CN115443094A - 监测体液平衡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测动物或人体的体液平衡的监测设备(1)。该设备包括用于持续或周期性称重身体的体重传感器(2)、用于向身体提供可控液体供应的液体输送设备(3)、用于确定身体的排尿量的排尿量传感器(4)、处理器(5)。处理器(5)适配成通过将由体重传感器(2)提供的信号和由排尿量传感器(4)提供的信号纳入考虑来确定身体的总体液排出量和由于排汗和呼吸导致的体液排出量，并向液体输送设备(3)提供控制信号以调节输送到身体的液体的量、流速或流率，从而维持身体中的预定体液平衡。

Description

监测体液平衡

技术领域

本发明涉及医疗保健监测领域，尤其涉及随着时间的推移对生理参数的持续或周期性监测。本发明具体涉及一种用于监测动物或人体的体液平衡的设备和方法。

背景技术

在正常情况下，身体内水量的严格控制是体内平衡的一个方面。这种体液平衡对于保持电解质浓度在容许限度内是必要的。总的来说，身体旨在对摄入的水量和通过尿液和粪便以及通过呼吸和排汗流失的水量进行平衡。体内储存的水量的不平衡，以及通常还有与之相关的电解质浓度的不平衡，会产生轻微的症状，如疲劳或头痛，以及严重的并发症。例如，水量的突然增加会导致低钠血症，这可能是致命的。

人体或动物体具有维持健康体液平衡的显著能力，即，在该平衡中体液(诸如血液、间质液和细胞内液)保持在正常的量范围内。保持这种平衡需要经常补充体液，主要是通过摄入水或其他合适的液体。例如，众所周知，人类在没有水的情况下只能存活几天，而在没有食物的情况下长时间存活是可能的。例如，除了摄入无热量饮料、维生素和电解质之外，没有食物的生存世界纪录为382天。

尽管由于水或其他饮料摄入不足而导致的脱水显然是形成体液失衡的最主要的风险因素，但腹泻是威胁健康体液量和电解质水平的另一个重要因素。

排汗和/或通过呼吸失去体液也是重要的风险因素。后一种因素通常与暴露于高温和/或干旱环境有关，并且这种暴露的影响会随着时间的推移而迅速加剧。

在各种医疗场景下，体液平衡的精确测量可能是重要的。例如，疾病可能涉及体温升高、呕吐、腹泻和/或出血，所有这些都会减少身体可用的体液量，即导致体液负平衡。肾脏在管理体液平衡中起着重要作用，并且因此，降低肾脏功能的情况(包括肾脏疾病、低血压和/或其他心血管功能障碍)可能导致体液异常滞留，即体液正平衡。肾素-血管紧张素-醛固酮系统的直接功能障碍显然是在其中需要监测体液平衡并且可能的话积极进行纠正的医学情况的另一个例子。

因此，在各种条件下，可能需要或至少期望监测体液平衡。在高温治疗中尤其如此。在这种治疗中，通过药物和/或医疗设备故意诱导高温，例如作为癌症的主要或辅助治疗。例如，整个身体可以被加热到(例如)41.5℃以使癌细胞过热。这种办法可能对于治疗身体中广泛分布的癌症是特别有用的。应该清楚的是，这种治疗所施加的高温意味着引起体液负平衡的风险。此外，这种治疗可能需要镇静或麻醉，或者其使用可能至少是高度优选的。在全身麻醉下，可以有利地减少或避免身体抵消人为施加的高温的自然反应。此外，当患者保持清醒时，这种治疗会相当不愉快，甚至可能难以忍受，尤其是对于持续许多个小时，甚至可能超过一天的治疗。然而，在麻醉状态下，人体维持体液平衡的体内平衡控制机制也可能受到损害，这进一步增加了对用于监测和管理体液平衡的系统的需求。

在本领域中已知，烧伤或严重外伤的患者的体液平衡可能需要密切监测，因为在这些情况下体液流失可能很严重。保持每小时每10公斤体重约5-100毫升的足够排尿量被认为是治疗中的一个重要参数。例如，在本领域中已知定期称重尿液以监测体液平衡。

例如，US 4291692公开了一种用于基于排尿量的实时测量的、向患者体内进行受控体液输注的闭环系统。将实时尿流率与预设的期望流率进行比较，以产生由计算机处理的误差信号。使用比例-积分-微分(PID)控制算法来管理对患者的输液。

然而，这种现有方案的缺点是需要预先假定最佳的排尿量，并且液体摄入不是为了实现净中性体液平衡而被优化，而是优化这种预先假定的最佳排尿量。另一个缺点是，除了通过尿液之外，通过其他途径的体液损失被忽略，而这种其他体液损失可能是相当大的，例如在高温治疗中的呼吸和排汗损失。

US 4449538公开了电子体液结算系统的另一个例子。微型计算机接收源自多个体液输入和输出通道的数据，这些通道一起代表了与患者相关联的主要体液输入和输出源。输入通道包括静脉体液流，例如不同体液的静脉体液流。输出通道包括通过导尿管或其他导管排出的体液量、从手术部位抽取的渗出物量和通过海绵从患者身上抽取的血液量。基于这些数据，计算机产生液体摄入总量和体液排出总量，这些总量被显示以指示主导的体液平衡。该系统可能特别适用于在外科手术期间帮助麻醉师。

然而，与前述现有技术系统不同，该说明性的现有技术系统仅提供了一种方便的记录系统来保持患者的体液平衡的跟踪，而没有主动控制提供给患者的体液流量以获得最佳结果，例如目标范围内的尿产量。另一个缺点是，该系统没有提供保持对通过呼吸和/或排汗的体液流失的跟踪的解决方案。后者在典型的外科手术环境中可以忽略不计，但在特定条件下可能变得很重要，例如在不利的环境条件下，例如在野战医院或伤检分类站，或者在必须提高环境温度的治疗中，例如高温治疗。

US 5522805公开了一种基本上类似于US 4449538的体液结算系统的方案。

过多的体液滞留，通常称为水肿，是被破坏的稳态人体反应的指示。当身体无法阻止体液的积累时，这是表明电解质的健康浓度和健康的身体压力(如血压)无法维持，或多余的体液不能充分清除的一个重要的标志。尽快检测到这种体液滞留是很重要的。例如，当肿胀和/或呼吸困难对医师变得显而易见时，患者的状况可能已经迅速恶化，例如可能导致心脏衰竭。

使用阻抗测量来检测水肿的设备在本领域中是已知的。US 5876353公开了一种可植入的阻抗测量设备，其可以提供水肿的分级指示，即指示病情的严重性，并且可以用于持久时间的监测。经胸廓的阻抗测量被用作水肿水平的指标，并且水肿的检测和/或量化可以通过监测呼吸速率来进一步增强。然而，这种方案以及相关的现有技术方法的缺点在于，仅检测到水肿，例如没有考虑净体液平衡的上下文情况。

发明内容

本发明的一个目的是提供良好的装置和方法来例如在医疗过程(如高温治疗)中监测和/或校正人体或动物体的体液平衡。另一个目的是监测身体的体液滞留(即水肿)的症状。

本发明的实施例的优点在于，通过持续地(或至少周期性地，例如频繁地)对受试者进行称重，可以精确地估计体内的体液流失或增加(和/或其时间导数)。

本发明的实施例的优点在于，当体液损失或增加超过预定阈值时和/或当检测到局部体液滞留时，可以生成反馈，例如警报。

本发明的实施例的优点在于，可以自动调节液体输送设备(例如用于向患者提供静脉注射溶液的静脉注射液体输送设备，诸如输液泵)的流速，以降低检测到的净体液增加或损失，例如进行优化以争取净零平衡。

本发明的实施例的一个优点是可以密切监测患者的体重，其中该体重可以用于估计身体的体液平衡。另一个优点是，测量的患者的体重也可以用于其他目的，例如进出身体的热流的仿真、预测和/或估计中的参数。

本发明实施例的一个优点是自动化系统(或方法)被提供来确定身体的体液损失，包括经由尿液的体液损失，但不必限于此。

本发明的实施例的优点在于，可以例如通过输注向患者提供液体，以补偿体液损失，例如以自动保持体液的净零平衡。例如，静脉内液体输送设备的液滴量可以根据确定的身体体液的损失来自动调节。

本发明的实施例的优点在于，例如在高温治疗期间，可以保持净零体液平衡。

本发明的实施例的一个优点是可以实现净中性体液平衡，而不依赖于预先假定的最佳排尿量。

本发明的实施例的优点在于，可以考虑通过除了经由尿液之外的其他途径的体液损失以实现净中性体液平衡。另一个优点是，通过呼吸和排汗造成的体液损失可以被主动和精确地补偿，这在患者暴露在炎热和/或干燥的环境中时尤其重要，且在患者被镇静或麻醉时更是如此。后者可能尤其适用于在炎热和/或干燥的环境中(例如在不利气候下的野战医院中)的例如烧伤或外伤受害者的医学治疗或恢复，或者适用于特定的治疗，例如高温治疗。

本发明的实施例的一个优点是可以检测到水肿，其除了精确确定身体的体液平衡之外，还表明了体液平衡的自动调节可能出现严重问题。应当清楚的是，体液平衡的确定(例如净体液增加或损失)、体液平衡的反馈控制(例如以零净平衡为目标)以及体液滞留的检测，作为身体的维持其体液平衡的严重问题的指示，是本发明的实施例的显著不同但高度互补的特征。

通过根据本发明的各实施例的设备和方法实现上述目标。

从以下描述、附图和/或所附权利要求中，本发明的其他目标和优点将变得显而易见。

在第一方面，本发明涉及一种用于监测动物或人体的体液平衡的监测设备。该设备包括用于持续或周期性地称重身体的体重传感器、用于持续或周期性地确定身体的排尿量的排尿量传感器、用于向身体提供可控制的体液供应的液体输送设备以及处理器。该处理器适配成用于例如通过至少将由体重传感器提供的信号和由排尿量传感器提供的信号纳入考虑来持续地、周期性地或重复地确定身体的总体液排出量和由于排汗和呼吸而产生的体液排出量，并且适配成用于向液体输送设备提供控制信号以调节输送到身体的体液的量、流速或流率，从而保持身体中的预定体液平衡。

根据本发明的实施例的设备可以包括用于检测身体的至少一部分中的水肿的体液滞留检测器。处理器还适配成用于基于由体液滞留检测器提供的信号来检测水肿的情况。

在根据本发明的实施例的设备中，体重传感器可以包括至少一个负荷单元(loadcell)，其集成在或在操作上连接到用于在设备使用中支撑身体的支撑结构。

根据本发明的实施例的设备可以包括警告操作者的警报器，在其中处理器适配成用于在体液损失或增加超过预定阈值时和/或在检测到水肿情况时激活警报器。

在根据本发明的实施例的设备中，体重传感器包括至少三个负荷单元，优选地是四个负荷单元，集成在或在操作上连接到用于支撑身体的支撑结构，其中支撑结构基本上形成平面，其在二维X和Y上是平坦表面。负荷单元通常各自集成在或在操作上连接到接触地面的支撑结构的腿上。

在根据本发明的实施例的设备中，处理器5适配成用于通过使用由所述至少三个负荷单元，优选是四个负荷单元提供的数据来确定由支撑结构保持的身体的重心。

在根据本发明的实施例的设备中，处理器可适配成用于控制液体输送设备，以便当体液增加超过预定阈值和/或检测到水肿情况时阻止液体输送到身体。

在根据本发明的实施例的设备中，体液滞留检测器可以包括距离检测器(rangedetector)，用于确定从至少一个参考点到身体的表面上的多个点的距离。距离检测器可以形成三维成像系统。处理器可以适配成用于基于距离检测器提供的数据来确定身体的体积。

在根据本发明的实施例的设备中，距离检测器可以包括至少两个相机。处理器可以适配成用于确定由相机获得的图像中的图像深度，用于基于所确定的图像深度生成身体的三维轮廓模型，以及用于基于三维轮廓模型确定身体的体积作为水肿的指示。.

在根据本发明的实施例的设备中，距离检测器可以包括用于照亮身体的至少一个激光源，以及用于测量反射光的传感器。例如，距离检测器还可以包括扫描系统，用于扫描在身体的表面的至少一部分上的、由至少一个激光源发射的(一个或多个)激光束，同时测量多个扫描点的反射光。处理器可以适配成用于基于多个扫描点的测得的反射光来收集身体的点云数据，基于点云数据生成身体的三维轮廓模型，以及基于三维轮廓模型确定身体的体积作为水肿的指示。

在根据本发明的实施例的设备中，体液滞留检测器可以包括用于包围身体的一部分的元件和传感器模块，该传感器模块集成在该元件中或者在操作上附连到该元件，并且适配成用于生成指示身体部位的周长的信号。

在根据本发明实施例的设备中，传感器模块可以包括电容式、电感式或电阻式应变传感器，和/或线性可变差动变压器。

在根据本发明的实施例的设备中，体液滞留检测器可包括另一传感器，以提供另一生理参数测量。

在根据本发明的实施例的设备中，体液滞留检测器可以包括被围绕不同身体部位放置并用于生成指示每个不同身体部位的肿胀的单独信号的多个部件。

在根据本发明的实施例的设备中，液体输送设备可以包括静脉泵。

在根据本发明的实施例的设备中，液体输送设备可适配成用于生成指示被供应的体液的量、流速或流率的反馈信号。

在根据本发明的实施例的设备中，排尿量传感器可以包括光学传感室、超声波收发器、测量头和/或称重系统。

在第二方面，本发明涉及一种高温治疗系统，其包括根据本发明的实施例的监测设备。

在第三方面，本发明涉及一种用于监测动物或人体的体液平衡的方法。该方法包括使用体重传感器称量体重，使用排尿量传感器确定身体的排尿量，通过将所确定的体重和所确定的排尿量纳入考虑来确定身体的总体液排出量，并且可选地还确定由于排汗和呼吸导致的特定体液排出量。该方法包括使用液体输送设备调节输送到身体的体液的量、流速或流率，以便保持身体中的预定体液平衡。任选地，该方法还包括基于由体液滞留检测器提供的信号来检测身体至少一部位的水肿情况。

根据此后所描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的，并且参考这些实施例阐明了本发明的这些方面和其他方面。

独立和从属权利要求描述了本发明的特定和优选特征。从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征相结合，也可以与其他从属权利要求的特征相结合(认为合适的情况)，而不一定仅如权利要求中明确规定的那样。

附图说明

图1解说了根据本发明的实施例的设备。

图2示出了用在根据本发明的实施例的设备中的体液滞留检测器。

各附图是示意性而非限制性的。附图中的元素不一定按比例表示，例如，出于解说性目的，可以放大元素，或者缩小元素的比例，以保持图纸清晰且易懂。本发明不一定限于附图中所示的本发明的特定实施例。权利要求中的附图标记不应被解释为限制范围。在不同的附图中，相同的附图标记可指代相同或相似的要素。

具体实施方式

尽管下文描述了示例性实施例，但本发明仅受所附权利要求的限制。在此将所附权利要求明确地并入本详细描述中，其中每个权利要求以及由权利要求定义的依赖结构所允许的权利要求的每个组合构成本发明的单独实施例。

权利要求中使用的“包括”一词不限于下文所述的特征、元素或步骤，并且不排除附加特征、元素或步骤。因此，这指定了所述特征的存在，而不排除进一步存在或添加一个或多个特征。

说明书和/或权利要求书中的顺序引用(诸如第一、第二等)可被用于识别类似元素，并且不一定以时间、空间、排名或任何其他方式定义序列。这些术语在适当的情况下可以互换，并且本发明的各实施例可以涉及本文中明确描述或解说以外的其他序列。

说明书和/或权利要求中的空间引用，诸如顶部、底部、上、下等，被用于描述性目的，而不一定仅用于描述相对位置。应当清楚的是，各实施例可以涉及使用这种空间参考描述的元素的其他位置布置，除非相对定位对于实现所需的技术效果是必要的，即对于解决潜在的客观技术问题是必要的，这对于技术人员来说是显而易见的。因此，清楚的是，此类术语在适当的情况下是可互换的，并且本发明的实施例可以在本文中描述或解说以外的其他方向上操作。

在详细描述中，呈现了各种具体细节。本发明的实施例可在没有这些具体细节的情况下被实现。此外，为了本发明的清楚和简洁，不必详细描述众所周知的特征、元件和/或步骤。

贯穿本说明书“对一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部指代同一实施例，而是可以指代同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合，对于本领域普通技术人员来说，根据本公开这些将是显而易见的。对“实施例”或“在实施例中”的引用应以相同方式解释。

出于简化本发明的公开并帮助理解发明的各方面的目的，本发明的各种特征可以在单个实施例、图或其描述中组合在一起。这不应被解释为反映要求保护的发明与各项权利要求中明确记载的相比要求更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面可存在于相比如说明书中明确描述的单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征中。因此，详细描述之后的权利要求由此明确地结合到该详细描述中，每个权利要求独立地作为本发明的单独实施例。

此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是如本领域技术人员将理解的那样，不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成不同实施例。例如，在所附的权利要求中，所要求保护的实施例中的任何实施例均能以任何组合来使用。

在本文提供的描述中，阐述了许多具体细节。然而，要理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出，以免混淆对本描述的理解。

在第一方面，本发明涉及一种用于例如在治疗或外科手术过程中监测动物或人体的体液平衡的患者监测设备。

图1示出了根据本发明的各实施例的说明性设备1。设备1包括体重传感器2，用于周期性地称重身体，例如持续地或至少频繁地称重身体。例如，体重传感器可以适配成用于以预定的采样频率对体重进行采样，例如每分钟至少一次，例如每分钟至少6次，例如采样频率在0.1Hz至1000Hz的范围内，例如在1Hz至50Hz的范围内。体重传感器可以包括负荷单元(例如力传感器)。例如，体重传感器(例如负荷单元)可以集成在支撑结构中或在操作上连接到支撑结构上，以用于在使用该设备时支撑身体。例如，这种支撑结构可以包括手术台、病床或用于支撑患者身体的类似结构。例如，手术台可以包括一个或多个这样的传感器，例如负荷单元。例如，在手术中，身体可以由支撑结构支撑，该支撑结构可以包括接触地面以进行支撑的一个或多个腿(例如，四个腿)。所述一个或多个腿中的每一者都可以包括负荷单元，从而可以通过分析从负荷单元获得的测量值来确定身体的重量。

在另一说明性实施例中，体重传感器2可以包括地秤或台秤，例如集成在形成底板的(通常平坦的)表面元件中的重量传感器系统。有利的是，可以通过(例如，定期地、持续地或频繁地)确定由地秤或台秤支撑的总重量来方便地监测身体的重量。例如，根据本发明的实施例，身体可以被放置在躺椅、床、手术台或类似的患者支撑设备上，其可以被放置在地秤或台秤上以监测身体的重量。如本领域中已知的，这种躺椅、床或其他患者支撑设备可以是可移动的，例如可以包括轮子或其他运输装置，使得支撑设备(优选地与被支撑的身体一起)可以容易地运输，即放置在地秤或台秤上以监测身体的重量。

设备1包括用于向身体提供可控体液供应的液体输送设备3。液体可以包括蒸馏水、血浆、等渗盐溶液或用于补充体液的类似合适的液体。该液体还可以包括矿物质、维生素、其他微量营养素、常量营养素和/或药物。

例如，液体输送设备3可以包括静脉泵。在手术中，输送到身体的液体流的量或量速率(例如流量)可以由处理器5控制。液体输送设备可适配成用于接收控制信号，并基于控制信号调节液体的量、流速或流率。液体输送设备还可以适配成用于生成指示被供应的液体的量、流速或流率的反馈信号。然而，应当理解，当液体输送设备向受试者输送液体流时，这种反馈信号可能不是必需的，该液体流可以根据控制信号来被精确地确定。

因此，液体输送设备3可以包括泵，例如蠕动泵。液体输送设备可以包括静脉输送设备和/或口腔液体配送器。例如，这种输送设备可以在US 2001/051788中描述。

设备1包括用于确定身体排尿量的排尿量传感器4。例如，排尿量传感器可适配成用于测量身体产生的尿液的量、流速或流率。例如，排尿量传感器4可以包括用于对基本均匀量的尿滴进行计数的尿滴计数器。

例如，排尿量传感器4可以包括光学感测室以检测尿滴。流量限制可以确保产生大小基本均匀的液滴。在一些实施例中，流量限制可以是可调的，例如手动或自动控制的。例如，收缩管(pinch tube)的直径可以调节，以调整液滴大小。可以使用类似的方法来控制例如在液体输送设备3中供应给身体的液体量。在US4504263中可以找到用于静脉(IV)输送系统中的排尿量监测器和/或重力馈送容积控制器的这种方案的例子。

排尿量传感器4可以包括用于从导尿管收集尿液的尿液容器。传感器4可以包括安装在容器中或顶部的超声波收发器，用于测量在容器中收集的尿液的高度，例如如US4448207中所述。在另一个例子中，换能器可以安装在容器的底板中，例如如US4658834中所述。

在另一个例子中，排尿量传感器4可以适配成用于测量来自受试者的尿流。例如，测量头可以安装在漏斗中以测量尿流，例如如US5176148中所述。

排尿量传感器4可以包括称重系统，用于通过对在其中收集尿液的容器称重来间接确定从身体收集的尿液量。同样地，例如，出于对响应于控制信号来供应的量进行验证的目的，由液体输送系统供应给身体的液体量可以通过对其中储存供应给身体的液体的容器进行称重而被监测。因此，静脉内液体的输注和/或身体产生的尿液量可以通过称重相应的容器来监测。应当清楚的是，这种称重容器的时间差(例如离散的时间导数)可被用于获得瞬时液体摄入和/或排出的测量值(“排出量”是指通过各种途径，例如呼吸、排汗、排尿等损失的体液的总和)。

该设备可以包括体液滞留检测器6，用于检测身体的至少一部位中的水肿，即用于检测异常体液滞留。

参考图2，体液滞留检测器6可以包括用于包围身体的一部位的条带或通常(例如细长的)元件61，例如围绕肢体，例如围绕手臂、手腕、腿、膝盖或脚踝，围绕上躯干和/或围绕下躯干。

因此，条带可以包括适配成用于牢固地围绕身体部位贴合的可拉伸组件(即，其中至少其一部分是可拉伸的)。例如，条带可形成闭环，或者体液滞留检测器可包括紧固件62，以形成围绕身体部位的条带的闭环。用于包围身体部分的元件可以包括带子、腰带、袖子、衣物和/或背带。

体液滞留检测器可以包括传感器模块63，例如形成条带的一部分或者附着到条带或元件。传感器模块可以适配成用于生成指示身体部位的周长的信号。

传感器模块可以包括应变或拉伸仪，例如电容式、电感式或电阻式应变传感器。因此，传感器模块可以生成代表由拉伸条带或元件引起的力的信号，并且因此可以与穿戴时身体部位的周长相关。例如，体液滞留检测器可以包括线性可变差动变压器。这种应变仪或拉伸仪可适配成用于检测身体部位的轮廓(周长)的扩大，这指示体液的皮下滞留。

体液滞留检测器6可以包括可拉伸的传感器贴片。该贴片可以包括弹性膜层和附着到弹性膜层的至少一个弹性测量带。这种测量带可以包括具有介电电活性聚合物的电容带和/或具有热塑性弹性体的弹性电阻丝，使得电容和/或电阻根据测量带的拉伸而变化。EP 3185757中公开了这种可拉伸传感器贴片的一个例子。

作为另一个例子，体液滞留检测器6可以包括压力传感器。例如，体液滞留检测器可以包括致动器，用于压缩身体的皮肤上的至少一个点，并且例如在预定的时间间隔之后，释放所施加的压力。压力传感器可以确定指示所施加压力释放后组织松弛的量度，作为水肿(严重程度)的指示。

在说明使用压力传感器来确定水肿的另一个例子中，在使用中，杯或类似的腔室可以接触皮肤。该腔室可以处于负的相对压力下，使得皮肤被吸入腔室。因此，在腔室中或附接到腔室的压力传感器可以测量由皮肤的弹性引起的压力(并且与腔室中的压力平衡)。因此，可以确定皮肤的弹性，这可以用作指示水肿的量。

体液滞留检测器6还可以包括电传感器，用于确定皮肤的电属性，例如皮肤的阻抗，例如电阻。如本领域已知的，这种阻抗可以用于确定皮肤的水合程度。

体液滞留检测器6还可以包括光学传感器(例如以及合适的光源，例如激光二极管)，用于确定皮肤的光学属性。例如，例如用于固定波长的光和/或作为波长的可变函数的光透射系数可以被用于确定皮肤的水合程度。例如，近红外光吸收可以用作指示水肿的量。同样，可以使用与光反射或其他光学属性相关的量。

有利的是，体液滞留检测器6，例如特别是当包括用于牢固地装配在身体部位周围的条带或其他细长元件时，可以包括另外的传感器以提供生理参数测量。例如，脉搏、心率、血压和/或血氧传感器可以与体液滞留检测器共同集成在一起。

体液滞留检测器可以包括多个部件，被放置在不同身体部位周围，并用于生成指示每个不同身体部位的肿胀的独立信号。因此，有利的是，可以确定体液滞留的分布。这样的多个部件可以是分开的元件，或者可以集成在单个元件中，例如衣物。

体液滞留检测器6还可以包括距离检测器，用于确定从至少一个参考点到身体表面上的多个点(例如身体上的多个点)的距离。距离检测器可以形成成像系统，例如三维成像系统。因此，可以估计身体的体积，这可以用于检测由于水肿引起的肿胀。

例如，体液滞留检测器可以包括至少两个相机，其被配置成例如确定由相机获得的图像中的图像深度。例如，至少两个相机可以形成立体成像系统。优选地，所述至少两个相机可以包括处于身体周围的多个位置处并且瞄准身体的至少多对相机，从而使得处理器能够构建身体的(例如，基本实时的)表面模型。

在另一个例子中，距离检测器可以包括用于照亮身体的至少一个激光源和用于测量反射光的传感器。距离检测器可以适配成用于检测飞行时间(激光返回时间)和/或由身体反射的光的三角测量。距离检测器可以包括扫描系统，例如在身体表面的至少一部分上扫描由至少一个激光源发射的激光束，同时检测多个扫描点中的相关返回光参数。例如，距离检测器可以包括光检测和测距(LIDAR)系统或另一种合适的激光扫描系统。

因此，可以控制激光雷达系统来收集身体的(例如在不同的角度处)点云数据，并且可以例如由处理器6基于该点云数据生成3D轮廓模型。此外，可以从3D表面模型确定身体的体积，并与参考体积进行比较以检测水肿。

设备1包括处理器5。处理器5可以是，但不必限于，通用处理器(例如，适配成用于执行程序代码)，例如中央处理单元、图形处理单元、单元处理器等。处理器5同样可以指专用集成电路或可配置硬件，例如现场可编程门阵列。

处理器5适配成用于确定(例如估计)身体的液体摄入总量和体液排出总量，例如持续地，或至少周期性地，考虑由体重传感器2提供的信号(例如基本实时的信号)和由排尿量传感器4提供的信号。

可以基于提供给液体输送设备3的控制信号和/或基于由液体输送设备提供的反馈信号来确定液体摄入。可以根据由体重传感器提供的信号、由排尿量传感器提供的信号和确定的液体摄入的变化来确定体液排出总量。虽然可以想象，给患者称重可以提供足够的数据，结合已知的(例如，直接控制的)、确定的或估计的液体摄入来确定总的体液排出量，但是应当注意，通过还考虑尿排出量，可以实现体液排出量的更精确的估计。此外，在呼吸和/或排汗引起的体液流失不可忽略的情况下，仅单独称重产生的尿液量不足以精确估计身体的总体液流失量。

处理器5适配成用于将由排尿量传感器提供的信号、由体重传感器提供的信号和所确定的液体摄入纳入考虑来(例如，每单位时间；例如，持续地、实时地、周期性地或频繁地估计)估计由于排汗和呼吸的体液损失量。因此很明显，由于排汗和呼吸的体液排出将等于或小于身体在一段时间内排出的体液的总量。例如，这可以通过从每单位时间的体重变化中减去每单位时间的排尿量和每单位时间的液体摄入量来实现。例如，除了排尿、排汗和呼吸之外的其他体液流失途径可以被认为是可以忽略的，例如通过排便和/或出血的体液流失。在身体有意经受高温的过程中，例如在高温治疗中，对通过排汗和呼吸的体液流失的单独估计可能特别有用。例如，可以在控制算法中考虑呼吸/排汗体液损失的估计，以控制高温治疗中的热装置，例如加热器和/或冷却器。

已经发现，在某些条件下，由体重传感器提供的信号、由排尿量传感器提供的信号和所确定的液体摄入，可选地与其他传感器结合以提供进一步的生理参数测量，可以使处理器5能够检测身体的至少一个部位中水肿的形成。一个非限制性的例子包括肺部的体液积聚，这可能伴随着血液中CO₂分压(pCO₂)的可检测的增加以及血液酸化。

处理器5适配成用于控制液体输送设备3，以便维持身体内的体液平衡，其中所确定的总液体摄入基本上等于所确定的总体液排出。例如，处理器可以实现闭环反馈系统，以最小化液体摄入和体液排出之间的差异。例如，处理器可以包括比例积分微分(PID)电路。在身体有意经受升高的温度的过程中，例如高温治疗，精确控制液体摄入以达到与体液排出的平衡可能是特别有用的，例如甚至是必要的。虽然体液平衡通常可以指零体液平衡，即总的摄入量等于总的排出量，即摄入量和排出量之和为零，但这不一定是所有实施例都是这情况。例如，在一个实施例中，体液平衡可以指总液体摄入和总体液排出之间的有意的预定差异，例如以安全的速率和受控的方式使身体再水合或脱水。

处理器可适配成用于接收来自体液滞留检测器6的指示水肿的信号。例如，由体液滞留传感器提供的信号可以表示身体部位的周长长度，或者可以表示在使用中包围身体部位的带的应变。因此，处理器可以将信号(或信号的变化，例如相对于参考测量值的差异)与阈值进行比较，以在超过阈值时检测到身体部位中的异常体液滞留。因此，可以分析指示身体部位周长测量的信号来检测该身体部位的周长中的显著变化。

处理器可以适配成用于分析来自多个相机的图像以计算图像深度，并基于图像深度估计身体的体积。处理器可以适配成用于接收和分析激光扫描(例如，LIDAR)数据，并基于所分析的激光扫描数据来估计身体的体积。这种方案的优点在于，体液滞留检测不限于身体上的一个或几个位置，例如监测其轮廓的位置，而是可以通过对身体体积的(例如，实时)估计进行整体评估。

该设备可以包括警报器7，例如音频和/或视频信号源，以警告操作者。当所确定的液体摄入量大于或小于所确定的体液排出量达一个预定的界限，例如一个绝对或相对界限时，处理器5可以适配成用于激活报警器7。

当从体液滞留检测器6接收到指示水肿的信号时，处理器5可适配成用于激活报警器7。

处理器5可以适配成用于响应于指示水肿的信号来控制液体输送设备3，例如通过在检测到水肿时阻止向身体输送液体。然而，很明显，在阻止向身体输送液体之前，医务人员中的成员的批准可能是优选的。

该设备可以包括输出端，用于输出例如显示或以另一种方式报告所确定的身体的总体液排出量和/或由于排汗和呼吸而产生的特定体液排出量。

在根据本发明的优选实施例中，体重传感器2包括至少三个负荷单元，每个负荷单元集成在所述支撑结构中或在操作上附连到所述支撑结构上，用于在使用该设备时支撑身体，其中该支撑结构基本上形成平面，在X和Y的二维上是平坦的表面。为了易于理解，下面进一步假设身体的头尾轴或纵轴基本上沿着X轴定位。负荷单元通常各自集成在接触地面的支撑结构的腿中或在操作上附连到腿上。在各实施例中，体重传感器包括三个、五个或六个负荷单元。

优选地，体重传感器2包括四个负荷单元。典型地，所述四条腿设置在支撑结构的四个角处或支撑结构的四个角附近。

在根据本发明的各实施例中，处理器5适配成用于通过使用由至少三个、优选四个负荷单元提供的数据来确定由支撑结构保持的身体的重心。这种数据可以涉及施加到每个腿上并由每个负荷单元测量的重量或力。典型地，处理器适配成用于确定由支撑结构形成的平面中的身体重心的(x,y)坐标。重心的(x,y)位置可以通过测量人体在所述四个负荷单元的每一个上引起的力或重量来确定。优选地，重心被确定的身体在监测重心期间仍保持静止。可以假定，处于麻醉状态或没有外力作用其上的身体符合这一条件。然而，这不是必要的要求，因为患者的突然移动，例如手臂的移动，将意味着重心的突然移动，这可以被例如低通滤波器(LPF)滤除。

出于本发明的目的，术语“重心”在本文中指物体或系统中的唯一点，物体或系统的所有重量(或质量)看起来集中在该点上。对于像人体这样的复杂形状，重心通常集中在肚脐附近。

出于说明的目的，但不限于此，一种用于为具有四个负荷单元的体重传感器确定身体重心的(x,y)位置的方法可以基于以下方程:

x＝(w₁*x₁+w₂*x₂+w₃*x₃+w₄*x₄)/(w₁+w₂+w₃+w₄) (1)

y＝(w₁*y₁+w₂*y₂+w₃*y₃+w₄*y₄)/(w₁+w₂+w₃+w₄) (2)

其中w_i(i＝1至4)指的是由测压单元测得的重量或力，该测压传感器参照由支撑结构形成的平面中的参考点具有坐标(x_i,y_i),所述参考点用作X轴和Y轴的原点。

在根据本发明的实施例中，负荷单元具有至少50g的精度，优选至少10g，更优选至少5g，且最优选至少1g。已经发现，这种精度允许测量重心的移动达到对于预期目的来说被认为是精确的水平。

在根据本发明的实施例中，处理器5还配备有低通滤波器(LPF)，其可用于过滤噪声或振荡。出于本发明的目的，术语“低通滤波器”指的是通过频率低于选定截止频率的信号并衰减频率高于截止频率的信号的滤波器。优选地，使用截止频率为0.1Hz或者甚至0.05Hz的低通滤波器。这样，可以滤除呼吸或心跳的影响，否则呼吸或心跳会对重心产生振荡影响。

在根据本发明的实施例中，重心被周期性地称重，例如持续地或至少频繁地。例如，体重传感器2可适配成用于以预定的采样频率对每个负荷单元处的力或重量进行采样，例如每分钟至少一次，例如每分钟至少6次，例如采样频率在0.1Hz至1000Hz的范围内，例如在1Hz至50Hz的范围内。

有利的是，确定重心能够观察身体内体液分布的变化。更具体地说，由于测量的短持续时间，已经发现支撑结构上的身体重心的(x,y)位置的任何移动的主要原因可以归因于身体中体液的局部分布的改变。这些改变可能有几个原因。

重心向腹股沟的移动(因此大致在X方向)可能是由于膀胱中尿液的积聚。同样地，确定重心可以指示膀胱导管可能被不正确地插入或者可能被阻塞，从而阻碍尿液排出。

重心向胸腔移动(因此大致在X方向上)，可能表明肺部有体液积聚。因此，确定重心可以检测肺部水肿的出现。还发现，确定重心的微小移动足以检测水肿的出现。

重心向肝脏的移动(大致在X和Y方向)，可能表明肝脏内部出血。

重心在Y方向上的移动可能表明肢体之一中(例如手臂中)出现水肿。

因此，本领域技术人员将会理解，重心的持续移动(该移动可能需要几分钟)可以用于检测人体或动物体的可能危险状况。

报警器7可以被设置成在发生异常移动时被激活以警告操作者。

在根据本发明的实施例中，处理器5还适配成用于将在第一时间段输送到身体的液体与在第二时间段测量的排尿量进行比较，第二时间段相对于第一时间段具有时间延迟，通常是30-45分钟。事实上，已经发现，不考虑由于排汗和呼吸造成的体液流失，体液平衡是一个动态过程，其中考虑到通常30-45分钟的延迟，尿排出量与输送到身体的液体成比例。因此，处理器5可以进一步适配成用于在考虑输送到身体的液体的同时监测尿排出量。处理器还可以适配成用于考虑到所述输送的液体，在报告意外的排尿量的情况下激活报警器7。与先前输送的液体相比，测定的排尿量过低可能表明体内出现了水肿。此外，已经发现，测得的过高尿量可能表明身体脱水。

在第二方面，本发明涉及一种适配成用于使身体进入延长的升温状态的系统，包括根据本发明的第一方面的实施例的监测设备1。例如，高温治疗系统可以是如EP3372204、EP 3563814和/或WO 2018/078188中描述的系统。延长的升温状态可以是至少2小时、至少4小时、至少6小时、至少8小时或至少10小时。

在第三方面，本发明涉及一种用于监测动物或人体体液平衡的方法，例如计算机实现的方法。该方法包括使用体重传感器2对身体(例如持续地或周期性地)称重，以及使用排尿量传感器4(例如持续地或周期性地)确定身体的排尿量。该方法包括通过将所确定的体重和所确定的排尿量纳入考虑来(例如由处理器5)确定身体的总体液排出量，并且可选地还确定由于排汗和呼吸而导致的特定体液排出量。该方法包括使用液体输送设备3调节(例如在处理器5的控制下)输送到身体的液体的量、流速或流率，以便保持身体中的预定体液平衡，例如考虑所确定的总体液排出量。任选地，该方法还包括基于由体液滞留检测器提供的信号检测身体至少一部位的水肿情况。该方法可包括当体液流失或增加超过预定阈值和/或检测到水肿状况时，使用警报器7警告操作者。该方法还可包括当体液增加量超过预定阈值和/或检测到水肿状况时，阻断液体向身体的输送。

根据本发明的实施例的方法的上文描述的其他特征或特征细节在查阅涉及根据本发明的实施例的设备的上述提供的描述后应该是清楚的，和/或反之亦然。

Claims (14)

1.一种用于监测动物或人体的体液平衡的监测设备(1)，所述设备包括:

-体重传感器(2),用于持续地或周期性地称重身体，

-用于向所述身体提供可控液体供应的液体输送设备(3)，

-用于确定所述身体的排尿量的排尿量传感器(4),以及

-处理器(5)，

其中所述处理器(5)被适配成用于：

-通过将由所述体重传感器(2)提供的信号、由所述排尿量传感器(4)提供的信号和所确定的液体摄入量纳入考虑来确定由于排汗和呼吸导致的体液排出量；以及

-向所述液体输送设备(3)提供控制信号，以调节输送到所述身体的液体的量、流速或流率，从而保持所述身体中的预定体液平衡。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括用于检测所述身体的至少一部位中的水肿的体液滞留检测器(6)，其中所述处理器(5)适配成用于基于来自所述体液滞留检测器(6)的信号来检测水肿的情况。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述体重传感器(2)包括至少一个负荷单元，所述负荷单元被集成在用于在使用所述设备时支撑所述身体的支撑结构中或在操作上连接到所述支撑结构。

4.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的设备，其特征在于，包括用于警告操作者的警报器(7)，其中所述处理器(5)适配成用于在检测到水肿情况时激活所述警报器。

5.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述处理器(5)适配成用于控制所述液体输送设备(3)，以便在检测到水肿情况时阻止向所述身体输送液体。

6.根据权利要求2-5中的任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述体液滞留检测器(6)包括用于确定从至少一个参考点到所述身体的表面上的多个点的距离的距离检测器，所述距离检测器形成三维成像系统，其中所述处理器(5)适配成用于基于由所述距离检测器提供的数据来确定所述身体的体积。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述距离检测器包括至少两个相机，并且其中所述处理器(5)适配成用于确定由所述相机获得的图像中的图像深度，基于所确定的图像深度生成所述身体的三维轮廓模型，以及基于所述三维轮廓模型确定所述身体的体积作为水肿的指示。.

8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述距离检测器包括用于照亮所述身体的至少一个激光源、用于测量反射光的传感器和扫描系统，所述扫描系统用于在身体的表面的至少一部位上扫描由所述至少一个激光源发射的激光束，同时测量多个扫描点的反射光，其中所述处理器(5)适配成用于基于所述多个扫描点的所测得的反射光来收集所述身体的点云数据，基于所述点云数据生成所述身体的所述三维轮廓模型，以及基于所述三维轮廓模型来确定所述身体的体积作为水肿的指示。

9.根据权利要求2-8中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述体液滞留检测器(6)包括用于包围所述身体的一部件的元件(61)和传感器模块(63)，所述传感器模块集成在所述元件(61)中或者在操作上附连到所述元件(61)并且适配成用于生成指示身体部位的周长的信号。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述传感器模块(63)包括电容式、电感式或电阻式应变传感器，和/或线性可变差动变压器。

11.根据权利要求2-10中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述体液滞留检测器(6)包括多个部件，所述多个部件被定位在不同身体部位周围并用于生成指示所述不同身体部位中的每一者的肿胀的独立信号。

12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述液体输送设备(3)包括静脉泵。

13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述排尿量传感器(4)包括光学感测室、超声波收发机、测量头和/或称重系统。

14.一种适配成用于使身体进入延长的升温状态的系统，包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的监测设备(1)。

Images