CN102639057B - 呼吸感应体积描记术带子 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于呼吸感应体积描记术的经改进的器械和方法。本发明包括用于测量受试者的周长变化的器械，该器械包括能激励的具有两个末端的导线、用于接合所述末端以形成无间隙导电环的接合装置，该接合装置与导线处于电连通。该器械的这些元件之间的关系提供了与造成周长变化的可测量信号相关联的噪音的降低的水平。在该器械中生成的信号可以被处理并且通过多种装置进行传送以用于分析呼吸努力。公开了一种利用由电流激励的无间隙导线测量呼吸努力的方法。

Description

呼吸感应体积描记术带子
相关申请
本申请要求于2009年9月11日提交的澳大利亚临时申请No.2009904393的优先权和权益。
技术领域
本发明涉及呼吸监测领域。具体而言，本发明是针对用于确定动物的肺容量和呼吸速率的呼吸感应体积描记术带子。
背景技术
存在着许多针对与动物的呼吸周期和呼吸量相关的信息的用途。能够以多种方式来进行呼吸周期和呼吸量的测量。体积描记术领域使用胸部和/或腹部体积的变化来估计呼吸(breathing)或呼吸(respiratory)参数。呼吸体积描记术(RP)领域已经开发了多种方法：弹性体体积描记术、阻抗体积描记术、以及感应体积描记术。呼吸感应体积描记术(RIP)使用环绕胸部或腹部的感应带子作为测量胸部或腹部体积变化的装置。呼吸感应体积描记术采用了这样的原理，即通过导线环施加的电流生成与该环的取向正交的磁场，以及由该环围绕的区域(area)的变化在该环内产生与该区域变化成正比的相反的电流。呼吸过程中的运动改变了由RIP带子环绕的身体部分的截面积，并且因此改变了由该带子生成的磁场的形状，从而感生了相反的电流信号，该电流信号可以利用相关联的信号处理单元来处理和测量。
在本领域已知的一些类型的RIP带子中，信号处理单元与RIP带子之间的接口可以是LC振荡器的一部分，在该振荡器中，由带子电感的变化(由于呼吸努力引起的横截面积的变化)来调制信号频率。通过FM解调振荡器信号，可能获得与呼吸努力成比例的信号。用于采集表示呼吸模式和呼吸量的信号并且将所述信号转化成可定量形式的感应衬衣以及其他换能器也是已知的。一些带子被设计成完全环绕受试者的胸部和/或腹部，而其他带子部分环绕受试者。
存在对于比当前的带子更灵敏的RIP带子的需求，其易于调节并且紧凑，适于并且易于使用。这样的RIP带子将使读数更为精确而无论受试者尺寸如何，尤其是对于儿科应用而言。在本文中，所提及的“带子”是指一种呼吸感应体积描记术带子。
发明内容
本发明的目的是提供用于间接测量受试者的膨胀和收缩的经改进的器械和方法。本发明的另一目的是提供用于确定受试者的呼吸量和呼吸速率的方法和器械。
本发明用于通过结合对应于带子的全部周长的主动测量功能，来提供对受试者的提高的呼吸运动监测灵敏度。本发明避免了使用现有技术的带子延伸部分，该带子延伸部分不生成主动感应变化，因为带子的这些区域倾向于使带子的整体受试者呼吸检测能力失敏感。
在一方面中，本发明提供了用于测量受试者的周长变化的器械，该器械包括具有两个末端的能激励的导线、用于接合所述末端以形成无间隙导电环的接合装置，该接合装置与导线处于电连通。优选地，该接合装置包括凸形和凹形构件。更优选地，该接合装置是锁扣。然而，该接合装置还可以是用于进行紧固的任何其他适当的结构。优选地，该接合装置包括金属材料。优选地，该接合装置是弹性连接器。优选地，本发明的实施例还包括用于信号准备、放大、数字化、处理、传递或无线传输的装置中的任何一个或其组合，优选将其结合在接合装置中。本发明包括多个实施例，这些实施例可以进一步包括用于传输信号的无线接口。
另一方面，本发明提供了一种测量动物的呼吸努力的方法，包括如下步骤：利用无间隙导线环绕动物的胸部和/或腹部；利用电流激励该导线；根据环绕导线的运动采集信号；并且将这些信号转化成呼吸努力的测量值。该动物优选是人。人可以是成年人或儿童。或者，可以在其他物种(诸如马或狗)身上实践该方法。
附图说明
图1示出了现有技术的RIP带子用于估计呼吸量和呼吸速率的普通用途。
图2示出了描述由RIP带子限定的平面区域的简图。
图3示出了现有技术的RIP带子的实施例。
图4示出了结合了相互啮合的导线的可扩展的RIP带子的实施例。
图5示出了处于接合位置中的RIP带子和锁扣组件的实施例。
图6示出了针对RIP带子的锁扣的凸形连接器侧的实施例。
图7示出了针对RIP带子的锁扣的凹形侧的实施例。
图8示出了处于脱离状态的图5的RIP锁扣组件的实施例。
图9示出了处于脱离位置的RIP带子和钩子以及孔眼组件的实施例。
图10示出了处于脱离位置的RIP带子和卡扣组件的实施例。
具体实施方式
附图图示说明了本发明的多个实施例。应当理解的是，存在着本发明的许多种其他可能的实施例，并且本发明仅受权利要求的范围的限制。
图1示出了已知的RIP带子用于估计呼吸量和呼吸速率的普通用途。通常使用两个带子并且将它们置于受试者的腹部(17)以及胸部区域(16)上。这些带子被连接到前端单元(15)上，该前端单元可以包括阻抗匹配电路，并且它可以通过可替换的或者能再充电的电池供电的无线或有线装置与处理单元连通，该处理单元对这些信号进行分析/处理，并获得与呼吸努力成比例的信号。
图2示出了简图，描述了由RIP带子(9)限定的大致为圆形的可变平面区域(11)、(12)，当利用电流激励时，该带子成为磁环的主要部分。由磁环限定的相关总区域包括如下部分：环绕受试者的主环(11)、在连接到带子(32和33)上的导线与导线被成型在一起的点(13)之间的可变平面区域(12)、在导线被成型在一起(13)的线缆部分中的导线一直到还可能包括前端的连接器(14)之间的小恒定区域。此外，可以将该可变平面区域(12)设置在与大致为圆形的可变平面区域(11)相同的平面中或另一平面中。在本文中，该受试者可以是人或任何其他动物。应当理解的是，本发明对于监测马的呼吸以及其他兽医应用将是有利的。
呼吸过程中的运动改变了由RIP带子所限定的平面区域，并且因此改变了由被激励的带子生成的磁场的特性，这感生了与被激励的带子中的电流相反的电流，该相反的电流是可测量的。该运动还可能影响可变平面区域的取向以及这两个平面区域(11和12)之间的关系。对可变的测量电流进行处理从而给出与引起电流改变的呼吸努力成比例的信号。由受试者的呼吸运动导致的平面区域的任何变化以及随之发生的磁环特性的变化贡献于感兴趣信号的相关部分，而由其他运动导致的平面区域的任何变化以及作为结果的磁性特性的变化贡献于感兴趣信号的不精确性或噪声。相对于通过完全环绕受试者贡献于该信号的可变平面区域，本发明最有利地试图将对与呼吸努力成比例的信号无贡献的可变平面区域的部分降至最低，由此降低来自可变区域(12)的噪音并且因此提高了感兴趣信号的信噪比。
通过参考图3更容易地看到本发明的优点，该图示出了现有技术RIP带子的另一特征性实例。在这一特征性实例中，该带子的截面区域没有完全环绕受试者，因为锁扣将间隙(19)引入到该完整的环中。在这一实例中，可变平面区域包括由到带子(20和21)的线缆连接点以及这两个导线被成型到一起的点(31)所限定的截面区域。该磁环的剩余部分处在该成型的线缆之内，一直到连接器(18)。与在图2中图示的本发明的情况相比较，这一实例的可变平面区域(12)导致较大量的无关信号被引入到呼吸信号中，以及最终不希望的小的信噪比。
图4示出了作为RIP带子(1)的本发明的实施例，该RIP带子具有相互啮合的导线(10)。该带子的材料可以是任何适合的可扩展的材料，诸如结合弹性线的布。这种带子与接合装置结合使用以便在可操作地接合时创建RIP带子。当安装使用时，该带子必须紧密配合在受试者四周的附近。优选地，接合装置是如图5至8中所示的锁扣。然而，可以使用本领域已知的其他接合装置。导线可以与或者可以不与带子相互啮合。导线的其他实施例可以利用本领域已知的适当的附接装置(诸如网格环、销钉，等等)通过附接将导线结合到带子上。而且，该图以“之字形”模式示出了该导线，但是也可以使用其他模式。本发明包括可扩展的任何类型的带子以及相关导线。导线(10)的布置模式的选择取决于由所选择的模式所产生的信噪比。所述模式应当允许带子是可扩展和伸展的，并且允许导线与其一起伸展。这种接合装置可以采用其他形式，诸如钩子或卡扣，如在图9和10中所示。
图5示出了RIP带子(1)和锁扣的优选实施例，当锁扣如所示接合时带子(1)形成完全环绕回路。相互啮合的导线的末端部分(如图4中10所示)在接合装置(4)的凸形部分和接合装置(2)的凹形部分两者的内部是电连通的(如下所述)。优选地，接合装置(4)将脱离释放机构(3)结合在凸形部分4中，如在图5和6中所示。
图6示出了接合装置的凸形部分(4)的实施例。与导线(参见10，图4)相互啮合的带子(1)与电连接器(5)的第一引脚处于电连通从而允许将这些信号传递到电路中，该电路可以将这些信号数字化并且将它们传递到分析处理单元用于计算呼吸量和呼吸速率。优选地，该连接器包括金属材料。然而，可以使用任何适当的导电材料，诸如导电聚合物。当与锁扣(4)的凸形部分接合时，锁扣(2)的凹形部分通过电连接器(5)的第二引脚、并且通过导电连接器(7)与前端处于电连通。优选地，该连接器包括金属材料。脱离释放机构(3)实施例优选是凸形接合装置(4)的一部分，但其他布置也是可能的。
图7示出了接合装置(2)的凹形部分的实施例。当接合时，与导线(参见10，图4)相互啮合的带子(1)通过电连接(6)与接合装置(4)的凸形部分处于电连通。优选地，该电连接包括弹性材料，诸如弹簧。
图8示出了最优选的实施例，其具有接合装置的凸形部分和凹形部分两者。在锁扣(2)的插座侧上基于弹簧的连接(6)与接合装置(4)的凸形端上的金属连接接口(7)接界，从而完成电路在佩戴该带子的受试者周围的完全环绕。在这一实施例中，然后这两个连接都被连接到连接器(5)，将信号传递到电路中，该电路可以将这些信号数字化并且将它们传递到分析处理单元用于计算呼吸量和呼吸速率。其他次优选的实施例可以包括不具有凸形和凹形部分但是接合连接器的接合装置。然而，这样的接合装置在保持电路连接方面可能是较低效的。
本发明包括类似于在图1中所示的那些的多个带子。这些实施例可以将阻抗匹配电路、带子相互连接、以及可以通过可替换的或者能再充电的电池供电的无线或有线装置连通的那些结合到处理单元上，对这些信号进行分析/处理，并获得与呼吸努力成比例的信号。具有多个带子的实施例包括用于在带子之间以及在带子与前端单元之间连通的互通装置。前端单元可以包括连接器装置、信号采集装置或信号分析装置、或者它们的组合。互通装置可以包括结合多个导线的线缆。在这样的实施例中，可能存在单个电连接器(5)，诸如在图7中所示。其他实施例可以将分析单元(或可替换的或者能再充电的基于电池的无线接口)结合到锁扣中。其他实施例可以将阻抗匹配线圈结合到带子锁扣中用于信号改善。
图9示出了处于脱离位置的RIP带子以及钩子和孔眼组件的实施例。带子(22)用于最佳地环绕受试者。相互啮合的导线(23)用于实现磁环区域。钩子和孔眼(25)用于两个目的-第一是用于将带子(22)固定在受试者周围并且第二是使实现带子的两侧之间的电连接，从而使不想要的可变截面区域降至最低。这些信号通过连接器(24)传送到前端单元。
图10示出了处于脱离位置的RIP带子以及卡扣组件的实施例。类似于图9，带子(26)最佳地环绕受试者。相互啮合的导线(27)实现磁环。卡扣插头(29)和插座(30)实现带子的两端之间的电连接并且这些信号通过连接器(28)向前传送。

Claims (14)

1.一种用于测量受试者的周长变化的器械，以便前端单元确定所述受试者的呼吸量和呼吸速率，所述器械包括：
带子(1)，其用于围绕所述受试者的周长定位；
能激励的导线(10)，其在所述带子(1)上提供，所述导线(10)具有第一末端和第二末端；以及
接合装置，其用于围绕所述受试者紧固所述带子(1)；
其特征在于：
所述接合装置包括导电连接器(7)，其用于实现所述导线(10)的所述第一末端与所述第二末端之间的电连接，以形成无间隙导电环；
所述器械还包括：
单个电连接器(5)，其具有第一引脚和第二引脚，以及
互通装置，其用于在带子之间以及在带子与前端单元之间连通，
所述互通装置用于将指示所述导线(10)的运动的信号传送至所述前端单元；
所述导线(10)的所述第一末端与所述单个电连接器(5)的所述第一引脚电连通；并且
所述导线(10)的所述第二末端经由所述导电连接器(7)与所述单个电连接器(5)的所述第二引脚电连通。
2.根据权利要求1所述的器械，其中，所述接合装置包括凸形构件和凹形构件。
3.根据权利要求1所述的器械，其中，所述接合装置是锁扣。
4.根据权利要求1或2中的任一项所述的器械，其中，所述导线(10)包括金属材料。
5.根据权利要求1或2所述的器械，其中，所述接合装置包括弹性连接器。
6.根据权利要求1或2所述的器械，还包括信号数字化装置。
7.根据权利要求6所述的器械，其中，所述信号数字化装置被结合到所述接合装置中。
8.根据权利要求1或2所述的器械，其中，所述互通装置包括用于传输信号的无线接口。
9.根据权利要求1或2所述的器械，还包括用于提供电流的电池。
10.根据权利要求9所述的器械，其中，所述电池是能再充电的。
11.一种测量动物的呼吸努力的方法，包括如下步骤：
提供如权利要求1-10中的任一项所述的器械；
利用带子(1)环绕所述动物的胸部和/或腹部；
利用接合装置围绕所述动物紧固所述带子(1)
利用电流激励所述导线(10)；
根据环绕导线(10)的运动采集信号；
利用互通装置将信号传送至前端单元；以及
利用所述前端单元将所述信号转换成呼吸努力的测量值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述动物是人类。
13.根据权利要求11或12中的任一项所述的方法，其中，所述信号以无线方式被传输至所述前端单元。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述传输的步骤是利用电池供电的。
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