用於對對象的呼吸活動進行調步的呼吸調步設備和方法

2023-10-31 03:40:22

專利名稱：用於對對象的呼吸活動進行調步的呼吸調步設備和方法
技術領域：
本發明涉及對對象的呼吸活動進行調步(pacing)的領域，特別地涉及用於對對象的呼吸活動進行調步的呼吸調步設備和相對應的方法。
背景技術：
緩慢且有規律的呼吸活動被認為是對放鬆有利的。為了支持所述呼吸過程，若干不同的呼吸調步設備對於提供與期望的有規律的呼吸節奏相對應的並且可以被用戶容易感知到的輸出信號是已知的。US20070114206公開了一種呼吸調步設備，其包括用於產生呼吸狀況信號的呼吸傳感器，所述信號作為反饋被顯示給用戶。在接收該信號後，用戶可以出於學習目的調整他的呼吸實踐。在這種情況下，傳感器例如被集成到像襯衣這樣的衣著類商品中，使得該設備不適合於其中期望放鬆的每一種情形。調步信號還可以或替換地是例如根據期望的呼吸周期周期性地改變其強度、顏色或形狀的燈光。在一個可能的應用中，呼吸調步器可以被人使用在床上來減少入眠時間。這些呼吸調步器在臥室的天花板上投射緩慢變化大小的光點。針對調步信號的進一步的例子可能是音頻或視頻信號。

發明內容
對於如以上描述的應用，期望將呼吸調步設備設計為一種如可以被便利地使用在像例如臥室這樣的家庭情況中的消費產品。經驗已經表明這樣的產品僅僅當它們的設計允許容易且便利地控制所有它的功能時被用戶接受。在設備和對象之間的交互應該是儘可能容易和直觀的。出於這個原因，調步設備的相對簡單的結構是必要的，包括用於生成與對象的呼吸特性有關的輸入信號 的輸入單元的適當布置。此外，與調步設備的用戶友好性有關的進一步的問題是當它們繼續運行達比必需的時間更長時間期時，它們的操作被發現是煩擾的。例如，被使用在床上來協助人入睡的呼吸調步設備當其操作整個晚上直到早上時可能使這個人煩擾。另一方面，在實現充分放鬆或睡眠狀態之前，它不應該停止操作。因此，本發明的目標是提供一種與從現有技術已知的呼吸調步設備相比提供了改進的設計和用戶友好性的呼吸調步設備。另一個目標是提供用於對對象的呼吸活動進行調步的相對應的方法。這個目標通過如在獨立權利要求中聲明的呼吸調步設備以及對應的方法被實現。從屬權利要求定義了有利的實施例。根據本發明的實施例，呼吸調步設備包括用於生成輸入信號的輸入單元。輸入單元可能被連接到或被集成到輸出單元。控制單元也可能被集成到輸出單元中。因此，在優選的實施例中，輸入單元被連接到控制單元並且二者被集成到輸出單元中。這種布置允許被發現由用戶以便利的方式使用的緊湊設計。例如，輸入單元可以被直接集成到觸覺輸出單元的表面使得它不被視為設備的附加操作單元。這大大提高了消費者對調步設備的接受。然而，存在將輸入單元便利地連接到輸出單元的其它可能性。輸入單元可能被直接附著到觸覺輸出單元；輸入單元可能通過適當的連接裝置被連接到觸覺輸出單元。若干替換選擇可能在這方面被構思。此外，控制單元被提供來以便利的方式控制可由對象感知的輸出信號的序列長度，即調步操作的時期。這意味著呼吸調步設備至少基於輸入信號的特性被控制。這允許針對自適應呼吸練習的輸入信號-響應輸出，或者輸出單元在對象的當前呼吸活動的基礎上或在時間表上的自動關閉，所述時間表可能由控制單元計算或基於用戶輸入。時間表可以被選擇使得其提供充足的操作時間來達到放鬆效果但避免了運行調步設備遠超過必需的時間。如果所述控制基於輸入信號的特性，當已經確定對象達到期望的放鬆或睡眠狀態時，關閉調步設備或使它進入待機模式是可能的。根據本發明的優選實施例，輸出單元作為用於輸出觸覺輸出信號的觸覺輸出單元被提供。該實施例提供如下優勢，即生成的輸出信號在觸覺上是可感知的，這也有助於呼吸調步設備的用戶友好性。它工作在黑暗環境中並且可以在不煩擾其他人的條件下被使用。針對觸覺輸出單元的例子是靠墊、枕頭、襯墊、毛絨玩具、行動電話、腕套、手錶等。然而，這些實施例不被理解為限制性的，而是所述觸覺輸出單元可以具有任意其它適當的尺寸或形狀。根據本發明的一個優選實施例，輸入單元被布置在輸出單元的表面或被集成到輸出單元裡面。將輸入單元布置在表面提供的優勢是它允許輸入單元在輸出單元裡面的緊湊設計但仍然使它從外面可接近。完全集成到輸出單元中在許多情形下可能也是可能的。例如，完全集成的輸入單元可能登記輸出單元的運動並且作為輸入信號對它們進行解釋。根據優選實施例，輸入單元由用於感應對象的特性的傳感器表示和/或由接收用戶輸入以用於調節觸覺輸出信號的序列的特性的用戶接口表示。例如，傳感器可以被使用來監視對象的呼吸活 動和生成指示某些呼吸特性的對應的輸入信號。在這個基礎上，控制單元可以控制輸出信號的序列的長度。用戶接口提供了從用戶接受輸入以便例如選擇序列的期望的長度和呼吸調步設備的操作期的可能性。根據其它優選實施例，傳感器是諸如雷達傳感器、加速計或攝像機、用於檢測施加於對象的機械壓力的壓力傳感器、光電容積描記(PPG)傳感器、氣流傳感器、或重量傳感器這樣的用於檢測對象的身體動作的身體動作傳感器中的至少一個。根據一個進一步的優選實施例，壓力傳感器包括壓力敏感箔。倘若氣流傳感器被使用來檢測在呼氣(例如當吹氣時)和/或吸氣期間的空氣流動，則該氣流傳感器可能包括感溫元件。這樣的元件例如可能是熱敏電阻，所述熱敏電阻的阻力隨溫度而變化。在吸入和呼出的空氣中的溫差可以被解釋來確定呼吸活動的吸入和呼出階段。麥克風也可以被使用為氣流傳感器。在其中輸入單元由用戶接口表示的情況下，該用戶接口優選地由滑鼠滾輪、鍵盤、至少一個按鈕、觸控螢幕、觸摸板、擠壓傳感器、壓力開關或麥克風中的至少一個表示。麥克風例如可能被提供有話音識別能力。擠壓傳感器或壓力開關可以被用戶在吸氣和/或呼氣啟動的時候觸發來匹配用戶自己的呼吸和/或吸氣和呼氣次數。優選地，用戶接口適應於接收用戶輸入以便確定對象的特性，適應於接收用戶輸入以便啟動或停止輸出信號的序列的輸出和/或輸出呼吸調步設備的狀態信息。這樣的狀態信息例如可以是可以在屏幕或任何其它適當的輸出設備的幫助下被顯示的所選擇的時間表的長度等等。根據本發明的一個實施例，用戶接口適應於接收用戶輸入以便停止觸覺輸出信號的序列的輸出。根據另一優選實施例，輸入單元適應於確定對象的特性和接收用戶輸入。根據另一優選實施例，輸入單元被提供來生成與呼吸頻率、呼吸幅度、對象的年齡或身份標識、一天的時間、或一周的日子中的至少一個有關的輸入信號。這些是針對某些特性的例子，輸出信號的序列的適當長度可以從所述特性中取得。根據另一個實施例，控制單元被提供來至少基於從傳感器接收的和/或從用戶接口接收的輸入信號控制觸覺輸出信號的序列的輸出，其中所述控制進一步基於先前存儲的特性和/或先前存儲的算法。這包括如下可能性，即確認傳感器信號以及由對象經由用戶接口進行的主動輸入並且相應地控制輸出信號的序列的長度或特性。根據另一個優選實施例，控制單元被提供來在生成與對象的睡眠或放鬆狀態有關的輸入信號之後和/或在預定的時間期已經結束之後生成停止信號。在生成停止信號之後，觸覺輸出單元停止輸出觸覺輸出信號的序列。

根據另一個優選的實施例，輸出單元由靠墊、枕頭、襯墊、毛絨玩具、腕套、行動電話、或手錶中的至少一個表不。優選地，根據本發明的呼吸調步設備包括可充電電源。這使能了調步設備的無線操作，而沒有到市電電源的任何煩擾的連接，進一步改進了它的用戶友好性。本發明還涉及一種用於對對象的呼吸活動進行調步的方法，其包括:從輸入單元接收與對象的呼吸特性有關的輸入信號；根據所接收的輸入信號控制輸出單元來輸出輸出信號的序列；以及至少基於輸入信號的預定特性的識別來停止所述輸出信號的序列。呼吸調步設備優選地可能包括溫度控制元件，其可以被使用來使調步設備變熱。這樣的溫度控制元件可能被實現為加熱元件，其僅被控制來具有固定的溫度和/或其可能具有用於感應接觸調步設備的用戶的溫度的溫度傳感器。通過使設備變熱，增加了用戶的便利性。因此，在靠墊或手墊等等的情況下，具有較冷的手的或感覺冷的人可能感覺更舒月艮。另一方面，它可以增加與呼吸設備的連通性的感覺。襯墊的這種溫度控制可以通過將加熱元件集成在襯墊中來實現。本發明的這些和其它方面將從下文描述的實施例中變得明顯並且將參考下文描述的實施例被闡明。


本發明的這些和其它方面將從下文描述的實施例中變得明顯並且將參考下文描述的實施例被闡明。在圖中:
圖1是貫穿根據本發明的呼吸調步設備的一個實施例的截面示意 圖2是示意性地示出用於對對象的呼吸活動進行調步的本發明方法的一個實施例的流程 圖3和4是根據本發明的一個實施例的、展示調步率隨時間的發展的 圖5和6是根據本發明的、在由對象使用中的呼吸調步設備的進一步的實施例；圖7示出了圖5或6的呼吸調步設備連同擴充口一起的實施例；
圖8示出了根據本發明的、在使用中的呼吸調步設備的另一個實施例；以及 圖9是圖8的呼吸調步設備的實施例的詳細視圖。
具體實施例方式圖1中的呼吸調步設備作為包括觸覺輸出單元12的觸覺呼吸調步設備10被提供，所述觸覺輸出單元12確定調步設備10的外形和外觀。如將被示範性地描述的，觸覺呼吸調步設備10的所有功能構件被集成到這個觸覺輸出單元12中。觸覺呼吸調步設備10僅是根據本發明的呼吸調步設備的一個例子，並且它的觸覺輸出單元12可能被任何其它適當的輸出單元代替以用於例如通過聲音輸出單元和/或視覺輸出單元或它們的組合生成可以由對象感知的輸出信號。下面的描述將涉及並不在這方面限制本發明的範圍的觸覺呼吸調步設備10。從輸出單元外面布置輸入單元和控制單元並且將用於有線或無線控制輸出單元所需要的信號提供給輸出單元替換地是可能的。進一步地，可能在擴充口調節啟動特性並將設置傳遞到輸出單元，而輸出單元本身可能至少包括傳感器或關閉按鈕來在設備的使用期間進一步控制輸出信號的序列。

在本例子中，觸覺輸出單元12是靠墊或襯墊，但它可以具有不同種類的形狀和尺寸。然而，它可能替換地被實現為腕套。靠墊或襯墊被提供來周期性地改變它的尺寸，特別是它的厚度，並且這種改變是由與觸覺輸出單元12密切接觸的對象可感知到的觸覺輸出信號。由觸覺輸出單元12輸出的觸覺輸出信號用來對對象的呼吸活動進行調步。作為輸入單元的傳感器14可能被集成到觸覺輸出單元12中來確定呼吸特性，特別是對象的呼吸率。在本實施例中，傳感器14例如可能是由麥克風表示的氣流傳感器。對麥克風吹氣被解釋為對象的呼出活動，而在兩個吹氣間隔之間的時間間隔被解釋為吸入階段。為了測量這種氣流，傳感器被直接放置在觸覺輸出單元12的表面。在技術方面，氣流傳感器不一定必須是麥克風，而可以替換地由其它類型的傳感器表示，例如，由風速計或像熱敏電阻這樣的感溫元件表示。熱敏電阻是一種其阻力隨溫度變化的電阻器。在吸入和呼出的空氣中的溫差可以被解釋來識別呼吸活動的吸入和呼出階段。此外，一個選擇是使用傳感器來分析呼出的空氣的化學成分以及測量包含在其中的CO2的百分比。該信息可以進一步被使用來確定呼吸活動的特徵並且另外調整調步特性。替換地，在該實施例中被用作為傳感器14的氣流傳感器可能被身體動作傳感器代替或者附加於身體動作傳感器被使用來監視對象的呼吸活動。該實施例是基於如下理念，即呼吸活動導致對象的身體的周期性運動，其可以被身體動作傳感器容易地測量。加速計是針對用來根據胸部運動或腹部運動確定呼吸率的這樣的身體動作傳感器的一個例子。與氣流傳感器相比，它提供了可以被完全集成到觸覺輸出單元12中而從外面不可接近的優勢。當測量到沒有運動達一定量的時間時，這種狀態可以被解釋為其中對象和觸覺輸出單元12沒有接觸的情況，並且觸覺呼吸調步設備10可以自動被關閉。這在該實施例中使用氣流傳感器也是可能的，其將缺少輸入達一定量的時間(即沒有氣流被吹氣傳感器測量到)解釋為其中觸覺呼吸調步設備10沒有被使用的情況。另一種可能性是作為傳感器14被使用的加速計檢測設備的急速下降，其指示用戶已經釋放設備以便讓它下降(因為她/他已經睡著了)，並且這被認為是切斷的信號。
身體動作傳感器還可以包括導電材料的下降形式的動作檢測器，所述導電材料可以在其中促進電極間的電流流動的位置與其中沒有電流可以流動的位置之間移動，使得電流被所述下降的運動調製。如以上描述的，當沒有調製發生時，這樣的機制可以被使用來關閉觸覺調步設備10或使它進入待機模式。傳感器14的另一個實施例是從血容量脈衝信號中分析呼吸模式的光電容積描記器(PPG)。在一個普遍實施例中，對象的皮膚(例如，在手指或手腕上的)被照射並且歸因於呼吸活動的光吸收的改變被測量。用戶可以通過將她/他的手指放在觸覺輸出單元12的表面上存在的窗口之上來操作光電容積描記器。替換地和/或附加地，外部布置的雷達傳感器可能被使用於測量身體的動作以便取得與呼吸信號有關的輸入信號。為此目的，替換地可能將攝像機使用為傳感器。這樣的遠程身體動作傳感器的另一個實施例是用於檢測由對象施加的機械壓力的壓力傳感器或重量傳感器，所述壓力與她/他的呼吸活動相對應。這樣的傳感器可能包括壓力敏感箔。觸覺呼吸調步設備10的進一步的操作單元是控制單元16和執行器18，二者被集成到觸覺輸出單元12中。控制單元16從傳感器14接收指示對象的呼吸特性的輸入信號。傳感器14根據測量到的呼吸特性生成該呼吸信號。控制單元16被提供來分析輸入信號並且搜索包含在輸入信號中的信號模式。此外，控制單元16被提供來根據該分析的結果控制執行器18，如下面將被描述的那樣。執行器18被提供來引起觸覺輸出單元12的運動以便輸出觸覺輸出信號。換言之，根據執行器18的運動，觸覺輸出單元12移動，並且該動作可被對象感知到。例如，觸覺輸出單元12可以增大或減小它的尺寸或可以改變它的外形。然而，觸覺輸出單元12的外觀的其它觸覺上或觸覺可感知的改變可以被考慮。觸覺輸出單元12還可以執行觸覺上可感知的點擊或其它強迫動作來給予用戶可感知的信號。觸覺呼吸調步設備10可能進一步包括像可充電電池或蓄電池這樣的可充電電源(未示出)，使得整個設備可能無線地操作。

當輸入信號被生成時，觸覺輸出單元12被激活來輸出觸覺輸出信號的序列。在本實施例中，當為呼吸信號的輸入信號內的信號模式已經被識別時，該啟動信號被控制單元16生成。這意味著至少一個呼吸特性(例如，呼吸率)已經在輸入信號中被識別。如果是這種情況，控制單元16控制執行器18來發起觸覺輸出信號的序列，其包括與已經被識別的信號模式有關的信號模式。例如，這些觸覺輸出信號具有與測量的呼吸信號相同的或相似的頻率或幅度。另一種可能性是生成的觸覺輸出信號的信號模式與識別的信號模式具有一定關係。只是給出一個例子，觸覺輸出信號的頻率可能比測量到的呼吸率稍低。而且，在執行器的膨脹和收縮時間之間的比率可能與由呼吸傳感器測量的吸入呼出比率稍微不同。控制單元16可能包括電腦程式來相應地控制執行器18。通過生成帶有與所識別的信號模式有關的信號模式的觸覺輸出信號的序列，使生成的觸覺輸出信號與對象的當前呼吸行為同步是可能的。在本實施例中，直到在輸入信號內的信號模式已經被控制單元16識別，觸覺輸出單元12才生成觸覺輸出信號。一旦模式被識別，針對觸覺輸出單元12的啟動信號被生成來以觸覺輸出信號的序列的輸出開始。以不受測量的影響更早地生成觸覺信號開始並且根據識別的信號模式在啟動信號稍後的時間點上啟動觸覺輸出信號的序列的輸出替換地是可能的。作為附加的輸入單元，滑鼠滾輪20被提供在觸覺輸出單元12的表面。滑鼠滾輪20被集成到觸覺輸出單元12中使得它從外面是可接近的。它表示調節觸覺輸出信號的序列的特性的用戶接口。例如，用戶可以作為針對控制單元16的輸入信號選擇和/或調節呼吸頻率或幅度。滑鼠滾輪20的一個進一步的功能可能是當它被用戶按壓時生成用於發起觸覺輸出信號的輸出的啟動信號。例如，當用戶已經完成調節過程時，她/他按壓滑鼠滾輪20來啟動調步。以相同的方式，他可能通過再次按壓滑鼠滾輪20來停止觸覺輸出信號的輸出。與用戶的交互的缺少，例如在其中她/他沒有執行輸入操作達一定時間期的情況下，也可以引起調步操作的停止。滑鼠滾輪20僅是用戶接口的一個可能的實施例並且可以被鍵盤、一個或多個按鈕或開關、觸控螢幕、觸摸板、擠壓傳感器、壓力傳感器等等代替。此外，用戶接口可以被提供來輸出關於觸覺呼吸調步設備的狀態信息。狀態信息可以由任何期望類型的視覺顯示或音頻信號(例如，指示燈、聲音信號、或類似蜂鳴器的觸覺信號)生成。此外，被集成到或被連接到觸覺輸出單元12的揚聲器或顯示器可以被使用來向用戶輸出關於如何使用設備的指令。還應當指出，如以上描述的任何到14的輸入還可以通過有線或無線被連接到觸覺輸出單元12。應當指出，滑鼠滾輪20可能表示對傳感器的提供的一個替換選擇，即，用戶接口可以代替傳感器作為輸入單元來生成針對控制單元16的輸入信號。然而，也可能將用戶接口和傳感器二者的功能組合到一個輸入單元中或也可能提供不同的輸入單元，每一個生成針對控制單元16的輸入信號。因此，部分基於經由用戶接口的用戶輸入以及另一部分基於對對象的呼吸行為的測量的觸覺輸出信號可以被生成。例如，觸覺輸出信號的至少一個特性可以被用戶根據他的身份和/或其它個人狀況(如，他的年齡)進行設置。該特性可以被使用來設置在調步過程啟動時的觸覺輸出信號的狀況。通過傳感器獲得的測量結果可以在調步過程期間被使用來調節和修改觸覺輸出信號的序列。控制單元16還可以使用先前存儲的參數、特性或算法來計算觸覺輸出信號。圖2中的流程圖示出了針對用於生成調步信號的過程的一個場景。在下面的描述中，假設輸入信號僅由傳感器14生成。對象的呼吸活動被傳感器14 (如圖1示出的)測量(步驟100)以便生成指示 對象的呼吸特性(諸如呼吸率)的輸入信號(步驟110)。該輸入信號表示包括吸入和呼出階段的周期性的呼吸活動。輸入信號然後被傳送到控制單元16以便被分析(步驟120)。在該分析中，控制單元16尋找輸入信號內的信號模式。一旦模式被識別，針對執行器18的啟動信號被生成，並且觸覺輸出單元12被激活(步驟130)來以觸覺輸出信號的序列的輸出開始。至少在該序列的開始時，觸覺輸出信號包括與由控制單元16在步驟120中分析的、輸入信號的所識別的信號模式相對應的信號模式。一種可能性是將吸入呼出比率作為參考以用於生成觸覺輸出信號。觀察結果已經表明比I小的吸入呼出比率有利於放鬆。在其中對象的當前吸入呼出比率例如被識別為大於I或等於I的情況下，觸覺輸出單元12可能輸出這樣的觸覺輸出信號的序列，所述觸覺輸出信號的序列以與對象的當前吸入時間相對應的膨脹時間啟動，這被大多數人發現是自然的，但其收縮時間大於呼出時間。因此，調步率以比所測量的呼吸頻率更低的頻率啟動。應當指出，觸覺輸出單元12的收縮可能不一定與呼出階段有關係(並且因此，膨脹與吸入階段有關係)，而收縮和膨脹的作用也可以被顛倒。如已經提到的，輸入信號可能不由傳感器14生成，而是還可以源於作為輸入單元的用戶接口以用於調節觸覺輸出信號的序列的特性。例如，用戶通過滑鼠滾輪20調節與她/他的身份和個人狀況有關的個人呼吸特性(頻率、幅度等等)。這可以被控制單元16在圖2中的步驟120中解釋為輸入信號，並且根據該分析的結果，觸覺輸出單元12開始輸出觸覺輸出信號的序列。作為替換選擇，傳感器14的輸入信號以及用戶接口(即滑鼠滾輪20)的輸入信號可以被考慮。例如，用戶可能輸入如以上描述的個人呼吸特性來確定針對調步過程的前置條件。傳感器14然後可能監視對象的當前呼吸活動，並且控制單元16將在兩種輸入信號的基礎上計算觸覺輸出信號的序列。為了提供對於呼吸活動的指導，優選地基於獲得的校準數據控制在觸覺輸出信號的序列內的諸階段(見圖3)的長度和頻率，使得放鬆效果發生。控制單元16可以確定所述序列的進一步進展，其以與識別的呼吸頻率相對應的頻率開始並且在觸覺輸出信號的進一步過程中改變它。圖3中的圖示出了關於觸覺輸出信號的調步率(頻率)按時間順序發展的一種可能的調步場景。圖3中的圖的橫軸表示時間，而縱 軸表示調步率。時間軸被劃分成五個不同的階段，在t (I)=O處開始的第一階段是校準階段(P1)，其中觸覺輸出單元12是消極的並且不輸出觸覺輸出信號。在校準階段(Pl)之後是階段(P2)、(P3)、(P4)和(P5)，其中觸覺輸出單元12是活躍的並且輸出觸覺輸出信號的序列。這個活動期以啟動階段(P2)啟動並且隨後是減速階段(P3)、恆定調步率的階段(P4)以及淡出階段(P5)。在校準階段(Pl)中，對象的呼吸活動被傳感器14監視，所述傳感器生成輸入信號。該輸入信號由控制單元16進行分析。通過這種監視活動，對象的呼吸的進展可以被分析，從而導致了示出呼吸活動的特性的曲線。在圖3中，不同的曲線被示出作為在校準階段期間呼吸率的發展的三個例子。每一條曲線表示對象的「呼吸率概況」。控制單元16可以從該概況取得調步活動的啟動點，即在觸覺輸出信號的序列的開始時的適當調步率。調步率(頻率)只是觸覺輸出信號的可以被選擇的一個可能的特性。另一個特性可能是調步幅度，其也從校準階段(Pl)的測量的結果中取得。一般而言，控制單元16嘗試在由輸入信號表示的呼吸概況內查找信號模式，並且當這樣的模式被識別時，針對執行器18的啟動信號被生成以便輸出與該信號模式有關的觸覺輸出信號。在輸入信號內的信號模式的搜索中確認先前監視階段的結果也是可能的。這意味著圖3中示出的校準階段(Pl)只是這樣的監視階段的一個例子，其中觸覺輸出單元是消極的。然而，這樣的監視階段也可以由其中對象的呼吸活動已經被監視的、觸覺呼吸調步設備10的先前操作期表示。還應當指出，輸出觸覺輸出信號的序列之前的校準階段(PD可能不總是必要的。調步活動的啟動點相反可以僅僅在歷史數據(即先前操作期)的基礎上被選擇，如以上描述的那樣。當信號模式已經被識別並且輸入信號已經被生成時，調步在啟動階段(P2)的開始時的時間t(2)處在調步率的啟動水平f (I)上開始。在該階段(P2)期間，觸覺輸出信號的調步率在圖3中的本實施例中稍微減少。這個減少的進展(即表示隨時間推移的調步率的曲線的傾斜)也可以取決於校準結果。在該階段(P2)期間將調步率保持恆定也是可能的。在啟動階段(P2)之後是減速階段(P3)，其在時間t(4)之前具有調步率的更強的減少。在減速階段(P3)期間，調步率從值f (2)減少到f(3)。這個值f(3)與期望的呼吸序列的目標呼吸率相對應並且可以從在校準階段期間測量的呼吸特性中取得。根據一個例子，調步率f (3)可能與60%的值或在啟動時的所測量的呼吸率相對應。在減速階段(P3)之後是恆定調步率的階段(4)，其中調步率在水平f (3)上保持恆定。階段(P4)的長度可能在先前監視期的基礎上被計算，所述先前監視期即觸覺呼吸調步設備10的先前操作階段以及(可選地)是校準階段(P1)。在減速階段(P3)中，調步幅度(未示出)可以線性地增加到一定水平並且可以在階段(P4)期間保持在該水平上。觸覺輸出信號的其它特性也可以在階段(P2)到(P5)期間以預定的方式被改變。在階段(P4)之後是淡出階段(P5)，其具有在水平f (3)上的恆定調步率。在階段(P5)中，調步幅度可能減少到零，使得在本例子中調步活動在時間t(6)處結束。儘管階段(P4)和(P5)的長度可以在監視結果的基礎上被確定，如以上描述的那樣，但它們的長度還可以在是否存在到傳感器14的輸入的基礎上被確定。當傳感器沒有生成輸入信號(即指示對象的呼吸率的周期性信號)時，這可以被認為是在對象和觸覺輸出單元12之間沒有接觸以及觸覺呼吸調步設備10沒有被使用的標誌。然後可能啟動淡出階段(P5)或完全完成調步過程。當已經確定對象已經入睡或放鬆到期望的程度時，調步過程可以被停止。當輸入信號內的一定特性或信號模式已經被識別時，淡出階段(P5)可以被啟動，或者在這種情況下設備直接被關閉。例如，傳感器14可能測量使弱呼吸活動信號信號化的呼吸頻率、幅度或吸入呼出比率，所述弱呼吸活動指示對象的睡眠或深度放鬆狀態。源於傳感器14的輸入信號的相對應的信號模式將被控制單元16識別，並且它將生成針對觸覺輸出單元12的停止信號來立即停止觸覺輸出信號的序列或啟動其中調步幅度減少到零並且整個設備關閉的淡出階段(P5)。在該實施例中，控制單 元16被提供來基於輸入信號的可能與對象的一定狀況相對應的特性控制 觸覺輸出信號的序列的長度。前面已經描述的僅是一個可能的調步場景。另一種可能性是免除校準階段(Pl)並且僅從觸覺呼吸調步設備10的先前操作期中取得呼吸率概況。這意味著之前的使用期被看作其中信號模式可以被檢測的監視期。第三場景是確認輸入信號不僅由傳感器14生成而且源於像圖1中的滑鼠滾輪20這樣的用戶接口。例如，用戶可能調節或選擇如以上描述的個人呼吸特性來確定針對調步過程的前置條件並且將它們輸入到用戶接口中。這樣的個人特性可能指的是用戶的身份、年齡或另外的個人特徵。該輸入然後可以被使用作輸入信號以用於選擇作為「啟動點」的、觸覺輸入信號的序列的開始處的調步特性。在圖3中的階段(P2)到(P5)期間的進一步的調步進展中，觸覺輸出信號的序列可以被調整，即在校準階段中或在之前使用的階段中作為歷史數據收集的傳感器信號的基礎上被進一步調整。在所有的這些場景中，可能生成停止信號來停止觸覺輸出單元12進一步產生觸覺輸出信號。停止信號可以被控制單元16在識別包含在源於傳感器14的輸入信號中的一定信號模式之後生成，如以上描述的那樣。然而，其它因素(例如，序列的運行時間)可以被考慮，使得直到預定時間期過去後停止信號才能被生成。還可能僅在時間基礎上生成停止信號，即將固定時間期確定為序列的持續時間或依賴於經由用戶接口的用戶輸入確定它。在本實施例中，控制單元16被提供來基於時間表控制觸覺輸出信號的序列的長度，所述時間表可能被編程和/或可以被用戶改變。在這個版本中，通過可以被對象主動操作的輸入單元來影響輸出信號是可能的。用戶可能被使能在生成觸覺輸出信號中的某些前置條件之間進行選擇，例如，在啟動階段(P2)的開始處的較慢或較快的呼吸序列之間進行選擇。然而，先前已經被識別的信號模式的影響可以存在，使得生成的觸覺輸出信號的序列可以適應於用戶並且被個性化。儘管這在圖1中的本實施例中未示出，但是為觸覺呼吸調步設備10提供向用戶示出觸覺呼吸調步設備10的操作狀態的顯示設備是可能的。這樣的顯示設備可以是視覺顯示器、像LED這樣的光源或給予用戶聲音反饋的音頻顯示設備。該顯示設備還可以被外部布置使得它不被集成到觸覺輸出單元12中。為了進一步解釋在階段(P3)、(P4)和(P5)中觸覺輸出信號的特性的改變，對圖4做出參考，示出了關於調步率和幅度的調步器動作隨時間(橫軸)的發展。圖4示出了三種不同的曲線。上曲線示出觸覺輸出單元12隨時間(橫軸)的實際運動(調步器動作)，該運動的幅度在縱軸上伸展。來自上面的第二曲線示出了調步率(縱軸)隨時間的發展，而第三曲線示出調步幅度(縱軸)的發展。在上曲線和下曲線中的調步器動作的幅度已經被規範化到作為最大值的值1，而調步率以每分鐘的調步周期數被給出。調步率的發展與圖3中調步率的發展相對應，即在本例子中它在持續達約4分鐘的減速階段(P3)中減少而在下面的另外4分鐘的階段(P4)和2分鐘的淡出階段(P5)中保持在恆定水平上。然而，調步幅度的發展是不同的，如已經在上曲線中指示的。下曲線更加清晰地示出了該發展:在階段(P3)中，幅度朝它的最大值線性地上升，所述最大值在從階段(P3)到(P4)的過渡處被達到，在階段(P4)中保持在恆定水平上並且在階段(P5)期間線性地減少到零。圖5和6示出了由可以被握在對象的手30中的襯墊表示的觸覺輸出單元12的實施例。控制單元16和執行器18被集成到觸覺輸出單元12中。圖5指示了襯墊通過周期性地改變它的尺寸(特別是改變它的厚度)來`生成觸覺上可感知的輸出信號。當對象將她/他的手30放在輸出單元12上時(如圖5示出的那樣)，或通過將輸出單元12握在她/他的手中(如圖6指示的那樣)，這些輸出信號可以被對象感知到。圖7示出了在擴充口 32上的圖5和6的呼吸調步設備，所述擴充口用於給它的電源充電，其也可以被集成到輸出單元12中。擴充口 32可以被提供來基於感應式充電給可充電電源無線充電，或擴充口 32和輸出單元12 二者可以被提供有適當的電連接器(像例如插頭和插座)以用於建立電連接。擴充口 32還可以具有其它功能，像經由被布置在擴充口32之上的按鈕表示的用戶接口 34接收用戶輸入。擴充口 32還可以包括作為用於生成輸入信號的輸入單元的傳感器例如以用於無線地檢測對象的身體動作。此外，擴充口 32可以可選地被提供有顯示器、燈光指示器、揚聲器等等以便向用戶提供狀態信息。另一種選擇是向擴充口 32提供時鐘功能，優選地如鬧鐘。在本實施例中，擴充口 32將配備有時間顯示器、調節按鈕、報警設備等。電纜34被提供用於將擴充口 32連接到市電電源。圖8示出輸出單元12的另一個實施例，其以躺在床上40的對象38佩戴的腕套為形式。腕套被提供作為觸覺輸出單元以用於輸出觸覺輸出信號。例如，腕套可以改變它的尺寸，並且這種改變可以作為輸出信號被感知。圖9示出在類似盤的支撐物42上的圖8的觸覺輸出單元12，其可能具有和圖7中的擴充口 32相同或相似的功能。例如，支撐物42可能被提供有用於給腕套內的可充電電源充電的充電功能並且形成觸覺輸出單元12。像傳感器或用戶接口這樣的其它操作單元在圖9中沒有被示出。然而，支撐物42也可以被提供有這樣的特徵。儘管本發明已經在附圖和前面的描述中被詳細地圖示和描述，但是這種圖示和描述將被認為是說明性的或示範性的而不是限制性的；本發明不被限制於所公開的實施例。對於所公開的實施例的其它變例可以被本領域的技術人員在實踐所要求保護的發明時從對附圖、公開內容以及所附權利要求的研究中理解和實現。在權利要求中，詞「包括」不排除其它元件或步驟，並且不定冠詞「一」或「一個」不排除多數。某些措施被記載在相互不同的從屬權利要求中的僅有事實不指示這些措施的組合不可以被使用來獲利。權利要求中的任何附圖標記不應該被 理解為限制所述範圍。
權利要求
1.一種用於對對象的呼吸活動進行調步的呼吸調步設備(10)，所述呼吸調步設備包括: -輸出單兀(12),用於輸出輸出信號的序列， -控制單元(16)，被提供來控制所述輸出單元(12)，以及 -輸入單元(14)，被連接到或集成到所述輸出單元(12)用於生成與對象的呼吸特性有關的輸入信號， 其中，所述控制單元(16)被提供來至少基於所述輸入信號的特性控制所述序列的長度。
2.根據權利要求1的所述呼吸調步設備，其中所述輸出單元(12)作為用於輸出觸覺輸出信號的觸覺輸出單元(12)被提供。
3.根據權利要求1或2的所述呼吸調步設備，其中所述輸入單元(14)被布置在所述輸出單元(12)的表面或被集成到所述輸出單元(12)裡面。
4.根據權利要求1到3中的一項的所述呼吸調步設備，其中所述輸入單元(14)由用於感應對象的特性的傳感器表示和/或由用於接收用戶輸入以便調節輸出信號的序列的特性的用戶接口表示。
5.根據權利要求4的所述呼吸調步設備，其中所述傳感器(14)是用於檢測對象的身體動作的身體動作傳感器、雷達傳感器、加速計、攝像機、用於檢測由對象施加的機械壓力的壓力傳感器、光電容積描記(PPG)傳感器、氣流傳感器、或重量傳感器中的至少一個。
6.根據權利要求5的所述呼吸調步設備，其中所述壓力傳感器(14)包括壓力敏感箔。
7.根據權利要求5的所述呼吸調步設備，其中所述氣流傳感器(14)包括感溫元件和/或麥克風。
8.根據權利要求4的所述呼吸調步設備，其中所述用戶接口由滑鼠滾輪、鍵盤、至少一個按鈕、觸控螢幕、觸摸板、擠壓傳感器、壓力開關和麥克風中的至少一個表示。
9.根據權利要求4的所述呼吸調步設備，其中所述用戶接口適應於接收用戶輸入以便確定對象的特性，適應於接收用戶輸入以便啟動或停止輸出信號的序列的輸出和/或輸出所述呼吸調步設備的狀態信息。
10.根據前述權利要求中的一項的呼吸調步設備，其中所述輸入單元(14)被提供來生成與呼吸頻率、呼吸幅度、對象的年齡或身份標識中的至少一個有關的輸入信號。
11.根據前述權利要求中的一項的呼吸調步設備，其中所述控制單元(16)被提供來至少基於從傳感器接收的輸入信號和/或從用戶接口接收的輸入信號來控制輸出信號的序列的輸出，其中所述控制進一步基於先前存儲的特性和/或先前存儲的算法。
12.根據前述權利要求中的一項的呼吸調步設備，其中所述控制單元(16)被提供來在生成與對象的睡眠或放鬆狀態有關的輸入信號之後但最遲在預定時間期結束之後生成停止信號，並且所述輸出單元(12)在生成所述停止信號之後停止輸出所述輸出信號的序列。
13.根據前述權利要求中的一項的呼吸調步設備，其中所述輸出單元(12)由靠墊、枕頭、襯墊、毛絨玩具、腕套、行動電話、或手錶中的至少一個表示。
14.根據前述權利要求中的一項的呼吸調步設備，包括可充電電源和/或溫度控制元件。
15.一種用於對對象的呼吸活動進行調步的方法，所述方法包括:-從輸入單元(14)接收與對象的呼吸特性有關的輸入信號，以及-根據所接收的輸入信號控制輸出單元(12)來輸出輸出信號的序列，以及-至少基於所述 輸入信號的預定特性的識別停止所述輸出信號的序列。
全文摘要
本發明涉及一種用於對對象的呼吸活動進行調步的呼吸調步設備(10)，其包括用於輸出輸出信號的序列的輸出單元(12)、被提供來控制輸出單元的控制單元(16)、以及連接到或集成到輸出單元用於生成與對象的呼吸特性有關的輸入信號的輸入單元(14)。控制單元被提供來至少基於輸入信號的特性控制序列的長度。本發明還涉及一種用於對對象的呼吸活動進行調步的相對應的方法。
文檔編號A61B5/00GK103209636SQ201180056451
公開日2013年7月17日 申請日期2011年11月16日 優先權日2010年11月23日
發明者J.克蘭斯, B.範德斯魯伊斯, J.沃格特, R.阿爾特斯, T.蒂斯, B.A.穆德, P.蒂爾倫, G.Z.安格裡斯, R.雷曼恩, P.滋瓦克魯伊斯-佩格裡姆, J.杜, Y.布拉達, M.範登布加爾德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司