CN111670057A - 包括挤取套件、真空单元和乳汁挤取评估系统的吸乳器设备 - Google Patents

包括挤取套件、真空单元和乳汁挤取评估系统的吸乳器设备 Download PDF

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Abstract

一种吸乳器设备(1)，包括挤取套件(2)和真空单元(3)，真空单元被配置为实现挤取套件(2)中的压力循环。为了确定一个或多个乳汁挤取特征，例如挤取乳汁的总量，设备(1)配备有包括声音传感器(61)和处理器(62)的声学乳汁挤取评估系统(6)，处理器被配置为当容器(4)与设备(1)一起使用以接收挤取的乳汁时，处理在设备(1)操作期间从传感器(61)接收的声音信号。通过在吸乳过程期间记录声音，可以确定挤取的乳汁的液滴从挤取套件(2)至容器(4)的自由下落的持续时间的值，该值可以作为许多感兴趣的乳汁挤取特征的度量。

Description

包括挤取套件、真空单元和乳汁挤取评估系统的吸乳器设备
技术领域
在一个方面，本发明涉及一种吸乳器设备，其包括(I)包括乳房接纳漏斗、乳汁出口和空气出口的挤取套件，(ii)被配置为在挤取套件中实现压力循环的真空单元，包括用于连接到挤取套件的空气出口的空气入口，和用于通过挤取套件的空气出口和真空单元的空气入口从挤取套件中吸取空气的泵机构，以及(iii)乳汁挤取评估系统。
在另一方面，本发明涉及吸乳器设备和外部设备或系统的组件，该外部设备或系统被配置为向用户提供信息。
在又一方面，本发明涉及一种用于在通过吸乳器设备进行的吸乳过程中确定乳汁挤取特征的方法，该吸乳器设备包括挤出套件和真空单元，该挤出套件包括乳房接纳漏斗、乳汁出口和空气出口，该真空单元被配置为实现挤出套件中的压力循环，该真空单元包括用于连接到挤出套件的空气出口的空气入口，和用于通过挤出套件的空气出口和真空单元的空气入口从挤出套件中吸取空气的泵机构。
背景技术
一般而言，吸乳器设备是众所周知的用于从哺乳妇女的一个乳房或同时从两个乳房中抽取乳汁的工具。吸乳器设备可用于各种情况，例如，如果小孩或婴儿不能从乳房中吸奶，或者如果母亲与其小孩或婴儿分开并且小孩或婴儿将在稍后由母亲或其他人用母乳喂养。因此，妇女使用吸乳器设备在方便的时候挤取母乳，储存起来供其/小孩或婴儿稍后食用。吸乳器设备也可能在如下情况中有帮助：即期望刺激并增加低奶量妇女的产奶或减轻乳房膨胀带来的压力。
吸乳器设备通常通过一个或两个挤取套件操作。尤其是，挤取套件包括用于接纳妇女乳房的乳房接纳漏斗，该漏斗可配备有用于以某种方式按摩乳房的垫等，并且被设计用于连接到用于实现挤取套件中的压力循环的真空单元，通过该真空单元能够从乳房挤取乳汁。在实际情况下，真空单元包括电动真空泵设备，但是手动操作的吸乳器设备也是已知的并在实践中使用。事实是，通过生成压力循环，特别是真空循环，可能伴随有某种方式的按摩乳房，获得了对喂养行为的模拟，这触发了使用吸乳器设备的哺乳妇女的必要泌乳反射。为完整起见，请注意，本文中使用的术语“真空”指相对较低的压力，即明显低于环境压力的压力。
通过吸乳器设备进行的吸乳过程而获得的母乳经常被计划在比吸乳过程发生时间晚得多的阶段被使用。母乳通常储存在冰箱或冰柜中，在这种情况下，母乳在被喂给小孩或婴儿之前被加热。鉴于每个小孩或婴儿都需要特定量的母乳这一事实，跟踪现有母乳的总量非常重要。具体而言，可以确定母乳的总量是否足以满足小孩或婴儿的一个或多个即将到来的喂养过程和/或在一个或多个即将到来的吸乳过程中优选应挤取多少母乳。
为了能够决定是否有足够的母乳量供小孩或婴儿使用，小孩或婴儿的母亲或其他照顾者可以通过查看储存母乳的冰箱或冰柜来获得可用总量的印象。另一种选择是，母亲或其他照顾者在日志中记录储存的母乳量，要么诸如借助笔记本在纸上记录要么诸如借助电子表格电子地记录，在这种情况下无需进行目视检查。在这两种情况下，都需要手动地将不同的母乳量相加，以确定总母乳量。在后一种情况下，还可以跟踪母乳的消耗。另一种选择是使用智能手机应用程序或计算机程序，除了可能的其他有用功能外，该程序还被设计成跟踪总母乳量。然而，在这种情况下，母亲或其他照顾者仍有必要执行向应用程序或程序提供关于挤取母乳量和母乳消耗的输入的动作。
WO 2014/058430 A1涉及一种吸乳器设备，其包括用于产生吸力的泵和控制器，该控制器被配置为：控制泵以一定频率以循环方式产生不同的吸力水平，控制泵以开始和停止吸乳，收集来自用户的收集母乳量的输入，以及存储至少一个吸乳过程的信息。在一个实施例中，吸乳器设备包括在控制器的触摸屏显示器上的图形用户界面。图形用户界面包括具有开始/停止按钮、过程持续时间时钟、吸力控制部分和速度控制部分中的一个或多个的泵控制标签、具有左母乳量输入部分、右母乳量输入部分、保存按钮和过程信息部分中的一个或多个的母乳量输入标签；以及具有滚动控制部分中的一个或多个和过程历史信息部分的过程历史标签。这些标签为用户提供了在各种操作模式(例如泵控制、母乳量输入和查看过程历史)之间切换的方式。触摸屏显示器可以显示过程持续时间、当前泵吸力水平、当前循环速度水平、当前音量状态(例如接通或静音)和当前电池状态中的至少一个。在另外，触摸屏显示器可以提供用户已经保存的关于一个或多个吸乳过程的过程历史信息，包括日期、时间、左母乳量水平、右母乳量水平、吸力水平、速度和持续时间中的一个或多个。
US2016/287767公开了一种具有改进的反馈乳汁提取系统的吸乳器。该系统可以与各种电子设备和/或服务器部件通信，以交换数据并执行特定功能。该功能可包括向用户提供视觉和听觉反馈、支持独特的套件识别以及相关的用户配置文件和优选的配置设置、在吸乳器运行期间检测和响应具有不同大小的泄漏、响应检测到的泄漏和检测到的泄漏类型和/或程度控制吸乳器的运行、如果故障情况被检测到或即将发生则抢先联系客户、实现收集容器的有效贴标以及确定挤取的母乳的体积和流量。
发明内容
鉴于前述内容，本发明的一个目的是提供一种具有新设计的吸乳器设备，该新设计尤其允许在吸乳过程期间自动确定挤取的母乳的总量，从而至少在需要获得关于吸乳量的信息时，母亲或其他照顾者可以免于负担。更一般而言，本发明的一个目的是提供一种吸乳器设备，该吸乳器设备适于以可靠的方式自动确定吸乳过程的一个或多个乳汁挤取特征。
为此，本发明提供了一种吸乳器设备，包括(i)包括乳房接纳漏斗、乳汁出口和空气出口的挤取套件，(ii)真空单元，其被配置为在挤取套件中实现压力循环，包括用于连接到挤取套件的空气出口的空气入口和用于通过挤取套件的空气出口和真空单元的空气入口从挤取套件中吸取空气的泵机构，以及(iii)包括声音传感器和处理器的声学乳汁挤取评估系统，该处理器被配置为在吸乳器设备的操作过程中，当容器被与吸乳器设备一起使用以从挤取套件的乳汁出口接收乳汁时，处理从声音传感器接收的声音信号。
本发明依赖于应用声学技术以在吸乳期间自动确定挤取乳汁量，和/或在需要时自动确定一个或多个其他乳汁挤取特征。为了具有最佳的易用性，本发明可涉及将自动确定的乳汁量传输至智能手机应用程序或计算机程序，例如，该应用程序或程序可进一步被设计为跟踪吸乳过程的其他特征，例如开始时间、持续时间和挤取速度。
在吸乳过程期间，在压力循环的影响下，发生重复的过程，在该过程中，新挤取的母乳被允许在挤取套件中乳汁出口上游的位置积聚，并被允许从该位置通过乳汁出口落下。作为本发明基础的第一个基本洞察是，一定量的乳汁被释放的时刻(以下称为释放时刻)可以被知晓和/或确定，并且也可以确定一定量的乳汁在被释放后到达表面的时刻(以下称为飞行结束时刻)，因为这后一时刻涉及声音的产生并具有特定的声音标志。作为本发明基础的第二个基本洞察是，释放时刻和飞行结束时刻之间的持续时间值(以下称为自由落体持续时间)可以作为存在于用于接收乳汁的容器中的总乳汁量的度量。事实是，容器中存在的乳汁越多，自由落体持续时间的值就越低。与飞行结束时刻相关地提及的表面可以是容器的表面或容器中存在的一定量乳汁的表面。乳汁的总量越大，容器中乳汁的高度越高，并且一定量的乳汁在被释放后撞击表面产生声音就越早。
在本发明的框架内，可以使用任何合适类型的容器。与许多常规情况一样，挤取套件可以在乳汁出口周围的位置处设置有螺纹，从而可以在合适的位置将容器拧到挤取套件上，以便在吸乳器设备的操作过程中从挤取套件接收乳汁。然而，本发明也涵盖了将容器附接到吸乳器设备的其他可能性。
在声音检测的基础上确定乳汁挤取特征似乎是一个有利的概念，这提供了各种有趣的可能性，下文将对此进行解释。
在根据本发明的吸乳器设备的实际实施例中，处理器被配置为在吸乳器设备的操作期间根据例程处理从声音传感器接收的声音信号，在该例程中确定释放时刻和在所述释放时刻之后所述声音信号中出现尖峰(峰值)的第一时刻之间的持续时间的值，释放时刻指在压力循环期间发生真空释放的时刻并在此时刻通过乳汁出口发生乳汁的相关释放。如上已经大致解释的，吸乳过程涉及新挤取的乳汁在挤取套件中积聚和通过乳汁出口释放乳汁的重复过程。当在压力循环中施加真空时，乳汁被从妇女的乳房中取出。当在压力循环中释放真空时，允许乳汁通过乳汁出口离开挤取套件，从而在那时乳汁下落并落入与吸乳器设备一起使用的用于从乳汁出口接收乳汁的容器，直至乳汁撞击容器的表面，或者在容器的表面被一定量的乳汁覆盖的情况下，撞击容器中存在的乳汁的表面，由此导致声音信号中的尖峰。一旦确定了释放时刻和释放时刻之后的出现声音信号中的尖峰的第一时刻(即飞行结束时刻)之间的持续时间的值，就获得了与容器中的总乳汁量直接相关的值，并且因此该值适于被用在确定容器中总乳汁量的实际值的过程中。
当应用本发明时，飞行结束时刻被从声音信号的解释中得出。但是，释放时刻可以通过任何合适的方式确定。在这方面，应当注意，所述例程可涉及根据声音信号中的尖峰和泵机构的实际控制信号中的至少一个确定释放时刻。
处理器可特别被配置为基于自由落体持续时间的值和与容器的尺寸特征相关的值进行乳汁量计算，乳汁量计算是容器中乳汁的实际量的计算。作为第一步，乳汁量计算可包括根据以下关系：s＝0.5*g*t2确定从挤取套件中的位置并通过乳汁出口被释放的一定量乳汁自由下落所经过的距离，其中s代表距离，g代表重力加速度，t代表自由落体持续时间。作为第二步，乳汁量计算可包括根据以下关系：hm＝hc+hv-s确定容器中乳汁的高度，其中hm代表容器中乳汁的高度，hc代表容器的总高度，并且hv代表乳汁从容器上方被释放的位置的高度。基于给定容器中的液体高度和液体量之间的固定关系，容器中的挤取乳汁的实际量可直接从hm值的确定中得出。
优选地，声学乳汁挤取评估系统适合于在乳汁量计算中包括对挤取套件和附接到其上的容器的倾斜朝向的补偿。事实是，在许多实际情况下，尤其是考虑到妇女通常将挤取套件和附接到其上的容器保持到她乳房上这个事实，可以预见挤取套件和附接到其上的容器的倾斜朝向。在这方面，应当注意的是，声学乳汁挤取评估系统可以包括位于挤取套件中的惯性传感器，在这种情况下，处理器可以被配置为：根据例程处理从惯性传感器接收的惯性信号，在该例程中确定z方向上的加速度的值，z方向是乳汁出口所在的挤取套件的主体部分的纵向方向；并且在乳汁量计算中包括基于挤取套件相对于竖直方向的倾斜角度的实际值确定从挤取套件中的位置并通过乳汁出口被释放的一定量乳汁自由下落所经过的距离的修正值。此外，处理器可被配置为根据以下关系确定修正值：f＝1/cos(θ)，其中f代表修正值，并且θ代表倾斜角度，并且θ＝cos-1[(|Az/g|)]，其中Az代表z方向上的加速度。
如果处理器被配置为：评估自由落体持续时间的值是否在值的预定范围内，并且仅针对在预定范围内的值执行乳汁量计算，则是有利的，因为这有助于声学乳汁挤取评估系统的准确性。特别地，这使得处理器能够运行，其中可以忽略不代表相关时刻的声音信号中的尖峰。假设挤取套件和容器具有特定尺寸，自由落体持续时间的实际可行的值的范围可被预先确定并且被编程在处理器中。
尤其是在可以将不同类型的容器与吸乳器设备一起使用的情况下，吸乳器设备包括被配置为接收来自用户的关于容器的实际类型的输入并向处理器传输相关信息信号的用户界面是有利的。或者，吸乳器设备可配备某种用于自动检测容器类型的系统。在这两种情况下，容器以适当的方式贴上标签是可行的。如上所述的系统可以被特别设计成使处理器能够具有关于实际容器的总高度的信息以及关于实际容器的液体高度和液体量之间关系的信息。
在根据本发明的吸乳器设备的实际实施例中，挤取套件包括阀组件。在这种情况下，挤取套件中释放乳汁的位置是挤取套件中的该阀组件的位置，并且释放时刻是在压力循环期间阀组件在真空释放的影响下打开的时刻。例如，阀组件可以包括鸭嘴阀。
作为适于执行乳汁量计算的替代或补充，处理器可适于执行旨在在吸乳过程期间向用户提供挤取的母乳的脂肪含量的实时指示的计算。众所周知，前乳比后乳更稀且脂肪含量更低。基于如下洞察：脂肪含量影响表面张力，并且这可能影响乳汁撞击容器的表面或容器中存在的一定量乳汁的表面的声音信号，本发明提供了一种在吸乳过程期间确定乳汁的脂肪含量的方法。例如，可以向用户提供所挤取的乳汁是能够有资格作为前乳还是有资格作为后乳的实时指示，乳汁的脂肪含量的指示，乳汁的总(平均)脂肪含量的指示，和/或关于如何确保将所设想的前乳和后乳的混合物收集在容器中以便在不需要采取进一步(混合)动作的情况下获得用于喂养过程的最佳混合物的推荐。
注意，处理器可以是任何合适的类型，并且可以是吸乳器设备的中央处理单元(CPU)的一部分，该中央处理单元进一步被配置为控制吸乳器设备的操作，特别是泵机构。
为了节省能量，这在吸乳器设备是电池驱动设备时尤其重要，如果CPU被配置为仅在吸乳器设备开始运行后的预定时间后才激活声学乳汁挤取评估系统，则可能是有利的。作为该选项的基础的洞察是，在要确定通过吸乳过程获得的母乳总量时，仅需在吸乳过程的最后阶段期间检测声音信号并对其进行分析。
优选地，处理器被配置为与被配置为向用户提供信息的外部设备或系统通信。这种外部设备或系统的示例包括智能手机、智能手表、平板电脑、笔记本电脑和计算机。外部设备或系统可用于运行应用程序/程序，以向用户提供关于吸乳器设备以及通过该设备执行的吸乳过程的信息。与外部设备或系统的通信优选是无线的。
在本发明的框架内，声音传感器的各种位置是可行的。实用且有用的位置可以是位于乳房接纳漏斗下游的挤取套件处的位置。通常，优选待检测的声音信号足够强且尽可能不受干扰影响的位置。声音传感器可以包括例如麦克风或合适的压力传感器或加速度计。
本发明还涉及一种吸乳器设备和包括声音传感器的外部设备或系统的组件，该设备或系统进一步被配置为向用户提供信息，该组件进一步包括用于将外部设备或系统保持在吸乳器设备上的保持器机构或用于和吸乳器设备一起使用的容器。在本发明的上下文中，已经发现，不为吸乳器设备配备声音传感器，而是提供包括声音传感器的外部设备或系统并将其保持在吸乳器设备或容器上可能是可行的。例如，可以使用通常存在于智能手机中的麦克风。通过将智能手机保持在吸乳器设备或容器上的适当位置，可以检测将被处理以确定一个或多个乳汁挤取特征的声音信号。保持器机构可包括保持器元件，该保持器元件是吸乳器设备或容器的一体部分，但是如果提供可连接到吸乳器设备或容器并可从其移除的保持器元件，则这样可能更实用。
事实上，整个声学乳汁挤取评估系统可以被包含在外部设备或系统中，在这种情况下，外部设备或系统不仅配备有声音传感器，而且还配备有被配置为处理从声音传感器接收的声音信号的处理器。前述关于处理器配置的各种选项同样适用于这种情况。
本发明还涉及一种用于在通过吸乳器设备进行的吸乳过程期间确定乳汁挤取特征的方法，该吸乳器设备包括挤取套件和真空单元，该挤取套件包括乳房接纳漏斗、乳汁出口和空气出口，该真空单元被配置为实现挤取套件中的压力循环，该真空单元包括用于连接到挤取套件的空气出口的空气入口和用于通过挤取套件的空气出口和真空单元的空气入口从挤取套件吸取空气的泵机构，其中通过检测声音来确定在乳汁被从挤取套件中释放的时刻和乳汁自由下落结束且乳汁撞击位于低于挤取套件的高度处的表面的时刻之间的持续时间。
当实施根据本发明的方法时，可以应用的基本原理是，声音信号中的尖峰被视为一定量的乳汁被从挤取套件中释放的时刻和该一定量的乳汁自由下落结束且该一定量的乳汁撞击表面的时刻的指示。在上文中，已经提供了关于处理声音信号以产生关于乳汁挤取特征的信息的方式的解释，特别是容器中乳汁的实际量。
根据上文已经提出的建议，应当注意，可以与吸乳器设备一起使用包括声音传感器的外部设备或系统以检测声音，该设备或系统进一步被配置为向用户提供信息。
参考以下对根据本发明的吸乳器设备的详细描述、各种可能的实施例及其各种控制方式，本发明的上述和其他方面将变得显而易见并得到阐明。
附图说明
现在将参考附图更详细地解释本发明，其中相同或相似的部分由相同的附图标记表示，并且其中：
图1概略性地示出了一种吸乳器设备，其包括挤取套件、真空单元和将挤取套件和真空单元互连的柔性软管，并且还概略性地示出了用于从吸乳器设备接收信息并向用户显示信息的智能手机；
图2图示了挤取的乳汁被收集在挤取套件中的各个阶段，乳汁被朝着附接到挤取套件的容器释放，并且乳汁分别撞击空容器的底部表面和被部分填充的容器中的一定量乳汁的表面；
图3是说明由真空单元施加的压力、在吸乳器设备或附接到挤取套件的容器上记录的声音水平和时间之间关系的理论图；
图4是示出在吸乳器设备上记录的声音水平与时间之间的关系的图表，该关系是从在本发明的上下文中进行的实验中获得的；
图5示出了与挤取套件和附接到挤取套件的容器的倾斜位置相关的各种因素；和
图6是示出通过智能手机在吸乳器设备上记录的声音水平与时间之间的关系的图表，该关系是从在本发明的上下文中进行的另一实验中获得的。
具体实施方式
本发明属于吸乳器设备领域，并且尤其适用于电动吸乳器设备。参考图1，将首先给出电动吸乳器设备的整体描述，以便清楚地描述本发明的上下文方面。
吸乳器设备1包括挤取套件2和用于产生压力循环的真空单元3，在该压力循环期间真空(低压)被交替地产生和释放。为了在吸乳器设备1的操作过程期间接收挤取的母乳，使用了乳汁容器4，该乳汁容器4可通过例如螺丝接合连接到挤取套件2，由此封闭挤取套件2的下端。真空单元3是电动真空单元，并且包括电动泵31和空气阀，以用于在操作期间实现交替的真空，即在通过吸乳器设备1执行的吸乳过程期间。泵31、空气阀和用于实现泵31和空气阀的适当操作的中央处理单元(CPU)32被设计成以吸乳器设备领域中众所周知的方式运行。因此，这些部件的进一步细节将不在本文中解释，并且这同样适用于本身已知的真空单元3的其他实际方面。泵31电连接到电功率源，这例如可以是市电或电池。泵31和中央处理器32在图1中被概略地图示为虚线矩形，而空气阀未示出。允许在泵31和CPU 32之间的控制信号等的交换的路径在图1中以虚线示出。例如，该路径可以实现为任何合适类型的通信线路。
挤取套件2包括乳房接纳漏斗21、用作乳汁出口22的孔隙以及从乳房接纳漏斗21到乳汁出口22的乳汁路径23。因此，乳房接纳漏斗21通过乳汁路径23与乳汁出口22流体连通。乳汁路径23可通过阀组件24(图2中概略性示出)关闭，该阀组件24在所示示例中包括鸭嘴阀。乳房接纳漏斗21可包括按摩垫等(未示出)，用于给乳房提供柔软和温暖的感觉和/或模仿小孩或婴儿的吮吸动作。
在图1中，吸乳器设备1示出为处于组装状态，其中真空单元3通过柔性软管5连接至挤取套件2，其中真空单元3的空气入口33连接至挤取套件2的空气出口25。这种配置允许将真空单元3相对于挤取套件2布置在远处，从而可以将吸乳器设备1要用于妇女乳房的部分的尺寸保持在合理的限度内。值得注意的是，吸乳器设备1可以包括两个挤取套件2，用于使使用吸乳器设备1的哺乳妇女能够同时从两个乳房中提取乳汁，在这种情况下，挤取套件2可以共用一个公共的真空单元3。
有利地，如图所示，吸乳器设备1包括用户界面34，用于允许用户控制吸乳器设备1的操作。在所示示例中，用户界面34布置在真空单元3上，并且使得用户能够向CPU 32提供输入。用户界面34可以以任何合适的方式实现，例如通过所示的多个按钮，或者通过触摸屏。举例来说，请注意，用户界面34可以包括用于激活刺激模式的一个按钮35和用于选择三种挤取设置之一的三个按钮36。
本发明提供了一种在吸乳过程中自动确定一个或多个乳汁挤取特征的方法，例如容器4接收的挤取的母乳的量。为此，吸乳器设备1配备有包括声音传感器61和处理器62的声学乳汁挤取评估系统6，该处理器62被配置为在吸乳器设备1的操作期间处理从声音传感器61接收的声音信号。在所示示例中，声音传感器61是在沿乳汁路径23的位于阀组件24上游的位置处集成在挤取套件2中的麦克风。这并不改变另一种类型的声音传感器61(例如合适的压力传感器或加速度计)可用于根据本发明的吸乳器设备1中的事实。在声音传感器61是麦克风的情况下，优选地的是，麦克风是单向的或心形类型的，以最小化外部噪声并最佳地拾取下落乳汁滴的声音标志。此外，在本发明的框架内，声传感器61的其他位置也是可行的。当涉及最小化背景噪声时，在本发明的框架内可以增加合适的声音屏蔽。
声音传感器61和处理器62在图1中均被概略地图示为虚线矩形。允许声音信号从声音传感器61传输到处理器62的路径在图1中以虚线概略地示出。路径优选以无线方式实现，这不应被理解为暗示有线路径未被本发明覆盖。
处理器62可以是CPU 32的一部分，如图1所示。除了吸乳器设备1之外，图1还示出了智能手机7，用于在吸乳器设备1的操作期间向用户提供处理器62生成的信息。处理器62被配置为与智能手机7通信，其中智能手机7可用于运行应用程序，该应用程序被设计为在智能手机7的屏幕71上显示关于吸乳器设备1和通过吸乳器设备1执行的吸乳过程的相关信息，并且还可能接收来自用户的相关输入，在该情况下智能手机7用作用户界面。允许处理器62和智能手机7之间交换信息的路径在图1中以虚线概略地示出。路径优选以无线方式实现，这不应被理解为暗示有线路径未被本发明覆盖。
在下文中，将解释声学乳汁挤取评估系统6的工作方式，其中还将给出声学乳汁挤取评估系统6的工作原理的理论背景的细节。
一般而言，吸乳器设备1用于实现从妇女乳房中挤取乳汁。为此，对乳房施加交替真空(压力循环)。在低压或真空时间段期间，从乳房挤取乳汁的实际过程发生。每次真空被释放时，新挤取的乳汁滴落在容器4中。从挤取套件2中落下的乳汁量很少，并且可以预见从挤取套件2中以液滴的形式出现。在图2中，挤取套件2和附接到其上的容器4的第一个(最左侧)表达用于说明这样一个事实，即在真空时间段期间，阀组件24被关闭，使得乳汁收集在阀组件24上方。从挤取套件2中(待被)释放的乳汁在图2中以圆形被概略地描述，并且阀组件24也以多条线被概略地图示。在挤取套件2和附接到其上的容器4的第二表达中，示出了当压力被释放时，乳汁落入容器4中。挤取套件2和附接到其上的容器4的第三表达用于说明容器4或多或少是空的并且被从挤取套件2释放的乳汁最终到达容器4的底部表面的情况，而挤取套件2和附接到其上的容器4的第四表达用于说明容器4包含一定量的乳汁且被从挤取套件2释放的乳汁最终到达该一定量乳汁的表面的情况。从挤取套件2和附接到其上的容器4的第三和第四表达的比较可知，取决于容器4中存在乳汁的程度，被从挤取套件2中释放的乳汁的行进距离是更长或更短。被从挤取套件2中释放的乳汁在被释放后撞击表面所需的时间也随着容器4的填充程度而变化，并且呈直接关系。因此，通过确定在压力循环的真空被释放的时间段期间从挤取套件2落下的乳汁的释放时刻和飞行结束时刻之间的持续时间的值，可以获得容器4中乳汁高度的真实估计，由此获得容器4中存在的乳汁量的真实估计。这两个时刻均可从声音传感器61检测到的声音信号中得到，这将参考图3进行解释。
图3是真空单元施加的压力和声音传感器61记录的声级与时间的图表。图表的左y轴与压力相关，图表的右y轴与声级相关，并且图表的x轴与时间相关。虚线代表压力，连续线代表声级。图表的左侧与泵31开启的情况相关，因此压力低于零并逐渐降低至最小值。在这种情况下，主要由于泵31产生的噪声导致的声音信号具有之字形外观。在某一时刻，泵31关闭。结果，真空被逐渐释放，如从图表的右侧可以清楚地看到。泵31被关闭的时刻以声音信号中的第一尖峰A表征。在短时间内，几乎没有声音，然后出现由于乳汁撞击容器4中表面的声音引起的声音信号中的第二尖峰B。通过确定声音信号中第一尖峰A和第二尖峰B之间的时间，在知道释放时刻发生在第一尖峰A且飞行结束时刻发生在第二尖峰B的情况下，得到释放时刻和飞行结束时刻之间的自由落体持续时间的值。
用于确定容器4中挤取的乳汁量的方法的核心是包括处理器62的CPU 32。在CPU32和处理器62的输入侧，获得关于吸乳过程中的释放时刻和飞行结束时刻的信息，其中使用声音传感器61，至少用于找到飞行结束时刻。释放时刻也可以从声音传感器61检测到的声音信号中得到，但是也可以从泵31的控制信号中得到这些时刻。对CPU 32和处理器62的另一种类型的输入是关于实际容器4的尺寸特征的输入。该输入可以以任何合适的方式获得，例如通过用户界面从用户处获得，或者从用于自动检测容器4类型的检测机构获得。处理器62被设计为计算若干次乳汁从挤取套件2被释放时的自由落体持续时间的值。具体而言，处理器62可被编程为计算连续数次乳汁落入容器4中的自由落体持续时间的平均值。关于自由落体持续时间的信息可被用作估计容器4中乳汁量的基础，这将在下文中进行解释。
在吸乳期间乳汁滴从挤取套件2到容器4中的自由落体由以下抛物运动的运动方程控制：v＝u+a*t和s＝u*t+0.5*a*t2，其中v代表乳汁滴的最终速度，u代表乳汁滴的初始速度，a代表乳汁滴的加速度，t代表乳汁滴自由下落的持续时间，并且s代表乳汁滴自由下落的距离。已知当乳汁滴被从静止位置释放时，乳汁滴的初始速度值为零，并且乳汁滴的加速度是由重力引起的加速度，通常由符号g表示，则获得以下方程：v＝g*t和s＝0.5*g*t2。由重力引起的加速度的常用平均值为9.81m/s2。如上所述，自由落体持续时间的值被确定为在连续的乳汁滴被释放的时刻与乳汁滴撞击容器4中的表面的时刻之间的时间差，即在连续的释放时刻与飞行结束时刻之间的时间差，其中至少关于后一时刻的信息是从由声音传感器61提供的声音信号中得出的。
例如，使用总高度为7.7cm的200ml容器4，容器4可被填充至约6cm的高度，并且在挤取套件2中阀组件24的位置和用于连接到容器4顶部侧的位置之间的距离为2.3cm。在这种情况下，乳汁滴自由下落的距离的值在7.7-6+2.3＝4cm和7.7+2.3＝10cm之间变化，因此由方程t＝√(2*s/g)表示的自由落体持续时间的值可预期在约90ms和143ms之间变化。具有关于预期值的范围的信息是有利的，因为这允许忽略声音信号中的与乳汁滴自由下落的开始和结束无关的，而是由干扰噪声引起的尖峰。值得注意的事实是，前面给出的方程与质量无关，即不依赖于乳汁滴的质量，因为根据牛顿第一定律，在自由落体期间没有外部合力作用于乳汁滴。因此，处理器62很可能应用例程，在该例程中自由落体持续时间的值是为确定乳汁挤取特征而要获得的唯一变量。
容器4中乳汁的量与容器4中乳汁的高度直接相关。作为一个实际例子，提供了下表中的值。
Figure BDA0002612454480000141
Figure BDA0002612454480000151
因此，一旦自由落体持续时间的值被计算为释放时刻和飞行结束时刻之间的时间差，那么容器4中的乳汁量可通过距离信息确定，该距离信息可根据自由落体持续时间得出。在此过程中，可以使用合适的音频数据分析程序和数学程序。处理器62可被设计成提供比关于容器4中实际乳汁量的信息更多的信息。例如，通过比较不同时刻的乳汁量，可以确定容器的填充速率。
图4是示出在吸乳器设备1上记录的声音水平与时间之间的关系的图表，该关系是从在本发明的上下文中进行的实验中获得的。在实验中，将麦克风61附接到吸乳器装置1的挤取套件2上，位于挤取套件2的泵体部分26的具有位于乳房接纳漏斗21、乳汁出口22和空气出口25之间的中间位置的一侧。故意不将麦克风61的位置选择在泵体部分26的背侧，以避免新挤取的乳汁喷到该侧上而对声音信号的干扰。使用吸乳器设备1的慢吸模式测量声音信号，该模式通常在乳汁泌乳后使用。在实验中选择水来代表母乳，因为水的性质与乳汁的性质相似。容器4填充的水量达5cm高。借助装有厚的Y形喂养奶嘴的奶瓶，通过乳房接纳漏斗21将水供应到挤取套件2。以这种方式发现的声音模式似乎对应于图3中所示的理论模式。
从实验中可以看出，实际上有可能将每个声音波形中的相似模式认定为三个主要的明显且可重复的特征。
声音信号的第一阶段代表泵正运行的时间段，并且其由泵31的马达单元运行后的低幅信号表征，该泵31降低了泵体部分26内的压力。在声音信号的这一阶段期间，发生乳汁的挤取，并且从妇女的乳房中接收乳汁(如实验中通过从带有Y形奶嘴的奶瓶中提取水而模拟的)。
声音信号的第二阶段代表泵31被关闭和乳汁滴被从挤取套件2释放的事件。当泵马达被停用时，挤取套件2的泵体部分26中的压力开始再次上升至大气压力。在该真空释放的影响下，阀组件24从初始关闭位置移动至打开位置。结果，在重力的影响下，积聚在阀组件24上方的挤取的乳汁穿过阀组件24和乳汁出口22两者，并落入连接到挤取套件2的容器4中。该事件的标记是由布置在空气出口25中的吸取膜来到静止位置引起的声音信号中的尖峰A。
声音信号的第三阶段代表乳汁滴从挤取套件2自由下落的结束。该事件的标记是由乳汁滴撞击容器4中的表面(在实验中由容器4中的水量的表面代表)引起的声音信号中的尖峰B。
麦克风61在其他位置的实验也产生了可用的声音信号，这些信号由与前述相同的阶段表征。被测试的其他位置包括在挤取套件2上的位于阀组件24高度处的位置，在该位置，当泵31被关闭时由布置在空气出口25中的吸取膜来到静止位置引起的尖峰A明显小于图4所示的尖峰A，并且在该位置，泵31的马达单元运行后的低幅信号也不太明显；以及容器4处的位置。
哺乳妇女在吸乳过程期间可以采取多种姿势，从放松地靠着到向前倾斜。参考图5，注意到这通过影响乳汁滴到达容器4中的表面所需的时间，而影响基于自由落体持续时间的值的乳汁量估计。将加速度计、陀螺仪或其他惯性传感器63集成在挤取套件2或容器4中允许确定挤取套件2和与其连接的容器4的位置和朝向。一旦确定，可将修正因子应用于自由落体持续时间的估计，从而能够维持乳汁量估计的最佳可能准确性。基于容器4相对于竖直方向(重力向量)的角度计算修正值，如下：f＝1/cos(θ)，其中θ由θ＝cos-1[(|Az/g|)]确定，其中f代表修正值，θ代表倾斜角度，并且Az代表z方向上的加速度，即挤取套件2的泵体部分26的纵向方向。当检测到的自由落体持续时间的值乘以修正值时，实现了对容器4的可能倾斜朝向的补偿。
在图5的右侧，示出了处于倾斜位置的容器4。在图5的左侧，容器被概略地图示为矩形。在图5中，标有x、y和z的方向用连续的箭头表示，而竖直方向用虚线箭头表示。角度θ表示为竖直方向和z方向之间的角度。
现提及并阐明通过重复确定乳汁滴从挤取套件2自由下落的持续时间的值产生的两种有利可能性。
首先，可以使用自由落体持续时间的值来自动调节吸乳器设备1的设置。通过自动检测容器4中的吸取的乳汁量，可以注意到乳汁泌乳反射的开始。原因是此时吸取的乳汁量突然迅速增加。当乳汁泌乳反射开始时，需要调节泵31的设置，从快速浅循环到长深循环。传统上，这是由用户以手动方式完成的，但是作为自动跟踪挤取乳汁量的副作用，这可以在一发现乳汁量突然提高时就自动完成。
其次，可以使用自由落体持续时间的值来确定乳汁挤取发生的速度。获得关于挤取速度的信息可以帮助哺乳妇女优化吸乳过程。该信息可与来自吸乳过程的进一步信息相结合，例如在特定乳房处挤取的总持续时间和所应用的吸乳器设备1的吸力强度设置，并且可被用于在在吸乳过程期间仅从一个乳房挤取乳汁的情况下向妇女建议何时是切换乳房的最佳时间。此外，当挤取速度已知时，可以向妇女提供关于排空乳房最可能需要多长时间的估计，这可能尤其与在工作环境中使用吸乳器设备1的妇女有关。
为了尽可能准确地确定乳汁量，处理器62可被设计成采用下述方法中的至少一种。
在某一挤取时间的乳汁量可通过在具有适当长度(例如10、20或30秒)的预定时间窗内对自由落体持续时间的值取平均值来计算。这将允许缩窄自由落体持续时间的预期值和估计值的范围。
可以忽略在与真空释放相关的尖峰A之后检测到的声音波形信号中的如下尖峰，这些尖峰产生位于预期值范围(例如，如前所述，90至143ms的范围)之外的尖峰之间的持续时间的值。这确保了在乳汁量计算中仅使用实际可行的持续时间的值。
通过大致了解挤取一定量乳汁所需的时间，或者挤取速率，可以忽略与如下乳汁滴相关的尖峰，这些乳汁滴在特定挤取时间的自由落体持续时间的值位于给定的容差(例如±10或20ms)之外。
如果出现两个尖峰，即两个时间间隔紧密的连续的尖峰，这两个尖峰均在某一乳汁量的可接受时间窗内产生持续时间的值，则可以计算两个尖峰之间的平均值，并在乳汁量计算中使用该平均值。当双滴从挤取套件2被释放时，该方法特别有用。
为了节省能量(这在电池驱动的吸乳器设备1的情况下可能是特别希望的)，如果仅在吸乳过程的最后阶段期间估计挤取的乳汁量是有利的。基于先前吸乳过程的总乳汁挤取时间和哺乳妇女在一天中任何特定时间或一周中任何特定一天的惯例，可以计算出平均总挤取时间。然后，这将允许声音传感器61仅在乳汁挤取的最后30-60秒中被打开以用于测量自由落体持续时间的值，以确定最终的、总的挤取乳汁量。例如，如果哺乳妇女通常每个乳房挤取15分钟，则可以在不早于第15分钟开始时开启声学乳汁挤取评估系统6。
在哺乳妇女第一次使用吸乳器设备1期间，她可以通过对乳汁量进行视觉评估并通过用户界面向处理器62提供关于实际乳汁量的信息来验证最终乳汁量的检测值。这为纠正挤取乳汁的量的自动确定值与实际值之间的差异(系统误差)提供了依据。如前所述，可以以运行应用程序的智能手机7的形式提供用户界面。
通过合适的用户界面，可以向哺乳妇女提供指定她希望在下一次吸乳过程中获得的期望母乳量的可能性。通过在吸乳过程期间自动跟踪乳汁量，可以通过适当的信号警告妇女和/或在看起来已经达到期望量时自动去激活所述吸乳器设备1。
图6是示出通过智能手机7在容器4上记录的声音水平与时间之间的关系的图表，该关系是从在本发明的上下文中进行的另一实验中获得的。进行该实验是为了评估如下可能性的可行性，即根据该可能性将固定在容器4上的智能手机7上的麦克风用于确定挤取乳汁量而不是通过增加声音传感器61来修改吸乳器设备。智能手机7可定位在容器4上，使得智能手机7在一定程度上延伸超出容器4，从而当容器4连接至挤取套件2时，智能手机的麦克风或多或少处于挤取套件2的阀组件24的高度。同样在该实验中，容器4连接到挤取套件2，并且水借助装有厚的Y形喂养奶嘴的奶瓶通过乳房接纳漏斗21被供应到挤取套件2。通过该实验，证实了液体撞击容器4中表面的声音可以从记录的声音信号中被识别，并且发现了声音信号中相关尖峰的细节。从图6中可以看出，该实验似乎取得了有希望的结果。在所获得的声音信号中，与泵31关闭和真空被释放的时刻相关的尖峰A和与从挤取套件2释放到容器4的乳汁滴的自由下落结束时刻相关的尖峰B是清晰可辨的。此外，通过这种方式，似乎可以检测到受泵31产生的声音影响不大的声音信号，从而更容易辨别乳汁滴。
当涉及将智能手机7或其他外部设备或系统保持在容器4上时，可以设计和应用任何合适的保持器机构。一般而言，这种合适的保持器机构可包括保持器，该保持器被设计成牢固地包裹容器4，并且还能够牢固地保持智能手机7，其中优选的是，该保持器可适用于各种直径的容器4，例如基于柔性性质。
使用智能手机7或类似设备还提供了在确定容器4中的总乳汁量的过程中进行旨在补偿容器4的倾斜朝向的测量的选项。在这方面，由于可以使用智能手机7的内部惯性传感器，因此不需要提供单独的单元，例如加速度计或陀螺仪。
此外，可以设计任何保持器附件，用于在吸乳器设备1上的期望声音检测位置附近支撑和定位任何无线耳塞/耳机。耳塞/耳机的麦克风可代替智能手机用于收集适用于估计挤取乳汁总量的信息。这可以有利地使用无线耳塞/耳机来实现，无线耳塞/耳机通常也包括加速度计。
在双电动吸乳器设备(即设计成同时从两个乳房中提取乳汁，并包括两个挤取套件2的吸乳器设备)的情况下，可以很好地执行用于确定挤取乳汁的总量和/或其他乳汁挤取特征的检测声音信号的过程。根据第一选项，可以在两个挤取套件2的每一个上集成声音传感器61，并且可以分析以该方式获得的两个声音信号以找到需要的信息。根据第二选项，可以仅在两个挤取套件2中的一个上使用声音传感器61，前提是声音传感器61被布置在能够检测落入连接到相应挤取套件2的每个容器4中的乳汁滴的声音的位置。根据声音信号中检测到的尖峰的幅值(或其他合适的特征)，可以将落入一个容器4中的乳汁滴与落入另一个容器4中的乳汁滴区分开来。实际上，这可以通过分析声音信号中与飞行结束时刻相关的尖峰B的幅值来实现。事实是，落入离声音传感器61最近的容器4中的乳汁滴预计会比落入距离更远的容器4中的乳汁滴产生更大幅值的声音。在双电动吸乳器设备的情况下，使用双向或全向麦克风而非单向麦克风作为声音传感器61可能是有利的。
本领域技术人员将清楚，本发明的范围不限于前述示例，而是在不偏离所附权利要求书中定义的本发明范围的情况下，可以对其进行多种修改和变更。本发明旨在被解释为包括在权利要求或其等同方式的范围内的所有这类修改和变更。尽管本发明已在附图和说明书中详细说明和描述，但该说明和描述应被视为仅是说明性或示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。附图是示意性的，其中可能省略了理解本发明不需要的细节，并且不一定按比例绘制。
通过研究附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他步骤或元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。
除非另有明确说明，针对特定实施例讨论的或与特定实施例相关的元件和方面可与其他实施例的元件和方面适当结合。因此，某些措施在相互不同的从属权利要求中被记载这一事实本身并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。
本文中使用的术语“包括”将被本领域技术人员理解为涵盖术语“由……组成”。因此，术语“包括”就一个实施例而言可以指“由……组成”，但在另一个实施例中可以指“包含/含有至少所定义的种类以及可选的一种或多种其他种类”。
本发明的显著方面可总结如下。吸乳器设备1包括挤取套件2，挤取套件2包括乳房接纳漏斗21、乳汁出口22和空气出口25，并且还包括真空单元3，真空单元3被配置为实现挤取套件2中的压力循环。为了确定一个或多个乳汁挤取特征，例如挤取乳汁的总量，吸乳器设备1配备有声学乳汁挤取评估系统6，该系统包括声音传感器61和处理器62，该处理器62被配置为当容器4与吸乳器设备1一起使用以从挤取套件2的乳汁出口22接收乳汁时，处理在吸乳器设备1的操作期间从声音传感器61接收的声音信号。通过在吸乳过程期间记录声音，可以确定挤取乳汁的液滴从挤取套件2到容器4的自由下落的持续时间的值，该值可以作为许多感兴趣的乳汁挤取特征的度量。

Claims (12)

1.一种吸乳器设备(1)，包括：
-挤取套件(2)，包括乳房接纳漏斗(21)、乳汁出口(22)和空气出口(25)，
-真空单元(3)，被配置为实现所述挤取套件(2)中的压力循环，包括用于连接到所述挤取套件(2)的所述空气出口(25)的空气入口(33)、以及用于通过所述挤取套件(2)的所述空气出口(25)和所述真空单元(3)的所述空气入口(33)从所述挤取套件(2)吸取空气的泵机构(31)，以及
-包括声音传感器(61)和处理器(62)的声学乳汁挤取评估系统(6)，所述处理器被配置为当容器(4)与所述吸乳器设备(1)一起使用以从所述挤取套件(2)的所述乳汁出口(22)接收乳汁时，处理在所述吸乳器设备(1)的操作期间从所述声音传感器(61)接收的声音信号，
其特征在于，所述处理器(62)被配置为根据例程来处理在所述吸乳器设备(1)的操作期间从所述声音传感器(61)接收的声音信号，在所述例程中，确定释放时刻和所述释放时刻之后的所述声音信号中的尖峰出现时的第一时刻之间的持续时间的值，释放时刻是在所述压力循环期间发生真空释放、以及发生乳汁从所述挤取套件(2)中的位置并通过所述乳汁出口(22)的相关释放的时刻。
2.根据权利要求1所述的吸乳器设备(1)，其中所述例程包括根据所述声音信号中的尖峰、以及所述泵机构(31)的实际控制信号中的至少一个确定所述释放时刻。
3.根据权利要求1所述的吸乳器设备(1)，其中所述处理器(62)被配置为基于所述持续时间的所述值、以及与所述容器(4)的尺寸特征相关的值进行乳汁量计算，乳汁量计算是对所述容器(4)中的实际乳汁量的计算。
4.根据权利要求3所述的吸乳器设备(1)，其中所述处理器(62)被配置为在所述乳汁量计算中包括根据以下关系：s＝0.5*g*t2而确定从所述挤取套件(2)中的位置、并通过所述乳汁出口(22)释放的一定量乳汁自由下落所经过的距离，其中s代表所述距离，g代表由于重力引起的加速度，以及t代表所述持续时间。
5.根据权利要求4所述的吸乳器设备(1)，其中所述处理器(62)被配置为在所述乳汁量计算中包括根据以下关系：hm＝hc+hv–s而确定所述容器(4)中的所述乳汁的高度，其中hm代表所述容器(4)中的所述乳汁的高度，hc代表所述容器(4)的总高度，并且hv代表在所述容器(4)上方所述乳汁被释放的所述位置的高度。
6.根据权利要求4所述的吸乳器设备(1)，其中所述声学乳汁挤取评估系统(6)包括位于所述挤取套件(2)中的惯性传感器(63)，并且其中所述处理器(62)被配置为：根据其中确定z方向上的加速度的值的例程，处理从所述惯性传感器(63)接收的惯性信号，z方向是所述乳汁出口(22)所在的所述挤取套件(2)的主体部分(26)的纵向方向；并且在所述乳汁量计算中包括基于所述挤取套件(2)相对于竖直方向的倾斜角度(θ)的实际值，确定对从所述挤取套件(2)中的位置、并通过所述乳汁出口(22)释放的一定量乳汁自由下落所经过的距离的修正值。
7.根据权利要求6所述的吸乳器设备(1)，其中所述处理器(62)被配置为根据以下关系：f＝1/cos(θ)确定所述修正值，其中f代表所述修正值，θ代表所述倾斜角度，以及θ＝cos-1[(|Az/g|)]，其中Az代表所述z方向上的所述加速度。
8.根据权利要求3所述的吸乳器设备(1)，其中所述处理器(62)被配置为评估所述持续时间的所述值是否在值的预定范围内，并且仅针对在所述预定范围内的值执行所述乳汁量计算。
9.根据前述权利要求中任一项所述的吸乳器设备(1)，其中所述挤取套件(2)包括阀组件(24)，并且其中所述挤取套件(2)中释放乳汁的位置是所述阀组件(24)在所述挤取套件(2)中的位置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的吸乳器设备(1)，其中所述处理器(62)是所述吸乳器设备(1)的中央处理单元(CPU)(32)的一部分，所述中央处理单元进一步被配置为控制所述吸乳器设备(1)的操作。
11.根据权利要求10所述的吸乳器设备(1)，其中所述中央处理器(32)被配置为仅在从所述吸乳器设备(1)开始操作起的预定时间之后激活所述声学乳汁挤取评估系统(6)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的吸乳器设备(1)，其中所述处理器(62)被配置为与外部设备(7)或系统进行通信，所述外部设备(7)或系统被配置为向用户提供信息。
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