用于检测呼吸运动的外衣的制作方法

专利名称：用于检测呼吸运动的外衣的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种监测生命有机体的运动状态变化的装置，具体地涉及一种用于检 测生命有机体的呼吸运动的装置。
背景技术：
人体躯干的至少一部分处的周长变化称作呼吸效应。典型地，在躯干、腹部和胸腔 的两个位置处测量所述呼吸效应，并且将其映射为信号并且存储。呼吸效应分别对肺肌肉 的拉紧和松弛进行映射。当实际上没有呼吸流时，这意味着不存在呼吸气体的交换，也可以 发生呼吸效应中的变化，这分别意味着肺部肌肉的拉紧和松弛。然而通常情况下，呼吸效应 与呼吸流相关联。例如，呼吸效应信号的图像映射允许医生直接解释生命有机体与肺功能有关 的生命状态。此外，将该信号进一步处理成生命参数是可能的。例如，所述生命参数可 以是呼吸频率、呼吸量、呼吸深度或呼吸的总体过程。检测呼吸效应在s0mn0l0gy(睡 眠研究)、运动医学或家庭监测中是有用的。家庭监测用途的有关示例是在医学上称作 SIDS(SuddenInfant Death Syndrome 婴儿瘁死综合症)的猝死现象。这种猝死的原因是 未知起因的中枢呼吸停顿。来自医学领域的这一示例特别相关的是在于SIDS对于处于生 命中第一年的所有孩子都有威胁。猝死是生命中第二和第十二个月之间的所有死因的几乎 一半。例如，用于检测呼吸效应的已知方法是基于分别记录呼吸运动的传感器或测量值 传感器、测量胸腔阻抗的装置、心脏活动性传感器，例如EKG装置、感应体积描记器或脉搏 血氧计。在这几种方法中，分别通过带子或条带来测量，将所述带子或条带绕到身体一部分 的周围。可以将检测呼吸效应的方法分为两类无压力方法和要求条带一定程度上拉紧的 方法。无压力方法的一个示例是感应体积描记器，其中将所述条带宽松地施加于人体的选 定部分周围。与此相反，在通过拉紧测量条带的呼吸描计测量时(应变容积描计方法)，要 求条带大得多的拉紧，这对于患者来说是不舒服的。与测量方法无关，可以将这种条带穿着 到衣服下面，但是必须经由缆线与信号处理电子装置相连。条带的不利特性在于，例如他们 在穿戴期间滑落。在应用之后，将带子定位在人体的特定位置，然而在测量过程期间人们可 以改变条带的位置，例如由于人体各个部分的移动或不均勻性。

发明内容
因此，本发明的目的是消除现有技术的所述缺点，即为了增加测量值传感器的穿 着舒适性，同时增加呼吸效应的测量精确度。所述目的是通过具有权利要求1所述特征的外衣、根据权利要求12的外衣的使用 以及根据权利要求13的生产本发明的外衣的方法来解决的。本发明发现通过将诸如感性工作传感器之类的传感器集成到外衣中，可以避免 用于测量条带或带子中集成的呼吸效果的传感器的滑脱，可以将所述外衣套在躯干上，并
4且具体地，可以套在生命有机体的胸腔上。因此，在本发明的实施例中，所述传感器是电导 体结构，将所述电导体结构集成到外衣上，使得当套上外衣时所述传感器与胸腔处于相同 的高度。如果穿上诸如T恤或运动装之类的外衣，并且所述外衣在某人的身体上相对较紧， 可以大大地防止电导体形式传感器的滑脱。根据本发明的实施例，外衣具有用于评估电子装置的支架，可以将所述评估电子 装置耦合至传感器，并且将其集成到外衣。例如，该支架可以是某种类型的口袋，可以将例 如集成电路形式的评估电子装置插入到所述口袋中。所述评估电子装置实现为输出或存储 从可电学测量特性中得到的数据。生命有机体的呼吸效应改变了躯干不同位置处的直径，并且进而改变了按照集成 到外衣中的电导体形式导引在躯干周围的传感器的直径。由于电导体的直径或周长的这种 变化，电导体的可电学测量特性依赖于胸腔的呼吸效应的变化。如果评估电子装置与电导 体偶合，评估电子装置可以检测所述可电学测量特性，并且经由评估电子装置中集成的接 口输出或存储从中得出的数据。所述接口可以是有导线接口，优选地，是用于无线电传输的 无导线接口。根据实施例，呼吸效应改变了电导体的电感，当穿上外衣时，所述电导体实质上形 成生命有机体周围的导体回路，其中所述电导体的电感分别依赖于所述电导体的直径或周长。在本发明的其他实施例中，呼吸效应改变了电导体的电阻。因此，优选地所述电导 体包括至少一个弹性纤维，所述弹性纤维随着扩展或收缩而改变其电阻或电感。因此，本发明的实施例涉及一种独立外衣，通过所述独立外衣可以检测或确定可 从中得到的呼吸效应和/或生命参数。另外，这些生命参数可以通过评估电子装置无线地 传输、或者可选地通过所述评估装置实时地本地存储。可以在人体的至少一个或几个部分 处测量所述呼吸效应。在人体的几个部分的情况下，根据实施例的外衣在生命有机体的腹 部(当穿上所述外衣时)高度处具有另外的电导体，所述另外的电导体可以与所述评估电 子装置相连。所述外衣同样适用于监测新生」L、婴幼儿和成人。此外，所述外衣是舒服并且无污 染的。可以从所述外衣中取出评估电子装置和/或其能量源对外衣进行洗涤。由于集成到 外衣的传感器，传感器的精确定位是可能的。此外，所述传感器在测量期间不再滑脱。这具 有巨大的优势可以按照单位叙述呼吸幅度，例如以厘米为单位的人体部分的周长的变化 或者以立方厘米为单位的人体部分的体积的变化。通过作为传感器的电导体的精确定位、并且通过将这些传感器固定到固定位置， 呼吸运动的更精确和可靠的测量成为可能。通过防止电导体滑进生理学上不能检测到呼吸 的人体区域，由于所述固定位置，所述测量变得更加可靠。通过消除来自电导体滑脱的影 响，可以按照单位如上所述的叙述测量的量。另外的优势在于将测量装置固定到患者。需要简单地穿上外衣。与此相反，将由 分立部件组成的传统系统必需定位、连线、固定到患者的衣服上。由于传感器的精确定位，可以非常精确地确定诸如呼吸频率、呼吸深度、以及特别 地呼吸量(用之前的校准)之类的周长、数量变化的精确测量。当分别使用弹性电导体或纤维时，将所述弹性电导体或纤维按照整齐的方式梭织
5到外衣中，即在胸腔周围圆形或环形形状，此外可以改进穿戴舒适度和/或美学度。可以将 这种纤维按照非常分立的方式集成到外衣中，并且这种纤维几乎不占据空间，从而几乎不 会影响到外衣穿着者的自由移动。通过分立地结合一个或几个弹性纤维，所述外衣与“常 规”紧身外衣不再有区别，从而旁观者不能辨别所述外衣的功能，例如监测生命参数。这样， 可能克服当众穿着这种外衣的顾虑。


下面将参考附图讨论本发明的实施例。附图示出了图1根据本发明实施例的用于检测呼吸运动的外衣的示意性说明；图2承载磁性流的导体回路的说明；图3随时间绘制的呼吸曲线的说明；图4根据本发明另外实施例的用于检测呼吸运动的外衣的示意性说明；图5根据本发明另外实施例的具有弹性电导体的、用于检测呼吸运动的外衣的示 意性说明；图6根据本发明实施例的评估电子装置的图像；图7穿着根据本发明实施例的外衣的人的图像；以及图8根据本发明实施例的婴儿运动服的图像。
具体实施例方式关于以下描述，应该注意的是在不同的实施例中，相等或类似功能的元件具有相 同的参考符号，并且因此在以下所述的不同实施例中这些功能元件的描述是可互换的。图1示出了用于检测生命有机体的呼吸运动的外衣10的示意性说明。尽管在下文中总是提到人类呼吸运动的检测，本发明的实施例绝不局限于人类， 而是可以相应地应用于动物，特别地应用于哺乳动物。根据本发明的实施例实现所述外衣10，以便将其分别穿到人或生命有机体的胸腔 上。在本发明的优选实施例中，不但可以将外衣10穿到胸腔上，而且可以穿到人的整个躯 干上。例如，所述外衣实现为紧身T恤作为婴儿的紧身运动服。所述外衣在人的躯干上尽 可能紧是重要的。例如，这可以通过外衣10由尽可能弹性的面料组成的事实来实现，所述 面料可以随着呼吸运动扩展或收缩。这种弹性面料可用于多种方面。如果假设将外衣10穿到人的躯干上，那么在人的胸腔高度处，所述外衣10包括按 照集成到外衣10中的电导体12形式的传感器，所述传感器附加到外衣10上，使得可以依 赖于胸腔的呼吸运动改变电导体12的电学可测量特性。因此，将电导体12集成到外衣10 中，使得当穿上外衣时电导体12从第一线端12-A绕着人的胸腔抵达第二线端12-B，与图2 中示意性所示的导体回路类似。将这两个线端12-A、12-B引导至集成到外衣中的支架14。所述支架14用于将评 估电子装置16可集成地固定到外衣中，所述支架可以经由所述两个线端12-A、12-B与电导 体12相连，并且所述支架实现为检测电导体12的电学可测量特性。另外，所述评估电子装 置包括接口，用于输出或存储从电学可测量特性中得出的数据。评估电子装置16的接口可 以是用于无线电传输的无线接口，如图1中示意性所示。同样明显的是，有线接口或存储器
6接口也是可以的。根据实施例，支架14可以是某种类型的口袋，可以将评估电子装置插入到所述口 袋中，并且所述口袋与所述两个线端12-A、12-B相连。可以经由插头连接执行线端12-A、 12-B与评估电子装置16的连接，例如经由按压式按钮。为了将评估电子装置16固定到口 袋14中，根据本发明的实施例，口袋14配置有诸如维可牢尼龙搭扣或按压式按钮之类的闭 合装置。可以从所述口袋中取出所述评估电子装置和/或其能量源，以便洗涤外衣。可选地，也可以按照防水方式实现所述评估电子装置16，例如通过将评估电子装 置16放入到环氧树脂中，并且可以将其牢固地集成或缝制到外衣10中。在这种情况下，支 架14必须配置有例如电池或蓄电池之类的能量源，用于外衣10处评估电子装置16。根据本发明的实施例，电导体12是导线，所述导线与外衣10绝缘并且被缝制到外 衣10中。因此，可以按照不同的方式将绝缘导线缝制到外衣10中。例如，所述导线12直 接贯穿外衣10的纤维、或者按照特定配置的接线片在纤维上蔓延。为了能够跟随人胸腔的 呼吸运动，即为了能够扩展和收缩，例如按照正弦形状、曲径形状或Z字形形状将电导体12 集成到外衣10中。当穿上所述外衣时，电导体12在人的胸腔周围蔓延的事实，所述电导体形成图2 中示意性示出的导体回路。当将例如电流或电压形式的信号施加到导体回路12的两个线端12-A、12-B时，产 生磁场、进而产生磁流。通过所述导体回路的磁流与导体回路中的电流的比值称作电感L。 假设所使用的电导体12的直径与电导体12形成的导体回路12的直径D(即胸腔的直径) 相比非常小(d/D< 0.001)，可以将非常简单的近似方案用于导体回路的电感。因此，所述 电感由下式表达L = u 0. R. In (2R/d)。其中，R = D/2导体回路的半径，d是所使用的电导体12的直径，以及y ^是磁场常数。通过胸腔的呼吸运动，紧紧施加于胸腔的电导体的半径或直径变化，并且进而改 变其电感L。根据本发明的实施例，电导体12的随着呼吸运动可更改的电感形成LC并联 谐振电路的电感。根据本发明的实施例，所述LC并联谐振电路是众所周知的以科尔皮兹电 路或科尔皮兹振荡器命名的电子电路的一部分。由于仅仅是电导体12的电感L改变，所述 电感12实质上确定了由科尔皮兹振荡器产生的频率。因此，除了电导体12之外，科尔皮兹 振荡器驻留在评估电子装置16内。因此，通过电导体12的可变电感L，依赖于人的呼吸运 动，将人的呼运运动转换为振荡器电路的频率。根据本发明的实施例，评估电子装置16包括频率计数器，用于检测由于呼吸效应 变化的振荡器电路的频率。如果生命有机体的胸腔在吸气期间扩张，电导体12的电感L由 于通过电导体12形成的胸腔周围的导体回路的半径R的增加而增加。因此，减小了由具有 LC并联谐振电路的振荡器电路所产生的频率。反之，这也适用于呼气。通过监测科尔皮兹振荡器的频率，可以示出依赖于人的呼吸运动的呼吸曲线。图 3中示出了这种呼吸曲线。在图3中所示的呼吸曲线中，绘制了胸腔周长与标称胸腔周长的偏差AU随时间 的变化。可以看出直到接近35秒的时间段为止，相对正常的平滑呼吸运动占上风。然而
7在接近35秒时，可以看见由于强呼气导致的呼吸曲线的下降。在40秒至接近47秒的时间 段，呼吸曲线30再次正常化以便经历在接近50秒时的重建的下降。对于所示概念显而易见的是，可以获得生命有机体呼吸活动性的相对精确和可靠 的监测。图4示出了用于检测人的呼吸运动的外衣的另外实施例的示意性说明。为了更加可靠地检测呼吸活动性，与图1中所示的外衣相比，所述外衣40除了电 导体12之外包括另外的电导体42，将所述另外电导体42集成到所述外衣40中以便依赖于 腹部的呼吸动作而改变电学可测量特性。根据实施例，另外的导体42的电学可测量特性也 是其电感。所述另外的导体42也可以经由其线端42-A、42-B耦合至评估电子装置。根据 实施例，与第一电导体12类似的方式将所述另外的导体42集成到外衣40中。根据实施例，可以将所述另外的电导体42经由其线端42-A、42_B耦合至另外的科 尔皮兹振荡器电路，用于获得依赖于生命有机体的呼吸运动的另外频率响应。此外，可以将 所述频率响应转换为诸如人体某部分周长等之类的其他生命参数。所述另外的电导体42 可以进一步增加所述测量方法的可靠性。这两个电导体12、42作为饰带编织或缝制到整个躯干周围的预定高度，例如单独 的电导体。如果他们是普通的诸如金属线、Z字形、正弦形或弯曲形线结构之类的非柔性线 是有利的，以便允许呼吸运动。可以在任意位置中断所述电线12、42。这种中断导致了相应 的线端，并且作为评估电子装置16的端子。根据本发明另外的实施例，也可以将弹性纤维用作导体12和/或42，例如，所述弹 性纤维可以在扩展期间改变其电阻R或其电感L。当使用这种弹性纤维时，不必按照Z字 形、正弦形或弯曲形将这种弹性纤维集成到外衣中，但是可以直接编织这种弹性纤维，即如 图5中示意性示出的在胸腔周围圆形或环形的形状。因此，经由相邻排列的弹性电导体52、 54的个数、或者弹性电导体52、54缠绕的个数，可以调节适用于评估电子装置16的标称电 阻。通过胸腔或腹部分别的呼吸运动，可扩展电导体52、54的相应电阻改变了，使得在这种 情况下，例如可以按照可变方式衰减上述LC并联谐振电路。可以按照本领域普通技人员已 知的多种方式检测电阻的变化，并且将所述电阻的变化映射成与图3中所示信号类似的信 号。通过使用按照整齐的方式缝制到外衣中的弹性电导体，按照胸腔周围的圆形或环 形形状，可以显著地改善穿着舒适度和美学度。根据本发明，将导电弹性纤维用作电导体。 可以将这种纤维比按照曲线形状蔓延的线条更不被人关注的集成到外衣上。这种纤维几乎 不占据空间，几乎不会干扰外衣穿着者自由移动。这意味着增加了穿着舒适度。通过小心 地将一条或几条弹性纤维插入到外衣中，所述外衣不能与“正常”紧身外衣相区分，这使得 旁观者不能检测到所述外衣的功能，即测量生命参数。这也可以减小患者公开穿着这种外 衣的顾虑。所述评估电子装置16用于检测和评估传感器12、42的测量值、处理所检测到的信 号、并且经由无线或有线接口提供数据。可选地，也可以存储所检测到的数据。例如，蓄电 池之类的能量源向评估电子装置16提供能量。应该调节所述外衣10、40分别适应生命有 机体或测试的人，并且应该像诸如背心或运动T恤之类的紧身。图6中示出了根据本发明实施例的评估电子装置16。
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将评估电子装置16放置到小而轻的电路板上。根据本发明，所述电路板具有约 2x2cm的尺寸，并且因此易于集成到外衣中。如前面已经描述过的，评估电子装置可以例如 包括科尔皮兹电路，其中通过电导体形成LC并联谐振电路的电感。在这种情况下，评估电 子装置16具有频率计数器，用于检测由科尔皮兹振荡器产生的频率。不检测依赖于呼吸运动改变的电导体电感，根据本发明的实施例，评估电子装置 16也可以形成为检测电导体的电阻R的变化。例如，当将弹性或可扩展纤维用作电导体时， 可以提供这种电阻变化，所述弹性纤维或可扩展纤维依赖于它们的扩展而改变其电阻R。图7和图8中示意性地示出了根据本发明实施例的两件外衣。图7示出了本发明的运动衫，所述运动衫包括作为测量值传感器的集成电导体和 集成的评估电子装置。这里应该注意的是，将所述运动衫相对紧身地穿在穿戴者的躯干上。图8示出了具有作为测量值传感器的集成电导体的婴儿运动装。如之前已经描述 的，通过使用具有集成的呼吸检测的婴儿运动装，可以检测和防止婴儿猝死综合症。本发明的概念实质上是基于检测编织或缝制电导体周长变化。周长的这种变化影 响电导体的电感L或电阻R的变化。可以通过评估电子装置连续地检测并且数字化电感L 或电阻R。利用包括集成电导体和附加的评估电子装置的外衣的综合系统，几个固定位置、 但是至少一个固定位置处的身体周长的连续测量是可能的。通过将电导体固定到外衣中， 测量位置在使用期间不会变化。因此，呼吸效应的精确测量及从中可获得的生命参数成为 可能。根据本发明的实施例，以小印刷电路板形式的评估电子装置用于评估所检测到 的信号，也可以将所述评估电子装置集成到外衣中。根据实施例，所述电路板具有无线电 接口，用于通过无线电向显示器、警报和/或记录单元传输测量值。例如，这可以是手表、 PDA(个人数字助理)或PC(个人计算机)。在医学应用中，可以在呼吸停止时触发警报。在 运动领域，例如通过本发明概念可以检测呼吸频率，并且可以记录所有数据用于后续分析。总之，应该注意的是本发明不局限于外衣的各个单独部分或所讨论的程序，因为 这些单独的部分和方法可以改变。所使用的术语指示用于描述特定的实施例，并且不是用 于限制的目的。当在描述和权利要求中使用单数或不定冠词时，他们也涉及多个这些元件， 只要总体内容没有指定其他任何事物。反之亦然。
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权利要求
一种检测生命有机体呼吸运动的外衣(10；40)，其中能够将所述外衣穿到生命有机体的胸腔上，所述外衣包括整齐的电导体(12)，所述电导体在生命有机体的胸腔高度处可集成到所述外衣(10；40)，将所述整齐的电导体附加到所述外衣，以便依赖于胸腔的呼吸运动来改变电学可测量特性(L；R)，其中所述电导体是弹性导电纤维，当将所述外衣穿着到生命有机体的胸腔上时，所述弹性导电纤维可以依赖于呼吸运动而扩展，并且从而经历电学可测量特性(L；R)的变化；以及支架(14)，用于固定可集成到外衣(10；40)的评估电子装置(16)，所述评估电子装置可以与电导体(12)相连，并且实现为检测电学可测量特性(L；R)，并且所述评估电子装置还包括接口，用于输出或存储从电学可测量特性得出的数据。
2.根据权利要求1所述的外衣，其中将所述电导体(12)集成到所述外衣，使得当将所 述外衣穿着到生命有机体的胸腔上时，由电导体围绕的区域依赖于呼吸运动。
3.根据任一前述权利要求所述的外衣，其中按照Z字形、正弦形或弯曲形将所述电导 体(12)集成到所述外衣，使得当将所述外衣穿着到生命有机体的胸腔上时，所述电导体缚 住所述生命有机体的胸腔。
4.根据任一前述权利要求所述的外衣，其中所述电导体(12)的电感(L)可以依赖于呼 吸运动按照可测量方式变化。
5.根据权利要求4所述的外衣，其中可以将所述评估电子装置(16)固定到所述支架 (14)中，其中所述评估电子装置(16)实现为检测从电导体(12)的电感(L)可得出的量。
6.根据权利要求1所述的外衣，其中所述电学可测量特性是电感。
7.根据权利要求1所述的外衣，其中所述电学可测量特性是电阻。
8.根据任一前述权利要求所述的外衣，其中将所述评估电子装置(16)固定到支架 (14)中，使得所述评估电子装置(16)是所述外衣的一部分，其中按照防水方式实现所述评 估电子装置(16)。
9.根据任一前述权利要求所述的外衣，其中可以将包括用于无线电通信的无线接口的 所述评估电子装置(16)固定到所述支架(14)中。
10.根据任一前述权利要求所述的外衣，其中所述外衣的纤维是弹性的，允许将电导体 紧身地应用于生命有机体的躯干。
11.根据任一前述权利要求所述的外衣，其中可以将所述外衣额外地穿着到所述生命 有机体的腹部，并且所述外衣包括在所述生命有机体的腹部高度处的另外的电导体(42)， 将所述另外的电导体(42)附加到所述外衣(10 ；40)，以便依赖于所述腹部的呼吸运动来改 变电学可测量特性(L ；R)，并且其中所述另外的电导体(42)可以与所述评估电子装置(16) 相连。
12.根据任一前述权利要求所述的外衣的用途，用于检测生命有机体的呼吸运动，其中 通过支架(14)将所述评估电子装置(16)固定到所述外衣，其中所述评估电子装置(16)与 电导体相连，用于检测电学可测量特性。
13.—种生产用于检测生命有机体的呼吸运动的外衣(10;40)的方法，其中可以将所 述外衣穿着到生命有机体的胸腔上，所述方法包括将弹性导电纤维(12)集成到所述外衣(10 ；40)，使得当将所述外衣穿着到生命有机体的胸腔上时，所述弹性导电纤维可以依赖于所述呼吸运动而扩展，并且从而所述弹性导电 纤维经历所述纤维(12)的电学可测量特性(L ；R)的变化；以及将支架(14)附加到所述外衣，用于固定可集成到所述外衣(10;40)的评估电子装置 (16)，所述评估电子装置可以与弹性导电纤维(12)相连，并且实现为检测电学可测量特性 (L;R)，并且所述评估电子装置还包括接口，用于输出或存储从电学可测量特性得出的数 据。
全文摘要
用于检测生命有机体的呼吸运动的外衣(10；40)，其中可以将所述外衣套到生命有机体的胸腔上，所述外衣包括在生命有机体的胸腔高度处可集成到外衣里的电导体(12)，将所述电导体附加到所述外衣以便依赖于胸腔的呼吸运动来改变可电学测量的特性(L；R)；以及支架(14)，用于固定可集成到所述外衣(10；40)的评估电子装置，所述支架可以与电导体(12)相连，并且实现为检测所述可电学测量的特性(L；R)，并且所述支架还具有接口，用于输出或存储从所述可电学测量特性得出的数据。
文档编号A61B5/113GK101854856SQ200880115632
公开日2010年10月6日 申请日期2008年11月4日 优先权日2007年11月12日
发明者克里斯蒂安·韦甘德, 安德列亚斯·托博拉 申请人:弗劳恩霍夫应用研究促进协会