检测和监视慢性睡眠障碍的系统、装置和方法与流程
相关申请的交叉引用
本申请援引35u.s.c.119(e)要求于2017年10月9日提交的标题为“deviceandmethodfordetectionandmonitoringofchronicsleepdisorders”的美国申请no.62/569,783的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
本公开一般而言涉及用于监视用户的睡眠参数的系统、装置和方法，并且更具体地涉及在家庭环境中对慢性睡眠障碍的基于传感器的检测和监视。
背景技术：
数以百万计的人患有各种形式的慢性睡眠障碍(csd)，包括失眠、睡眠呼吸暂停和周期性肢体运动障碍(plmd)。csd会造成数十亿美元的工作效率损失。例如，据估计仅睡眠呼吸暂停每年就使工作场所损失1500亿美元。
虽然近年来寻求针对csd帮助的患者人数有所增加，但大多数患有csd的患者仍未得到诊断。高成本是阻碍潜在患者寻求帮助的重要因素。专业的睡眠评估(诸如管理多导睡眠图)通常会使患者在“睡眠实验室”过夜，以监视患者睡眠时的各种因素，例如大脑活动、眼睛移动、心率和血压。这些评估通常涉及昂贵的装备，每晚的费用可以高达$5,000。
虽然确实存在被设计为由患者自行管理的家庭睡眠测试，但许多此类测试仍使用由用户组装的精巧装备(例如家庭组装)，这会令人沮丧并且穿起来不舒服。许多此类测试还会将多个部分附在患者身上，包括氧气监视仪、鼻管和胸带。此外，这些测试常常是不准确的。因此，通常进行多次尝试以捕获有意义的数据。此外，这些测试中所记录的数据常常被发送给医师进行分析，从而为潜在csd的诊断和监视增加了后勤障碍。
技术实现要素：
公开了用于检测和监视用户的睡眠参数的系统、装置和方法。在一些实施例中，一种用于监视用户的睡眠参数的装置包括：粘合垫，其被构造为顺应用户的表面；以及至少一个柔性元件，其耦合到粘合垫。柔性元件可以被构造为响应于所施加的力而表现出修改的电特性(例如，电阻、电阻率、电抗、阻抗等)。该装置还包括电耦合到柔性元件的电源。柔性元件可以包括导电织物。该装置还包括电耦合到电源和柔性元件的电路。电路被配置为检测在使用期间柔性元件的电特性的改变。在一些实施例中，柔性元件是压阻元件。
在一些实施例中，用于监视用户的睡眠参数的系统包括便携式电子设备、第一贴片传感器和第二贴片传感器。第一贴片传感器包括：第一粘合垫，其被构造为顺应用户的第一表面；第一柔性导电带，其耦合到第一粘合垫；以及第一电路，其电耦合到第一柔性导电带。第一柔性导电带被构造为响应于所施加的力而表现出修改的电特性。第一电路被配置为检测在使用期间第一柔性导电带的电特性的改变。第二贴片传感器包括：第二粘合垫，被构造为顺应用户的第二表面，该第二表面不同于用户的第一表面；第二柔性导电带，其耦合到第二粘合垫；以及第二电路，其电耦合到第二柔性导电带。第二柔性导电带被构造为响应于所施加的力而表现出修改的电特性。第二电路被配置为检测在使用期间第二柔性导电带的电特性的改变。第一电路和第二电路中的每一个被配置为将电特性改变数据传输到便携式电子设备，以确定睡眠参数。
在一些实施例中，一种方法包括将装置粘附到用户的皮肤。该装置包括导电元件，该导电元件被构造为响应于所施加的力而表现出修改的电特性，该导电元件包括导电织物(例如，织造或非织造织物)。该方法还包括在装置粘附到用户的皮肤时向导电元件施加电流并测量导电元件的电特性的改变。该方法还包括基于测得的导电元件的电特性的改变来计算导电元件的变形，以及基于导电元件的变形来确定用户的呼吸努力。
应该认识到的是，以下更详细讨论的前述概念和附加概念的所有组合(假设这些概念不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开末尾处的所要求保护的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。还应该认识到的是，也可能出现在通过引用并入的任何公开内容中的本文明确采用的术语应当被赋予与本文公开的特定概念最一致的含义。
在研究以下附图和详细描述后，其它系统、过程和特征对于本领域技术人员将清晰。所有这些附加系统、过程和特征都要被包括在本说明书中、在本发明的范围内，并受所附权利要求的保护。
附图说明
本领域技术人员将理解，附图主要是用于说明性目的，并且不旨在限制本文描述的发明主题的范围。附图不一定按比例绘制；在一些情况下，本文公开的发明主题的各个方面可能在附图中被夸大或放大地示出，以便于理解不同的特征。在附图中，相同的附图标记通常表示相同的特征(例如，功能相似和/或结构相似的元件)。
图1a-1c示出了根据一些实施例的用于监视用户的睡眠参数的装置的示意图。
图2示出了根据一些实施例的包括处理器和通信接口的用于监视用户的睡眠参数的装置的示意图。
图3图示了根据一些实施例的分别在图1a-1c和图2中所示的装置100和200中采用的压阻机构。
图4a-4b示出了根据一些实施例的具有多种功能以促进对睡眠参数的监视的装置的示意图。
图5a是根据一些实施例的用于监视用户的睡眠参数的装置的示意图。
图5b是根据一些实施例的用于监视用户的睡眠参数的装置的示意图。
图5c-d分别是图5b的装置的侧视图和后视图。
图5e是根据一些实施例的用于监视用户的睡眠参数的装置的示意图。
图5f-g分别是图5e的装置的侧视图和后视图。
图5h是根据一些实施例的用于使用柔性压阻片来测量呼吸努力的电路的示意图。
图5i-5j示出了根据一些实施例的处理和通信单元的示意图。
图6a图示了根据一些实施例的在用户身上放置用于监视用户的呼吸努力的装置的位置。
图6b图示了根据一些实施例的在用户身上放置用于监视用户的四肢移动的装置的位置。
图6c图示了根据一些实施例的在用户身上放置用于监视用户的呼吸努力的装置的位置。
图7是图示根据一些实施例的监视用户的呼吸努力的方法的流程图。
图8是图示根据一些实施例的监视用户的睡眠参数的方法的流程图。
图9a-9b示出了根据一些实施例的在元件的长度改变期间测得的随时间的电阻改变。
图10a和10b分别示出了根据一些实施例的通过常规方法和通过本文描述的方法确定的睡眠位置。
图11a和11b分别示出了根据一些实施例的通过常规方法和通过本文所述的方法在10分钟窗口内和1分钟窗口内测得的呼吸努力。
图12示出了根据一些实施例的经由压阻方法获取的呼吸数据与经由常规胸带获取的数据之间的计算出的相关性。
图13a和13b分别示出了根据一些实施例的在大约1分钟的时间跨度上通过常规方法和本文所述的方法测得的胸腔努力。
图14示出了根据一些实施例的通过常规方法和通过本文所述的方法测得的呼吸速率。
图15a和15b分别示出了根据一些实施例的通过常规方法和通过本文所述的方法测得的睡眠位置。
图16a-16c示出了根据一些实施例的使用本文所述的方法对测得的呼吸频率进行频谱分析。
图17示出了根据一些实施例的通过常规方法和通过本文所述的方法测得的呼吸速率的平均值和标准偏差。
图18示出了根据一些实施例的通过本文所述的方法测得的睡眠位置分布。
图19示出了根据一些实施例的与本文所述的装置兼容的光学传感器组件。
图20示出了根据一些实施例的随时间的使用光学传感器(上部曲线图)和使用基于应变的方法(下部曲线图)的呼吸努力测量的曲线图。
图21是根据一些实施例的示出根据本公开的装置的穿戴者的加速度计读数得出的随时间的呼吸努力的曲线图。
具体实施方式
本公开描述了用于监视用户的睡眠参数的系统、装置和方法，并且更具体地涉及使用一种或多种柔性元件来在家庭环境中检测和监视慢性睡眠障碍，柔性元件可以是导电的和/或响应于所施加的力而表现出修改的电特性。
为了解决监视睡眠障碍的常规方法中的挑战，本文所述的装置、系统和方法采用柔性元件来监视用户的睡眠参数，诸如呼吸努力。在一些实施例中，用于监视用户的睡眠参数的装置包括被构造为顺应用户的表面的粘合垫。柔性元件耦合到粘合垫并且包括导电材料，诸如导电非织造织物或其它纺织品和/或导电聚合物。该装置还包括电耦合到柔性元件的电源以及电耦合到电源和柔性元件的电路。电路被配置为检测在使用期间柔性元件的电特性的改变。柔性元件的电特性可以包括例如电阻、电抗、阻抗或任何其它合适的特性。
在使用期间，粘合垫可以在使用期间附接到用户的皮肤(例如，在用户的躯干上)。用户的呼吸会使皮肤压缩或拉伸，从而相应地压缩和拉伸柔性元件。柔性元件的压缩和拉伸进而改变其电特性，这可以通过电路来测量。以这种方式，可以通过监视元件的电特性来监视用户的呼吸。
在一些实施例中，基于本文所述的方法的设备(例如，呼吸监视器、睡眠监视器、睡眠障碍检测器等)可以被配置为贴片，其可以被用户方便地穿戴或附接到用户而不会引起用户的过度不适感。因此，可以在家庭环境中容易地监视用户的呼吸和/或睡眠。在一些实施例中，设备的测量结果可以被传输到另一个设备(诸如计算机、智能电话或平板电脑等)，并且用户可以方便地在其中查看测量结果。
图1a-1c示出了根据实施例的用于监视用户的睡眠参数的装置100的示意图。图1a示出了装置100的俯视图，图1b示出了装置100的侧视图，而图1c示出了装置100的后视图。
装置100包括通过一对柔性元件120a和120b(统称为元件120)连接的第一粘合垫110a和第二粘合垫110b(统称为粘合垫110)。柔性元件120a和120b中的一个或两个可以被构造为响应于所施加的外力(例如，压力、压缩、张力等)而表现出被修改的电参数(例如，电阻、电抗、电容)。粘合垫110可以保形地附接到用户的表面(例如，皮肤上，参见图5a-5c)，并且在使用期间中基本上固定到用户的表面。当用户呼吸(即，吸气和/或呼气)时，用户的表面的面积可以相应地改变，从而引起第一粘合垫110a和第二粘合垫110b之间的距离的改变。换句话说，沿着从第一粘合垫110a延伸到第二粘合垫110b的轴可以有伸长(或者，在单个粘合垫的情况下，是单个粘合垫的伸长)。作为响应，柔性元件120的尺寸(例如，沿着x方向的长度)也改变，从而引起柔性元件120的电特性的改变。
装置100还包括电耦合到柔性元件120的电源130以及电耦合到电源130和柔性元件120的电路140。电路140被配置为检测在使用期间柔性元件120的电特性的改变。在一些实施例中，电路140还可以包括处理器(参见例如图2)，以处理表示柔性元件120的电特性的改变的数据，从而计算用户的睡眠参数(或任何其它呼吸参数)。
图1a-1c示出了装置100包括两个粘合垫110a和110b。在一些实施例中，装置100可以包括单个粘合垫110(参见例如图5和下面的对应描述)，并且元件120可以保形地部署在粘合垫110上。此外，粘合垫110也可以是柔性的，使得皮肤的压缩/拉伸可以使粘合垫110相应地压缩/拉伸，从而引起元件120的电特性的改变。
在一些实施例中，装置100包括多于两个粘合垫110a和110b。例如，第三粘合垫(未示出)可以被包括在装置100中并且经由一个或两个附加元件(未示出)耦合到第一粘合垫110a。第一粘合垫110a和第三粘合垫可以形成沿着y方向的轴，并且(一个或多个)附加元件的长边也沿着y方向长。在这些情况下，装置100还可以测量用户的皮肤沿着y方向的压缩和/或拉伸。在一些实施例中，装置100包括多于三个粘合垫(例如，4个粘合垫、5个粘合垫，或者更多)。
柔性元件120可以包括任何合适的导电和/或压阻材料。如本文所使用的，压阻性(或“压阻行为”)是指当施加外部施加的机械力并在其中引起对应的压缩、张力或应变时表现出或经历电特性(例如，电阻、电阻率、电抗和/或阻抗)改变的材料(包括但不限于导体、金属和半导体)的特性。在一些实施例中，元件120包括半导体(例如，诸如聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯(pedot：pss)之类的一种或多种基于聚合物的半导体、一种或多种有机半导体等)。在一些实施例中，元件120可以包括导体材料。
在一些实施例中，元件120包括导电橡胶或导电弹性体。在一些实施例中，元件120包括压电聚合物，诸如聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯(pvdf)及其衍生物。在一些实施例中，元件120包括可拉伸的导电织物。织物可以是例如针织或编织的。在一些实施例中，元件120包括部署在非导电织物上、或交织或嵌入在其中的导电线或颗粒。
在一些实施例中，元件120包括非织造织物。如本文所使用的，非织造织物是指通过机械地、热地或化学地缠结纤维或细丝而粘合在一起的片或网结构。非织造织物可以是平坦的、多孔的，并且可以直接由单独的纤维制成。此外，非织造织物不是通过编织或针织制成的，并且通常不涉及将纤维转换成纱线。形成元件120的非织造织物中的纤维可以包括上述任何材料。
在一些实施例中，元件120包括织物，该织物具有涂覆有导电材料的基板材料。例如，可以用导电聚合物(诸如掺杂的聚吡咯(ppy))完全和均匀地涂覆织物内的各个纤维(或纱线，如果织物是编织或针织的话)。基板材料可以包括例如聚酯、尼龙和玻璃。关于这种织物的更多细节和示例可以在标题为“methodofenhancingthestabilityofconductivepolymers”的美国专利no.5833884a中找到，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，元件120的长度(即，如图1a所示的沿着x方向的尺寸)为大约1mm至大约200mm(例如，大约1mm、大约5mm、大约10mm、大约20mm、大约30mm、大约50mm、大约100mm或大约200mm，包括介于例如大约5mm至大约200mm，或大约10mm至大约200mm之间的任何值和子范围)。在一些实施例中，元件120的宽度(即，沿着y方向的尺寸)为大约1mm至大约30mm(例如，大约1mm、大约5mm、大约10mm、大约15mm、大约20mm、大约25mm或大约30mm，包括介于例如大约5mm至大约30mm之间的任何值和子范围)。在一些实施例中，元件120的厚度(即，沿着z方向的尺寸)可以为大约0.1mm至大约5mm(例如，大约0.1mm、大约0.5mm、大约1mm、大约2mm、大约3mm、大约4mm或大约5mm，包括介于例如大约0.5mm至大约5mm之间的任何值和子范围)。如本文所使用的，短语“大约”是指参考值内10％的范围。例如，大约10mm是指9mm至11mm的范围。在一些实施例中，在使用期间，元件120表现出在δl/l和δr/r之间的线性(或基本线性)关系，其中l是元件的初始长度，δl是元件响应于所施加的张力/压缩在长度上的相对改变，r是元件的初始电阻，而δr是响应于施加的张力/压缩的元件的电阻的相对改变。
图1a中所示的装置100包括两个元件120a和120b。在一些实施例中，装置100可以包括连接两个粘合垫110a和110b的单个元件120。在一些实施例中，装置100可以包括三个元件。在一些实施例中，装置100可以包括多于三个元件。增加装置100中的元件的数量例如可以增加装置100的感测灵敏度，特别是如果它们与装置100的拉伸轴对准或基本对准。
在一些实施例中，电源130可以包括电池。在一些实施例中，电源130可以包括太阳能电池。在一些实施例中，电源130可以包括电容器。在一些实施例中，电源130可以包括超级电容器。在一些实施例中，电源130可以是可再充电的。在一些实施例中，电源130可以经由无线能量传送(例如，经由感应充电或共振无线充电)再充电。
装置100中的电路140被配置为测量元件120的电特性的改变。在一些实施例中，电路140可以包括电阻率计以测量元件120的电阻率(和/或电阻率的改变)。在一些实施例中，电路140可以包括lcr计，以测量元件120的电感、电容和/或电阻。
在一些实施例中，电路140可以被集成到芯片中以增加装置100的紧凑性。在一些实施例中，电路140可以包括处理器以分析从测量获取的数据。电路140还可以包括存储器，以存储处理器可执行指令，以指示处理器处理数据(和/或实现任何其它功能)。在一些实施例中，电路140还可以包括通信接口(例如参见图2)，以与诸如计算机、智能电话或平板电脑之类的外部设备通信。在一些实施例中，外部设备可以是便携式电子设备。在一些实施例中，外部设备可以基本上固定在某个位置，诸如网络服务器。
在操作中，只要元件120的尺寸(例如，沿着x方向的长度)改变，就可以测量元件120的电特性的改变。在一些实施例中，当元件120从一个状态过渡到另一个状态时，可以测量元件120的电特性的改变。例如，元件120可以具有三个状态：中性应力状态、压缩状态和张拉(tensile)状态。不受任何特定理论或操作模式的束缚，中性应力状态是指其中元件120没有被拉伸或压缩的平衡状态。压缩状态是指元件120承受压缩应力的状态。张拉状态是指元件120处于拉伸力下的状态。
在一些实施例中，元件120在耦合到用户之前可以处于中性应力状态，即，元件120在使用之前没有被压缩或拉伸。当耦合到用户时，元件120可以被配置为压缩状态。在使用期间，用户的呼吸可以使元件120从一个状态过渡到另一个状态。例如，用户的吸气可以使元件120从压缩状态过渡到张拉状态(经由中性应力状态)，而用户的呼气可以使元件120过渡回压缩状态(经由中性应力状态)。
在其它实施例中，元件120在被耦合到用户之前可以处于压缩状态，并且当耦合到用户时，元件120可以被进一步压缩和/或拉伸。在使用期间，用户的呼吸可以使元件120从一个状态过渡到另一个状态。例如，用户的吸气可以使元件120从压缩状态过渡到张拉状态(经由中性应力状态)，而用户的呼气可以使元件120过渡回压缩状态(经由中性应力状态)。可替代地，用户的吸气可以使元件120从压缩状态过渡到更压缩的状态，并且用户的呼气可以使元件120过渡回到先前的压缩状态。可替代地，用户的吸气可以使元件120从压缩状态过渡到压缩程度较小的状态，并且用户的呼气可以使元件120过渡回到先前的压缩状态。
在其它实施例中，元件120在耦合到用户之前可以处于张拉(拉伸)状态，并且当耦合到用户时，元件120可以被进一步压缩和/或拉伸。在使用期间，用户的呼吸可以使元件120从一个状态过渡到另一个状态。例如，用户的吸气可以使元件120从张拉状态过渡到压缩状态(经由中性应力状态)，并且用户的呼气可以使元件120过渡回张拉状态(经由中性应力状态)。可替代地，用户的吸气可以使元件120从张拉状态过渡到更大的张拉状态，并且用户的呼气可以使元件120过渡回到先前的张拉状态。可替代地，用户的吸气可以使元件120从张拉状态过渡到较小的张拉状态，并且用户的呼气可以使元件120过渡回到先前的张拉状态。
在一些实施例中，电路140被配置为在每种状态下测量元件120的电特性，然后计算不同状态之间压电元件120的电特性的差异。例如，在用户的吸气期间，电路140可以被配置为当元件120从压缩状态过渡到中性应力状态时测量元件120的电特性的差异。电路140还可以被配置为当元件120从中性应力状态过渡为张拉状态时测量元件120的电特性的差异。可替代地或附加地，电路140也可以被配置为当元件120从压缩状态过渡为张拉状态时测量元件120的电特性的差异。
类似地，在用户的呼气期间，电路140可以被配置为当元件120从张拉状态过渡到中性应力状态时测量元件120的电特性的差异，以及当元件120从中性应力状态过渡到压缩状态时测量元件120的电特性的差异。可替代地或附加地，电路140还可以被配置为当元件120从张拉状态过渡到压缩状态时测量元件120的电特性的差异。
在一些实施例中，电路140被配置为当元件120从一个状态过渡到另一个状态时测量元件120的电特性的改变。在这些情况下，电路140可以被配置为不在每个状态下测量元件120的电特性的绝对值。
在一些实施例中，元件120可以响应于用户的呼吸而在相同状态内的不同程度之间过渡。例如，用户的吸气可以使元件120从张拉状态的一个程度过渡到张拉状态的另一个程度。在这个过渡期间，元件120保持在张拉状态，但是元件120的尺寸改变并且因而元件120的电特性改变。电特性的这种差异也可以被用于导出用户的睡眠参数(或任何其它呼吸参数)。
在一些实施例中，由装置100测得的元件120的尺寸改变沿着x方向(如图1a中所示)。在一些实施例中，由装置测得的元件120的尺寸改变可以沿着x方向和y方向两者。例如，一个或多个附加元件可以被包括在装置100中并且被配置为测量y方向上的尺寸改变。在一些实施例中，由装置100测得的元件120的尺寸改变还可以包括z方向上(即，垂直于用户的皮肤)的尺寸改变，例如以检测装置100的一个或多个部分的定位或其上(例如，在(一个或多个)元件120上)的压力。
图2示出了根据一些实施例的装置200的示意图，该装置200包括处理器和通信接口，用于监视用户的睡眠参数。装置200包括通过一对柔性元件/片220a和220b(统称为元件220)连接在一起的两个粘合垫210a和210b(统称为粘合垫210)。在一些实施例中，元件220a是不表现出压阻行为的导电元件，而元件220b是表现出压阻行为的元件。在其它实施例中，元件220a和220b均表现出压阻行为。与其中元件220a是不表现出压阻行为的导电元件并且元件220b是表现出压阻行为的元件的装置200相比，其中元件220a和220b都表现出压阻行为的装置200可以表现出更高的感测灵敏度。元件220可以被配置为响应于施加到其上的应力或压力而改变电特性(例如，电阻)。此外，两个元件220a和220b经由电连接件250(例如，电线或任何其它导电链路)彼此电耦合，从而允许电流流过两个元件220a和220b。
装置200还包括连接到处理电路系统270的电源230(例如，电池)。电源230也连接到元件220，以允许测量元件220的电特性。电源230可以与元件220直接连接。在一些实施例中，电源230可以经由处理电路系统270电耦合到元件220。
粘合垫210、元件220和电源230可以基本上类似于图1a-1c中示出并且如上所述的粘合垫110、元件120和电源130。例如，粘合垫210可以包括粘合剂，该粘合剂被配置为牢固地粘附到用户的皮肤，使得当与粘合垫210相连的用户的皮肤区域相对于起始位置移动(例如，扩张、收缩、旋转等)时，压力或应力施加到横跨在两个粘合垫210a和210b之间的元件220。
处理电路系统270连接到通信接口240，该通信接口240被配置为与诸如用户设备之类的另一个设备通信。用户设备的示例可以包括个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、智能电视、可穿戴计算设备或能够发送和接收数据的任何其它设备。
装置200还包括被配置为存储处理器可执行指令(例如，软件)的存储器260。如本文所使用的，软件应被广义地解释为意味着任何类型的指令，无论被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言，还是其它方式。指令可以包括代码(例如，以源代码格式、二进制代码格式、可执行代码格式或任何其它合适的代码格式)。指令在被执行时使处理电路系统270执行本文所述的各种处理。例如，存储在存储器260中的指令可以指示处理电路系统270处理从元件220的电特性的测量中获取的原始数据。存储器260还可以被配置为存储数据(例如，原始数据或经处理的数据)，并允许通信接口240将数据传输到另一个设备。
装置200的通信接口240可以是可以使资源与装置200通信的任何合适的模块和/或设备，诸如一个或多个网络接口卡等。这种网络接口卡可以包括例如以太网端口、
处理电路系统270可以包括被配置为运行或执行指令集或代码(例如，存储在存储器中)的任何合适的处理设备，诸如通用处理器(gpp)、中央处理器(cpu)、加速处理单元(apu)、图形处理器单元(gpu)、专用集成电路(asic)等。这样的处理电路系统270可以运行或执行存储在与使用pc应用、移动应用、互联网web浏览器、蜂窝和/或无线通信(经由网络)等相关联的存储器中的指令集或代码。
处理电路系统270可以被实现为一个或多个硬件逻辑部件和电路。例如但不限于，可以使用的说明性类型的硬件逻辑部件包括通用微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)等，或者可以执行信息的计算或其它操纵的任何其它硬件逻辑部件。
在操作中，装置200可以被配置为经由压阻效应测量用户施加的呼吸努力。呼吸努力可以被表示为例如电压(例如，μv、mv或v)。电压由电源230在元件220上施加，并引入一定的电阻(例如，初始电阻)。当用户的皮肤扩张或收缩时，元件220分别通过扩张或收缩来做出反应，从而引起电特性的改变。这样的改变被处理电路系统270捕获并与用户移动(诸如用户的胸部正在上升和下降多少)相关联。
移动可以与用户的呼吸努力或呼吸速率相关。分析呼吸努力可以揭示关于用户的呼吸和/或睡眠问题的信息。例如，可以确定成人的正常呼吸速率为每分钟约12-16，儿童为每分钟15-25，而婴儿为每分钟20-40。可以将高于或低于这些范围的速率确定为用户异常状况的指示。在另一个示例中，移动可以与用户的呼吸努力相关联，指示由于用户的气道之一的部分或完全阻塞而导致的可能的呼吸困难。呼吸努力测量也是检测最常见和严重的睡眠障碍、睡眠呼吸暂停中的一个的有用参数。
图3图示了根据实施例的分别在图1a-1c和图2所示的装置100和200中采用的压阻机构300。在这个机构300中，将电压310(例如，来自图1a中的电源130或图2中的电源230)(诸如来自正电压漏极(vdd)电源)跨柔性元件305(例如，类似于图1a中的120或图2中的220)施加到接地连接320。电流的电阻关于施加到元件220的张力或压力而变化。
元件305可以被描述为图3中所示的电位计电阻器340。为了测量电阻(或其它电特性)的相对改变，电位计电阻器340连接到固定电阻器330。固定电阻器330被配置为维持预定电阻水平，而电位计电阻器340被配置为基于施加到元件305的张力或应力来调节电阻。
采用测量点301来测量固定电阻器330上的电压电平。当张力或应力改变时，测量被测点301处的电压电平。随着固定电阻器330与电位计电阻器340之间的电阻差的改变，这个点处的电压电平改变。作为示例，用户可以将装置100和/或200放置在他/她的胸部上，并且测得的电压水平可以指示他/她的胸部的上升和下降以及随后用户的呼吸努力。
在一些实施例中，将元件305的张力校准到具有电阻和在测量点301处测得的电压的基线。校准可以例如在制造期间和/或在使用期间执行。作为非限制性示例，可以基于用户的体重、年龄、性别和其它因素来确定校准。可以执行校准以确保张力的改变落在电位计电阻器340的线性范围上。可以例如由图2中所示的装置200中的处理电路系统270来执行测量。
图4a和4b示出了根据一些实施例的具有促进监视睡眠参数的多种功能的装置400的示意图。图4a中所示的装置400包括可操作地耦合到模拟输入端470和通信接口430的处理电路系统410。第一端口440(或接口)被用于向装置400提供输入电压，第二端口450(或接口)接地。装置400还包括输出端口460以递送输出电压。
模拟输入端470可操作地耦合到一个或多个元件，这一个或多个元件被配置为响应于用户的呼吸而生成电特性的可测量改变。表示这种改变的信号(或数据)经由模拟输入端470发送到处理电路系统410以进行分析。在一些实施例中，模拟输入端470可以用数字输入端代替，在这种情况下，模数转换器(adc)可以包括在数字输入端之前，以数字化由元件生成的信号。
通信接口430可以基本上类似于图2中所示并且如上所述的通信接口240。通信接口430被配置为将装置400连接到外部设备(例如，个人计算机、智能电话、智能手表、平板电脑等)。装置400和外部设备之间的连接可以是双向的，即，装置400可以将数据发送到外部设备以及从外部设备接收数据。
在一些实施例中，来自装置400的数据可以被连续地发送到外部设备以进行进一步处理或显示。在一些实施例中，可以以预定间隔将来自装置400的数据周期性地发送到外部设备。例如，装置400可以在每天结束时传输数据。在另一个示例中，当从用户移除装置400时(例如，在使用之后)，装置400可以传输数据。在又一个示例中，当装置400附接到用户时，装置400可以传输数据，并且当从用户移除装置400时停止传输数据。在这个示例中，装置400可以在装置400的使用期间连续地将数据发送到外部设备。
在一些实施例中，来自装置400的数据可以根据请求被发送到外部设备。例如，用户可以经由安装在外部设备上的应用(或任何其它软件程序)请求用户的数据。在另一个示例中，用户的医生还可以使用外部设备请求用户的数据。在一些实施例中，装置400中的数据可以被传输到网络服务器，并且任何感兴趣的一方都可以访问该数据。
装置400还包括可操作地耦合到处理电路系统410的加速度计420(或其它运动传感器)。由加速度计420获取的数据可以被用于确定用户的呼吸努力、移动和睡眠位置(例如，参见图21和以下相关讨论)。在一些实施例中，可以结合来自元件的数据来分析这个加速度计数据，以便调查用户在不同睡眠位置的呼吸努力和/或改善信号/数据质量。在一些实施例中，与呼吸努力相关联的信号处理可以基于加速度计数据。这种调查可以帮助识别用户在某些特定位置的可能的睡眠障碍。
图4b中所示的装置400包括两个附加部件：麦克风425和脉搏血氧仪435。麦克风425被配置为捕获装置400附近或周围的声音。在一些实施例中，麦克风425被配置为捕获装置400附近的环境噪声。环境噪声可以包括来自用户的呼吸和/或打鼾的声音。这个麦克风数据可以被用于例如分析用户的睡眠质量。例如，来自用户呼吸的声音可以被用于分析用户的呼吸节奏，这进而可以指示睡眠质量。来自用户打鼾的声音也可以揭示睡眠质量。例如，过度打鼾的检测可以与睡眠障碍的高风险相关。
在一些实施例中，由麦克风425捕获的环境噪声还可以包括来自心脏、肺或其它器官的声音(例如，喘息、湿罗音或缺乏声音)。在一些实施例中，处理电路系统410可以被配置为识别和/或区分来自不同源的声音，以便提高后续分析的准确性。这种识别可以基于例如来自每个源的声音的节奏和/或频谱(例如，频率)。
脉搏血氧仪435被配置为测量用户的氧饱和水平(例如，spo2)。如本文所使用的，用户的spo2是指用户血液中含氧血红蛋白(即，含氧的血红蛋白)与血红蛋白总量(即，含氧和不含氧血红蛋白的总量)之比。
在一些实施例中，脉搏血氧仪435可以经由光学方法测量用户的spo2。在这种光学方法中，脉搏血氧仪435采用诸如激光器或发光二极管(led)之类的发射器向用户的皮肤发射光束(通常是红色或近红外)。脉搏血氧仪435中的检测器然后检测从用户反射、透射或散射的光。用户的spo2可以从光束的吸收和/或反射中导出。如果装置400检测到用户的spo2低于正常范围(例如，低于95％)，那么装置400会生成警报，以警告用户有关用户肺功能的可能问题。
图5a是根据一些实施例的用于监视用户的睡眠参数的装置的示意图。装置500a包括在两个位置连接到一系列的三个柔性元件520a、520b和520c(统称为元件520)的单个粘合垫510。三个柔性元件520a、520b和520c中的每一个可以具有相同或不同的组成，并且可以是以下的一种或多种：压阻的、导电的，或被构造为响应于所施加的力或变形而表现出修改的电特性。三个柔性元件520a、520b和520c中的一个或多个可以包括织物，例如织造或非织造织物。粘合垫510可以保形地附接到用户的表面(例如，在皮肤上，参见图6a-6c)，并且在使用期间基本上固定到用户的表面。当用户呼吸(即，吸气和/或呼气)时，用户的表面的面积可以相应地改变，从而引起三个柔性元件520a、520b和520c中的一个或多个的尺寸(例如，长度和/或宽度)的改变。换句话说，三个柔性元件520a、520b和520c中的一个或多个可以存在伸长或其它变形，从而引起一个或多个柔性元件520a、520b和520c的电特性的(一个或多个)对应改变。
装置500a还包括电耦合到柔性元件520a、520b和520c的电源530，以及电耦合到电源530以及柔性元件520a、520b和520c的一个或多个电路540(例如，微电子芯片)。(一个或多个)电路540被配置为检测在使用期间柔性元件520a、520b和520c中的一个或多个的电特性的改变(例如，单独地或聚合地)。在一些实施例中，电路540还可以包括处理器(参见例如图2)，以处理表示柔性元件520a、520b和520c中的一个或多个的电特性的改变的数据，以便计算用户的睡眠参数(或任何其它呼吸或生物力学参数)。
在一些实施例中，装置(诸如图5a的装置500a)包括三个柔性元件，每个柔性元件被构造为响应于所施加的力(例如，压力、压缩、张力等)而表现出修改的电特性(例如，电阻、电阻率、电抗、阻抗等)。当所有三个柔性元件均被构造为响应于所施加的力而表现出修改的电特性时，该装置可以被用于检测与用户/穿戴者相关联的体积改变。在其它实施例中，装置(诸如图5a的装置500)包括三个柔性元件，其中仅一个柔性元件被构造为响应于所施加的力(例如，压力、压缩、张力等)而表现出修改的电特性(例如，电阻、电阻率、电抗、阻抗等)。当三个柔性元件中的仅一个被构造为响应于所施加的力而表现出修改的电特性时，该装置可以被用于检测与用户/穿戴者相关的单向尺寸改变。虽然在图5a中示出了三个柔性元件520a、520b和520c的系列在两个位置从粘合垫510延伸，但是在其它实施例中，三个柔性元件520a、520b和520c中的任何一个、任何两个或全部三个520c都可以部署在粘合垫510本身上。
图5b是根据一些实施例的用于监视用户的睡眠参数的装置的示意图。装置500b包括单个可拉伸的粘合垫510，在其上布置有通过电连接件550彼此电连接的两个柔性导体元件520a和520b。电连接件550可以是柔性的或刚性的。柔性导体元件520a、520b中的每一个可以具有相同或不同的组成，并且可以是以下的一种或多种：压阻的、导电的，或被构造为响应于所施加的力或变形而表现出修改的电特性。两个柔性导体元件520a和520b中的一个或多个可以包括织物，诸如织造或非织造织物，和/或导电聚合物材料。粘合垫510可以在使用期间保形地附接到用户的表面(例如，在皮肤上，参见图6a-6c)，并且在使用期间基本上固定到用户的表面。当用户呼吸(即，吸气和/或呼气)时，用户的表面的面积可以相应地改变，从而引起两个柔性导体元件520a和520b中的一个或多个的尺寸(例如，长度和/或宽度)的改变。换句话说，两个柔性导体元件520a和520b中的一个或多个可以存在伸长或其它变形，从而引起两个柔性导体元件520a和520b中的一个或两者的电特性的(一个或多个)对应改变。
装置500b还包括电耦合到处理电路系统570的电池530，处理电路系统570进而电耦合到柔性导体元件520a、520b。板载通信部件540和处理电路系统570可以电耦合到电池530和/或柔性导体元件520a、520b。处理电路系统570可以被配置为检测在使用期间柔性导体元件520a、520b中的一个或两个的电特性的改变(例如，单独地/分开地或聚合地)。在一些实施例中，处理电路系统570还可以包括处理器(参见例如图2)，以处理表示一个或多个柔性导体元件520a和520b的电特性的改变的数据，以便计算用户的睡眠参数(或任何其它呼吸或生物力学参数)。图5c-d分别是图5b的装置500b的侧视图和后视图。
图5e是根据一些实施例的用于监视用户的睡眠参数的装置的示意图。
装置500c包括通过两个柔性导体元件520a和520b彼此连接的两个粘合垫510，两个柔性导体元件520a和520b通过至少部分地部署在两个粘合垫之一上的电连接件550彼此电连接。电连接件550可以是柔性的或刚性的。每个柔性导体元件520a、520b可以具有相同或不同的组成，并且可以是以下的一种或多种：压阻的、导电的，或被构造为响应于所施加的力或变形而表现出修改的电特性。两个柔性导体元件520a和520b中的一个或多个可以包括织物，诸如织造或非织造织物，和/或导电聚合物材料。粘合垫510可以在使用期间保形地附接到用户的表面(例如，在皮肤上，参见图6a-6c)，并且在使用期间基本上固定到用户的表面。当用户呼吸(即，吸气和/或呼气)时，用户的表面的面积可以相应地改变，从而引起两个柔性导体元件520a和520b中的一个或多个的尺寸(例如，长度和/或宽度)的改变。换句话说，两个柔性导体元件520a和520b中的一个或多个可以存在伸长或其它变形，从而引起两个柔性导体元件520a和520b中的一个或两者的电特性的(一个或多个)对应改变。
装置500c还包括电耦合到电路系统570的电池530，电路系统570进而电耦合到柔性导体元件520a、520b。电路系统570可以电耦合到电池530和/或柔性导体元件520a、520b。处理电路系统570可以包括一个或多个处理器、一个或多个通信模块，和/或可操作地耦合到一个或多个处理器并存储处理器可执行指令的存储器。电路系统570可以被配置为检测在使用期间柔性导体元件520a、520b中的一个或两个的电特性的改变(例如，单独地/分开地或聚合地)。在一些实施例中，处理电路系统570的处理器被配置为处理表示柔性导体元件520a和520b中的一个或多个的电特性的改变的数据，以便计算用户的睡眠参数(或任何其它呼吸或生物力学参数)。图5f-g分别是图5e的装置500c的侧视图和后视图。
图5h是根据一些实施例的用于使用柔性压阻片来测量呼吸努力的电路的示意图。图5h的电路可以结合到本文阐述的任何实施例的任何导体元件中。
图5i-5j示出了根据一些实施例的与本文所述的装置兼容的处理和通信单元的示意图。如图5i中所示，处理和通信单元502具有一个或多个模拟输入端，以及用于电源电压、输出电压和地的电端子。处理和通信单元502包括加速度计572、ble通信模块540和处理单元570。在图5j中，处理和通信单元504具有一个或多个模拟输入端，以及用于电源电压、输出电压和地的电端子。处理和通信单元504包括加速度计572，ble通信模块540，脉搏血氧仪模块574，麦克风5778和处理单元570。
在一些实施例中，用于监视用户的睡眠参数的系统包括便携式电子设备、第一贴片传感器和第二贴片传感器。第一贴片传感器包括：第一粘合垫，其被构造为顺应用户的第一表面；第一柔性导电带，其耦合到第一粘合垫；以及第一电路，其电耦合到第一柔性导电带。第一柔性导电带被构造为响应于所施加的力而表现出修改的电特性。第一电路被配置为检测在使用期间第一柔性导电带的电特性的改变。第二贴片传感器包括：第二粘合垫，其被构造为顺应用户的第二表面，该第二表面不同于用户的第一表面；第二柔性导电带，其耦合到第二粘合垫；以及第二电路，其电耦合到第二柔性导电带。第二柔性导电带被构造为响应于所施加的力而表现出修改的电性能。第二电路被配置为检测在使用期间第二柔性导电带的电特性的改变。第一电路和第二电路中的每一个被配置为将电特性改变数据传输到便携式电子设备，以确定睡眠参数。
在一些实施例中，用于监视用户的睡眠参数的系统包括便携式电子设备、第一贴片和第二贴片，其中仅第一贴片包括柔性导电带/感测元件，并且第二贴片不包括柔性导电带/感测元件。第一贴片传感器包括：第一粘合垫，其被构造为顺应用户的第一表面；柔性导电带，其耦合到第一粘合垫；以及第一电路，其电耦合到第一柔性导电带。柔性导电带被构造为响应于所施加的力而表现出修改的电特性。第一电路被配置为检测在使用期间第一柔性导电带的电特性的改变。在一些这样的实施方式中，第二贴片传感器包括：第二粘合垫，其被构造为顺应用户的第二表面，该第二表面不同于用户的第一表面；以及以下当中的一个或多个：加速度计、电源、处理器、通信模块、脉搏血氧仪或第二电路。第二贴片可以被配置为例如从穿戴者身体上的不同位置测量/跟踪plmd和/或rls的肢体移动(例如，基于板载加速度计)、其它身体定位和/或氧气水平/饱和度和心率(例如，基于板载脉搏血氧仪)。从穿戴者的不同身体部位获取信号可以产生改善的信号质量(例如，更高的信噪比(snr))和/或改善的数据准确性。该系统可以被配置为使得来自第一贴片和第二贴片中的一个或两者的数据可以被传输到移动设备(诸如智能电话)和/或与之同步。第一电路和第二电路中的一个或两者可以被配置为将电特性改变数据传输到便携式电子设备，以确定睡眠参数。
在一些实施例中，用于监视用户的睡眠参数的系统包括便携式电子设备、第一贴片和第二贴片，其中第一贴片和第二贴片均不包括柔性导电带/感测元件。第一贴片和所述第二贴片中的每一个可以包括粘合垫，粘合垫被构造为顺应用户的第二表面，该第二表面不同于用户的第一表面，以及以下当中的一个或多个：加速度计、电源、处理器、通信模块、脉搏血氧仪或第二电路。第一贴片和第二贴片，无论是单独地还是组合地，可以被配置为例如从穿戴者身体上的不同位置测量/跟踪plmd和/或rls的肢体移动(例如，基于板载加速度计)、其它身体定位和/或氧气水平/饱和度和心率(例如，基于板载脉搏血氧仪)。由第一和第二贴片收集的数据可以例如经由有线或无线通信被传输到医师或技术人员的计算设备，以进行睡眠障碍检查。
图6a-6c图示了根据一些实施例的在用户身上的放置用于监视用户的呼吸努力的装置的不同位置。图6a示出可以将装置510放置在用户505的胸部上。图6b示出可以将装置520放置在用户505的肢体(例如，腿)上以监视肢体移动，例如以评估与周期性肢体运动障碍(plmd)、不安肢体综合征(rls)相关的参数。装置510和520可以基本上类似于本文所述的任何装置(例如，图1a中的100、图2中的200以及图4a和4b中的400)。此外，装置510和520被构造为贴片，其可以保形地附接到用户505的身体，并且可以被用户穿戴延长的时间(例如，过夜)而不会给用户505造成过度不适感。
图6c示出两个装置530a和530b(也称为传感器530a和530b)被放置在用户505身上。第一传感器530a被放置在用户505的第一位置(例如，胸部)并且第二传感器530b被放置在用户505的不同于第一位置的第二位置(例如腹部)上。使用被构造为贴片的两个传感器530a和530b的这种配置可以用于测量用户505的呼吸气流。传感器530a和530b的传感器数据可以进行以下一项或多项：求和、输入到机器学习算法或与其它物理参数组合。在一些实施例中，基于从患者的肺和/或气道发出的声音(即，音频信号)来确定患者的气流。常规上，使用诸如鼻插管或热敏电阻之类的面部器具来进行气流估计。相反，本文所述的气流的测量是基于由包括至少一个压阻元件的传感器530a和530b提供的呼吸努力信号。由于传感器530a和530b可以在整个测量时段内维持其位置，因此本文所述的粘合贴片的使用提高了气流估计的准确性。
在一些实施例中，两个传感器530a和530b可以基本上类似于本文所述的任何装置(例如，图1a中的100、图2中的200以及图4a和4b中的400)。在一些实施例中，两个传感器530a和530b基本上彼此相同。
在一些实施例中，两个传感器530a和530b可以彼此不同。例如，一个传感器(例如，530a)可以包括加速度计并且不包括脉冲血氧仪，而另一个传感器(例如，530b)可以包括脉冲血氧仪并且不包括加速度计。在这种情况下，两个传感器530a和530b可以彼此补充。在另一个示例中，一个传感器(例如，530a)可以具有多种功能(例如，类似于图4b所示的装置400)，诸如加速度计和脉搏血氧仪，而另一个传感器(例如，530b)可以包括更基本的型号(例如，不带加速度计和脉搏血氧仪)。在另一个示例中，一个传感器(例如，530a)可以包括压阻元件，而另一个传感器(例如，530b)可以包括导电但不表现出压阻行为的元件。
图6c图示了用于监视用户505的呼吸努力的两个传感器530a和530b。在一些实施例中，可以以模块化的方式将多个贴片(例如，多于两个传感器)放置在用户505身上的不同位置。因而，这多个贴片同时操作以促进评估睡眠障碍(诸如周期性肢体移动障碍(plmd)、不安肢体综合征(rls)等)的复杂测量。
图7是图示根据一些实施例的监视用户的呼吸努力的方法600的流程图。方法600包括，在610处，将装置粘附到用户的皮肤。在一些实施例中，该装置可以基本上类似于本文描述的任何装置(例如，图1a中的100、图2中的200，以及图4a和4b中的400)。例如，该装置可以包括导电元件，例如由导电非织造织物制成的压阻元件。该方法还包括在620处向导电元件施加电流。此时也可以记录导电元件的电特性(例如，电阻、电抗、阻抗、电导等)(也称为电特性的初始值)。
该装置被配置为在630处测量当该装置粘附到用户的皮肤时导电元件的电特性的改变。可以例如通过用户的呼吸(例如，吸气和/或呼气)来引起电特性的这种改变。在一些实施例中，该装置还包括粘合垫，该粘合垫被构造为顺应用户的表面(例如，用户的皮肤)。采用电源来为导电元件供电，并且电路电耦合到电源以及导电元件以检测在使用期间导电元件的电特性的改变。
在640处，基于测得的导电元件的电特性的改变来计算导电元件的变形。在一些实施例中，可以通过装置中包括的处理器来计算变形。在一些实施例中，该装置可以被配置为将表示导电元件的电特性的改变的原始数据(例如，经由有线通信信道或无线通信信道)传输到外部设备(例如，计算机、智能电话、平板电脑、网络服务器等)。然后，外部设备可以计算导电元件的变形。在650处，基于导电元件的变形来确定用户的呼吸努力。
在一些实施例中，可以使用多于一个装置来监视用户的呼吸努力。例如，上述装置可以是第一装置，并且压阻元件的变形是压阻元件的第一变形。该方法还包括将第二装置粘附到用户的皮肤，并基于测得的第二装置的压阻元件的电特性的改变来计算第二装置的压阻元件的第二变形。可以一起分析第一压阻元件的第一变形和第二压阻元件的第二变形，以确定例如以下一项或多项：用户的呼吸努力、用户的气流或用户的反常呼吸(与呼吸障碍有关)。
在一些实施例中，第一装置可以被配置为沿着第一方向测量第一压阻元件的变形，并且第二装置可以被配置为沿着不同于第一方向的第二方向测量第二压阻元件的变形。在一些实施例中，第一方向可以基本垂直于第二方向。
在一些实施例中，也可以采用第三装置(例如，类似于第一和第二装置)来促进呼吸努力的监视。例如，第三装置可以被用于沿着与第一方向和第二方向不同的第三方向测量第三压阻元件的变形。这种三维(3d)测量可以提高估计呼吸努力的准确性。
在一些实施例中，采用在方法700中由装置获取的数据来确定用户的呼吸气流。在一些实施例中，可以基于呼吸努力来识别或估计一个或多个睡眠参数(例如，呼吸流量)和/或其它生物力学参数。在一些实施例中，测得/监视的参数可以包括失眠、睡眠呼吸暂停、plmd和rls中的至少一项和/或可以与之相关联。在一些实施例中，可以通过由鼻插管或热敏电阻检测到的信号来补充由本文所述的装置收集的数据。
图8是图示根据一些实施例的监视睡眠参数的方法700的流程图。在710处，从诸如本文所述的压阻元件(例如，图1a中的120和图2中的220)之类的导电材料测量电阻和/或电抗的改变。电阻和/或电抗的改变可以通过类似于本文参考图1a描述的电路140的电路来测量。
在一些实施例中，电阻和/或电抗的改变与施加到导电(可选地压阻的)材料的应力或张力线性相关，即，线性范围。在一些实施例中，电阻和/或电抗的改变可以是施加到导电材料的应力或张力的非线性函数。在任一种情况下，都可以执行校准步骤以建立所施加的张力/应力与导电材料的电阻和/或电抗的改变之间的相关性。
在720处，基于电阻和/或电抗的改变来确定导电材料已经从起始位置变形的距离。这个距离也称为导电材料的变形。在一些实施例中，变形是由用户的呼吸(例如，吸气和/或呼气)引起的。
方法700还包括在730处基于确定的一段时间内的变形来生成指示用户的呼吸速率和呼吸努力的信号。在一些实施例中，该时间段可以是过夜。在一些实施例中，该时间段可以是大约5分钟至大约8小时(例如，大约5分钟、大约10分钟、大约20分钟、大约30分钟、大约1小时、大约2小时、大约3小时、大约4小时或约8小时，包括介于两者之间的任何值和子范围)。
在一些实施例中，方法800还可以包括一个或多个可选步骤，诸如生成指示用户的氧饱和水平的信号(在740处)，和/或生成当记录用户的睡眠时指示室内环境中的环境噪声的信号(在750处)。指示用户的氧饱和水平的信号可以被用于估计用户的呼吸效率。不受任何特定理论或操作模式的束缚，本文所用的呼吸效率是指从每次呼吸向血液中递送氧气的效率。
在一些实施例中，指示环境噪声的信号还可以被分解成若干信号，每个信号由不同的声源贡献。可能的声源包括用户的呼吸、用户的打鼾、用户的心跳、房间内的电器(例如，冰箱、电视等)和街道噪音等。
在一些实施例中，方法700还可以包括记录用户在睡眠期间的移动，包括与睡眠障碍(诸如plmd或失眠)相关的移动或睡眠位置。所有指定的参数可以指示与用户相关的潜在睡眠问题。
在760处，收集的数据，包括指示呼吸努力的信号、指示氧饱和水平的信号和记录的环境噪声水平，通过无线连接被发送到用户设备(例如，智能电话)。在一些实施例中，用户设备可以被配置为执行附加处理，诸如可视化。在一些实施例中，用户设备可以被配置为显示测量结果。
在一些实施例中，数据可以被传输到网络服务器。用户可以使用诸如智能电话之类的用户设备访问数据。此外，医生也可以访问数据以便检查用户的睡眠质量。在一些实施例中，由多个用户贡献的数据可以被用于例如使用大数据分析来进行与睡眠障碍治疗相关的研究。
图9a-9b是示出根据一些实施例的经历长度改变(即，拉伸循环，对于相同样本重复30次)的导电压阻元件随时间的测得的电阻改变的图。导电元件由具有以下特性的导电弹性织物制成：
线性操作范围：4mm或更大
低磁滞和低标准偏差，例如：
前倾：-9890ω/mm；标准偏差221ω2/mm(2.2％)
后倾：-8819ω/mm；标准偏差97ω2/mm(1.1％)
图9a-9b中使用的导电元件的尺寸为8cm×3cm，并且固定到导电元件的夹具之间的距离为6.5cm。图9a-9e中的曲线图示出，在操作期间，一旦测得了导电元件的电阻改变，电路(例如，处理器)就可以检测或计算与测得的电阻改变对应的长度改变。换句话说，来自图9a-9b中所示曲线图的数据可以被用作处理器的查找表的一部分，以确定压阻元件的尺寸改变。
图10a和10b分别示出了根据一些实施例的通过常规方法和通过本文所述的方法(包括加速度计和相关联算法)确定的睡眠位置。在图10a和10b中，睡眠位置分为五类：直立、俯卧、左、仰卧和右。表征是在大约8小时的延长时间窗口内进行的。图10a中使用的常规方法是家庭睡眠测试。图10a和10b中的结果在98.5％的样本中一致。被测的主体个体整个晚上大部分时间是背朝下睡着(仰卧)，左右姿势有一段时间。
在操作中，监视睡眠位置可以揭示用户的睡眠质量。例如，睡眠位置的频繁切换(例如，在仰卧和直立之间)可以指示用户的睡眠质量低(例如，由于失眠)。此外，还可以结合呼吸数据来分析随时间的睡眠位置记录，以确定例如哪个睡眠位置可以为用户带来最高的睡眠质量。
图11a和11b示出了根据一些实施例的分别在10分钟窗口内和在1分钟窗口内通过常规方法和通过本文所述的压阻方法测得的呼吸努力。基于测得的电压改变确定呼吸努力。压阻方法是通过将压阻元件附接到用户的胸部(即，胸腔)来进行的，而常规方法是使用来自noxmedical的noxt3便携式睡眠监视器进行的。通过这两种方法生成的曲线图非常吻合。但是，压阻方法中使用的装置更加紧凑、价格合理，同时又维持了测量的高准确性和可靠性。
图12示出了根据一些实施例的经由压阻方法获取的呼吸数据与经由常规胸带获取的数据之间的计算出的相关性。在一整夜中获取数据。在大约0.6的相关性上获得了很棒的相似性和高质量的信号(如图所示)。图12中的曲线图示出了噪声信号的区域(在图上标记)，该区域可以归因于用户的睡眠姿势。在这个嘈杂的区域中，用户睡在他的右手侧。可以采用后处理和设计修改来减少噪声和/或增加信号的信噪比(snr)。因此，在操作中，这些噪声可以得到解决，并且不影响设备的整体性能。
图13a和13b分别示出了根据一些实施例在大约1分钟的时间跨度上通过常规方法和压阻方法测得的胸腔努力。使用连接到noxt3睡眠监视器的呼吸感应体积描记(rip)带执行常规方法。压阻方法是使用尺寸大约为2英寸×3英寸并包括压阻元件的贴片进行的。压阻法获得了呼吸努力测量的清晰信号，在大约60秒的测试时间跨度内呈现出大于0.85的高pearson相关系数(ρx,＝cov(x,y)/σxσy)。实际上，通过图10a中所示的压阻方法获得的信号的snr甚至比通过图10b中所示的常规方法获得的信号的snr更高。
图14示出了根据一些实施例的通过常规方法和压阻方法测得的呼吸速率。这两个曲线图在大多数区域中相互重叠，表明两个信号之间的相关性高。因此，可以采用压阻方法以低得多的成本提供可靠的呼吸速率测量。
图15a和15b分别示出了根据一些实施例的通过常规方法和压阻方法测得的睡眠位置。在大约120分钟的时间跨度内，通过两种方法测得的睡眠位置几乎彼此相同。
图16a-16c示出了根据一些实施例的对使用本文所述的压阻方法测得的呼吸频率进行频谱分析。图16a示出了针对仰卧位置的频谱分析，图16b示出了针对右位置的频谱分析，并且图16c示出了关于呼吸频率的总频谱，而没有区分不同的睡眠位置。图16a-16c中所示的频谱指示用户在不同的睡眠位置可以有不同的呼吸频率。因此，这个数据可以用于通过建议用户使用特定的睡眠位置来优化用户的睡眠质量。
图17示出了根据一些实施例的通过常规方法和本文所述的压阻方法测得的呼吸速率的平均值和标准偏差。图18示出了根据一些实施例的通过本文所述的加速度计方法测得的睡眠位置分布。这些结果示出，来自rip带和压阻设备的测量结果之间具有高相关性。虽然rip带是呼吸努力测量的既定方法，但压阻方法更舒适、更紧凑。压阻方法还允许在夜间进行恒定的测量，并且无需导线即可提供出色的灵敏度。
图19示出了根据一些实施例的与本文所述的装置兼容的光学传感器(光电传感器)组件。如图19中所示，光电传感器组件800包括一个或多个光源(统称为光源850)和光伏电池(或其它光电探测器)852。在一些实施例中，光源850被配置为发射红色或红外光。可替代地或附加地，光源850可以被配置为发射任何其它波长的光。光源850可以是可以由控制器和/或其它板载电子器件控制的，或者与板载电子器件有线或无线通信。光电传感器组件800可以被结合到本公开的贴片/装置中，并且该装置可以被施加(例如，粘附)到穿戴者的表面以供使用。在使用期间，从光源850发射的光的至少一部分从穿戴者的皮肤反射，并且被光伏电池(或其它光电探测器)852检测到。图20根据一些实施例随时间比较了以下曲线图：(a)使用诸如参考图19描述的光学传感器进行的呼吸努力测量(上部曲线图)，以及(b)使用基于应变的方法进行的呼吸努力测量(下部)。如图20中所示，光学传感器方法至少以与基于应变的方法所实现的准确性一样准确地捕获穿戴者的呼吸努力。
图21是根据一些实施例的示出从本发明的装置的穿戴者的加速度计读数导出的随时间的呼吸努力的图。如图21的曲线x和y中所示，呼吸努力在时间上具有振幅的周期性变化，在大约1810个任意单位(a.u.)和大约1860a.u.之间(对于曲线x)，并且在大约1930a.u.和大约1970a.u.之间(对于曲线y)。可以将用于随时间测量呼吸努力的加速度计结合到本公开的任何传感器组件中。
在一些实施例中，一种用于测量用户的呼吸努力的装置包括粘合垫、光学传感器组件、电源和电路。粘合垫被构造为顺应用户的表面。光学传感器组件耦合到粘合垫，并且包括光源和光伏电池。电源电耦合到光学传感器组件。电路电耦合到电源和光学传感器组件。电路可以被配置为在使用期间使得光以连续方式或根据预定图案(开/关切换)从光源朝着用户的表面发射。光伏电池可以被配置为检测在使用期间来自用户的表面的反射光，这种反射光是由于从光源朝着用户的表面发射的光而生成的。
在一些实施例中，根据本文所述的任何装置来确定用户的呼吸努力还基于从装置的加速度计收集的数据。
在一些实施例中，一种用于测量用户的呼吸努力的装置包括粘合垫、光学传感器组件、电源和电路。粘合垫被构造为顺应用户的表面。光学传感器组件耦合到粘合垫，该光学传感器组件包括光源和光伏电池。电源电耦合到光学传感器组件。电路电耦合到电源和光学传感器组件，并且被配置为在使用期间使得光从光源朝着用户的表面发射。光伏电池被配置为检测在使用期间来自用户的表面的反射光。
结论
虽然本文已经描述和示出了各种发明性实施例，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或一个或多个优点的多种其它手段和/或结构，并且这种变化和/或修改当中每一个都被认为在本文所述的发明性实施例的范围内。更一般而言，本领域技术人员将容易地认识到，本文所述的所有参数、尺寸、材料和构造都意味着是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或构造将取决于对其使用本发明的教导的具体的一个或多个应用。本领域技术人员将认识到或者能够仅利用常规实验来确定本文所述的具体发明性实施例的许多等同物。因此，应当理解的是，前述实施例仅仅是作为示例给出的，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，发明性实施例可以以不同于具体描述和要求保护的方式来实践。本公开内容的发明性实施例涉及本文所述的每个单独的特征、系统、制品、材料、试剂盒和/或方法。此外，如果此类特征、系统、制品、材料、试剂盒和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个此类特征、系统、制品、材料、试剂盒和/或方法的任意组合包括在本公开内容的发明性范围内。
可以以多种方式中的任何一种来实现上述实施例。例如，虽然本文的实施例描述了电化学设备，诸如例如锂离子电池，但是本文所述的系统、方法和原理适用于所有包含电化学活性介质的设备。至少包括活性材料(电荷载体的源或阱)、导电添加剂和离子导电介质(电解质)的任何电极和/或设备，诸如例如电池、电容器、双电层电容器(例如超级电容器)、伪电容器等，都在本公开的范围内。此外，实施例可以与非水和/或水电解质电池化学物质一起使用。
在另一个示例中，实施例可以利用硬件、软件或其组合来实现。当在软件中实现时，软件代码可以在任何合适的处理器或处理器集合上执行，无论是在单个计算机中提供还是分布在多个计算机中。另外，应当认识到的是，计算机可以以多种形式中任何一种来实施，诸如机架安装式计算机、台式计算机、膝上型计算机或平板计算机。此外，计算机可以嵌在通常不被认为是计算机但具有适当处理能力的设备中，包括个人数字助理(pda)、智能电话或任何其它合适的便携式或固定电子设备。
而且，计算机可以具有一个或多个输入和输出设备。除其它之外，这些设备尤其可用于呈现用户接口。可用于提供用户接口的输出设备的示例包括用于视觉呈现输出的打印机或显示屏幕以及用于可听地呈现输出的扬声器或其它声音产生设备。可用于用户接口的输入设备的示例包括键盘和定点设备，诸如鼠标、触摸板和数字化平板电脑。作为另一个示例，计算机可以通过语音识别或以其它可听格式接收输入信息。
这种计算机可以以任何合适形式通过一个或多个网络互连，包括局域网或广域网(诸如企业网络)以及智能网(in)或互联网。这种网络可以基于任何合适的技术并且可以根据任何合适的协议进行操作，并且可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。
本文概括的各种方法或过程(例如，如上所述的设计和制造保留/递送结构的各种方法或过程)可以被编码为可在采用各种操作系统或平台中任何一个的一个或多个处理器上执行的软件。此外，这种软件可以利用多种合适的编程语言和/或编程或脚本工具中的任何一种来编写，并且还可被编译为在框架或虚拟机上执行的可执行机器语言代码或中间代码。
而且，各种发明性构思可以被实施为一个或多个方法，其示例已经提供。作为方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序。相应地，可以构造实施例，其中动作以不同于所示的次序执行，这可以包括同时执行一些动作，即使在说明性实施例中示为是顺序动作。
本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献的全部内容通过引用被结合于此。
如本文定义和使用的，所有定义都应当理解为控制(controlover)字典定义、通过引用被结合的文献中的定义和/或所定义术语的普通含义。
如本文在说明书和权利要求书中使用的，除非清楚地相反指出，否则不定冠词“一”应当理解为是指“至少一个”。
如本文在说明书和权利要求书中使用的，短语“和/或”应当被理解为是指如此连接的元素中“任意一个或两个”，即，在一些情况下连接存在和在其它情况下分离存在的元素。用“和/或”列出的多个元素应当以相同的方式解释，即，如此连接的元素中的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体识别出的元素之外，还可以可选地存在其它元素，无论与具体识别出的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当结合开放式语言(诸如“包括”)使用时，对“a和/或b”的引用在一个实施例中可以仅指a(可选地包括除b之外的其它元素)；在另一个实施例中仅指b(可选地包括除a之外的其它元素)；在还有另一个实施例中指a和b(可选地包括其它元素)；等等。
如本文在说明书和权利要求中所使用的，“或”应当理解为具有与如上定义的“和/或”相同的含义。例如，当分开列表中的项时，“或”或“和/或”应当被解释为包容性的，即，包括多个元素或元素列表中的至少一个，但也包括多于一个，以及可选的还有附加未列出的项。只有当清楚地指示相反的术语，诸如“仅一个”或“确切地一个”，或者当在权利要求中使用时，“由......组成”，将指包括多个元素或元素列表中确切地一个元素。一般而言，如本文使用的术语“或”仅在前面有排他性术语(诸如“任一”、“其中之一”、“仅其中之一”或“确切地其中之一”)时应当被解释为指示排他性替代(即，“一个或另一个但不是两个都有”)。当在权利要求书中使用时，“基本上由......组成”应当具有其在专利法领域中使用的普通含义。
如本文在说明书和权利要求书中使用的，关于一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应当被理解为指选自元素列表中的任何一个或多个元素中的至少一个元素，但不一定包括在元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个，并且不排除元素列表中的元素的任意组合。这种定义还允许除由短语“至少一个”所指的元素列表中具体识别出的元素之外的元素可以可选地存在，无论与具体识别的那些元素相关或不相关。因此，作为非限制性示例，“a和b中至少一个”(或等效地，“a或b中至少一个”或等效地“a和/或b中至少一个”)在一个实施例中可以指至少一个，可选地包括多于一个，a，而b不存在(并且可选地包括除b之外的其它元素)；在另一个实施例中指至少一个，可选地包括多于一个，b，而a不存在(并且可选地包括除a之外的其它元素)；在还有另一个实施例中指至少一个，可选地包括多于一个，a，以及至少一个，可选地包括多于一个，b(并且可选地包括其它元素)；等等。
在权利要求书中以及在上述说明书中，所有过渡性短语，诸如“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”“组成”等都应当被理解为开放式的，即，意味着包括但不限于。只有过渡性短语“由......组成”和“基本上由...组成”将分别是封闭或半封闭的过渡性短语，如在美国专利局专利审查程序手册第2111.03部分中所阐述的。
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