呼吸感测装置的制作方法

1.本发明相关于呼吸感测，尤其关于一种呼吸感测装置。


背景技术：

2.呼吸是人体生命迹象的重要表征，对于病毒(如covid-19)引起的肺部感染与浸润、长期卧床的病患、具有高血压、高血脂等慢性病的中老年人，长时间的监测呼吸，可以察觉病情的变化，进行预防性的处理，或是在紧急状况时，第一时间进行紧急处置。
3.呼吸的过程包含，快速吸气
─
稍缓
─
短暂歇
─
长呼吸
─
长停歇，接着下一次的呼吸。临床上评估呼吸状况除了直接观察胸部的起伏，还会透过评估呼吸动作的速度(吸气：呼气：休息期的时间比大约是1：1.5：1秒，规则且顺畅)、深浅(一般以呼吸时动作的大小及进出呼吸道气流量的多寡作粗略评估无法以数值表示)、节律及难易程度，来诊断被评估者是否有呼吸过速(呼吸深度不变而次数多于每分钟24次以上)、呼吸迟缓(呼吸深度不变而呼吸次数少于每分钟8次以下)、呼吸过度(呼吸次数正常而深度加大时，每分钟换气量增加)、呼吸减弱(呼吸次数不变深度变浅)、换气过度(呼吸过度且呼吸过速)、换气不足(呼吸迟缓且呼吸减弱，有休息期特别延长的现象)或其他特殊呼吸(呼吸持续性深浅变化或有较长暂停呼吸)。
4.而习知感测呼吸的方式，如美国公告第us 6,478,747 b1号“method and device to sense breathing”所揭露，为让使用者配戴呼吸传感器于鼻腔位置，以直接感测使用者呼吸的气流。然而，其仅适用于急症患者，长期使用下，由于呼吸器会伸入使用者的口鼻，除了使用者的口鼻容易感到不适，长时间固定于口鼻位置，经常会导致患者发生脸部压伤(褥疮)，并提高感染的风险。
5.如美国公告第us 8,663,126 b1号所揭露“wearable acoustic device for monitoring breathing sounds”，其揭露一种穿戴式的呼吸感测器，为让使用者直接穿戴于胸腔位置，以感测呼吸时的胸扩，而得知使用者的呼吸。相较于口鼻式的呼吸感测器，其更适用于慢性病患者于居家时使用。然而，此种使用方式，需要束住使用者的胸腔，会让使用者有束缚感而感到不适，除了会影响睡眠时的品质，长时间穿戴也可能导致使用者发生压伤(褥疮)。
6.如美国公告第us 11,013,415b2号所揭露“hydraulic bed sensor and system for non-invasive monitoring of physiological data”，其揭露一种透过液体传递振动的液压卧床感测器，该感测器分成接收使用者心跳与呼吸振动的液体振动传递模块与量测液体振动传递模块内因为振动所产生压力变化的压力感测模块二部分，安装于床垫下以非侵入性的方式，感测躺卧于床垫上的使用者的心跳与呼吸振动所产生的振动信号。并透过信号处理解析所量测到的振动信号的频率，以取得使用者的心跳与呼吸频率，使用者无需配戴任何仪器，而没有影响睡眠品质的问题。
7.然而，液压卧床传感器仅透过一个液体振动传递模块收集使用者因为心跳与呼吸产生的振动信号，事实上该模块不仅取得使用着的心跳与呼吸产生的振动信号，而且还夹
杂环境中各种的振动杂讯，包括各种与人类呼吸与心跳频率属于同一范围的各种振动，经过繁琐的信号处理技术解析出所有振动信号的频率后，还要再判断何者为使用者的心跳与呼吸频率，因此很容易受到各种与人类呼吸与心跳频率属于同一范围的各种振动杂讯的干扰而失真。虽然具有免穿戴的优点，但仅能估算呼吸频率，而欠缺了呼吸动作的速度与深浅信息，将无法应用于评估呼吸。


技术实现要素：

8.爰此，本发明的主要目的，在于揭露一种呼吸感测装置，其不须穿戴，且可以量测吸气、呼气、休息期的时间与比例及呼吸的深浅信息，不受外在环境的振动杂讯的干扰，可降低信号处理的难度而避免量测失真的问题。
9.为达上述目的，本发明为一种呼吸感测装置，装设于一使用者躺卧的一床垫上(内)，用于感测该使用者覆盖该床垫的一面积变化，该面积变化是来自于该使用者呼吸时所产生的一体腔体积变化，该体腔体积变化直接反应了呼吸动作的速度与深浅，因此侦测该体腔体积变化等同于侦测呼吸动作的速度与深浅信息，经过信号处理即可获得吸气、呼气、休息期的时间与比例，还可获得常见的呼吸频率。该呼吸感测装置包含一感测垫、多个覆盖面积感测结构与一信号处理器，其中该感测垫具有一表面层与一支撑垫体，该表面层供该使用者躺卧，而该支撑垫体则位于该表面层下方。该多个覆盖面积感测结构设置于该支撑垫体上，该多个覆盖面积感测结构分别感测该面积变化而产生多个覆盖率信号，当该使用者躺卧在该感测垫的该表面层上时，部分的该多个覆盖面积感测结构分别感测到的该覆盖率信号会随着该使用者因呼吸所致的身形轮廓的形变而产生一周期性变化，这是因为该使用者的身形轮廓于该表面层的体腔覆盖面积共有三种，第一种是位于使用者身旁，使用者在呼吸过程完全不会覆盖到，第二种是位于使用者正下方，呼吸的过程皆会100％覆盖，第三种则是位于第一种与第二种的中间会随着该使用者因呼吸所致的身形轮廓的形变而产生周期性变化。该信号处理器电性连接该多个覆盖面积感测结构以取得该多个覆盖率信号，该信号处理器依据一信号演算法，先判断具有该周期性变化的该多个覆盖率信号，并依据具有该周期性变化的该多个覆盖率信号中，信号品质最佳的一个做为基础，从做为基础的该覆盖率信号的波形上计算获得该使用者的吸气、呼气、休息期的时间与比例及呼吸的深浅信息。
10.如上所述，本发明的呼吸感测装置，该使用者无需配戴仪器，只要躺卧于该感测垫上即可量测该使用者的吸气、呼气、休息期的时间与比例及呼吸的深浅信息，即可获得常见的呼吸频率。且本发明为量测该使用者因呼吸所致的身形轮廓的形变的周期性变化，没有外在环境振动杂讯的干扰问题，可降低信号处理的难度而避免量测失真的问题。
附图说明
11.图1，为本发明呼吸感测装置的结构俯视示意图；
12.图2，为本发明使用者的冠状切面示意图；
13.图3a，为本发明量测使用者呼吸的示意图；
14.图3b，为本发明使用者的轮廓形变示意图；
15.图4，为本发明周期性数值变化最大的周期频率示意图；
16.图5，为本发明呼吸感测装置的另一实施例的俯视示意图；
17.图6，为本发明呼吸感测装置的再一实施例的剖视示意图；
18.图7，为本发明呼吸感测装置的又一实施例的实施结构图；
19.图8，为本发明呼吸感测装置的覆盖面积感测结构的实施结构示意图。
具体实施方式
20.有关本发明技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
21.请参阅“图1”与“图2”所示，本发明为一种呼吸感测装置，用于感测一使用者a的呼吸动作的速度与深浅信息，其包含一感测垫10、多个覆盖面积感测结构20a与一信号处理器30，其中该感测垫10具有一表面层11与一支撑垫体12，该表面层11供该使用者a躺卧，而该支撑垫体12则位于该表面层11下方。该多个覆盖面积感测结构20a设置于该支撑垫体12上，在实际结构上该多个覆盖面积感测结构20a可以藏设于该支撑垫体12的结构内，且较佳的，相邻的二个该多个覆盖面积感测结构20a之间具有一与该使用者a的身形轮廓非平行的间隙21。而该多个覆盖面积感测结构20a可以为接触式感测器且为选自电容式压力感测器、电阻式压力感测器、光学式压力感测器与温度感测器的任一种，或者是非接触式感测器且为选自光学式遮断感测器、电容式近接感测器、霍尔元件感测器与光学式温度感测器的任一种。据此该多个覆盖面积感测结构20a分别感测该表面层11的被覆盖率面积而产生多个覆盖率信号。
22.请再一并参阅“图3a”与“图3b”所示，该使用者a与冠状切面a1的交集为轮廓a3。该使用者a在呼吸时，该使用者a的轮廓a3会随着呼吸而产生形变而转变为轮廓a3’，轮廓a3形变较明显的区域是胸腔与腹腔位置，因此当该使用者a躺卧在该感测垫10的该表面层11上时，该多个覆盖面积感测结构20a分别会感测到该多个覆盖率信号，大致可分成四种，第一种：部分的覆盖面积感测结构20a由于会被完全覆盖而输出饱和的数值；第二种：部分的覆盖面积感测结构20a没有被覆盖而输出0的数值(全部没被覆盖)；第三种：部分的覆盖面积感测结构20a被不会因呼吸产生轮廓形变的部位所遮蔽，如手臂，将输出一个固定的数值；第四种：处于边缘部分的覆盖面积感测结构20a’(请参见图3b)，会随着该使用者a呼吸而由轮廓a3形变为轮廓a3’所致的周期性变化，产生具有周期性的覆盖率变化数值输出。
23.若邻近的该覆盖面积感测结构20a具有平面上的交叠特性，如为菱形设计、非直线的形状等等。亦即相邻的二个该多个覆盖面积感测结构之间的该间隙，为与该使用者的身形轮廓非平行(如图3b所示)，当使用者a因呼吸所致的轮廓a3形变为轮廓a3’的变化较小时，该多个覆盖面积感测结构20a’仍然至少会有一个仍然能够侦测到具有面积覆盖变化的信号。
24.请再一并参阅“图4”所示，该信号处理器30电性连接该多个覆盖面积感测结构20a以取得该多个覆盖率信号，该信号处理器30依据一信号演算法计算出具有周期性数值变化的该多个覆盖率信号，且进一步分析出数值变化最大的该覆盖率信号s的吸气时间i、呼气时间e、呼吸深浅d与周期p(如图4所示)，并换算该使用者a的呼吸频率。
25.请参阅“图5”所示，为本发明呼吸感测装置的另一实施结构，其中该多个覆盖面积感测结构20a为阵列排列且上下相邻的该多个覆盖面积感测结构20a之间为交错设置，如
此，当该使用者a的轮廓a3随着呼吸产生形变为转变为轮廓a3’时，处于边缘部分的覆盖面积感测结构20a’，产生具有周期性的覆盖率变化数值输出。
26.请参阅“图6”所示，为本发明呼吸感测装置的再一实施结构剖视示意图，多个覆盖面积感测结构20b为接触式感测器且为多层叠置结构，分为一上层组h与一下层组l，且该上层组h的该多个覆盖面积感测结构20b与该下层组l的该多个覆盖面积感测结构20b为上下重复叠置设置。且于一实施例中，该上层组h的该多个覆盖面积感测结构20b与该下层组l的该多个覆盖面积感测结构20b可以为垂直交错叠置。在此配置下，使用者a的胸腔断面a4、a4’会随着呼吸而变化而改变该表面层11的被覆盖率，该多个覆盖面积感测结构20b可以分别感测该表面层11的被覆盖率而产生多个覆盖率信号。
27.请再一并参阅“图7”所示，在一实施例中，该支撑垫体12包含一上层垫体121与一下层垫体122，该上层垫体121与该下层垫体122分别具有多个网格结构123，该多个网格结构123可以让该上层垫体121与该下层垫体122之间维持一定的间隙(图未示)，该多个覆盖面积感测结构20b具有菱形的外型，实际设置方式，为让该上层组h的该多个覆盖面积感测结构20b设置于该上层垫体121，该下层组l的该多个覆盖面积感测结构20b设置于该下层垫体122，并该多个覆盖面积感测结构20b使用多个线路23电性连接至该信号处理器30，而该下层组l的该多个覆盖面积感测结构20b则使用共同的共线路24电性连接至该信号处理器30。如图7所示，该上层垫体121与该下层垫体122为展开状，当该上层垫体121与该下层垫体122上下重叠后，该多个覆盖面积感测结构20b即可以分别感测该表面层11的被覆盖率而产生多个覆盖率信号。
28.请参阅“图8”所示，为本发明呼吸感测装置的覆盖面积感测结构的实施结构示意图，该多个覆盖面积感测结构20c为非接触式感测器且为选自光学式遮断感测器、电容式近接感测器、霍尔元件感测器与光学式温度感测器的任一种。于此实施例中，该多个覆盖面积感测结构20c分别具有一形成于该表面层11的感应区22，且该多个感应区22具有广角的感测范围，使得该多个覆盖面积感测结构20c形成于该表面层11的该多个感应区为重复叠置，并无感测空隙。在此设计下，该多个覆盖面积感测结构20c亦可以分别感测该表面层11的被覆盖率而产生多个覆盖率信号。
29.如上所述，本发明相较习知的优点在于：
30.1.该使用者无需配戴或穿戴仪器，只要躺卧于该感测垫上即可量测呼吸动作，无论正躺、侧躺或趴睡都能量测。
31.2.量测该使用者因呼吸所致的身形轮廓形变的周期性数值变化，没有外在环境振动杂讯的干扰问题，可降低信号处理的难度而避免量测失真的问题。
32.3.不只能量测到呼吸频率，还可以量测到呼吸动作的时间、速度与深浅信息，有效做为临床呼吸评估之用。