CN114727909A - 用于喂食瓶的监测系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于喂食瓶，特别是用于给婴儿喂奶的喂食瓶的监测系统。在喂食期间感测喂食瓶的运动，并根据运动特性确定吸吮性能，特别是识别喂食是基于吃吮还是基于吸吮。

Description

用于喂食瓶的监测系统

技术领域

本发明涉及喂食瓶，特别涉及一种用于监测婴儿在从喂食瓶饮用时的饮用性能的系统。

背景技术

当喂食瓶喂食婴儿时，希望知道婴儿饮用得有多好。已知监测饮用性能并向父母提供反馈。一个已知的例子是用于喂食瓶的套管的形式，其包括负载元件，用于测量喂食瓶在喂食之前和之后容纳的奶的重量，从而计算婴儿消耗的奶量。该套管还包含加速度计，以将关于正确的瓶子角度的反馈给予父母，以及用于通过查看瓶子运动来监测儿童的饮用行为(例如，以识别饮用突发和暂停)。该系统还允许将数据发送到伴随的应用程序以用于分析和可视化。

这种饮用性能随时间变化。特别地，两种不同模式的吸吮动作发生在婴儿发育期间。这两种不同的模式称为“吃吮(suckling)”和“吸吮(sucking)”。

吃吮是第一模式，其在妊娠的第2和第3三个月期间逐渐发展。它涉及舌头的前后运动，其中向后运动更显著。存在颚的上下运动。舌部不突出超过嘴唇。通过有节奏的舌头运动结合颚的显著打开和闭合从乳房或瓶子中抽吸液体。嘴唇围绕乳头或奶嘴的密封可能是松散的。哺乳是高度自动和反射性的。它激活大量的肌肉，因此在婴儿的面部生长中是重要的。

到4个月大，反射性吃吮逐渐消失，饮用变得更加自愿。吃吮反射可持续至6月龄，此后出现更成熟的吸吮模式。

在吸吮期间，舌头的主体随着其内在肌肉的强烈活动而升高和降低，因此颚进行较小的上下运动。还存在嘴唇的更牢固的密封。嘴唇闭合的强度是舌头图案从进－出向上－下方向移动的主要因素。

因此，吃吮和吸吮之间的差异例如涉及舌头运动方向(吃吮期间的进－出和吸吮期间的上－下)、舌头运动的范围、颚运动的差异和嘴唇闭合的强度。

希望能够监测婴儿的饮用特性或性能，特别是评估吸吮能力的成熟度，而不是仅评估饮用期间的总量或流速。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据依据本发明的一个方面的示例，提供了一种用于喂食瓶的监测系统，包括：

运动传感器，用于感测所述喂食瓶在喂食期间的运动；以及

处理器，适于从所述运动传感器信号识别吸吮性能，其中所述吸吮性能识别所述喂食是基于吃吮还是基于吸吮；以及

输出接口，用于提供吸吮性能信息。

因此，本发明提供了一种确定喂食期间的吸吮性能的系统。监测吃吮和吸吮模式的存在(或不存在)为父母和专业人员提供了相关信息。特别地，其使得父母能够跟随从吃吮到吸吮的转变，并且在早期阶段检测是否可能发生问题并且需要特别注意，例如，与奶嘴和吸杯使用相关的问题。

如果吃吮到吸吮过渡没有适当地进行，则可能发生与喂食(管理较稠的液体和软食物)和讲话有关的问题。因此，该系统向父母提供关于他们的婴儿的口腔发育的客观数据，这也是非常有帮助的，因为父母难以在视觉上区分吃吮和吸吮。

吸吮性能信息可以识别吃吮和吸吮之间的进展阶段。在最简单的实现中，在吃吮和吸吮之间存在简单的二元辨别。在细化中，可以确定进展阶段。例如，可以提供模拟值，例如在0到1的范围内，其中一个极值表示吃吮，而另一个极值表示吸吮。

运动传感器例如包括三轴运动传感器。这使得能够考虑瓶子的所有运动。

运动传感器例如包括三轴加速计和/或三轴陀螺仪。线性运动和旋转运动可能是感兴趣的，并且可以使用多种传感器类型来捕获所有相关的运动信息。

输出接口例如包括无线发射器，用于将吸吮性能信息发送到远程设备以呈现给用户。远程设备例如可以是其上已经加载了合适的app的移动电话或平板计算机。

所述处理器可以适于：

将时域运动传感器信号转换到频域；

执行谱密度分析；

确定在对应于吸吮频率的频率范围内的信号功率；以及

分析信号功率以识别吸吮性能。

这是使用频域分析的一种可能的处理方法。

在另一示例中，所述处理器适于：

执行时域运动传感器信号的峰值的检测；

导出所检测的峰值的特征；以及

分析特征以识别吸吮性能。

这是使用时域分析的另一种可能的处理方法。

监测系统可以被设置为用于安装在喂食瓶周围的套筒。然后，用户可以简单地将瓶子插入到套筒中，以便能够在喂食期间监测喂食性能。

本发明还提供了一个喂食瓶系统，包括：

喂食瓶；以及

如上定义的监测系统，用于监测喂食期间的吸吮性能。

本发明还提供了一种用于在喂食瓶喂食期间监测吸吮性能的方法，包括：

感测所述喂食瓶在喂食期间的运动以生成运动感测信号；

从所述运动感测信号识别吸吮性能，其中所述吸吮性能识别所述喂食是基于吃吮还是基于吸吮；以及

输出吸吮性能信息。

吸吮性能例如表示吸吮和吃吮之间的进展阶段。感测运动优选地包括三轴运动感测。

在一个示例中，该方法包括：

将时域运动传感器信号转换到频域；

执行谱密度分析；

确定对应于抽吸频率的频率范围内的信号功率；以及

分析信号功率以识别吸吮性能。

在另一示例中，该方法包括：

检测时域运动传感器信号的峰值；

导出所检测的峰值的特征；以及

分析特征以识别吸吮性能。

本发明还提供一种包括计算机程序代码部件的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述计算机程序代码部件适于实现上述方法。

参考下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地示出如何实现本发明，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中：

图1示出了一个喂食瓶，该喂食瓶被安装在一个套管中，该套管用作一个监测系统；

图2示出了来自三轴加速度传感器和三轴陀螺仪的组合的一组可能的信号；

图3示出了由处理器执行的处理算法的第一示例；

图4示出了由处理器执行的处理算法的第二示例；

图5示出了当婴儿的年龄从2个月增加到8个月时，在6个月期间，来自图2的六个传感器的信号作为在瓶喂食期间的谱密度的移动平均值；以及

图6示出了用于在从喂食瓶喂食期间监测吸吮性能的方法。

具体实施方式

将参照附图描述本发明。

应当理解，详细描述和特定示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但是仅用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。本发明的装置、系统和方法的这些和其它特征、方面和优点将从以下描述，所附权利要求和附图中变得更好理解。应当理解，附图仅仅是示意性的并且没有按比例绘制。还应当理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。

本发明提供了一种用于喂食瓶的监测系统，特别是用于给婴儿喂奶的喂食瓶。在喂食期间感测喂食瓶的运动，并根据运动特性确定吸吮性能，特别是识别喂食是基于吃吮还是基于吸吮。

图1示出了安装在套管12中的喂食瓶10，套筒12用作监测系统。套筒12围绕喂食瓶10。

在该示例中，监测单元16设置在套筒12的基部中，并且包括运动传感器18和输出接口20。监测单元16可以被结合在套筒中或套筒上的任何地方。

套筒的基部例如还包括电池，并且可选地包括用于经由LED向用户提供视觉反馈的装置。输出接口20可以包括这种LED装置。然而，优选的实现替代地(或附加地)具有输出接口，该输出接口将结果无线地传送到所示的智能电话24或平板计算机。

处理器22基于感测到的运动确定喂食婴儿的吸吮性能。

在所示的例子中，处理器22是与监测单元16无线通信的移动电话24的处理器。因此，套筒局部地检测运动，并且远程处理器分析该运动以导出吸吮性能信息。因此，喂食婴儿的父母可以在他们的移动电话上监测婴儿的吸吮性能如何发展。这当然仅是一个示例。分析运动数据的处理器22也可以位于套筒上并与监测单元16集成。在这种情况下，仅需要将输出(饮用性能)发送到移动电话。在这种情况下，不必将原始运动数据发送到电话，节省了时间和电池寿命。

运动传感器18优选地包括3轴加速度传感器和/或3轴陀螺仪。

图2示出了来自3轴加速度传感器和3轴陀螺仪的组合的一组可能的信号。示出了瓶子10的图像以示出3轴取向。

这种布置给出三个线性加速度信号Xacc、Yacc、Zacc和三个角速度信号Xgyro、Ygyro和Zgyro。运动传感器通常是惯性测量单元和/或力或加速度测量单元。

处理器22被编程以确定在喂食过程中吃吮和/或吸吮的存在。它还可以随时间监测饮用模式，以提供关于婴儿的吃吮和吸吮状态的客观反馈，并指示是否可能发生问题以及是否需要特别注意，例如，与奶嘴和吸杯使用相关的问题。

如上所述，吃吮包括舌头的前后运动，其中向后运动更显著。这将导致沿着瓶子的纵轴的运动，即加速计的z分量(图2中的Zacc)。因此，与其它方向Xacc和Yacc相比，在该方向上预期有更高的加速度大小。在向后运动更显著的情况下，与正Zacc方向相比，在负Zacc方向上的加速度幅度将更高。此外，加速度将遵循与通常地在1Hz与2Hz之间的吃吮频率相关联的循环模式。

在吃吮过程中，围绕奶嘴的嘴唇的密封是松弛的，并且存在颚的显著打开和闭合。因为父母通常将瓶子保持在底部，所以底部的位置相对固定。颚的打开和闭合因此可以引起瓶子的角循环运动，这可以使用陀螺仪，特别是Xgyro和Ygyro信号来测量。

在吸吮过程中，颚运动较不明显，并且内在肌肉具有强烈的活动，使得瓶子的角运动较不明显。

因此，吸吮和吃吮之间的主要差别是沿z轴的前后线性运动量，以及绕x或y轴的摇摆量。与吃吮相比，这些类型的运动在吸吮过程中较少出现。

图3示出了由处理器22执行以检测这些差异并基于频域方法的处理算法的第一示例。

在喂食期间加速度计30产生加速度计信号acc(t)并且陀螺仪32产生陀螺仪信号gyro(t)。通常地，传感器在3个方向上执行测量。因此，信号是三维的。

在下一步骤中，由处理单元34、36处理acc(t)和gyro(t)以去除重力引起的偏移和噪声。根据传感器在瓶子上的取向，还需要调节三维信号，例如使用旋转矩阵调节三维信号。随后，可以提取上述期望方向上的运动，其由accp(t)和gyrop(t)表示。

接下来，由频谱分析单元38、40对accp(t)和gyrop(t)执行谱密度分析，得到描述作为频率f的函数的信号功率的功率频谱SDacc(f)和SDgyro(f)。

在吸吮频率范围(1Hz到2Hz)中的信号的功率是从功率谱导出的。如果存在吃吮饮用行为，则在该频率范围内期望相对高的功率。可以从特征分析单元42、44中的功率谱(例如绝对功率、相对功率和形态度量)导出可能为吃吮行为提供信息的多个特征。特征的集合由Facc和Fgyro表示。

这些特征用于确定在喂食中是否存在吃吮行为。

一种选择是使用逻辑回归模型46，其产生0和1之间的值，指示存在吃吮的概率Psuckling，或指示吃吮行为的相对存在。也可以使用其它建模技术。例如，可以开发决策图以确定是否存在吃吮行为。

谱密度分析因此评估相关加速度信号在感兴趣的频率范围内的功率。在该频率范围内期望增加的频谱密度，当用吸吮代替吃吮时，该谱密度将随时间减小。

图4示出了另一种时域方法，也用于实时检测吃吮行为。初始处理步骤34、36与图3相同。代替执行频谱分析，峰值检测单元50、52在时域中应用峰值检测方法来识别与吸吮/吃吮相关的峰值。

随后，使用峰值分析单元54、56从所识别的峰值计算多个特征，例如峰值幅度、峰值斜率、峰值持续时间、峰值最小值等。

这些特征可用于模型58中以确定吃吮行为的存在。

在备选的方法中，可以为吃吮期间预期的加速度和陀螺仪轮廓定义模板，然后可以使用模板匹配技术来确定是否存在吃吮。

在上述方法中，存在加速计分支和陀螺仪分支，它们最终一起作为模型46、58的输入，以识别吃吮行为的存在。原则上，也可以使用单个分支(例如，仅基于加速度计或陀螺仪)。然而，通过组合来自两种传感器类型的信息，最终输出的精确度更高。

图5示出了当婴儿的年龄从2个月增加到8个月时，在6个月期间，来自图2的六个传感器的信号，作为瓶喂食期间的谱密度的移动平均值。

在2月龄时，预期有规律的吃吮行为。到研究结束时，在8月龄时，预期引入吸吮行为。对于每个喂食，计算加速度计和陀螺仪信号的谱密度。

图5中的每一行表示从2个月到8个月的不同年龄。箭头表示图从2个月到8个月的进展情况。

在研究的初始阶段，在加速度计的z分量和陀螺仪的x和y分量中可以观察到1.2Hz(对应于吃吮频率)左右的谱功率峰值。当婴儿长大时，所有频率中的总功率增加，表明运动随时间变强。然而，吃吮/吸吮频率附近的清晰峰值逐渐消失。

这表明谱密度信息能够区分吸吮和吃吮。频谱信息可以用作分类器的输入，以估计瓶子移动来自吸吮或吃吮的概率。技术的示例包括聚类、逻辑回归和神经网络。

在上面的示例中，一些处理通过应用程序在远程设备中进行。当然，替代地，系统也可以被完全集成到套筒中。备选地，一些处理可以甚至更远程地执行例如移动电话可以向外部主机发送数据以进行处理，然后返回结果。

上述示例基于使用围绕瓶子的套筒。存在备选的实现方式，诸如集成在奶嘴中或奶嘴下方的环中的传感器。

图6示出了用于在从喂食瓶喂食期间监测吸吮性能的方法。

在步骤60中，感测喂食期间喂食瓶的运动以产生运动感测信号。

在步骤62中，从运动感测信号中识别吸吮性能。识别喂食是基于吃吮还是吸吮。

在步骤64中输出吸吮性能信息。

如上所述，该系统利用处理器来执行数据处理。处理器可以用软件和/或硬件以多种方式实现，以执行所需的各种功能。处理器通常采用可使用软件(例如，微码)编程以执行所需功能的一个或多个微处理器。处理器可以实现为执行某些功能的专用硬件和执行其它功能的一个或多个编程微处理器和相关电路的组合。

可在本发明的各种实施例中采用的电路的实例包括(但不限于)常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实现中，处理器可以与诸如易失性和非易失性计算机存储器(诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM)之类的一个或多个存储介质相关联。存储介质可以编码有一个或多个程序，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，该程序执行所需的功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可传送的，使得其上存储的一个或多个程序可以被加载到处理器中。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统。如果在权利要求或说明书中使用术语“适于”，则应注意，术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于喂食瓶(10)的监测系统(12)，包括：

运动传感器(18)，用于感测所述喂食瓶在喂食期间的运动；以及

处理器(22)，适于从运动传感器信号识别吸吮性能，其中所述吸吮性能识别所述喂食是基于吃吮还是基于吸吮；以及

输出接口(20)，用于提供吸吮性能信息。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述吸吮性能信息识别吸吮和吃吮之间的进展阶段。

3.根据权利要求1或2所述的监测系统，其中所述运动传感器(18)包括三轴运动传感器。

4.根据权利要求3所述的监测系统，其中所述运动传感器(18)包括三轴加速计和/或三轴陀螺仪。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的监测系统，其中所述输出接口(20)包括无线发射器，用于将所述吸吮性能信息发送到远程设备(24)以用于呈现给用户。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的监测系统，其中所述处理器(22)适于：

将时域运动传感器信号转换到频域；

执行谱密度分析；

确定在对应于吸吮频率的频率范围内的信号功率；以及

分析所述信号功率以识别所述吸吮性能。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的监测系统，其中所述处理器(22)适于：

执行时域运动传感器信号的峰值的检测；

导出所检测的所述峰值的特征；以及

分析所述特征以识别所述吸吮性能。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的监测系统(12)，被布置为用于安装在喂食瓶周围的套筒。

9.一种喂食瓶系统，包括：

喂食瓶(10)；以及

根据权利要求1至8中任一项所述的监测系统(12)，用于在喂食期间监测所述吸吮性能。

10.一种用于在从喂食瓶喂食期间监测吸吮性能的方法，包括：

感测所述喂食瓶在喂食期间的运动，以生成运动感测信号；

从所述运动感测信号识别吸吮性能，其中所述吸吮性能识别所述喂食是基于吃吮还是基于吸吮；以及

输出吸吮性能信息。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述吸吮性能识别吃吮与吸吮之间的进展阶段。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中感测运动包括三轴运动感测。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，包括：

将时域运动传感器信号转换到频域；

执行谱密度分析；

确定对应于吸吮频率的频率范围内的信号功率；以及

分析所述信号功率以识别所述吸吮性能。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，包括：

执行时域运动传感器信号的峰值的检测；

导出所检测的所述峰值的特征；以及

分析所述特征以识别所述吸吮性能。

15.一种包括计算机程序代码部件的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述计算机程序代码部件适于实现根据权利要求10至14中任一项所述的方法。

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