CN116322493A - 包括热探测器和脉搏监测器的耳栓及监测受试者的身体热量的方法 - Google Patents

Abstract

插入耳道的设备2300，具有至少两个热敏电阻205,207,用于观测用户耳道内的温度梯度，和光学体积描记传感器215,217。监测温度梯度的变化，心率变化，和脉搏幅度,以确定用户面临即将发生的中暑的风险。

Description

包括热探测器和脉搏监测器的耳栓及监测受试者的身体热量 的方法

技术领域

本发明涉及体温的连续监测领域。特别是，本发明涉及监测因体温改变而引起的或伴随体温改变的危险的装置和方法，该危险如中暑。

背景技术

传统上，用水银温度计测量体温。水银温度计具有装满水银的玻璃球，水银从球中溢入毛细管。根据热量传导穿过球壁进入或离开水银，水银在毛细管中膨胀和收缩。将球贴着将测量温度的受试者的身体放置，且通常插入身体的缝隙中，如舌头下面、臂窝或直肠内。位置的选择取决于受试者的年龄。热量从身体传导到水银中并达到平衡需要时间，这样水银的膨胀才能稳定下来。因此，在读取被插入水银温度计的受试者的温度时，受试者往往需要等待，这很耗时，也不舒服。

水银温度计具有严重的缺点。其不能用于在一段时间内，连续监测受试者的温度。水银温度计仅用于提供不连续时刻的单点的温度读数。

提出了鼓膜红外测温仪，其通过探测耳鼓膜的红外辐射，更舒适地测量体温。耳鼓膜也被称为鼓膜。鼓膜红外测温仪在诊所中常见为手持式设备，其具有包含光学探测器的嘴部。所述嘴部的形状是为了插入耳孔中。光学探测器探测来自鼓膜的红外辐射，基于校准，鼓膜红外测温仪非常迅速地根据辐射推导出体温。所述鼓膜红外测温仪的优点是可以非常迅速地读取体温，几乎不到一秒钟。与使用水银体温计不同，这使得受试者在读取体温时无需等待。然而，要确保从位于耳洞的开口处的光学探测器到鼓膜的瞄准线是困难的，尤其是在使用手持设备者没有经验的情况下。此外，此种手持设备不是为受试者进行佩戴而设计的，因此不能用于连续体温监测。与水银体温计一样，手持式鼓膜红外测温仪仅能用于获得单点的温度读数。

作为消防员的受试者希望在其训练或工作期间对其体温进行监测，以评估其遭受严重热伤的风险。在工作压力大的高温环境中，消防员不太可能注意到其自身在发烧以及遭受热伤的危险。消防员的主管通常在附近指挥消防员进行火灾救援，但与火灾本身有距离，因而也难以依靠团队中其他消防员的观测能力来监测消防员的状况。如果消防员因热伤而倒下，他的队友将不得不转而专注于对其进行营救，而不是救火。

提出了将鼓膜红外测温仪设置为耳戴式设计。那么，消防员可以在火灾救援中将其戴在一个耳朵上，这样就可以在整个救援过程中持续监测其体温。然而，耳戴式设计在确保光学探测器和鼓膜之间的瞄准线方面也有同样的固有困难。此外，消防员的运动很容易破坏瞄准线。

任何准确且精细地监测体温的设备均为“敏感”的温度计，必须进行校准。然而，仪器校准会出现漂移。这就需要定期进行重新校准，以保持准确性。如果在繁忙的情况下使用敏感的设备，该情况使得设备受到大量运动的力的影响，可能会出现突然且显著的校准漂移。如果依赖此种敏感的温度计在受试者温度过高时发出警报，那么校准漂移可能会导致虚假警报或未发出有效警报。因此，过于敏感的温度计不适合用于火灾救援期间对消防员体温的连续监测。

提出了基于耳的温度监测设备，其监测受试者耳道内的温度。此种设备坚固耐用，且适于部署在诸如处于恶劣条件下的消防员等受试者身上。然而，期望对此种设备进行改进，使其更加准确。

发明内容

第一方面，本发明提出了耳栓，包括热探测器；脉搏监测器；其中，在脉搏监测器获得佩戴所述耳栓的受试者的心率的指示的同时，所述热探测器能够获得受试者的耳道的空气内的热水平的指示。因此，本发明提供了一种非侵入性的、方便的且可佩戴的设备的可能性，其能够监测受试者的脉搏和温度。有些人的温度可能由于其活动或所处的环境而明显升高，但并未处于任何紧迫的危险中，因为其脉搏是有规律的，没有过快。另外，也许有些人的温度仅仅非常轻微地升高，但由于伴随着心率的提高，应由医务人员对其进行检查，以确保其未处于危险中。本发明的优点是可以通过单个可佩戴的仪器对这些人员进行识别。耳栓能够是耳机的一部分，也能够是助听器的一部分，或者仅是用于耳道的栓体。耳道是在不妨碍日常生活的情况下，对人进行生理监测的良好位置。例如，戴在手腕上的设备在盥洗室洗手时可能弄湿。此外，将设备固定在耳朵上比用带子将设备绑在手腕上更容易。

通常，热探测器包括设置为间隔预定的距离的至少两个热传感器，使得所述至少两个热传感器能够测量耳道内至少两个各自位置的空气的温度；其中，所述至少两个各自位置的空气的温度适于推断耳道内的温度梯度，以提供耳道内的热水平的指示。优选地，所述至少两个热传感器为半导体温度传感器，其可以纳入耳栓拟放入耳道的部分。使用耳道内空气的温度或热梯度作为受试者的身体热量或温度的指示，比现有技术中使用的大多数直接温度测量更鲁棒。

优选地，脉搏监测器为光学体积描记传感器或心冲击描记传感器。替代地，也可以使用其他探测脉搏的方法，如心电描记传感器。特别是，光学体积描记传感器是非常坚固的传感器，其允许耳栓由非常活跃的受试者佩戴。

可选地，所述耳栓进一步包括适合放入耳道的延伸部，所述延伸部具有第一侧和第二侧；所述第一侧和第二侧具有使得第一侧更靠近耳道壁而第二侧更远离耳道壁的尺寸；所述脉搏监测器置于第一侧，所述热探测器置于第二侧。通常，所述第二侧位于所述延伸部的表面上的凹陷中。由此带来的优势是增加了热探测器能够测量耳道内空气的温度而非耳道壁或组织的温度的机会。替代地，所述耳栓进一步包括用于放入耳道内的延伸部，所述热探测器置于所述延伸部上；耳栓具有栓部，用于在耳栓由受试者佩戴时留在耳道外，所述脉搏监测器置于所述栓部上；所述栓部具有适于在延伸部放入耳道时促使脉搏监测器与耳珠接触的尺寸；其中，受试者的心率的指示从受试者的耳珠获得。

可选地，耳栓还包括柔性印刷电路板；所述热探测器和脉搏监测器为柔性印刷电路板上的元件；所述柔性印刷电路板折叠为限定用于容纳热探测器的空间，且所述柔性印刷电路板折叠为装入耳栓内，使得当耳栓由受试者佩戴时，热探测器置入耳道内。

优选地，所述柔性印刷电路板具有刚性部分。通常，柔性印刷电路板由一层或多层硬质衬底加固，使得柔性印刷电路板的相应的一个或多个部分比柔性印刷电路板的其他部分更坚硬；其中，所述柔性印刷电路板是折叠的，使所述印刷电路板的坚硬部分配合，以限定用于容纳热探测器的空间。

在使用柔性印刷电路板的现有技术中，没有动机或需要具有任何刚性部分。因此，对柔性印刷电路板的部分进行刚性化允许人们将柔性印刷电路板折叠成提供略微半封闭空间或罩体的结构，并且其不会塌陷和变得扁平。这种新颖的方法教导对抗使柔性印刷电路板尽可能柔性的倾向，并允许刚性化的部分将敏感的电子元件包裹起来，并予以保护。

在第二方面，本发明提出监测受试者的身体热量的方法，包括以下步骤：在获得受试者的心率的同时，获得受试者的耳道内的热水平的指示；如果心率高于耳道内的热水平的预定的高阈值心率，则发出警报；或如果心率低于耳道内的热水平的预定的低阈值心率，则发出警报。该方法并不等同于任何诊断，因为没有做出诊断性结论。然而，该方法使得受试者的状况得到关注，以便医务人员可以对受试者进行检查。

通常，热水平的指示是耳道中的温度梯度。优选地，获得耳道内的热水平的指示的步骤进一步包括探测耳道内的温度梯度的改变。

优选地，所述方法进一步包括以下步骤：在观测受试者的皮下血液量的同时，观测热水平的指示；如果心率高于耳道内的热水平的预定的高阈值心率，而未伴随受试者的皮下血液量增加到预定的阈值量时，则发出警报。这一特点表明，在受试者的皮肤上散热的有效性可以通过皮下血容量或皮下血流量进行估算。

优选地，在同一时间段内观测受试者的皮下血液量的步骤包括：观测透入受试者的皮肤的光的吸收量。更优选地，观测受试者的皮下血液量的步骤包括：观测脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白的比例；将脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白的比例的增加视为皮下血液的增加；将脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白的比例的减少视为皮下血液的减少。正如有技术的人员所理解的那样，皮肤表面的血液更有可能含有脱氧血红蛋白，因此脱氧血红蛋白对皮下血液量或皮下血流量具有指示性。因此，监测脱氧血红蛋白给出了体内的热量被带到皮肤并消散到环境中的有效性的指示。

另一方面，本发明提出监测受试者的身体散热不足的方法，包括以下步骤：如果受试者的温度的升高未伴随皮下血流量同时且充分的升高到为温度升高的程度而预定的水平，则发出警报。

优选地，所述方法进一步包括以下步骤：观测受试者的心率；并且在发出警报之前，要求心率同时提高。这结合使用了心率、或者脉搏、温度和皮下血流量(或者皮下血液量)，以给出受试者是否应该由医务人员进行诊断的非诊断性的初步指示。当该方法用于耳戴式设备，如耳塞或耳机时，可以以方便的、非侵入性的、其他人几乎无法察觉的方式监测易感人群的健康状况，如消防员、体弱者、昏迷状态者、司机、囚犯等。

更优选地，所述方法进一步包括以下步骤：观测受试者的心率变化；在发出警报之前，要求心率变化同时减小。

另一方面，本发明提出折叠的柔性印刷电路板，包括：印有导线以提供电路的衬底；所述衬底的一个或多个部分为相对柔性的部分；以及所述衬底的一个或多个部分为相对刚性的部分；其中，所述衬底是折叠的，使相对刚性的部分限定用于容纳衬底上的电子元件的空间。

印刷电路板是相对新的，其提供了将电路塞入具有挑战性形状的设备的可能性。然而，趋势是使柔性印刷电路板尽可能地柔性。本发明给出相反的教导，即在柔性印刷电路板中提供刚性的部分。所述刚性的部分可以折叠，以提供功能性罩体，对接触敏感的且置于柔性印刷电路板上的电子元件提供保护，如光学传感器、温度传感器、压电元件、热释电元件等。此外，在敏感元件周围提供空间，可以更好地对可能潜入该元件的湿气进行干燥。因此，该保护提高了这种接触敏感元件的效率和寿命。

通常，衬底的其余部分的刚性是通过在衬底上施用一层刚性材料来提供。例如，该层刚性材料为金属。在某些情况下，电子元件包括至少两个热探测器。优选地，至少两个热探测器为半导体温度传感器。

在另一方面，本发明提出耳塞，包括：当耳塞由受试者佩戴时，用于放入耳道的塞体；以及如所描述的包含在塞体中的折叠的柔性印刷电路板。

在又一方面，本发明提出监测受试者的身体热量的方法，包括以下步骤：在获得受试者的心率的同时，获得受试者的耳道内的热水平的指示；如果心率低于耳道内的热水平的预定的高阈值心率变化(HRV)，则发出警报。本发明提供了一种可能性，即确定心率的提高是否会引起如低HRV所指示的受试者的任何焦虑或不适感。

附图说明

附图示出本发明的可能的布局，便于参考其进一步对本发明进行说明。在附图中，类似的参考标记指代类似的部分。本发明存在其他的布局，因此附图的特殊性不应理解为取代本发明前述的一般性。

图1示出相对于本发明的一个实施例的现有技术示例；

图2为本发明的一个实施例的示意图；

图3为图2所示实施例的内部部件的示意图；

图4示出图2所示实施例如何投入使用；

图5示出图2所示实施例如何在耳朵中就位；

图6为示出图2所示实施例如何在耳朵中就位的放大图；

图7示出由图2所示实施例读取的温度拟合的线性关系模型；

图8示出图7所示模型的梯度可以如何改变；

图9亦示出图7所示模型的梯度可以如何改变；

图10亦示出图7所示模型的梯度可以如何改变；

图11亦示出图7所示模型的梯度可以如何改变；

图12为示出在图2所示实施例操作过程中的运行的流程图；

图12a示出用于获得受试者体温的图2所示实施例的变化；

图13为图12a的变体；

图14为示出图2所示实施例的变体如何在耳朵中就位的放大图；

图15为示出外耳的耳廓图；

图16示出图2所示实施例的变体如何用于图15所示的耳廓；

图17示出作为助听器一部分的图2所示实施例的变体；

图18示出监测低体温的图2所示实施例的另一变体；

图19示出另一个实施例；

图20示出可由图19所示实施例观测到的人的心率；

图21为图19所示实施例的内部部件的示意图；

图22示出图19所示实施例如何投入使用；

图22a示出可由图19所示实施例观测到的人的脉搏改变；

图22b为示出使用图19所示实施例确定受试者是否需要医疗关注的可能方法之一的流程图；

图22c为图22b所示流程图的变体；

图23从两个相反方向示出图19所示实施例的替代方案；

图24从两个相反方向示出图19所示实施例的另一替代方案；

图25示出图19所示实施例的又一替代方案；

图26示出图19所示实施例的又一替代方案；

图27从两个不同方向示出图19所示实施例的又一替代方案；

图28示出图19所示实施例的又一替代方案；

图29示出图19所示实施例的又一替代系统；

图30示出根据本发明实施例制作的原型的一部分；

图31示出图30所示原型的所述部分的局部的放大图；

图32示出设置为适于纳入图30所示原型的光学头中的该原型的部分；

图33示出图30提及的原型的前壳；

图34示出图30提及的原型；以及

图35是图34所示原型的侧面剖视图。

具体实施方式

图2示出本发明的一个实施例200，其为可插入耳道的开口的设备200。本实施例200包括栓体203，以及从栓体203延伸的延伸部201或纵长构件201。当用户将延伸部201插入用户的一个耳道时，该用户通过栓体203握住本实施例200。

栓体203具有适于纳入并堵住耳道的开口的尺寸。优选地，栓体203由柔软的、可变形的材料制成，如橡胶、硅或其他种类的聚合物，其可以变形，以便塞入耳道的开口并牢牢地留在那里。良好的适配性限制或减少通过耳道的开口进出的气流。因此，这减少了与周围环境的空气交换。栓体203背向延伸部201的一侧安装有发光二极管(LED)，如果当佩戴本实施例200的用户处于核心温度过热或中暑的风险时发出警报，LED闪烁。

沿着图2所示延伸部201的轴线AA放置有两个热敏电阻205、207。热敏电阻测量耳道内不同位置的空气的温度，通常以摄氏或华氏为单位。在其他实施例中，可以使用热电偶、任何类型的微型温度计或温度监测器来代替热敏电阻。热敏电阻205、207沿延伸部201彼此间隔。热敏电阻205、207在延伸部201上的位置为预定的；每个热敏电阻205、207与栓体203的距离是已知的，热敏电阻205、207之间的距离Δx亦为已知的。优选地，将热敏电阻205、207置于延伸部201的轴线的同一侧，使得热敏电阻205、207大致面向同一方向。

图3示意性地示出实施例200的一些部件，除包括内热敏电阻207(“内”指当佩戴实施例200时，比外热敏电阻205更深入耳道内)和外热敏电阻205(“外”指当佩戴实施例200时，比内热敏电阻207更靠近耳道的开口)，还包括处理器和用于处理器进行操作的任何所需的存储器或部件209，无线发射器或收发器211以及用于指示佩戴本实施例200的用户过热的警报器213，本实施例200中，警报器是LED。可选地，警报器还包括声音功能，向用户或用户周围的人以声音的方式发出警报。此外，警报器还可选择性地包括扬声器(未示出)，向用户的耳朵播放预先录制的消息，以警告其有过热的风险，操作方式与耳机类似。

图4示出本实施例200如何插入耳道。通常，栓体203由用户的手指握住(手指未示出)，延伸部201指向耳道的深端。然后，将栓体203插入以封堵耳道的开口。图5为示出实施例200如何置于耳道内的截面图。图6为图5的放大部分。

栓体203所采用的可变形材料具有足够的坚固性，使得延伸部201可以从插入的栓体203上呈悬臂式，而不会靠在或接触到耳道壁的任何部分。当正确插入时，延伸部201位于耳道内的中心位置，并沿着耳道的轴线。一般而言，成人的耳道从耳廓延伸到鼓膜，长度约为2.5厘米(1英寸)，直径为0.7厘米(0.3英寸)。因此，在轴向上，延伸部201的直径优选小于0.7厘米，以便纳入大多数耳道。然而，更优选地，直径等于或小于0.5厘米。这使得延伸部201比大多数耳道更窄，增加了延伸部201的侧面不与耳道壁接触的可能性。因此，用户仅仅感觉到耳道的开口处的栓体203，而可能感觉不到延伸部201。如果如此，这使得本实施例200足够舒适，用户可以长期佩戴本实施例200。更重要的是，这使得热敏电阻205、207测量的是耳道内的空气的温度，而不是耳道壁或组织的温度。

更优选地，延伸部201的直径更小，约为0.3厘米，可为延伸部201上的热敏电阻205、207的位置提供恰好充分的结构支撑，而且0.3厘米的延伸部201的钝度可以防止延伸部201的尖端刺入耳道的皮肤。

典型的耳道不是直的通道。正如从在图5中可以看到的，典型的耳道有两个弯曲，标示为503和505。第一个弯曲503相当接近耳道的开口。大多数人的第一个弯曲503离耳道的开口的距离通常略大于1厘米。因此，延伸部201优选足够短，为1厘米或更短，以避免与弯曲503接触。

由于栓体203通常会阻止环境空气和耳道内的空气之间的气流交换，在平衡状态下，被塞住的耳道内的受限制的空气的温度主要取决于身体核心发出的热量。

身体热量在体内产生，并通过血液流动带到皮肤上，以身体辐射和汗水的形式散失。大血管位于身体深处，携带身体中大部分的热的血液。头部中靠近耳朵的一些血液通过较细小的血管流向耳廓。耳朵周围的皮肤和耳廓的结构提供了大的表面，其中许多细小的毛细血管将热量从身体中迅速地散失。因此，即使将耳道塞住，耳道中靠近开口的空气的温度也会比耳道深处的空气的温度低。此外，即使当耳道的开口的温度一时高于耳道深处的温度时，毛细血管中的血液趋向于吸收热量，并将热量带到皮肤处散失，从而使耳道开口的温度降低。在平衡状态下，可以观测到相对稳定的温度梯度。

图7是竖直Y轴示出温度，水平X轴示出耳道内的距离的图。如图7所示，并结合以上的解释，耳道中靠近开口的空气的温度比耳道深处的空气的温度低。这使得耳道中形成自然温度梯度701。热敏电阻205、207用于观测温度梯度。

正如有技术的人员所知，温度梯度是描述温度改变的方向和速率的物理量。温度梯度可以以每单位长度的度数(如摄氏度)为单位来表示，其SI单位为每米开尔文(K/m)，或表示为dQ/dt，即每秒热传导率。

而为了简单起见，本实施例200中的温度梯度仅仅表示为在内侧热敏电阻207和外侧热敏电阻205之间的物理距离上Δx上耳道内的温度分布Δy。因此，假设温度梯度

为线性的，其表示如下：

由于热敏电阻205、207沿延伸部201的轴线间隔开，每个热敏电阻205、207在耳道中的各自不同位置测量耳道中的空气的温度。因此，每个热敏电阻探测到的温度与其他热敏电阻探测到的温度不同。

在附图中，外热敏电阻205所测得的靠近耳道的开口部分的空气的温度标示为T1。在附图中，由内热敏电阻207测量的耳道深处的空气的温度标示为T2。在图7中，耳道内的空气的温度梯度示出为从T1到T2的增加。

耳道内的空气的温度不可能与身体的实际温度相同。例如，身体可能发烧到39℃，但T2可能仅为较低的32℃。在大多数温带和热带地区，耳道内的空气通常比环境温度高，但比实际体温低。部分原因是空气的吸热能力比血液相对更低，以及血液沿着耳道不断流动，其吸收任何导致耳道内的空气的温度高于体温的热量。所吸收的热量通过耳廓的皮肤散失到耳道外的环境中。

尽管耳道内的空气的温度与实际体温之间存在差异，但本实施例200能够通过监测温度梯度的陡度来确定用户出现危及生命的核心体温升高。通过这种方式，本实施例200不需要精确测量体温。这也解除了将热敏电阻沿耳道置于精确位置的需求。耳道较浅或较长的人可以用本实施例来监测他们的身体热量状况，因为无论延伸部是否深深地插入耳道，都可以获得温度梯度并观测其改变。

图8示出如何利用温度梯度的改变来确定用户是否过热。如果用户的核心温度突然升高，例如在即将中暑的情况下，身体内部产生热量的速度将比皮肤散失热量的速度更快。因此，由耳道更深处的内热敏电阻207监测到的空气的温度T2就会升高。耳道的更靠近开口的部分处的外热敏电阻205监测到的空气的温度T1也会升高，但程度比T2小，部分是由附近的血液、耳廓和皮肤的散热功能所导致。最终，达到平衡，观测到新的温度梯度703具有比原始Δy/Δx更大的值，而且陡度更陡。

如果温度梯度701到新的温度梯度703的改变程度超过阈值水平，例如比原始Δy/Δx多20％，本实施例200就会发出警报，指示用户可能处于中暑的紧迫危险之中。换言之，如果新的温度梯度703的值为1.2*Δy/Δx，如图8所示，就会使用警报器213发出用户过热的警报。

此处“20％”是给出的阈值的任意示例，实际的阈值可以由实现本发明的产品制造商最终确定。替代20％，实际的阈值可以通过对人进行统计观测，甚至其他方法来确定，但对于本说明书的范围而言，这些无需详述。

另外，20％可以仅指温度范围Δy的改变量，如外热敏电阻205和内热敏电阻207之间的读数。也就是说，如果原始T2为30℃，T1为28℃，20％的增加意味着在28℃到30℃的范围内增加20％，或0.2×2℃，正好为大约0.4℃。也就是说，如果Δy增加大约0.4℃，发出警报。因此，耳道空气中的温度梯度上升20％，并不一定会转化为实际体温上升20％。

在实践中，用户戴上本实施例200后，在塞住耳道的开口的情况下，测量耳道内各位置的空气的温度，即T1和T2。一旦T1和T2稳定了，就观测到初始温度梯度703。用户的正常体温是否自然高于或低于理论上的正常体温并不重要。不同的正常健康人的确切温度实际上因人而异，并不总是36.9℃。因此，本实施例200监测温度梯度的显著改变，以确定是否存在即将中暑的风险。

由于不需要获得用户身体的确切温度，本实施例200无需因为将耳道内的空气的温度梯度解释为实际体温而进行校准。不需要确切、准确的温度即可以操作，这减少了对本实施例200的灵敏度要求，使得本实施例200鲁棒，不过于精细，适合部署在粗犷的使用环境中。

相反，如果只用一个热敏电阻来监测用户的中暑风险，就必须读取确切的体温，而且热敏电阻必须置于耳道深处，尽可能靠近耳鼓。这是因为耳朵在很大程度上是散热器官，外耳可能比身体的核心部分凉得多。这也是鼓膜红外测温仪需要具有到鼓膜的瞄准线以进行准确测量的原因。作为比较示例，图1示出可耳部佩戴的鼓膜红外测温仪的示例。鼓膜红外测温仪示出为与鼓膜不对准，而是指向XX线，这妨碍了准确的体温读取。

因此，本实施例200摆脱了传统的测量确切体温以监测中暑风险的教导，而且也不需要到鼓膜的瞄准线，这与鼓膜红外测温仪不同。因此，本实施例200与耳道的中心轴的任何不对准都不太可能降低本实施例200对中暑风险发出警报的效果。

图9示出用户的核心体温在某些情况下是如何上升的，即使用户未处于中暑的危险中。这种情况必须与有中暑风险的其他情况区分开来。当佩戴本实施例200的用户从事剧烈活动时，由于核心身体热量的上升，T2会增加。T1也会增加，但只是在较小的程度上，因为热量在耳廓处被皮肤以辐射和出汗的形式有效地散失。换言之，热量散失得足够快。因此，可以观测到，与Δy相比，Δy'的大小改变小，在这种情况下，新的温度梯度705与原始温度梯度701相比，变陡的不多。由于温度梯度的轻微改变没有达到预定的阈值的程度，所以没有发出警告中暑的警报。

图10示出一种情况，其中，温度梯度的改变变得更平缓，而不是更陡。这发生在用户从一个环境温度较低的环境进入另一个环境温度较高的环境时，因此，他的身体热量不能像在先前的环境中那样有效地散失。然而，用户仍然能够忍受周围的热量，因为他的核心体温并没有增加很多。如图10所示，T1明显增加，T2只增加了一点或没有改变，新的温度梯度707的Δy'的幅度与原始温度梯度701的Δy相比减少。在这种情况下，由于温度梯度变得平缓，不发出警告中暑的警报。

优选地，要确定存在中暑的紧迫危险，还要求两个热敏电阻均能探测到耳道内各自位置的空气的温度升高。换言之，不仅温度梯度变陡，T1和T2均有正增长。图11示出这种情况。这是为了避免在温度梯度变陡仅由于T1的减少而引发的错误警报。该T1的减少可能是由于栓体203没有充分阻止气流进出耳道，周围的冷空气与耳道内靠近开口的空气相互作用造成，也可能仅是由于环境温度极低造成。当T1减少而T2没有改变时，将观测到新的温度梯度709，其陡度更陡。这是因为新的温度梯度709的Δy'大于原始温度梯度701的Δy。因此，为了将这种无害的温度梯度变陡与伴随中暑的那种变陡区分开，如果T1和T2没有都增加，就不发出警告中暑的警报。

可选地，将由两个热敏电阻205、207测量的温度以无线方式发送至远程计算设备或服务器，以推断温度梯度。这是为了尽可能地减少本实施例200中的数据处理，特别是如果本实施例200是由在高温、火灾救援情况下的消防员佩戴时。减少处理器执行的任务意味着本实施例200能够更有效地运行，并减少能源消耗。另外，将由两个热敏电阻205、207测量的温度通过本实施体200内部的处理设备编译为温度梯度。将关于温度梯度改变的阈值的信息预先储存于处理器的存储器内。因此，处理器能够在任何时候检查温度梯度的改变程度是否已经达到预定的阈值。

图12为对应于图8至图11所示情况的流程图，示出如何使用本实施例200来确定用户是否处于中暑的紧迫危险。

在步骤1101中，用户将本实施例200插入其耳朵。栓体203阻止耳孔中的空气与环境空气混合。在步骤1103中，外热敏电阻205在更靠近耳道的开口的耳道部分测量T1，而内热敏电阻207在耳道的更深部分测量T2。当耳道中的空气的温度已经稳定，观测到温度梯度701。在这一点上，由于用户刚刚将本实施例200放入其耳朵，在这一瞬间假定他的体温为正常，即通常认为是36.9℃。这是因为，如果用户是即将救火的消防员，他不太可能已经发烧。因此，将用户的初始状态视为参照，基于该参照对其监测是否偏离该参照。换言之，当用户第一次戴上本实施例200时，在耳道中观测到的任何温度梯度都将视为参考温度梯度或原始温度梯度701，基于该参考温度或原始温度梯度对梯度改变进行观测、比较和评估。每次用户重新佩戴本实施例200时，都会重新获得原始温度梯度701。

在步骤1105，热敏电阻205、207连续监测耳道内的空气的温度。如果在步骤1107没有观测到温度梯度的改变，热敏电阻205、207仅仅是继续在步骤1105监测耳道内的空气的温度。如果在步骤1107观测到耳道内的温度梯度的改变，那么下一步就是在步骤1109确定温度梯度与原始温度梯度701相比是否变陡，或变得更平缓。

如果在步骤1109确定温度梯度没有充分变陡，或者在T1到T2的方向上变得更平缓，热敏电阻205、207返回到步骤1105监测耳道内的空气的温度。无需发出任何警报。

另一方面，如果在步骤1109确定温度梯度在T1到T2的方向上明显变陡，达到了预定的阈值，那么下一步就是确定两个热敏电阻205、207是否都观测到温度升高。也就是说，T1和T2是否均有增加。这确保图11中所示的错误警报不会发出。因此，如果在步骤1111确定T1和T2均有增加，则在步骤1113发出警报，以警告用户他有中暑的风险。

可选地，在一些实施例中，即使确定仅有T2增加，而T1保持不变，也会发出警报，警告用户有中暑的风险。这是因为T2的增加可能是由于核心体温的增加，尽管没有伴随T1的增加。

可选地，如果温度梯度的变陡是由T2的升高(核心温度的升高)和T1的降低(可能是由于更冷的环境温度)引起，可以采用更严格的阈值，例如要求梯度增加25％而不是20％(如上例)。更高的阈值有助于确保在发出警报前存在真正的中暑风险，并且温度梯度的显著变陡并非主要由更冷的环境温度造成。

如果确定要求对温度梯度的变陡进行观测仅仅是由T1的下降引起，如图11所示，那么温度梯度变陡的原因是由于更冷的周边环境造成的，不发出警报。

尽管已经描述了不需要知道用户的确切温度就可以发出中暑警报的实施例，但在一些实施例中还是可能确定用户的确切体温。图12a示出了这种实施例，其中温度梯度1201可用于进行推断，以确定用户的实际温度y'。在图12a中，将环境温度标示为Ta。将用户的实际温度标示为Tb。Ta和Tb是形成线性关系的两点。T1和T2是耳道内特定位置的温度，由热敏电阻205、207观测，与Ta和Tb的关系一致。在数学上，它们可以表示为：

T1＝f(Ta,Tb)------------------- (2)

T2＝f(Ta,Tb)------------------- (3)

因此，有可能根据模型假设的关系推导出Tb，即假设鼓膜在耳道中处于位置x’。可以用任何测量方法为每个个体用户设立位置x’，或简单地估算位置x’。

图13示出图12a的变体。虽然图12a使用线性关系模型来预测Tb，但图13示出关系模型是按指数延伸的曲线1203。与图12a的情况一样，T1和T2由内热敏电阻207和外热敏电阻205测量，使用上述模型获得Tb。可以使用任何其他关系模型。使用的具体关系模型是实现本发明的产品制造商要做出的选择，这可能取决于热敏电阻的品牌和制造。有可能将两个热敏电阻读取的耳道内的空气的温度与预先选定的曲线模型拟合。优选地，有可能在延伸部上提供两个以上的热敏电阻来读取和绘制曲线模型，即提供耳道中的至少三个温度点，这些温度点分散在如图13a的曲线模型中(未示出)。

无论选择哪种模型，是如图12a所示的线性模型，还是如图13所示的曲线模型，都可以对这种关系进行校准，以便更准确地预测用户的温度。例如，初始温度梯度可以通过假设温度为36.9℃来校准为用户第一次佩戴本实施例200时的温度。此为单点校准。因此，温度梯度的任何改变都要依靠校准来预测用户的温度。常规校准方法的具体细节是众所周知的，此处无需详述。在这种测量用户实际体温的实施例中，可以选择在用户体温上升并达到特定的阈值温度，如38℃时，发出警报，以警告用户有中暑的风险，而不是依靠温度梯度的改变程度来发出警报。

图14示出实施例200的变体，所述变体在于栓体203上的延伸部201的位置。延伸部201在栓体203上的位置是这样的：当栓体203正确地纳入耳道的开口时，延伸部201偏心地置于耳道中。延伸部201的一侧接触到耳道壁。为了确保热敏电阻205、207不测量耳道壁的温度，而仅测量耳道内的空气，热敏电阻205、207置于不与耳道壁接触的延伸部201的另一侧。有利地，这使用户能够感觉到延伸部201的存在，给那些希望通过触碰知道延伸部201已正确就位的用户带来安全感。

在图16所示的实施例200的优选变体中，栓体203的一部分1601具有根据特定用户的耳朵的外耳形状模制的形状。图15示出人的外耳。外耳1501是耳朵的一部分，其是耳道的开口周围的凹陷部。外耳具有独特的、不对称的形状，而且因人而异。栓体的该部分1601通常由坚硬的、不易变形的材料制成，如像胶木这种硬质热固性塑料、玻璃或玻璃纤维。栓体的部分1603用来堵塞耳道的开口，其由可变形的材料制成，可以变形以塞入耳道的开口。因此，本实施例的栓体包括用于外耳的硬质的外侧部分1601和用于耳道的开口的柔软的内侧部分1603。将本实施例200的一部分安装在外耳1501上，使得用户每次佩戴本实施例200时，栓体203在外耳中的位置和延伸部201在耳道中的位置均相同。这进一步确保延伸部201在耳道内的正确设置，并且热敏电阻205、207不接触耳道壁。

在另一个未示出的实施例中，将该实施例置于耳机中，该耳机能够以无线方式接收通信信息，如通过蓝牙。这样的耳机可以由消防员团队中的每个成员佩戴，以便在火灾救援过程中相互对话和协调。如果该实施例确定任何一名消防员有可能中暑，发出的警报包括向所有团队成员佩戴的耳机发送的音频消息。

图17示出另一个实施例200，是安装有延伸部201的助听器，延伸部具有上述实施例中所述的热敏电阻205、207。由于老年人倾向于全天佩戴助听器，本实施例200可以连续监测老年人的体温上升，而老年人不会因其感到困扰。所述实施例在私人护理注意力分散的疗养院中特别有帮助。

因此，所述实施例包括用于确定受试者，即所述实施例的用户，的过热状态或过热风险的方法，包括以下步骤：获得受试者的耳道的温度梯度701；探测温度梯度的改变；以及如果温度梯度的改变超过预定的阈值水平，则确定过热状态或过热风险。

通常，被认为过热的受试者意味着他的核心温度已经升高到超过可接受的正常水平。这并不意味着受试者已经神志不清或中暑，因为这对他周围的人来说是很明显的。在大多数情况下，受试者过热的含义是指受试者的核心温度已经升得很高，他的散热能力很差，以至于处于危险中或有遭受伤害的风险中，应立即进行治疗以防止伤害，即在严重伤害或永久性损害发生之前的阶段。

然而，过热的确切定义可由包含本发明实施例的特定产品的每个制造商确立。例如，可以将过热定义为用户已经进入神志不清或中暑的状态。虽然这将是不太有用的阈值，因为损害已经开始，但探测到这一阶段的产品仍可用于发出更高程度的警报，例如与仅具有即将发生的热伤害风险的受试者的警报器相比，本实施例的警报器更响。加高的警报声指示更大的紧迫性。

此外，本实施例包括用于观测受试者耳道内的温度的设备100，包括适于限制气流通过耳道的开口的栓体；设置用于测量耳道内第一位置的空气的温度的第一热敏电阻205；以及设置用于测量耳道内第二位置的空气的温度的第二热敏电阻207；第二位置在耳道内比第一位置更深。

虽然以上已经描述本发明的优选实施例，但相关技术领域的技术人员可以理解，在不偏离本发明所要求的范围的情况下，可以对设计、结构或操作的细节进行许多变化或做出修改。

例如，图18示出本发明如何用于监测低温的实施例，而不是监测过热的风险，低温是当身体失去热量的速度超过其产生热量的速度时就会发生的医疗紧急情况。在这种情况下，身体变冷而不是发烧。图18中给出的示例中，内热敏电阻探测到T2明显下降，而外热敏电阻探测到的变化很小或没有。温度梯度1805，Δy/Δx，变得明显平缓，即Δy'/Δx。如果温度梯度1805变平缓的百分比超过预定的阈值，就会发出警报，以警告低温。所述实施例对于监测处于寒冷条件下的人，如深海潜水员，是有用的。

此外，尽管将用户描述为人，但实施例也可应用于需要中暑监测的动物，如赛马。可以将尺寸和形状适配马的耳朵的实施例插入马的耳朵内。

此外，尽管已将热敏电阻205、207描述为置于延伸部201的轴线的同一侧，使得热敏电阻205、207大致面向同一方向，但热敏电阻205、207在延伸部201上有可能面向相反的方向，其中延伸部201从栓体203上呈悬臂式。只要热敏电阻205、207不接触耳道壁，每个热敏电阻能够读取耳道内各自位置的空气的温度。

此外，尽管已经描述了将两个热敏电阻设置在从栓体延伸的延伸部上，但以下本实施例的变体均在本说明的构思内(未图示)，这些变体中包括两个热敏电阻，每个热敏电阻设置在单独的延伸部上，每个延伸部从栓体延伸并插入耳道。在此种实施例中，设置第一个热敏电阻于其中的一个延伸部上，以位于耳道内，但比另一个热敏电阻更靠近耳孔的开口，而设置另一个热敏电阻于另一个延伸部上，以比第一个热敏电阻更深入耳道。

此外，虽然将耳道内的温度梯度的改变描述为线性梯度的斜率改变，但也有可能是线性线向曲线的改变，在这种情况下，在延伸部上设置两个以上的热敏电阻。在延伸部上可以有尽可能多的热敏电阻，以观测非线性的、弯曲的温度梯度。所述曲线可以是指数、S形函数曲线或逻辑曲线，或某一实施例的制造商认为最适合的任何其他模型。

进一步的实施例

图19示出另一个实施例1900，其中包括对上述实施例的改进。实施例1900包括栓体203，以及从栓体203延伸的延伸部201或纵长构件201。

图19还示出如何沿着延伸部201的轴线AA设置光发射器215和光学传感器217。光发射器215和光学传感器217一起作为PPG传感器(光学体积描记)运行。光发射器215通常为发光二极管(LED)，不要与上述用于指示警报的LED混淆，而光学传感器217通常为光电二极管。将光学发射器215定位为向耳道壁和耳组织中发射光线。将光学传感器217定位为探测所透射、通过耳组织散射和从耳组织中射出的光的任何部分。

虽然在示意图中没有示出，但有技术的读者理解，光发射器215和光学传感器217面对的是不同的方向，并且相隔很远，或者光发射器215的发射如此定向，以使光发射器215的杂散、侧向发射不会到达或影响光学传感器217。提供此种设置的方式对于有技术的读者而言是已知的，在此不作详述。

通常，延伸部分201具有这样的尺寸并且如此置于栓体203上，由此当将栓体203正确地纳入耳道口时，延伸部201在其中相对于耳道轴偏心地延伸。为了实现所述偏心的位置，图19中可以看到轴线AA在栓体203上偏离中心。此外，延伸部201的直径足够小，以保证延伸部不会填满耳道。因此，延伸部201具有离耳道的轴线较远的一侧，使得安装在延伸部这一侧的任何元件更有可能接触到耳道壁。相应地，延伸部的另一侧离耳道的轴线较近，使得安装在该另一侧的任何元件更不易接触到耳道壁。

将光发射器215和光学传感器217置于延伸部201的可能接触到耳道壁的一侧。这可能会促使光发射器215和光学传感器217抵靠耳道壁。因此，这增加了光发射器215直接发射光线至耳组织的机会，也增加了光学传感器217主要探测到透过耳组织的光线的机会。

光发射器发射的电磁频率和波长在血液的吸收光谱范围内。在光谱范围内波长的光透过用户的组织后，会产生脉动信号，对应于心脏泵送的血液的流动。

图20示意性地示出脉动。信号中的波峰2019表示心脏放松且耳组织相对缺血的时刻，这样就有更多的光透过耳组织到达光学传感器217。信号中的波谷2021表示心脏收缩且耳组织相对充满吸光血液的时刻，使得透过耳组织到达光学传感器217的光较少。通过监测这种脉动，PPG传感器获得用户的心率或脉搏。

优选地，如前面提到的实施例，热敏电阻205、207不测量耳道壁的温度，而仅测量耳道内的空气的温度。为了达到这一效果，将热敏电阻205、207置于延伸部的更不易接触到耳道壁的一侧。

即使在不同的人之间，观测温度梯度的进入耳道的距离也基本相同。温度梯度只是进入耳道的短距离而不是耳道的整个长度的函数。该短距离在可以探测到核心体温的内部位置和耳道口处的外部位置之间，后者因外耳的散热而冷却。因此，主要是热交换的物理原理而非人的大小或其耳道的大小决定了温度梯度的深度。

图21示意性地示出图19所示实施例1900的一些功能部件。图21与图3相似，但包括光发射器215和光学传感器217。

图22示出图19所示实施例是如何在耳道的第一个弯曲503之前插入耳道的，光发射器215和光学传感器217与耳道壁接触。

图19示出的实施例1900还提供了观测用户身体散热效率的可能性。通过从耳道观测脉动的幅度，可以获得皮下血管扩张和收缩程度的大致指示。例如，单个心跳信号之间振幅的改变，或其图形面积(曲线下面积)的改变，或其扩散的改变，可以分别或结合起来作为耳组织中血液量的改变的指示。推而广之，这可视为皮下血液水平的改变的指示。

外耳和耳道的大部分部位都是观测皮下血的合适位置，因为这些部位内不存在可能会干扰皮下血吸收透射光的大的动脉、静脉或器官。

对透过耳组织的光的吸收越多指示皮下血量越大。因此，具有较小波峰的脉动2019可能意味着更多的皮下血液。反之，更多的皮下血可被认为是表明用户的身体正在更有效地将热量输送到皮肤上进行散热。然而，有技术的读者会注意到，这只是粗略的指示，因为还存在其他因素可能影响脉动的振幅，例如心脏的衰弱。因此，本实施例并没有给出任何诊断或结论，而只是提示需要医疗关注。

因此，伴随着脉搏幅度增加的身体热量增加暗示散热不良。如果进一步伴随着心率提高，情况就更严重。

图22a示出如果身体温度不正常，用户的心率会如何改变。图22a中图(a)示出用户在监测开始时，或在他平静且没有不适的情况下，用户的心率。如果用户的体温升高或用户变得兴奋，心率的频率就会提高，如图(b)所示。

图(c)示出较小的脉搏幅度，这表示用户的皮下血流量增加。这是因为，由于更多的皮下血液对光的吸收更多，所以透过用户的耳组织的光更少。

如果用户的皮肤中的血流量减少，并且如果同时用户的心率提高，那么脉搏的频率且脉搏的幅度也会增加，如图(d)所示。

如果图(d)所示状况伴随有对身体热量增加的观测，例如观测到如图8所示的温度梯度的改变时，就会发出警报213，以警示用户他可能出现中暑。

图22b示意性地示出监测用户热量状况的方法。首先，在步骤2201，用户将合适的实施例插入其耳道。然后，在步骤2205，内热敏电阻和外热敏电阻观测耳道内的温度梯度。

随后，在步骤2207，如果确定温度梯度没有改变，表示用户的体温没有改变，所述方法重复在步骤2205仅观测耳道中的温度梯度的步骤。另一方面，如果在步骤2207确定内热敏电阻和外热敏电阻观测到耳道中的温度梯度的表示用户的体温上升的改变，则所述方法接着检查用户的心率是否同时提高。

然后，如果在步骤2209确定用户的心率没有同时提高，所述方法在步骤2210发出第一类警报，仅仅表示用户的体温已经上升。另一方面，如果在步骤2209确定用户的心率同时提高，所述方法就会在步骤2211检查皮下血液的流量或数量是否同时增加。

然后，如果在步骤2211确定皮下血液的流量或数量同时增加，所述方法在步骤2212发出第二类警报，仅仅表示温度随心率一起提高。这是因为，一般而言，无需对皮下血液的增加发出警报，因为这表示在皮肤处提升散热的健康的可能性。

另一方面，如果在步骤2211确定皮下血液的流量或数量没有同时增加，则所述方法在步骤2013发出第三类警报，表示体温可能已经随心率的提高而上升，但用户皮肤的散热速度没有增加。

可选地，如果在步骤2211确定皮下血液的流量或数量同时减少，则在步骤2213发出第三类警报。

有技术的人员可以理解，图22b中的流程图仅是很多其他可能的示例中的一个，观测温度、心率和皮肤血流量的不同顺序均在本发明的构思之内。

在另一个实施例中，可以通过测量耳组织中的动脉血量和静脉血量之间的比率来评估用户的散热效率。这种方法可以给出以下粗略表示，相对于毛细血管动脉血在皮肤中流动所携带的热量的程度而言，静脉血所保留的热量的程度。这可以通过使用波长在含氧血液的吸收光谱范围内但不在脱氧血液的吸收光谱范围内的一个光源，以及波长在脱氧血液的吸收光谱范围内但不在含氧血液的吸收光谱范围内的另一个光源来实现。所述波长可以是(尽管不一定)与脉搏血氧仪中所使用的波长相似，即660纳米用于脱氧血红蛋白，940纳米用于氧合血红蛋白。不同波长的吸收比率可用于估计散热量与保留的热量。

可能地，上述实施例还允许监测心肺活动，如脉搏的R-R间距(RRI)。从RRI中，可以观测到用户随时间的心率变异性(HRV)。心率变异性是指以毫秒为单位的连续心跳之间的时间间隔的变化。心率变异性可用于指示用户的疲劳状态，并可提供有关其健康状态的线索。

通常，小的心率变异可能表示用户感到不舒服或有压力。反之，大的心率变异可能表示用户感到放松或良好。如果本实施例观测到的用户的温度似乎总是高于预期的36.9℃(也就是说，如果本实施例校准为提供这种准确度)，但用户的心率变异示出用户实际上感觉放松，那么这可能表示较高的温度实际上对用户是正常的。因此，用户未来的温度测量可以参照该较高的正常温度。通过这种方式，本实施例允许基于用户独特的正常温度对用户的温度监测进行个性化处理。

图22c是示出与图22b的流程图中所示的e方法相比改进的方法的流程图，并示出基于监测用户的心率变异而发出第四类警报的进一步的步骤。如果在步骤2217确定用户的心率变异已经下降，在步骤2215发出第四类警报。相反，如果在步骤2217确定用户的心率变异没有下降，则在步骤2213发出第三类警报。

图23示出设备2300，其为图19所示实施例的变体，其中将沿着圆柱形延伸部201的一侧分割掉，留下具有半圆形截面的延伸部201。图23中的两张图示出同一实施例的两个不同侧，每张图中的相同方向由标有B的箭头表示。将热敏电阻205、207设置在半圆形延伸部201的平面上，其为更靠近耳道的轴线的一侧，较不可能接触耳道壁。因此，在将设备2300插入用户的耳朵时，热敏电阻205、207不太可能与耳道壁接触，因此能够测量耳道内的空气的温度。将光发射器215和光学传感器217置于延伸部201的弯曲一侧，以增加光发射器215直接照射到耳组织以及光学传感器217主要探测从耳组织中发出的光线的可能性。优选地，延伸部201的弯曲的一侧由弹性且可变形的材料制成，可以轻微变形以适应耳道壁的表面凹凸。大多数类型的泡沫，如聚氨酯，可能是合适的材料。

图24示出另一个设备2400，为图19所示实施例的变体。设备2400具有圆柱形延伸部201，延伸部201沿其长度上具有凹槽2401。将热敏电阻205、207置于凹槽2401中，以防止热敏电阻205、207接触耳道壁，并测量沿耳道的温度梯度。将光发射器215和光学传感器217置于凹槽2401的外面，在延伸部201的圆周上，以便促使抵靠耳道壁。在所述实施例中，延伸部不需要相对于耳道轴偏心地设置，也不需要具有比耳道直径小得多的直径。

图25示出另一个设备2500，其中将光发射器215和光学传感器217置于设备2500的栓体203的边缘，栓体205具有促使光发射器215和光学传感器217抵靠耳珠2501的尺寸。耳珠2501是外耳的小尖隆起，由图25中的耳朵解剖图示出。光发射器215能够向耳珠2501发射光，光学传感器217能够探测从耳珠2501内反射的光。将热敏电阻205、207设置在延伸部201上，以插入耳道并读取耳道内的温度梯度。在本实施例中，延伸部优选地相对于耳道轴偏心地设置，并且具有小于耳道的直径的直径。

图26示出另一个设备2600，其中热敏电阻205、207被红外温度监测器2601所取代。将红外温度监测器2601置于延伸部201的端部，当用户佩戴设备2600时，其指向内耳。这是为了探测从耳鼓后面的动脉发出的红外辐射。然而，设备2600不是优选的实施例，因为红外温度监测器2601在延伸部的端部没有留下设置扬声器的空间，而且所述设备不能是耳机。延伸部201的一侧设有光发射器215和光学传感器217。同样，延伸部优选地相对于耳道轴偏心地设置，并且具有小于耳道的直径的直径。所述实施例是说明体温监测并不局限于使用热敏电阻来测量耳道内的温度梯度的示例。

图27示出另一个设备2700，其中光发射器215和光学传感器217被两行电极2701、2703取代，一个为正极，另一个为负极，以允许对用户的脉搏进行心电描记监测。图27中的实施例与图23中的实施例相似，即将沿圆柱形延伸部201的一侧分割掉，留下具有半圆形截面的延伸部201。亦将热敏电阻205、207设置在半圆形延伸部201的平面上。电极以两条导线2701、2703的形式在延伸部201的弯曲部分周向地设置。所述实施例为说明心率监测不限于使用PPG技术的示例。在本实施例的变体中，如图28所示，将两行电极2701、2703置于栓体203的边缘，以促使或压迫其抵靠耳珠(图28中未示出耳珠)来读取心率。

图29示出本实施例的另一种可能的配置，即系统2900，其中光发射器215和光学传感器217戴在用户的手腕上以探测心率，而热敏电阻(未示出)则设置在耳机上，以放入耳道。所述实施例表明，心率监测器，即PPG传感器(光学体积描记)或心电描记传感器等，不需要成为任何耳部设备的一部分。

在实施例的又一个变体中，将心率监测器设置在一个耳部设备中，而另一个耳部设备包括热监测器，如热敏电阻或红外测温仪。这些耳部设备作为一对运行，分别佩戴在用户对应侧的耳朵上，并可以无线方式或电缆连接。

图30至图35示出另一个实施例，为无线耳机，包含温度梯度传感器和心血管活动监测器。耳机中的电路部分地包括柔性印刷电路板(FPC)，通常也称为柔性电路。可以将FPC折叠成任何合适的形状，用于安装在不规则形状的设备中。图30示出应用于本实施例的FPC3001如何折叠。

图30中所示的FPC 3001具有十字架的基本形状。其是由柔性衬底制成，该柔性衬底由聚合材料(如聚酰亚胺、PEEK(聚醚醚酮)或透明导电聚酯薄膜制成。衬底上涂有导电浆料，可将电子器件印在上面，通常是通过模板印刷。这些线提供了印刷电路板中通常见到的电路连接或线路。图30中有四张图，从最左边的图片A到最右边的图片D，每张图片示出配置FPC 3001的步骤。图31包括FPC 3001的头部和FPC 3001的根部的放大图。

图30的A示出FPC 3001的底侧，其安装有两个半导体温度传感器3101，用于探测用户耳道内的空气的温度梯度。

FPC 3001还设置有PPG传感器。PPG传感器包括两个红外LED(红外发光二极管)和两个相应的光电二极管。在十字架的一个臂部上和头部的颈部分别设置一个红外LED3103。在每个臂部上设置一个光电二极管3105。优选的光电二极管为JRC电子器件品牌的NJL6193R-3型号。十字架的核心部分包括其他元件，如电阻器、电容器和任何其他传感器。十字架的根部3109为连接器，用于将FPC 3001连接到也在耳机内的另一印刷电路板上。根部3109可以包括微处理器，以控制FPC 3001上的元件。

在其他一些实施例中，其他发射波长的发光二极管可以添加到FPC 3001，用于测量其他类型的生理数据，例如适于测量血液的氧饱和度或血压特征的波长。

图30的B示出FPC 3001的顶侧。十字架的每个臂部的顶侧都装配有小块金属板，以提供刚性。十字架部的顶侧配有粘合剂，如双面胶带。

图30的C示出顶侧，其中头部经折叠并通过胶带粘在核心部分的顶侧，使两个半导体温度传感器3101背对核心部分。两个臂部弯曲，向对方并在核心部分上靠拢。弯曲的臂部在半导体温度传感器3101上方限定空间，这为监测耳道内的温度梯度提供了受保护的原位空气空间。

因此，这示出如何将FPC中的刚性部分折叠，以提供罩体，FPC上对接触敏感的电子元件可放入其中，以获得保护，例如光学传感器、温度传感器、压电元件、热释电元件等。此外，在敏感元件周围提供空间，可以更好地干燥可能潜入元件的湿气。因此，通过折叠具有刚性部分的FPC而形成的罩体提供了保护，提高了这种触摸敏感元件的效率和寿命。

图32示出臂部和头部折叠后的FPC 3001如何能够纳入无线耳机的光学头3201。光学头3201通常为塑料帽，其允许来自光源的光线穿过，到达耳道壁。两个半导体温度传感器在光学头3201中设置为，当用户佩戴无线耳机时，其中一个比另一个更深入耳道内。

图33示出无线耳机的前壳，光学头已插入其中。左边的图示出前壳的正面图，而右边的图示出前壳的底侧图。

图34示出打开以看到里面的电子元件的组装无线耳机。图34中不容易看到图33中所示的前壳。然而，有技术的读者可以理解，如图所示，光学头3201置于无线耳机的耳塞3401内。

图35为图34所示的耳机的横截面示意图。在图35中，清楚地看到外壳包括两部分，前壳3301(也在图33中示出)和后壳3503。前壳3301和后壳3503可连接，以形成组装的外壳。

将FPC 3001折叠，以便其可塞入组装的外壳内。FPC 3001的根部3109处的连接器与无线耳机中的主印刷电路板(PCB)相连。PCB通常包括微处理器、用于与录音设备(如智能手机)进行数据传输的无线收发器，以及其他可能需要的无线耳机元件。组装的无线耳机包括电池3505。在电池和光学壳体之间，为声学扬声器3507。组装的外壳具有开口，光学壳体3201通过该开口插入。在光学壳体3201的周围为一层柔软的弹性耳胶3509，通常为硅胶。耳胶对红外LED 3103发出的光的波长是透明的。与前述实施例不同，光发射器(即红外LED3103)和光学传感器(即光电二极管3105)不与耳道壁直接物理接触。然而，由于耳胶3509内的散射率低，光学壳体3201周围的耳胶3509允许从红外LED 3103到耳道壁的良好光线传输。因此，大部分光线通过耳胶进入耳道壁，而在从耳组织内反射时，部分光线穿过耳胶由光电二极管3105探测到。

此外，有技术的读者可以理解，通过采用热敏电阻物理接触耳道壁，测量耳道壁的温度梯度，这种实施例在本申请的构思内。换言之，一个热敏电阻接触更靠近耳道口的耳道壁，而另一个则接触耳道更深处的耳道壁。然而，设计适合很多不同形状和大小的耳孔的耳部设备使得热敏电阻始终而牢固地压在耳道壁上是困难的。相比之下，测量耳道内的空气的温度梯度就不存在这个问题。

因此，本实施例包括耳栓1900，其包括热探测器(205，207，2601)；脉搏监测器(即心率传感器215，217，2701，2703)；其中，热探测器能够在脉搏监测器获得佩戴耳栓的受试者，即用户，的心率的指示的同时，获得受试者耳道内的空气的热水平的指示。

另外，实施例包括监测受试者的身体热量的方法，包括以下步骤：在获得受试者的心率的同时，获得受试者的耳道内的热水平的指示；以及如果心率高于耳道内的热水平的预定的高阈值心率，则发出警报；或如果心率低于耳道内的热水平的预定的低阈值心率，则发出警报。

实施例还包括监测受试者的身体散热不足的方法，包括以下步骤：如果受试者的温度的升高未伴随皮下血流量同时且充分的升高到为温度升高的程度而预定的水平，则发出警报。

此外，实施例包括折叠的印刷电路板3001，其包括：印有导线以提供电路的衬底；衬底的一个或多个部分为相对柔性的部分；以及衬底的一个或多个部分为相对刚性的部分；其中，衬底是折叠的，使得相对刚性的部分限定用于容纳衬底上的电子元件的空间。

实施例还包括耳塞3401，包括：用于在耳塞由受试者佩戴时放入耳道的塞体；具有用于容纳电子元件的空间的折叠的印刷电路板置于塞体内。

虽然在上述说明书中已经描述了本发明的优选实施例，但本技术领域的技术人员可以理解，在不偏离本发明所要求的范围的情况下，可以对设计、结构或操作的细节进行许多变化或修改。

例如，虽然主要描述了光线透过耳组织的情况，但有技术的读者可以理解，在所描述的实施例的变体中，耳组织对光线的反射在本说明的构思内。

此外，可以使用心冲击描记来替代光学体积描记。有技术的读者可以知悉，心冲击描记是可以对人体因血液进入大血管的脉动而引起的微小的、不自主的重复运动进行图形化表示(位移、速度或加速度)的技术。换言之，其为与心脏内部、动脉内部的血液运动和心脏本身的运动有关的多种力量的整合。它可以是三维信号，尽管大多数测量技术仅测量纵向的、从头到脚的部分。

另外，图30所示的FCP中使用的胶带可以由一层压敏胶替代。替代地，头部的弯曲可以通过部分采用弹性较差但可塑性强的材料制成的十字架来提供和固定。用于固定头部的弯曲的任何选项，甚至用于该目的的任何机械结构，如微型卡扣，均在考虑内。

在其他实施例中，图30所示的FPC以及安装于FPC上的电子元件可缠绕于平衡电枢接收器上。平衡电枢接收器的形状通常为矩形棱柱。在这种情况下，FPC包括四个而非三个折叠件，其中一个折叠件上具有一个光源或一个光电二极管。

其中，用户的皮下血容量或血流量可独立且单独地用于监测用户的热量状况，即仅在散热方面的有效性，的实施例在实施例的构思内。

另外，其中，用户的皮下血容量或血流量可仅与用户的脉搏顺序监测的实施例在实施例的构思内。

另外，其中，用户的皮下血容量或血流量可仅与用户的温度顺序监测的实施例在实施例的构思内。

另外，其中，受试者的皮下血容量或血流量可与受试者的脉搏和受试者的温度顺序监测的实施例均在本申请的构思内。

Claims (31)

1.耳栓，包括

热探测器；

脉搏监测器；其中

在所述脉搏监测器获得佩戴所述耳栓的受试者的心率的指示的同时，所述热探测器能够获得所述受试者的耳道的空气内的热水平的指示。

2.如权利要求1所述的耳栓，其中

所述热探测器包括设置为间隔预定的距离的至少两个热传感器，以使

所述至少两个热传感器能够测量所述耳道内至少两个各自位置的空气的温度；其中

所述至少两个各自位置的空气的温度适于推导出所述耳道内的温度梯度，以提供所述耳道内的热水平的指示。

3.如权利要求2所述的耳栓，其中

所述至少两个热传感器为半导体温度传感器。

4.如权利要求1、2或3所述的耳栓，其中

所述脉搏监测器为光学体积描记传感器或心冲击描记传感器。

5.如权利要求1至4中任何一项所述的耳栓，包括

适于放入所述耳道的延伸部；

所述延伸部具有第一侧和第二侧；

所述第一侧和所述第二侧具有使得所述第一侧更靠近耳道壁且所述第二侧更远离耳道壁的尺寸；

所述脉搏检测器置于所述第一侧；以及

所述热探测器置于所述第二侧。

6.根据权利要求5所述的耳栓，包括

所述第二侧位于所述延伸部的表面上的凹陷中。

7.如权利要求1至4中任何一项所述的耳栓，包括

用于放入所述耳道的延伸部，所述热探测器位于所述延伸部上；

耳栓具有栓部，用于在所述耳栓由所述受试者佩戴时留在所述耳道外，所述脉搏监测器位于所述栓部上；

所述栓部具有适于在所述延伸部放入所述耳道时促使所述脉搏监测器与耳珠接触的尺寸；其中

所述受试者的心率的指示从所述受试者的耳珠获得。

8.如权利要求1至4中任何一项所述的耳栓，包括

柔性印刷电路板；

所述热探测器和所述脉搏检测器为所述柔性印刷电路板上的元件；

所述柔性印刷电路板折叠为限定用于容纳所述热探测器的空间，且所述柔性印刷电路板折叠为装入所述耳栓内；使得

当所述耳栓由所述受试者佩戴时，所述热探测器置入所述耳道内。

9.如权利要求8所述的耳栓，其中

所述柔性印刷电路板由一层或多层硬质衬底加固，使得所述柔性印刷电路板的相应的一个或多个部分比所述柔性印刷电路板的其他部分更坚硬；其中

所述柔性印刷电路板折叠为使所述印刷电路板的坚硬部分配合，以限定所述用于容纳所述热探测器的空间。

10.监测受试者的身体热量的方法，包括步骤：

在获得所述受试者的心率的同时，获得所述受试者的耳道内的热水平的指示；以及

如果所述心率高于所述耳道内的热水平的预定的高阈值心率，则发出警报；或者

如果所述心率低于所述耳道内的热水平的预设的低阈值心率，则发出警报。

11.如权利要求10所述的监测受试者的身体热量的方法，其中

所述心率由光学体积描记传感器获得。

12.如权利要求10或11所述的监测受试者的身体热量的方法，其中

所述热水平的指示是所述耳道内的温度梯度。

13.如权利要求12所述的监测受试者的身体热量的方法，其中获得所述受试者的耳道内的热水平的指示进一步包括步骤：

探测所述耳道内的所述温度梯度的改变。

14.如权利要求10至13中任何一项所述的监测受试者的身体热量的方法，进一步包括步骤：

在观测所述受试者的皮下血液量的同时，观测所述热水平的指示；

如果所述心率高于所述耳道内的热水平的预定的高阈值心率，而未伴随所述受试者的皮下血液量增加到预定的阈值量时，则发出警报。

15.如权利要求14所述的监测受试者的身体热量的方法，其中在同一时间段内观测所述受试者的皮下血液量的步骤包括：

观测透入受试者的皮肤的光的吸收量。

16.如权利要求15所述的监测受试者的身体热量的方法，其中观测所述受试者的皮下血液量的步骤包括：

观测脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白的比例；

将所述脱氧血红蛋白与所述氧合血红蛋白的比例的增加视为皮下血液的增加；以及

将所述脱氧血红蛋白与所述氧合血红蛋白的比例的减少视为皮下血液的减少。

17.监测受试者的身体散热不足的方法，包括步骤：

如果所述受试者的温度的升高未伴随皮下血流量同时且充分的升高到为所述温度升高的程度而预定的水平，则发出警报。

18.如权利要求17所述的监测受试者的身体散热的方法，进一步包括步骤：

观测所述受试者的心率；以及

在发出警报前，要求心率同时提高。

19.如权利要求17所述的监测受试者的身体散热的方法，进一步包括步骤：

观测所述受试者的心率变化；以及

在发出警报之前，要求心率变化同时减小。

20.监测受试者的身体热量的方法，包括步骤：

在获得所述受试者的心率的同时，获得所述受试者的耳道内的热水平的指示；

如果所述心率低于所述耳道内的热水平的预定的高阈值心率变化(HRV)，则发出警报。

21.折叠的印刷电路板，包括：

印有导线以提供电路的衬底；

所述衬底的一个或多个部分为相对柔性的部分；以及

所述衬底的一个或多个部分为相对刚性的部分；其中

所述衬底是折叠的，使得所述相对刚性的部分限定用于容纳所述衬底上的电子元件的空间。

22.如权利要求21所述的折叠的印刷电路板，其中

所述衬底的其余部分的刚性是通过施用一层刚性材料到所述衬底来提供。

23.如权利要求22所述的折叠的印刷电路板，其中

所述一层刚性材料为金属。

24.如权利要求20至23中任何一项所述的折叠的印刷电路板，其中

电子元件包括至少两个热探测器。

25.如权利要求24所述的折叠的印刷电路板，其中

所述至少两个热探测器为半导体温度传感器。

26.耳塞，包括：

用于当所述耳塞由受试者佩戴时放入耳道的塞体；

如权利要求20至25中任何一项所述的折叠的印刷电路板；其中

用于容纳电子元件的空间在所述塞体中。

27.基本上如附图中所示的说明中所述的耳栓。

28.基本上如附图中所示的说明中所述的监测受试者的身体热量的方法。

29.基本上如附图中所示的说明中所述的监测受试者的身体散热不足的方法。

30.基本上如附图中所示的说明中所述的折叠的印刷电路板。

31.基本上如附图中所示的说明中所述的耳塞。

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