CN115349855A - 一种呼吸监测带及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种呼吸监测带及其制备方法，属于检查呼吸运动的测量仪器技术领域。由内向外依次为弹性介电材料构成的介电层、弹性导电层以及封装层，所述弹性导电层中设置有弹性电极，弹性电极接出弹性导线，弹性导电层包括弹性面料、弹性敏感材料，所述弹性面料为单一硅胶、硅橡胶、TPU、TPE中的任一种制成，或是由棉、涤纶、锦纶与氨纶的混纺料与硅胶、硅橡胶、TPU、TPE形成的复合材料。将本申请应用于深吸屏气的放射治疗前患者呼吸训练、监测及屏气效果评估、睡眠呼吸暂停患者夜间吸气后屏气时间监测评估，以及其他应用于呼吸监测的医学应用等，具有弹性模量低、适用性强、异物感弱、兼容性强等优点。
Description
技术领域
本申请涉及一种呼吸监测带及其制备方法，属于检查呼吸器官的测量仪器技术领域。
背景技术
在深吸屏气(DIBH)的放射治疗过程中，需要患者深吸气屏气达到20秒以上，达到屏气期间心脏与放射治疗组织保持距离，以最大限度地减少对心脏的辐射剂量，故在治疗前需要患者进行呼吸训练，使患者吸气后屏气时间达到上述目标；对于睡眠呼吸暂停患者，需要监测夜间吸气后屏气时间，以此来评估打鼾对健康的损害。目前已有的呼吸监测传感器都需要通过气道流量或速度检测实现，往往给被监测者带来不适。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种可拉伸的呼吸监测带，采用舒适的弹性纺织材料作为基体，通过监测胸廓或腹部运动，可以在呼吸过程中检测吸气时间、吸气后屏气时间、呼气时间、呼气后屏气时间，从而实现对人体呼吸的监测。
具体地，本申请是通过以下方案实现的：
一种呼吸监测带，由内向外依次为弹性介电材料（优选采用硅胶、硅橡胶、TPU、TPE）构成的介电层、弹性导电层以及封装层（可以采用棉、涤纶、锦纶与氨纶的混纺料与硅胶、硅橡胶、TPU、TPE形成的复合材料），所述弹性导电层中设置有弹性电极，弹性电极接出弹性导线，弹性导电层包括弹性面料、弹性敏感材料，所述弹性面料为由棉、涤纶、锦纶与氨纶的混纺料，单一硅胶、硅橡胶、TPU、TPE中的任一种，或是由棉、涤纶、锦纶与氨纶的混纺料与硅胶、硅橡胶、TPU、TPE形成的复合材料。
上述呼吸监测带以弹性面料、弹性敏感材料所形成的弹性纺织面料为基体，配合弹性导线、介电层等形成三明治式传感系统，赋予检测带以较低的弹性模量，能够适应不同体型规格的人体，可以确保传感器与人体的最高贴合度，呼吸带材料柔软舒适，有效降低异物感；简明的结构设计便于携带，能够实时检测呼吸信号；应用范围广，接出的弹性导线可以与其他智能设备匹配，兼容性高，也可独立使用，专业记录呼吸信号。
进一步的，作为优选：
所述混纺料有两种构成方式：（1）棉、涤、锦纶中的任一种与氨纶混纺，此时，混纺比满足：棉/涤纶/锦纶:氨纶=7：3，（2）棉涤锦纶氨纶四种进行混纺，此时混纺比满足：棉：涤纶：锦纶:氨纶=2：3：3：2。
所述弹性导线是由电极材料（如：导电纺织材料、导电金属材料）与表面镀/铜弹性高分子材料（如：弹性银纤维导线、弹性弯折铜导线、弹性液态金属导线等）组成。
所述弹性导线是由液态金属与弹性体的混合浆料（液态金属:弹性体=100:1-100）、金属粉末与弹性体的混合浆料（金属粉末:弹性体=1-100:100）、石墨烯浆料、石墨导电胶、银胶、碳粉/碳纤维/石墨烯与弹性体（碳粉/碳纤维/石墨烯:弹性体=1-100:100）的混合浆料中的任一种或多种构成，所形成的弹性导线具有延展性、导电性和粘性，能适应具有复杂曲率的弹性人体并且能够传递电容信号的导线。更优选的，所述液态金属和弹性体混合浆料中，液态金属与弹性体的混合质量比为液态金属:弹性体=100:1-100；碳粉/碳纤维/石墨烯与弹性体的混合浆料中，碳粉/碳纤维/石墨烯与弹性体的混合质量比为碳粉/碳纤维/石墨烯:弹性体=1-100:100；金属粉末和弹性体混合浆中，金属粉末与弹性体的混合质量比为金属粉末:弹性体=1-100:100。
所述弹性介电材料为水凝胶（如：聚乙二醇、聚丙烯酸及其衍生物、聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等）、硅橡胶（如：甲基硅橡胶（MQ）、甲基乙烯基硅橡胶（VMQ）、甲基乙烯基苯基硅橡胶PVMQ、睛硅橡胶、氟硅橡胶等）、TPU（即热塑性聚氨酯弹性体橡胶）、TPE（即热塑性弹性体）中的任一种。
同时，申请人还提供了一种上述呼吸监测带的制备方法，包括如下步骤：
（1）弹性面料制备：将棉、涤纶、锦纶与氨纶混纺，备用，混纺可以采用两种形式：①棉、涤纶、锦纶中的任一种，与氨纶混纺，得到混纺棉，②棉、涤纶、锦纶、氨纶四者的混纺；
（2）弹性电极的处理：采用弹性导线与弹性导电纺织材料(弹性纺织材料与导电金属复合而成)集成纺织电极，采用弹性粘合导电材料（由导电高分子材料与TPU高温复合而成）将弹性导线集成于敏感导电材料（弹性敏感材料指弹性模量较高的材料，敏感导电材料是导电性较好的材料）上，并确保电极通路和导线的牢固性；
（3）导电材料的制备：采用弹性粘合材料与弹性纺织导电材料（可以采用复合有导电涂层的纺织材料）、弹性导电硅胶材料（如：碳基硅胶材料、金属基硅胶材料）、弹性金属印刷材料（如：液态金属、弹性银浆），制备具有双面粘性的导电材料，导电敏感材料的印刷结构可为长方形、波浪形、葫芦串形状叉指电极型，以提高传感器的敏感度和信号的抗噪性能，上述双面粘性来自导电纺织材料与TPU材料高温复合；
（4）弹性敏感材料的处理：将硅胶、水凝胶、硅橡胶、TPU、TPE等材料中的任一种或多种以丝网印刷或涂敷烘烤方式附着于弹性敏感材料上；
（5）封装材料的制备：采用高温涂敷烘烤方法，将柔性导电材料裁剪成相应形状，并与步骤（1）的弹性面料结合，形成封装部件，备用，所述柔性导电材料包括但不限于硅胶、水凝胶、银浆、导电高分子材料、硅胶、导电纤维布复合材料中的任一种；
（6）将数据采集和链接设备与弹性导线连接，形成信号采集与存储系统。
上述方法制得的呼吸监测带柔性可拉伸，可集成在智能服装或者智能可穿戴产品上，也可独立使用，专业监测呼吸，穿戴方便舒适。
进一步的，作为优选：
步骤（1）中，所述硅胶、硅橡胶、TPU、TPE中的任一种或多种以丝网印刷或涂敷烘烤方式与混纺料形成复合材料。丝网印刷的网板目数为250-300；所述涂覆烘烤温度为110-120℃，烘烤时间为5-10分钟。
步骤（4）中，丝网印刷的网板目数为300-350；所述涂覆烘烤温度为120-130℃，烘烤时间为8-10分钟。
步骤（5）中，丝网印刷300目，涂覆烘烤温度为110-130℃，烘烤时间为8-15分钟。
本申请所制备的呼吸监测带可用于深吸屏气(DIBH)的放射治疗前患者呼吸训练、监测及屏气效果评估、睡眠呼吸暂停患者夜间吸气后屏气时间监测评估，以及其他应用于呼吸监测的医学应用。该制备方法可操作性强，制造成本适中，利于普及和应用。
附图说明
图1为本申请的截面图；
图2为本申请封装层与弹性导电层时的一种俯视图；
图3为本申请封装层与弹性导电层时的另一种俯视图。
图中标号：1.封装层，2、弹性导电层，3.弹性电极，4.弹性导线，5.介电层。
具体实施方式
本实施例一种呼吸监测带，结合图1，包括封装层1、弹性导电层2、弹性电极3、弹性导线4和介电层5，介电层5、弹性导电层2和封装层1由内而外顺次设置，弹性导电层2靠近外侧的一端设置弹性电极3，弹性电极3外接有弹性导线4，弹性导电层2、介电层5、弹性电极3与弹性导线4三者形成三明治结构的电容式传感器，弹性导电层2包括弹性面料、弹性敏感材料。
上述方案中：
（1）封装层1具体构成如下：由棉、涤纶、锦纶与氨纶的混纺料与硅胶、硅橡胶、TPU、TPE形成的复合材料。
（2）弹性面料具体构成如下：锦氨混纺或涤氨混纺：7:3。本方案中，弹性面料对弹性电极、弹性导线、介质层等传感介质依次起支撑与固定作用，并具有弹性、绝缘性和透气性。
弹性敏感材料具体构成如下：弹性敏感材料为单一硅胶、硅橡胶、TPU、TPE中的任一种制成，或是由棉、涤纶、锦纶与氨纶的混纺料与硅胶、硅橡胶、TPU、TPE形成的复合材料。
本方案中，弹性敏感材料可感应电容信号并具有导电性能。
弹性面料、弹性敏感材料之间1:1复配。
依据需求设计导电层结构，弹性导电层2可以如图2所示采用方形结构，也可以如图3所示采用葫芦串状结构。
（3）弹性电极3具体构成与规格为：由纺织涂层导电材料与多个弹性敏感材料、导线复合而成。
本方案中，弹性电极具有导电性，适于人体曲率与运动人体工学。
（4）弹性导线4可以采用下述几种具体规格为：
①弹性导线为高分子材料表面镀银、镀铜等的织物线。
②弹性导线为带硅胶皮的铜导线弯折固定形成的可拉伸导线。
③弹性导线为外壳是弹性硅胶管、内芯是液态金属GaInSn的可拉伸导线。
本方案中，弹性导线4能适应具有复杂曲率的弹性人体并且能够传递电信号的导线。
（5）介电层5由具体构成为：单一硅胶、硅橡胶、TPU、TPE。
介电层5位于弹性敏感材料位于弹性导电层2之间，具有非导电性。
上述呼吸监测带的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备弹性带：将棉、涤纶、锦纶等与氨纶材料的混纺并与硅胶、硅橡胶、TPU、TPE等有弹性、绝缘性、防水性的材料丝网印刷或涂敷烘烤形成的复合材料，或单一硅胶、硅橡胶、TPU、TPE等有弹性、绝缘性、防水性的材料裁剪成相应形状备用，丝网印刷300目，涂覆烘烤温度为120℃，时间为10分钟；
（2）制备弹性纺织电极：采用弹性导线与弹性导电纺织材料集成纺织电极；采用弹性粘合导电材料将弹性导线集成于敏感导电材料上，并确保电极通路和导线的牢固性；
（3）制备弹性敏感材料：采用弹性粘合材料与弹性纺织导电材料、弹性导电硅胶材料、弹性金属印刷材料，制备具有双面粘性的导电材料，印刷结构可为长方形、波浪形、葫芦串形状叉指电极型，以提高传感器的敏感度和信号的抗噪性能；
（4）制备弹性介电材料：将硅胶、水凝胶、硅橡胶、TPU、TPE等材料丝网印刷或涂敷烘烤至弹性敏感材料上，丝网印刷300目，涂覆烘烤温度为120℃，时间为10分钟；
（5）制备传感器封装材料：采用涂敷烘烤方法将柔性导电材料（包括但不限于硅胶、水凝胶、银浆、导电高分子材料、硅胶与导电纤维布复合材料等）裁剪成相应形状并与面料基部结合形成封装部件备用，丝网印刷300目，涂覆烘烤温度为120℃，时间为10分钟；
（6）安装信号采集装置：将数据采集和链接设备与导线焊接形成信号采集与存储系统。
Claims (10)
1.一种呼吸监测带，其特征在于：由内向外依次为弹性介电材料构成的介电层、弹性导电层以及封装层，所述弹性导电层中设置有弹性电极，弹性电极接出弹性导线，弹性导电层包括弹性面料、弹性敏感材料，所述弹性面料可以采用下述三种中的任一种：（1）棉、涤纶、锦纶与氨纶的混纺料，（2）硅胶、硅橡胶、TPU、TPE中的任一种，（3）硅胶、硅橡胶、TPU、TPE中任一种与混纺料所形成的复合材料，混纺料为棉、涤纶、锦纶与氨纶混纺所得。
2.根据权利要求1所述的一种呼吸监测带，其特征在于：所述混纺料为棉、涤纶、锦纶中的任一种与氨纶混纺，混纺配比满足：棉/涤纶/锦纶:氨纶=7：3，所述混纺料为棉、涤、锦纶、氨纶四者的混纺，混纺配比满足棉：涤纶：锦纶:氨纶=2：3：3：2。
3.根据权利要求1所述的一种呼吸监测带，其特征在于：所述弹性导线是由电极材料与表面镀/铜弹性高分子材料组成；或者，所述弹性导线是由液态金属与弹性体的混合浆料、金属粉末与弹性体的混合浆料、石墨烯浆料、石墨导电胶、银胶、碳粉/碳纤维/石墨烯与弹性体的混合浆料中的任一种或多种构成。
4.根据权利要求3所述的一种呼吸监测带，其特征在于：所述液态金属和弹性体混合浆料中，液态金属:弹性体=100:1-100；碳粉/碳纤维/石墨烯与弹性体的混合浆料中，碳粉/碳纤维/石墨烯:弹性体=1-100:100；金属粉末和弹性体混合浆中，金属粉末:弹性体=1-100:100。
5.根据权利要求1所述的一种呼吸监测带，其特征在于：所述弹性介电材料为硅胶、水凝胶、硅橡胶、TPU、TPE中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一种呼吸监测带，其特征在于：所述封装层的构成为由棉、涤纶、锦纶与氨纶的混纺料与硅胶、硅橡胶、TPU、TPE形成的复合材料。
7.根据权利要求1所述一种呼吸监测带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将棉、涤纶、锦纶与氨纶混纺，再与硅胶、硅橡胶、TPU、TPE等有弹性、绝缘性、防水性的材料中的任一种或多种形成的复合材料作为弹性面料，或单一硅胶、硅橡胶、TPU、TPE等有弹性、绝缘性、防水性的材料裁剪成相应形状作为弹性面料，备用；
（2）采用弹性导线与弹性导电纺织材料集成纺织电极，采用弹性粘合导电材料将弹性导线集成于敏感导电材料上，并确保电极通路和导线的牢固性；
（3）采用弹性粘合材料与弹性纺织导电材料、弹性导电硅胶材料、弹性金属印刷材料，制备具有双面粘性的导电材料，印刷结构可为长方形、波浪形、葫芦串形状叉指电极型，以提高传感器的敏感度和信号的抗噪性能；
（4）将硅胶、水凝胶、硅橡胶、TPU、TPE等材料中的任一种或多种以丝网印刷或涂敷烘烤方式附着于弹性敏感材料上；
（5）采用涂敷烘烤方法，将柔性导电材料裁剪成相应形状，并与弹性面料结合，形成封装部件，备用，所述柔性导电材料包括但不限于硅胶、水凝胶、银浆、导电高分子材料、硅胶、导电纤维布复合材料中的任一种；
（6）将数据采集和链接设备与弹性导线连接，形成信号采集与存储系统。
8.根据权利要求7所述的一种呼吸监测带的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述硅胶、硅橡胶、TPU、TPE中的任一种或多种以丝网印刷或涂敷烘烤方式与混纺料形成复合材料，所述丝网印刷的网板目数为250-300；所述涂覆烘烤温度为110-120℃，烘烤时间为5-10分钟。
9.根据权利要求7所述的一种呼吸监测带的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述丝网印刷的网板目数为300-350；所述涂覆烘烤温度为120-130℃，烘烤时间为8-10分钟。
10.根据权利要求7所述的一种呼吸监测带的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述涂覆烘烤温度为110-130℃，烘烤时间为8-15分钟。
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|---|---|---|---|
| CN202210866232.XA CN115349855A (zh) | 2022-07-22 | 2022-07-22 | 一种呼吸监测带及其制备方法 |
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Citations (4)
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| CN106017748A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-10-12 | 北京印刷学院 | 基于复合材料介电层的电容式柔性压力传感器及其制备方法 |
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| CN110657741A (zh) * | 2019-07-18 | 2020-01-07 | 宁波韧和科技有限公司 | 一种电容式弹性应变传感器，其制备方法与应用 |
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2022
- 2022-07-22 CN CN202210866232.XA patent/CN115349855A/zh active Pending
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