислоты (с высокой концентрацией ионов H⁺), которая влияет на проводимость среды следующим образом:

, [2]

. [3]

Где означает проводимость, возникающую вследствие вызванных электрическим полем движений различных ионов в электролите. Для желудка во время пищеварения, преобладающие ионы H⁺ можно считать ионными частицами, и поэтому , и означают, соответственно, валентность, концентрацию и электрическую подвижность ионов H⁺. Когда не принято никаких пищи и/или питья, концентрация ионов H⁺, обусловленная пищеварением приблизительно равна 0 молям, поэтому нет никакого изменения проводимости желудка.

Результат обработки на этапе 109 может передаваться субъекту или другому пользователю устройства 2 (например, медицинскому специалисту) с использованием компонента пользовательского интерфейса в устройстве 2. Результат может быть представлен в любой подходящей или требуемой форме. Например, результат может быть представлен как указание на то, присутствует ли пища и/или питье в желудке, или указание на то, приняты ли пища и/или питье субъектом. Указание может обеспечиваться в простой форме, например, светоиндикатором или другим визуальным индикатором, или указание может быть представлено в форме письменного или речевого сообщения или может быть представлено в графическом формате, возможно, изображающем сроки, в которые пища принималась/пища присутствовала в желудке.

В некоторых вариантах осуществления результаты измерений физиологических характеристик (или результаты измерений из датчика 24 физиологических характеристик) можно использовать для определения, полезно ли будет измерять и/или анализировать вихревые токи в данный момент времени. Например, если субъект выполняет физические упражнения или проявляет физическую активность иным образом, то прием пищи субъектом в это время маловероятен, так что результаты измерений физиологических характеристик можно анализировать для определения, проявляет ли субъект активность (например, можно считать, что субъект находится в активном состоянии, если частота сердечных сокращений выше пороговой частоты сердечных сокращений, и/или частота дыхания выше пороговой частоты дыхания), и, если проявляет, то блок 4 управления прекратит создание магнитного поля с помощью катушки 20 возбуждения и/или прекратить обработку данного сегмента результатов измерений вихревых токов, соответствующего высокой активности. Если определяется, что субъект является менее активным физически (например, частота сердечных сокращений ниже пороговой частоты сердечных сокращений и/или частота дыхания ниже пороговой частоты дыхания), то блок 4 управления может управлять катушкой 20 возбуждения, чтобы создавать магнитное поле и измерять вихревые токи с помощью измерительной катушки 22 и/или начинать/продолжать обработку данного сегмента результатов измерений вихревых токов, соответствующего низкому уровню активности. Дополнительно или в качестве альтернативы, измерение уровня физической активности субъекта можно выполнять акселерометром (который может быть тем же акселерометром, который используется для измерения физиологической характеристики, или отдельным или дополнительным акселерометром). В данном случае, уровень физической активности (который можно получать, например, путем анализа величины результатов измерений акселерометром) можно сравнивать с пороговой величиной, и, если уровень физической активности превышает порог, то блок 4 управления может прекращать создание магнитного поля с помощью катушки 20 возбуждения и/или прекращать обработку данного сегмента результатов измерений вихревых токов, соответствующего высокому уровню активности.

Дополнительно или в качестве альтернативы, поскольку температура желудка обычно повышается, когда присутствует пища и/или питье (из-за процесса пищеварения), то температуру области желудка можно измерять температурным датчиком, и, когда температура выше пороговой величины температуры (например, выше 40°C), можно включать создание магнитного поля и измерение вихревых токов.

В вариантах осуществления, в которых результаты измерений вихревых токов анализируются на протяжении временного интервала для определения изменения, которое может быть вызвано поступлением пищи и/или питья в желудок, возможно, потребуется проверить, находится ли субъект в одной и той же позе на протяжении временного интервала. В частности, это полезно потому, что результаты измерений вихревых токов могут испытывать влияние изменения позы субъекта. Позу можно определять, например, с использованием акселерометра (либо того же акселерометра, который используют для измерения физиологической(их) характеристик(и), либо отдельного акселерометра, содержащегося в устройстве 2), посредством анализа ориентации (направления) вектора ускорения силы тяжести относительно оси акселерометра. В качестве альтернативы, для определения позы можно применить гироскоп или датчик другого типа.

Диаграмма на фиг. 6 изображает конкретный способ в соответствии с вариантом осуществления изобретения. В данном варианте осуществления, ЭКГ применяется для измерения частоты сердечных сокращений и частоты дыхания, и температурный датчик применяется для инициирования начала процесса контроля.

Таким образом, на этапе 121 получают данные/результаты измерений из температурного датчика, который измеряет температуру (T) в области желудка (этап 123). Эту температура T сравнивают с пороговой температурой, которая служит для определения, имеет ли место пищеварение в желудке (этап 125). Пороговая величина может быть равна 40°C, хотя можно использовать другие значения. Если T ниже пороговой величины, то температуру контролируют, пока она не превысит пороговую величину. После того, как T превышает пороговую величину, на этапе 121 собирают результаты измерений/данные ЭКГ из датчика ЭКГ (этап 127) и результаты измерений вихревых токов (показанные как сигнал магнитной индуктивности (MI)), на этапе 129.

Затем выполняют частотный анализ сигнала ЭКГ, чтобы определить частоту сердечных сокращений и частоту дыхания (этап 131), и данные частоты используют для отфильтровывания составляющих частоты сердечных сокращений и частоты дыхания из сигнала MI (этап 133), как на вышеупомянутом этапе 107. Затем фильтрованный сигнал анализируют для определения информации о присутствии пищи, пищеварении и моторике (этап 135). При желании, затем данная информация может отображаться для субъекта или другого пользователя устройства 2.

Таким образом, предлагаются усовершенствованные способ и устройство, которые обеспечивают неинвазивное и в общем бесконтактное решение для контроля приема пищи и/или питья субъектом.

Специалистами в данной области техники в процессе практического внедрения заявленного изобретения могут быть созданы и осуществлены изменения в раскрытых вариантах осуществления на основании изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, понятие «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак в единственном числе не исключает множественного числа. Один процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Само по себе то обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты в различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность применения сочетания упомянутых признаков в подходящем случае. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, например на оптическом носителе данных или полупроводниковом носителе, поставляемом совместно с другими аппаратным обеспечением или в его составе, но может также распространяться в других формах, например, по сети Интернет или в других проводных или беспроводных телекоммуникационных системах. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя считать ограничивающими объем изобретения.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для контроля приема пищи и/или питья субъектом содержит блок управления, который содержит первый модуль получения, выполненный с возможностью получения результатов измерений одной или более физиологических характеристик субъекта; второй модуль получения, выполненный с возможностью получения результатов измерений вихревых токов, формируемых в теле субъекта под действием приложенного внешнего магнитного поля; модуль установки, выполненный с возможностью установки соответствующей частоты среза для одного или более звеньев фильтрации на основании соответствующей частоты для каждой из упомянутых одной или более физиологических характеристик; модуль фильтрации, выполненный с возможностью фильтрации результатов измерений вихревых токов с использованием одного или более звеньев фильтрации для исключения составляющих сигнала, обусловленных одной или более физиологическими характеристиками; и модуль обработки, выполненный с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для контроля приема пищи и/или питья субъектом, при этом устройство содержит:

блок управления, который содержит:

первый модуль получения, выполненный с возможностью получения результатов измерений одной или более физиологических характеристик субъекта;

второй модуль получения, выполненный с возможностью получения результатов измерений вихревых токов, формируемых в теле субъекта под действием приложенного внешнего магнитного поля;

модуль установки, выполненный с возможностью установки соответствующей частоты среза для одного или более звеньев фильтрации на основании соответствующей частоты для каждой из упомянутых одной или более физиологических характеристик;

модуль фильтрации, выполненный с возможностью фильтрации результатов измерений вихревых токов с использованием одного или более звеньев фильтрации для исключения составляющих сигнала, обусловленных одной или более физиологическими характеристиками; и

модуль обработки, выполненный с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта.

2. Устройство по п. 1, в котором одна или более физиологических характеристик содержит одно или более из частоты сердечных сокращений и частоты дыхания.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором модуль обработки выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством:

сравнения амплитуды фильтрованных результатов измерений в момент времени с пороговой величиной.

4. Устройство по п. 3, в котором модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством:

определения, что пища и/или питье присутствует в желудке, если амплитуда в упомянутый момент времени превышает пороговую величину.

5. Устройство по п. 3, в котором модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством:

обработки фильтрованных результатов измерений для идентификации сигнала, относящегося к перистальтике у субъекта; и

определения, что пища и/или питье присутствует в желудке субъекта, если амплитуда в упомянутый момент времени превышает пороговую величину, и сигнал, относящийся к перистальтике, указывает, что у субъекта происходит перистальтика.

6. Устройство по п. 1 или 2, в котором модуль обработки выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством:

определения величины, на которую изменилась амплитуда фильтрованных результатов измерений на протяжении заданного временного интервала; и

сравнения величины, на которую изменилась амплитуда фильтрованных результатов измерений на протяжении заданного временного интервала, с пороговой величиной.

7. Устройство по п. 6, в котором модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством:

определения, что пища и/или питье присутствует в желудке, если упомянутая величина превышает пороговую величину.

8. Устройство по п. 6, в котором модуль обработки дополнительно выполнен с возможностью обработки фильтрованных результатов измерений для определения, присутствует ли пища и/или питье в желудке субъекта, посредством:

обработки фильтрованных результатов измерений для идентификации сигнала, относящегося к перистальтике у субъекта; и

определения, что пища и/или питье присутствует в желудке субъекта, если упомянутая величина превышает пороговую величину, и сигнал, относящийся к перистальтике, указывает, что у субъекта происходит перистальтика.

9. Устройство по любому из пп. 1-8, причём устройство дополнительно содержит:

катушку возбуждения для формирования вихревого тока в субъекте; и

измерительную катушку для измерения вихревого тока в субъекте.

10. Устройство по любому из пп. 1-9, причём устройство дополнительно содержит:

один или более датчиков физиологических характеристик для получения результатов измерений одной или более физиологических характеристик субъекта.