CN116850547A - 带有呼吸功能实时监测的呼吸训练数字口罩及训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带有呼吸功能实时监测的呼吸训练数字口罩及训练系统，涉及医疗辅助设备技术领域。数字口罩包含口罩支架、配置于口罩支架的口罩外壳和呼吸阀组件以及实时呼吸监控组件。口罩支架设置有第一过气孔。面罩组件设置有第一通孔。第一过气孔和第一通孔通过不同材质和厚度的口罩滤棉连通。呼吸阀构造为单向阀。实时呼吸监控组件接收呼吸情况，并将呼吸情况发送至监控终端，以使监控终端能够生成受测人的呼吸图谱及呼吸参数，并根据呼吸参数，确定训练参数，如呼吸阻力与时长，实时监测呼吸状况，以及呼吸训练的效果。本发明可通过改变滤棉的厚度/层数来调节呼吸阻力，通过同步实时呼吸监测，实现可监测、可控呼吸功能训练。

Description

带有呼吸功能实时监测的呼吸训练数字口罩及训练系统

技术领域

本发明涉及医疗辅助设备技术领域，具体而言，涉及一种带有呼吸功能实时监测的呼吸训练数字口罩及训练系统。

背景技术

对呼吸、肺功能受损的患者而言，进行呼吸训练有助于其心肺功能的康复。呼吸功能康复训练的方法有很多，但大都是通过调整呼吸方式和运动方式循序渐进，周而复始的锻炼，提高肺活量，增强呼吸肌力量，达到康复呼吸功能的目的。

目前也有一些专利公开了通过口罩的方式来实现呼吸训练，例如中国实用新型专利CN205586382U公开了一种呼吸阀和运动口罩。运动口罩设置有可调节气流通流面积的呼气阀和可调节气流通流面积的吸气阀,通过主动调节佩戴者呼吸时的呼吸阻力,从而通过阻力呼吸训练来改善心肺功能。

然而现有的呼吸训练方法，其对呼吸的调整都依赖于人工经验，对于缺乏专业知识的患者或者病情较重的患者来说，可能无法自主实现训练强度的调整，如此导致呼吸训练无法达到预期的效果，甚至可能损害患者的身体健康。

发明内容

本发明提供了一种带有呼吸功能实时监测的呼吸训练数字口罩及训练系统，旨在改善上述技术问题中的至少一个。

为解决上述技术问题，本发明提供了：

一种带有呼吸功能实时监测的呼吸训练数字口罩，其包含用以佩戴于人体面部的口罩支架、配置于所述口罩支架的口罩外壳和呼吸阀组件以及实时呼吸监控组件；

所述口罩支架设置有第一过气孔和第二过气孔；所述面罩组件设置有正对着所述第一过气孔的第一通孔，以及和所述第二过气孔的第二通孔；

所述第一过气孔和所述第一通孔能够通过不同材质和厚度的口罩滤棉连通；

所述呼吸阀组件配置于所述第二过气孔，用以连通所述第二过气孔和所述第二通孔；所述呼吸阀构造为单向阀，用以在用户呼气时打开，吸气时关闭；

所述实时呼吸监控组件包括配置于所述支撑组件的呼吸传感器、电源模块以及信号处理与通讯模块；所述电源模块与呼吸传感器以及所述信号处理与通讯模块电连接，所述呼吸传感器设置在所述第二过气孔内侧，用以检测人体的呼吸情况；

所述信号处理与通讯模块，用以接收所述呼吸情况，并将所述呼吸情况发送至监控终端，以使所述监控终端能够生成受测人的呼吸图谱及呼吸参数，并根据呼吸参数，确定训练参数，实时监测呼吸状况以及呼吸训练的效果。

优选地，所述呼吸阀组件包括配置于所述第二过气孔的阀芯座，以及配置于所述阀芯座远离用户面部一侧的阀芯片；所述阀芯片构造为能够罩住所述第二过气孔；所述阀芯片用以在吸气时贴合并密封所述第二过气孔，以及用以在呼气时脱离并打开所述第二过气孔；所述阀芯片为硅胶材质。

优选地，所述呼吸阀组件还包括配置于所述阀芯座的阀芯罩；所述阀芯罩配置于所述阀芯座，用以防止所述阀芯片自所述阀芯座脱离。

优选地，所述阀芯座和所述口罩支架为一体结构。

优选地，所述第一过气孔位于所述口罩支架正对着鼻梁和鼻梁两侧的位置；所述第二过气孔位于所述口罩支架正对着嘴巴的位置。

优选地，所述数字口罩还包括口罩滤棉；至少部分所述口罩滤棉呈扇形结构，用以罩住所述第一过气孔。

优选地，所述口罩滤棉配置于所述口罩外壳和所述口罩支架之间。

本发明实施例提供了一种训练系统，其包括如上述的数字口罩、云平台以及监控终端；其中：

所述数字口罩，用于获取用户在不同材质以及厚度的口罩滤棉下的呼吸情况，并将所述呼吸情况发送至云平台；

所述云平台，用于将所述呼吸情况发送至所述监控终端；

所述监控终端，用于根据所述呼吸情况生成呼吸图谱，并根据所述呼吸图谱判断不同用户的呼吸极限，按不同个体的体质与健康状态，调整滤棉阻力与训练时长，以取得最佳呼吸参数；

所述监控终端，还用于根据长期跟踪所述呼吸参数与呼吸图谱，综合评估呼吸训练训练与康复效果。

优选地，所述监控终端具体用于：

根据所述呼吸图谱判断用户是否出现呼吸频率太慢、呼吸频率太快或者呼吸极限特征；

若出现呼吸频率太慢、呼吸频率太快或者呼吸极限特征，则控制发出警报信号。

优选地，所述监控终端还用于：

将实时生成的呼吸图谱和/或呼吸参数与健康人的呼吸图谱和/或呼吸参数进行对比；

判断实时生成的呼吸图谱和/或呼吸参数是否逐渐向健康人的呼吸图谱和/或呼吸参数靠近，以确定用户的呼吸状况是否得到改善。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

1、通过呼吸阀组件与不用厚度材质的滤棉接合，能改变呼吸阻力，实现呼吸功能的辅助训练与某些呼吸与肺疾病的辅助治疗；

2、通过对用户的呼吸参数进行实时的采集以及监控，形成呼吸图谱以及呼吸参数，并通过呼吸图谱以及呼吸参数自动准确的判断用户的呼吸状况以及康复情况，提高判断的准确性以及及时性，避免人工判断可能带来的误判断。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是数字口罩的正视图。

图2是数字口罩的半剖图。

图3是数字口罩的第一视角的爆炸图。

图4是口罩滤棉的展开状态的示意图。

图5是数字口罩的第二视角的爆炸图。

图6是数字口罩的第三视角的爆炸图。

图7为本发明第二实施例提供的训练系统的结构示意图。

图8为呼吸极限时的呼吸图谱以及同步挤压小波分析；呼吸呈现呼吸极限现象：呼吸频率增加、频繁口、鼻呼吸交替现象。

图9(a)-(b)为呼吸困难时的呼吸图谱。

图10(a)-(b)为呼吸急促时的呼吸图谱。

图11为慢阻肺病人与健康人的呼吸图谱跟踪图。

图中标记：1-口罩外壳、2-口罩滤棉、3-口罩支架、4-第一通孔、5-第二通孔、6-第一过气孔、7-第二过气孔、8-阀芯座、9-阀芯片、10-呼吸传感器、11-电源模块、12-信号处理与通讯模块。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

由图1至图6所示，本发明第一实施例提供了一种实现呼吸训练的数字口罩，旨在改善上述技术问题中的至少一个。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种实现呼吸训练的数字口罩，其包含用以佩戴于人体面部的口罩支架3，以及配置于口罩支架3的口罩外壳1和呼吸阀组件以及实时呼吸监测监控组件。口罩支架3设置有第一过气孔6和第二过气孔7。面罩组件设置有正对着第一过气孔6的第一通孔4，以及和第二过气孔7的第二通孔5。第一过气孔6和第一通孔4能够通过口罩滤棉2连通。呼吸阀组件配置于第二过气孔7内，用以连通第二过气孔7和第二通孔5。呼吸阀构造为单向阀，用以在用户呼气时打开，吸气时关闭。所述实时呼吸监测监控组件包括配置于所述支撑组件的呼吸传感器10、电源模块11以及信号处理与通讯模块12；所述电源模块11与所述呼吸传感器10以及所述信号处理与通讯模块12电连接。所述呼吸传感器10设置在所述第二过气孔7内侧，用以检测人体的呼吸参数；所述信号处理与通讯模块12能够将所述呼吸传感器10检测的人体的呼吸参数发送出，例如，通过云平台发送给远程的监控终端等。

如图2、图3、图5和图6所示，在上述实施例的基础上，本发明的一个可选的实施例中，呼吸阀组件包括配置于第二过气孔7的阀芯座8，以及配置于阀芯座8远离用户面部一侧的阀芯片9。阀芯片9构造为能够罩住第二过气孔7。阀芯片9用以在吸气时贴合并密封第二过气孔7，以及用以在呼气时脱离并打开第二过气孔7。优选的，阀芯片9为硅胶材质。在其它实施例中，阀芯片9可以采用纳米纤维膜等其它现有材料，本发明对此不做具体限定。

如图2、图3、图5和图6所示，在本实施例中，阀芯座8设置有卡扣凸起，阀芯片9设置有卡扣槽。阀芯片9能够通过卡扣槽直接固定在卡扣凸起上，从而固定于阀芯座8上。优选的，在其它实施例中，阀芯座8上设置一限位柱，阀芯片9直接套置于限位柱上。呼吸阀组件还包括配置于阀芯座8的阀芯罩。阀芯罩配置于阀芯座8，罩住限位柱的端部，从而防止阀芯片9自阀芯座8脱离。

如图2、图3、图5和图6所示，在本实施例中，阀芯座8和口罩支架3为一体结构。优选的，在其它实施例中，呼吸阀组可以为独立设置的阀芯座8，通过超声波焊接、胶水连接等方式固定于口罩支架3上，本发明对呼吸阀组件的具体固定方式不做限定。

如图1、图3、图5和图6所示，在本实施例中，第一过气孔6位于口罩支架3正对着鼻梁和鼻梁两侧的位置。第二过气孔7位于口罩支架3正对着嘴巴的位置。具体的，第二过气孔7设置于嘴巴位置，鼻子或嘴巴呼出气时，能够直接朝向第二过气孔7吹，加快呼出气体流出口罩。

如图2至图6所示，在本实施例中，数字口罩还包括口罩滤棉2。至少部分口罩滤棉2呈扇形结构，用以罩住第一过气孔6。具体的，第一过气孔6位于口罩支架3正对着鼻梁和鼻梁两侧的位置，因此大致呈扇形结构的口罩滤棉2，通过弯折的形式能够形成拱形结构，刚好罩住第一过气孔6。

优选的，口罩滤棉2呈Y形，上半部分通过弯折的方式形成具有一定弧形的结构，下半部分设置有通孔用以连通所述第二过气孔7和所述第二通孔5。

如图3至图6所示，在本实施例中，口罩滤棉2配置于口罩外壳1和口罩支架3之间。具体的，口罩外壳1可拆卸的配置于所述口罩支架3。口罩滤棉2可拆卸的配置于所述口罩外壳1。将口罩滤棉2配置于口罩支架3和口罩外壳1之间，能够有效的避免使用时口罩滤棉2脱落。

口罩滤棉2包括无纺布层和熔喷布层；所述无纺布层的数量为1层或2层；所述熔喷布层的数量为1层、2层、3层或4。具体的，如下表所示，通过改变无纺布层和熔喷布层的数量，能够调节过滤效率以及呼吸的阻力，能够适应不用场所的防护要求，同时能够实现呼吸功能的辅助训练与某些呼吸与肺疾病的辅助治疗。

表1不同厚度滤棉的流量、阻力、过滤数据

在本实施例中，所述呼吸传感器10可为二氧化碳传感器或者温湿度传感器等，本发明不做具体限定。

其中，所述电源模块11可为锂电池。

其中，所述信号处理与通讯模块12可为集成有通讯模块的MCU，所述通讯模块可以是2/3/4/5G模块或者蓝牙模块，本发明不做具体限定。

其中，通过所述实时呼吸监测监控组件，本实施例还可以实现呼吸的实时同步监控、呼吸训练以及肺功能检测等一系列功能。

具体地，如图7所示，用户的呼吸情况(包括呼吸频率、呼吸强度等)可通过信号处理与通讯模块12发送给远程的监控终端200，监控终端200接收由所述信号处理与通讯模块12发送的呼吸情况生成生成受测人的呼吸图谱及呼吸参数，并根据呼吸参数，确定训练参数，实时监测呼吸状况以及呼吸训练的效果。

其中，所述监控终端200可以为用户的手机或者用户亲属的手机或者医护人员的手机等，本发明不做具体限定。

综上所述，本发明实施例可以取得以下技术效果：

1、通过呼吸阀组件与不用厚度材质的滤棉接合，能改变呼吸阻力，实现呼吸功能的辅助训练与某些呼吸与肺疾病的辅助治疗；

2、通过对用户的呼吸参数进行实时的采集以及监控，形成呼吸图谱，并通过呼吸图谱可以自动准确的判断用户的呼吸状况以及康复情况，提高判断的准确性以及及时性，避免人工判断可能带来的误判断。

请参阅图7，本发明第二实施例提供了一种训练系统，其包括如上述的数字口罩、云平台300以及监控终端200；其中：

所述数字口罩，用于获取用户在不同材质以及厚度的口罩滤棉下的呼吸参数，并将所述呼吸情况发送至云平台；

所述云平台，用于将所述呼吸情况发送至所述监控终端；

所述监控终端，用于根据所述呼吸情况生成呼吸图谱，并根据所述呼吸图谱判断不同用户的呼吸极限，按不同个体的体质与健康状态，调整滤棉阻力与训练时长，以取得最佳呼吸参数；

所述监控终端，还用于根据长期跟踪所述呼吸参数与呼吸图谱，综合评估呼吸训练训练与康复效果。

具体地，在对用户进行呼吸训练时，需要观测用户的肺功能以及呼吸是否正常。这里呼吸是否正常需要注意如下几点：

1、呼吸频率是否太慢；

2、呼吸频率是否太快，即呼吸是否太急促了；

3、是否达到用户的呼吸极限。

在呼吸训练时，若出现这些情况，都需要进行及时的调整和报警，避免在训练的时候对用户的身体健康造成伤害。

如图8所示，正常而言，人们都是通过鼻子来进行呼吸的，然而若肺的呼吸功能出现一些问题的，或者说超出肺功能的界限，也会出现鼻子和嘴巴同时呼吸的情况，此种情况可以通过图8所示的呼吸图谱识别出。若出现这种情况，则说明当前的呼吸到了肺功能的极限，应当适当的降低呼吸的阻力，例如降低滤棉的数量或者厚度等。

如图9(a)-(b)所示，图9(a)-(b)为在呼吸的过程中出现呼吸过缓，例如低于每分钟十次，则可能出现呼吸困难，需要进行报警以及呼吸阻力的调整。

如图10(a)-(b)所示，图10(a)-(b)为用户出现呼吸急促的情况(频率大于20次每分钟)，此种情况多是由于氧气不足造成。若出现这种情况，则需要报警并停止呼吸训练或者降低呼吸阻力。

如图11所示，图11可以看出用户在进行呼吸训练后的肺功能的改善效果。其中黑线所示为呼吸慢阻肺患者的呼吸图谱，红线是健康人的呼吸图谱，通过对患者的呼吸进行实时同步的监测，并观察其最终形成的呼吸图谱和呼吸参数的变化是否逐步往健康人的呼吸图谱和呼吸参数靠近，可以判断患者呼吸状况是否得到改善，从而综合评估呼吸训练与康复效果。

综上所述，本实施例中，根据生成的呼吸图谱可以实时的了解到用户的呼吸情况，并根据用户的呼吸情况来及时的对数字口罩进行调整来达到用户的训练极限，从而避免过高强度的呼吸训练可能造成的对用户身体健康的损害或者过低强度的呼吸训练无法达到预期的训练效果等。

此外，本实施例通过呼吸图谱与健康人的呼吸图谱的对比还可以直观的了解到用户的肺功能的恢复情况，从而实时的获知当前阶段的训练效果与康复效果。

以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有呼吸功能实时监测的呼吸训练数字口罩，其特征在于，包含用以佩戴于人体面部的口罩支架(3)、配置于所述口罩支架(3)的口罩外壳(1)和呼吸阀组件以及实时呼吸监控组件；

所述口罩支架(3)设置有第一过气孔(6)和第二过气孔(7)；所述面罩组件设置有正对着所述第一过气孔(6)的第一通孔(4)，以及和所述第二过气孔(7)的第二通孔(5)；

所述第一过气孔(6)和所述第一通孔(4)能够通过不同材质和厚度的口罩滤棉(2)连通；

所述呼吸阀组件配置于所述第二过气孔(7)，用以连通所述第二过气孔(7)和所述第二通孔(5)；所述呼吸阀构造为单向阀，用以在用户呼气时打开，吸气时关闭；

所述实时呼吸监控组件包括配置于所述支撑组件的呼吸传感器(10)、电源模块(11)以及信号处理与通讯模块(12)；所述电源模块(11)与呼吸传感器(10)以及所述信号处理与通讯模块(12)电连接，所述呼吸传感器(10)设置在所述第二过气孔(7)内侧，用以检测人体的呼吸情况；

所述信号处理与通讯模块(12)，用以接收所述呼吸情况，并将所述呼吸情况发送至监控终端，以使所述监控终端能够生成受测人的呼吸图谱与呼吸参数，并根据呼吸参数，确定训练参数，实时监测呼吸状况以及呼吸训练的效果。

2.根据权利要求1所述的一种呼吸训练数字口罩,其特征在于,所述呼吸阀组件包括配置于所述第二过气孔(7)的阀芯座(8)，以及配置于所述阀芯座(8)远离用户面部一侧的阀芯片(9)；所述阀芯片(9)构造为能够罩住所述第二过气孔(7)；所述阀芯片(9)用以在吸气时贴合并密封所述第二过气孔(7)，以及用以在呼气时脱离并打开所述第二过气孔(7)；所述阀芯片(9)为硅胶材质。

3.根据权利要求2所述的一种呼吸训练数字口罩,其特征在于,所述呼吸阀组件还包括配置于所述阀芯座(8)的阀芯罩；所述阀芯罩配置于所述阀芯座(8)，用以防止所述阀芯片(9)自所述阀芯座(8)脱离。

4.根据权利要求2所述的一种呼吸训练数字口罩,其特征在于,所述阀芯座(8)和所述口罩支架(3)为一体结构。

5.根据权利要求1所述的一种呼吸训练数字口罩,其特征在于,所述第一过气孔(6)位于所述口罩支架(3)正对着鼻梁和鼻梁两侧的位置；所述第二过气孔(7)位于所述口罩支架(3)正对着嘴巴的位置。

6.根据权利要求5所述的一种呼吸训练数字口罩,其特征在于,所述数字口罩还包括口罩滤棉(2)；至少部分所述口罩滤棉(2)呈扇形结构，用以罩住所述第一过气孔(6)。

7.根据权利要求6所述的一种呼吸训练数字口罩,其特征在于,所述口罩滤棉(2)配置于所述口罩外壳(1)和所述口罩支架(3)之间。

8.一种训练系统，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的数字口罩、云平台以及监控终端；其中：

所述数字口罩，用于获取用户在不同材质以及厚度的口罩滤棉下的呼吸情况，并将所述呼吸情况发送至云平台；

所述云平台，用于将所述呼吸情况发送至所述监控终端；

所述监控终端，用于根据所述呼吸情况生成呼吸图谱，并根据所述呼吸图谱判断不同用户的呼吸极限，按不同个体的体质与健康状态，调整滤棉阻力与训练时长，以取得最佳呼吸参数；

所述监控终端，还用于根据长期跟踪所述呼吸参数与呼吸图谱，综合评估呼吸训练与康复效果。

9.根据权利要求8所述的训练系统，其特征在于，所述监控终端具体用于：

根据所述呼吸图谱判断用户是否出现呼吸频率太慢、呼吸频率太快或者呼吸极限特征；

若出现呼吸频率太慢、呼吸频率太快或者呼吸极限特征，则控制发出警报信号。

10.根据权利要求9所述的呼吸训练系统，其特征在于，所述监控终端还用于：

将实时生成的呼吸图谱和/或呼吸参数与健康人的呼吸图谱和/或呼吸参数进行对比；

判断实时生成的呼吸图谱和/或呼吸参数是否逐渐向健康人的呼吸图谱和/或呼吸参数靠近，以确定用户的呼吸状况是否得到改善。