[發(fā)明專利]用于確定呼吸類型的傳感器系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780052397.0
• 申請(qǐng)日: 2017-08-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109640793B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·H·格利森;C·H·塔爾;G·德哈恩;M·J·H·范加斯特爾;A·佩特斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號(hào): A61B5/00
• 分類號(hào): A61B5/00;A61B5/0205;A61B5/024;A61B5/08;A61B5/0295;A61B5/113;A61B5/1455
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 孟杰雄;王英

傳感器系統(tǒng)用于確定對(duì)象的呼吸類型。所述傳感器系統(tǒng)具有第一電磁輻射(例如，光學(xué))傳感器和第二電磁輻射(例如，光學(xué))傳感器，例如，PPG傳感器。所述傳感器用于應(yīng)用于所述對(duì)象的在不同傳感器位置處的皮膚。分析來(lái)自第一傳感器和第二傳感器的信號(hào)以確定主要存在的是第一呼吸類型(例如，胸式呼吸)，還是第二呼吸類型(例如，腹式呼吸)，還是所述第一呼吸類型和所述第二呼吸類型的混合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于確定呼吸類型的傳感器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

用于監(jiān)測(cè)呼吸速率和模式的呼吸傳感器是眾所周知的。

一種測(cè)量呼吸速率的無(wú)創(chuàng)方法是使用光體積描記(PPG)傳感器。這些PPG傳感器測(cè)量身體的體積變化。能夠從PPG信號(hào)中檢索到的生命體征，包括脈搏率、動(dòng)脈血氧飽和度和呼吸速率。

脈搏血氧計(jì)是基于PPG的傳感器的常見(jiàn)示例。雖然這種傳感器的目的是獲得血氧飽和度的度量，但它也能檢測(cè)皮膚中血容量的變化，從而執(zhí)行PPG感測(cè)。通過(guò)檢測(cè)血容量的變化，獲得了對(duì)應(yīng)于脈搏的循環(huán)信號(hào)。此外，這種較高頻率脈沖率信號(hào)在跟蹤呼吸速率的較低頻率信號(hào)上得到調(diào)制。因此，通過(guò)對(duì)PPG信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)濾波，能夠獲得脈搏率信號(hào)和呼吸速率信號(hào)。因此，PPG傳感器(例如，脈搏血氧計(jì))通常用于提供脈搏率和呼吸速率的度量。

PPG傳感器例如包含至少一個(gè)LED和一個(gè)光傳感器。LED和傳感器被放置為使得LED將光引導(dǎo)到用戶的皮膚中，所述光被反射或透射并被傳感器探測(cè)。反射光/透射光的量主要是由皮膚內(nèi)的血液灌注決定的。

PPG系統(tǒng)例如包括紅色LED、近紅外LED和光電探測(cè)器二極管。傳感器通常被配置有LED和光電探測(cè)器二極管，所述探測(cè)器二極管直接在患者的皮膚上，通常在指頭(手指或腳趾)或耳垂上。

患者身上的其他地方也可能是合適的，包括前額、鼻子或其他面部部分、手腕、胸部、鼻中隔、鼻翼、耳道和/或口腔內(nèi)，如臉頰或舌頭。

LED發(fā)出不同波長(zhǎng)的光，這些光擴(kuò)散通過(guò)患者皮膚的血管床并被光電探測(cè)器二極管接收。測(cè)量每個(gè)波長(zhǎng)處的吸光度變化，從而允許傳感器確定僅由脈動(dòng)的動(dòng)脈血引起的吸光度，排除了例如由靜脈血、皮膚、骨骼、肌肉和脂肪引起的吸光度。然后可以分析所得到的PPG信號(hào)。

在透射式脈搏血氧測(cè)定法中，傳感器設(shè)備被放置在患者身體的薄的部分上。反射式脈搏血氧測(cè)定法可以用作透射式脈搏血氧測(cè)定法的替代方案。這種方法不需要人體的薄的部分，因此非常適合更普遍的應(yīng)用，例如，腳、前額和胸部。

呼吸是將新鮮的富氧空氣遞送到肺部的必要條件，富氧空氣從肺部經(jīng)由血液被輸送到所有體細(xì)胞。實(shí)質(zhì)上，增大肺容量會(huì)降低與環(huán)境大氣相比的壓力，因此，根據(jù)波義耳定律，空氣流入肺部。通過(guò)減小肺容量，會(huì)發(fā)生相反的情況，二氧化碳與呼出的空氣會(huì)一起流出肺部。

肺容量變化可能源自兩個(gè)主要區(qū)域(胸部和橫膈膜(腹部))的肌肉。當(dāng)肋骨之間的肌肉收縮，從而移動(dòng)肋骨籠向側(cè)方、前方和后方擴(kuò)展時(shí)，發(fā)生胸式呼吸。當(dāng)橫隔膜收縮，從而向下按壓腹腔時(shí)，發(fā)生腹部或腹式呼吸。腹腔不能減小，但會(huì)改變形狀，從而向前移動(dòng)腹部。在實(shí)踐中，所有呼吸都會(huì)涉及一些腹式呼吸，但不一定都會(huì)涉及胸式呼吸。

當(dāng)休息時(shí)，健康對(duì)象的正常呼吸循環(huán)從腹式呼吸開(kāi)始，然后變成腹式呼吸運(yùn)動(dòng)和胸式呼吸運(yùn)動(dòng)的組合。然而，在緊張的情況下，人們傾向于以相對(duì)淺而快的方式主要進(jìn)行胸部區(qū)域的呼吸。這種類型的呼吸會(huì)刺激自主神經(jīng)系統(tǒng)的交感神經(jīng)(戰(zhàn)斗逃跑反應(yīng))分支。在極端情況下，這會(huì)導(dǎo)致過(guò)度通氣，從而降低血液的pH值(導(dǎo)致堿中毒)。

雖然呼吸是由自主神經(jīng)系統(tǒng)控制的，但是對(duì)象也能夠自發(fā)地影響呼吸模式和速率，并且因此通過(guò)有意從淺的快速胸式呼吸移動(dòng)到更慢、更深的橫隔膜呼吸來(lái)抑制戰(zhàn)斗/逃跑反應(yīng)。放松技術(shù)通常旨在實(shí)現(xiàn)這種放松型呼吸。

類似地，患有慢性阻塞性肺病(COPD)或哮喘的人能夠從這些放松技術(shù)中獲益以恢復(fù)呼吸。