CN115943737A - 生物传感集成服装 - Google Patents

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CN115943737A CN201980050999.1A CN201980050999A CN115943737A CN 115943737 A CN115943737 A CN 115943737A CN 201980050999 A CN201980050999 A CN 201980050999A CN 115943737 A CN115943737 A CN 115943737A
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biometric
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穆达法尔·哈桑·阿里
康纳·米汉
安东尼·约瑟夫·皮亚扎
尤利塔·C·纽金特
亚当·M·惠顿
杰佛瑞·B·克罗斯
比伦·萨伦克
赛德·穆罕默德·阿卜杜拉
艾莉森·E·鲍尔斯
马克·A·伯格曼
丹尼斯·T·阮
普奥坎·N·阮
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Flextronics Co ltd
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Abstract

本公开实施例提供了用于服装的系统和方法，所述服装包括织物层、集成到所述织物层中的多个生物特征传感器、以及集成到所述织物层中的连接层。所述连接层可包括与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的信号导体和电力导体。所述服装还可包括电源、信号监测器、以及网关；所述电源与每一所述电力导体耦合，并经由所述连接层的电力导体向所述多个生物特征传感器中的每一个提供电力；所述信号监测器与所述连接层耦合，并经由所述连接层的信号导体接收包括来自所述多个生物特征传感器中的每一个的生物特征信息的信号；所述网关与所述信号监测器耦合，从所述信号监测器接收所述生物特征信息，并将所述生物特征信息提供给外部计算机系统。

Description

生物传感集成服装
相关申请的交叉引用
本申请根据美国法典第35条第119(e)款，要求由Mudhafar等人于2018年8月1日提交的题为“生物传感集成服装”，申请号为62/713,131的美国临时申请、以及由Mudhafar等人于2018年8月1日提交的题为“用于生命信号和肌电图感测的服装集成干电极”，申请号为62/713,079的美国临时申请的优先权。针对其教导的所有内容且出于所有目的，上面列出的每个申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开实施例一般涉及用于收集生物特征信息的方法和系统，并且更具体地涉及包括用于收集生物特征信息的集成传感器的服装。
背景技术
从医疗病人的健康监测到运动员的成绩监测，再到军事人员、宇航员等的成绩与健康监测相结合的多种应用，心率、呼吸、温度等生命体征的感知、肌电图，即肌肉活动的测量、以及其他生物特征监测都非常重要。通常，根据所监测的信息，用于执行该些监测的传感器被单独地应用于被监测人员的各个部位。如果需测量多个不同的生物特征信息，则此过程可能耗时且乏味。此外，在此过程中传感器容易打滑或错位，也容易受到污垢和水分的污染，并且在佩戴者活动时可能会限制佩戴者的运动。因此，本领域需要改进的用于收集生物特征信息的系统和方法。
发明内容
本公开实施例提供了用于包括用于收集生物特征信息的集成传感器的服装的系统和方法。在一实施例中，一种用于从服装的穿着者收集生物特征信息的生物传感服装可包括形成所述服装的织物层、集成到所述织物层中的多个生物特征传感器、以及集成到所述织物层中的连接层。例如，所述多个生物特征传感器可包括心电图(ElectroCardioGraphy,ECG)传感器、呼吸传感器、光电容积描记图(PhotoPlethysmoGram,PPG)传感器、温度传感器、和/或肌电图(ElectroMyoGraphy,EMG)传感器中的任一个。所述织物层可包括至少在所述多个生物特征传感器的每一个的区域中的多层构造，并且可将所述多个生物特征传感器中的每一个压到所述服装的穿着者的皮肤表面。在一些情况下，所述织物层可形成基本覆盖穿着者的所有躯干、手臂和腿的衣服，并可包括位于每一臂袖和每一腿袖中的一个或多个稳定部分。
所述连接层可包括与所述多个生物特征传感器的每一个耦合的一个或多个信号导体、以及与所述多个生物特征传感器的每一个耦合的一个或多个电力导体。所述连接层还可包括所述服装的柔性可拉伸衬底，所述连接层的信号导体和电力导体可包括印刷在所述柔性可拉伸衬底上的多条导电油墨迹线。所述多条迹线包括一条或多条直形迹线和一条或多条曲折形迹线。所述多个生物特征传感器的每一个均可集成到所述服装中，并且可通过机械夹紧和/或使用导电粘合剂的方式与所述连接层连接。
所述服装还可包括与每一所述电力导体耦合的电源，所述电源经由所述连接层的电力导体向所述多个生物特征传感器的每一个提供电力。可将信号监测器与所述连接层耦合，所述信号监测器可经由所述连接层的信号导体接收包括来自所述多个生物特征传感器的每一个的生物特征信息的信号。可将网关与所述信号监测器耦合。所述网关可从信号监测器接收所述生物特征信息，并将所述生物特征信息提供给外部计算机系统。所述信号监测器也可与电源耦合。在一些情况下，所述信号监测器可将接收到的所述包括来自所述多个生物特征传感器中的每一个的生物特征信息的信号与对应每一传感器的阈值进行比较。响应于低于相应传感器的阈值的信号，可增加由所述电源提供给相应传感器的电压。
在另一实施例中，生物传感服装的信号监测器可包括处理器和与所述处理器耦合并由所述处理器可读的存储器。所述存储器可在其中存储一组指令，该指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过从集成到所述服装的织物层中的多个生物特征传感器中的每一个接收生物特征信息来收集来自所述服装的穿着者的生物特征信息。所述多个生物特征传感器可包括心电图(ElectroCardioGraphy,ECG)传感器、呼吸传感器、光体积描记图(PhotoPlethysmoGram,PPG)传感器、温度传感器、和肌电图(ElectroMyoGraphy,EMG)传感器中的两个或两个以上。所述织物层可包括至少在所述多个生物特征传感器中的每一个的区域中的多层构造，并且可将所述多个生物特征传感器中的每一个压到所述服装的穿着者的皮肤表面。在一些情况下，所述织物层可形成基本覆盖穿着者的所有躯干、手臂和腿的衣服，并可包括位于每一臂袖和每一腿袖中的一个或多个稳定部分。
所述生物特征信息可经由集成到所述服装的织物层中的连接层接收，所述连接层包括与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个信号导体、以及与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个电力导体。所述连接层可包括所述服装的柔性可拉伸衬底，所述连接层的信号导体和电力导体可包括印刷在所述柔性可拉伸衬底上的多条导电油墨迹线，所述多条迹线包括一条或多条直形迹线和一条或多条曲折形迹线。所述多个生物特征传感器中的每一个均可集成到所述服装中，并且可通过机械夹紧和/或使用导电粘合剂的方式与所述连接层连接。
所述指令还可使所述信号监测器的处理器通过所述生物传感服装的网关将接收到的生物特征信息提供给外部计算机系统。在一些情况下，所述指令还可使所述信号监测器的处理器将接收到的所述包括来自所述多个生物特征传感器中的每一个的生物特征信息的信号与对应每一传感器的阈值进行比较。响应于低于相应传感器的阈值的信号，所述指令可使所述信号监测器的处理器增加由电源提供给相应传感器的电压。
在又一实施例中，一种用于从生物传感服装的穿着者收集生物特征信息的方法可包括：所述生物传感服装的信号监测器从集成到所述服装的织物层中的多个生物特征传感器中的每一个接收生物特征信息。所述生物特征信息可经由集成到所述服装的织物层中的连接层接收，所述连接层包括与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个信号导体、以及与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个电力导体。所述多个生物特征传感器可包括两个或两个以上的心电图(ElectroCardioGraphy,ECG)传感器、呼吸传感器、光体积描记图(PhotoPlethysmoGram,PPG)传感器、温度传感器、和/或肌电图(ElectroMyoGraphy,EMG)传感器。所述生物传感服装的信号监测器可将每一接收到的包括来自所述多个生物特征传感器中的每一个的生物特征信息的信号与对应于每一传感器的阈值进行比较，响应于信号低于相应传感器的阈值的信号，可增加由所述生物传感服装的电源提供给相应传感器的电压。然后，所述生物传感服装的信号监测器可经由所述生物传感服装的网关将接收到的生物特征信息提供给外部计算机系统。
附图说明
图1A、1B和1C分别为根据本公开一实施例的生物传感集成服装的各视角的视图。
图2A和2B分别为根据本公开一实施例的示例性生物特征传感器的各视角的视图。
图3A和3B分别为根据本公开一实施例的示例性生物特征信号监测器的各视角的视图。
图4A和4B分别为根据本公开一实施例的用于生物特征监测的示例性网关的各视角的视图。
图5为根据本公开一实施例的生物传感集成服装的示例性组件的框图。
图6为根据本公开一实施例的生物特征信号监测器的示例性组件的框图。
图7为根据本公开一实施例的用于监测穿着生物传感集成服装的个人的健康的示例性过程的流程图。
图8A、8B和8C分别为根据本公开各实施例的不同干电极传感器构造的视图。
图9为根据本公开一实施例的干电极传感器的剖视图。
在附图中，类似的部件和/或特征可具有相同的附图标记。此外，相同类型的各种组件可通过在附图标记后面加上在相似的组件之间进行区分的字母来区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何类似组件，而与第二附图标记无关。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本文公开的各种实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，显而易见地，在没有这些特定细节中的一些的情况下，可实践本公开的各种实施例。随后的描述仅提供了示例性实施例，并且不旨在限制本公开的范围或适用性。此外，为了避免不必要地模糊本公开，前面的描述省略了许多已知的结构和装置。该省略不应被解释为对权利要求的范围的限制。更确切地说，随后的示例性实施例的描述将为本领域技术人员提供用于实现示例性实施例的使能描述。然而，应当理解的是，本公开可以超出本文阐述的具体细节的各种方式来实践。
虽然本文所示的示例性方面、实施例和/或配置示出了系统的各种组件，但是系统的某些组件可远程地位于分布式网络的远处部分(例如局域网(Local-Area Network,LAN))和/或广域网(Wide-Area Network,WAN)，例如互联网，或在专用系统内。因此，应该理解的是，该系统的组件可组合到一个或多个设备中，或者位于分布式网络(诸如模拟和/或数字电信网络、分组交换网络或电路交换网络)的特定节点上。从下面的描述中可理解，并且出于计算效率的原因，可将系统的组件布置在组件的分布式网络内的任何位置，而不影响系统的操作。
此外，应当理解，连接元件的各种链路可是有线或无线链路，或其任何组合，或能够向所连接的元件提供数据和/或传送数据的任何其它已知的或以后开发的元件。这些有线或无线链路也可是安全链路，并且可能能够传递加密信息。例如，用作链路的传输介质可是用于电信号的任何合适的载体，包括同轴电缆、铜线和光纤，并且可采用声波或光波的形式，例如在无线电波和红外数据通信期间产生的声波或光波。
如本文所使用的短语“至少一个”、“一个或多个”、“或”和“和/或”是开放式的表达，在操作中既是合取的也是析取的。例如，每一术语“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”、“A，B和/或C，”和“A，B，或C”均指A单独、B单独、C单独、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A，B和C一起。
术语“一个”或“一”实体是指该实体中的一个或多个。因此，术语“一个”(或“一”)、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可互换使用。还应注意的是，术语“包含”、“包括”和“具有”可互换使用。
如本文所使用的术语“自动”及其变型，是指当执行过程或操作时，在没有实质性的人为输入的情况下完成的任何过程或操作。然而，过程或操作可是自动的，即使过程或操作的执行使用物质或非物质的人工输入，如果输入是在执行过程或操作之前接收的。人力输入被认为是实质性的，如果这种输入会影响如何执行过程或操作。同意执行过程或操作的人力输入不被认为是“实质性的”。
本文使用的术语“计算机可读介质”是指参与向处理器提供指令以供执行的任何有形存储和/或传输介质。这样的介质可采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如非易失性随机存取存储器(Non-VolatileRandom-Access Memory,NVRAM)或磁盘或光盘。易失性介质包括动态存储器，例如主存储器。常见形式的计算机可读介质包括例如软盘、硬盘、磁带或任何其他磁性介质、磁光介质、光盘只读存储器(Compact Disk Read-Only Memory,CD-ROM)、任何其他光介质、穿孔卡、纸带、任何其他具有孔图案的物理介质、随机存取存储器(Random-Access Memory,RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory,PROM)、可擦除编程只读存储器(Erasable Programable Read-Only Memory,EPROM)、闪存、固态介质如存储卡、任何其他存储芯片或墨盒、如下所述的载波、或计算机可从中读取的任何其他介质。电子邮件或其他自包含的信息存档或存档集的数字文件附件被认为是等同于有形存储介质的分发介质。当计算机可读介质被配置为数据库时，应当理解，数据库可是任何类型的数据库，诸如关系的、分层的、面向对象的等。因此，本公开被认为包括有形存储介质或分发介质以及现有技术中公认的等同物和后继介质，其中存储了本公开的软件实现。
“计算机可读信号”介质可包括传播数据信号，其具有在其中体现的计算机可读程序代码，例如，在基带中或作为载波的一部分。这样的传播信号可采用多种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可是不是计算机可读存储介质并且可通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。实施在计算机可读介质上的程序代码可使用任何适当的介质来传输，包括但不限于无线、有线、光纤电缆、射频(Radio Frequency,RF)等，或前述的任何合适的组合。
术语“确定”、“计算”和“估算”及其变型，如本文所使用的，可互换使用，并且包括任何类型的方法、过程、数学操作或技术。
应当理解的是，本文所使用的术语“手段”应根据美国法典第35条第112节，第6段，给出其最广泛的解释。因此，包含术语“手段”的权利要求应涵盖本文中阐述的所有结构、材料或动作，及其所有等同物。进一步地，结构、材料或动作及其等同物应包括在本公开的摘要、附图的简要描述、详细描述、摘要和权利要求本身。
本公开的各方面可采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，这些实施例可在本文中通常被称为“电路”、“模块”或“系统”。可利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。所述计算机可读介质可是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。
在又一实施例中，本公开的系统和方法可结合专用计算机、编程的微处理器或微控制器和外围集成电路元件、ASIC或其他集成电路、数字信号处理器、硬连线电子或逻辑电路，如离散元件电路、可编程逻辑器件或门阵列，例如可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Device,PLD)、可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array,PRA)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)、可编程阵列逻辑(Programmable ArrayLogic,PAL)、专用计算机、任何可比手段等。通常，能够实现本文所示的方法的任何设备或装置可用于实现本公开的各方面。可用于所公开的实施例、配置和方面的示例性硬件包括计算机、手持设备、电话(例如，蜂窝、启用互联网的、数字的、模拟的、混合的和其他)以及本领域已知的其他硬件。这些设备中的一些包括处理器(例如，单个或多个微处理器)、存储器、非易失性存储器、输入设备和输出设备。此外，还可构造包括但不限于分布式处理或组件/对象分布式处理、并行处理或虚拟机处理的替代软件实现来实现本文描述的方法。
如本文所述的处理器的示例可包括但不限于至少一个
Figure BDA0002924447890000081
Figure BDA0002924447890000082
800和801、具有4G LTE集成和64位计算的
Figure BDA0002924447890000083
Figure BDA0002924447890000091
610和615、具有64位架构的
Figure BDA0002924447890000092
A7处理器、
Figure BDA0002924447890000093
M7运动协处理器、
Figure BDA0002924447890000094
系列、
Figure BDA0002924447890000095
CoreTM处理器家族、
Figure BDA0002924447890000096
处理器家族、
Figure BDA0002924447890000097
AtomTM处理器家族、Intel
Figure BDA0002924447890000098
处理器家族、
Figure BDA0002924447890000099
i5-4670K和i7-4770K 22nm Haswell、
Figure BDA00029244478900000910
i5-3570K 22nm Ivy Bridge、
Figure BDA00029244478900000911
FXTM处理器家族、
Figure BDA00029244478900000912
FX-4300、FX-6300、和FX-835032nm Vishera，
Figure BDA00029244478900000913
Kaveri处理器、Texas
Figure BDA00029244478900000914
Jacinto C6000TM汽车信息娱乐处理器、Texas
Figure BDA00029244478900000915
OMAPTM汽车级移动处理器、
Figure BDA00029244478900000916
CortexTM-M处理器、
Figure BDA00029244478900000917
Cortex-A和ARM926EJ-STM处理器、以及其他工业等效处理器，并且可使用任何已知或未来开发的标准、指令集、库和/或体系结构来执行计算功能。
在又一实施例中，所公开的方法可容易地结合使用对象或面向对象的软件开发环境来实现所公开的方法，所述软件开发环境提供可在各种计算机或工作站平台上使用的可移植源代码。或者，所公开的系统可部分地或全部地在硬件中使用标准逻辑电路或超大规模集成(Very Large-Scale Integration,VLSI)设计来实现。是否使用软件或硬件来实现根据本公开的系统取决于系统的速度和/或效率要求、特定功能以及正在使用的特定软件或硬件系统或微处理器或微计算机系统。
在又一实施例中，所公开的方法可部分地实现在软件中，该软件可存储在存储介质上，在控制器和存储器、专用计算机、微处理器等的配合下在编程的通用计算机上执行。在这些实例中，本公开的系统和方法可实现为嵌入在个人计算机上的程序，例如applet、
Figure BDA00029244478900000918
或公共网关接口(Common Gateway Interface,CGI)脚本，作为驻留在服务器或计算机工作站上的资源，作为嵌入在专用测量系统、系统组件等中的例程。该系统还可通过将系统和/或方法物理地并入软件和/或硬件系统来实现。
尽管本公开参照特定标准和协议描述了在方面、实施例和/或配置中实现的组件和功能，但是这些方面、实施例和/或配置不限于这样的标准和协议。本文未提及的其他类似标准和方案存在并且被认为包括在本公开中。此外，本文提及的标准和协议以及本文未提及的其他类似标准和协议定期被具有基本相同功能的更快或更有效的等同物取代。具有相同功能的此类替换标准和协议被认为包括在本公开中。
下面将参考附图描述本公开实施例的各种附加细节。虽然将关于特定的事件序列来讨论和示出流程图，但是应当理解的是，对该序列的改变、添加和省略可在不实质上影响所公开的实施例、配置和方面的操作的情况下发生。
本公开实施例提供了用于包括用于收集生物特征信息的集成传感器的服装的系统和方法。一般来说，并且如下面将更详细地描述的，为了监测健康和肌肉活动，需要连续监测健康状况的人可穿着配备有生物传感器的服装。这种服装可配备生物传感器，以监测重要的信号，如ECG、呼吸、PPG、血压、核心体温、以及肌肉活动，如EMG。这些传感器可位于服装内和服装穿着者的身体上，以监测电信号，并可通过其他传感手段，如光学或热。由这些传感器产生的信号可通过电子电路收集和处理，所述电子电路通过集成在服装中的连接层网互连。这些相互连接的传感器和电路可集成到服装中，以至于对人的正常活动的干扰是最小的。用于生物传感系统的电力可通过在服装内、服装上或服装附近的便携式电源或通过使用类似地位于服装内、衣服上或附近的能量收集装置来提供。监测数据可通过有线或无线通信连接到计算节点进行进一步分析和警报生成。
图1A-1C分别为根据本公开一实施例的生物传感集成服装的各视角的视图。更具体地，图1A为如本文所述的生物传感集成服装100的前视图。如该示例所示，所述生物传感集成服装100可包括织物层105，所述织物层105形成基本覆盖穿着者的躯干、手臂和腿的衣服。在该视图中可看到多个传感器110A-110E。所述传感器110A-110E可与所述服装的连接层115连接。所述传感器110A-110E和将要描述的所述服装的其他元件可通过使用导电油墨印刷在柔性可拉伸衬底上，如粘合到所述服装100的织物层105的TPU。所述传感器110A-110E可包括但不限于：可由电极、印刷的连接迹线、以及用于ECG信号数字化的电子电路组成的ECG传感器；可由用于生物阻抗测量的电极、电子电路、以及印刷的连接迹线组成的呼吸传感器；可由光学传感器(本身由多个LED和光电探测器组成)、驱动所述光学传感器的电子电路、温度传感器、以及印刷的连接迹线组成的PPG传感器；可由成对的电极、印刷的连接迹线、以及用于模拟信号数字化的电子电路组成的EMG传感器；和/或用于从所述生物传感集成服装100的穿着者收集生物特征信息的其他传感器。
图1B为所述生物传感集成服装100的侧视图。图1C为所述生物传感集成服装100的后视图。在这些视图中，均可在不同的位置看到额外的用于测量不同的生物特征信息的传感器110F-110I。此外，还可看到信号监测器125。一般来说，并且如下面将更详细地描述的，所述信号监测器125可从各个传感器110A-110I接收生物特征信息，并将所述生物特征信息提供给外部计算机系统(此处未示出)以进行监测。在一些情况下，所述生物传感集成服装100可包括一个或多个电连接器，所述电连接器可提供对外部计算机系统的有线访问和/或向传感器110A-110I、信号监测器和生物传感集成服装100的其他元件提供电力。附加地或替代地，所述生物传感集成服装100的信号监测器125可利用一个或多个无线通信发射器将生物特征信息提供给外部计算机系统。
用于所述传感器110A-110I的电子电路可经由连接层(此处未示出)互连，所述连接层可包括使用导电油墨印刷在可拉伸且生物兼容的衬底(例如TPU)上的迹线网。所述衬底可被粘结到所述生物传感集成服装100的织物层。所述迹线可由不同的导电油墨印刷成不同的几何形状，包括直线形状以及曲折形状，以便在拉伸传导下实现最小电阻，同时保持最小尺寸。所述迹线中的一些可构成向分散在所述服装上的生物传感电子器件提供电力的电力线。为了减轻过度的路径电阻，并由于拉伸而增加，所述信号监测器125可将电压从一个生物传感节点推进到另一个生物传感节点。推进是由软件根据需要决定的；即电压是否低于阈值。这些连接网可以携带实现一种用于处理从数据收集点传输数据的通信协议的高速数字信号，即从传感器的电子电路，到将所有的数据流输送到服装外的外部数据分析计算系统的网关。所述网关可通过有线或无线方式连接到外部计算系统。
图2A和图2B分别为根据本公开一实施例的示例性生物特征传感器的各视角的视图。更具体地，图2A为示例性生物特征传感器200的分解图。图2B为所述生物特征传感器200的装配图。如这里所示，所述生物特征传感器200可由内壳205和内密封垫圈210构成，以防止污垢和水分污染组装的传感器200的内部。所述内壳205和内密封垫圈可通过PET加强件220附接到预切割背衬材料的基层215上。TPU网235可临近基层215设置。所述TPU网235可具有附接到其上的一组电极230，并且可包括连到所述电极230的多条导电迹线。包括本领域已知的基于传感器类型的电子电路的传感器200的印刷电路板225可被安装到所述TPU网235上，并且可在所述TPU网235的顶部上设置TPU封装层240。最后，外密封垫圈245和外壳250可附接到所述传感器200以完成所述印刷电路板225的封装。
可将所述传感器200与服装以这样的方式进行集成：所述印刷电路板225引脚与TPU网235上印刷的连接迹线之间可通过机械夹紧内壳体205、PET加强件220、和外壳250以及其他方式，例如通过使用导电粘合剂进行连接。所述传感器200以这种方式集成到服装中，再加上内密封垫圈210和外密封垫圈245提供紧密密封，以防止任何水或污染物泄漏。
图3A和图3B分别为根据本公开一实施例的示例性生物特征信号监测器的各视角的视图。更具体地，图3A为示例性生物特征信号监测器300的分解图。图3B为所述生物特征监测器300的装配图。如这里所示，所述生物特征信号监测器300可由外壳305和外密封垫圈310构成，以防止污垢和水分污染组装的生物特征信号监测器300的内部。所述外壳305和外密封垫圈可通过PET加强件320附接到预切割背衬材料的基层315上。TPU网325可临近基层315设置。所述TPU网325可具有连到本文描述的连接层的多条导电迹线。所述生物特征信号监测器300的印刷电路板330包括安装在TPU网325上的用于接收、处理和上传或传输如本文所述的生物特征信息的电子电路。最后，内密封垫圈335、内壳340和盖345可附接到所述生物特征信号监测器300以完成所述印刷电路板330的封装。
图4A和图4B分别为根据本公开一实施例的用于生物特征监测的示例性网关的各视角的视图。更具体地，图4A为示例性网关400的分解图。图4B为所述网关400的装配图。如这里所示，所述网关400可由内壳405和内密封垫圈410构成，以防止污垢和水分污染组装的网关400的内部。包括本领域中已知的用于将生物特征信息传输到外部计算机的电子电路的所述网关400的印刷电路板415可安装到所述内壳405上或内壳405内。可将TPU网420设置为邻近于所述内壳405和内密封垫圈410。PET加强件425可邻近于所述TPU网420设置，并且预切割背衬材料的基层215可设置在所述PET加强件425和TPU网420旁边并固定到所述PET加强件425和TPU网420上。最后，外密封垫圈435和外壳440可附接到所述网关400以完成所述印刷电路板415的封装。在一些情况下，应变消除装置445，例如弹簧和/或杠杆可附接到外壳440上。
图5为根据本公开一实施例的生物传感集成服装的示例性组件的框图。如在该示例中所示，用于从所述服装的穿着者收集生物特征信息的生物传感服装100可包括形成所述服装的织物层105、集成到所述织物层105中的多个生物特征传感器110A-110D、以及集成到所述织物层105中的连接层115。例如，所述多个生物特征传感器110A-110D可包括心电图(ElectroCardioGraphy,ECG)传感器、呼吸传感器、光电容积描记图(PhotoPlethysmoGram,PPG)传感器、温度传感器、和/或肌电图(ElectroMyoGraphy,EMG)传感器中的任一个。所述织物层105可包括至少在所述多个生物特征传感器110A-110D中的每一个的区域中的多层构造，并且可将所述多个生物特征传感器110A-110D中的每一个压到所述服装100的穿着者的皮肤表面。在一些情况下，所述织物层105可形成基本覆盖穿着者的所有躯干、手臂和腿的衣服，并且所述织物层包括位于每一臂袖和每一腿袖中的一个或多个稳定部分，例如环、带、或其他提供附加压紧和/或防滑表面的结构，以防止臂袖和/或腿袖发生滑动、向上或向下移动、旋转等。
所述连接层115可包括与所述多个生物特征传感器110A-110D中的每一个耦合的一个或多个信号导体515A、以及与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个电力导体515B。所述连接层115还可包括所述服装的柔性可拉伸衬底，所述连接层115的信号导体515A和电力导体515B可包括印刷在所述柔性可拉伸衬底上的多条导电油墨迹线。所述多条迹线可包括一条或多条直形迹线和一条或多条曲折形迹线。所述多个生物特征传感器110A-110D中的每一个均可集成到所述服装100中，并且可通过机械夹紧和/或使用导电粘合剂的方式与所述连接层115连接。
所述服装100还可包括与每一所述电力导体515B耦合的电源510，所述电源510经由所述连接层115的电力导体515B向所述多个生物特征传感器110A-110D中的每一个提供电力。可将信号监测器125与所述连接层115耦合，所述信号监测器125可经由所述连接层115的信号导体515A接收包括来自所述多个生物特征传感器110A-110D中的每一个的生物特征信息的信号。可将网关505与所述信号监测器125耦合。所述网关505可从信号监测器125接收所述生物特征信息，并将所述生物特征信息提供给外部计算机系统。所述信号监测器125也可与电源510耦合。在一些情况下，所述信号监测器125可将接收到的所述包括来自所述多个生物特征传感器110A-110D中的每一个的生物特征信息的信号与对应每一传感器的阈值进行比较。响应于低于相应传感器的阈值的信号，可增加由所述电源提供给相应传感器的电压。
图6为根据本公开一实施例的生物特征信号监测器的示例性组件的框图。如该示例所示，所述生物传感服装100的信号监测器125可包括处理器605和经由通信总线615与处理器605耦合并由处理器605读取的存储器610。所述存储器610中可存储一组指令，当由所述处理器605执行时，所述指令使处理器605从服装100的穿着者收集生物特征信息。例如，所述存储器610中可存储一组传感器读取指令625，当由所述处理器605执行时，所述传感器读取指令625可使处理器605从集成到所述服装100的织物层105中的多个生物特征传感器110A-110I中的每一个接收生物特征信息。所述多个生物特征传感器110A-110I可包括心电图(ElectroCardioGraphy,ECG)传感器、呼吸传感器、光体积描记图(PhotoPlethysmoGram,PPG)传感器、温度传感器、和肌电图(ElectroMyoGraphy,EMG)传感器中的两个或两个以上。所述织物层105可包括至少在所述多个生物特征传感器110A-110I中的每一个的区域中的多层构造，并且可将所述多个生物特征传感器110A-110I中的每一个压到所述服装100的穿着者的皮肤表面。在一些情况下，所述织物层105可形成基本覆盖穿着者的所有躯干、手臂和腿的衣服，并可包括位于每个臂袖和每个腿袖中的一个或多个稳定部分。
如上所述，所述生物特征信息可经由集成到所述服装100的织物层105中的连接层115接收，所述连接层115包括与所述多个生物特征传感器110A-110D中的每一个耦合的一个或多个信号导体515A、以及与所述多个生物特征传感器110A-110D中的每一个耦合的一个或多个电力导体515B。例如，所述信号监测器125可包括提供到所述连接层115的信号导体515A的连接的一个或多个通信接口620，以允许所述处理器605从多个生物特征传感器110A-110I接收生物特征信息。
所述存储器610还可存储一组上传指令630，当由所述处理器605执行时，所述上传指令630还可使所述信号监测器125的处理器605通过如上所述的生物传感服装100的网关505将接收到的生物特征信息提供给外部计算机系统。在一些情况下，所述存储器610还可存储一组电压调整指令635，当由处理器605执行时，所述电压调整指令还可使所述信号监测器125的处理器605将电源迹线上的每一接收电压与对应于每一传感器的阈值进行比较。响应于低于对应传感器的阈值的电压，所述电压调整指令635可使所述信号监测器125的处理器605增加由电源510提供给相应传感器的电压。
图7为根据本公开一实施例的用于监测穿着生物传感集成服装的个人的健康的示例性过程的流程图。如在该示例中所示，从生物传感服装的穿着者收集生物特征信息可包括由生物传感服装的信号监测器从集成到所述服装的织物层中的多个生物特征传感器中的每一个接收(705)生物特征信息。所述生物特征信息可经由集成到所述服装的织物层中的连接层接收(705)，所述连接层包括与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个信号导体、以及与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个电力导体。所述多个生物特征传感器可包括心电图(ElectroCardioGraphy,ECG)传感器、呼吸传感器、光体积描记图(PhotoPlethysmoGram,PPG)传感器、温度传感器、和肌电图(ElectroMyoGraphy,EMG)传感器中的两个或两个以上。
在一些情况下，可将所述电源迹线上的每一接收电压与对应于每一传感器的阈值进行比较(710)，并且可对所述接收电压是否低于阈值进行确定(715)。响应于确定(715)信号低于相应传感器的阈值，可增加(720)由所述生物传感服装的电源提供给相应传感器的电压。然后，所述生物传感服装的信号监测器可经由所述生物传感服装的网关将接收到的生物特征信息提供(725)给外部计算机系统。
为了监测健康和肌肉活动，可由其健康需要连续监测的人穿着诸如本文描述的配备有生物传感器110A-110I的服装100。这种服装可使用电极来跟踪心脏、呼吸以及肌肉活动。这些电极应该是纺织可集成的、能够可靠地从身体中提取生命信号或EMG信号的、抗运动的、可清洁的、可扩展的、柔软的、察觉不出的、并且对用户的正常活动干扰极小的。传统的湿电极不适合服装集成，因为它们不满足上述要求。在一实施例中，如本文所述的用于集成到服装100中的生物传感器110A-110I可包括由导电垫区域、连接迹线和背衬组成的干电极传感器。
图8A-8C分别为根据本公开各实施例的不同干电极传感器构造的视图。更具体地，图8A为包括背衬805和作为传感器800的电极的两个导电垫810A和810B的传感器800。图8B为包括背衬820和单个导电垫825的传感器810。图8C为包括背衬835、两个导电垫840A和840B以及一组连接迹线845A和845B的传感器830。
无论确切的配置如何，导电垫区域和连接迹线都可使用导电油墨进行印刷，该导电油墨可拉伸且可水洗。印刷可在可拉伸和可水洗的衬底上进行，例如TPU。为了增强与皮肤的接触，印刷的导电垫可有不同的图案。
图9为根据本公开一实施例的干电极传感器的剖视图。如在此示例中所示，干电极生物传感器830可包括包括所述干电极生物传感器830的电极的一个或多个导电垫905以及与所述一个或多个导电垫905中的每一个耦合的一条或多条连接迹线845A和845B。例如，所述连接迹线845A和845B可提供一个或多个电源到所述一个或多个导电垫905的电连接或包括来自所述一个或多个导电垫905的生物特征信息的信号的电连接。背衬910可耦合并保持所述一个或多个导电垫905以及一条或多条连接迹线845A和845B。所述干电极生物传感器830可包括心电图(ElectroCardioGraphy,ECG)传感器、呼吸传感器、光电容积描记图(PhotoPlethysmoGram,PPG)传感器、温度传感器、肌电图(ElectroMyoGraphy,EMG)传感器或其他生物特征传感器。
所述一个或多个导电垫905和一条或多条连接迹线845A和845B可用可拉伸和可水洗的导电油墨印刷。在一些情况下，所述一个或多个导电垫905和一条或多条连接迹线845A和845B可印刷在可拉伸且可水洗的衬底上。所述一个或多个导电垫中的每一个的在所述干电极生物传感器830使用时贴在穿着者皮肤920上的表面可具有纹理。
支架915可设置在所述背衬910的与一个或多个导电垫905相对的一侧上，当所述导电垫905被施加到干电极生物传感器830的穿着者的皮肤920上时，所述支架915将压力传递到一个或多个导电垫905上。所述支架915可由柔性材料构造。由所述支架915传递到一个或多个导电垫905的压力可由压缩织物(例如，服装100的织物层105)施加。所述支架915的邻近压缩织物的部分的形状可比邻近所述一个或多个导电垫905的部分的形状具有更大的曲率。
因此，所述电极具有与皮肤920接合的导电垫905区域，并从其拾取生物信号。应当注意的是，所述导电垫905可印刷在层压层上，该层压层粘附在织物上以及所述支架915上。信号拾取的性能是施加在所述导电垫905上的抵靠皮肤920的压缩程度的函数；压缩程度越高，信号拾取越好。压缩可通过使压缩织物在电极背面(即，支架915)上向下推动来实现。由所述织物层105施加的压缩值是支架915形状的函数。
在一实施例中，所述支架905的构造可基于泡沫的、柔性的或刚性的材料，以便符合皮肤曲率并因此提供更可靠的皮肤接触。所述导电垫905上的压力来自压缩织物的使用，所述压缩织物围绕身体部分并承载电极。可通过成型所述支架915的背面(即，朝向所述压缩织物层105的侧面)来增加压力，以使得其曲率比电极所在的主体曲率小得多。支配压力的定律是拉普拉斯定律：
Figure BDA0002924447890000181
其中P1是施加在支架背面的压力，R是支架的曲率半径，T是由于拉伸而来自织物的张力(N/cm)，定义为：
Figure BDA0002924447890000182
其中F是施加于拉伸了ε0(mm)的宽度为W(cm)的参考样品的力，并且ε(mm)是包裹在身体的一部分(如手臂、腿或躯干)上的衣服的拉伸量。
另外，所述支架背面的面积相对于所述导电垫的面积缩小：
Figure BDA0002924447890000183
本公开，在各方面、实施例和/或配置中，包括基本上如本文所描绘和描述的组件、方法、过程、系统和/或装置，包括其各方面、实施例、配置实施例、子组合和/或子集。在理解本公开之后，本领域技术人员将理解如何制造和使用所公开的方面、实施例和/或配置。在各方面、实施例和/或配置中，包括在没有本文所描述和/或描述的项目的情况下或在本文所述的各方面、实施例和/或配置中提供的装置和过程，包括在没有以前的设备或过程中可能使用的物品的情况下，例如，用于提高性能，实现简单化和\或降低实施成本。
为了说明和描述的目的，已经提出了上述讨论。上述内容不旨在将本公开限制于本文公开的一种或多种形式。在前述详细描述中，例如，为了简化本公开的目的，本公开的各种特征在一个或多个方面、实施例和/或配置中被组合在一起。本公开的方面、实施例和/或配置的特征可组合在除了上面讨论的那些之外的替代方面、实施例和/或配置。本公开方法不应被解释为反映这样的意图，即权利要求要求比在每一权利要求中明确陈述的更多的特征。更确切地说，如以下权利要求所反映的，发明方面在于少于单个前述公开的方面、实施例和/或配置的所有特征。因此，下面的权利要求被结合到本详细描述中，每一权利要求单独作为本公开的单独的优选实施例。
此外，尽管描述已经包括对一个或多个方面、实施例和/或配置的描述以及某些变型和修改，但是其他变型、组合和修改在本公开的范围内，例如，可在本领域技术人员和知识范围内，在理解本公开之后。旨在获得在允许的范围内包括替代的方面、实施例和/或配置的权利，包括替代的、可互换的和/或等效的结构、功能、范围或步骤，无论是否这样的替代的、可互换的和/或等效的结构、功能、本文公开了范围或步骤，并且不打算公开奉献任何可申请专利的主题。

Claims (20)

1.一种生物传感服装，用于从所述服装的穿着者收集生物特征信息，其中，所述服装包括：
形成所述服装的织物层；
集成到所述织物层中的多个生物特征传感器；
集成到所述织物层中的连接层，所述连接层包括与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个信号导体、以及与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个电力导体；
与每一所述电力导体耦合的电源，所述电源经由所述连接层的电力导体向所述多个生物特征传感器中的每一个提供电力；
与所述连接层耦合的信号监测器，所述信号监测器经由所述连接层的信号导体接收包括来自所述多个生物特征传感器中的每一个的生物特征信息的信号；以及
与所述信号监测器耦合的网关，所述网关从所述信号监测器接收生物特征信息并将所述生物特征信息提供给外部计算机系统。
2.如权利要求1所述的生物传感服装，其中，所述连接层包括所述服装的柔性可拉伸衬底，所述连接层的信号导体和电力导体包括印刷在所述柔性可拉伸衬底上的多条导电油墨迹线。
3.如权利要求2所述的生物传感服装，其中，所述多条迹线包括一条或多条直形迹线和一条或多条曲折形迹线。
4.如权利要求1所述的生物传感服装，其中，所述多个生物特征传感器包括至少一个心电图传感器。
5.如权利要求1所述的生物传感服装，其中，所述多个生物特征传感器包括至少一个呼吸传感器。
6.如权利要求1所述的生物传感服装，其中，所述多个生物特征传感器包括至少一个光电容积描记图传感器。
7.如权利要求1所述的生物传感服装，其中，所述多个生物特征传感器包括至少一个温度传感器。
8.如权利要求1所述的生物传感服装，其中，所述多个生物特征传感器包括至少一个肌电图传感器。
9.如权利要求1所述的生物传感服装，其中，所述信号监测器还与所述电源耦合，所述信号监测器还将电源迹线上的每一接收电压与对应于每一传感器的阈值进行比较，并且，响应于低于对应传感器的阈值的电压，增加由所述电源提供给相应传感器的电压。
10.如权利要求1所述的生物传感服装，其中，所述多个生物特征传感器中的每一个均集成到所述服装中，并且通过机械夹紧和/或使用导电粘合剂的方式与所述连接层连接。
11.如权利要求1所述的生物传感服装，其中，所述织物层包括至少在所述多个生物特征传感器中的每一个的区域中的多层构造，并且所述织物层将所述多个生物特征传感器中的每一个压到所述服装的穿着者的皮肤表面。
12.如权利要求1所述的生物传感服装，其中，所述织物层形成基本覆盖穿着者的所有躯干、手臂和腿的衣服，并包括位于每一臂袖和每一腿袖中的一个或多个稳定部分。
13.一种生物传感服装的信号监测器，其中，所述信号监测器包括：
处理器；以及
存储器，所述存储器与处理器耦合并由处理器可读，所述存储器存储一组指令，当由所述处理器执行时，所述指令使处理器通过以下步骤从所述服装的穿着者收集生物特征信息：
接收来自集成到所述服装的织物层中的多个生物特征传感器中的每一个的生物特征信息，所述生物特征信息经由集成到所述服装的织物层中的连接层接收，所述连接层包括与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个信号导体以及与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个电力导体，以及
通过所述生物传感服装的网关将接收到的生物特征信息提供给外部计算机系统。
14.如权利要求13所述的信号监测器，其中，所述连接层包括所述服装的柔性可拉伸衬底，其中所述连接层的信号导体和电力导体包括印刷在所述柔性可拉伸衬底上的多条导电油墨迹线，其中所述多条迹线包括一条或多条直形迹线和一条或多条曲折形迹线。
15.如权利要求13所述的信号监测器，其中，所述多个生物特征传感器包括心电图传感器、呼吸传感器、光电容积描记图传感器、温度传感器、和肌电图传感器中的两个或两个以上。
16.如权利要求13所述的信号监测器，其中，所述信号监测器还与用于所述多个生物特征传感器的电源耦合，其中所述信号监测器还将每一接收到的包括来自所述多个生物特征传感器中的每一个的生物特征信息的信号与对应每一传感器的阈值进行比较，响应于低于相应传感器的阈值的信号，增加由所述电源提供给相应传感器的电压。
17.如权利要求13所述的信号监测器，其中，所述多个生物特征传感器中的每一个均集成到所述服装中，并且通过机械夹紧和/或使用导电粘合剂的方式与所述连接层连接。
18.如权利要求13所述的信号监测器，其中，所述织物层包括至少在所述多个生物特征传感器中的每一个的区域中的多层构造，并且所述织物层将所述多个生物特征传感器中的每一个压到所述服装的穿着者的皮肤表面。
19.如权利要求13所述的信号监测器，其中，所述织物层形成基本覆盖穿着者的所有躯干、手臂和腿的衣服，并可包括位于每个臂袖和每个腿袖中的一个或多个稳定部分。
20.一种用于从生物传感服装的穿着者收集生物特征信息的方法，其中，所述方法包括：
通过所述生物传感服装的信号监测器接收来自集成在所述服装的织物层中的多个生物特征传感器中的每一个的生物特征信息，所述生物特征信息经由集成到所述服装的织物层中的连接层接收，所述连接层包括与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个信号导体以及与所述多个生物特征传感器中的每一个耦合的一个或多个电力导体，其中所述多个生物特征传感器包括心电图传感器、呼吸传感器、光电容积描记图传感器、温度传感器、和肌电图传感器中的两个或两个以上；
所述生物传感服装的信号监测器将电源迹线上的每一接收电压与对应于每一传感器的阈值进行比较，并且，响应于低于对应传感器的阈值的电压，增加由所述生物传感服装的电源提供给相应传感器的电压；以及
所述生物传感服装的信号监测器将接收到的生物特征信息经由所述生物传感服装的网关提供给外部计算机系统。
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