專(zhuān)利名稱(chēng)：：心搏和呼吸測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種心搏和呼吸測(cè)量裝置，可測(cè)量人體的心搏和/或呼吸。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)隨著社會(huì)的老齡化，臥床不起的人數(shù)不斷增加。心電圖儀作為監(jiān)測(cè)臥床不起的老人身體狀況一種方式，已經(jīng)產(chǎn)生根據(jù)心電圖儀測(cè)出的心率變化進(jìn)行診斷的方法的非常關(guān)注。近來(lái)，隨不斷增加的健康管理的意識(shí)，人們非常希望在家中睡眠時(shí)能夠方便地測(cè)量心率。但是，傳統(tǒng)的心電圖儀用于測(cè)量心率，必須固定許多電極到皮膚上，而且傳統(tǒng)儀器還有的缺點(diǎn)是，進(jìn)行檢查的人要受到從電極延伸到儀器主體的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的約束。由于測(cè)量呼吸速率涉及相同的情況。所以在家中方便地進(jìn)行測(cè)量難以實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)知道一種利用電容型傳感器來(lái)測(cè)量病人的動(dòng)態(tài)狀況的系統(tǒng)[參見(jiàn)(i)TomohiroOhkubo和YoshimichiYonezawa刊登在”MedicalElectronicsandBiomedicalEngineering”1994年32-2卷132/135頁(yè)上的題為“通過(guò)電容型傳感器測(cè)量病人動(dòng)態(tài)狀況的系統(tǒng)(SystemforMeasuringDynamicConditionsofPatientsbyCapacitance-TypeSensor)”的文章；和(ii)TakeshiMinamiura，YoshihisaFujiwara，HedetakaSakai，HidefumiMatsuure和ShojiYasuda刊登在”SocietyofElectronics，Information，andCommunications2002年會(huì)員大會(huì)，摘要集，D-7-25的題為“便攜式無(wú)拘束睡眠傳感器的進(jìn)展(DevelopmentofPortableNonrestraintSleepSensor)”的文章]。盡管病人的心率或呼吸速率可通過(guò)這些傳感器無(wú)約束地進(jìn)行測(cè)量，但這類(lèi)傳感器仍需在測(cè)量靈敏度上進(jìn)行提高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種心率/呼吸測(cè)量裝置，其適合無(wú)約束地測(cè)量人體心搏或呼吸，并具有很高的靈敏度。本發(fā)明提供了一種心搏/呼吸測(cè)量裝置，其包括由人體壓住的傳感器2，和測(cè)量電路，其可根據(jù)所述傳感器2的輸出測(cè)量心搏和呼吸。所述傳感器2包括線(xiàn)圈，當(dāng)承受人體施加的壓力時(shí)進(jìn)行可恢復(fù)地彈性變形，測(cè)量電路包括LC振蕩電路3，其中線(xiàn)圈的電感分量和電容分量分別用作振蕩電路的線(xiàn)圈L和電容C；和計(jì)算處理電路4，可檢測(cè)LC振蕩電路3的振蕩頻率的變化，并根據(jù)變化中的頻率分量或心搏和/或呼吸分量來(lái)計(jì)算心搏和/呼吸的生理數(shù)據(jù)。傳感器2的線(xiàn)圈可通過(guò)繞彈性件纏繞的絲制成。在本發(fā)明的心搏/呼吸測(cè)量裝置中，所述傳感器2安裝在面向上、面向下或側(cè)向躺的人體之下。因此，傳感器2承受人體施加的壓力和感受到人體的心搏和呼吸。結(jié)果是，傳感器2出現(xiàn)彈性變形。傳感器2可安裝在壓力沿正交于線(xiàn)圈件的繞組軸線(xiàn)的方向作用的位置。在這種情況下，傳感器2在所承受的壓力作用下沿正交于線(xiàn)圈件的繞組軸線(xiàn)的方向壓縮，改變了截面積?；蛘撸瑐鞲衅?可安裝在壓力沿線(xiàn)圈件的繞組軸線(xiàn)的方向作用的位置。在這種情況下，傳感器2在所承受的壓力作用下沿正交于線(xiàn)圈件的繞組軸線(xiàn)的方向壓縮，改變了長(zhǎng)度。線(xiàn)圈件是螺旋的，所形成的傳感器2具有電感分量和電容分量。電感隨截面積和長(zhǎng)度變化而變化，電容的變化由于傳感器2的彈性變形而引起，隨線(xiàn)圈的線(xiàn)匝之間的距離變化而變化，隨線(xiàn)圈和人體之間的距離變化而變化。電感和電容的變化包括心搏和呼吸的頻率分量。LC振蕩電路3的振蕩頻率隨傳感器2的電感和電容的變化而變化。計(jì)算處理電路4檢測(cè)振蕩頻率的變化，根據(jù)變化中的頻率分量和心搏和/或呼吸分量計(jì)算出心搏和/或呼吸的生理數(shù)據(jù)(如心率，呼吸速率，心動(dòng)周期和呼吸周期)。使用本發(fā)明的心搏/呼吸測(cè)量裝置可將傳感器安裝在如床或床墊上，可無(wú)約束地測(cè)量人體的心搏或呼吸。因?yàn)閭鞲衅鞯碾姼泻碗娙蓦S心搏或呼吸變化，所以可以得到高精度的心搏或呼吸度量。圖1是根據(jù)本發(fā)明的心搏/呼吸測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是說(shuō)明傳感器安裝位置的示意圖；圖3是顯示傳感器結(jié)構(gòu)的透視圖；圖4是顯示傳感器如何彈性變形的視圖；圖5是顯示LC振蕩電路的示例結(jié)構(gòu)的電路圖；圖6是說(shuō)明計(jì)算處理電路的工作的流程圖；圖7是顯示LC振蕩電路不同點(diǎn)的波形的圖表；圖8是顯示本發(fā)明的心搏/呼吸測(cè)量裝置測(cè)得的振蕩頻率變化的圖表，圖中還顯示了心電圖儀記錄的心電圖形和呼吸測(cè)量?jī)x器測(cè)得的呼吸的電壓變化；圖9是顯示振蕩頻率變化的圖表。具體實(shí)施例方式下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的介紹。本發(fā)明的心搏/呼吸測(cè)量裝置包括設(shè)置在床墊1表面相對(duì)人體上半部的傳感器2，如圖1和2所示。傳感器2受到人體上半部施加的壓力。參考圖3，傳感器2包括彈性件21，具有彎曲成圓弧形的樹(shù)脂板的形式，和圍繞彈性件21纏繞的線(xiàn)圈22。彈性件21從上面看是矩形的，截面具有橫向伸長(zhǎng)的半橢圓形，沿繞組軸線(xiàn)方向的長(zhǎng)度L為250毫米，沿正交于繞組軸線(xiàn)方向的寬度W為150毫米，高度為9毫米。線(xiàn)圈22通過(guò)圍繞彈性件21纏繞直徑0.2毫米的軟銅線(xiàn)450圈形成。彈性件21插入傳感器2的線(xiàn)圈22的內(nèi)部空間，可防止線(xiàn)圈22被壓扁并保證線(xiàn)圈22能彈性恢復(fù)。代替彈性樹(shù)脂件21，可采用線(xiàn)圈22的內(nèi)部空間插入海綿、氣袋、彈簧或類(lèi)似物體。將彈性樹(shù)脂件、海綿、氣袋、彈簧或類(lèi)似物體也設(shè)置在圍繞線(xiàn)圈22的外部空間可以提高測(cè)量精度。傳感器2受到人體的上半部施加的壓力F并感受到人體的心搏或呼吸，如圖1和2所示，人體可面向上，面向下或側(cè)向躺在床上。傳感器2如圖4中點(diǎn)劃線(xiàn)所示出現(xiàn)彈性變形，圖中實(shí)線(xiàn)表示未加載狀態(tài)，截面積隨壓力變化發(fā)生變化，線(xiàn)圈22的線(xiàn)匝之間的距離也變化，以及人體與線(xiàn)圈22之間距離變化。假設(shè)傳感器2具有電感L，真空導(dǎo)磁率μ0，截面積A，線(xiàn)圈匝數(shù)N，長(zhǎng)度L，和長(zhǎng)岡系數(shù)K。傳感器2具有下面的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式1，數(shù)學(xué)表達(dá)式1L＝K(μ0AN2/L)因此，傳感器2的截面積的變化將引起傳感器2的電感L的變化。電感的變化包括心搏和呼吸的頻率分量。構(gòu)成傳感器2的線(xiàn)圈件不僅有電感分量還有電容分量，所以人體施加的壓力使傳感器2彈性變形、線(xiàn)圈22的線(xiàn)匝之間距離的變化、和線(xiàn)圈22和人體之間距離的變化也改變電容C。電容的改變包括心搏和呼吸的頻率分量。如圖1所示，傳感器2連接到LC振蕩電路3，其中傳感器2用作振蕩線(xiàn)圈和電容。LC振蕩電路3又連接到計(jì)算處理電路4，其包括微電腦等。參考圖5，傳感器2可用包括平行連接的線(xiàn)圈L和電容C的等效電路表示。LC振蕩電路3包括LC振蕩電路部分31，這部分包括傳感器2；緩沖電路部分32，可輸送振蕩信號(hào)到輸出級(jí)，且不會(huì)干涉LC振蕩電路部分31的工作；和整形電路33，可將緩沖電路32得到的包括正弦波的振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形波的振蕩信號(hào)。成形電路33連接到輸出端34。LC振蕩電路3的振蕩頻率f0可用下面的數(shù)學(xué)公式2表示。數(shù)學(xué)表達(dá)式2f0=1/(2π×LC)]]>圖7顯示了LC振蕩電路3的不同點(diǎn)的電壓波形。A表示的是傳感器2輸出端a的電壓波形，B表示的是緩沖電路部分32的輸入端b的電壓波形，C是整形電路部分33的輸入端c的電壓波形，D是整形電路部分33的輸出端d的電壓波形。LC振蕩電路3產(chǎn)生矩形波形的電壓信號(hào)，信號(hào)輸送到圖1所示的計(jì)算處理電路4。參考圖6，計(jì)算處理電路4首先在步驟S1通過(guò)電路中設(shè)置的計(jì)數(shù)器計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)矩形波電壓信號(hào)的脈沖數(shù)量來(lái)測(cè)出振蕩頻率。振蕩頻率的變化包括心搏的頻率分量和呼吸的頻率分量。對(duì)測(cè)得的振蕩頻率的變化進(jìn)行計(jì)算處理，如通過(guò)數(shù)字過(guò)濾器在步驟S2得到心搏的頻率分量和呼吸的頻率分量。最后在步驟S3從得到的這些心搏和呼吸的頻率分量計(jì)算出心率和呼吸速率。圖8顯示了計(jì)算電路4測(cè)得的振蕩頻率的變化P，心電圖儀(未顯示)記錄的心電圖Q，和呼吸測(cè)量?jī)x器(未顯示)測(cè)得的呼吸的電壓變化R。如圖所示，振蕩頻率的變化P明顯包括心搏和呼吸的頻率分量。圖9顯示了圖8所示振蕩頻率的變化P的放大圖。根據(jù)圖示的振蕩頻率的變化P，心動(dòng)周期和呼吸周期可通過(guò)測(cè)量心臟開(kāi)始一次心跳到下一次心跳開(kāi)始的時(shí)間周期和測(cè)量開(kāi)始一次呼吸到下一次呼吸開(kāi)始的時(shí)間周期進(jìn)行檢測(cè)。圖9顯示出心動(dòng)周期是thi(秒)，呼吸周期是tri(秒)。從這些結(jié)果可產(chǎn)生心率每分鐘為60/thi，呼吸速率每分鐘為60/tri。因此，對(duì)振蕩頻率的變化進(jìn)行計(jì)算處理，如通過(guò)過(guò)濾器根據(jù)頻率變化得到心搏的頻率分量和呼吸的頻率分量，進(jìn)而可得到心動(dòng)周期，心率，呼吸周期，和呼吸速率。在根據(jù)本發(fā)明的心搏/呼吸測(cè)量裝置中，傳感器2可連接到床墊1，使處于躺臥位置的身體的心率和呼吸速率在不必約束身體的情況下進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明的裝置，傳感器的電感和電容隨心搏和呼吸而變化，使得心率和呼吸速率可高精度地進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)并不限于前面提到的實(shí)施例。而是在附屬權(quán)利要求限定的技術(shù)范圍內(nèi)可以不同方式來(lái)改進(jìn)。例如，組成傳感器2的線(xiàn)圈并不限于上述實(shí)施例，尺寸和線(xiàn)繞組的匝數(shù)可以變化。構(gòu)成傳感器2的線(xiàn)圈不必一定是徑向可彈性變形的，不必安裝到壓力沿正交于繞組軸線(xiàn)的方向作用其上的位置。還可選擇，使線(xiàn)圈安裝到壓力沿繞組軸線(xiàn)的方向作用其上的位置，使彈性變形發(fā)生在繞組的軸向上。在這種情況下，床上結(jié)合的彈簧可用作傳感器2的線(xiàn)圈。上面介紹的實(shí)施例通過(guò)計(jì)算LC振蕩電路輸出的矩形波形的電壓信號(hào)的單位時(shí)間的脈沖數(shù)來(lái)測(cè)量振蕩頻率，并根據(jù)振蕩頻率得到心搏的頻率分量和吸收的頻率分量，這個(gè)方法不是限制性的，可將振蕩頻率測(cè)量值轉(zhuǎn)換為電壓值，然后根據(jù)電壓值檢測(cè)振蕩頻率?？刹捎靡环N根據(jù)電壓值檢測(cè)振蕩頻率變化的方法，其中利用已有的鎖相回路(PLL)使振蕩頻率的變化輸出為電壓值。在這種情況下，在圖5所示的輸出端d的矩形波形的電壓信號(hào)作為基準(zhǔn)頻率輸入PLL，輸出的頻率與基準(zhǔn)頻率進(jìn)行相位比較，改變施加到電壓可控振蕩器(VCO)電路的電壓，使頻率在相位上配合。測(cè)量施加到VCO電路的電壓，由此，可根據(jù)測(cè)得的電壓變化得到輸出端d的矩形波形電壓信號(hào)的脈沖頻率的變化。權(quán)利要求1.一種心搏和呼吸測(cè)量裝置，其包括由人體壓住的傳感器(2)，和測(cè)量電路，可根據(jù)所述傳感器(2)的輸出來(lái)測(cè)量心搏和呼吸，所述傳感器(2)包括線(xiàn)圈，其當(dāng)承受人體施加的壓力時(shí)進(jìn)行可恢復(fù)地彈性變形，所述測(cè)量電路包括LC振蕩電路(3)，其中線(xiàn)圈的電感分量和電容分量分別用作振蕩電路的線(xiàn)圈L和電容C；和計(jì)算處理電路(4)，可檢測(cè)所述LC振蕩電路(3)的振蕩頻率的變化，并根據(jù)變化中的頻率分量或心搏和呼吸分量來(lái)計(jì)算心搏和/呼吸的生理數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心搏和呼吸測(cè)量裝置，其特征在于，所述傳感器(2)的線(xiàn)圈包括圍繞彈性件的線(xiàn)繞組。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心搏和呼吸測(cè)量裝置，其特征在于，所述傳感器(2)安裝在面向上、面向下或側(cè)向躺的人體之下。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心搏和呼吸測(cè)量裝置，其特征在于，所述傳感器(2)安裝的位置應(yīng)使壓力沿正交于線(xiàn)圈的繞組軸線(xiàn)的方向作用。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心搏和呼吸測(cè)量裝置，其特征在于，所述傳感器(2)安裝的位置應(yīng)使壓力沿線(xiàn)圈的繞組軸線(xiàn)的方向作用。全文摘要本發(fā)明涉及一種心搏和呼吸測(cè)量裝置，其包括由人體壓住的傳感器(2)，和根據(jù)傳感器(2)的輸出測(cè)量心搏和呼吸的測(cè)量電路。傳感器(2)包括線(xiàn)圈，其當(dāng)承受人體施加的壓力時(shí)可彈性變形。測(cè)量電路包括LC振蕩電路(3)，其中線(xiàn)圈的電感分量和電容分量分別用作振蕩電路的線(xiàn)圈L和電容C；和計(jì)算處理電路(4)，可檢測(cè)LC振蕩電路(3)的振蕩頻率的變化，并根據(jù)變化中的心搏分量和呼吸分量來(lái)計(jì)算心動(dòng)周期、心率、呼吸周期，和呼吸速率。文檔編號(hào)A61B5/0205GK1502298SQ20031012073公開(kāi)日2004年6月9日申請(qǐng)日期2003年11月25日優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日發(fā)明者南浦武史,阪井英隆,隆,阪口明申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社