[发明专利]检测呼吸的方法、传感器和装置

说明书

本发明涉及一种检测人或动物呼吸的方法、实施该方法的一种呼吸传感器以及一种检测人或动物呼吸的装置。

本文件中，术语“检测呼吸”主要用来指在相当程度上呼吸气流后获得的某一信号。

许多情形下需要检测人或动物的呼吸。许多疾病情况、重病看护、体格检查和睡眠状态下的呼吸监测需要测量呼吸速率和呼吸的最后中断，或研究与某一呼吸对应的波形。

已尝试采用许多种不同方法来检测呼吸。例如，根据可影响膜的呼吸气流中的压力变化，通过用一种应变片式传感器或另一种方法来探测压力变化曲线。另一种方法是通过呼吸气流使一热敏电阻冷却，并测量该热敏电阻两端电压。再一种方法是检测气流中小球的运动。

本发明的目的在于提供一种检测呼吸的方法和装置以及可灵活应用于检测呼吸的新型、简单和可靠的呼吸传感器。本发明的目的还在于提供一种便于病人携带且无需在人体附近连接电缆线的呼吸传感器。本发明的另一个目的在于当需要无菌操作时提供一种清洁卫生的呼吸传感器，由于这种呼吸传感器价格低廉，如有需要可作一次性产品使用。本发明的其他目的在下文中作更详细的描述。

按照本发明的检测呼吸的方法和装置以及呼吸传感器是基于这样的事实，即，吸气与呼气之间，呼吸气流的湿度发生强烈的变化。吸气时，鼻腔或口腔处呼吸气流的相对湿度近似与周围空气的湿度相同，即通常远低于100％，而在呼气时，呼吸气流基本上被水蒸气所饱和，即相对湿度为100％。

如果人们让呼吸气流通过一个温度低于37℃的表面，那么当呼出的空气通过时水就会凝结在该表面上。在表面上生成汽雾。例如，如果所述的表面是某一光纤的一个端面，那么就可以采用下述方法来研究这一水的凝结过程。光束或其他电磁射束借助于一光纤从某一射束源被引导到该光纤内，这里，射束源可以是一个激光器、激光二极管、发光二极管或某种灯泡。到达光纤远端的光束，其一部分将被反射回来，一部分将被泄漏出去。如果光纤的这一端上覆盖有汽雾，则这一关系将会改变，从而光线被反射回来的部分在光纤是湿润的情况下比在于燥的情况下小。这是因为组成汽雾的小水滴形成一个个小透镜，而由这些小透镜泄漏的辐射的角度要比干燥情况下的辐射角度多。然后，可以通过下文中描述的任何一种恰当的方法来检测由于呼吸而形成的反射光的强度变化。

还可以检测透射射束的强度变化，来根据这一强度变化检测呼吸。例如，可以通过一光电探测器或另一光纤端来实施，该光纤端俘获在光纤第一端附近的一部分透射辐射。也可以以另一种方式来应用本发明的原理。比如，可以采用一个环形光纤，传感器表面由一任意形状的窗口构成，由该窗口泄漏出一部分光纤内传播的辐射，并将其余部分传送到光纤的另一端。以基本设计中相同的方式，该窗口上的水分将影响通过该窗口辐射的射束强度，由此也影响进一步在光纤内传播的射束的强度。

还可以无需使用光纤来应用本发明。如果有一个完全反射或部分反射或透射之元件被置于呼吸气流之中，并被暴露在一光信号下，则可以检测该透射信号或反射信号，并根据其变化来判定该呼吸。光信号可被直接传导到该反射元件或透射元件之类的传感器上，光信号源或传感器或这二者都可以包括构成某一传感器表面的反射元件或透射元件。

由塑料光纤得到的反射射束进行的实验表明，射束强度与呼吸气流的改变良好地一致，并且无需为将热从该光纤引出而采取特别行动。

按照本发明的检测人或动物呼吸的方法包含下述步骤：将呼吸传感器置于呼吸气流中，将光信号投射到呼吸传感器上，采用光学方法检测依赖于沉积在传感器上水分的透射光信号和/或反射光信号的变化，并通过将光信号的变化转换成表示呼吸的信号来确定呼吸。

本发明提供了一种用于暴露在呼吸气流中的呼吸传感器，呼吸传感器有一个传感器表面(51，53)，传感器表面(51，53)由端面(51)或形成光纤窗口的部分(53)构成，这种结构使所述呼吸气流因沉积其上而形成的水分会从传感器表面上蒸发，从而可以检测光信号的变化，作为呼吸气流的一种测量。

本发明还提供了一种检测人或动物呼吸的装置，它包括发射光信号的装置(1，2)；具有传感器表面(51，53)的呼吸传感器，它放置在呼吸气流中，从而使光信号(52，41)被传送到传感器表面(51，53)上，使得光信号的透射和/或反射随因呼吸气流的沉积而产生的水分的变化而变化；以及用来检测来自传感器的光信号(52，61)的变化作为对呼吸的一种测量的光电检测器(8)和检测电路(9)。

下面结合附图更加详细地描述本发明，其中：

图1是描述本发明装置的示意图，

图2和图3描述的是本发明的呼吸传感器的不同实施例，