CN104586406A - 呼吸及睡眠特征监控穿戴装置、监控方法及监控*** - Google Patents

呼吸及睡眠特征监控穿戴装置、监控方法及监控*** Download PDF

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CN104586406A CN201510080776.3A CN201510080776A CN104586406A CN 104586406 A CN104586406 A CN 104586406A CN 201510080776 A CN201510080776 A CN 201510080776A CN 104586406 A CN104586406 A CN 104586406A
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文小健
陈合意
孙明
叶瀚泽
江刚
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Abstract

本发明公开了一种包括穿戴载体、弹性织物应变传感器、数据采集及分析模块及三轴加速度传感器；所述穿戴载体用于穿戴于穿戴者的上身；所述织物应变传感器安装于所述穿戴载体上，用于监测呼吸信号；所述三轴加速度传感器设置于所述数据采集及分析模块内或安装于所述穿戴载体上，用于采集穿戴者的身体姿态变化信息；所述数据采集及分析模块与所述导电层和所述三轴加速度传感器连接，用于采集及分析所述导电层的导电性能变化信号及穿戴者的身体姿态变化信息。本发明结构简单，能够准确监控呼吸，且方便穿戴，能提高穿戴舒适度，适合长期使用。

Description

呼吸及睡眠特征监控穿戴装置、监控方法及监控***
技术领域
本发明涉及一种用于监控呼吸及睡眠特征的装置，尤其涉及一种呼吸及睡眠特征监控穿戴装置、监控方法及监控***。
背景技术
呼吸是指机体与外界环境之间气体交换的过程，包括呼和吸两个部分。有多种方法可以用来进行呼吸监测，其中面具式装置是最为直接的监测方法，只是所需要佩戴的面具或口罩装置的舒适性较差，不适合长期使用。尤其是对于老人、病人、孕妇、婴幼儿，更不适合使用。而往往就是老人、病人、孕妇、婴幼儿才需要进行呼吸监控，从而采集到长时间内的呼吸情况数据资料，用于治疗或保健。同理，人在睡眠状态时，翻身、呼吸的频率、幅度都可能体现出其健康状况，尤其是老人、孕妇、病人或体质较弱的婴幼儿，如果可以在其睡眠时监控其睡眠状态，则可以便利地、准确地了解其睡眠时的健康和安全状况，避免如婴儿俯卧窒息危险，夜间心脑血管病猝死危险，呼吸疾病夜晚睡眠时呼吸异常危险等，实现有效的数据收集、处理。但是目前，还没有这样的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合长期使用、使用方便、舒适性更好又能对呼吸及睡眠特征准确监控的装置、方法及***。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种呼吸及睡眠特征监控穿戴装置，包括穿戴载体、弹性织物应变传感器、数据采集及分析模块，及三轴加速度传感器；
所述穿戴载体用于穿戴于穿戴者的上身；
所述弹性织物应变传感器安装于所述穿戴载体上，用于监测呼吸信号，其包括弹性织物基体及导电层，所述导电层设置于所述弹性织物基体上；所述织物应变传感器能够随穿戴者呼吸产生长度变化，以改变导电层的导电性能；
所述三轴加速度传感器设置于所述数据采集及分析模块内或安装于所述穿戴载体上，其用于感应穿戴者的身体姿态的变化；
所述数据采集及分析模块与所述导电层和所述三轴加速度传感器连接，用于采集所述导电层的导电性能变化信号以及三轴加速度传感器的感应信号，并进行分析。
可选的，所述穿戴载体为带状，其一端连接于所述织物应变传感器的一端，所述数据采集及分析模块连接于所述织物应变传感器的另一端；且所述数据采集及分析模块与所述穿戴载体的另一端可拆卸式连接；所述穿戴载体的两端可连结成为环状。
可选的，所述穿戴载体为上衣，所述织物应变传感器为一个或多个，其分别或集中设置于所述上衣的胸部和/或腹部位置。
一种呼吸监控穿戴装置的监控方法，其包括以下步骤：
感应穿戴者呼吸引起的胸部和/或腹部的周长变化信息；
将所述周长变化信息转换为导电体的导电性能变化信息；
采集所述导电体的导电性能变化信息。
优选的，所述导电体为导电层，所述的将所述周长变化信息转换为导电体的导电性能变化信息，具体包括：所述导电层随所述周长变化信息改变导电性能。
优选的，所述的采集所述导电体的导电性能变化信息的之后，还包括：将所述导电性能变化信息进行统计、分析及存储。
优选的，所述的采集所述导电体的导电性能变化信息的之后，还包括：通过无线网络将所述导电性能变化信息发送至需要的集中平台。
或者，所述的将所述导电性能变化信息进行统计、分析及存储之后，还包括：通过无线网络将所述导电性能变化信息及身体姿态变化信息，和/或，对所述导电性能变化信息和身体姿态变化信息进行的统计、分析的结果发送至需要的信息处理平台。
一种呼吸监控穿戴装置的监控***，其包括：
感应模块，其用于感应穿戴者呼吸引起的胸部和/或腹部的周长变化信息；
导电体，其用于将所述周长变化信息转换为导电性能变化信息；
三轴加速度传感器，其用于感应穿戴者的身体姿态的变化信息；
数据采集及分析模块，其用于采集及分析所述导电体的导电性能变化信息及穿戴者的身体姿态变化信息。。
优选的，所述导电体为导电层，可随所述胸部和/或腹部的周长变化信息产生导电性能的改变。
优选的，所述***还包括存储模块，其用于将所述导电性能变化信息和三轴加速度传感器的感应信息进行存储。
优选的，所述***还包括无线信号发送模块，其用于通过无线网络将所述导电性能变化信息及身体姿态变化信息，和/或，对所述导电性能变化信息和身体姿态变化信息进行的统计、分析的结果发送至需要的信息处理平台。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明提供的呼吸监控穿戴装置，可以穿戴在穿戴者的上身，将织物应变传感器置于穿戴者的胸部或腹部，由于穿戴者的胸部和/腹部周长会随着呼吸而发生有规律的变化，引起所用织物应变传感器的长度和电阻变化，从而可以监测呼吸的频率、次数、深浅、以及呼和吸的速率等，并通过数据采集及分析模块进行数据收集，结构简单，能够准确监控呼吸，且方便穿戴，能提高穿戴舒适度，适合长期使用。尤其是在穿戴者处于睡眠状态时，可以同时实现呼吸和睡眠特征监测，不需要仪器设备，不会给穿戴者带来不适感，可以监测到穿戴者整个睡眠过程的呼吸状况和睡眠特征，对穿戴者睡眠状态的呼吸规律、睡眠特征及突发变化有记录，从而及时体现出穿戴者的健康隐忧，及时发现问题、解决问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施方式提供的呼吸监控穿戴装置的示意图；
图2是图1中呼吸监控穿戴装置的数据采集及分析模块的分解示意图；
图3是图2中数据采集及分析模块的示意图；
图4是本发明第二实施方式提供的呼吸监控穿戴装置的示意图；
图5是图4中呼吸监控穿戴装置的数据采集及分析模块与穿戴载体的连接示意图；
图6是本发明第三实施方式提供的呼吸监控穿戴装置的示意图；
图7是本发明实施例四的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一：
请参阅图1至图3，本发明第一实施方式提供的一种呼吸及睡眠特征监控穿戴装置100，包括穿戴载体11、织物应变传感器12、数据采集及分析模块13、三轴加速度传感器。穿戴载体11能够穿戴于穿戴者的上身；织物应变传感器12安装于穿戴载体11上，用于监测呼吸信号；三轴加速度传感器用于采集穿戴者的身体姿态变化信息；数据采集及分析模块13电连接于织物应变传感器12和所述三轴加速度传感器，以采集及分析数据。
本实施例中，穿戴载体11为带状，可穿戴于穿戴者的胸部或腹部。穿戴载体11的一端连接于织物应变传感器12的一端，数据采集及分析模块13连接于织物应变传感器12的另一端；且数据采集及分析模块13与穿戴载体11的另一端可拆卸式连接。呼吸监控穿戴装置整体为带状，当呼吸监控穿戴装置的两端连接在一起时，即数据采集及分析模块13与穿戴载体11的另一端连接在一起时，呼吸监控穿戴装置呈环状，穿戴者可将其置于胸部或腹部，或者在腹部及胸部各置一个所述的呼吸及睡眠特征监控穿戴装置。
织物应变传感器12包括弹性织物基体及导电层，导电层设置在弹性织物基体上；织物应变传感器12能够随穿戴者呼吸产生长度变化，以改变导电层的导电性能，织物应变传感器12的长度产生变化时，会引起导电层的电阻/电压变化，并将该变化信号传递给数据采集及分析模块13以进行采集。
穿戴载体11为弹性织物制成。所述弹性织物基体可以是穿戴载体11的一部分，即二者一体织造成型，也可以是，所述弹性织物载体是另外一种弹性织物，其与所述穿戴载体11通过缝纫、粘结等方式进行连接。在加工制备时，可先利用弹性织物制备穿戴载体11，导电层设置于弹性织物基体上从而形成织物应变传感器12，将该织物应变传感器12进一步与穿戴载体11连接为一体。
导电层可以通过涂覆、印刷、丝网印刷、层压、粘合涂敷、泡沫涂敷、熔解涂敷、填充、或挤压等方式设置在弹性织物基体上。导电层可以由导电颗粒或导电纤维制成。弹性织物基体可以具有编织或针织结构，其可以由天然橡胶，硅橡胶、或聚硫化物等材质制成，以使其具有较好的弹性性能。
数据采集及分析模块13电连接于导电层，用于采集导电层的导电性能变化信号。如图2、图3所示，数据采集及分析模块13包括壳体131、PCB板132、处理模块（图中未示出）、及电池133；PCB板132、处理模块、及电池133均设置在壳体131中，电池133电连接于所述处理模块，处理模块设置在PCB板132上，并通过FPC电连接于所述织物应变传感器12。利用壳体131可对内部元器件形成保护，避免汗水等对其造成腐蚀等。电池133可对处理模块及织物应变传感器12进行供电，以便采集数据。壳体131包括第一半壳131a与第二半壳131b，第一半壳131a与第二半壳131b固定连接，PCB板132、处理模块、及电池133设置在第一半壳131a与第二半壳131b之间，以便于装配连接。
数据采集及分析模块13进一步包括存储器（图中未示出），存储器设置于PCB板132，并电连接于处理模块，以存储采集的数据。此处，作为另外的实施方式，也可以不设置存储器，数据采集及分析模块13还包括无线通讯模块，无线通讯模块电连接于处理模块，可利用蓝牙、红外等无线通讯方式将采集的数据发送到穿戴者的智能手机、PDA、平板、电脑、或者云端等，以便用于随后的查看。
所述三轴加速度传感器可以设置于所述PCB板132上，也可以安装于穿戴载体11的适合的位置。
穿戴载体11的另一端设有连接钩110，数据采集及分析模块13上设有与连接钩相配合的连接孔130，利用连接钩110与连接孔130的配合，可便于穿戴者的穿戴，使用方便快捷。更具体的，连接孔设置在数据采集及分析模块13的壳体131上。当然，此处作为另外的实施方式，穿戴载体11的另一端可以通过卡扣、弹性扣、可拆卸式连接件等方式可拆卸地连接于数据采集及分析模块13。
实施例二：
如图4，本发明第二实施方式提供的一种呼吸及睡眠特征监控穿戴装置200，包括穿戴载体21、织物应变传感器22、数据采集及分析模块23及三轴加速度传感器。穿戴载体21能够穿戴于穿戴者的上身；织物应变传感器22安装于穿戴载体21上，用于监测呼吸信号；三轴加速度传感器用于感应穿戴者的身体姿态变化信息；数据采集及分析模块23电连接于织物应变传感器22及三轴加速度传感器，以采集及分析数据。
织物应变传感器22包括弹性织物基体及导电层，导电层设置在弹性织物基体上；织物应变传感器22能够随穿戴者呼吸产生长度变化，以改变导电层的导电性能，织物应变传感器22的长度产生变化时，会引起导电层的电阻/电压变化，并将该变化信号传递给数据采集及分析模块23以进行采集。
穿戴载体21为上衣，如图4，本例中穿戴装置可以为背心，织物应变传感器22设置在上衣的胸部处。织物应变传感器22为两个，上衣胸部的左右两侧处各设置有一织物应变传感器22，通过左右两个织物应变传感器22能够提高数据准确性。
穿戴载体21为弹性织物制成，弹性织物基体为穿戴载体21的一部分，可使得织物应变传感器22与穿戴载体21为一体式结构。在加工制备时，可先利用弹性织物制备穿戴载体21，导电层设置在穿戴载体21胸部的左右两个位置，从而在穿戴载体21的胸部处形成两个织物应变传感器22，以简化结构，同时便于加工制备。
数据采集及分析模块23通过导线24电连接于导电层，数据采集及分析模块23设置在穿戴载体21的底部处，以避免对穿戴者活动造成影响。数据采集及分析模块23包括壳体、处理模块、PCB板、及电池。PCB板、处理模块、及电池均设置在壳体中，电池电连接于所述处理模块，处理模块设置在PCB板上，并通过导线24电连接于所述织物应变传感器22。利用壳体231可对内部元器件形成保护，避免汗水等对其造成腐蚀等。电池可对处理模块及织物应变传感器22进行供电，以便采集数据。数据采集及分析模块23的数据可以存储在存储器上，亦可通过无线通讯模块发送至穿戴者的智能手机、PDA、平板电脑等电子设备上。
所述三轴加速度传感器可以设置于所述PCB板232上，也可以安装于穿戴载体21的适合的位置。
如图5所示，壳体上设有夹扣231，夹扣与穿戴载体21的底部夹持固定连接，以将数据采集及分析模块23固定于穿戴载体21上，并且可以方便地从穿戴载体21上取下。
数据采集及分析模块23与导线24之间可拆卸式电连接，例如通过插接、卡扣、接触或磁力吸合等方式电连接，以便将数据采集及分析模块23取下进行数据传输分析等。导线24可以通过编织或缝纫等方式固定于穿戴载体21上。
实施例三：
如图6所示，本发明第三实施方式提供的一种呼吸监控穿戴装置300，包括穿戴载体31、织物应变传感器32、三轴加速度传感器及数据采集及分析模块33。穿戴载体31能够穿戴于穿戴者的上身；织物应变传感器32安装于穿戴载体31上，用于监测呼吸信号；三轴加速度传感器用于采集穿戴者的身体姿态变化信息；数据采集及分析模块33电连接于织物应变传感器32及所述三轴加速度传感器，以采集及分析数据。
本实施方式中，穿戴载体31为上衣，具体为T恤，织物应变传感器32为三个，其中两个位于穿戴载体31的胸部左右两个位置处，另一个织物应变传感器32安装至穿戴载体31的腹部位置处，可利用穿戴者呼吸过程中腹部的动作来获取呼吸数据，本实施例的其他部分与第二实施方式相同，此处不在赘述。
在实施例一至三中，穿戴载体为带状、背心、T恤，需要说明的是，穿戴载体并不局限于上述实施方式，在其他的实施方式中，穿戴载体还可以为近身的外套、或紧身衣等，如紧身内衣、女士穿着的文胸，甚至是儿童或老人穿着的纸尿裤（由于纸尿裤的腰部往往比较长，可以包裹住穿戴者的腹部，从而感应到腹部由呼吸引起的起伏），只要是能够反映穿戴者胸部/腹部围长变化的服装，都可以作为穿戴载体。而具体的织物应变传感器的设置的位置，根据穿戴载体的具体形状、穿着位置及穿着习惯而定。例如：穿戴载体为文胸，织物应变传感器可以是2个或4个，可以分别设置于文胸的两个罩杯处，也可以在文胸的每一个罩杯的两侧均设置一个；又如，穿戴载体为纸尿裤，织物应变传感器适合设置于腰部顶端覆盖腹部的位置。
在上述实施方式中，织物应变传感器可以设置在穿戴载体的胸部，也可以在胸部及腹部均设置织物应变传感器，当然，作为另外的实施方式，织物应变传感器亦可单独设置在穿戴载体的腹部位置。织物应变传感器的数目也不局限于上述实施方式，为了提高监控准确性可以设置多个织物应变传感器，利于也可以在腹部设置两个织物应变传感器。
本发明提供的呼吸监控穿戴装置，以织物应变传感器为核心元件，内置于不同穿戴载体，如带子、背心、T恤等正确体现因呼吸而产生的胸部和/或腹部扩张收缩等服饰，通过应变引起的织物应变传感器的电阻/电压变化等导电性能变化而进行呼吸监测。由于穿戴者的胸部和/腹部周长会随着呼吸而发生有规律的变化，引起所用织物应变传感器的长度和电阻变化，从而可以监测呼吸的频率、次数、深浅、以及呼和吸的速率等，所得呼吸特征信号可以用于不同的领域，如专业医疗、体育运动、个人放松等。
实施例四：
本实施例提供一种呼吸监控穿戴装置的监控方法，如图8所示，其包括以下步骤：
感应穿戴者呼吸引起的胸部和/或腹部的周长变化信息，以及穿戴者的身体姿态变化信息；
将所述周长变化信息转换为导电体的导电性能变化信息：优选的是，所述导电体为导电层，所述导电层随所述胸部和/或腹部的周长变化而发生形变，从而改变其导电性能；
采集及分析所述导电体的导电性能变化信息及穿戴者的身体姿态变化信息：监控的目的是为了采集到穿戴者的长时间的呼吸情况的数据资料，从而用于治疗或保健，因此，需要边监控、感应、边采集数据，最后形成数据池。
优选的，所述的采集所述导电体的导电性能变化信息的之后，还包括：将所述导电性能变化信息进行存储。这样设计的目的在于：不仅采集到所有的呼吸情况的数据，而且对这些数据进行分析，从而获得穿戴者的呼吸情况的变化趋势、方向，可以有效地、直观地显示穿戴者的健康状况，便于对穿戴者进行及时的、准确的治疗或给予其保健方案。
优选的，在所述的采集所述导电体的导电性能变化信息的之后，还可以包括：通过无线网络将所述导电性能变化信息及身体姿态变化信息，和/或，对所述导电性能变化信息和身体姿态变化信息进行的统计、分析的结果发送至需要的信息处理平台。所述信息处理平台，可以是医院的服务器，也可以是家庭的电脑，还可以是社区健康中心的服务器。这样设计的目的在于，使得所述信息处理平台的操作者或监控者，可以实时地了解到每一个穿戴者的呼吸状况，更加便于监控、便于提出应对方案。
实施例五：
本实施例提供一种用于实现实施例四所述的方法的呼吸监控穿戴装置的监控***，其包括：
感应模块，其用于感应穿戴者呼吸引起的胸部和/或腹部的周长变化信息；
导电体，其用于将所述周长变化信息转换为导电性能变化信息：优选的是，所述导电体为导电层，所述导电层随所述胸部和/或腹部的周长变化而发生形变，从而改变其导电性能；
三轴加速度传感器，其用于感应穿戴者的身体姿态的变化信息；
数据采集及分析模块，其用于采集及分析所述导电体的导电性能变化信息及穿戴者的身体姿态变化信息。
优选的，所述***还包括存储模块，其用于将所述导电性能变化信息进行存储。
优选的，所述***还包括无线信号发送模块，其用于通过无线网络将所述导电性能变化信息及身体姿态变化信息，和/或，对所述导电性能变化信息和身体姿态变化信息进行的统计、分析的结果发送至需要的信息处理平台。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种呼吸及睡眠特征监控穿戴装置，其特征在于：
包括穿戴载体、弹性织物应变传感器、数据采集及分析模块及三轴加速度传感器；
所述穿戴载体用于穿戴于穿戴者的上身；
所述织物应变传感器安装于所述穿戴载体上，用于监测呼吸信号，其包括弹性织物基体及导电层，所述导电层设置于所述弹性织物基体上；所述织物应变传感器能够随穿戴者呼吸产生长度变化，以改变导电层的导电性能；
所述三轴加速度传感器设置于所述数据采集及分析模块内或安装于所述穿戴载体上，用于采集穿戴者的身体姿态变化信息；
所述数据采集及分析模块与所述导电层和所述三轴加速度传感器连接，用于采集及分析所述导电层的导电性能变化信号及穿戴者的身体姿态变化信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述穿戴载体为带状，其一端连接于所述织物应变传感器的一端，所述数据采集及分析模块连接于所述织物应变传感器的另一端；且所述数据采集及分析模块与所述穿戴载体的另一端可拆卸式连接；所述穿戴载体的两端可连结成为环状。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述穿戴载体为上衣，所述织物应变传感器为一个或多个，其分别或集中设置于所述上衣的胸部和/或腹部位置。
4.一种呼吸及睡眠也正监控穿戴装置的监控方法，其特征在于：其包括以下步骤：
感应穿戴者呼吸引起的胸部和/或腹部的周长变化信息，以及穿戴者的身体姿态变化信息；
将所述周长变化信息转换为导电体的导电性能变化信息；
采集及分析所述导电体的导电性能变化信息及穿戴者的身体姿态变化信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述导电体为导电层，所述的将所述周长变化信息转换为导电体的导电性能变化信息，具体包括：所述导电层随所述周长变化信息改变导电性能。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的采集及分析所述导电体的导电性能变化信息及穿戴者的身体姿态变化信息之后，还包括：将所述导电性能变化信息进行存储。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的采集所述导电体的导电性能变化信息的之后，还包括：通过无线网络将所述导电性能变化信息发送至需要的信息处理平台。
8.一种呼吸及睡眠特征监控穿戴装置的监控***，其特征在于：其包括：
感应模块，其用于感应穿戴者呼吸引起的胸部和/或腹部的周长变化信息；
导电体，其用于将所述周长变化信息转换为导电性能变化信息；
三轴加速度传感器，其用于感应穿戴者的身体姿态的变化信息；
数据采集及分析模块，其用于采集及分析所述导电体的导电性能变化信息及穿戴者的身体姿态变化信息。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于：所述导电体为涂覆在弹性织物上的导电层，可随所述胸部和/或腹部的周长变化信息产生导电性能的改变。
10.根据权利要求8所述的***，其特征在于：所述***还包括存储模块，其用于将所述导电性能变化信息及三轴加速度传感器的感应信息进行存储；或者，所述***同时还包括无线信号发送模块，其用于通过无线网络将所述导电性能变化信息及身体姿态变化信息，和/或，对所述导电性能变化信息和身体姿态变化信息进行的统计、分析的结果发送至需要的信息处理平台。
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