HUP0700807A2 - Arrangement and method for detection and/or measurement of respiration - Google Patents
Arrangement and method for detection and/or measurement of respiration Download PDFInfo
- Publication number
- HUP0700807A2 HUP0700807A2 HU0700807A HUP0700807A HUP0700807A2 HU P0700807 A2 HUP0700807 A2 HU P0700807A2 HU 0700807 A HU0700807 A HU 0700807A HU P0700807 A HUP0700807 A HU P0700807A HU P0700807 A2 HUP0700807 A2 HU P0700807A2
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- arrangement according
- support element
- signal sequence
- change
- arrangement
- Prior art date
Links
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 title claims description 67
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 56
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 claims description 35
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 25
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 7
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 2
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 24
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003187 abdominal effect Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 206010062519 Poor quality sleep Diseases 0.000 description 1
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011326 mechanical measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 1
- 230000036642 wellbeing Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
- A61B5/113—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb occurring during breathing
- A61B5/1135—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb occurring during breathing by monitoring thoracic expansion
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
- A61B5/6831—Straps, bands or harnesses
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Physiology (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
.ZÉTÉTEU ldány.ZÉTÉTEU Ldány
P 0700 8Ü 7P 0700 8Ü 7
Elrendezés és eljárás légzés detektálására és/vagy méréséreArrangement and method for detecting and/or measuring respiration
A találmány tárgya egyrészt egy elrendezés légzés detektálására és/vagy mérésére, legalább egy, egy élő test egy kitüntetett részével társított tartóelemmel, a test légzéssel közvetlen összefüggésben bekövetkező helyzetbeli változása vagy mozgása által kiváltott paraméterváltozást érzékelő szenzoregységgel, ahol a szenzoregység a tartóelemhez van hozzárendelve, és a szenzoregység vezérlő- és feldolgozóegységgel áll kapcsolatban, továbbá jelsorozatot előállító egységet tartalmaz, ahol a jelsorozatot előállító egység a tartóelemen van rögzítve, továbbá az elrendezés elemeit és egységeit energiával ellátó tápegységgel. A találmány tárgya másrészt egy eljárás légzés detektálására és/vagy mérésére, amelynek során érzékeljük a test légzéssel közvetlen összefüggésben bekövetkező helyzetbeli változását vagy mozgását, oly módon, hogy a helyzetbeli változással vagy mozgással társított legalább egy paraméter változását figyeljük, és légzés mérése esetén a paraméter változás időbeli lefolyását rögzítjük.The invention relates, on the one hand, to an arrangement for detecting and/or measuring respiration, comprising at least one support element associated with a designated part of a living body, a sensor unit for detecting a parameter change caused by a change in position or movement of the body in direct connection with respiration, wherein the sensor unit is associated with the support element and the sensor unit is in contact with a control and processing unit, and further comprises a signal sequence generating unit, wherein the signal sequence generating unit is fixed to the support element, and further to a power supply unit for supplying energy to the elements and units of the arrangement. The invention relates, on the other hand, to a method for detecting and/or measuring respiration, during which a change in position or movement of the body in direct connection with respiration is detected, in such a way that the change in at least one parameter associated with the change in position or movement is monitored, and in the case of measuring respiration, the time course of the parameter change is recorded.
Az emberi légzés mérését, az idő függvényében, két jól elkülöníthető helyen szokták végezni. Az egyik a légáramlás mérése a száj-orr üregben és annak környékén. A másik módszer a mellkas illetve has helyzetváltozásának mérése, vagyis a be- és kilégzés hatására történő megemelkedés és visszasüllyedés. A találmány ez utóbbi helyen történő mérésre vonatkozik.Human respiration is measured over time at two distinct locations. One is the measurement of airflow in and around the mouth and nose. The other is the measurement of the change in position of the chest or abdomen, i.e. the rise and fall of the chest as a result of inhalation and exhalation. The invention relates to measurements at this latter location.
A mellkas és has időbeli változásának mérésére (légzésgörbe felvételére) legismertebb módszerek két fő csoportra oszthatók.The most well-known methods for measuring changes in the chest and abdomen over time (recording respiratory curves) can be divided into two main groups.
Az egyik a test ellenállását méri, ami kis mértékben függ a tüdőben lévő levegő mennyiségétől. A mérésénél külön problémát jelent, hogy a test ellenállása kicsi, ezért az elektródák kis ellenállású csatlakoztatására van szükség. Az ellenállásmérés előnye, hogy mindössze 2-4 elektródát kell felragasztani a mellkasra, míg a körfogat méréséhez két körbefutó övét.One measures the body's resistance, which depends slightly on the amount of air in the lungs. A special problem with its measurement is that the body's resistance is low, so low-resistance connections to the electrodes are required. The advantage of resistance measurement is that only 2-4 electrodes need to be attached to the chest, while two belts are needed to measure the circumference.
A másik a test körfogatának változását méri a légzés folyamán, amelyet a bordák emelkedése illetve, a rekeszizom mozgása okoz. A testen körben egy vezetőszál vagy sok ellenállásbélyeg van felhelyezve, amelynek ellenállása a nyúlás hatására változik. A mérésénél az jelent külön problémát, hogy nem elég egy helyen elvégezni a mérést, mivel kicsit változik mellkasi légzésnél a has, hasi légzésnél a mellkas körfogata. A körfogatmérés előnye, hogy elektromosan nem csatlakozik a testhez.The other measures the change in body circumference during breathing, which is caused by the rise of the ribs and the movement of the diaphragm. A conductive thread or many resistance stamps are placed around the body, the resistance of which changes as a result of stretching. A special problem with its measurement is that it is not enough to take the measurement in one place, since the circumference of the abdomen changes slightly with thoracic breathing, and the circumference of the chest with abdominal breathing. The advantage of circumference measurement is that it is not electrically connected to the body.
-2Minkét módszernél problémát jelent, hogy a hatás igen kismértékű, összemérhető a zavaró jelekkel. Az általunk kifejlesztett légzésmérő a test körfogatmérésén alapul, de a fentiektől eltérő módszer segítségével.-2A problem with both methods is that the effect is very small, comparable to the interfering signals. The breathalyzer we developed is based on body circumference measurement, but using a different method than the above.
A GB 2743 számú szabadalmi leírás a test körfogata változásának a légzés folyamán történő mérésére egy egyszerű, mechanikus, leginkább egy mérőszalaggal történő méréshez hasonló megoldást ismertet, amelynél a vizsgált személy mellkasára egy olyan övét csatolnak, amely bizonyos mértékig szabadon követi a vizsgált személy mellkasának a légzés során bekövetkező változását, és az öv skálával van ellátva, amelynek leolvasásával a térfogatváltozás detektálható és megállapítható. A megoldás természetéből fakadóan igencsak pontatlan, és döntően detektálásra használható, amennyiben a vizsgált személy mellkasáról az öv a légzés során nem csúszik el.Patent specification GB 2743 describes a simple, mechanical solution for measuring the change in body circumference during breathing, most similar to measuring with a measuring tape, in which a belt is attached to the chest of the person being examined, which to some extent freely follows the change in the chest of the person being examined during breathing, and the belt is provided with a scale by reading which the volume change can be detected and determined. The solution is by its nature very inaccurate and can be used mainly for detection, provided that the belt does not slip off the chest of the person being examined during breathing.
Az US 4,602,643 számú szabadalmi leírás egy pneumatikus légzésérzékelő eszközt ismertet, amely egy olyan övszerű elrendezést foglal magában, amelynek belső, levegővel töltött kamrája összeköttetésben áll a külvilággal. A légzés során a mellkas változó tréfogata hatására a kamra fala rugalmasan összenyomódik, a kamra térfogata így a légzés mértékével arányosan változik, a benne lévő levegő pedig úgy közlekedik a kamra és a külső tér között, hogy belégzéskor az öv kamrájából levegő áramlik ki, kilégzéskor pedig az övbe levegő áramlik be, és a légáram útjába helyezett detektáló elem, ami egy golyó, szemmel látható mozgása jelzi a légzést, de az eszköz felügyelő műszerrel is összekapcsolható, amely abban az esetben, ha a légzés mértéke meghatározott szint alá csökken vagy leáll, riasztó jelzést bocsát ki. Ezt az egyszerű, eldobható eszközt elsősorban gyermekek légzésének felügyeletére fejlesztették ki, a légzés mértékének detektálására vagy mérésére nem alkalmas.US Patent No. 4,602,643 describes a pneumatic breathing device comprising a belt-like arrangement with an internal air-filled chamber in communication with the outside world. During breathing, the chamber wall is elastically compressed by the changing volume of the chest, the volume of the chamber thus changes proportionally to the rate of breathing, and the air contained therein circulates between the chamber and the outside space in such a way that air flows out of the belt chamber upon inhalation and air flows into the belt upon exhalation, and a detection element placed in the path of the air flow, which is a ball, visually indicates breathing, but the device can also be connected to a monitoring instrument, which emits an alarm signal if the breathing rate drops below a certain level or stops. This simple, disposable device was primarily developed for monitoring the breathing of children, and is not suitable for detecting or measuring the breathing rate.
A másodikként megnevezett szabadalmi dokumentum már átmenetet jelent a tisztán mechanikus mérési módszerekről az elektormechanikus mérőátalakítók területére. A DE 103 16 255 számú szabadalmi leírás a vizsgált személy mellkasán ugyancsak egy övszerű tartóelemet javasolt elhelyezni, ahol az öv végei a mellkas emelkedése és süllyedése hatására egymáshoz képest szintén elmozdulnak, és ezt a mechanikus változást egy potenciométer elforgatására használják, ahol a potenciométert magában foglaló elektromos/elektronikus egységgel dolgozzák fel az így kapott jelet. A megoldás egyik hiányossága, hogy az elektormechanikus átalakítás során fellépő erők, súrlódások ellenőrizhetetlenül és ismételhetetlenül befolyásolhatják a mérést, az alkalmazott átalakító - potenciométer — pedig kopásra, érintkezési hibára hajlamos, cseréje esetén pedig az egész elrendezésThe second patent document already represents a transition from purely mechanical measurement methods to the field of electromechanical measuring transducers. Patent specification DE 103 16 255 also proposes placing a belt-like support element on the chest of the person being examined, where the ends of the belt also move relative to each other as the chest rises and falls, and this mechanical change is used to rotate a potentiometer, where the resulting signal is processed by an electrical/electronic unit including the potentiometer. One of the shortcomings of this solution is that the forces and frictions occurring during the electromechanical conversion can influence the measurement in an uncontrollable and unrepeatable way, and the used converter - potentiometer - is prone to wear and contact errors, and if it is replaced, the entire arrangement
-3újrakalibrálására van szükség, a potenciométerek egymástól eltérő gyártástechnikai eltérése miatt.-3 recalibration is required due to the different manufacturing techniques of the potentiometers.
Az US2005/0171417 számú szabadalmi leírás olyan légzést detektáló illetve mérő elrendezést ismertet, ahol a vizsgált személy vizsgálóasztalon fekszik, és mellkasán egy egyik végén az asztalhoz rögzített, kötélként kialakított szenzoregységet húznak át, amelynek másik vége valamilyen mechanikus átváltozást érzékelő mérőátalakítóhoz csatlakozik. Ahogy a személy mellkasa a légzés során emelkedik vagy süllyed, a rajta átvetett kötél is húzódik, ereszkedik, és ezt a mozgást érzékeli a mérőátalakító. A megoldás hátránya egyrészt, hogy a légzés méréséhez a vizsgált személynek vizsgáló asztalon kell feküdnie, másrészt, hogyha a személy az asztalon feljebb vagy lejjebb csúszik, mellkasi mérete megváltozik, amit a mérőelrendezés légzésként vagy légzés mértékében bekövetkező változásként értékelhet hamisan.Patent specification US2005/0171417 describes a breathing detection and measurement arrangement where the person being examined lies on an examination table and a sensor unit in the form of a rope, fixed to the table at one end, is passed over the chest, the other end of which is connected to a measuring transducer that detects some mechanical change. As the person's chest rises or falls during breathing, the rope passed over it also stretches and descends, and this movement is detected by the measuring transducer. The disadvantage of this solution is that the person being examined must lie on an examination table to measure breathing, and on the other hand, if the person slides up or down on the table, the size of the chest changes, which the measuring arrangement may falsely interpret as breathing or as a change in the rate of breathing.
AZ US 5,195,528 számú szabadalmi leírás olyan akusztikus légzésdetektort ismertet, amelynél egy légzésvizsgálat során használt, a vizsgált személy fejére helyezendő maszkban két mikrofont helyeznek el, és a mikrofonokkal a belégzési és kilégzési hangokat veszik, és a mikrofonok jelét használják fel arra, hogy a kilégzés és belégzés időtartamát meghatározzák. A megoldás egyik, nem minden esetben elfogadható jellemzője, hogy a légzésvizsgálathoz a személynek mindenképpen egy speciális maszkot, valamint ahhoz kapcsolódó detektáló és mérő egységeket kell viselnie, másrészt a szenzor egységként használt mikrofonok által szolgáltatott jel még a kötelezően alkalmazott jelfeldolgozási műveletek után sem ad azonos eredménnyel ismételhető mérési adatot. További hátrány, hogy a megoldás elsősorban a légzési periódusok hosszának detektálására alkalmas, a légzés intenzitásának meghatározására inkább csak jelzés szinten felel meg.US Patent No. 5,195,528 describes an acoustic breathing detector in which two microphones are placed in a mask used during a breathing test, which is placed on the head of the person being tested, and the microphones record the inhalation and exhalation sounds, and the signal from the microphones is used to determine the duration of the exhalation and inhalation. One of the features of the solution, which is not always acceptable, is that for the breathing test, the person must definitely wear a special mask and the associated detection and measurement units, and on the other hand, the signal provided by the microphones used as sensor units does not provide repeatable measurement data with the same result even after the mandatory signal processing operations. Another disadvantage is that the solution is primarily suitable for detecting the length of breathing periods, and is more suitable for determining the intensity of breathing only at the signal level.
Az EP 1 731 094 számú szabadalmi dokumentum egy olyan ruhadarabot, trikót javasol, amely a vizsgált személy mellkasa és hasa tartományában egy-egy övszerü légzésmérő elrendezést foglal magában. Az elrendezés a vizsgált személyről biológiai információkat gyűjtő és szolgáltató ruhában változó vezetőképességű szövet szenzorokat tartalmaz, amelyek a légzés során változóan feszülő trikóban a légzéssel összefüggésben lévő analóg jeleket adnak ki. A megoldás hátránya, hogy a felhasznált szenzorok bármilyen, méretbeli változást, vagy húzódást okozó elmozdulást a légzés következményeként bekövetkezett változásként érzékelnek és adnak tovább, így amennyiben a vizsgált személy intenzívebb mozgást végez, úgy az elrendezés a légzés mérésére nem, hanem inkább csak detektálására alkalmazható, korlátozott megbízhatósággal.Patent document EP 1 731 094 proposes a garment, a leotard, which includes a belt-like breathing measurement arrangement in the chest and abdomen of the subject. The arrangement includes fabric sensors with variable conductivity in the garment, which collect and provide biological information about the subject, and which emit analog signals related to breathing in the leotard, which is variably stretched during breathing. The disadvantage of the solution is that the sensors used detect and transmit any change in size or movement causing stretching as a change resulting from breathing, so if the subject is moving more intensively, the arrangement cannot be used to measure breathing, but rather to detect it, with limited reliability.
-4AZ EP 1 374 767 számú szabadalmi leírás olyan elrendezést javasol légzés mérésére, amelynél egy övszerű tartóelemben a testtel, azaz mellkassal és/vagy hassal érintkező levegővel törltöt zárt kamra található. A vizsgált személy légzése során a személy mellkasa illetve hasa a kamránál térfogatváltozást idéz elő, és ezt a térfogatváltozást mérik és értékelik a légzés vizsgálata során. A megoldás hiányosságaként tekinthető, hogy a kívánt hatás eléréséhez az övét szorosabban rá kell csatolni a vizsgált személy testrészére, ami olyan erőt fejt ki az adott testrészre, ami meg is hamisíthatja a mérést, amennyiben a kamrával érintkező testrész a rá ható erő hatására a szokásosnál kisebb vagy gyengébb mozgással reagál.-4The patent specification EP 1 374 767 proposes an arrangement for measuring respiration in which a closed chamber is located in a belt-like support element, which is in contact with the body, i.e. the chest and/or abdomen, and which is in contact with air. During the breathing of the person being examined, the chest or abdomen of the person causes a volume change at the chamber, and this volume change is measured and evaluated during the examination of respiration. A shortcoming of the solution can be considered that in order to achieve the desired effect, the belt must be attached more tightly to the body part of the person being examined, which exerts a force on the given body part, which can also falsify the measurement, if the body part in contact with the chamber reacts to the force acting on it with a smaller or weaker movement than usual.
A W02006/008745 számú szabadalmi leírás olyan elrendezést javasol légzésminta felvételére, ahol a vizsgált személy fejére mikrofonos fejhallgatót helyeznek. A személy szája elé illesztett mikrofonnak figyelik a légzés során keletkező vagy kibocsátott hangokat és a mikrofon jelét használják tovább feldolgozásra, a fejhallgatóval pedig utasításokat juttatnak el hozzá, hogy a vizsgálat során pontosan mit csináljon. A megoldás az alkalmazott nyitott akusztikus mikrofonos érzékelés miatt nem ad ismételhető, pontos eredményt, és a vizsgálathoz természetesen itt is meghatározott környezeti feltételeket kell teljesíteni, hiszen a mérés zajos környezetben nem végezhető el.Patent specification W02006/008745 proposes an arrangement for taking a breath sample, where a headset with a microphone is placed on the head of the person being tested. A microphone placed in front of the person's mouth monitors the sounds produced or emitted during breathing and uses the microphone signal for further processing, and the headset is used to send instructions on exactly what to do during the test. Due to the open acoustic microphone detection used, the solution does not give repeatable, accurate results, and of course, specific environmental conditions must be met for the test here too, since the measurement cannot be performed in a noisy environment.
A W02007/069111 számú szabadalmi leírás egy személy fizikai állapotának felmérésére szolgáló készüléket ismertet, amely a személy légzésének a mérésére szolgáló elrendezést is tartalmaz. Az elrendezésnek a vizsgált személyre csatolandó tartóöve van, amelynek két végéhez egy jeladó illetve egy jelvevö szenzoregység kapcsolódik, és az öv végeinek a légzés során bekövetkező relatív elmozdulása az adó és a vevő elemek relatív elmozdulását is jelenti, minek következtében a szenzor egység által vett és a mérés során később feldolgozásra kerülő jel is változik. A dokumentum jeladóként optikai fényforrást, például led-et javasol, szenzoregységként pedig például fotodiódát vagy fototranzisztort, melyek egymáshoz képest adott esetben rögzítetten helyezkednek el, és a közöttük lévő alakos árnyékolóelem mozdul el a vizsgált személy légzése során. Az árnyékolóelem mozgása a vett fény mennyiségének változását idézi elő, így a szenzor egységgel viszonylag pontosabb módon detektálható az elmozdulás mértéke, aminél az árnyélkolóelem kialakításának lényeges szerepe lehet. A megoldás ezen túlmenően elektromágneses kapcsolatban álló adó és vevő egységet is megvalósíthatónak tart, ahol vagy az adó és vevő egységek egymáshoz viszonyított távolságának a megváltozása, vagy a két egység közé helyezett, inágPatent specification WO2007/069111 describes a device for assessing the physical condition of a person, which also includes an arrangement for measuring the person's breathing. The arrangement has a belt to be attached to the person being tested, to the two ends of which a transmitter and a signal-receiving sensor unit are connected, and the relative movement of the belt ends during breathing also means the relative movement of the transmitter and receiver elements, as a result of which the signal received by the sensor unit and subsequently processed during the measurement also changes. The document proposes an optical light source, such as an LED, as a transmitter, and a photodiode or phototransistor as a sensor unit, which are optionally fixed relative to each other, and the shaped shielding element between them moves during the breathing of the person being tested. The movement of the shielding element causes a change in the amount of light received, so the sensor unit can detect the degree of displacement in a relatively more accurate way, in which the design of the shielding element can play a significant role. The solution also considers a transmitter and receiver unit in electromagnetic connection to be feasible, where either the change in the distance between the transmitter and receiver units relative to each other, or the change in the distance between the two units,
-5nesesen árnyékoló elem (sönt) mozgatás idéz elő a szenzoregység kimenetén jelváltozást a mágneses csatolás változása révén.-5-fold movement of the shielding element (shunt) causes a signal change at the output of the sensor unit due to a change in magnetic coupling.
Ennek a megoldásnak a hátrányaként tekinthető, hogy a külső környezeti hatások ellen erőteljesen és hibátlanul kell árnyékolni, másrészt az elrendezés méréstartománya csak szűkebb tartományban állítható, pontossága pedig az alkalmazott egységek stabil elhelyezésétől illetve a felhasznált optikailag vagy mágnesesen árnyékoló elem rögzítésétől, alakjától függ, ami egy adott elrendezés esetében csak bonyolult módon állítható, ha egyáltalán állítható.The disadvantage of this solution is that it must be shielded strongly and flawlessly against external environmental influences, and on the other hand, the measurement range of the arrangement can only be adjusted within a narrower range, and its accuracy depends on the stable placement of the units used and the mounting and shape of the optically or magnetically shielding element used, which can only be adjusted in a complicated way in the case of a given arrangement, if it can be adjusted at all.
A találmánnyal célunk olyan elrendezés és eljárás létrehozása légzés detektálásához illetve méréséhez, amely univerzálisan használható különböző testek esetén, nem igényel, vagy csak minimális mértékben igényel együttműködést a vizsgált személytől. Célunk, hogy az elrendezés alkalmazása során ne jelentsen a személy számára korlátokat, mozgásában, mindennapi viselkedésében ne zavarja. Ugyancsak célunk, hogy az elrendezés ne tartalmazzon olyan elemet, amelyet közvetlenül bőrre kell rögzíteni. A találmánnyal célunk továbbá, hogy a méréshatár, illetve az elrendezés mérési pontossága viszonylag könnyen, egyszerűen és gyorsan legyen változtatható, beállítható. Mindemellett célunk, hogy a megoldás egyszerű és olcsó módon tegye lehetővé a légzés detektálását és mérését.Our aim with the invention is to create an arrangement and method for detecting and measuring respiration that can be used universally in different bodies, does not require or only minimally requires cooperation from the person being examined. Our aim is that the arrangement does not pose any limitations to the person during its use, and does not interfere with their movement or everyday behavior. Our aim is also that the arrangement does not contain any element that must be attached directly to the skin. Our aim with the invention is also that the measurement range and the measurement accuracy of the arrangement can be changed and adjusted relatively easily, simply and quickly. In addition, our aim is that the solution enables the detection and measurement of respiration in a simple and inexpensive way.
Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy az eddigi megoldásokhoz, javaslatokhoz képest olyan módon lehet a test légzéssel kapcsolatos körfogatváltozását megállapítani, ami leginkább a régi mérőszalagos (centiméteres) mérésekhez hasonlít, de a régi mechanikus módszert új, változtatható skálájú, a külvilág által nem zavart mérőközeggel kell megvalósítani. Rájöttünk arra, hogy erre a célra nagyon jól felhasználhatók a periodikus jelsorozatok, például hanghullámok, mert a légzés időbeli változásának hatására a távolság időben változni fog a jelforrás és ajelvevő között. Ha pedig a távolság változik a jelfonás és a jelvevő között, akkor a fázis változása az elmozdulással lesz arányos. így, ha megmérjük a jelforrás és ajelvevő közötti fázis időbeli változását, a jel úthosszával, azaz a légzés intenzitásával arányos jelet kapunk.Our invention is based on the realization that, compared to previous solutions and proposals, the change in body circumference related to breathing can be determined in a way that is most similar to the old tape measure (centimeter) measurements, but the old mechanical method must be implemented with a new, variable scale measuring medium that is not disturbed by the outside world. We realized that periodic signal sequences, such as sound waves, can be used very well for this purpose, because the effect of the change in breathing over time will change the distance between the signal source and the signal receiver. If the distance changes between the signal source and the signal receiver, then the change in phase will be proportional to the displacement. Thus, if we measure the change in phase between the signal source and the signal receiver over time, we get a signal proportional to the path length of the signal, i.e. the intensity of breathing.
A kitűzött feladatot egyrészt egy elrendezéssel oldottuk meg légzés detektálására és/vagy mérésére, amely legalább egy, egy élő test egy kitüntetett részével társított tartóelemmel, továbbá egy szenzoregységgel, egy jelsorozat előállító egységgel, valamint az elrendezés elemeit és egységeit energiával ellátó tápegységgel rendelkezik. A szenzoregység a test légzéssel közvetlen összefüggésben bekövetkező helyzetbeli változása vagy mozgása általThe set task was solved on the one hand by an arrangement for detecting and/or measuring respiration, which has at least one support element associated with a designated part of a living body, furthermore a sensor unit, a signal sequence generating unit, and a power supply unit supplying energy to the elements and units of the arrangement. The sensor unit is activated by the positional change or movement of the body in direct connection with respiration.
-6kiváltott paraméterváltozást érzékeli, és a tartóelemhez van hozzárendelve, valamint egy vezérlő- és feldolgozóegységgel áll kapcsolatban. A jelsorozatot előállító egység ugyancsak a tartóelemen van rögzítve. A találmány értelmében az elrendezés a jelsorozatot előállító egység által létrehozott jelsorozatot, a szenzoregységhez vezető elemet tartalmaz, és a szenzoregységgel kapcsolatban álló vezérlő- és feldolgozóegység a jelsorozat terjedésének időbeli változását detektáló és adott esetben a változás mértékét mérő egységként van kialakítva.-6 detects a parameter change caused by the signal and is associated with the support element and is connected to a control and processing unit. The signal sequence generating unit is also fixed to the support element. According to the invention, the arrangement comprises a signal sequence generated by the signal sequence generating unit, an element leading to the sensor unit, and the control and processing unit connected to the sensor unit is designed as a unit for detecting the temporal change in the propagation of the signal sequence and, if appropriate, for measuring the extent of the change.
A találmány szerinti elrendezés egy előnyös kiviteli alakja értelmében a test kitüntetett részével társított tartóelem a mellkast körülvevő tartóelem.According to a preferred embodiment of the arrangement according to the invention, the support element associated with the designated part of the body is the support element surrounding the chest.
Egy további előnyös kiviteli alak értelmében a test kitüntetett részével társított tartóelem a hasat körülvevő tartóelem.According to a further preferred embodiment, the support element associated with the designated part of the body is a support element surrounding the abdomen.
Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha a test kitüntetett részével társított tartóelem egy-egy, a mellkast és a hasat körülvevő tartóelem.It is also advantageous according to the invention if the support element associated with the designated part of the body is a support element surrounding the chest and the abdomen.
Egy további előnyös kiviteli alak értelmében a tartóelem övként van kialakítva.According to a further preferred embodiment, the support element is designed as a belt.
Ugyancsak előnyös, ha a tartóelemet alkotó öv különböző nagyságú testekhez igazítható módon változtatható méretű.It is also advantageous if the belt forming the support element is of variable size to adapt to bodies of different sizes.
Egy további előnyös kiviteli alak értelmében az öv elasztikus anyagból készül.According to a further preferred embodiment, the belt is made of elastic material.
Ugyancsak előnyös, ha az öv gumírozott hevederként van kialakítva.It is also advantageous if the belt is designed as a rubberized strap.
Ugyancsak előnyös az elrendezésnek azon kiviteli alakja, amelynél az öv gumírozott heveder betétet tartalmaz.Also advantageous is the embodiment of the arrangement in which the belt comprises a rubberized strap insert.
Előnyös továbbá, ha a nyitott kialakítású öv végtartományaiban egymással együttműködő tépőzár részek vannak rögzítve.It is further advantageous if mutually cooperating Velcro parts are attached to the end regions of the open belt.
Egy további előnyös kiviteli alak értelmében az övhöz vállpánt van hozzárendelve.According to a further preferred embodiment, a shoulder strap is associated with the belt.
Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha a szenzoregység legalább egy mikrofont tartalmaz.It is also advantageous according to the invention if the sensor unit comprises at least one microphone.
A találmány értelmében előnyös továbbá, ha a jelsorozatot előállító egység akusztikus jelgenerátor és ahhoz csatlakozó hangkeltő elem.According to the invention, it is further advantageous if the unit generating the signal sequence is an acoustic signal generator and a sound generating element connected thereto.
Egy további előnyös kiviteli alak értelmében az akusztikus jelgenerátor hangfrekvenciás jelgenerátor, ezen belül hangfrekvenciás szinuszgenerátor.According to a further preferred embodiment, the acoustic signal generator is an audio frequency signal generator, including an audio frequency sine generator.
-7Előnyös továbbá, ha a szinuszgenerátor kvarcvezérelt generátor.-7 It is further advantageous if the sine generator is a quartz-controlled generator.
Ugyancsak előnyös, ha a jelsorozatot a szenzoregység mikrofonjához vezető elem rugalmas anyagú cső.It is also advantageous if the element leading the signal sequence to the microphone of the sensor unit is a flexible tube.
Ez utóbbi esetben előnyös, ha a cső szilikoncső.In the latter case, it is preferable if the tube is a silicone tube.
Egy további előnyös kiviteli alak értelmében a hangkeltő elem piezo hangsugárzó.According to a further preferred embodiment, the sound-generating element is a piezo speaker.
Előnyös továbbá, ha a jelsorozatot előállító egység beállítható helyzetben van a tartóelemen rögzítve.It is further advantageous if the signal sequence generating unit is fixed on the support element in an adjustable position.
Ugyancsak előnyös az elrendezésnek az a kiviteli alakja, ahol a mikrofon beállítható helyzetben van a tartóelemen rögzítve.Another preferred embodiment of the arrangement is one in which the microphone is fixed to the support element in an adjustable position.
Egy további előnyös kiviteli alak szerint a vezérlő- és feldolgozóegység bemeneti erősítőfokozatot, annak kimenetéhez csatlakozó szűrőfokozatot, annak kimenetéhez csatlakozó komparátor fokozatot és egyik bemenetével annak kimenetéhez csatlakozó időkülönbség mérő fokozatot tartalmaz, ahol az időkülönbség mérő fokozat másik bemenete a jelsorozatot előállító egység kimenetére csatlakozik, és az időkülönbség mérő fokozat kimenetéhez mérésadatgyűjtő fokozat csatlakozik.According to a further preferred embodiment, the control and processing unit comprises an input amplifier stage, a filter stage connected to its output, a comparator stage connected to its output, and a time difference measuring stage connected with one of its inputs to its output, where the other input of the time difference measuring stage is connected to the output of the signal sequence generating unit, and a measurement data acquisition stage is connected to the output of the time difference measuring stage.
Ez utóbbi esetben előnyös, ha a mérésadatgyűjtő fokozat cserélhető félvezető tárolót foglal magában.In the latter case, it is advantageous if the measurement data acquisition stage includes a replaceable semiconductor memory.
Ez esetben előnyös, ha a cserélhető félvezető tároló memóriakártya vagy pendrive.In this case, it is advantageous if the removable semiconductor storage is a memory card or pendrive.
Egy további előnyös kiviteli alak szerint a tápegység elemtartóba helyezett elemekből áll.According to a further preferred embodiment, the power supply consists of batteries placed in a battery holder.
Előnyös továbbá, ha a tápegységet akkumulátor alkotja.It is also advantageous if the power supply is a battery.
Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha a tápegység a tartóelemen van oldhatóan felerősítve.It is also advantageous according to the invention if the power supply is detachably mounted on the support element.
A kitűzött feladatot másrészt egy eljárással oldottuk meg légzés detektálására és/vagy mérésére, amelynek során érzékeljük a test légzéssel közvetlen összefüggésben bekövetkező helyzetbeli változását vagy mozgását, oly módon, hogy a helyzetbeli változással vagy mozgással társított legalább egy paraméter változását figyeljük, és légzés mérése esetén a paraméter változás időbeli lefolyását rögzítjük, és újszerű módon a helyzetbeli változással vagy mozgással társított paraméterként egy, a légzést végző testrész mentén vezetett akusztikus jelsorozat terjedésének időbeli változását detektáljuk.On the other hand, the set task was solved by a method for detecting and/or measuring breathing, during which the positional change or movement of the body occurring in direct connection with breathing is detected, in such a way that the change in at least one parameter associated with the positional change or movement is monitored, and in the case of measuring breathing, the time course of the parameter change is recorded, and in a novel way, the temporal change in the propagation of an acoustic signal sequence guided along the breathing body part is detected as a parameter associated with the positional change or movement.
-8A találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módja értelmében akusztikus jelsorozatként hangfrekvenciás jelet sugárzunk ki.-8According to a preferred embodiment of the method according to the invention, an audio frequency signal is emitted as an acoustic signal sequence.
Ez utóbbi esetben előnyös, ha hangfrekvenciás jelként szinuszjelet sugárzunk ki.In the latter case, it is advantageous to emit a sine wave signal as the audio frequency signal.
Előnyös továbbá a találmány szerinti eljárás olyan foganatosítási módja, amelynél az akusztikus jelsorozat terjedésének időbeli változásaként a kibocsátott jelsorozat és a légzés hatására megnövekedett útvonalon a szenzoregységhez érkező jelsorozat közötti fáziseltérés változását detektáljuk.Furthermore, an embodiment of the method according to the invention is preferred in which the change in the phase difference between the emitted signal sequence and the signal sequence arriving at the sensor unit via the path increased by breathing is detected as a temporal change in the propagation of the acoustic signal sequence.
Ez esetben előnyös, ha a fáziseltéréseket nullátmenet detektálással határozzuk meg.In this case, it is advantageous to determine the phase deviations by zero-crossing detection.
Előnyös továbbá a találmány szerinti eljárás olyan foganatosítási módja, amelynél a mérési pontosságot az akusztikus jelsorozat frekvenciájával állítjuk be.Furthermore, an embodiment of the method according to the invention is preferred in which the measurement accuracy is adjusted by the frequency of the acoustic signal sequence.
A találmányt az alábbiakban a csatolt rajz segítségével ismertetjük részletesebben, amelyen a javasolt elrendezés és eljárás példaként! megvalósítását tüntettük fel. A rajzon azThe invention is described in more detail below with the aid of the attached drawing, which shows an exemplary implementation of the proposed arrangement and method. In the drawing,
1. ábra a találmány szerinti elrendezés egy lehetséges alkalmazását vázolja, aFigure 1 illustrates a possible application of the arrangement according to the invention,
2. ábra a találmány szerinti elrendezés egy lehetséges kiviteli alakjának villamos felépítését mutatja tömbvázlat szinten, aFigure 2 shows the electrical structure of a possible embodiment of the arrangement according to the invention at block diagram level, the
3. ábrán az elrendezés egy további lehetséges kiviteli alakjának részletesebb felépítését mutatjuk be, és aFigure 3 shows a more detailed structure of a further possible embodiment of the arrangement, and the
4. ábrán a javasolt elrendezés egy lehetséges tartóelemének felépítése látható.Figure 4 shows the structure of a possible support element of the proposed arrangement.
Az 1. ábrán a találmány szerinti elrendezés egy lehetséges és szokásos alkalmazását vázoltuk. Egy vizsgált személy 1 testén, azon belül mellkasán és hasán egy-egy övként kialakított 2 tartóelem van oly módon felhelyezve, hogy a személyt a 2 tartóelemek és az azok által hordozott egységek mozgásában, közérzetében nem, vagy csak elhanyagolható mértékben befolyásolják. A 2 tartóelemeken kívül a vizsgált személyen további érzékelők láthatók, jelesül a személy combján és bokáján a technika állásából ismert, szakember számára ismert felépítésű és működésű 3 mozgásérzékelők, előnyösen piezoelektromos 3 mozgásérzékelők vannak felhelyezve, melyek a vizsgált személy mozgását, így ébrenlétét vagy esetleges alvását hivatottak jelezni.In Figure 1, a possible and usual application of the arrangement according to the invention is outlined. A support element 2, designed as a belt, is placed on the body of a person 1, including the chest and abdomen, in such a way that the person is not or only to a negligible extent influenced by the support elements 2 and the units carried by them in their movement and well-being. In addition to the support elements 2, further sensors are visible on the person being examined, namely, motion sensors 3, preferably piezoelectric motion sensors 3, of known structure and operation from the state of the art, known to the person skilled in the art, are placed on the thigh and ankle of the person, which are intended to indicate the movement of the person being examined, thus his/her wakefulness or possible sleep.
A 2. ábrán a javasolt légzésmérő elrendezés egy lehetséges megvalósításának tömbvázlata látható. A bemutatott megoldásnál az elrendezés két fő egységből áll: a 4 egység a 2 tartóelemen van azzal szilárdan összekapcsoltan elhelyezve, míg az 5 egység a bemutatott kiviFigure 2 shows a block diagram of a possible implementation of the proposed breathalyzer arrangement. In the presented solution, the arrangement consists of two main units: unit 4 is firmly connected to the support element 2, while unit 5 is located in the illustrated embodiment.
-9teli alak esetében vezetékes kapcsolatban áll a 4 egységgel, és a detektált jelek feldolgozására, mérésére szolgál. A 4 egység tartalmaz egy 6 piezo hangkeltőt, egy 7 mikrofont, valamint a kettőt akusztikailag csatoló 8 csövet. Az 5 egység 51 órajel generátort, annak kimenetére csatlakozó 52 szinuszgenerátort és 53 processzort, az 53 processzorral szokásos módon kapcsolódó 54 tárolót, továbbá 55 erősítőfokozatot, annak kimenetére kapcsolódó 56 szűrőfokozatot, annak kimenetére csatlakozó nullátmenet 57 komparátort, amelynek kimenete az 53 processzorra csatlakozik. Ugyancsak az 53 processzorral áll az 52 szinuszgenerátor egyik kimenete is kapcsolatban, míg másik kimenete a 4 egység 6 piezo hangkeltöjéhez kapcsolódik. Az 5 egység részének tekintjük az elektromos elemeket és egységeket energiával ellátó 58 tápegységet, de az 58 tápegység természetesen az 5 egységtől különválasztottan is kivitelezhető, ez esetben ismert módon, vezetékes kapcsolatban áll az 5 egységgel. Megfigyelhető, hogy amíg a 4 egység részegységei között akusztikus kapcsolat áll fenn, addig az 5 egység részegységei villamosán kapcsolódnak egymáshoz, valamint a 4 egység vonatkozó részegységeihez.In the case of the -9teli form, it is connected by wire to the unit 4 and is used to process and measure the detected signals. The unit 4 contains a piezo sound generator 6, a microphone 7, and a tube 8 acoustically coupling the two. The unit 5 has a clock signal generator 51, a sine generator 52 and a processor 53 connected to its output, a storage 54 connected to the processor 53 in the usual way, and also an amplifier stage 55, a filter stage 56 connected to its output, a zero-crossing comparator 57 connected to its output, the output of which is connected to the processor 53. One output of the sine generator 52 is also connected to the processor 53, while its other output is connected to the piezo sound generator 6 of the unit 4. The power supply unit 58 supplying the electrical elements and units with energy is considered to be part of the unit 5, but the power supply unit 58 can of course also be implemented separately from the unit 5, in which case it is connected to the unit 5 by a wire in a known manner. It can be observed that while there is an acoustic connection between the components of the unit 4, the components of the unit 5 are electrically connected to each other and to the relevant components of the unit 4.
A bemutatott kiviteli alak esetében az 52 szinuszgenerátor és a 6 piezo hangkeltő alkotja az elrendezés jelsorozatot előállító egységét.In the case of the presented embodiment, the sine generator 52 and the piezo sound generator 6 form the signal sequence generating unit of the arrangement.
A bemutatott felépítésű kiviteli alak segítségével megvalósított, a találmány szerinti eljárás egy példaként! foganatosításaként tekinthető detektálás elve az, hogy hanghullámokat vezetünk egy rugalmas 8 cső segítségével az 1 test körül. A 8 csövet egy övként kialakított 2 tartóelembe helyezzük, amit a vizsgált személy mellkasára illetve hasára erősítünk. Természetesen a detektálás vagy mérés megvalósítható egy 2 tartóelemmel is, amit vagy a mellkasra, vagy a hasra helyezünk, de átfogóbb képet adó detektáláshoz vagy méréshez két 2 tartóelemet helyezünk el az említett testrészeken. A 8 cső egyik végén elhelyezünk egy hangforrást, jelen esetben egy 6 piezo hangkeltőt, a másik végén pedig egy jelvevőt, a jelen esetben egy 7 mikrofont. A 6 piezo hangkeltő és a 7 mikrofon úgy erősíthető a 8 cső egyegy végébe, hogy a 8 cső akusztikusán zárt teret biztosítson az említett elemekkel együtt. A kibocsátott hang frekvenciája nem befolyásolja a mérés lényegét, de vizsgálataink alapján megállapítottuk, hogy a hallható frekvenciatartományban a 8 cső hangvezető képessége kedvezőbb. A 6 piezo hangkeltőből kiinduló, jelen esetben időben szinuszos jelet a 8 cső végén a 7 mikrofon által detektált jellel összehasonlítva azt állapíthatjuk meg, hogy a hang terjedési sebességének megfelelően a 7 mikrofon jele késik a 6 piezo hangkeltő jeléhez képest. A hang hullámhosszától és a távolságtól függően ez a késés több hullámhossznyi is lehet.The principle of detection, which can be considered as an exemplary implementation of the method according to the invention, implemented using the illustrated embodiment, is that sound waves are guided around the body 1 by means of a flexible tube 8. The tube 8 is placed in a belt-shaped holder 2, which is attached to the chest or abdomen of the person being examined. Of course, the detection or measurement can also be implemented with a holder 2, which is placed either on the chest or on the abdomen, but for a more comprehensive detection or measurement, two holders 2 are placed on the said body parts. A sound source is placed at one end of the tube 8, in this case a piezo sound generator 6, and a signal receiver is placed at the other end, in this case a microphone 7. The piezo sound generator 6 and the microphone 7 can be attached to one end of the tube 8 in such a way that the tube 8 provides an acoustically closed space together with the said elements. The frequency of the emitted sound does not affect the essence of the measurement, but based on our tests we have established that in the audible frequency range the sound conduction ability of the tube 8 is more favorable. By comparing the signal originating from the piezo sound generator 6, which in this case is sinusoidal in time, with the signal detected by the microphone 7 at the end of the tube 8, we can establish that, in accordance with the speed of sound propagation, the signal from the microphone 7 is delayed compared to the signal from the piezo sound generator 6. Depending on the wavelength of the sound and the distance, this delay can be several wavelengths.
-10A légzés időbeli változásának a hatására a 8 cső két végén elhelyezett hangkeltő és hangvevő elem távolsága is időben változni fog. Ha a távolság nem pontosan többszöröse az alkalmazott hullámhossznak, a 7 mikrofon jele nem lesz fázisban a 6 piezo hangkeltő jelével. Változtatva a távolságot a 6 piezo hangkeltő és a 7 mikrofon között, a fázis változása (egy hullámhosszon belül) arányos lesz az elmozdulással. Ha mérjük a 6 piezo hangkeltő és a7 mikrofon jelei közötti fázis időbeli változását, akkor a légzés intenzitásával arányos jelet kapunk.-10As the breathing changes over time, the distance between the sound generator and the sound receiver located at the two ends of the tube 8 will also change over time. If the distance is not an exact multiple of the wavelength used, the signal from the microphone 7 will not be in phase with the signal from the piezo sound generator 6. By changing the distance between the piezo sound generator 6 and the microphone 7, the phase change (within one wavelength) will be proportional to the displacement. If we measure the phase change over time between the signals from the piezo sound generator 6 and the microphone 7, we will obtain a signal proportional to the intensity of breathing.
A bemutatott példában az 52 szinuszgenerátorral 3,6 kHz frekvenciájú jelet állítunk elő, amelyet a 6 piezo hangkeltővel sugárzunk ki a 8 csőbe. A 8 cső bármilyen, rugalmas anyagú cső lehet, a gyakorlati próbák és kísérletek során közönséges szilikoncső bizonyult a célra a legmegfelelőbbnek. A 6 piezo hangkeltővel kb. 40 dB/100 mm jelet sugárzunk ki, amit a 7 mikrofonnal veszünk. A 7 mikrofon céljára —62 dB érzékenységű elektret vagy kondenzátor mikrofont használunk. A 7 mikrofon jelét kb. 850-szeresre erősítjük az 55 erősítő fokozatban, majd az 56 szűrő fokozatba vezetjük, ahol 3,6 kHz-es sávszűrést alkalmazunk. Az erősített és szűrtjei a nullátmenet 57 komparátorba kerül, amelynek kimenetén már továbbfeldolgozásra alkalmas négyszögjel jelenik meg. A négyszögjel alkalmazása azért előnyös, mert a jel nullátmenete könnyen detektálható. A nullátmenet 57 komparátorból kilépő négyszögjel, valamint az 52 szinuszgenerátor egyik kimenetén levehető szinkronjel közötti időkülönbséget az 53 processzorral mérjük célszerűnek bizonyult, ha a mintavételezési frekvenciát 10 Hz-re választjuk, így az 53 processzorral a mérés 0,1 másodpercenként történik, mindkét csatornában 9-9 bit felbontással. Az 53 processzor kimenetén az egymást követő mért értékek különbségét jelenítjük meg 1-1 bájton. A mérési értékeket az 54 tárolóban tároljuk. A fentiek esetén hozzávetőlegesen 200 mm/s a maximális mérhető nyúlásváltozás, amelyet a 8 cső elszenvedhet, ám ami normális légzésnél nem fordul elő. A használt paraméterezés esetén egy bájton a legnagyobb ábrázolható tartomány 128 és + 127 közötti értéket fog át.In the example shown, a 3.6 kHz signal is generated by the sine generator 52, which is radiated into the tube 8 by the piezo sound generator 6. The tube 8 can be any flexible tube, but in practical tests and experiments, an ordinary silicone tube has proven to be the most suitable for the purpose. The piezo sound generator 6 emits a signal of about 40 dB/100 mm, which is received by the microphone 7. An electret or condenser microphone with a sensitivity of -62 dB is used for the purpose of the microphone 7. The signal from the microphone 7 is amplified by about 850 times in the amplifier stage 55, and then fed to the filter stage 56, where a 3.6 kHz bandpass filter is applied. The amplified and filtered zero-crossing signal is fed to the comparator 57, at the output of which a square wave signal suitable for further processing appears. The use of a square wave signal is advantageous because the zero crossing of the signal can be easily detected. The time difference between the square wave signal coming out of the zero crossing comparator 57 and the synchronous signal available at one output of the sine generator 52 is measured with the processor 53. It has proven to be practical if the sampling frequency is chosen to be 10 Hz, so that the measurement is performed with the processor 53 every 0.1 second, with a resolution of 9-9 bits in both channels. The difference between the successive measured values is displayed on the output of the processor 53 on 1-1 bytes. The measured values are stored in the memory 54. In the above case, the maximum measurable elongation change that the tube 8 can undergo is approximately 200 mm/s, which does not occur during normal breathing. In the case of the parameterization used, the largest range that can be represented on one byte is between 128 and + 127.
Az 52 szinuszgenerátor egy előnyös kialakítás értelmében kvarcvezérelt, ami szakember számára ismert módon nagy stabilitást ad a 6 piezo hangkeltővel kisugárzott jelsorozatnak.The sine generator 52 is preferably quartz-controlled, which, as is known to those skilled in the art, provides high stability to the signal sequence emitted by the piezo sound generator 6.
Egy másik, bizonyos körülmények között szintén előnyös kiviteli alaknál a 8 cső Y alakú, amelynek alsó szárában helyezkedik el a 6 piezo hangkeltő, míg a két felső szárában egyegy 7 mikrofont rögzítünk. Ilyen esetben a 7 mikrofonok által vett jelet felváltva vesszük és dolgozzuk fel, úgy, hogy a 7 mikrofonok tápfeszültségét az 53 processzorral kapcsoló·· ·· · · ·· ·a · • ·« ♦ · · · · *· · · · « · «4 ·In another embodiment, which is also advantageous under certain circumstances, the tube 8 is Y-shaped, the lower leg of which houses the piezo sound generator 6, while a microphone 7 is mounted in each of the two upper legs. In such a case, the signal received by the microphones 7 is received and processed alternately, so that the supply voltage of the microphones 7 is switched by the processor 53·· ·· · ·· ·a · • ·« ♦ · · · · *· · · · « · «4 ·
- 11 juk ki-be (ez a rajzon nem látható), és ugyancsak az 53 processzorral választjuk ki a mérendő csatornát, felváltva hol az egyiket, hol a másikat.- 11 is turned on and off (this is not shown in the drawing), and the channel to be measured is also selected with the 53 processor, alternating between one and the other.
A 3. ábrán a 2. ábra szerinti elrendezés részletesebb kapcsolási rajzát tüntettük fel. Az egyes funkcionális egységek szakember számára könnyen beazonosíthatók, így az ábrán szaggatott vonallal jelöltük be a 2. ábra egységeit. A célszerű és célzott nagyfokú integráció következtében egy-egy áramköri egység több feladatot is elláthat vagy több feladat ellátásában is részt vehet (a bemutatott esetben lásd az 51 órajelgenerátort és az 53 proceszszort), ez a mindenkori konkrét kialakítás függvénye, ami szakember számára az ismertetés alapján rutin tevékenységnek minősül. Természetesen szakember számára nyilvánvaló, hogy annak sincs akadálya, hogy a 4 és 5 egységeket egyetlen házon belül közösen helyezzük el.In Figure 3, we have shown a more detailed circuit diagram of the arrangement according to Figure 2. The individual functional units can be easily identified by a person skilled in the art, so the units of Figure 2 are marked with dashed lines in the figure. As a result of the expedient and targeted high degree of integration, a circuit unit can perform several tasks or participate in the performance of several tasks (in the case shown, see the clock generator 51 and the processor 53), this depends on the specific design at any given time, which is considered a routine activity for a person skilled in the art based on the description. Of course, it is obvious to a person skilled in the art that there is no obstacle to placing the units 4 and 5 together within a single housing.
Az 58 tápegység U7 áramköre az alkalmazott elemek vagy akkumulátorok kb. 4,8 V-os feszültségéből stabilizált 3,6 V-ot állít elő. Az U5A áramkör az U5B, U6A és U6B műveleti erősítőknek munkaponti feszültséget állít elő.The circuit U7 of the power supply 58 produces a stabilized 3.6 V from the approximately 4.8 V voltage of the batteries or accumulators used. The circuit U5A produces an operating point voltage for the operational amplifiers U5B, U6A and U6B.
Az 55 erősítőfokozat és 56 szűrőfokozat U5B, U6A és U6B műveleti erősítői a 7 mikrofonok jelének erősítését végzik. Az erősítők együttes erősítése kb. 850-szeres 3,6 kHz-en. Az erősítés frekvenciafuggő, értéke 360Hz-en és 36kHz-en kb. egyszeres. (A 7 mikrofon által kibocsátott jel nagysága kb. 2,5 mV.) Az 54 tárolót U1 áramkör valósítja meg. Megjegyezzük, hogy az 54 tároló a méréshez nem kell, csak adatgyűjtéshez. Az U3 áramkör az 59 interfész RS232 soros vonali feszültségszint illesztését végzi. U4 processzor 52 szinuszgenerátorként állítja elő a 3,6 kHz-es szinuszjelet, valamint a benne lévő komparátor 57 komparátorként négyszögesíti a 7 mikrofonoktól jövő erősített jelet.The operational amplifiers U5B, U6A and U6B of the amplifier stage 55 and the filter stage 56 amplify the signal of the microphones 7. The combined amplification of the amplifiers is approximately 850 times at 3.6 kHz. The amplification is frequency-dependent, its value at 360Hz and 36kHz is approximately 1. (The magnitude of the signal emitted by the microphone 7 is approximately 2.5 mV.) The storage 54 is implemented by the circuit U1. It should be noted that the storage 54 is not needed for measurement, only for data collection. The circuit U3 performs the RS232 serial line voltage level adjustment of the interface 59. The processor U4 produces the 3.6 kHz sine signal as a sine generator, and the comparator 57 in it squares the amplified signal coming from the microphones 7 as a comparator.
Az 5 egység szabványos 59 interfésszel is ellátható, amellyel a technika állásához tartó módon számítógéppel köthető össze, és a detektált vagy mért adatokat számítógépes célprogrammal tovább feldolgozhatjuk.The unit 5 can also be equipped with a standard 59 interface, with which it can be connected to a computer in a state-of-the-art manner, and the detected or measured data can be further processed with a computer program.
Egy előnyös kiviteli alak esetében a 8 cső 2 mm belső átmérőjű szilikoncső, amely az elrendezést tartó ház csatlakozó csőcsonkjára van ráhúzva. Ebben az esetben a 6 piezo hangkeltő a ház belsejében, a csőcsonk torkolatában van rögzítve, úgy, hogy közvetlen akusztikus kapcsolatban álla 8 csővel.In a preferred embodiment, the tube 8 is a silicone tube with an internal diameter of 2 mm, which is pulled onto the connecting pipe of the housing holding the arrangement. In this case, the piezo sound generator 6 is fixed inside the housing, at the mouth of the pipe, so that it is in direct acoustic contact with the tube 8.
A 2 tartóelemek övékként vannak kialakítva egy lehetséges kialakítás esetén, ahol az övéknek kettős feladatuk van. Az övék egyik feladata, hogy rögzítsék a bennük futó szilikonból készült 8 csövek helyzetét a mellkas, illetve a hasi légzés megfelelő légzési pont* ··· ·· · ·* • ’ ·· · · · · · f · · » « · ·4 ·The 2 holders are designed as belts in a possible design where the belts have a dual function. One of the functions of the belts is to fix the position of the silicone tubes 8 running in them to the appropriate breathing point for chest and abdominal breathing* ··· ·· ··* • ’ ·· · · · · f · · » « · ·4 ·
- 12ján, valamint biztosítsák a has és mellkas mozgása esetén a szilikon 8 csövek megfelelő nyúlását. Az övék másik feladata, hogy megfelelő helyzetben tartsák a bemutatott elrendezést, valamint az azzal kapcsolatban álló elem- vagy akkumulátortartót, amelyben az egységek elektromos táplálását biztosító elemek vagy akkumulátorok helyezhetők el.- 12th, and ensure the proper stretching of the silicone tubes 8 in the event of movement of the abdomen and chest. Their other task is to keep the presented arrangement in the proper position, as well as the associated battery or accumulator holder, in which the batteries or accumulators providing the electrical power of the units can be placed.
A 4. ábrán a javasolt elrendezés egy lehetséges 2 tartóelemének előnyös felépítését vázoltuk. A bemutatott kiviteli alak esetében a 2 tartóelemet alkotó öv 50 mm széles és 850 mm hosszú gumírozott 9 hevederből készül. A 9 heveder egyik végére 50 mm széles és 310 mm hosszú 10 tépőzár 10a bolyhos fele kerül felvarrásra. A 9 heveder másik felére 30 mm széles és 60 mm hosszú 10 tépőzár 10b horgos fele kerül felvarrásra. A gumírozott 9 heveder közepére egy keskenyebb, 30 mm széles és 830 mm hosszú, ugyancsak gumírozott 11 heveder lesz rávarrva úgy, hogy a 12 varrás ne akadályozza a 9, 11 hevederek nyúlását ezt például úgynevezett cikk-cakk varrással biztosíthatjuk -, és a két végén maradjon egyegy 10 mm hosszú összevarratlan 13 rész. A két 9, 11 heveder közé van a 4 mm külső átmérőjű és 2 mm belső átmérőjű, 1500 mm hosszúságú szilikon 8 cső behúzva (a 4. ábrán nem látható), oly módon, hogy két vége a levarrás nélküli 13 részen 40-40 cm-t kilógjon.In Figure 4, we have outlined the preferred construction of a possible support element 2 of the proposed arrangement. In the case of the presented embodiment, the belt forming the support element 2 is made of a rubberized strap 9 50 mm wide and 850 mm long. A 50 mm wide and 310 mm long 10 Velcro fastener 10a with a pile side is sewn onto one end of the strap 9. A 30 mm wide and 60 mm long 10 Velcro fastener 10b with a hook side is sewn onto the other end of the strap 9. A narrower, 30 mm wide and 830 mm long, also rubberized strap 11 is sewn onto the middle of the rubberized strap 9 so that the seam 12 does not hinder the stretching of the straps 9, 11 - this can be ensured, for example, by a so-called zigzag seam - and a 10 mm long unsewn part 13 remains at each end. The silicone tube 8 with an outer diameter of 4 mm and an inner diameter of 2 mm, and a length of 1500 mm is inserted between the two straps 9, 11 (not shown in Figure 4), in such a way that its two ends protrude 40-40 cm from the unsewn part 13.
A tervezésnél végig fö szempont volt egy olyan elrendezés összeállítása, amelynek energiaszükséglete alacsony, ezzel biztosítva a mérés hosszabb ideig tartó kivitelezését. A másik lényeges kritérium, hogy az elrendezésnek nagyon specifikus környezetben kell működnie. A legtöbb orvosi eszköz tervezésénél nem szempont, hogy a páciens élettani folyamatait a diagnosztika ideje alatt a lehető legkisebb mértékben befolyásoljuk. A megalkotandó elrendezés elkészítésénél ezt figyelembe kell venni, vagyis hogy ne zavarjuk az alvás normális fiziológiás folyamatait.The main consideration throughout the design was to create a setup with low energy requirements, thus ensuring that the measurement can be performed over a longer period of time. Another important criterion is that the setup must operate in a very specific environment. Most medical devices are not designed to affect the patient's physiological processes as little as possible during the diagnostic process. This must be taken into account when designing the setup to be created, i.e. not to disturb the normal physiological processes of sleep.
Jóllehet leírásunkban a találmány lényegét bemutató példákban emberi testről, hangfrekvenciás jelsorozatról, egy vagy több mikrofonról teszünk említést, és a javasolt elrendezést és eljárást ezek segítségével mutattuk be, szakember számára nyilvánvaló, hogy a bemutatott elrendezés és eljárás alapelvei bármilyen más testtel, így akár állati testtel kapcsolatosan felhasználhatók, és szakember az ismert műszaki szint és a leírás bemutatott megoldásai ismeretében ismeretei alapján más rendszert, elrendezést is létre tud hozni, amely azonban a leírás kitanításai alapján a találmány oltalmi körébe esik.Although in our description, in the examples illustrating the essence of the invention, we mention a human body, a sequence of audio frequency signals, one or more microphones, and the proposed arrangement and method have been presented with the help of these, it is obvious to a person skilled in the art that the principles of the presented arrangement and method can be used in connection with any other body, including an animal body, and a person skilled in the art, knowing the known technical level and the solutions presented in the description, can also create other systems and arrangements based on his knowledge, which, however, fall within the scope of protection of the invention based on the teachings of the description.
Claims (33)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU0700807A HUP0700807A2 (en) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | Arrangement and method for detection and/or measurement of respiration |
| EP08858856A EP2231014A1 (en) | 2007-12-13 | 2008-12-12 | Arrangement and method for respiration detection and/or measurement |
| PCT/IB2008/055277 WO2009074973A1 (en) | 2007-12-13 | 2008-12-12 | Arrangement and method for respiration detection and/or measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU0700807A HUP0700807A2 (en) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | Arrangement and method for detection and/or measurement of respiration |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HU0700807D0 HU0700807D0 (en) | 2008-02-28 |
| HUP0700807A2 true HUP0700807A2 (en) | 2009-06-29 |
Family
ID=89987937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU0700807A HUP0700807A2 (en) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | Arrangement and method for detection and/or measurement of respiration |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2231014A1 (en) |
| HU (1) | HUP0700807A2 (en) |
| WO (1) | WO2009074973A1 (en) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001078577A2 (en) | 2000-04-17 | 2001-10-25 | Vivometrics, Inc. | Systems and methods for ambulatory monitoring of physiological signs |
| US9492084B2 (en) | 2004-06-18 | 2016-11-15 | Adidas Ag | Systems and methods for monitoring subjects in potential physiological distress |
| US9504410B2 (en) | 2005-09-21 | 2016-11-29 | Adidas Ag | Band-like garment for physiological monitoring |
| AU2006251609B2 (en) | 2005-05-20 | 2012-09-20 | Adidas Ag | Methods and systems for determining dynamic hyperinflation |
| US8033996B2 (en) | 2005-07-26 | 2011-10-11 | Adidas Ag | Computer interfaces including physiologically guided avatars |
| US8762733B2 (en) | 2006-01-30 | 2014-06-24 | Adidas Ag | System and method for identity confirmation using physiologic biometrics to determine a physiologic fingerprint |
| US8475387B2 (en) | 2006-06-20 | 2013-07-02 | Adidas Ag | Automatic and ambulatory monitoring of congestive heart failure patients |
| US9833184B2 (en) | 2006-10-27 | 2017-12-05 | Adidas Ag | Identification of emotional states using physiological responses |
| US8475371B2 (en) | 2009-09-01 | 2013-07-02 | Adidas Ag | Physiological monitoring garment |
| US9545222B2 (en) | 2009-09-01 | 2017-01-17 | Adidas Ag | Garment with noninvasive method and system for monitoring physiological characteristics and athletic performance |
| US9326705B2 (en) | 2009-09-01 | 2016-05-03 | Adidas Ag | Method and system for monitoring physiological and athletic performance characteristics of a subject |
| US8971936B2 (en) | 2009-09-01 | 2015-03-03 | Adidas Ag | Multimodal method and system for transmitting information about a subject |
| US9526419B2 (en) | 2009-09-01 | 2016-12-27 | Adidas Ag | Garment for physiological characteristics monitoring |
| ES2645646T3 (en) * | 2012-09-07 | 2017-12-07 | The Regents Of The University Of California | Multisensor abdominal monitoring system |
| JP6798684B2 (en) * | 2016-09-09 | 2020-12-09 | 合同会社アーク | Body motion detection sensor |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4197856A (en) * | 1978-04-10 | 1980-04-15 | Northrop Robert B | Ultrasonic respiration/convulsion monitoring apparatus and method for its use |
| NL9202256A (en) * | 1992-12-24 | 1994-07-18 | Peter Bernard Defares | Interactive breathing regulator. |
| US5588439A (en) * | 1995-01-10 | 1996-12-31 | Nellcor Incorporated | Acoustic impulse respirometer and method |
| WO2002019897A2 (en) * | 2000-09-08 | 2002-03-14 | Wireless Medical, Inc. | Cardiopulmonary monitoring |
| DE10126539A1 (en) * | 2001-05-30 | 2002-12-05 | Friendly Sensors Ag | Apparatus for determining deformations and/or displacements comprises a pair of sensors which are joined by means of an elastic and/or deformable element capable of conducting ultrasound |
-
2007
- 2007-12-13 HU HU0700807A patent/HUP0700807A2/en unknown
-
2008
- 2008-12-12 WO PCT/IB2008/055277 patent/WO2009074973A1/en not_active Ceased
- 2008-12-12 EP EP08858856A patent/EP2231014A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HU0700807D0 (en) | 2008-02-28 |
| WO2009074973A1 (en) | 2009-06-18 |
| EP2231014A1 (en) | 2010-09-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HUP0700807A2 (en) | Arrangement and method for detection and/or measurement of respiration | |
| US8696588B2 (en) | Device and method for determining a respiration rate | |
| US6254551B1 (en) | Apparatus for monitoring a mechanically transmitted signal based on the organs or vital functions and for processing the results | |
| US11857309B2 (en) | Respiration monitoring device and methods for use | |
| JPH10155755A (en) | Medical apparatus | |
| KR101607116B1 (en) | System for measuring and recording a user's vital signs | |
| EP2116183A1 (en) | Robust opto-electrical ear located cardiovascular monitoring device | |
| EP2233071A1 (en) | Breathing feedback device | |
| CN105286823A (en) | Wearable self-powered multi-physiological-parameter monitoring device and method | |
| US20180049653A1 (en) | Monitoring vital signs | |
| BRPI0815430B1 (en) | METHOD FOR QUANTIFYING NUTRITIVE COMPOSITION CONSUMED BY BABY, AND SYSTEM | |
| JP2007202939A (en) | Biological information detecting apparatus | |
| JP2020513892A (en) | Device for monitoring blood flow and respiratory flow | |
| WO2005034750A1 (en) | Sleep aspiration state measurement device | |
| US20170128000A1 (en) | Method and apparatus for monitoring a physiological indication associated with functioning of a living animal | |
| CN101536904A (en) | Heart electricity-based sleep apnea detection device | |
| JP6207613B2 (en) | Newborn baby pulse meter | |
| JP2019201946A (en) | Sleep state measuring device | |
| CN103040469A (en) | Respiration detection bellyband | |
| CN109091127A (en) | Method for monitoring blood pressure and apparatus therefor | |
| JP2001286448A (en) | Biological information collecting device using sealed air type sound sensor | |
| JP6566047B2 (en) | Thermometer | |
| KR20180065039A (en) | Smart phone ubiquitous healthcare diagnosis system using vital integrated communication module | |
| CN106913335B (en) | an apnea detection system | |
| CN209518869U (en) | A kind of respiratory effort identifies the sleep apnea monitoring device of equipment and its application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FD9A | Lapse of provisional protection due to non-payment of fees |