CN114424932A - 婴幼儿照护装置 - Google Patents

Abstract

一种婴幼儿照护装置，包含一压电感测器以及一红外线阵列感测器。压电感测器感测婴幼儿的呼吸率以及心率。红外线阵列感测器以非接触方式感测婴幼儿的体温以及其常在状态。上述婴幼儿照护装置能够依据红外线阵列感测器所输出的婴幼儿常在状态协助判断婴幼儿的呼吸率以及心率的异常情况，以降低误报率。

Description

婴幼儿照护装置

技术领域

本发明是有关一种照护装置，特别是一种婴幼儿照护装置。

背景技术

因缺乏照护或照护者的粗心导致婴儿猝死症(Sudden Infant Death Syndrome)时有所闻。婴幼儿照护装置能够侦测婴幼儿的生命体征，例如呼吸率、心率以及体温等，并在生命体征异常时可提醒照护者采取适当的措施，如此可减少婴幼儿猝死的情况。

一种已知的婴幼儿照护装置是以穿戴式装置来量测婴幼儿的血氧以及心率。然而，这类照护装置需频繁地穿戴在婴幼儿的足踝上，导致使用上的不便。另一种已知的婴幼儿照护装置是以加速度计侦测婴幼儿的移动状态以量测呼吸率或心率。然而，这种照护装置无法有效地分辨婴幼儿离床或是呼吸中止的状态，因此误报率高，如此不仅影响照护者的情绪，还可能导致照护者对警告信息产生疲乏而错失真正的异常状况。又一种已知的婴幼儿照护装置是利用微波来量测婴幼儿的呼吸率，但这种照护装置无法量测婴幼儿的心率。

婴幼儿的体温也是生命体征的照护重点之一。一种已知的婴幼儿照护装置是以贴片式温度感测器来量测婴幼儿的体温。然而，贴片式温度感测器为抛弃式耗材，长期使用将增加使用成本也产生额外的废弃物。而传统的额温枪须在距离3-5公分下才能精准量测，婴幼儿睡觉时翻动则无法获得准确的量测结果。

有鉴于此，提供一种可同时精准感测婴幼儿的呼吸率、心率以及体温等生命体征以及低误报率的婴幼儿照护装置便是目前极需努力的目标。

发明内容

本发明提供一种婴幼儿照护装置，其是以一压电感测器感测婴幼儿的呼吸率以及心率，以及以一红外线阵列感测器以非接触方式感测婴幼儿的体温。此外，红外线阵列感测器可感测婴幼儿的常在(Occupancy)状态，以降低误报率。

本发明一实施例的婴幼儿照护装置包含一压电感测器、一红外线阵列感测器、一主控制器以及一警示元件。压电感测器置于一受照护对象的下方，以感测受照护对象的一呼吸率以及一心率，并输出相对应的一第一感测信号。红外线阵列感测器接收受照护对象所辐射的红外线，以感测该受照护对象的一体温以及一常在状态，并输出相对应的一第二感测信号。主控制器与压电感测器以及红外线阵列感测器电性连接，并接收第一感测信号以及第二感测信号，其中主控制器依据受照护对象的常在状态判断受照护对象的呼吸率、心率以及体温至少其中之一是否异常，以输出相对应的一控制信号。警示元件与主控制器信号连接，并依据控制信号选择性发出可供一使用者可辨识的警示信号。

以下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为一示意图，显示本发明一实施例的婴幼儿照护装置。

图2为一示意图，显示本发明一实施例的婴幼儿照护装置的压电感测器。

图3为一示意图，显示本发明一实施例的婴幼儿照护装置的红外线阵列感测器。

图4为一示意图，显示本发明一实施例的婴幼儿照护装置的主控制器。

图5为一示意图，显示本发明另一实施例的婴幼儿照护装置。

附图标号：

10 压电感测器

101 压电感测元件

102 电荷放大器

103 模拟-数字转换器

104 数字滤波器

105 呼吸率分析器

106 心率分析器

107 状态分析器

108 异常分析器

20 红外线阵列感测器

201 透镜

202 热电堆阵列芯片

203 环境温度感测器

204 信号处理器

204a 信号放大器

204b 微控制器

204c 非挥发性存储器

204d 通信接口

30 主控制器

301 第一通信接口

302 微控制器

303 第二通信接口

304 电源供应器

40 警示元件

800 外部电子装置

900 受照护对象

901 床垫

CS 控制信号

SS1 第一感测信号

SS2 第二感测信号

TS1 红外线感测信号

TS2 环境温度感测信号

Vcc 电源

具体实施方式

以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以权利要求为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。图式中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。

请参照图1，本发明的一实施例的婴幼儿照护装置包含一压电感测器10、一红外线阵列感测器20、一主控制器30以及一警示元件40。压电感测器10用以感测受照护对象900的一呼吸率以及一心率，并输出相对应的一第一感测信号。举例而言，受照护对象900可躺在压电感测器10的感测范围内，亦即压电感测器10置于受照护对象900的下方，压电感测器10即可感测受照护对象900的呼吸以及心跳所造成的物理变化量，例如微小的振动。为了舒适性，受照护对象900以及压电感测器10之间可铺设一床垫901，亦即受照护对象900躺在床垫901上，压电感测器10置于床垫901下方或床垫901内。考量压电感测器10以及红外线阵列感测器20的感测范围，于一实施例中，受照护对象900是指3岁以下或身高100公分以下的婴幼儿。

红外线阵列感测器20可接收受照护对象900所辐射的红外线，以感测受照护对象900的一体温以及一常在(Occupancy)状态，并输出相对应的一第二感测信号。举例而言，红外线阵列感测器20可依据所感测到的体温判断受照护对象900是否在婴幼儿照护装置的感测范围内，亦即常在状态。举例而言，红外线阵列感测器20所感测到的体温在一预定范围时，即判断受照护对象900仍在婴幼儿照护装置的感测范围内。

主控制器30与压电感测器10以及红外线阵列感测器20电性连接，并接收压电感测器10所输出的第一感测信号以及红外线阵列感测器20的第二感测信号。主控制器30可判断受照护对象900的呼吸率、心率以及体温至少其中之一是否异常，并输出相对应的一控制信号。需说明的是，受照护对象900的常在状态可协助判断受照护对象900的呼吸率、心率或体温是否异常，以降低误报率。举例而言，当压电感测器10量测不到受照护对象900的呼吸率以及心率时，可能是受照护对象900被抱走而离开婴幼儿照护装置的感测范围，也可能真的发生意外而造成呼吸以及心跳停止。在呼吸以及心跳停止的情况下，压电感测器10即量测不到物理变化量而未输出信号，但此时仍可感测到受照护对象900的体温。因此，主控制器30可依据红外线阵列感测器20的感测结果判断受照护对象900仍在婴幼儿照护装置的感测范围内，并进一步判断受照护对象900已无呼吸以及心跳，如此即可降低误判率。

接续上述说明，警示元件40与主控制器30信号连接，并依据主控制器30所输出的控制信号选择性发出可供一使用者可辨识的警示信号。举例而言，警示元件40可为一蜂呜器或喇叭，以发出声音或语音来警告照护者采取适当措施。或者，警示元件40可为一发光元件或振动马达，以发出灯光或振动来警告照护者。于一实施例中，警示元件40可为一外部电子装置，例如移动上网装置或手机，主控制器30可藉由控制信号要求外部电子装置输出响铃、振动、文字信息、语音或以上的组合来警告照护者。

请一并参照图2，本发明的婴幼儿照护装置的压电感测器20包含一压电感测元件101、一电荷放大器102、一模拟-数字转换器103、一数字滤波器104、一呼吸率分析器105、一心率分析器106以及一异常分析器108。压电感测元件可由聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride，PVDF)制成膜状，经过极化(Polarized)处理后设置于一软性基板。压电感测元件101可依据心动描记法(Ballistocardiography，BCG)侦测受照护对象900因呼吸或心跳所产生的物理变化量，并转换为电荷变化而形成一电子信号输出。电荷放大器102与压电感测元件101电性连接，用以将压电感测元件101所输出的电子信号转换为一电压信号。模拟-数字转换器103与电荷放大器102电性连接，用以将电荷放大器102所输出的电压信号转换为一数字信号，以利后续处理及分析。

接续上述说明，数字滤波器104与模拟-数字转换器103电性连接。数字滤波器104用以限制数字信号的频域范围。举例而言，配合婴幼儿的心率每分钟120-140次以及呼吸率每分钟35-45次，数字信号的频域范围可限制在0.2-4Hz。呼吸率分析器105与数字滤波器104电性连接。呼吸率分析器105以低通滤波器(<1Hz)处理数字信号，再经零点检知(Zerocrossing)即可分析出受照护对象900的呼吸率。心率分析器106与数字滤波器104电性连接。心率分析器106以高通滤波器(>1Hz)处理数字信号，再经由峰值检知即可分析出受照护对象900的心率。异常分析器108与呼吸率分析器105以及心率分析器106电性连接，用以判断受照护对象900的呼吸率以及心率是否异常，并输出相对应的第一感测信号SS1至主控制器30。

请再参照图2，于一实施例中，压电感测器20更包含一状态分析器107，其与数字滤波器104以及异常分析器108电性连接。状态分析器107可依据数字信号来判断受照护对象的动作状态，例如受照护对象900的咳嗽、翻身或起身等状态。

需说明的是，模拟-数字转换器103、数字滤波器104、呼吸率分析器105、心率分析器106、状态分析器107以及异常分析器108能够以软体的方式加以实现，因此，上述元件能够以一微控制器(micro control unit，MCU)执行适当程序指令加以实现。

于一实施例中，红外线阵列感测器20可为电阻式(Bolometer)阵列感测器或是红外线热电堆(Thermopile)阵列感测器。举例而言，请一并参照图3，红外线阵列感测器20包含一透镜201、一热电堆阵列芯片202、一环境温度感测器203以及一信号处理器204。透镜201用以定义红外线阵列感测器20的一感测视角。欲监看较宽广的区域时，透镜201的设计为宽视角型式，例如感测视角在38-90度之间，于一实施例中，感测视角为60度。在宽视角透镜的设计上，透镜较容易实现。于一实施例中，透镜201的材料可为硅、锗、蓝宝石或硒化锌，其可透射的红外线波长约为1-14μm。于一实施例中，透镜201可为硅质的菲涅耳透镜，或者为在塑胶基材上镀一金属层的反射式透镜。

接续上述说明，热电堆阵列芯片202设置于透镜201的一侧，用以接收感测视角内的红外线，并输出一红外线感测信号TS1。于一实施例中，热电堆阵列芯片202的解析度可为8×8、16×16、32×32、64×64或128×128像素。热电堆阵列芯片202可依据信号处理器204的要求，回传相对应像素的红外线感测信号。环境温度感测器203感测一环境温度，并输出相对应的一环境温度感测信号TS2。环境温度感测信号TS2用以配合热电堆阵列芯片202，进而获得较为准确的温度感测结果。于一实施例中，环境温度感测器203可为一硅基温度感测器，其整合于红外线感测芯片202。或者，环境温度感测器203亦可为一热敏电阻，其独立于热电堆阵列芯片202。信号处理器204与热电堆阵列芯片202以及环境温度感测器203电性连接。信号处理器204处理热电堆阵列芯片202所输出的红外线感测信号TS1以及环境温度感测器203所输出的环境温度感测信号TS2，并输出相对应的第二感测信号SS2。

举例而言，信号处理器204包含一信号放大器204a、一微控制器204b、一非挥发性存储器204c以及一通信接口204d。热电堆阵列芯片202将红外线感测信号TS1输出至信号放大器204a，红外线感测信号TS1经放大后输入微控制器204b。微控制器204b内建之数字至模拟转换器将热电堆阵列芯片202所输出的红外线感测信号TS1转换成数字信号。同样的，环境温度感测器203所输出的环境温度感测信号TS2亦经由微控制器204b内建的数字至模拟转换器转换以得知环境温度值。非挥发性存储器204c可用来储存热电堆阵列芯片202的一校正参数及/或环境温度感测器203的参数值，以用来计算量测的温度值。非挥发性存储器204c亦可储存判断体温异常的程序指令。通信接口204d则用来将第二感测信号SS2输出至主控制器30。举例而言，通信接口204d可为集成电路汇流排(Inter-Integrated CircuitBus，I²C)、通用非同步接收发送器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)、序列周边接口(Serial Peripheral Interface，SPI)、通用序列汇流排(UniversalSerial Bus，USB)或模拟电压式或是逻辑IO输出。可以理解的是，非挥发性存储器204c以及通信接口204d可整合至微控制器204b内，例如微控制器STM8L151G6U6。

需说明的是，红外线阵列感测器20所感测的体温是受照护对象900的皮肤温度，其与受照护对象900的核心温度具有差异。因此，判断受照护对象900的体温是否异常是以相对值比对为准。举例而言，受照护对象900的体温变化超过一第二设定值时即判断受照护对象900的体温异常。举例而言，最新量测的受照护对象900的体温值与一参考值的差值大于或等于摄氏1.5度时即判断受照护对象900的体温异常。于一实施例中，参考值可为前一次量测的受照护对象900的体温值，或是一时间范围内受照护对象900的多个体温值的移动平均值。举例而言，以红外线阵列感测器20所感测的峰值作为单一量测值，每分钟量测一次，将前30次的量测值进行平均得到过去30分钟的体温平均值作为参考值。可以理解的是，为了降低噪声，每次纪录的体温值亦可由多个量测值平均而得。举例而言，红外线阵列感测器20可每秒取样1次，取样60次进行平均以得到过去1分钟的平均体温作为最终量测的体温值。于一实施例中，当最新量测的体温值小于或等于一第二设定值(例如摄氏30度)时，即可判断受照护对象900已离开红外线阵列感测器20的感测范围，并输出相对应的常在状态信号，例如逻辑0。于一实施例中，常在状态信号能够以一开关(例如金属氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET)加以实现。

请一并参照图4，于一实施例中，本发明的婴幼儿照护装置的主控制器30包含一第一通信接口301、一微控制器302、一第二通信接口303以及一电源供应器304。电源供应器304供应婴幼儿照护装置运作时所需的电源Vcc，例如供应主控制器30电源外，还供应压电感测器10以及红外线阵列感测器20所需的电源。第一通信接口301与压电感测器10以及红外线阵列感测器20电性连接，以接收压电感测器10所输出的第一感测信号SS1以及红外线阵列感测器20所输出的第二感测信号SS2。于一实施例中，第一通信接口301可为集成电路汇流排(I²C)、通用非同步接收发送器(UART)、序列周边接口(SPI)、通用序列汇流排(USB)或模拟电压式或是逻辑IO输出。微控制器302与第一通信接口301电性连接，用以处理第一感测信号SS1以及第二感测信号SS2，并输出相对应的控制信号CS，以控制警示元件40作动。第二通信接口303与微控制器302电性连接，使婴幼儿照护装置可经由第二通信接口302与一外部电子装置800进行一无线通信。举例而言，外部电子装置800可为移动上网装置或手机，在受照护者900的呼吸率、心跳或体温发生异常时，主控制器30可藉由控制信号CS要求外部电子装置800输出响铃、振动、文字信息、语音或以上的组合来提醒照护者采用适当措施。于一实施例中，第二通信接口303能够以无线区域网络通信协定、蓝牙通信协定或Sub-1GHz射频通信协定加以实现。

如前所述，压电感测器10的模拟-数字转换器103、数字滤波器104、呼吸率分析器105、心率分析器106、状态分析器107以及异常分析器108能够以一微控制器执行适当程序指令加以实现。因此，压电感测器10以及主控制器30能够整合在一起，并共享同一微控制器。举例而言，请参照图5，模拟-数字转换器103以及微控制器302可整合为单芯片。依据图5所示的架构，压电感测元件101、电荷放大器102、模拟-数字转换器103以及微控制器302可实现压电感测器10的功能，亦即感测受照护对象900的呼吸率以及心率。此外，第一通信接口301、微控制器302、第二通信接口303以及电源供应器304可实现主控制器30的功能，亦即经由第一通信接口301接收红外线阵列感测器20所输出的第一感测信号SS1，并以控制信号CS选择性启动警示元件40或经由第二通信接口303传送控制信号至外部电子装置800。

综合上述，本发明的婴幼儿照护装置是以一压电感测器感测婴幼儿的呼吸率以及心率，并以一红外线阵列感测器以非接触方式感测婴幼儿的体温以及其常在状态。藉由婴幼儿的常在状态可协助判断婴幼儿的呼吸率以及心率的异常情况，以降低呼吸率以及心率误报率。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (16)

1.一种婴幼儿照护装置，其特征在于，包含：

一压电感测器，其置于一受照护对象的下方，以感测该受照护对象的一呼吸率以及一心率，并输出相对应的一第一感测信号；

一红外线阵列感测器，其接收该受照护对象所辐射的红外线，以感测该受照护对象的一体温以及一常在状态，并输出相对应的一第二感测信号；

一主控制器，其与该压电感测器以及该红外线阵列感测器电性连接，并接收该第一感测信号以及该第二感测信号，其中该主控制器依据该受照护对象的该常在状态判断该受照护对象的该呼吸率、该心率以及该体温至少其中之一是否异常，以输出相对应的一控制信号；以及

一警示元件，其与该主控制器信号连接，并依据该控制信号选择性发出可供一使用者可辨识的警示信号。

2.根据权利要求1所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该压电感测器包含一压电感测元件，其材料包含聚偏二氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该压电感测器包含：

一压电感测元件，其以聚偏二氟乙烯制成，用以感测该受照护对象因呼吸或心跳所产生的物理变化量，并输出相对应的一电子信号；

一电荷放大器，其与该压电感测元件电性连接，用以将该压电感测元件所输出的该电子信号转换为一电压信号；

一模拟-数字转换器，其与该电荷放大器电性连接，用以将该电荷放大器所输出的该电压信号转换为一数字信号；

一数字滤波器，其与该模拟-数字转换器电性连接，以限制该数字信号的频域范围；

一呼吸率分析器，其与该数字滤波器电性连接，并依据该数字信号分析该受照护对象的该呼吸率；

一心率分析器，其与该数字滤波器电性连接，并依据该数字信号分析该受照护对象的该心率；以及

一异常分析器，其与该呼吸率分析器以及该心率分析器电性连接，用以判断该受照护对象的该呼吸率以及该心率是否异常，并输出相对应的该第一感测信号。

4.根据权利要求3所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该模拟-数字转换器、该数字滤波器、该呼吸率分析器、该心率分析器以及该异常分析器以一微控制器加以实现。

5.根据权利要求3所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该压电感测器更包含：

一状态分析器，其与该数字滤波器以及该异常分析器电性连接，用以依据该数字信号判断该受照护对象的动作状态。

6.根据权利要求1所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该主控制器包含：

一第一通信接口，其与该压电感测器以及该红外线阵列感测器电性连接，以接收该第一感测信号以及该第二感测信号；

一微控制器，其与该第一通信接口电性连接，用以处理该第一感测信号以及该第二感测信号，并输出相对应的该控制信号；

一第二通信接口，其与该微控制器电性连接，使该婴幼儿照护装置经由该第二通信接口与一外部电子装置进行一无线通信；以及

一电源供应器，其用以供应该婴幼儿照护装置运作时所需的电源。

7.根据权利要求6所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该压电感测器以及该主控制器共享该微控制器。

8.根据权利要求6所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该第一通信接口包含集成电路汇流排、通用非同步接收发送器、序列周边接口、通用序列汇流排或模拟电压式或是逻辑IO输出。

9.根据权利要求6所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该第二通信接口以无线区域网络通信协定、蓝牙通信协定或Sub-1GHz射频通信协定加以实现。

10.根据权利要求1所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该红外线阵列感测器包含一红外线热电堆阵列感测器。

11.根据权利要求1所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该红外线阵列感测器的解析度为8×8、16×16、32×32、64×64或128×128像素。

12.根据权利要求1所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该红外线阵列感测器包含：

一透镜，用以定义该红外线阵列感测器的一感测视角；

一热电堆阵列芯片，其设置于该透镜的一侧，用以接收该红外线阵列感测器的该感测范围内的红外线，并输出一红外线感测信号；

一环境温度感测器，其感测一环境温度，并输出一环境温度感测信号；以及

一信号处理器，其与该热电堆阵列芯片以及该环境温度感测器电性连接，并依据该红外线感测信号以及该环境温度感测信号输出相对应的该第二感测信号。

13.根据权利要求12所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该环境温度感测器为一热敏电阻，其独立于该热电堆阵列芯片，或为一硅基温度感测器，其整合于该红外线感测芯片。

14.根据权利要求12所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该透镜的材料为硅、锗、蓝宝石或硒化锌。

15.根据权利要求12所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该透镜为硅质的菲涅耳透镜或于塑胶基材上镀一金属层整反射式透镜。

16.根据权利要求1所述的婴幼儿照护装置，其特征在于，该警示信号包含灯光、声音、振动、文字信息、语音或以上的组合。

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