呼吸训练器的智能监测装置和监测方法与流程

本发明涉及智能呼吸训练技术领域，尤其涉及呼吸训练器的智能监测装置和监测方法。

背景技术：

对于患有肺部疾病或是肺部做过手术的患者，常采用呼吸训练器对其进行呼吸能力的康复性训练。此外，对于身体健康的人，也可以通过使用呼吸训练器提高肺活量，改善身体的健康状况。

目前，用以训练呼吸所采用的呼吸训练器种类繁多，大致上可分成浮盘式呼吸训练器、球式呼吸训练器、运动呼吸训练器、电子式呼吸训练器、吸入混合式呼吸训练器、叶片式呼吸训练器以及嘴咬式呼吸训练器等类型。

呼吸训练时需要达到预设的呼吸气流速率、容量等参数，需要人工进行判断和记录，以进行呼吸训练达标评估。现有呼吸功能评估、呼吸训练、呼吸达标评估的设备是由计算机控制的机械设备，重量和体积较大，不能随身携带，限制了使用的时间和场地。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种易于与呼吸训练器集成的智能监测装置和监测方法，该监测装置所检测的数据经分析后具有呼吸功能评估、呼吸训练矫正、呼吸训练达标评估的功能。

为了解决上述问题，本发明提供了一种呼吸训练器的智能监测装置，一种呼吸训练器的智能监测装置，所述呼吸训练器包括至少一个呼吸指示腔体，所述呼吸指示腔体内设置有用于指示呼吸容量或流速的指示元件，其特征在于，所述智能检测装置包括：智能监测模块，用于固定于所述呼吸指示腔体外壁，并贴合所述呼吸指示腔体外壁形状，所述智能监测模块包括至少一个传感器，所述传感器用于检测所述指示元件速度和位置。

可选的，还包括容量或流速预置位的指示器，用于加载到所述呼吸指示腔体外壁，可以沿呼吸指示腔体高度方向滑动并固定到所需的指示位置；所述指示器包括双臂结构，所述双臂结构的两臂沿竖直的所述呼吸指示腔体表面左右对称设置；所述智能监测模块固定于所述双臂或其中一个单臂的内侧表面。

可选的，所述智能监测模块包括柔性衬底，所述传感器形成于所述柔性衬底上。

可选的，所述智能监测模块粘贴于所述呼吸指示腔体外壁表面。

可选的，所述智能监测模块包括多个传感器，所述多个传感器沿呼吸指示腔体高度方向平行等间距设置。

可选的，所述传感器包括电容传感器或光电传感器中的至少一种。

可选的，所述电容传感器包括两个电极，沿竖直的所述呼吸指示腔体表面左右对称分布。

可选的，所述光电传感器包括发光单元和光敏单元。

可选的，还包括检测电路模块、连接所述检测电路模块的无线数据发送模块；所述检测电路模块与所述智能监测模块连接，用于通过所述智能监测模块获得呼吸气体流速、容量以及呼吸次数中的至少一种参数；所述无线数据发送模块用于将所述检测电路模块获得的数据发送给服务器，所述服务器能够根据实际需求设定符合要求的呼吸气体流速、容量等参数的范围，以进一步分析数据对呼吸功能、呼吸训练达标进行评估。

可选的，所述指示元件为球体或活塞。

本发明的技术方案还提供一种呼吸训练器的监测方法，所述呼吸训练器包括至少一个呼吸指示腔体，所述呼吸指示腔体内设置有用于指示呼吸容量或流速的指示元件，包括：当用户使用呼吸训练器进行呼吸训练时，监测所述指示元件的移动速度和位置；通过预先测定的所述指示元件的移动速度和进入呼吸训练器的气体流速之间的关系判定用户呼吸时的气体流速；通过预先测定的指示元件最终移动到的位置和气体容量关系判定用户呼吸时的气体容量。

可选的，通过测定所述指示元件通过相邻两个固定间距的传感器之间的时间获得所述指示元件的移动速度。

可选的，根据所述指示元件的尺寸，测定通过一个传感器的时间来获得所述指示元件的移动速度。

可选的，通过所述传感器的检测信号变化测定所述时间。

本发明的智能监测装置具有柔性特性，易于和呼吸训练器进行集成；不改变呼吸训练器的结构和材料，降低了呼吸训练器智能化改造的成本；在单一功能的呼吸训练器的基础上，可通过集成智能监测装置进行多种参数的检测，能够进行呼吸功能评估、呼吸训练、呼吸达标评估等，增加了呼吸训练器的功能；通过集成智能检测装置，在呼吸训练时不再需要人工进行判断和记录，提高了准确性和效率。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式的智能监测装置和呼吸训练器集成的示意图；

图2为本发明一具体实施方式的智能监测装置和呼吸训练器集成的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的呼吸训练器的智能监测装置和监测方法的具体实施方式做详细说明。

请参考图1，为本发明一具体实施方式的智能监测装置和呼吸训练器集成的示意图。

所述呼吸训练器具有一个呼吸指示腔体100，所述呼吸指示腔体100为垂直腔体，内部设置有用于指示呼吸容量或流速的指示元件101，所述指示元件101可以为球体、活塞或者其他结构，能够在气流作用下沿气流方向移动，具体的，为沿呼吸指示腔体100高度方向移动。所述吸指示腔体100的外表面具有智能监测装置102，所述智能检测装置102可以通过背面的单面或双面粘性胶贴合到呼吸指示腔体100的外表面。在其他具体实施方式中，所述智能检测装置102也可以通过螺钉或胶带等固定至所述呼吸指示腔体100外表面。

所述智能监测装置102包括智能监测模块，所述智能监测模块包括柔性衬底1021、所述柔性衬底1021上沿呼吸指示腔体等间距平行设置的多个传感器1022；所述智能监测装置102还包括：传感器检测电路模块1023、无线数据发送模块1024和电源1025。所述智能检测装置102附于所述呼吸指示腔体100的外表面，由于所述智能检测装置102具有柔性衬底1021，可以根据所述呼吸指示腔体100的外表面形状发生形变，从而紧密贴附于所述呼吸指示腔体100的外表面，贴合所述呼吸指示腔体100外壁形状。

该具体实施方式中，所述呼吸指示腔体100具有圆柱形外壁，所述智能监测装置包括若干沿所述圆柱形外壁高度方向平行排列的若干传感器1022。

所述传感器1022包括电容传感器或光电传感器中的至少一种。

该具体实施方式中，所述传感器1022为电容传感器，所述电容传感器包括两个柔性电极，沿竖直的所述呼吸指示腔体100表面左右对称分布。所述两个柔性电极之间的呼吸指示腔体100空间作为所述电容传感器的两个电极之间的介电层。所述电极包括热固化或光固化导电胶、导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属导电胶带、金属和金属氧化物纳米颗粒等导电材料中的至少一种。当所述指示元件101例如球体或活塞移动到传感器1022位置时，所述电容传感器的电容发生变化。在本发明的一些具体实施方式中，所述指示元件101通常采用自重较轻的塑料、橡胶等绝缘材料，当所述指示元件101移动至传感器1022处，所述传感器1022的两个电极之间的介电常数提高，使得所述传感器1022的电容增大，相应的所述传感器1022输出的检测信号发生变化，通过监测所述传感器1022输出信号的变化时间，就能够获得所述指示元件101通过所述传感器1022的时间。

所述传感器1022也可以是光电传感器，包括发光单元和光敏单元。所述发光单元和光敏单元对称设置，所述发光单元为可见光或红外光的发光器件，包括无机发光二极管、有机发光二极管或者真空荧光发光器件等，所述光敏单元包括光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电倍增管、光电池、光电场效应管和光控可控硅等。所述呼吸指示腔体100可以具有透明侧壁，有利于检测光透过。所述光敏感单元和发光单元的位置关系可以是同心圆结构，或是光敏单元和发光单元并行排列结构。所述发光单元发出的检测光，透过所述呼吸指示腔体100被反射后由所述光敏单元接收，转换为电信号。当所述指示元件101例如球体或活塞移动到传感器1022位置时，传感器1022的发光单元所发出的光经指示元件101反射后使光敏单元接收到的光强增加，使得所述传感器1022的检测信号发生变化。

所述传感器检测电路模块1023连接至所述传感器1022，用于检测所述传感器输出的检测数据，通过分析后获得呼吸气体流速、容量、呼吸次数、最大呼气第一秒呼出的气量的容积、尽力尽快呼气所能呼出的最大气量等参数。当用户使用呼吸训练器进行呼吸训练时，通过设置在呼吸训练器外的智能监测装置102中的传感器1022监测指示元件101的移动速度和位置，所述移动速度通过测定指示元件通过上下两个固定间距的传感器1022之间的时间获得，或是根据指示元件101的尺寸以及测定通过一个传感器1022的时间获得。通过预先测定的指示元件101的移动速度和进入呼吸训练器的气体流速之间的关系判定用户呼吸时的气体流速，在此基础上通过预先测定的指示元件101最终移动到的位置和气体容量关系判定用户呼吸时的气体容量。在多次呼吸训练中可同时对呼吸次数进行记录。

所述无线数据发送模块1024用于将所述检测电路模块1023分析后得到的数据发送给服务器。服务器上设计的对应软件，可根据实际需求设定符合要求的呼吸气体流速、容量、最大呼气第一秒呼出的气量的容积、尽力尽快呼气所能呼出的最大气量等参数的范围，并进一步分析数据评估呼吸功能、获得实际呼吸训练与标准方法间的差异、在此基础上改进呼吸训练的方法，提高有效呼吸训练的效率。

所述电源1025为原电池或是可充电池，与所述传感器检测电路模块1023、传感器1022以及无线数据发送模块1024连接，用于给各个模块和传感器提供电源。

请参考图2，为本发明一具体实施方式的智能监测装置和呼吸训练器集成的示意图。

所述呼吸训练器具有一个呼吸指示腔体200，所述呼吸指示腔体200内设置用于指示呼吸容量或流速的指示元件201，所述指示元件201可以为球体或活塞，所述呼吸指示腔体200的外表面预设可调的指示器202，所述指示器202上固定有智能监测装置203。

所述指示器202，位于容量或流速预置位的指示器，用于加载到所述呼吸指示腔体外壁，可以沿呼吸指示腔体高度方向滑动并固定到所需的指示位置。所述指示器202的位置用于指定训练时所需达到的气体容量或流速指标。所述指示器202包括双臂结构，所述双臂结构的两臂沿所述竖直呼吸指示腔体表面左右对称设置，与所述指示腔体200外壁弧度相适应；所述智能监测装置203的智能监测模块固定于所述双臂或其中一个单臂的内侧表面。

所述智能监测装置203包括智能监测模块，所述智能监测模块包括传感器2031；所述智能监测装置203还包括：传感器检测电路模块2032、无线数据发送模块2033和电源2034。

所述传感器2031为电容传感器，所述电容传感器包括两个柔性电极，分别分布在指示器202的双臂内侧或是其中的单臂内侧，所述电极也可先制备到柔性衬底上，再分别分布在指示器202的双臂上或是其中的单臂上。所述电极包括热固化或光固化导电胶、导电聚合物、碳基导电物、金属、金属导电胶带、金属氧化物、金属纳米线、金属和金属氧化物纳米颗粒等导电材料中的至少一种。

所述传感器2031也可以是光电传感器，包括发光单元和光敏单元。所述发光单元为可见光或红外光的发光器件，所述发光器件包括无机发光二极管、有机发光二极管以及真空荧光发光器件中的至少一种，所述光敏单元包括光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电倍增管、光电池、光电场效应管和光控可控硅中的至少一种，所述光敏感单元和发光单元的位置关系可以是同心圆结构或是光敏单元和发光单元并行排列结构。

所述光敏感单元和发光单元分别分布在指示器202的双臂内侧或是其中的单臂内侧表面。当指示元件201移动到传感器2031位置时传感器2031的电容或者检测到的光强发生变化。

所述传感器检测电路模块2032用于检测传感器的数据，通过分析后获得呼吸气体流速、容量、呼吸次数等参数。当用户使用呼吸训练器进行呼吸训练时，通过设置在呼吸训练器外的智能监测装置中的传感器监测球体或活塞移动速度和位置，所述移动速度是根据球体或活塞的尺寸测定通过传感器的时间获得。通过预先测定的球体或活塞移动速度和进入呼吸训练器的气体流速之间的关系判定呼吸时的气体流速，在此基础上通过预先测定的球体或活塞最终移动到的位置和气体容量关系判定呼吸时的气体容量。在多次呼吸训练中同时对呼吸次数进行记录。

所述无线数据发送模块2033将分析后得到的数据发送给服务器。服务器上设计的对应软件，可根据实际需求设定符合要求的呼吸气体流速、容量等参数的范围，并进一步分析数据评估呼吸功能、获得实际呼吸训练与标准方法间的差异、在此基础上改进呼吸训练的方法，提高有效呼吸训练的效率。

所述电源2034为原电池或是可充电池，为传感器检测电路模块2032和无线数据发送模块2033供电。

本发明的具体实施方式还提供一种呼吸训练器的监测方法。

所述呼吸训练器包括至少一个呼吸指示腔体，所述呼吸指示腔体内设置有用于指示呼吸容量或流速的指示元件；当用户使用呼吸训练器进行呼吸训练时，监测所述指示元件的移动速度和位置；通过预先测定的所述指示元件的移动速度和进入呼吸训练器的气体流速之间的关系判定呼吸时的气体流速；通过预先测定的指示元件最终移动到的位置和气体容量关系判定呼吸时的气体容量。

在一些具体实施方式中，可以通过测定所述指示元件通过上下两个固定间距的传感器之间的时间获得所述指示元件的移动速度。

在一些具体实施方式中，可以根据所述指示元件的尺寸，测定通过一个传感器的时间来获得所述指示元件的移动速度。

在一些具体实施方式中，通过所述传感器的检测信号变化测定通过上下两个固定间距的传感器之间的时间或者通过一个传感器的时间。

以上所述仅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，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。