[发明专利]用于确定呼吸类型的传感器系统和方法

说明书

传感器系统用于确定对象的呼吸类型。所述传感器系统具有第一电磁辐射(例如，光学)传感器和第二电磁辐射(例如，光学)传感器，例如，PPG传感器。所述传感器用于应用于所述对象的在不同传感器位置处的皮肤。分析来自第一传感器和第二传感器的信号以确定主要存在的是第一呼吸类型(例如，胸式呼吸)，还是第二呼吸类型(例如，腹式呼吸)，还是所述第一呼吸类型和所述第二呼吸类型的混合。

技术领域

本发明涉及用于确定呼吸类型的传感器系统。

背景技术

用于监测呼吸速率和模式的呼吸传感器是众所周知的。

一种测量呼吸速率的无创方法是使用光体积描记(PPG)传感器。这些PPG传感器测量身体的体积变化。能够从PPG信号中检索到的生命体征，包括脉搏率、动脉血氧饱和度和呼吸速率。

脉搏血氧计是基于PPG的传感器的常见示例。虽然这种传感器的目的是获得血氧饱和度的度量，但它也能检测皮肤中血容量的变化，从而执行PPG感测。通过检测血容量的变化，获得了对应于脉搏的循环信号。此外，这种较高频率脉冲率信号在跟踪呼吸速率的较低频率信号上得到调制。因此，通过对PPG信号进行适当滤波，能够获得脉搏率信号和呼吸速率信号。因此，PPG传感器(例如，脉搏血氧计)通常用于提供脉搏率和呼吸速率的度量。

PPG传感器例如包含至少一个LED和一个光传感器。LED和传感器被放置为使得LED将光引导到用户的皮肤中，所述光被反射或透射并被传感器探测。反射光/透射光的量主要是由皮肤内的血液灌注决定的。

PPG系统例如包括红色LED、近红外LED和光电探测器二极管。传感器通常被配置有LED和光电探测器二极管，所述探测器二极管直接在患者的皮肤上，通常在指头(手指或脚趾)或耳垂上。

患者身上的其他地方也可能是合适的，包括前额、鼻子或其他面部部分、手腕、胸部、鼻中隔、鼻翼、耳道和/或口腔内，如脸颊或舌头。

LED发出不同波长的光，这些光扩散通过患者皮肤的血管床并被光电探测器二极管接收。测量每个波长处的吸光度变化，从而允许传感器确定仅由脉动的动脉血引起的吸光度，排除了例如由静脉血、皮肤、骨骼、肌肉和脂肪引起的吸光度。然后可以分析所得到的PPG信号。

在透射式脉搏血氧测定法中，传感器设备被放置在患者身体的薄的部分上。反射式脉搏血氧测定法可以用作透射式脉搏血氧测定法的替代方案。这种方法不需要人体的薄的部分，因此非常适合更普遍的应用，例如，脚、前额和胸部。

呼吸是将新鲜的富氧空气递送到肺部的必要条件，富氧空气从肺部经由血液被输送到所有体细胞。实质上，增大肺容量会降低与环境大气相比的压力，因此，根据波义耳定律，空气流入肺部。通过减小肺容量，会发生相反的情况，二氧化碳与呼出的空气会一起流出肺部。

肺容量变化可能源自两个主要区域(胸部和横膈膜(腹部))的肌肉。当肋骨之间的肌肉收缩，从而移动肋骨笼向侧方、前方和后方扩展时，发生胸式呼吸。当横隔膜收缩，从而向下按压腹腔时，发生腹部或腹式呼吸。腹腔不能减小，但会改变形状，从而向前移动腹部。在实践中，所有呼吸都会涉及一些腹式呼吸，但不一定都会涉及胸式呼吸。

当休息时，健康对象的正常呼吸循环从腹式呼吸开始，然后变成腹式呼吸运动和胸式呼吸运动的组合。然而，在紧张的情况下，人们倾向于以相对浅而快的方式主要进行胸部区域的呼吸。这种类型的呼吸会刺激自主神经系统的交感神经(战斗逃跑反应)分支。在极端情况下，这会导致过度通气，从而降低血液的pH值(导致碱中毒)。

虽然呼吸是由自主神经系统控制的，但是对象也能够自发地影响呼吸模式和速率，并且因此通过有意从浅的快速胸式呼吸移动到更慢、更深的横隔膜呼吸来抑制战斗/逃跑反应。放松技术通常旨在实现这种放松型呼吸。

类似地，患有慢性阻塞性肺病(COPD)或哮喘的人能够从这些放松技术中获益以恢复呼吸。