CN106413547B - 生理监控衣服 - Google Patents
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Abstract
本文公开了用于检测并监控例如呼吸、心脏参数等的生理参数的装置(例如衣服,包括但不限于衬衫、裤子等)。本文描述了具有由在压缩衣服上的印刷导电油墨形成的传感器的生理参数监控衣服,传感器布置并配置成用于鲁棒的感测和舒适的穿戴。特别是,本文所述的衣服(例如衬衫、裤子、内衣)配置成允许使用被直接印刷到衣服上并由导电迹线(其可以或可以不在衣服上被加强)连接到衣服的界面区的导电油墨传感器来鲁棒地感测一个或多个生理参数,界面区可连接到例如配置成测量、存储、处理和/或传输所记录的参数的微处理器的分析单元。
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本申请要求下列申请的优先权:2014年3月10日提交的(标题为“PHYSIOLOGICALMONITORING GARMENTS”)美国临时专利申请号 61/950,782;2014年10月1日提交的(标题为“DEVICES AND METHODS OF RUSE WITH PHYSIOLOGICAL MONITORING GARMENTS”)美国临时专利申请号62/058,519;2014年11月17日提交的(标题为“PHYSIOLOGICAL MONITORINGGARMENTS”)美国临时专利申请号 62/080,966;以及2014年12月29日提交的(标题为“STRETCHABLE, CONDUCTIVE TRACES AND METHODS OF MAKING AND USING SAME”)美国临时专利申请号62/097,560。本专利申请还要求2015年2 月2日提交的(标题为“GARMENTSHAVING STRETCHABLE AND CONDUCTIVE INK”)美国专利申请号14/612,060的优先权,专利申请号 14/612,060要求2014年7月14日提交的(标题为“METHODS OF MAKING GARMENTSHAVING STRETCHABLE AND CONDUCTIVE INK”)美国专利号14/331,185的优先权。
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在本说明书中提到的所有公布和专利申请都通过引用被全部并入本文,在与好像每个单独的公布或专利申请特别和单独地被指示通过引用被并入相同的程度上。
领域
在本文描述可与用户和其他人通信的、接收直接(用户选择的)输入和间接(用户监控的)输入(例如,检测来自用户(例如来自基于穿戴式电子设备的衣服)的信号)的并存储或传输这个信息的穿戴式装置(例如“衣服”)。特别是,在本文描述了可监控来自穿用者的生理参数的穿戴式监控和输入系统。
背景
在过去的二十年中,移动电信设备显著扩展并改变了人们通信的方式。具有越来越快的计算机处理器的计算机实现了具有增加的处理速度的更快通信和大量数据的提高的分析。此外,传感器技术也快速扩展成患者如何甚至由非专业人员监控。各种传感器的发展使各种测量能够由计算机进行并分析以产生有用的信息。在近年来,与各种通信平台结合的医疗感测技术的使用提供了使人(包括患者)被监控或监控自己并给他们的医师或护理者传递监控的结果的新的和感兴趣的方式。例如,移动设备例如智能电话使移动设备用户能够远程地通信,并提供得到、分析、使用和控制信息和数据的一些能力。例如,移动设备用户可以能够使用用于各种个性化任务的应用软件(“应用”),例如以规定格式记录他们的病史,播放游戏,读书,等等。应用可与移动设备中的传感器一起工作以提供用户想要的信息。例如,应用可与智能电话中的加速度计一起工作并确定某人行走了多远以及在行走期间消耗了多少卡里路。
在各种背景中描述了移动通信平台例如具有一个或多个这样的生物统计传感器的智能电话的使用。例如,Roschk等人的US2010/0029598描述了“Device for MonitoringPhysical Fitness(用于监控生理健康的设备)”,其配备有用于检测心率数据的心率监控器部件和用于提供健康信息的评估设备,健康信息可由显示设备显示并被处理单元获得,被实施为读入并包括补充的个人数据。Nissila的US2009/0157327描述了“ElectronicDevice, Arrangement,and Method of Estimating Fluid Loss(估计流体损失的电子设备、布置和方法”),其配备有“电子设备,其包括:处理单元,其配置成接收由测量单元产生的皮肤温度数据,从测量单元接收性能数据,并基于所接收的性能数据来确定理论流体损失值”。
类似地,前面提议包括传感器的衣服。见例如Glaser等人的 US2007/0178716,其描述设计成用在穿戴式电子设备上的“modular microelectronic-system(模块化微电子系统)”。Debock等人的 US2012/0071039描述互连和终止技术前部纺织品,其包括“导电层,导电层包括导体,导体包括端子和与端子分开地提供的基部。端子具有配合端和安装端”。Jung等人的US2005/0029680描述了用于将电子设备集成在纺织品中的方法和装置。
例如,可通过监控患者来检测心血管和其它健康相关的问题,包括呼吸问题。监控可允许早期和有效的干预,且可在特定的健康问题变得致命之前基于所监控的生理特征来得到医疗救助。不幸的是,大部分当前可用的心血管和其它类型的健康监控系统是笨重的和不方便的(例如,对日常使用不实际),且特别是,对特别是以不引人注意的方式用于长期监控是困难的或不实际的。
提出了包括生命体征(例如ECG、呼吸、血液氧合、心率等)的患者的健康参数可使用一个或多个穿戴式监控器被主动监控,然而到目前为止这样的监控器证明难以使用且相对不准确。理想地,这样的监控器可以不引人注意地由受验对象穿戴(例如作为衣服的部分、珠宝等)。虽然这样的衣服被提议,见例如US 2012/0136231,这些衣服具有很多缺陷,包括不舒服、难以使用、以及提供不准确的结果。例如,在例如US2012/0136231 申请中,很多单独的电极位于衣服上并通过编织导电纤维等连接到处理器;虽然这样的衣服“需要…与受验对象的皮肤的相适应和稳固的导电接触“以便提供准确的读数,这样的设计要求衣服是限制性的,以便防止接触这些皮肤区域的衣服(和因而传感器)的移动。这样的配置快速变成不舒服的,特别是在将理想地被穿很多小时或甚至数天的衣服中。此外,甚至这样紧紧地穿着的衣服也常常相对于穿用者移动(例如滑动或慢慢向上拱)。此外,设备/衣服(例如在现有技术中所述的那些设备/衣服)制造起来很慢和昂贵,且常常相当“易碎的”,避免粗野的使用和洗涤。最后,这样的设备/ 衣服一般不允许直接在衣服上的手动用户输入的处理,而是完全依赖于被动监控或需要某种界面(包括衣服外界面)。
包括可感测生物统计数据的一个或多个传感器的衣服的使用还没有得到普遍使用。部分地,这可能是因为这样的衣服可能在它们接受的输入的种类和通用性方面被限制,以及在衣服的舒适性和形成因素方面限制。例如,传感器和向传感器提供功率并从传感器接收信号的引线没有以允许衣服是柔韧的、有吸引力的、实用的和尤其是舒适的方面与衣服完全集成。例如,大部分这样提议的衣服不是充分有弹性的。最后,这样提议的衣服也在它们可接收的数据的种类和它们如何处理所接收的信息方面被限制。
因此,用于分析并传递个人的身体和情绪状态的现有的衣服(例如设备和穿戴式感测装置)和过程可能是不准确的、不足够的、在范围上被限制、令人不愉快的和/或麻烦的。
所需要的是具有一个或多个传感器的装置(包括衣服),其可舒适地被穿戴,然而在持久的一段时间期间提供相对准确和运动密集的测量。提供可容易和廉价地被制造的衣服也是有益的。最后,提供具有在衣服上的直接用户界面和特别是被形成为衣服(包括织物)的部分的界面的衣服可能是有益的。
特别是,所需要的是可被附接或贴附到衣服上的可拉伸的且导电的图案(例如迹线)。这些可拉伸的导电图案可甚至与最可拉伸的织物(例如压缩织物/压缩衣服)一起使用并在多个拉伸/松弛循环中随着下层织物一起移动而不断裂,并同时维持稳定的一组电特性,例如随着时间推移和使用过程中的导电率。包括本文所述的穿戴式设备(例如衣服)的装置和包括本文所述的穿戴式设备(例如衣服)的系统可处理上面识别的一些或所有问题。
本公开的概述
本文描述了具有由在压缩衣服上的印刷导电油墨形成的传感器的生理参数监控衣服,传感器布置并配置成用于鲁棒的感测和舒适的穿戴。特别是,本文所述的衣服(例如衬衫、裤子、内衣)配置成允许使用被直接印刷到衣服上并由导电迹线(其可以或可以不在衣服上被加强)连接到衣服的界面区的导电油墨传感器来鲁棒地感测一个或多个生理参数,界面区可连接到分析单元,例如配置成测量、存储、处理和/或传输所记录的参数的微处理器。
例如,在本文描述了适合于连续地监控穿用者的区域性呼吸的衬衫。用于监控呼吸的衬衫可包括:衬衫主体,其包括织物,其中主体被配置为膨胀和收缩以保持衬衫靠着穿用者的躯干的压缩衣服;多个呼吸传感器,其布置在主体的不同区上,其中每个呼吸传感器包括:多个通常平行的导电油墨迹线和/或被印刷和/或附接在主体的外部部分上的导电弹性织物;以及区域性导电连接器,其中通常平行的导电油墨迹线中的每一个连接到区域性导电连接器;以及位于主体上的界面(例如模块界面),其中每个呼吸传感器的区域性导电连接器连接到该界面,此外其中该界面配置成与处理器(例如传感器管理器单元)连接以检测来自每个导电连接器的电阻。本文描述了两种类型的呼吸传感器。第一种由可被印刷到形成衣服的织物上或转移或附接到衣服的导电油墨迹线形成。可使用本文所述的任何导电油墨材料(特别是包括由一层粘合剂和一层或多层导电油墨形成的那些导电油墨材料,中间/梯度区在粘合剂和导电油墨之间)。第二种类型的呼吸传感器由也在下面更详细描述的导电弹性材料形成。虽然与另一种呼吸传感器比较可以有使用一种类型的呼吸传感器的特别的益处(例如更低的电磁滞),以及除了如通过特定的上下文明确说明的之外,任一呼吸传感器可与另一呼吸传感器可互换地使用。
通常,呼吸传感器可以是区域性的。衬衫主体的不同的区(例如象限) 可由不同的传感器覆盖,允许“区域性”呼吸的监测和监控。当衬衫(其紧贴地配合到身体)随着穿用者的呼吸努力而膨胀和收缩时,通过在每个不同区中的导电油墨迹线和/或导电弹性材料的电阻的变化来检测区域呼吸(运动)。多个通常平行的导电油墨迹线包括在3和50个之间的平行迹线。通过以大致平行的方式在衬衫主体的整个区上布置多个(例如2、3、 4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、 30、35个等)导电油墨迹线,由呼吸传感器感测可以是特定地鲁棒的;这些平行迹线中的每个连接(并行地)到区域性导电连接器(且在另一端上连接到基准,例如基准线),有效地确定来自并行电阻的总电阻,例如R总=(每个迹线的总电阻的乘积)/(每个迹线的每个电阻的和)。
在一些变形中,衬衫配置成检测来自四个区(例如前部/后部和胸部/ 腹部区;或胸部/腹部和左部/右部区,等等)的呼吸。在一些变形中,呼吸传感器包括感测八个区(前部/后部、胸部/腹部和左部/右部区)的八个呼吸传感器。通常,多个呼吸传感器可单独地布置在身体的前部或后部、上部或下部、右部或左部区中。也可确定多于八个区(例如将身体划分成另外的子部分);区不需要是相同的尺寸。
多个通常平行的导电油墨迹线每个是可拉伸的迹线;导电油墨的拉伸一般改变电阻(检测拉伸和因而呼吸)。多个通常平行的导电油墨迹线可以以任何图案被印刷在主体的外部上。例如,迹线可被印刷为平行的直线、Z字形线、曲线,例如迹线可以以波状图案被印刷。通常,多个通常平行的导电油墨迹线可配置成当受验对象呼吸时通过迹线产生变化的电阻;例如,当衬衫被穿着时,线可在横向于患者身体(越过胸部)的方向上延伸。
如所提到的,多个呼吸传感器可包括基准线,每个通常平行的导电油墨迹线在通常平行的导电油墨迹线的与区域性导电连接器相对的端处连接到基准线。基准线可以是“地线”。基准线一般也连接到界面(且最终连接到检测由于呼吸而引起的线的电阻的变化的处理器)。
每个呼吸传感器可配置成使在形成呼吸传感器的多个通常平行的导电油墨迹线中的可变电阻平均。因此,非常小的电流或电压可施加在导电迹线两端以随着呼吸确定电阻的变化。导电迹线可通常被绝缘(例如被防止直接接触穿用者的皮肤和/或由于出汗而引起的短路等)。
本文所述的任何衬衫也可包括用户输入,例如在身体上的触摸点位置处的触摸点传感器,其配置成感测穿用者何时在触摸点位置处触摸衬衫。触摸点传感器可用作设备的输入和/或控制。例如,用户可“标记”当某事 (例如呼吸不足或其它事件)出现时的时间,或指示活动何时增加(例如锻炼等)或减少,或开始/停止/暂停等呼吸的记录和/或分析,或保存、传输、处理等所检测的区域性呼吸。可使用多个触摸点传感器。
衬衫也可包括一个或多个额外的传感器,例如心率传感器。例如,衬衫可包括在配置成接触穿用者的皮肤的在主体的内表面上的导电油墨电极和从导电油墨电极延伸到模块界面的电极导电连接器。电极可用于检测心率等。可使用多个电极(例如电极对)。例如,导电油墨电极可位于衬衫的袖子(或两个袖子)上。
衬衫也可包括在主体上的保持器(例如口袋),其配置成保持传感器管理器单元与模块界面连接。
可被使用的其它传感器包括任何其它活动/运动传感器(例如加速度计)。其它传感器可以在衬衫上和/或直接连接到衬衫或连接到从传感器接收信号的处理器的部分。
区域性导电连接器一般包括在附接到主体的基底上的导电材料。基底可支持导电材料并可与衣服通过界面连接,使得导电油墨与形成连接器的导电材料电耦合。例如,基底可以是聚合材料。在一些变形(例如见附录 A)中,基底是Kapton。
在本文还描述使用如上所述被配置的衬衫来感测区域性呼吸的方法。例如,检测区呼吸的方法可包括穿本文所述的任何衬衫,以及通过平行地布置在搜索的主体上的(一般非重叠的)不同区中的导电油墨迹线来接收/ 传输/存储/分析电阻的变化。
在本文还描述配置成连续地监控穿用者的心电图(ECG)的衣服(例如衬衫和/或裤子)。例如,衬衫可包括:主体,其包括织物,其中主体被配置为膨胀和收缩以保持衬衫靠着穿用者的躯干的压缩衣服;第一组六个电传感器,该第一组六个电传感器以第一曲线布置在主体上,当衬衫被穿着时其越过穿用者的胸部的左胸部区延伸,其中每个电传感器包括被印刷在主体的内表面上的导电油墨电极;第二(冗余)组六个电传感器,该第二(冗余)组六个电传感器以相邻于第二曲线的第二曲线布置在主体上;从颈部区延伸并覆盖在第一组电连接器和第二组电连接器上面的主体的支持胸衣区(support harness region);由印刷在主体的内表面上的导电油墨形成的右臂电极;以及由印刷在主体的内表面上的导电油墨形成的左臂电极;其中每个电传感器由从电传感器延伸到界面的导体连接到主体上的界面,以及此外其中该界面配置成与传感器管理器单元连接以检测来自电传感器、右臂电极和左臂电极中的每一个的电活动。
通常,这样的衬衫可提供在胸部(胸部区)上的多个电极,其可被连接(例如并行地)以充当12引线ECG的胸部电极的各个引线(例如V1 -V6)。装置可配置成即使当衣服在穿用者的身体上移动时存在电极的移位或运动,也鲁棒地检测信号。此外,衣服可以舒适地被保持在适当的位置上,且电极的位置可由衣服的主体的额外支持区(例如披肩/胸衣支持)被相对固定地保持,甚至其中穿用者的身体的曲率可以以其它方式防止在穿用者和电极之间的良好接触。
在本文还公开了配置成在本文公开的衣服(例如衬衫)之上穿戴的支持衣服。支持衣服可包括配置成将衬衫上的传感器/电极推成与穿用者的胸部更好地啮合的支持结构。支持结构可以是可充气的并基于穿用者的性别和胸部解剖结构而配置。在一些情况下,支持结构是自行充气的。
本发明还涉及可拉伸导电迹线以及制造它们的方法。特别是,本文描述了可用作呼吸传感器和/或用作导电迹线的导电弹性带材料。这些导电弹性带可由浸渍有被允许(至少部分地或完全)干燥的导电油墨的这些可拉伸(例如弹性)材料形成,并可通过粘合剂、缝合等连接到衣服。与其它导电材料(包括导电油墨和导线)不同,这些导电弹性橡胶可机械地重复地被装载和卸载,并展示很少(如果有的话)电磁滞。
本文描述的装置(例如设备和系统,包括衣服)的类型的特定例子包括具有由在压缩衣服上的印刷导电油墨形成的传感器的生理参数监控衣服,传感器布置并配置成鲁棒地进行感测和可舒适穿戴。特别是,本文所述的衣服(例如衬衫、裤子、内衣)配置成允许使用呼吸传感器来鲁棒地感测一个或多个生理参数,该呼吸传感器直接连接、转移到或直接印刷在衣服上,并由导电迹线(其可以或可以不在衣服例如导线带材料上被加强) 连接到衣服的界面区,其可连接到分析单元,例如配置成测量、存储、处理和/或传输所记录的参数的微处理器。
例如,本文描述了适合于连续地监控穿用者的区域性呼吸的衣服。用于监控呼吸的衬衫可包括:衬衫主体,其包括织物,其中主体被配置为膨胀和收缩以保持衬衫靠着穿用者的躯干的压缩衣服;多个呼吸传感器,该多个呼吸传感器布置在主体的不同区上,其中每个呼吸传感器包括:被印刷在主体的外部部分或导电弹性条上的导电油墨迹线,其中呼吸传感器连接到区域性导电连接器;以及位于主体上的界面(例如模块界面),其中每个呼吸传感器的区域性导电连接器连接到界面,此外其中界面配置成与处理器(例如传感器管理器单元)连接以检测来自每个导电连接器的电阻。
通常,呼吸传感器可以是区域性的。衬衫主体的不同区(例如象限) 可由不同的传感器覆盖,允许“区域性”呼吸的监测和监控。当衣服(其紧贴地配合到身体)随着穿用者的呼吸努力膨胀和收缩时,区域呼吸(运动)由在每个不同区中的导电油墨迹线的电阻的变化来进行检测。
本文所述的任何衣服也可被称为穿戴式电子设备。如所提到的,这些设备(衣服)可一般包括:压缩织物和在衣服上的至少一个可拉伸且导电油墨图案。导电油墨图案一般包括一层导电油墨(其本身可通过使导电油墨的多个层分层以形成最终厚度来形成)和一层(绝缘)粘合剂以及在这两层之间的中间区,其中导电油墨和弹性粘合剂例如在梯度区中部分地组合。中间区可以比导电油墨层更薄、大约一样厚、或更厚,而粘合剂层可以更厚。
例如,导电油墨图案可包括:导电油墨层,其具有:在大约40-60%之间的导电粒子;在大约30-50%之间的粘结剂;在大约3-7%之间的溶剂;以及在大约3-7%之间的增稠剂;在衣服上的弹性粘合剂层;以及在导电油墨和粘合剂之间的梯度区,梯度区包括导电油墨和粘合剂的非均质混合物,其中导电油墨的浓度从较接近导电油墨层的区到弹性粘合剂层下降。
通常,本文所述的压缩衣服可配置成在受验对象的身体表面上施加在大约3mm Hg和大约70mmHg之间的压力以允许衣服到受验对象的身体上的稳定和连续的定位。
导电油墨部分的成分一般可包括在如所提到的粘结剂、增稠剂和溶剂中的导电粒子。导电粒子可包括炭黑的粒子或下列项中的一个或多个:炭黑、石墨烯、石墨、银金属粉末、铜金属粉末或铁金属粉末、被涂覆有氧化物的云母(例如被涂覆有掺锑二氧化锡的云母)等。粘结剂一般包括无甲醛粘结剂,例如丙烯酸粘结剂。溶剂可以是例如丙二醇。增稠剂的例子是聚氨酯类增稠剂(polyurethanic thickener)。
通常,可使用任何适当的粘合剂(例如弹性粘合剂)。例如,弹性粘合剂可包括热粘合剂水基胶,其是电绝缘的。在这些变形的任一个中,绝缘树脂可至少部分地位于导电油墨层之上。
导电油墨图案可包括多层导电油墨。
弹性粘合剂层的厚度可以比梯度区的厚度大,且梯度区的厚度可以与导电油墨的厚度大约相同或更大。例如,弹性粘合剂比中间(梯度)区比导电油墨的比可以是大约1.1比5(粘合剂):0.8比1.2(中间区):0.5比 1.2(导电油墨)。在一个例子中,导电油墨图案的油墨部分的厚度在大约 30-70μm之间,过渡区(梯度/中间区)的厚度在大约30-90μm之间,以及粘合剂(胶)区的厚度在大约100到200μm之间。
通常,导电迹线的电阻率可以小于大约10千欧姆/平方。例如,体电阻率可以在大约0.2欧姆*cm到大约20欧姆*cm之间,以及薄层电阻率可以在大约100到10,000欧姆/平方(每平方欧姆)。在一个例子中,体电阻率被测量为11.5欧姆*cm,且薄层电阻率在1913欧姆/平方处。导电图案的电阻率可随着外加拉伸而改变。
通常,因而产生的导电油墨图案是极其可拉伸的,同时维持它们的电特性且没有断裂。例如,导电油墨图案可配置成拉伸到多达静止长度的 500%而不断裂。
本文所述的任何导电油墨图案可被形成为传感器、迹线的全部或部分和/或作为电极。导电油墨图案可连接到另一(例如更刚性的)导电材料。例如,导电油墨图案可使用被形成为迹线的导电油墨图案或通过连接到也附接到衣服的导电线或导线来连接到传感器模块或传感器模块的界面。例如,如本文所述的设备(衣服)可包括耦合到衣服并在一端处连接到导电油墨图案的导电线。
穿戴式电子设备可包括:衣服,其包括压缩织物;以及在具有小于10 千欧姆/平方的薄层电阻率的在衣服上的至少一个可拉伸且导电油墨图案,其中导电油墨图案可拉伸到多达至少大约200%而不断裂,并包括:导电油墨层,该导电油墨层具有:在大约40-60%之间的导电粒子;在大约 30-50%之间的粘结剂;在大约3-7%之间的溶剂;以及在大约3-7%之间的增稠剂;在衣服上的弹性粘合剂层;以及在导电油墨和粘合剂之间的梯度区,该梯度区包括导电油墨和粘合剂的非均质混合物,其中导电油墨的浓度从较接近导电油墨层的区到弹性粘合剂层下降;以及在导电油墨层的至少一部分之上的绝缘树脂。
穿戴式电子设备可包括:衣服,其包括压缩织物;在衣服上的至少一个可拉伸和导电油墨图案,其中导电油墨图案包括:导电油墨层,该导电油墨层具有:在大约40-60%之间的导电粒子;在大约30-50%之间的粘结剂;在大约3-7%之间的溶剂;以及在大约3-7%之间的增稠剂;在衣服上的弹性粘合剂层;以及在导电油墨和粘合剂之间的梯度区,梯度区包括导电油墨和粘合剂的非均质混合物,其中导电油墨的浓度从较接近导电油墨层的区到弹性粘合剂层下降;以及耦合到压缩织物并在一端区处电连接到导电油墨的导电线,其中导电线以正弦或Z字形图案沿着衣服延伸。导电线可被缝到压缩织物上和/或粘贴到压缩织物上。
如上面提到的,形成本文所述的任何装置(例如设备和系统,例如衣服)的方法可包括直接在织物上或间接地通过形成转移(transfer)并接着转移它来形成可拉伸导电油墨图案。例如,制造穿戴式电子设备衣服的方法可包括:靠着压缩织物放置包括可拉伸导电油墨图案的转移基底,其中导电油墨图案包括:导电油墨层,该导电油墨层具有:在大约40-60%之间的导电粒子;弹性粘合剂层;以及在导电油墨和粘合剂之间的梯度区,梯度区包括导电油墨和粘合剂的非均质混合物,其中导电油墨的浓度从较接近导电油墨层的区到弹性粘合剂层下降;以及将导电油墨图案从转移基底转移到压缩织物。
如所提到的,导电油墨层包括:在大约40-60%之间的导电粒子;在大约30-50%之间的粘结剂;在大约3-7%之间的溶剂;以及在大约3-7%之间的增稠剂。
方法还可包括将转移基底从导电油墨图案剥掉。转移基底可包括纸或塑料(例如聚氨酯)基底。在使用导电线的变形中,方法还可包括将导电线附接到压缩织物,其中导电线的一端电连接到导电油墨图案。转移基底因此可包括与导电油墨图案电通信的导电线。
转移可以是热转移,例如转移可包括施加热以转移导电油墨图案和/ 或同时将它放置成靠着衣服(例如在衣服上熨它)。转移可包括施加从大约 130℃到大约300℃的热以将导电油墨图案转移到压缩织物。转移可包括将导电油墨图案从转移基底转移到压缩织物。
这些方法中的任一个方法可包括在放置在压缩织物上之前将导电油墨图案印刷在转移基底上。压缩织物可以在转移之前和/或期间处于松弛(未拉伸,例如平坦的/平滑的,但未拉伸)。
可通过以第一图案将导电油墨印刷在基底上、在第一图案之上将粘合剂印刷到基底上并形成在导电油墨和粘合剂之间的梯度区来将导电油墨图案印刷在转移基底上。
制造穿戴式电子设备衣服的方法可包括:将导体油墨的图案和弹性粘合剂印刷到基底上,使得导电油墨实质上与粘合剂一起延伸,其中导电油墨包括在大约40%和大约60%之间的导电粒子;以及形成在导电油墨和粘合剂之间的梯度区,梯度区包括导电油墨和粘合剂的非均质混合物,其中在梯度区中的导电油墨的浓度从较接近导电油墨层的区到弹性粘合剂层下降。基底可包括转移基底(例如纸、塑料等)。基底的表面可以是“不粘的”(例如上蜡的、密封的等)或以其它方式被制备成增强基底的转移(和移除)。基底可包括压缩织物。如上面提到的,导电油墨可包括:在大约40-60%之间的导电粒子;在大约30-50%之间的粘结剂;在大约3-7%之间的溶剂;以及在大约3-7%之间的增稠剂。
在这些变形中的任一个中,粘合剂和/或导电油墨的图案可被丝网印刷。例如,印刷可包括将具有被配置为第一图案的开口的丝网放置到基底上以及将粘合剂涂在丝网之上。
通常,导电油墨和/或粘合剂的粘度可被选择为使得它可被印刷到基底和/或织物上。例如,油墨(未固化)的粘度可以在大约60泊和大约200 泊之间,且未固化的粘合剂的粘度可以是类似的。粘度随着温度而降低;通常,粘度可以在大约15℃和大约38℃的温度之间的所指示的范围(工作范围)内。
在一些变形中,印刷包括将粘合剂和/或导电油墨溅射到压缩织物上。
通常,在粘合剂和导电油墨之间的梯度(中间)区可在印刷过程期间主动地或被动地形成。例如,形成梯度区可包括将导电油墨印刷到粘合剂上,同时粘合剂是足够流动的以允许导电油墨扩散到粘合剂的上部区内。可通过调节温度(例如加热或冷却)来增强/抑制油墨和/或胶的扩散。在一些变形中,可涂敷粘合剂和导电油墨的混合物(例如50/50粘合剂/油墨的混合物、60/40的混合物、70/30的混合物、40/60的混合物、30/70的混合物等)。
制造穿戴式电子设备衣服的方法可包括:以第一图案将粘合剂印刷到压缩织物上,其中粘合剂当干燥时是粘性的;将导电油墨印刷到第一图案上;以及在导电油墨和粘合剂之间形成梯度区,梯度区包括导电油墨和粘合剂的非均质混合物,其中在梯度区中的导电油墨的浓度从较接近导电油墨层的区到弹性粘合剂层下降。
通常,印刷导电油墨可包括印刷在3和20层之间的导电油墨。导电油墨可被印刷成使得导电油墨不直接接触压缩织物。方法还可包括将绝缘树脂印刷到导电油墨的部分之上。
在任何所述的设备和方法中,粘合剂(“胶”)可以是热粘合剂水基胶,其为电绝缘的和在机械上可拉伸的。例如,可使用在市场上可买到的基于水的和电绝缘的织物粘合剂。
如上面提到的,印刷粘合剂可包括将具有被配置为第一图案的开口的丝网放置到压缩织物上以及将粘合剂涂在丝网之上。类似地,印刷粘合剂油墨可包括将具有匹配第一图案的至少一部分的开口的丝网放置到压缩织物上以及涂导电油墨。如所提到的,印刷导电油墨可包括印刷具有在大约 40-60%之间的导电粒子、在大约30-50%之间的粘结剂、在大约3-7%之间的溶剂以及在大约3-7%之间的增稠剂的导电油墨。
通常,将粘合剂印刷到压缩织物上可包括将粘合剂溅射到压缩织物上;印刷粘合剂油墨可包括将导电油墨溅射到第一图案上。如也在上面所述的,形成梯度区可包括将导电油墨印刷到粘合剂上,同时粘合剂是足够流动的以允许导电油墨到粘合剂的上部区内的扩散。
在本文还描述了穿戴式织物应变计量设备(例如在本文所述的导电弹性条或带传感器)。这些设备可包括:浸渍有导电材料的伸长长度的弹性织物,其中导电材料包括在导电材料的大约85%和99%之间的导电粒子,和粘结剂,其中粘结剂在导电材料的0.1%和15%之间;附接在浸渍有导电材料的伸长长度的弹性织物的第一端处的第一导电(例如金属)连接器;附接在浸渍有导电材料的伸长长度的弹性织物的第二端处的第二导电(例如金属)连接器;以及在浸渍有导电材料的伸长长度的弹性织物之上的覆盖物,其中覆盖物包括压缩织物。
可被配置为呼吸传感器或以其它方式可用于检测(例如它附接到的衣服的)拉伸的这些设备也可包括以Z字形或正弦图案缝到一段压缩织物内并电耦合到第一金属连接器的导电线。例如,衣服可包括以Z字形或正弦图案缝到第一段压缩织物内并电耦合到第一金属连接器的第一导电线和以 Z字形或正弦图案缝到第二段压缩织物内并电耦合到第二金属连接器的第二导电线。多段压缩织物可以是压缩织物的不同片的部分,或它们可以是形成覆盖物的相同压缩织物的部分。
导电材料可由导电粒子的悬浮体形成,例如炭黑、石墨烯、石墨和被涂覆有氧化物的云母的粒子(或本文所述的任何其它导电粒子)。通常,存在比粘结剂多得多的导电粒子;在干燥状态中,导电粒子可以在导电材料的大约60%和99.9%之间(或大约在70%和99.9%之间、在80%和99.9%之间、在85%和99.9%之间、在90%和99.9%之间、在70%和99%之间、在80%和99%之间、在85%和99%之间、在90%和99%之间等)。粘结剂可以在0.1%和20%之间(或在0.1%和15%之间、在0.1%和12%之间、在0.1%和10%之间、在0.1%和7.5%之间、在0.1%和5%之间、在0.1%和2.5%之间、在0.1%和1%之间等、在1%和20%之间、在2%和20%之间、在5%和20%之间、在7.5%和20%之间等)。粘结剂可以是丙烯酸或基于水的聚氨酯。
通常,这些设备可展示低电气和机械磁滞。例如,设备在伸长它的长度的大于两倍(大于2.5倍的长度、大于3倍的长度、大于4倍的长度等) 之后可展示小于5%(小于4%、3%、2%、1%、0.9%、0.5%、0.2%、0.1%等)的电磁滞。伸长长度的弹性织物在伸长它的长度的大于两倍之后可在小于大约2秒(小于1.5秒、小于1秒、小于0.8秒、小于0.6秒、小于0.5秒、小于0.4秒、小于0.3秒、小于0.2秒、小于0.1秒、小于0.05秒等)内返回到它的原始长度。
本申请还提供了以下方面:
1)一种适合于监控穿用者的区域性呼吸的衣服,所述衣服包括:
衣服主体,其包括压缩织物,其中所述主体被配置为压缩衣服;
多个呼吸传感器,所述多个呼吸传感器布置在所述主体的不同区上,其中每个呼吸传感器包括:浸渍有导电油墨的弹性带、在所述弹性带的每端处的电连接器以及包括压缩织物片的罩;以及
传感器模块界面,所述传感器模块界面位于所述主体上,其中每个呼吸传感器连接到所述传感器模块界面,此外其中所述模块界面配置成与传感器管理器单元连接以检测在电阻呼吸传感器中的变化。
2)如1)所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器包括六个或更多呼吸传感器。
3)如1)所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器包括单独地布置在所述主体的前部或后部、上部或下部、右边或左边区中。
4)如1)所述的衣服,被配置为衬衫。
5)如1)所述的衣服,其中所述呼吸传感器经由在附接到所述衣服主体的单独的压缩织物片上形成的缝合的Z字形连接器来连接到所述传感器模块界面。
6)如1)所述的衣服,此外其中所述呼吸传感器被围在压缩织物的所述罩中并附接到所述衣服主体的表面。
7)如1)所述的衣服,其中所述呼吸传感器配置成当受验对象呼吸时改变穿过所述传感器的电阻。
8)如1)所述的衣服,还包括基准线,所述多个呼吸传感器中的每个呼吸传感器在所述呼吸传感器的端部处连接到所述基准线。
9)如1)所述的衣服,还包括在所述衣服主体的内表面上的至少一个 ECG电极。
10)如1)所述的衣服,还包括由在所述衣服主体的内表面上的导电油墨材料形成的ECG电极。
11)如1)所述的衣服,还包括在所述衣服主体上的口袋,所述口袋配置成保持传感器管理器单元与所述传感器模块界面连接。
12)如1)所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器包括在所述衣服的左侧上的第一多个呼吸传感器和在所述衣服的右侧上的第二多个呼吸传感器,所述第一多个呼吸传感器被平行布置,所述第二多个呼吸传感器被平行布置。
13)如1)所述的衣服,还包括在附接到所述衣服主体的单独的压缩织物片上形成的缝合的Z字形连接器,其中所述缝合的Z字形连接器包括以正弦或Z字形图案被缝到所述单独的压缩织物片内的多个绝缘导线,此外其中所述多个呼吸传感器中的每个呼吸传感器连接到在所述多个绝缘导线中的一个绝缘导线。
14)如1)所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器中的每个呼吸传感器被围在包括所述压缩织物片的所述罩中并附接到所述衣服主体。
15)如1)所述的衣服,其中每个呼吸传感器包括浸渍有导电油墨的所述弹性带和少于10%的粘结剂。
16)一种用于监控穿用者的心电图(ECG)的衣服系统,所述衣服系统包括:
衣服主体,所述衣服主体包括压缩织物,其中所述衣服主体被配置为穿在躯干上的压缩衣服;
第一组六个电传感器,所述第一组六个电传感器以第一曲线布置在所述衣服主体上,当所述衣服被穿着时所述第一组六个电传感器延伸越过穿用者的胸部的左胸部区,其中每个电传感器包括被印刷在所述主体的内表面上的导电油墨电极;
支持胸衣,所述支持胸衣配置成穿在所述第一组电传感器之上;
可膨胀支持结构,所述可膨胀支持结构配置成穿在所述支持胸衣和所述第一组电传感器之间;
右臂电极,所述右臂电极由印刷在所述衣服主体的内表面上的导电油墨形成;以及
左臂电极,所述左臂电极由印刷在所述衣服主体的内表面上的导电油墨形成;
其中每个电传感器连接到传感器模块界面,所述传感器模块界面配置成将数据从所述电传感器传递到传感器管理器单元。
17)如16)所述的衣服系统,还包括以相邻于所述第二曲线的第二曲线布置在所述主体上的第二组六个电传感器。
18)如16)所述的衣服系统,其中所述支持胸衣集成到所述衣服主体内。
19)如16)所述的衣服系统,其中所述支持胸衣与所述衣服主体分离并配置成穿在所述衣服主体之上。
20)如16)所述的衣服系统,其中所述支持胸衣包括由弹性区连接的刚性区。
21)如16)所述的衣服系统,其中所述可膨胀支持结构是可充气的。
22)如16)所述的衣服系统,其中所述可膨胀支持结构是可自行充气的。
23)如16)所述的衣服系统,其中所述电传感器均包括:一层粘合剂;一层导电油墨,所述一层导电油墨具有:在大约40-60%之间的导电粒子、在大约30-50%之间的粘结剂、在大约3-7%之间的溶剂以及在大约3-7%之间的增稠剂;以及在所述导电油墨和所述粘合剂之间的梯度区,所述梯度区包括所述导电油墨和所述粘合剂的非均质混合物,其中导电油墨的浓度从较接近所述一层导电油墨的区到所述一层弹性粘合剂下降。
24)如16)所述的衣服,其中所述电传感器经由在附接到所述衣服主体的单独的压缩织物片上形成的缝合的Z字形连接器来连接到所述传感器模块界面。
25)如16)所述的衣服,还包括至少一个呼吸传感器,所述至少一个呼吸传感器包括浸渍有导电油墨的弹性带、在所述弹性带的每端处的电连接器以及包括压缩织物片的罩。
26)如16)所述的衣服,其中所述支持胸衣是吊带,并且所述可膨胀支持结构被依尺寸制造成用在男性胸部上。
27)如16)所述的衣服,其中所述支持胸衣是胸罩。
28)如16)所述的衣服,其中所述可膨胀支持结构被依尺寸制造成用在女性胸部上。
29)一种适合于连续地监控穿用者的心电图(ECG)的衣服,所述衣服包括:
衣服主体,所述衣服主体包括织物,其中所述衣服主体被配置为压缩衣服以保持衬衫靠着穿用者的躯干;
第一组六个电传感器,所述第一组六个电传感器以第一曲线布置在所述衣服主体上,当所述衬衫被穿着时所述第一组六个电传感器延伸越过穿用者的胸部的左胸部区,其中每个电传感器包括被印刷在所述主体的内表面上的导电油墨电极;
第二组六个电传感器,所述第二组六个电传感器以相邻于所述第二曲线的第二曲线布置在所述衣服主体上;
右臂电极,所述右臂电极由印刷在所述主体的内表面上的导电油墨形成;以及
左臂电极,所述左臂电极由印刷在所述主体的内表面上的导电油墨形成;
其中每个电传感器连接到传感器模块界面,所述传感器模块界面配置成将数据从所述电传感器传递到传感器管理器单元。
30)一种穿戴式电子设备,所述设备包括:
衣服,所述衣服包括压缩织物;以及
在所述衣服上的至少一个可拉伸且导电油墨图案,其中所述导电油墨图案包括:
一层导电油墨,所述一层导电油墨具有:在大约40-60%之间的导电粒子;在大约30-50%之间的粘结剂;在大约3-7%之间的溶剂;以及在大约3-7%之间的增稠剂;
在所述衣服上的一层弹性粘合剂;以及
在所述导电油墨和所述粘合剂之间的梯度区,所述梯度区包括所述导电油墨和所述粘合剂的非均质混合物,其中导电油墨的浓度从较接近所述一层导电油墨的区到所述一层弹性粘合剂下降。
31)如30)所述的设备,其中所述弹性层的厚度大于所述梯度区的厚度,并且所述一层导电油墨的厚度小于所述弹性层的厚度。
32)如30)所述的设备,其中所述衣服配置成在受验对象的身体表面上施加在大约3mm Hg和大约70mmHg之间的压力以允许所述衣服到受验对象的身体上的稳定和连续的定位。
33)如30)所述的设备,其中所述导电粒子包括炭黑的粒子。
34)如30)所述的设备,其中所述导电粒子包括下列项中的一个或多个的粒子:炭黑、石墨烯、石墨、银金属粉末、铜金属粉末或铁金属粉末。
35)如30)所述的设备,其中所述粘结剂包括丙烯酸粘结剂。
36)如30)所述的设备,其中所述溶剂包括丙二醇。
37)如30)所述的设备,其中所述增稠剂包括聚氨酯类增稠剂。
38)如30)所述的设备,其中所述弹性粘合剂包括电绝缘的热粘合剂水基胶。
39)如30)所述的设备,还包括至少部分地在所述一层导电油墨之上的绝缘树脂。
40)如30)所述的设备,其中所述导电油墨图案包括多层所述导电油墨。
41)如30)所述的设备,其中所述导电迹线的电阻率小于大约10千欧/平方。
42)如30)所述的设备,其中所述导电图案的电阻率随着外加拉伸而改变。
43)如30)所述的设备,其中所述导电油墨图案配置成拉伸到静止长度的高达500%而不断裂。
44)如30)所述的设备,其中导电油墨图案被形成为传感器。
45)如30)所述的设备,其中所述导电油墨图案被形成为迹线。
46)如30)所述的设备,其中所述导电油墨图案被配置为电极。
47)如30)所述的设备,还包括耦合到所述衣服并在一端处连接到所述导电油墨图案的导电线。
48)一种穿戴式电子设备,所述设备包括:
衣服,所述衣服包括压缩织物;以及
在所述衣服上的具有小于大约10千欧/平方的薄层电阻率的至少一个可拉伸且导电油墨图案,其中所述导电油墨图案能够拉伸到高达至少大约 200%而不断裂,并包括:
一层导电油墨,所述一层导电油墨具有:在大约40-60%之间的导电粒子;在大约30-50%之间的粘结剂;在大约3-7%之间的溶剂;以及在大约3-7%之间的增稠剂;
在所述衣服上的一层弹性粘合剂;
在所述导电油墨和所述粘合剂之间的梯度区,所述梯度区包括所述导电油墨和所述粘合剂的非均质混合物,其中导电油墨的浓度从较接近所述一层导电油墨的区到所述一层弹性粘合剂下降;以及
在所述一层导电油墨的至少一部分之上的绝缘树脂。
49)如48)所述的设备,其中所述导电粒子包括下列项中的一个或多个的粒子:炭黑、石墨烯、石墨、银金属粉末、铜金属粉末或铁金属粉末。
50)如48)所述的设备,其中所述粘结剂包括丙烯酸粘结剂。
51)如48)所述的设备,其中所述溶剂包括丙二醇。
52)如48)所述的设备,其中所述增稠剂包括聚氨酯类增稠剂。
53)如48)所述的设备,其中所述弹性粘合剂包括电绝缘的热粘合剂水基胶。
54)如48)所述的设备,其中所述导电油墨图案被配置为电极。
55)如48)所述的设备,还包括耦合到所述衣服并在一端处连接到所述导电油墨图案的导电线。
附图的简要描述
在所附权利要求中特别地阐述了本发明的新颖特征。将通过参考下面阐述例证性实施方式的详细描述来取得对本发明的特征和优点的更好理解,其中本发明的原理被利用,且其附图:
图1A示出被配置为呼吸监控衣服的衬衫的前视图。图1B是图1A的衬衫的前部和横向区的部分视图。图1C示出图1A和图1B的相同衣服的后视图。
图1D、1E和1F分别示出类似于在图1A-1C中所示的衣服的、配置成测量区域性呼吸的另一衣服的前视图、前和横向视图和后视图。
图2A是用于测量ECG的衣服(示出衬衫和裤子)的前视图。
图2B是图2A的衣服(衬衫和裤子)的后视图。
图3A是用于测量ECG的衣服的另一变形的前视图,其中肢体引线位于衬衫上,例如不需要腿引线。例如,当运动应力测试被执行时,肢体引线常常放置在躯干上以避免人为现象,同时是能够走动的(臂引线在锁骨下移动,且腿引线在髂嵴内侧和之上)。图3B是图3A的衣服的后视图。
图4A和4B分别示出配置成检测ECG的衣服的前视图和后视图。
图5是特征化可拉伸导电油墨的一种变形的力与延长部分的关系的曲线图。
图6是特征化可拉伸导电油墨的一种变形的电阻的曲线图。
图7A、7B和7C分别示出配置成在睡眠期间被穿戴以监控受验对象的睡眠的衣服的前视图、侧视图和后视图。
图8A和8B示出可被包括的衣领的前视图和后视图。
图9示出适合于确定情绪效价的衣服(或多个衣服)的操作的示意图。
图10A-10E是从图9所示的示意图提供另外的细节的示意图。
图11是可从穿戴如本文所述的衣服的用户产生的健康状态的确定的图形图示。
图12是可从穿戴如本文所述的衣服的用户产生的健康状态分级/分析的图形图示。
图13A和13B分别示出衣服的前视图和后视图。
图14A和14B分别示出具有支持衣服的衣服的前视图和后视图。
图14C和14D分别示出可与本文所述的衣服一起使用的支持衣服的前视图和后视图。
图15A和15B示出根据一些实施方式的可充气支持设备。图15C示出相对于女性胸部的可充气支持设备。
图16A和16B分别示出可与本文所述的衣服一起使用的支持衣服的前视图和后视图。
图17A和17B示出根据一些实施方式的可充气支持设备。图17C示出相对于男性胸部的可充气支持设备。
图18A和18B分别示出具有支持衣服的衣服的前视图和后视图。
图18C-18E示出包括用于测量生理参数(例如ECG)的衣服(包括穿戴式支持胸衣和用于保持衣服中的电极靠着皮肤的支持结构)的一个系统。图18F和18G分别示出图18A的支持结构(可膨胀支持结构)的前视图和后视图。
图19A和19B示出裤子的前视图和后视图。图19C示出在本文公开的衣服之间的示例性连接。
图20示出根据一些实施方式的裤子的配线图。
图21A示出根据一些实施方式的衣服的前面的配线图。图21B示出根据一些实施方式的衣服的背面的配线图。
图22A示出如本文所述的衣服的另一例子,其包括传感器(不可见) 和附接到上腿和下腿以及在主体的右侧和左侧上的上臂和下臂的IMU。
图22B和22C分别示出衣服(例如在图22A中所示的衣服)的另一变形的前视图和后视图,其具有布置在臂和腿上的IMU,但也包括在臂、腿和纽扣上的EMG电极。弹性织物可集成到如所示的压缩织物内,以进一步增强在EMG和受验对象的皮肤之间的接触。可在整个衣服上附接五个或更多IMU,包括沿着相应于不同的脊椎区的受验对象的背部,如图22D 所示。这可允许关于姿势反馈的姿势的检测,等等。
图23示出可被制造为如本文所述的传感器和/或电迹线的导电弹性条或带材料的一个部件。图23示出弹性带2301的一个例子。
图24-27示出制造如本文所述的导电弹性带的一种方法。在图24中,包括电导体(在这个例子中是分散在水中的炭黑)的悬浮体的溶液放置在容器中,以及在图25中,弹性材料(例如由织物和聚合材料形成的材料) 浸泡到悬浮液材料内,使得导电材料可被吸收到弹性材料的织物。在图26 中,在至少第一均匀层中覆盖弹性材料。在下文中,所涂覆的材料可被干燥,如图27所示。
图28-30示出导电端子附接在如上所述形成的导电弹性材料的端部处。
图31示出可用于连接可拉伸织物的导线带的一个例子。
图32示出如上面在图24-30中所示的形成的导电弹性带附接到被预先形成以包括例如在图32中示出的所附接的导线带。
图33-34示出密封导电带的形成。
图35-36示出密封导电带(包括导电弹性材料)附接到织物(例如拉伸织物)内以形成衣服(例如衣服的呼吸传感器/拉伸传感器)。
图37-38示出固定到衣服内的导电弹性材料的最后版本的一个例子。
图39A是穿过可拉伸导电油墨图案的一个例子的区段的扫描电子显微照相(SEM),其示出导电油墨层和弹性粘合剂层,中间梯度区在这两者之间。
图39B是穿过可拉伸导电油墨图案的一个例子的区段的另一SEM,其示出每个区/层的厚度。
图39C是如本文所述的导电油墨图案的另一变形,其包括粘合剂、梯度区和导电油墨。
图40A-40D是示出可拉伸导电油墨复合物(图案)的化学组分(例如在图40A中的碳、在图40B中的硫、在图40C中的硅和在图40D中的氧) 的分布的显微照相。在每个显微照相上的大箭头指示化学成分的视觉显示。
图41示出将可拉伸油墨图案印刷到基底上的一种方法。
图42A-42C示出被缝到基底(例如织物)内的导电线的例子;图42A 示出具有不同的间距和宽度(角度)的缝线的不同图案;图42B示出可连接到五个不同的传感器的五个平行导电线的例子。图42C示出单个导电线的例子。这些导电线可形成如本文所述的导线带材料(例如缝合的Z字形连接器)。
图43A是可集成到本文所述的任何衣服内的SMS模块的示意图。
图43B是SMS模块(例如图43A所示的模块)的壳体的例子。
图44A-44B示出包括浸渍有多个导电粒子的弹性条的衣服(呼吸感测衣服)的一个变形,弹性条被配置为用于检测呼吸的应变计量。分别地,图44A是前视图以及图44B是后视图。
图45示出用于制造如在图44A-44B中所述的用于感测呼吸的衣服的一种方法。
图46A和46B示出对于每个引线I、II、III、aVR、aVL和aVF,使用标准12引线ECG机器(图46A)和如本文所述的衣服(图46B)进行ECG 测量的并排比较。
图47A示出使用包括呼吸传感器的衣服的呼吸的测量,呼吸传感器由如本文所述的形成的浸渍有导电粒子的弹性条形成。
图47B是使用参考系统(包括面罩的标准体积描记系统,呼吸通过该面罩被监控)和如在这里所述的呼吸监控衣服(“RR带系统”)计算的每分钟平均呼吸的比较,其显示在这两者之间的良好对应。
详细描述
通常,在本文描述了用于检测并监控生理参数(例如呼吸、心脏参数、睡眠、情绪状态等)的装置(例如衣服,包括但不限于衬衫、裤子等)。特别是,在本文描述了可拉伸导电传感器和连接器,其可包括可附接(例如缝合、粘贴等)或在一些变形中印刷到衣服(特别是包括压缩衣服)上的可拉伸导电油墨、弹性织物和迹线以形成传感器、导电迹线和/或触头。
标题为“PHYSIOLOGICAL MONITORING GARMENTS”且于2013 年9月11日提交的美国专利申请14/023,830(通过引用被并入本文)描述了示例性衣服,其中任一衣服可如本文所述的被修改。
在本文所述的任何衣服可包括直接放置到衣服(例如衬衫、短裤或在穿戴式设备的任何其它部件即帽兜、袜子、手套等中)上或集成到衣服内的一个或多个传感器管理器系统(SMS),如下面更详细描述的。SMS可包括电子板。与SMS的连接可由包括导线带材料的连接器(例如缝合的Z 字形连接器)产生,连接器可作为衣服的部分被包括。在一些变形中,可使用一段刚性材料(例如Kapton),导电迹线附接到该一段刚性材料。
集成到衣服内(与提供单独的设备(例如智能电话)相反)的SMS 可提供很多优点。例如,集成SMS可管理与不同传感器的较大数量的连接,并可处理信号并借助于单个迷你USB电缆来与电话通信(例如独立于所处理的信号的数量)。不考虑被包括在未来设备(例如衬衫、长及大腿的袜子、手套、短袜、帽兜等)中的传感器的数量,在SMS和传感器模块(例如电话)之间的连接可以总是基于单个5管脚USB连接,因而实质上减小从该设备到电话模块的母连接器和公连接器的尺寸。在一般配置中,SMS通过 UART(通用异步接收机-发射机)模块连接到公连接器,且公连接器通过另一UART和UART到USB模块(见所附示意图)与移动设备通信。
集成SMS可放置在衣服上的不同位置上。例如,它可放置在肩胛之间的颈部的基部处、在大腿上的腰部区上、在臂、胸部上、或甚至在短袜、手套、帽兜等上。
SMS也可配置成与设备的不同电话通信。如所提到的,集成SMS也可允许你有更多的连接(管脚)来连接到不同的传感器/输出。例如,加速度计可能需要5个管脚,如果你有存在于传感器模块(例如移动电话)中的SMS;集成到衬衫内的SMS可能需要更少的连接器,例如SMS可能只需要2个管脚。使用更多的传感器,在没有集成SMS的情况下,连接器的数量可能变得不可实行。
通常,SMS可以是管理进出传感器的信号的模块(芯片),并可充当在通信系统(从电话配置的传感器模块,等等)和传感器之间的界面。SMS 可管理它们之间的连接和接口。例如,以及集成SMS可包括与传感器的物理连接,并可管理信号被处理和信号在传感器与传感器模块和/或其它分析或控制部件之间进行发送的方式。SMS也可包括或可连接到复用器以在它所连接到的各种传感器之间交替读数。
在一些变形中,SMS可向无源传感器或有源传感器提供适当的功率供应。SMS可通过例如USB端口的端口从移动系统获取功率。集成SMS可通过USB端口从一侧与传感器模块(例如被配置为传感器模块的通信系统 /电话等)通信。SMS可充当在传感器和传感器模块之间的接口或桥。
此外,所描述的任何集成SMS可配置成包括板上处理(例如预处理),包括但不限于:放大、滤波、采样(采样速率的控制)等;一般基本预处理。集成SMS也可将来自一个或多个传感器的信号编码。在一些变形中, SMS可包括板上的微控制器。此外,以及集成SMS也可通常管理进/出任一或所有传感器的通信协议,并可进行模数转换(如果信号是模拟的),并且也可在到达USB之前与USB的通信端口通信。例如,SMS可配置成将信号转换成UART到USB信号协议。
此外或可选地,任一集成SMS可被配置为信号接收机/发射机。例如,集成到衣服内的SMS可适合于将并行信号转换成串行信号(以数据的顺序)。
如所提到的,集成SMS可放置在衣服上的任何位置处,例如在颈部区上或附近或在更外围处。虽然本文所述的SMS被称为“集成”SMS,这些 SMS可被包括在衣服上或中(例如在口袋或外壳中),虽然在其它变形中,它不物理地连接/耦合到织物,但替代地放置在衣服上。因此,这些SMS 中的任一个可替代地被称为专用或特定SMS,而不是集成SMS(或除了集成SMS以外)。例如,SMS可放置在母连接器之下(容纳在母连接器内部),作为衣服的部分。当你洗衣服时,SMS可与连接器和夹子一起被洗;管脚和SMS是防水的。
在一些变形中,SMS的连接器(例如管脚/端口)适合于抗水/防水。例如,所使用的管脚可产生防水的连接,例如具有仅在你啮合母管脚时才打开,要不然则是闭合的且防水的连接。
在这些集成SMS中的任一个中,SMS是衣服的一部分,并与衣服一起被穿戴;SMS模块可预先处理信号以使它们准备好转移。
因此,在所描述的任何衣服中,可包括SMS(传感器管理系统),其位于每个衣服上(板载的/专用的),而不是与衣服分离,例如作为单独的传感器模块的部分,例如可被保持在衣服上的口袋中的通用智能电话,如前所述。每个衣服可具有SMS(芯片/微芯片),其允许衣服有具有多个管脚(输入/输出)的连接器(母和公),使得来自衣服(衬衫、长及大腿的袜子和附件,例如手套、短袜、帽兜等)中的所有传感器的数据可首先由 SMS处理,并接着通过与电话/通信模块的连接(例如少至1或2个管脚或更多)而被发送。通常,本文所述的衣服的一些传感器和部件可能单独地需要多个连接,且因此专用SMS可以是非常有用的。例如,IMU可能需要5个管脚,且除了其它传感器以外,多至20个IMU(或更多)也可被包括为衣服的部分。因此,专用SMS的使用可允许衣服管理大量数据连接 /触头传感器。
传感器
除了在通过引用被全部并入本文的14/023,830申请中所述的传感器,例如触摸点传感器、呼吸传感器、生物电传感器等以外,额外的传感器也可被包括在本文所述的任何衣服中。例如,衣服可包括一个或多个皮肤导电率传感器。用于测量皮肤导电率的传感器可由放置在手指(拇指、食指、中指、无名指和小指)的无论什么对的第三指骨的水平处的可拉伸导电油墨(见下文)的两个轮状环制成。在一些变形中,为了这个目的,衬衫的袖子具有在腰部水平处的集成延伸部分。皮肤导电率根据出汗水平而被测量为在两个所考虑的“电极”(轮状环)之间的电阻的倒数。
本文所述的装置的另一集成延伸部分包括完整的手套,其除了或代替皮肤导电率传感器以外还合并基于光纤的血氧定量法。光纤的使用也可允许其它类型的传感器的合并。此外,完整或部分手套可包括额外的传感器,例如加速度计、惯性测量单元(IMU)等。这样的基于手套的传感器可允许在特定的活动(例如玩乐器、打字写等)中的应用。手套或一副手套可配置成连接到其它衣服(例如衬衫等)或被形成为另一衣服的子区(例如具有手指区/手套的衬衫等)。
类似地,上面所述的手套是合并其它类型的传感器例如加速度计、惯性测量单元(IMU)、EEG电极等的短袜或帽兜延伸部分。这允许在特定的运动(例如足球)和活动(例如下棋)中的应用。
生产过程
通常,本文所述的任何衣服的生产可包括构造衣服,例如传感器被保持与皮肤紧密和稳定地接触。因此,衣服的尺寸测定可能是非常精确的,特别是在下面的区域中:胸部(由于胸部和乳房的不同尺寸,而不考虑相同的身体尺寸)、腹部(同样的原因)、腋窝、前臂等。衣服除了由压缩材料制造以外还可因此被精确地配合/制造。设计过程还可包括衣服切割。
在下文中,可接着通过例如导电油墨迹线的印刷和转移和/或绝缘来印刷本文所述的任何衣服。可由圆柱形机器(因为印刷更精确和更快)使用传热技术来执行印刷。例如,在织物的两侧上的转移在150℃下被执行15 秒钟。可选地,可通过下面简要讨论的3D印刷来印刷衣服。
在下文中,可应用绝缘(例如,当使用电容触摸点时,可使这样的点绝缘)。可通过热焊接确切地再现电极的形状的一层高质量聚氨酯膜来使电容触摸点的电极的内部区(即与皮肤接触)绝缘。绝缘层的尺寸可稍微大于电极的尺寸以允许完全的覆盖,因而避免生物电位的“横向”污染。
在较高的导电连接被使用的变形中,装置可包括较高导电基底和材料 (例如如本文所述的导线带材料(例如缝合的Z字形连接器))的添加。因此,形成过程可于是包括这些导线带材料连接器的应用,其可包括将导线(形成导线带材料)的端部连接到传感器和/或SMS部件。导线带材料可包括可被熔合、粘贴、缝合或连接到衣服的主体的压缩织物的基底。例如,一旦被定位,导线带材料(例如缝合的Z字形连接器)就可通过用于热焊接应用的高质量聚氨酯带来固定到织物。在一些变形中,不是导线带材料(或除了导线带材料以外),可使用更刚性或半刚性的基底,例如 Kapton,电迹线和/或电路可被印刷到基底上。为了最大化运动的舒适,在 Kapton上的电子设备可被设计有单个层,因而最小化它的厚度。
可接着缝合衣服。可通过传统过程来执行缝合操作,虽然在一些变形中,可避免在导电油墨、导线带材料或Kapton迹线之上进行缝合。
同时或在其后,可执行焊接,例如以连接导线带材料和/或包括较高导电迹线的额外(例如Kapton)基底的区,其具有印刷导电油墨传感器、电极和/或迹线。例如,可通过使用被高质量聚氨酯膜连续地覆盖的导电环氧树脂来执行在油墨迹线和Kapton端子之间的焊接。
在下文中,在一些变形中,半刚性衣领区可被附接,例如以固定并覆盖集成SMS模块和连接器。衣领可由采取用户的肩膀的形状的聚氨酯材料制成,并可通过热焊接通过具有被定制以配合在颈部区中的身体表面的板的转移机器进行涂敷。
在一些变形中,形成衣服的方法还可包括例如由具有有限伸长的聚氨酯材料的条制成的“拉伸限制器”的添加。它们可通过热焊接被定位在长油墨迹线(例如呼吸迹线)的附近区域中的衣服的内部部分中,以便防止过分拉伸(例如在穿戴期间),其可使迹线断裂或确定永久伸长,这由于功能和美学原因而必须被避免。为了增强它们的强度,它们可被定位成这两个接缝之间延伸。
在一些变形中,可通过安装硅绳来生产衣服。为了在用户正穿着衣服和在穿上衣服时避免衣服及其传感器的拉伸,由硅制成的绳可应用(例如通过热焊接)于衣服的下边缘,在边缘周围延伸。这可允许穿用者在衣领和袖子被插入之后容易将衬衫从腋窝拉下到腰部,而不过分拉伸衣服。
如上面提到的,可完全或部分地通过3D印刷技术来制造本文所述的衣服。例如,可通过3D印刷来生产传感器和/或导电迹线和/或连接器。在一些变形中,织物(例如压缩衣服织物)可充当用于3D印刷的基底。在一些变形中,可通过3D印刷来产生或修改织物本身。因此,可通过转移和直接印刷(3D印刷)来制造衣服。在一个例子中,用于产生包括集成传感器(例如本文所述的集成传感器)的衣服的3D印刷机可包括至少三个喷嘴:一个喷嘴可适合于印刷压缩衣服织物;一个喷嘴可适合于印刷/插入可拉伸导电油墨;以及一个喷嘴可适合于印刷/插入传感器和/或电子设备。与可能需要在3D制造中(例如从线)编织织物、将电子设备和传感器印刷在织物上(或到基底上并接着转移到织物)、然后缝合织物的当前实施的方法相反,生产可基于来自人的精确个人测量来直接转到印刷线、油墨和电子设备,这可能是更准确和更快的。
材料
通常,本文所述的衣服可包括压缩织物以确保传感器与皮肤良好地永久接触。例如,衬衫的前面部分可以比身体的其余部分具有弹性织物的更低百分比(在5%和20%之间),其可包括弹性织物的更高百分比(在15%和40%之间)。织物可以可拉伸到两路(一个方向)内,并可与相对于人体水平地放置的至少可拉伸侧定位在一起,可拉伸侧水平地拉伸比垂直地拉伸更多。通常,压缩织物可以是具有与如本文所述的压缩织物相关的材料特性的任何织物。例子包括材料,例如由弹性聚氨酯纤维(例如弹性蛋白纤维、莱克拉弹性纤维等)制成的织物。
如下面更详细讨论的,这些衣服中的任一个可包括在导电油墨之上/ 周围的可拉伸导电油墨和/或可拉伸绝缘体。导电油墨和绝缘体都可以拉伸到高达某个百分比X%可拉伸程度(例如高达5%可拉伸的、高达6%可拉伸的、高达7%可拉伸的、高达8%可拉伸的、高达9%可拉伸的、高达10%可拉伸的、高达11%可拉伸的、高达12%可拉伸的、高达13%可拉伸的、高达14%可拉伸的、高达15%可拉伸的、高达16%可拉伸的、高达17%可拉伸的、高达18%可拉伸的、高达19%可拉伸的、高达20%可拉伸的、高达21%可拉伸的、高达22%可拉伸的、高达23%可拉伸的、高达24%可拉伸的、高达25%可拉伸的、高达30%可拉伸的、高达35%可拉伸的、高达 40%可拉伸的、高达45%可拉伸的、高达50%可拉伸的等)。这也可被表示为多于X%可拉伸程度(例如多于5%可拉伸的、多于6%可拉伸的、多于 7%可拉伸的、多于8%可拉伸的、多于9%可拉伸的、多于10%可拉伸的、多于11%可拉伸的、多于12%可拉伸的、多于13%可拉伸的、多于14%可拉伸的、多于15%可拉伸的、多于16%可拉伸的、多于17%可拉伸的、多于18%可拉伸的、多于19%可拉伸的、多于20%可拉伸的、多于21%可拉伸的、多于22%可拉伸的、多于23%可拉伸的、多于24%可拉伸的、多于 25%可拉伸的、多于30%可拉伸的、多于35%可拉伸的、多于40%可拉伸的、多于45%可拉伸的、多于50%可拉伸的等)。可拉伸一般意指能够从起始长度/形状被拉伸(例如通过施加力,例如拉力)并返回到大约起始长度/形状。在一些变形中可此外或可选地意味着当变形力(从原始长度/形状伸长或变形)被施加(并最终被释放)时抵抗断裂。下面提供可拉伸导电油墨的例子和这样的油墨的特征。
如所提到的,任何衣服也可包括用于较高导电路径的被附接或形成为衣服的部分的基底,例如Kapton膜。也可包括其它柔性穿戴式基底。任何衣服也可包括用于缝和热焊接的应用的一个或多个聚氨酯膜和带(例如高质量聚氨酯膜和带)。此外,任何衣服还可包括用于覆盖导电迹线/使导电迹线绝缘的电绝缘材料(例如聚酰亚胺材料等),形成传感器的一部分,等等。
基底例如Kapton可固定到衣服上。例如,基底可由粘合剂等进行缝合和/或附接操作。基底可被保持在衣服的口袋或其它区中。如上面提到的,任何衣服可包括第二材料(例如比压缩衣服更少拉伸的布材料)的限制器 (例如拉伸限制器)。
这些衣服中的任一个可以也或此外包括用于缝合和热焊接的应用的硅酮。
可拉伸导电油墨
通常,本文所述的可拉伸导电油墨产品可由粘合剂(例如胶、例如丙烯酸、聚酰胺和其它粘合剂)形成,导电溶液的可印刷的混合物涂敷到粘合剂上。湿涂敷的导电溶液(其可为了方便被称为导电油墨,即使最终的导电油墨产品包括粘性材料层)一般作为一层被涂敷到这层粘合剂上,使得在粘合剂和湿涂敷的导电溶液之间的中间区形成。这个中间区对因而形成的导电油墨材料的导电和可拉伸特性可能很重要。中间区是梯度区,因为它限定粘合剂层和湿涂敷的导电溶液(导电油墨)的浓度梯度。这在下面示出和描述。
可拉伸导电油墨(靠着粘合剂分层的湿涂敷的导电油墨)一般包括导电材料的百分比(例如大约/近似20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、 55%、60%、65%、70%)和生物相容粘结剂(例如无甲醛的丙烯酸粘结剂,例如基于水的丙烯酸粘结剂、基于水的聚氨酯等)、增稠剂(例如聚氨酯类增稠剂)和可选的保湿剂和/或溶剂(例如丙二醇)。如本文所述的可拉伸导电油墨通常满足最低导电率以及最低拉伸特性。可拉伸导电油墨也可以可选地包括在处理(例如1-丁醇)时消除空气/泡沫的消泡剂、催化剂(例如以帮助粘结剂(例如胺化合物或金属络合物)的交联)和可对产品的可印刷性和稳定性有帮助的额外的添加剂。
在一个例子中,可拉伸导电油墨(和特别是湿涂敷的导电油墨部分) 由50%炭黑、完全无甲醛的40%丙烯酸粘结剂、5%丙二醇和5%聚氨酯类增稠剂形成。导电材料(炭黑)可以是微粒状的。炭黑可以是优选的,特别是与其它导电材料例如银或其它金属比较。其它导电材料可包括石墨烯、石墨、被涂覆的云母(例如被涂覆有氧化物的云母,例如掺锑二氧化锡等)等。
本文所述的导电油墨不仅是导电的,而且是可拉伸的,且因此可在压缩衣服上适当地起作用。此外,适合于形成本文所述的衣服的可拉伸导电油墨可以在生态上是适合的(例如具有低于100ppm的甲醛浓度),并耐洗涤(在多次洗涤之后维持电和弹性特性)。
实验研究确认本文所述的可拉伸导电油墨成分(包括在粘合剂和湿涂敷的导电油墨之间的中间梯度区的分层结构)是可拉伸的。图5和图6示出对印刷在如上所述的压缩织物上的导电油墨的样品进行的测试的初步结果。视频摄像机用于证明在延伸期间在油墨中没有发展裂缝(例如在多达 13mm的长度中的变化被检查)。导电率(例如电阻)随着外加力在大约 16千欧到2千欧之间变化,同时线性拉伸被观察到高达1.1N(例如在大约1.1N下一直拉伸到13mm而没有断裂)。通常,本文所述的可拉伸导电油墨可以在高达至少1N(例如高达至少2N、高达至少3N、高达至少4N、高达至少5N、高达至少6N等)的力下可拉伸的性能范围内和/或可拉伸到 (而没有断裂)多达至少5mm(例如多达至少6mm、多达至少7mm、多达至少8mm、多达至少9mm、多达至少10mm、多达至少11mm等)和/ 或可拉伸到高达外加拉伸力(以N为单位)与延伸长度(以mm为单位) 之比,例如在大约1N/mm左右而没有断裂。惊人地,在图5所示的实验中,所检查的导电迹线不显示高达几乎2N的任何断裂,这是可在使用/穿戴衣服时施加的合理的接近最大的力。宏(肉眼可见的)断裂和微断裂都是不明显的。
通常,可拉伸导电油墨的电阻可取决于迹线的尺寸,包括厚度、长度等(其可在拉伸下改变),并可在静止时和在预定拉伸力(或力/拉伸长度) 下低于大约5kOhm(例如小于大约4kOhm、小于大约3kOhm、小于大约 2kOhm等)。通常,电阻可以在几百欧到几百千欧的范围内。在图5和图 6中,所测试的可拉伸导电油墨在压缩衣服织物上被印刷到60mm的长度和大约10mm的宽度;八层油墨被涂敷以形成最终厚度(其可小于大约 2mm(例如大约1mm或更小))。
下面更详细地描述可用于形成在本文所述的这些衣服的任一个中的迹线、连接器和/或传感器的可拉伸导电油墨。
系统
本文所述的任何衣服可用作包括所连接(直接连接或无线地连接)的多个衣服的系统的部分。例如,以及上部身体衣服/设备可与下部身体衣服 /设备连接。来自位于身体的下部分的衣服(例如短裤、长至大腿的袜子、短袜等)上的传感器的信号可被传输到例如在上部衣服(例如衬衫等)上的一个或多个SMS。可产生穿过包括迹线的支持基底(例如Kapton)的连接,迹线可通过位于上部衣服的内部部分(例如上部衣服的下部褶边区) 中的连接器来连接。
通常,本文所述的衣服可包括由织物形成的主体。特别是,压缩织物材料是有用的。主体可包括位于衣服上的预定位置上的多个传感器。传感器可以在衣服的内部上(例如面向穿用者),或它们可以在衣服的外部上。连接器可将传感器连接到一个或多个传感器管理器/可包括处理器的传感器模块(SMS)。SMS可直接传输或连接/耦合到用于记录/分析/传输所感测的数据的传感器管理器单元(SMU),或它本身可执行这些功能中的一些或全部。通常,传感器可至少部分地由本文所述的可拉伸导电油墨结构形成(例如,如在本文使用的,“可拉伸导电油墨”结构可以指在本文所述的湿涂敷的导电油墨、粘合剂和在它们之间的梯度/中间区)。包括可拉伸导电油墨的传感器可包括触摸点(例如电容)传感器、皮肤电极传感器等。在本文还描述了至少部分地由导电弹性带(例如浸透在基部/粘结剂中的导电粒子的弹性织物,如在本文所述的)形成的传感器,其可形成应变计量或其它传感器。连接器可由可拉伸导电油墨和/或导电弹性带形成。在一些变形中,连接器由导线带材料形成(例如缝合的Z字形连接器),其中上釉的导线以正弦/Z字形图案被缝到材料(例如压缩纤维)的条上,且带被应用于衣服的主体。在一些变形中,连接器可以是刚性或半刚性基底(例如Kapton),电迹线和/或电路被涂敷到该基底上;基底可被附接和/或覆盖在织物例如压缩织物中,并附接到衣服的主体或直接附接到衣服的主体。
可如所述形成任何类型的衣服。例如,在本文描述了被配置为医疗设备或利用医疗设备的衣服,其包括监控设备、治疗设备或辅助设备。这些衣服的主体可由压缩纤维(完全或部分地)形成,且衣服可配合到身体,以帮助传感器牢牢地靠着受验对象的身体。在一些变形中,衣服(例如医疗设备)可包括额外的元件,例如皮带、缰绳、胸罩、披肩、胸衣等或类似物以帮助固定衣服的一部分靠着受验对象的身体。在一些变形中,衣服可包括在衣服的一部分上的可膨胀(例如可充气)支持结构以帮助保持或固定传感器(或多个传感器)靠着受验对象。可膨胀支持结构可与胸衣一起使用。胸衣可以是单独的,或它可集成到衣服内。
例如,在本文描述了配置成感测心电图(ECG)信号用于记录和/或分析的衣服。这样的衣服可配置成连接到穿用者(受验对象)的上体,并可在衬衫的形式中或可包括躯干覆盖。这些衣服可包括5个或更多电极,例如六个胸部电极和用于右臂、左臂和腿中的每个的三个或多个电极。可使用额外的电极。在一些变形中,胸部电极是可以是冗余的电极的对。
这些衣服中的任一个可以也或可选地包括一个或多个呼吸传感器。通常,这些呼吸传感器包括织物和/或基于导电油墨的应变计量。例如,应变计量可由本文所述的可拉伸导电油墨和/或本文所述的导电弹性带形成。在一个变形中,衣服包括10个ECG感测电极、2个呼吸电极(应变计量)。 ECG电极可位于衣服的胸部上,使得它们在标准12引线将被放置的位置上接触用户的皮肤。呼吸传感器可位于衣服上,使得压缩衣服当被穿时保持它们在受验对象的躯干上的剑突和脐高度附近靠着身体。传感器可由迹线例如具有铜线丝带和/或缝合的Z字形连接器的弹性带连接到SMS单元。衣服可包括衬衫(和一些变形,长至大腿的袜子)。
在本文还描述了配置成测量呼吸(包括区域性呼吸)的衣服。例如,衣服可配置成包括由检测呼吸的压缩织物形成的衬衫部分(例如以允许所感测的信号的体积描记法)。装置还可包括检测简单的ECG信号的如上所述的电极(例如具有2个电极或单个引线或多个引线,例如3个引线、5 个引线、12个引线)。例如,可包括12个呼吸传感器(例如。如本文所述的导电弹性带应变计量)。呼吸传感器可被定位成在胸骨角、第三肋骨间隙、剑突、下肋骨边缘附近、在脐之上和在脐之下位于穿用者身上。可以有完全相同的(例如在穿用者的躯干的左侧/右侧)传感器。传感器可经由连接器例如缝合的Z字形连接器(例如其中使用绝缘/上釉的铜线丝以正弦图案缝条或管或压缩衣服织物)连接到一个或多个SMS单元。见例如示出12个呼吸传感器的图44A-44B。
如本文所述的衣服也可被配置为感测睡眠失调的衣服,并可包括头罩部分以及躯干和/或裤子部分。这样的衣服可包括例如EEG电极(例如一个或多个)和因而ECG电极、呼吸传感器和一个或多个惯性质量单元 (IMU)以检测活动水平和基本运动。例如,衣服可包括21个EEG电极 (由可拉伸导电油墨形成,或可选地可使用标准医疗电极)、两个ECG电极(由可拉伸导电油墨形成)和2个呼吸传感器(由可拉伸弹性带形成) 以及五个IMU。EEG电极可被作为简化的10-20个系统位于头罩部分上,而ECG电极可位于衣服的右和左躯干部分上。呼吸传感器可定位成使得它们在剑突和脐附近被穿戴。IMU可位于下背部和肢体(例如在衬衫上的臂、在大腿上的腿)上。
在本文还描述用作健身工具或辅助设备的衣服。例如,在本文描述了被配置为健身设备的衣服,其可包括用于检测身体状态和运动性能的传感器。这些衣服可通过感测和/或测量心率、呼吸、身体脂肪、运动、姿势和应力水平的指示器来监控身体状态(例如健康状态)。例如,健身衣服的一个变形可具有由压缩织物形成的主体,其具有两个ECG电极(例如由可拉伸导电油墨形成的电极)、一个呼吸传感器(例如由导电弹性条形成)和四个IMU。ECG电极可位于衣服中以被保持靠着右和左躯干区,呼吸传感器可位于衣服上以保持靠着剑突区,且IMU可位于下背部上,在每个前臂中有一个IMU,且在SMS中(例如在颈部区附近)有一个IMU。在一些变形中,装置也可包括在腰部、颈部和脐区处的身体脂肪传感器。身体脂肪传感器可以是电极(例如由可拉伸导电油墨形成)。
健身衣服的另一变形(例如一般健身衣服)可被配置为衬衫以穿戴在上体上。如所提到的,这些衣服可用于监控一般健康状态,并可使用控制器来操作,控制器比较基准的数据以及评估基本健身技能例如协调、平衡、耐力、“呼吸”、强度、灵活性和反射。在一些变形中,衣服包括在上部分 (衬衫,例如上臂和下臂、左/右)中的至少三个(例如4)个IMU和在下部分(例如裤子/长至大腿的袜子,上腿和下腿,左/右)中的至少三(例如4)个IMU、呼吸传感器(在靠着脐区被穿的区中)。见例如图22A-22D。在图22B中所示的例子中,系统具有两个部分;用于检测姿势并监控健康的衬衫;以及可连接到衬衫或单独地连接到处理器的一条裤子。在图22B 中,衬衫2204和裤子2205包括被示为传感器的平行线的EMG传感器 2221。IMU2225也位于上腿和下腿、上臂和下臂处并沿着背部,以便检测姿势变化。弹性材料2231的带集成到压缩内,进一步帮助保持电极(例如 EMG 2221)靠着皮肤,如由较暗的区所示的。
通常,任何衣服可使用处理器来操作/连接到处理器,处理器可存储、传输、压缩和/或分析所记录的数据。
下面描述这些各种类型的衣服的例子。
检测呼吸的衣服
衣服可适合于检测呼吸,且特别是区域性呼吸。这样的设备可在医疗职业人员请求时或由希望监控呼吸的任何人使用。呼吸监控设备可适合于呼吸的连续和准确的监控,包括在一个或多个区中的呼吸的监控。可使用在布置在衣服的不同区中布置的图案(例如“Z字形”图案)中的多个可拉伸导电油墨迹线来进行几个呼吸参数(下面描述)的完整和准确的测量,使得它们位于穿用者的躯干周围;可选地,在一些变形中,除了或代替可拉伸导电油墨迹线,还可使用导电弹性条(例如浸渍有导电材料的弹性条)。包括可拉伸导电呼吸传感器的长度的区可包括:衬衫的前部部分、衬衫的后部部分(背部);衬衫的两个横向侧中的每个或任一个等。也可使用在这些区内的子区。如上所述的可拉伸导电呼吸传感器可具有随着拉伸稍微变化的电阻;这个特性可用于被穿戴在身体上时在传感器被拉伸同时检测和/ 或测量身体运动。
如下所述,在一些变形中,可测量四个或更多呼吸信号以确定局部化呼吸。例如。可通过将迹线的可变电阻(或多个迹线的平均值)分组来测量12个信号,迹线放置在下面的区域/区中:(1)前右上部(例如6个迹线);(2)前左上部(例如6个迹线);(3)前右下部(例如5个迹线);(4) 前左下部(例如5个迹线);(5)后右上部(例如6个迹线);(6)后左上部(例如6个迹线);(7)后右下部(例如5个迹线);(8)后左下部(例如5个迹线);(9)横向右上部(例如3个迹线);(10)横向右下部(例如 5个迹线);(11)横向左上部(例如3个迹线);(12)横向左下部(例如5 个迹线)。基于拉伸敏感导电迹线和/或弹性条的布置,可通过对不同信号的分析来提取参数。例如,可通过将来自在每个区中的所有拉伸传感器的信号(例如1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12)相加来确定总潮气量的度量。可通过将来自上部区的信号(例如1+2+5+6+9+11)相加来确定胸腔潮气量的度量。可通过将来自下部(腹部)区的信号(例如3+4+7+8+10+12)相加来确定腹部潮气量的度量。可通过只将与右胸腔相关的区(例如1+5+9) 相加来确定胸腔呼吸区的度量;可通过只将与左胸腔相关的区(例如 2+6+11)相加来测量左胸腔的度量。可通过将来自右腹部区的信号(例如 3+7+10)相加来确定在右腹部区中/处的呼吸的测量,以及类似地,可通过将来自左腹部区的信号(例如4+8+12)相加来确定在左腹部区中/处的呼吸的度量。
从信号的时间过程(例如总潮气量的信号)中,可确定、记录、测量和/或显示呼吸的时间参数例如呼吸频率(f)、吸气时间(Ti)、呼气时间(Te) 和/或占空比[Ti/(Ti+Te)](因为任一信号可在衣服上被检测到)。
例如,图1A-1C示出用于检测和/或监控(包括连续监控)呼吸的衬衫的一个变形。在这些例子的任一个中,可互换地被称为设备或系统的装置可配置成连续和准确地监控呼吸。在图1A-3A中所示的衬衫是一般由四个部分组成的压缩衣服(衬衫):(a1)1903前部和横向侧;(a2)1905后部 (背部);(a3)1907右臂;(a4)1909左臂。这些部分在导电油墨、导电连接器(例如具有导电材料的Kapton和/或以Z字形图案缝合的导线)和绝缘材料的层例如通过转移过程来沉积之后被缝合在一起。
通常,导电油墨迹线可用作传感器。在图1A和1B中,传感器是多个导电油墨迹线,其为可拉伸的迹线。导电油墨(包括导电油墨、粘合剂和梯度区)可用于形成导电迹线1919,如在本文所述的。这些设备中的任一个还可包括传感器管理器单元。传感器管理器单元1921可以是放置在与用于将传感器连接到处理器的接口连接的衣服上(例如在背部上)的处理器。处理器可以是例如智能电话或其它手持设备。装置可具有通信单元;这个通信单元可以是单独的或可与处理器集成在一起(和/或可包括它自己的专用处理器)。例如,通信单元还可放置在背部上并连接到接口。
也可使用额外的传感器,包括运动传感器。例如,可包括三轴加速度计(单独地或例如嵌在通信系统中)。
通常,这些设备中的任一个可包括一个或多个穿用者输入,例如“触摸点传感器”。例如,可使用放置在臂上的两个电容触摸点1933、1935。触摸点传感器可包括由导电油墨图案制成的两个电极(例如一个在相应位置上的衣服的内表面上,另一个在外表面上);在这两个导电电极图案之间的纺织品的分离层;以及沉积到内部导电油墨图案层上的绝缘层。连接迹线可被包括在外部电极和靠近颈部放置的端子点之间。
额外的传感器可包括一个或多个电极,例如检测心率的电极。例如,用于心率(HR)测量的由导电油墨制成的两个电极1941、1943可放置在衬衫的右臂和左臂的内表面上。这些电极可由导电连接器例如导电 (Kapton)迹线连接,导电迹线将HR电极连接到靠近颈部的端子点,如图1A和1C所示的。
通常,呼吸迹线可位于衬衫的主体的任何区中以检测由于在身体的那个部分中的呼吸而引起的运动(膨胀/收缩)。可通过将“Z字”形的导电油墨可拉伸迹线定位在衬衫的主体的不同区中(例如通过转移过程)来为穿用者的身体的各个区提供几个呼吸参数(见下文)的完整和准确的测量。例如,导电迹线和/或导电弹性条可位于衬衫的前部和两个横向侧上、衬衫的后部部分(背部)上和这些部分的各种子区中。
在图1A-1C中,八个信号由传感器管理器单元(处理器)测量为电压变化,其由平行地放置在下面的区域中的迹线的可变电阻测量确定:
1.前部+横向右上(平行的5个迹线)。
2.前部+横向左上(平行的5个迹线)。
3.前部+横向右下(平行的5个迹线)。
4.前部+横向左下(平行的5个迹线)。
5.后部,右上(平行的6个迹线)。
6.后部,左上(平行的6个迹线)。
7.后部,右下(平行的5个迹线)。
8.后部,左下(平行的5个迹线)。
所示的垂直迹线由导电油墨和/或导电弹性条制成,并构成在这8个区域中的总电阻的端子。这些呼吸传感器(呼吸传感器)连接到靠近颈部(在界面区处)定位的端子点。处理器或其它电路可用于检测/监控电阻。例如,在一些变形中,传感器管理器(处理器)可用于得到和/或存储、传输、分析、处理等上面列出的8个信号。处理器也可合并和分析、传输、处理和/ 或存储额外的信号,包括通过将单个信号的一个或多个组合求和而得到的信号。例如,如上面提到的:
总数=1+2+3+4+5+6+7+8
胸腔信号=1+2+5+6
腹部信号=3+4+7+8
右胸腔信号=1+5
左胸腔信号=2+6
右腹部信号=3+7
左腹部信号=4+8
从总信号中的信号的时间过程中,可得到下面的呼吸时间参数:呼吸频率(f)、吸气时间(Ti)、呼气时间(Te)和/或占空比[Ti/(Ti+Te)]等。
如上面提到的,这些信号可由处理器和/或通信单元存储、传输、分析等。
图1D、1E和1F示出类似于在图1A-1C中所示的衣服的、包括区域性呼吸传感器的另一压缩衣服。
如上面提到的,在一些变形中,呼吸/呼吸性传感器包括呼吸传感器,其为被处理以具有随着拉伸而改变的电阻、在循环加载中具有相对小(或可忽略的)机械和非常低的电磁滞的导电弹性条。这样的传感器可在本文被称为导电弹性条传感器或导电弹性应变计量。图23到图38示出制造并使用被配置为导电弹性条的呼吸传感器的一种变形的方法。在本文描述了导电弹性材料和制造并使用它们的方法。特别是,在本文描述了形成可用作在穿戴式衣服上(包括在特定的穿戴式拉伸(例如压缩织物)衣服中) 的传感器(例如拉伸或呼吸传感器)的部分的导电弹性材料的方法。可例如在包括呼吸或其它接触和/或拉伸传感器的任何衣服中使用本文所述的导电弹性材料。
本文所述的导电弹性材料可在它们被拉伸时改变电阻,并因此充当拉伸传感器。此外,这些材料在与其它可拉伸导电材料比较时可具有极好的机械和电特性,因为它们具有非常高的机械和电记忆。这意味着它们可被拉伸到例如多达原始静止长度的1.2倍(或在一些变形中:1.3倍、1.4倍、 1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍、2倍、2.1倍、2.2倍、2.3倍、2.4 倍、2.5倍、2.6倍、2.7倍、2.8倍、3倍、3.1倍等)并返回到相同的静止长度。拉伸的尺寸(长度、宽度等)可以是相同的。在一些变形中,材料也许在一个尺寸(例如长度)上比另一尺寸(例如宽度)更可拉伸。在拉伸的这个上限(例如原始长度的1.3倍,或在一些变形中:1.5倍、1.6倍、 1.7倍、1.8倍、1.9倍、2倍、2.1倍、2.2倍、2.3倍、2.4倍、2.5倍、2.6 倍、2.7倍、2.8倍、3倍、3.1倍等)之下,材料不展示相当大的磁滞,并将返回到原始静止长度。
类似地,材料可经历很少的(如果有的话)电磁滞,拉伸在拉伸的相对高的限制之下。例如,材料在被拉伸一直到它们的原始静止长度的1.2 倍(或在一些变形中:1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9 倍、2倍、2.1倍、2.2倍、2.3倍、2.4倍、2.5倍、2.6倍、2.7倍、2.8倍、 3倍、3.1倍等)之后可具有大致相同的导电率/电阻。此外,在具有拉伸的磁滞中的变化可以在该范围的至少一部分之上是线性的。因此,本文所述的材料随着使用展示非常小的电磁滞。此外,这些特性可以在一段长时间期间(例如在拉伸的很多百、千或十万周期内)可重复。
最后,在从拉伸恢复时响应时间可以极其快。例如,材料可在少于5 秒(例如少于4秒、少于3秒、少于2秒、少于1秒等)内返回到初始性能测量(对于长度和电阻)。因此,电返回时间在(小于最大拉伸长度,例如原始长度的1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍、2 倍、2.1倍、2.2倍、2.3倍、2.4倍、2.5倍、2.6倍、2.7倍、2.8倍、3倍、 3.1倍等)整个拉伸范围内快于5秒。
材料的这些特性且特别是电特性看起来在甚至重复的拉伸循环期间从导电材料的减小的分子损坏产生。这可导致材料的寿命的长度的增加。此外,弹性特性(从拉伸返回)看起来由核心弹性材料驱动,导电材料(例如导电涂层)涂覆到该核心弹性材料。核心材料看起来要保持的是弹性特性,即使被涂覆(干燥)有导体的相对厚的涂层。
图23-38示出制造导电弹性材料的一种方法。简言之,如参考附图所示的,弹性材料且特别是弹性腰带型材料可如上所述被涂覆。图23示出弹性材料的一个例子。通常,弹性材料(例如弹性腰带)可由编织或编结的扁平弹性材料形成。编织的弹性织物可由织物覆盖。形成弹性织物和/或覆盖的材料可以是天然的(例如棉、羊毛等)或合成的(例如聚酯或其任何组合。例如,弹性材料例如图23所示的材料可由多孔/吸收材料例如棉形成,并可包括被编织或缝到覆盖材料内的额外(例如聚合)材料。
弹性材料在开始时可以是相对窄和薄的条或带。例如,带的宽度可以在大约0.1和3cm之间(具有大约1.5cm的优选厚度)。材料可包括被编织到织物上或其内的多组经纱(例如弹性纱)。
通常,通过将弹性材料且特别是吸收性或部分地吸收性的弹性材料首先涂覆(例如浸蘸、溅射、浸没等)到溶液中的导电粒子的悬浮液内来制造导电弹性材料。可使用任何适当的导电材料,包括但不限于炭黑(如在图24-26中所示的)、金属导电材料(例如金、银、银/氯化银、石墨烯、涂覆有氧化物的云母等)。导电材料可以是悬浮在溶液(例如水或酒精溶液) 中的导电粒子的混合物。溶液可包括碱或粘结剂以及导电粒子的溶液。例如,溶液可以在0.1-25%粘结剂(例如丙烯酸、基于水的聚氨酯等)和导电粒子的99.9%-75%溶液之间。
例如在图24中,悬浮在水中的炭黑的溶液被倾倒到塑料容器内。如图 25所示,然后通过将弹性带的两侧浸到溶液内并将它在溶液中从一侧移动到另一侧(左到右)来涂覆最初未涂覆的弹性材料。在图26中,得到整个带表面的均匀覆盖,如所示。所涂覆的带可接着被干燥,如在图27中所示的。例如,可通过施加热和/或空气(或真空)来干燥带。在图27中,所涂覆的带在对流烘箱中被干燥30分钟。
一旦被干燥,这个核心弹性材料就可连接到导电端和/或添加到外部材料(一般由它将被涂敷到的相同的材料形成)用于附接到衣服。例如在图 28中,一对端子(被示为铜端子,虽然可使用任何导电端子)被附接,也在图29和30中示出。例如在图29中,通过切割铜材料(例如成长度为大约20mm的矩形)并在带的边缘处在导电弹性织物周围包裹端子材料(其一般不是弹性的)来形成铜端子。导电端子材料(例如铜)可以是弹性的或可具有被涂敷的弹性织物(导电弹性材料)以将它固定到导电弹性带,如所示。在图30中,工具3001(例如钳子)用于确认导电端子附接到粘合剂和因而导电弹性织物。
一旦端子被附接,弹性材料就可耦合到导线连接器,例如在图31中示出的预先制备的导线带材料。在图31中,使用被示为扭转的、上釉的(绝缘的)导线的一对扭转导线1010(虽然可使用多于两个导线)将导线带材料缝到织物的条内。导线以Z字形图案被缝到织物(如,压缩织物)的条内,且织物条可包括织物粘合剂或可配置成热涂敷到另一织物(例如衣服),使得导电连接器可直接涂敷到织物而不必直接缝到织物内,以及提供导线的覆盖物。导线被缝进的织物一般是与它们被涂敷到的相同的材料(例如压缩衣服织物)。在一些变形中,绝缘导线的Z字形图案被缝进的织物(其可被称为涂敷器织物)的一侧包括织物粘合剂(包括热活化粘合剂)或被处理用于与织物粘合剂一起使用。实际上,导线的较长长度可提前被准备并被切割到对衣服的应用的需要。注意通常,导线带材料可用作电连接器,其将一个或多个传感器连接到本文所述的衣服的其它部分,包括数据模块和/或SMS部件。这个导线带材料可在本文被称为导线带材料或称为缝合的Z字形连接器。这个材料可有利地在较长长度中被准备并被切割成期望长度用于固定(例如粘附地固定)衣服和/或传感器。
例如在图32中,导电弹性带放置在不包括导线的区中的导线带的热粘性胶结表面上,并连接到导电导线端。例如,如图33所示,导体(导线) 焊接到铜端子。
一旦被涂敷到导电导线,弹性带就可被包在织物(例如绝缘织物,其可以与它被涂敷到的织物相同)内。在一些变形中,弹性带可被包在绝缘体材料中和/或涂覆在绝缘体内。在图34和35中,导电弹性带(包括触头) 的外侧用粘性薄纱带密封到大约33mm的宽度。薄纱(覆盖)带可通过例如热压(当使用热活化粘合剂时)来固定在弹性带之上,如图35所示。
在下文中,包括导电弹性材料和Z字形导线的因而产生的带可被附接到衣服,例如压缩衣服。例如,图36示出一种变形,其中导电弹性织物的因而产生的组件固定到衣服以提供呼吸(呼吸)传感器。可通过热压(例如再次使用热活化织物粘合剂)来附接组件,如图36中所示。在例子中,最后的结果在图37和38中示出。图37示出衣服的内侧的视图(组件可如所示被附接在压缩衣服的内侧或外侧中)。图38示出相同衣服的外侧的视图。在图37和38中,衣服被配置为呼吸感测衬衫(例如T恤)。
因此,上面所述的导电弹性条可用作压缩衣服的部分。上面描述了制造并使用具有非常低的机械和电磁滞并因此可用作穿戴式压缩衣服的呼吸传感器的导电弹性材料的方法。这个导电弹性材料可用作呼吸/呼吸性传感器或用作连接器的部分。使用导电弹性材料的呼吸传感器可由浸渍有导电粒子(例如炭黑)的溶液和干燥(或至少部分地干燥)的弹性材料的条形成;导电连接器可附接到被浸渍的弹性材料的条的端部。在一些变形中,连接器可电连接到由上釉的(例如绝缘的)金属导电丝形成的导线带材料,金属导电丝以Z字形图案缝到织物例如压缩织物的条上。浸渍有导电粒子的弹性材料和/或导线带连接器材料可被包在织物材料(例如压缩织物材料)内。导线带的这个被包住的传感器和连接长度可接着被附接到如上所述的衣服(例如见图1A-1F)。
例如,图44A-44B示出配置成使用多个浸渍有导电粒子的弹性条来测量呼吸的衣服的一个变形,弹性条被配置为应变计量。在图44A中,显示没有袖子的衣服,虽然袖子可被包括。衣服主体可由压缩衣服材料制成,应变计量传感器如所示附接到压缩衣服材料。呼吸传感器被配置为具有浸渍有导电材料(例如具有碱/胶结材料的炭黑溶液,如上所述)的弹性材料的伸长的长度的应变计量。浸透和/或涂覆的弹性材料条可于是具有附接到端区的导电金属端并可被包在材料中,例如与制造衣服的主体的相同或相似的压缩衣服织物材料。在图44A中,由导电弹性构件形成的六对水平布置的呼吸传感器4403布置在沿着躯干区的不同高度处(例如在胸骨角、第三肋骨间隙、剑突、下肋骨边缘附近、在脐之上和在脐之下)。缝合的Z 字形连接器4407(由单独压缩织物条形成,导线例如上釉的铜丝以正弦图案被缝到该压缩织物条上,然后涂敷到衣服的主体)用于将十二个传感器连接到SMS单元,如图44B所示,图44B示出图44A的衣服的背面。每个传感器可在两端处连接到在缝合的Z字形连接器中的不同导线,使得在导电弹性条的电特性中的变化也可由SMS检测。衣服还可包括额外的传感器。在图44A中,示出一对ECG电极4409、4409’,且每个电极经由缝合的Z字形连接器4407连接到SMS。
可如在图45中所示制造这些衣服,图45示出形成衣服的主体的三块织物(例如中央背部部分4419、右面板4421和左面板4423;因为呼吸传感器在右侧和左侧上是连续的,在应用传感器(箭头4431)之前,可首先将右面板和左面板缝到背部。如上面讨论的,这些不同的呼吸传感器可相应于可单独地检查的不同的区。
测量心电图(ECG)的衣服
在本文还描述可用于有效地和连续地监控心电图(ECG)信号的衣服。例如,衣服可适合于通过包括冗余迹线的对来测量信号,装置(例如衣服、控制/感测模块等)可在冗余迹线之间切换。在一些变形中,SMS和/或传感器模块可确定在检测ECG的特定的引线时使用在冗余的多个电极之间的哪组电极。图2A-2B、3A-3B和4A-4B示出配置成测量ECG的衣服。这些衣服中的每个包括冗余引线(两个或多个),其中每个冗余引线可检测来自电极的信号,该电极可用于确定该引线的ECG信号。
用于检测ECG信号的电极可由本文所述的可拉伸导电油墨形成。在一些变形中,电极在衣服的一侧(例如内表面)上被印刷、涂敷或形成并适合于与受验对象的皮肤连续接触,以便测量ECG信号。电极可经由导电迹线(由例如可拉伸导电油墨和/或可拉伸导电油墨和基底(例如具有较高导电率迹线的Kapton)的组合形成)连接到SMS和/或传感器模块。SMS和 /或传感器模块可例如基于信号的质量来确定对ECG信号使用/存在哪个冗余迹线。
例如,在图3A-4B中,电极2103被形成为由位于12引线EKG的标准点上的油墨圆构成的一系列电极。在(将被穿在躯干上的)衣服上,电极可放置成使得当衣服被穿时,冗余的胸部电极(对)定位成相应于V1-V6 位置:
表1:胸部电极的位置
电极 | 放置 |
V1 | 在胸骨的右边的第4个肋间空间 |
V2 | 在胸骨的左边的第4个肋间空间 |
V3 | 在V2和V4的中间 |
V4 | 在锁骨间线的第5个肋间空间 |
V5 | 在与V4相同的水平处的后部腋前线 |
V6 | 在与V4和V5相同的水平处的中腋前线 |
类似地,引线可放置在衬衫上的其它位置处以测量RL、RA、LL和 LA引线(肢体引线),其相应于:
表2:肢体引线位置
电极 | 放置 |
RL | 在脚踝之上和躯干之下的任何地方 |
RA | 在肩膀和肘之间的任何地方 |
LL | 在脚踝之上和躯干之下的任何地方 |
LA | 在肩膀和肘之间的任何地方 |
图3A-3B示出位于躯干衣服的下边缘处的腿的肢体引线,其可被使用而甚至不穿单独的裤子。在图3A-3B和4A-4B中所示的衣服的肢体引线不包括冗余电极,然而它们可以包括。
在任一ECG感测衣服中,电极可保持靠着身体,用于通过衣服的结构,包括通过额外胸衣区2144(例如披肩区),进行一致/不变的测量(甚至在运动期间),如由图3A和4A中的阴影区所示。这个胸衣可被形成为支持 ECG胸部电极的区,其是相对更支持性的(例如施加压力/力)以保持胸部电极在身体上/靠着身体,甚至在呼吸和其它身体运动期间。例如,胸衣区可被形成为沿着胸骨线延伸的弹性紧身衣(例如宽度:在胸骨上2cm,在剑突线上4cm),接着在剑突线的右侧和左侧上分离,接着在背面上,然后在脊髓上会聚并一直延伸到颈部,然后再次在颈部周围的右侧和左侧上分离,以最后在胸骨线上会聚。紧身衣的材料必须极其可延伸的。
电极和/或在(胸部)电极周围的区可包括帮助保持电极靠着胸部并且还可防止电极滑动的硅酮表面。例如,硅酮可沿着在两侧上的水平线一直到在中腋前线之外5cm,位于相应于胸衣/紧身衣的衬衫的内表面中。该硅酮可帮助确保油墨电极固定到所选择的位置且不随着患者的运动而移动。
如所提到的,电极包括相邻的冗余电极是特别有帮助的。所有电极(包括冗余电极)可连接到SMS和/或控制模块以检测ECG信号,且SMS和/ 或控制模块可决定使用哪个冗余信号(或在一些变形中,使用冗余信号,例如通过选择性滤波、平均化等,来提高总信号质量)。在一些变形中,可忽略未选择的冗余信号;在其它变形中,装置可配置成存储它用于以后的分析。两对(或多于2对)电极可具有可被存储、传输和/或处理的信号;关于要使用哪个冗余电极来产生ECG的决定可在以后做出。
睡眠监控衣服
还描述了配置成被穿戴以监控受验对象的睡眠的衣服。睡眠监控可通常用于测量睡眠运动、在睡眠期间的呼吸、体温(核心和区域性)、眼运动等。这样的指示器可用于确定睡眠阶段、睡眠质量、睡眠持续时间等。本文所述的任何衣服可适合于确定睡眠指示器,并可因此在睡眠时被穿戴。因此,这些衣服可以是舒适的并适合于由睡眠的人使用。
例如在图7A中,示出衣服的前面,包括具有布置成确定EEG(在头兜的内表面上的头皮电极)、面部/眼部EMG(以检测眼睛运动)、鼻部热敏电阻(检测呼吸)和颏EMG(检测颌运动等)的传感器2209的头帽/ 兜2205。头兜可与衬衫2207成一整体或它可以单独地附接到衬衫2207。在任一衣服中,各种部件(例如衬衫、头兜、手套、裤子等)可以是可选的;可使用各个衣服或衣服组。衬衫可与上面所述的呼吸和/或ECG感测衣服类似或相同。在图7A和7B中,躯干区包括身体的前部和横向区的区域性呼吸传感器2225(可拉伸导电迹线)以及EGC电极2227(虽然不是所有V1-V6引线电极都被包括)。衣服还可包括裤子,其包括肢体引线2229 (用于ECG检测)和/或EMG传感器2219以检测腿运动/抽搐。全部或部分手套2231也可被包括并可测量在四肢(例如手指)处的血液氧合2217 (例如脉冲氧合)。
图7A-7C示出可被形成为如本文所述的并可包括用于确定睡眠参数的多个传感器的衣服的一个变形。例如在图7A中,示出衣服的前面,包括具有布置成确定EEG(在头兜的内表面上的头皮电极)、面部/眼部EMG (以检测眼睛运动)、鼻部热敏电阻(检测呼吸)和颏EMG(检测颌运动等)的传感器2209的头帽/兜2205。头兜可与衬衫2207成一整体或它可以单独地附接到衬衫2207。在任一衣服中,各种部件(例如衬衫、头兜、手套、裤子等)可以是可选的;可使用各个衣服或衣服组。衬衫可与上面所述的呼吸和/或ECG感测衣服类似或相同。在图7A和7B中,躯干区包括身体的前部和横向区的区域性呼吸传感器2225(可拉伸导电迹线)以及 EGC电极2227(虽然不是所有V1-V6引线电极都被包括)。衣服还可包括裤子,其包括肢体引线2229(用于ECG检测)和/或EMG传感器2219以检测腿运动/抽搐。全部或部分手套2231也可被包括并可测量在四肢(例如手指)处的血液氧合2217(例如脉冲氧合)。在图13A-21B中示出可用于睡眠监控的衣服的额外实施方式。
SMS和/或传感器模块可适合于处理和/或分析传感器输入并提供关于穿该衣服的个人的睡眠状态(或随着时间的过去的状态)的报告。
通常,这些设备可能对睡眠实验室或家庭睡眠实验室是有用的。它们可以例如以简化的方式记录通常被包括在多导睡眠图分析(包括呼吸)中的所有信号;只在衬衫的前部和横向部分、胸腔和腹部部分上,可能需要 4个象限来知道你有矛盾的运动。你有上部和下部是有帮助的,但有右部/ 左部也可以有帮助。在具有简化(例如2个电极和腰部和腿)配置的躯干的上部部分中的ECG的使用也是有帮助的。衣服的传感器可再次包括如上面讨论的冗余度以具有最好和最可靠的ECG。特别是,使用心率,其可能不需要完整的ECG。EMG记录(肌电图描记电极)可由可拉伸导电油墨形成,并可位于不同的位置上。例如在颏上,下部(肌肉),其可能对在多导睡眠图MG中使用有帮助。此外,眼部EMG可能对REM和其它睡眠阶段的检测有帮助。如所提到的,热敏电阻(在鼻子的水平处的温度传感器) 可用于检测穿过鼻子的气流,类似于使用睡眠实验室所完成的。可在臂和腿上使用IMU(惯性测量单元)以检测肢体运动。而且,IMU 2235可位于衣服的背部上,这对检测患者的位置(翻转、仰卧、俯卧、侧卧等)是有帮助的,并可检测不安定。
衣服支持结构和附件
本文所述的任何衣服可包括额外的支持结构以帮助靠着身体固定传感器。这样的支持结构可以是可膨胀的,并可提高在本文公开的生理监控衣服和穿用者的皮肤之间的接触。例如,胸部解剖结构可防止在生理监控衣服上的传感器产生与患者的胸部的良好电接触,如本文所述的。可通常被称为胸衣的支持衣服可在生理监控衣服之上被穿着以提供压力来提高在衣服上的电极和穿用者的胸部之间的电接触。这些胸衣(支持衣服)可能对具有大胸肌的男性穿用者和具有大乳房的女性穿用者特别有用。支持衣服可包括吊带或领带,并可依尺寸被制造成保持(并施加力以保持)生理监控衣服的一部分(例如传感器/电极)靠着用户的身体。还描述了与这些设备集成在一起以施加力来保持在衣服上的传感器稳固地压在受验对象上的结构。这样的集成设备可被称为集成支持结构。在一些实施方式中,支持结构是自我膨胀结构。特别是,集成支持结构可以是可膨胀(包括可充气) 的元件。在图14-18中示出支持衣服和支持衣服的部分的例子。
支持衣服(例如胸衣)可与本文所述的压缩衣服分离,且它们可完全或部分地集成到衣服内。支持衣服和/或集成支持结构(可膨胀支持结构) 可依尺寸被制造和成形为适合用户的解剖结构。例如,支持衣服和/或支持结构可设计成适合于穿用者的胸部解剖结构。支持衣服可基于穿用者的性别来依尺寸进行制造并成形。对于女性穿用者,支持衣服可设计成保持在患者的乳房之间的支持结构。在图14A-14D和15A-15C中示出可用于支持衣服的支持胸衣和支持结构的组合的例子。对于男性衣服穿用者,可使用支持吊带来代替胸衣。在图16A-16B和17A-17C中示出男性支持吊带和支持结构的例子。
图14A-14B示出在图13A-13B中所示的生理监控衣服1401之上穿戴的来自图14C-14D的支持衣服1405。也可使用额外的支持结构(在这个例子中,集成到监控衣服1401或支持胸衣1405内)。在这个例子中,支持衣服被成形为胸衣或运动性胸罩型配置以保持第二支持结构1403牢牢地靠着穿用者的胸部和胸骨。图15A-15B示出可用于女性穿用者的可膨胀(例如可充气,包括自行充气)支持结构。在图15A-15B中在前视图和侧视图中在非膨胀和膨胀配置中示出支持结构。图15C示出与女性胸部啮合的图 15A的支持结构。所示支持结构是可充气的并被成形为与女性胸部啮合以牢牢地保持在智能衣服上的传感器靠着穿用者的胸部。
图18A-18B示出在图13A-13B中所示的生理监控衣服之上穿戴的来自图16A-16B的支持衣服。图16A-16B示出具有在可由可拉伸材料制造出的并可包括维可牢的前部和可调节的背部材料中的可选的刚性材料的支持吊带1601。图17A-17B示出可用于女性穿用者的支持结构。在图17A-17B 中在前视图和侧视图中在非膨胀和膨胀配置中示出可膨胀支持结构。图 17C示出与男性胸部啮合的图17A的支持结构。
在图17A-17B和15A-15B中示出的支持结构提供向内的力以将在生理监控衣服上的传感器压到身体的胸部上以提高在传感器和胸部之间的电接触。在一些实施方式中,支持结构可以是可膨胀的(包括但不限于可充气的)以提供接触监控衣服的期望结构。在一些实施方式中,支持结构可以是自行充气的。可在支持结构内使用自行充气材料,使得支持结构在被激活时自动充气。在一些情况下,自行充气材料可经由在支持结构内的泡沫材料和/或经由化学反应来完成。在一些情况下,化学反应可产生气体或可使支持结构膨胀以符合患者的胸部解剖结构的其它材料。在一些变形中,支持结构是可由压缩衣服和/或支持胸衣保持在适当的地方的局部垫或可压缩材料。
在一些实施方式中,由支持结构施加的压力可由用户选择。
在一些实施方式中,支持衣服和支持结构可包括传感器和控制系统以向生理监控衣服提供期望压力水平。
支持衣服例,如胸衣、吊带、胸罩等,可包括维可牢、可调节吊带和其它可调节参数,使得穿用者可收紧胸衣,使得它提供期望配合和支持以提高胸部传感器/电极的电接触。
在一些实施方式中,支持衣服和支持结构可与生理监控衣服和/或外部计算设备电子地通信。
支持衣服可与本文公开的任一生理监控衣服一起使用。在一些实施方式中,支持衣服与具有如在图20-21中所示的配线的压缩衬衫和裤子一起使用。
现在返回到图18C-18E,包括被配置为如上所述的压缩衣服1801的感测设备的系统(例如用于检测ECG,如在2A-2B、3A-3B和4A-4B中所示的)可直接靠着患者的皮肤被穿戴。支持结构(例如垫子、可膨胀支持构件)1805可与感测设备1801的压缩衣服一起使用。支持结构可以位于中胸部区域之上,用于施加压力以保持集成到衣服的内表面上的电极在适当的位置上靠着皮肤。支持结构可以是可膨胀的(例如可充气的)以允许对各种用户体型具有舒适的和有效的使用。在一些变形中,额外的支持衣服 1811可用于帮助靠着皮肤固定电极(且在一些变形中是支持结构1805)。在图18D(前)和18E(后)中示出的支持衣服1811在这个例子中是具有在肩膀之上配合的一对吊带和可推靠感测设备的电极的中心区的胸衣。支持衣服可包括由相对弹性的区1817连接的相对刚性的区1815。图18F(前视图)和18G(侧视图,膨胀的)示出具有示例性尺寸的支持结构1805 的较大视图。支持结构可附接到感测衣服的外部或内部区,使得它不干扰来自电极的测量,但帮助保持它们压靠受验对象的胸部。在一些变形中,支持结构集成到胸衣(支持衣服)例如在图18D-18E中所示的胸衣内。
衣服配线布置
各种配线布置可与本文公开的衣服一起使用。在图19-21中示出配线布置的例子。
图19A和19B示出裤子的前视图和后视图。图19C示出在本文公开的衣服之间(例如在衬衫和裤子之间)的示例性连接。例如,裤子和衬衫可以均包括具有六个或更多个极的连接器。一个连接器可具有公配置而另一连接器可包括母连接器。公和母连接器布置成彼此啮合。在图19B中所示的裤子包括公连接器,而在图13B中所示的衬衫包括母连接器。在一些实施方式中,公/母连接器可反转。
图20示出根据一些实施方式的裤子的配线图。裤子包括在左腿上的用于测量穿用者的心跳读数的传感器和在右腿上的用于测量穿用者的心跳读数的传感器。所示裤子包括从传感器沿着裤子腿到公连接器的配线。
图21A示出根据一些实施方式的衣服的前面的配线图。图21B示出根据一些实施方式的衣服的后面的配线图。所示ECG wsx是用于心跳读数、腰部、左侧的传感器。所示ECGwrx是用于心跳读数、腰部、右侧的传感器。所示ECG asx是用于心跳读数、臂、左侧的传感器。所示ECG asx是用于心跳读数、臂、右侧的传感器。所示TP fsxi是触摸点、前端位置、左侧、内部的。所示TP fsxe是触摸点、前端位置、左侧、外部的。所示TP fdxi 是触摸点、前端位置、右侧、内部的。所示TP fdxe是触摸点、前端位置、右侧、外部的。所示微连接具有用于压缩裤子CP连接的6极WP母连接器。所示ECG ndxl是用于心跳读数、颈部、右侧、n.1的传感器。所示ECG ndx2是用于心跳读数、颈部、右侧、n.2的传感器。所示ECG nsxl是用于心跳读数、颈部、左侧、n.1的传感器。所示ECG nsx2是用于心跳读数、颈部、左侧、n.2的传感器。所示E1s是用于心跳读数、胸部、上部、n.1 的传感器。所示Eli是用于心跳读数、胸部、下部、n.1的传感器。所示E2s 是用于心跳读数、胸部、上部、n.2的传感器。所示E2i是用于心跳读数、胸部、下部、n.2的传感器。所示E3s是用于心跳读数、胸部、上部、n.3 的传感器。所示E3i是用于心跳读数、胸部、下部、n.3的传感器。所示 E4s是用于心跳读数、胸部、上部、n.4的传感器。所示E4i是用于心跳读数、胸部、下部、n.4的传感器。所示E5s是用于心跳读数、胸部、上部、 n.5的传感器。所示E5i是用于心跳读数、胸部、下部、n.5的传感器。所示E6s是用于心跳读数、胸部、上部、n.6的传感器。所示E6i是用于心跳读数、胸部、下部、n.6的传感器。
用于检测情绪的穿戴式系统
还描述了配置成确定穿用者的情绪状态的衣服。自我报告的情绪状态往往是不准确的、主观的和因此在使用上是有限的。可包括检测各种参数 (自愿和不自愿的参数)的传感器的衣服可用于确定受验对象的客观情绪状态。
衣服可包括多个传感器(如下面所述和在图8A-8B中示出的)。图 8A-8B示出可作为衣服的部分被包括并包括多个传感器(其中任一传感器可被包括或省略)的衣领以检测指示穿用者的情绪状态的参数。传感器可包括例如:环境传感器(检测环境温度、湿度等)、用于视觉(包括亮度级 /强度)检测的摄像机、音频检测器(例如检测用户话音音量、音域等)。衣领还可包括在本文提到的并通过引用被合并的任何其它传感器(运动传感器、位置传感器、加速度传感器等)。此外,衣领可包括一个或多个输出 (触觉输出)以向穿用者提供输出,包括反馈。触觉输出可包括嗅觉(气味散发)输出、触觉输出(振动、捏等)等输出。在图8A-8B中所述和所示的衣领可被配置为情绪沟通接收器(ECR)。
用于检测/监控情绪的任何衣服可包括ECR。ECR可位于在颈部周围。在图8A-8B中,ECR是衣领,其从背部延伸,在左和右大多角骨之上扩展,延伸到颈部的前横向左侧和右侧,而不在前面重新连接以便于头穿过“设备”的衣领“滑动”。在ECR(衣领)中的接受器可容纳通信/分析模块(传感器模块)并可包括连接器(例如母连接器和公连接器)以及传感器、触觉激活器和产生压力、振动、温度变化、拉紧和松弛输入、嗅觉输入等的机构。激活器的前侧还容纳引起气味和味道的激活器以及确定环境的质量的环境传感器。
ECR可将生理测量的所接收的讯息转换成在生理上体现的消息。作为例子,朋友可通过她的设备向设备的用户(穿用者)发送她的情绪状态作为度量:用户的ECR可通过将压力施加到他的肩膀来将讯息转换成感觉中枢消息,例如致意。用户可交换感觉中枢消息,例如触摸肩膀的致意、拥抱、推、爱抚、振奋、放松等,并有做出响应的选择,包括:i)忽略;ii)接受并回礼(使用他们自己的消息);iii)拒绝(放电)。用户可选择如何接收在a)压力(宽)、b)压力(窄-小孔)、c)压力-消息(像莫尔斯电码)、 d)振动、e)温度变化等(包括组合)之间的消息。用户也可不接受“情绪”效价消息以保护她/他的隐私和/或可提供反馈以提高情绪解释语言的准确度。
用于检测、解释、转换、传递和感知情绪的系统(“设备”)
例如,本文所述的衣服(包括衣领、衬衫等)可被配置为DITCRE衣服。图9-10E所示的示意图示出DITCRE可如何在衣服(包括如8A-8B图中所示的衣领)中实现。
适合于检测、推断和/或确定(得到)情绪状态并基于所得到的情绪状态而允许行动的衣服可用于控制反馈,其可能在培训、冥想或学习任务中是有用的,且它也可以在与其他人沟通中是有用的。因此,可通常随着时间的过去从由用户配戴的多个传感器的分析得到的所得到的情绪状态可用于提供输出。这样的沟通可以通常是更真实的和亲近的,部分地因为情绪状态的解释基于检测到的而不是排他地自我报告的参数以及不同的感测模态的使用。穿用者可选择他们想要何时沟通和/或想要沟通哪些情绪状态,以及特别是他们希望与谁沟通。任一衣服可包括由穿用者检测的一个或多个输出(例如触觉输出),如上所述。例如,触觉编码可用于在甚至没有口头/书面讯息的情况下传递。例如,触觉编码可使用莫尔斯型电码被传输到穿用者/在穿用者之间传输。通常,触觉激活器可位于敏感度和情绪响应最大(在实验上对特定的用户确定,或通常根据用户的群体的确定)的身体区/位置上,以优化触觉激活器的位置。
因此,本文所述的衣服可在沟通时(包括特别是在穿用者之间的特定沟通中)添加额外的尺寸。例如,身体“语言”可由传感器模块解释,并可渲染来自衣服的输出或来自衣服的讯息。衣服也可适合于提供反馈、可对穿用者有治疗影响的评论,包括识别和治疗抑郁等。
在使用中,这些衣服也可提供受验对象的情绪的解释以及富于表情的输出。例如,衣服可帮助在文化/语言当中解释。就像口头语言一样,非公开的讯息(手势、身体语言等)也可提供装置可使用的暗示,并表达为受验对象的输出的部分或由另一用户接收。
如上面提到的,在图8A和8B中,衣领位于颈部周围,从背部延伸、在左和右大多角骨之上、并延伸到颈部的前横向左和右侧,而不在前面重新连接以便于头穿过衣领“滑动”。接收器可容纳传感器管理系统(SMS)、母连接器和/或公连接器以及:传感器(例如作为额外的参数(例如压力或放松的水平)评估用户的情绪的在左和右大多角骨之上的EMG传感器;作为额外的参数评估用户的情绪的嗅觉传感器;确定周围环境的质量、毒性的环境传感器等);触觉激活器和产生压力、振动、温度-变化等的机构。这些传感器可传递用户或其他用户的情绪,可向用户传达放松和紧张输出作为“消息”或放松治疗。
在一些变形中,衣服还包括:一个或多个嗅觉激活器(例如气味和臭味再现激活器)和放置在ECR的前左侧和前右侧上的味道激活器,作为传递用户或其他用户的情绪状态的额外手段;一个或多个摄像机(例如放置在ECR的右前侧或左前侧上),其可适合于确定面部表情作为额外的参数以评估其他人情绪和/或评估环境。衣领还可包括扬声器以与周围的人共享音乐和消息。
ECR可通过前面所述的触摸点(在衣服上的有意触摸区)被连接并可被激活和管理。ECR可从传感器管理系统接收输入,包括被转换成两个或多个情绪效价或状态(例如8个情绪状态)的用户状态的评估。这样的状态的数量和分类可在未来改变。情绪效价的例子可包括:接受、愤怒、预料、厌恶、喜悦、害怕、悲哀和惊奇。情绪效价可被传递回给用户和/或第三方(如由用户控制的)。情绪效价可帮助用户更好地理解他们自己的情绪,并可帮助在共同共享的分类中将他们的情绪传递给他们的朋友。
ECR可通常帮助将生理测量(例如ECG、皮肤导电率、EMG、呼吸等)和“评估”(例如面部表情、姿势、指手画脚、运动行为、语音音调、眼睛-睡眠或警觉、运动、行动等)转换成清楚地合格的情绪。EMG也可帮助通过语音、物理地体现的消息或视觉显示来传递那些情绪。作为例子,朋友可发送如由她的衣服测量的她的情绪状态:用户可将讯息转换成感觉中枢消息(例如致意,通过将压力施加到他的肩膀;发出描述她的情绪状态的触觉的气味或味道、描述她的情绪状态的颜色或她的情绪状态的音频或视觉描述)。用户可交换感觉中枢消息,例如触摸肩膀的致意、拥抱、推、爱抚、振奋、放松等,并可以做出对响应的选择。例如用户可忽略、接受并回礼(使用他们自己的消息)和/或拒绝(放电)。用户也可选择如何接收在a)压力(宽)、b)压力(窄-小孔)、c)压力-消息(莫尔斯电码型)、 d)振动、e)温度变化、f)音频描述、g)视觉描述等之间的消息。用户可控制讯息交换且可以选择不接受情绪消息以保护她/他的隐私。这个沟通模态(包括触觉的使用)识别出当传递情绪内容/上下文时其它模态(不限于听觉或视觉(口头/书面)模态例如触摸)可以是更有效的(或不同地有效的)。因此,所描述的任何衣服可将用户的生理测量转换成可理解的讯息,包括用户的情绪效价的讯息。用户可选择沟通数据的格式(例如触摸、音频、图形、图、数字等的不同格式)。例如,衣服可允许用户将用户的生理测量(情绪效价)转换成语音、生理地体现的消息或视觉显示(在前臂上、在眼镜上或在智能电话上的显示器或触摸屏)给其他用户。此外,衣服且特别是具有ECR的衣服可允许用户通过使它们能够提供关于数据评估、表示和通信的反馈来提高情绪-解释语言的准确度。
ECR系统也可充当自我提高系统(很像语音识别最高级的系统):表达并传递他们的情绪的用户越多,情绪限制、描绘和沟通就越准确。此外,用户可激活系统并通过衣服上的触摸点与系统交互作用。
可在各种上下文中使用ECR。例如,ECR可用作谎言检测器。一般,谎言检测器检测在不容易由有意识的头脑控制并可包括身体反应如皮肤导电率和心率的身体功能中的变化;它们还可考虑呼吸率、血压、毛细管扩张和肌肉运动。这些度量可指示来自撒谎的短期压力响应或对受验对象的重要性。问题产生,因为它们也与精神尝试和情绪状态相关;所以它们可被例如害怕、愤怒和惊奇影响。可用于用户的长期监控和培训/调节的本文所述的EDR系统可更好地区分开这样的响应与假象响应。
ECR也可用于安全评估,例如环境安全、检查空气(污染水平、毒性等)、水(不能饮用、不能游泳等)、土壤;检查位置,例如搜索在周围区域中的危险,例如在区域中的犯罪报告、雪崩、洪水、树倒下、有毒的区域;基于一天的时间、一年的时间等指示功能,例如重新发生的事件如游行等。ECR也可监控用户行为并提供关于这样的行为(例如吃、喝、物质滥用等)的数据/反馈。具有ECR的衣服也可帮助和/或提供关于旅行的反馈,例如驾驶(驾驶员行为、驾驶员的跟踪记录、周围的交通、道路的类型、天气条件)、飞行、航行或操作机器/车辆。
最后,有或没有ECR的衣服可能对安全行动是有用的:a)紧急呼叫: 911、医生、GPS跟踪、家庭成员监控/跟踪、训练;b)提供相关信息:危险的类型、位置、用户的生理数据、用户的医疗和相关数据、用户的情绪数据、健康保险、财务状况等。衣服(有或没有ECR)也可以是更交互式的,提供关于健康(包括活动水平、吃等)或关于情绪健康状态的建议。
如在图10A-10E中所述的,ECR可基于下列项中的一个或多个来执行测量和评估:生理(通过传感器来测量)信息、手势(例如在腰部上的IMU 和加速度计)、姿势(例如在模块、每个肩膀、中脊柱、下脊柱上的IMU)、运动行为(例如在每个脚踝和每个手腕上的IMU)、语音评估(例如记录话音)、面部表情(例如在自己的耳朵、前额和颈部上的传感器、其他人的视频摄像机)、气味或臭味(例如化学传感器)、EMG和/或EEG传感器和 /或环境的评估(例如温度传感器、污染传感器等)。
例如,图9概述可交互作用的一对用户,每个用户具有适合于情绪的检测、解释、转换、传递和感知的衣服。在图10A(检测器,包括感测设备)、图10B(传感器数据的解释以确定情绪效价)、图10C(致动器和通信,包括来自用户或使用类似设备的其他人的效价信息的输出)和图10D (反馈)中更详细描述了这些区域(标记为A-D)中的每个。
这样的装置可对一般群体得到试用,所述一般群体包括对在他们的日常常规活动(行走、吃、工作、坐在他们的计算机的前面)期间监控他们的健康状态感兴趣的人以及也对想要在他们的训练或特定的活动期间监控他们的身体素质水平的运动员。参与者(用户)可能需要注册并填充与在医院或由专业运动员填充的列表类似的列表:参与者答复的问题越多,他们的评估就越准确。
图10E示出一种方法,其中情绪价可基于各种传感器而为特定的用户确定,并且还可包括特定的用户所特有的反馈。此外,图11和12用图形示出ECR可如何操作以从受验对象确定他们的实际情绪价或“健康状态”的总体估计(图11)。类似地,传感器可用于给用户提供总身体素质的指示器(图12)。这些图表可提供可以用图形显现的评估,如在图11和12 中所示的,提供人的健康状态或运动员的身体素质水平的快照。评估可基于多个参数(例如,其可在数量上改变,例如从8到20或更多,取决于在给定设备中的传感器的数量)。每个图形可提供:(1)基于所有参数的经调节的合成来合成用户的健康状态或身体素质水平的值;(2)合成整个群体的健康状态或身体素质水平的值(以绝对数量和数量的%给出),使得用户将立即知道她是否高于或低于平均值。这个值在准确度上随着用户的数量增加而增加;(3)值可被调节以达到人特定的需要。例如,因为65岁以上的人的30%由于缺乏平衡而跌倒并受到伤害,70岁的人的平衡可以比40 岁的人被给予更高的相关性。类似地,自我识别的举重运动员的强度可以比网球运动员被给予更高的相关性,或超级铁人三项运动员的忍耐力比回转滑雪运动员被给予更高的相关性。用户可因此对于每一个参数使用这种图形输出来看到她的价值和总群体价值。用户可进一步研究每个参数的细节。例如,与群体的效率分数比较的效率分数;效率如何被计算;涉及计算的生物统计学;考虑在手边的当前技术水平的计算的准确度;医疗准确度,等等。
选择提高给定参数(比如70岁人的平衡)的用户可被给予一列锻炼(跳绳、单腿站等)来完成它。触觉反馈可用于告诉用户她的平衡何时低于或高于平均值和/或提高指示和/或活动期的表现与最佳个人表现。
在装置中的很多传感器和触觉致动器可能适合于允许用户当他们正锻炼时与其他用户沟通(例如通过音频、触觉或视觉消息),以便最大化他们的效率,提高他们的执行。例如,a)对运动员在开始锻炼时有没有热身进行沟通;b)在完成锻炼时温度是否太冷;c)在执行锻炼时姿势或身体位置是否不适合;d)用户是否使他的肌肉超负荷;e)运动员在训练期期间有没有足够地推进。
可拉伸导电油墨图案
本文所述的任何装置可包括可拉伸导电油墨图案。通常,可拉伸导电油墨可具有范围从5%到200%的拉伸性,例如它可被拉伸它的静止长度的 2倍(200%)以上而不断裂。在一些例子中,可拉伸导电油墨可被拉伸到它的中性静止长度的3倍(300%)以上、4倍(400%)以上或5倍(500%) 以上。可拉伸导电油墨图案是导电的,具有低电阻率。例如,体电阻率可以在0.2和20ohms*cm之间(以及薄层电阻率在大约每平方米100到10,000 ohm之间)。导电率可取决于拉伸,虽然它可保持在上面所述的范围内(例如在0.2和20ohms*cm之间)。
在结构上,本文所述的任何可拉伸导电油墨图案一般由绝缘粘合剂和导电油墨的特定组合制成。通常,可拉伸导电油墨图案包括第一(或底部) 层绝缘和弹性粘合剂和一导电油墨层,其中导电油墨包括在大约40%和大约60%之间的导电粒子(例如炭黑、石墨烯、石墨、银金属粉末、铜金属粉末或铁金属粉末等)和在绝缘弹性粘合剂与导电油墨层之间的梯度区或区。梯度区是导电油墨(例如导电油墨的导电粒子)和粘合剂的组合,其中油墨(例如导电粒子)的浓度可随着深度变化而改变。通常,梯度区可以是导电油墨(例如导电粒子)和粘合剂的混合物,其中在梯度区中的导电油墨的浓度可以小于在导电油墨层中的导电油墨的浓度。梯度区可以是导电油墨(粒子)的连续梯度,例如,它可以是非均质的或它可以是阶梯状梯度。
一般导电油墨,例如用于印刷电路和甚至柔性电路的导电油墨,不足够可拉伸来用于衣服,特别是包括不用于压缩衣服,并可能断裂或在使用时形成不连续线。惊人的是,导电油墨、梯度区和绝缘粘合剂的组合提供导电的且高度可拉伸/可伸长的导电油墨复合物。可如本文所述的被使用的导电油墨的成分通常包括:在大约40-60%之间的导电粒子;在大约30-50%之间的粘结剂;在大约3-7%之间的溶剂;以及在大约3-7%之间的增稠剂。此外,在绝缘粘合剂和导电油墨层之间的中间“梯度”区的使用也被发现是重要的。
被使用并与粘合剂组合以形成导电油墨图案的导电油墨一般具有低毒性和低变应原性(例如低于100ppm的甲醛浓度)和对来自洗涤的损坏的抵抗性,包括在重复的洗涤循环之后的电和弹性特性的维持。
图39C示出具有高度的伸长性或拉伸性的导电油墨图案(导电油墨复合物)的一个变形。在这个例子中,导电油墨图案被涂敷在基底1039(其可以是织物,包括形成压缩衣服或转移基底的压缩织物)上,并包括第一层电绝缘弹性粘合剂1021。导电油墨的外层1025通过中间梯度区1023与粘合剂层1021分离,中间梯度区1023是导电油墨和粘合剂的混合物,其中导电油墨的浓度从较接近导电油墨层1025的区到弹性粘合剂层1021下降。这个梯度区可被称为中间层,并可具有导电油墨与粘合剂的非均质混合/分布。可选的外绝缘体(例如未示出的绝缘树脂)也可被包括在导电油墨层之上。外导电油墨可由多层导电油墨形成。
例如,图39A和39B示出放置在两个铝支座之间的导电油墨图案的样品的电子显微照片(扫描式电子显微照片,SEM)。在图39A中,最低层 2805是粘合剂,相邻于该层并在该层之上的是梯度区2803,以及相邻于梯度区2803并在梯度区2803之上的是导电油墨2801。在这个例子中,额外的绝缘层(树脂2811)放置在导电油墨的顶部上。通常,导电油墨可由多层所涂敷的导电油墨形成。在图39A中,通过连续地涂敷5层来形成导电油墨层;这些层在显微照片中不是可见的。
在图39B中,电子显微照片用于量化层的厚度。在这个例子中,导电油墨层2801(区)具有大约50μm的厚度,梯度(过渡)区2803具有在大约之间40-80μm的厚度,以及胶2805具有大约150μm的厚度。
梯度区可以起作用来增强导电油墨的可拉伸性以及增强导电性的稳定性。导电性被上部区允许,同时所允许的高度的机械拉伸(由于粘合剂) 由下部层增强。在梯度区中发现的导电油墨和粘合剂的不完全混合看起来导致可重复地被拉伸并释放的结构和成分,同时保持导电性。注意,复合物的电阻率可随着拉伸而改变(通常随着拉伸而增加电阻率),且这个特性可用于检测拉伸。
通常,可通过在导电油墨和粘合剂中的任一个完全干燥之前组合导电油墨和粘合剂来形成梯度区,允许它们组合以形成具有适当厚度的过渡区。油墨的成分(例如在大约40-60%之间的导电粒子;在大约30-50%之间的粘结剂;在大约3-7%之间的溶剂;以及在大约3-7%之间的增稠剂)可确定这个重叠(梯度)区的形成参数。图40A-40D显示可拉伸导电油墨图案 (复合物)的例子的成分分布的例子。在图40A中,碳被显示并在全部层中普遍存在,如对有机材料预期的。在图40C中,硅的分布集中在基底(塑料基底,导电油墨图案被制造在该基底上)的表面上并在导电油墨图案中扩散。类似地在图40D中,氧扩散在每个地方。相反,如图40B所示,硫集中在油墨但不是胶中。硫的梯度因此指示在形态上类似于胶在区域中从油墨到胶的逐渐过渡。这个区是梯度区域或区,其中非均质混合出现。
在图39A-39B和40A-40C中,可拉伸导电油墨图案在油墨和粘合剂(连同外部绝缘树脂)被印刷到其上的聚酯纸的基底上形成。这个图案可接着被涂敷到衣服,使得它粘到衣服且基底(纸)可从油墨保留的地方被剥掉。粘合剂是高度弹性的并允许拉伸。导电油墨仅仅可以是稍微可拉伸的,但几乎不如粘合剂一样可拉伸,也许由于刚性金属粒子。中间区(其中粘合剂和导电油墨重叠)很重要。在这个区中的完全混合将使这个区变均匀,并可能减小导电率(因为粘合剂是绝缘的);部分混合可保持拉伸性,同时保持导电性。
使导电油墨绝缘的外保护层,在需要时例如在形成导电迹线或使传感器或电极图案化时可被包括,虽然它可能例如中断电极的接触区。树脂(“底漆”)可以是不与导电油墨链接或混合的一层或多层绝缘材料。例如,树脂材料可以是绝缘的,并且也可帮助保护不遭遇洗涤的洗涤剂和流体(水) 以及保护免受刮擦等。在一些变形中,树脂是丙烯酸(例如丙烯酸树脂)。也可使用乙醛或丙烯酸(合成树脂)。可通过印刷来涂敷任何组分(例如导电油墨、粘合剂和树脂)。例如,图41示出用于将可拉伸导电油墨图案印刷到基底上的方法的例子。在图41中,第一掩模(“丝网”)301用于形成待涂敷到在丝网3001(不可见)之下的基底的粘合剂(电绝缘胶)的图案。例如,当直接涂敷到织物上时,粘合剂可在屏蔽过程中通过越过丝网拉“湿”粘合剂3005来被涂敷,使得它形成所示的图案。粘合剂的多次涂敷可被应用,或厚度否则可被调节(例如通过涂敷力、粘度和/或丝网开口尺寸)。在下文中,第二丝网(或相同丝网)可用于涂敷导电油墨的图案。导电油墨的多次涂敷可应用于实现期望厚度(一般小于粘合剂的厚度)。第二丝网可具有稍微小于用于粘合剂的图案的开口,或它们可以是相同的尺寸(或在一些变形中更大)。粘合剂和导电油墨可以是作共同延伸的。当涂敷到转移基底时,顺序可反转,使得导电油墨在粘合剂之前被涂敷到基底。如所提到的,绝缘树脂(例如保护层)可相邻于导电油墨层被涂敷。
在本文所述的导电油墨结构的一些变形(例如,例如通过直接印刷和/ 或转移到织物而由导电油墨形成的迹线、传感器等)中,导电油墨包括导电粒子,例如炭黑、被涂覆的云母(例如涂覆有掺锑二氧化锡的云母)、石墨烯、石墨等。材料还可包括起作用来将被包含在油墨中的所有固体组分永久地粘合到织物的碱/粘结材料。这个粘结材料(粘结剂)可以是丙烯酸水碱,例如基于水的聚氨酯。导电油墨材料也可包括底漆,其增加在所涂敷的各种产品之间的粘附力和相容性并增加对洗涤过程的抵抗性。导电油墨可包括确保导电产品到织物的转移的粘合剂(例如胶,例如丙烯酸、聚酰胺等)。这些导电油墨中的任一个也可包括消除包含在产品中的空气和泡沫的消泡剂和允许粘结剂的完全交联的催化剂。额外的添加剂可被包括以增加产品的可印刷性和稳定性。也可包括使被包含在产品中的液体组分变稠的增稠剂。可通过如上所示的丝网印刷过程来得到因而产生的油墨材料的转移。例如,丝网印刷过程可包括丝网漏印框架类型(从24条导线一直到120条导线),且转移支持膜,例如纸、卡纸板、聚酯、醋酸盐、反射器等。筛过的(screened)/涂敷的层的数量可以从1一直到50或更多。所涂敷的层的顺序可以是连续的(并在材料被转移时反转)。例如,底漆可被涂敷为倒数第二层,粘合剂是所形成的最后一层。可例如通过IR烤箱、热鼓风机或冷鼓风机来使导电油墨干燥。如上面提到的,这个油墨材料(包括粘合剂碱)可涂敷到任何适当的材料,包括例如棉、羊毛、尼龙、聚酯、聚酰胺、莱克拉、皮革(天然或合成)、塑料膜、ESD织物等。
油墨可转移以使用热压机来涂敷到衣服上,例如通过在从100℃一直到250℃的涂敷温度下在从5秒一直到50秒的涂敷时间期间施加从2巴一直到90巴的涂敷压力。最终聚合可由IR烤箱在从50℃一直到180℃的温度下执行(例如使用从0.lm/秒一直到5m/秒的运输机皮带速度)。
如上面提到的,本文所述的导电油墨图案可以是任何适当的图案,包括迹线(例如连接在衣服上的各种元件)、传感器(例如触摸点传感器、拉伸/呼吸传感器)或电极(EEG传感器、ECG传感器、EMG传感器等)。当用作连接器时,它可与额外的导电连接器元件(包括但不限于导电线、缝合的Z字形连接器、在基底例如Kapton上形成的导电迹线)组合。导电油墨图案和额外的高度导电的材料的这样的组合可能在较长的长度上特别有用。在一些变形中,可拉伸导电油墨材料可在衣服将被拉伸很多的区中用作迹线或导体。
例如,图42A-42C示出被缝到形成衣服的织物上的导电线的例子,其可用于将由可拉伸导电油墨图案(具有粘合剂、梯度区和导电油墨)形成的电极、传感器或迹线连接到电源和/或感测模块。
例如在图1A-1F、2A-2B、3A-3B等中,触摸点和将它们连接到传感器模块(传感器管理器)的迹线可由包括粘合剂层、中间梯度区和导电油墨层的可拉伸导电油墨复合物形成;迹线部分可例如使用保护树脂来进行绝缘。形成触摸点部分的电极可以相对大,连接迹线较小。迹线只需延伸一段短距离。触摸点传感器也对可能改变迹线的电阻率的衣服/迹线的拉伸稍微不敏感,因为来自传感器的信号是二进制信号,例如触摸或无触摸。类似地,可拉伸导电油墨迹线(被形成为迹线的复合物)可用于连接到EKG 电极。一般,用作迹线的导电油墨图案可一直延伸到30cm或更小(例如 25cm或更小等),但是可使用更长的迹线。因此例如,由可拉伸导电油墨图案形成的导电迹线可长达25cm或比25cm长,宽度在2mm和高达10mm之间(在大约0.6到0.5mm之间的平均值)。长度可延伸,同时通过增加导电油墨图案的厚度而保持在目标导电率/电阻率。在一些变形中,保持长度短可能是合乎需要的。然而,呼吸传感器可实质上更长,并可例如多达22mm宽。
在一些变形中,使用导电线或其它高导电率连接器,例如在图42A-42C 中所示的那些,可能是有用的。如上所述,这可用于形成缝合的Z字形连接器(也在本文被称为导线带材料)。在这个例子中,导电线以允许在缝的净方向上的一些拉伸的波浪形(例如Z字形、正弦等)图案被缝到衣服上。如上所述,呼吸(传感器)迹线可由可拉伸导电油墨图案形成以利用在导电油墨图案拉伸的情况下随着电阻率的变化的导电率的变化。在这个例子中,线的所缝的图案包括允许缝线随着织物稍微伸长的大约35-40度Z字形图案。在一些例子中,导电线是金属导电线。在每个转向点(在波浪形图案中)处形成的角度和图案的宽度可取决于所使用的纺织品。通常,纺织品的拉伸度越高,角度就越小。线的数量可改变;通常,可使用任何数量的线,例如取决于传感器的数量和需要被连接的它们的管脚。线一般直接被缝在衣服上。可通过在线上的外部涂层(例如硅酮、聚酯、棉等)和/ 或通过绝缘粘合剂层来得到线的电绝缘,如上所述。线连接器也可用作如上所述的转移的部分。例如,导电线可被缝到在与衣服相同的织物上制造的带上,并通过热过程例如使用粘合剂层而被转移到衣服。
一个或多个导电线可直接涂敷到织物(例如压缩衣服)或转移(例如织物或其它材料的补片,其接着附接到衣服)。导电线可在被缝之前被绝缘 (例如上釉)。在一些变形中,导电线可在被缝到织物或其它基底上之前被分组。例如,多个(例如2、3、4、5等)线可被绝缘并缠绕在一起,然后被缝在基底例如压缩织物内。例如在一个变形中,装置包括具有IMU和两个EMG的衣服,其带有馈送到装置上的电路(例如微芯片)内的输入,包括在传感器模块/管理器上。可在相同电子“线”上操作部件,其中线是组合在一起用于穿过基底来缝的多个导电线。在一个例子中,两个微芯片可由4个导线制成的相同“线”操作,其中每个导线彼此电隔离。在缝材料时,缝线可由两组导线形成;一组在基底的顶部上而一组在基底之下,如从机械缝纫设备理解的;在一些变形中,由导电线形成的缝线可包括上导电线(或导电线组)和下导电线(或导电线组),其中上导电线主要在上表面上,而下导电线主要在下表面上(但一个或任一个导电线可穿过基底以彼此啮合)。
例如,导电线可包括由4个扭转和上釉(因此彼此电隔离)的导线制成的非常细(例如0.7毫米计量/厚度)的“导线”,其覆盖有粘结溶液(其为硅或基于水的)或由具有大约0.9毫米的总直径的包覆物保护。可直接在织物或基底上以波浪形(例如Z字形)图案、例如具有在Z字的腿之间的45到90度角的图案缝导电导线。在一些例子中,图案在材料(例如织物)的基底上形成并附接到衣服。例如,基底可以是织物的1cm到3cm 自粘带。
传感器管理器/模块
本文所述的任何装置(例如衣服)可包括在图43A中示意性示出的传感器管理器(SM或SMS),其将衣服上的传感器(包括电极等)连接到处理器,在一些变形中包括智能电话或其它移动设备。传感器管理器可以是作为传感器化压缩衣服(例如衬衫)的部分的印刷电路板(PCB),并可嵌入放置在衬衫背面上、例如刚好在颈部之下的钢性外壳(如图43B所示)内,如在图1B、2B、3B和4B中所示的。它主要负责收集并详述来自放置在衬衫周围的传感器的数据。
如在图43A中所示的,形成传感器模块3201的PCB可包括布置在PCB 上的不同元件,例如微控制器3203(例如CY8C5微控制器(68管脚)) 和与电话模块3205(金属化钻头)的所有连接、紧身衣3211(被暴露的可焊接金属区域)和传感器3207、3209(与线的连接)。
例如,来自传感器的电信号可由被缝到衬衫织物上或由相同材料制成的带子(例如补片)上的导电线携带。所有这些线都可到达SM PCB,并可使用连接器连接到它或缝/焊接在金属化钻头周围。与在这里所述的SMS 相反,SM架构(其中传感器直接连接到电话模块)将涉及相对高数量的管脚3205(例如对来自传感器的每个迹线/线有一个管脚)。这可限制传感器的数量和类型,并可危害系统稳定性。本文所述的架构允许使用可放置在SM PSB上的不同类型的连接(例如3207、3209)将来自传感器的迹线 (例如线)直接连接到微控制器。这样,所有传感器信号可由微控制器收集(聚集),微控制器接着通过只使用两个管脚3205将经处理的数据传递到移动处理器(例如智能电话)模块,用于保持数字UART通信。这个解决方案不限制传感器的类型和数量。
如上面在图43A中所示的,这个示意图示出可被使用的移动处理器(例如智能电话)的母连接器。在这个例子中,传感器管理系统(SMS)可位于衣服中而不是在模块/电话上。因此,管脚的数量保持不变,即使传感器的数量在衣服或附件之间改变。例如,管脚的数量可通过使特定的SMS 适合于一般与不同的移动处理器(电话)一起工作来保持不变(例如在 10-15)。
实验数据
如上所述制造配置成监控生理参数(包括12引线ECG检测和呼吸) 的衣服。衣服的主体是压缩织物(由压缩织物材料形成),且10个ECG电极(六个胸部,在每个臂上有一个,以及在每个腿上有一个)如在图2A 或3A所示的被定位。此外,包括当被穿戴时位于隔膜附近的由浸渍有导电粒子的弹性材料形成的呼吸传感器。衣服被穿在受验对象上,受验对象也在活动(应力)测试期间戴着用于测量12引线ECG的标准电极以及测量通过嘴和鼻塞的呼吸的面具。患者也在胸部的中间和衬衫之上的支持衣服(胸衣)中戴着支持设备(可充气的),以帮助保持电极在适当的位置上靠着皮肤,即使在执行身体活动时。
患者被请求抵抗阻力循环踩踏板,且测量使用标准12引线ECD和体积描记法被测量并与对具有如上所述的集成传感器的衣服产生的同时读数比较。不考虑在衣服之下戴着的(标准)ECG机器的标准引线之间的潜在干扰,本文所述的生理监控衣服与标准(控制)设备同等地或更好地运转。
例如,图48A(在左边)示出达到标准12引线ECG的六个引线(I、 II、III、aVR、aVL、aVF)和紧接着相邻于在图48B中的这些引线的使用如所述的衣服记录的六个引线的ECG。在对照(参考)设备和衣服之间存在良好的相应性。
也使用如在图47A中所示的呼吸传感器从衣服测量呼吸。衣服检测在基线之间的呼吸模式、工作负荷(抵抗增加的阻力踩踏板)中的可忽略的变化,并从自衣服测量(在腹部和胸腔处)的两个区恢复。比较在标准体积描记法和衣服之间进行并在图47B中示出。这两种技术都在被检查的每个时期期间测量每分钟大致相等的呼吸。
当特征或元件在本文被称为在另一特征或元件“上”时,它可直接在另一特征或元件上或中间特征和/或元件也可存在。相反,当特征或元件被称为“直接”在另一特征或元件“上”时,没有中间特征和/或元件存在。还将理解,当特征或元件被称为“连接”、“附接”或“耦合”到另一特征或元件时,它可直接连接、附接或耦合另一特征或元件或中间特征和/或元件可存在。相反,当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接耦合”到另一特征或元件时,没有中间特征和/或元件存在。虽然关于一个实施方式被描述或示出,这样的描述或示出的特征和元件可应用于其它实施方式。本领域中的技术人员还将认识到,对“相邻于”另一特征布置的结构或特征可具有与相邻特征重叠或位于相邻特征之下的部分。
在本文使用的术语是为了仅描述特定的实施方式的目的,且并没有被规定为本发明的限制。例如,如在本文所述的,单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”意欲也包括复数形式,除非上下文清楚地指示另外的情况。将进一步理解,术语“comprises(包括)”和/或“comprising (包括)”当在本说明书中使用时指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在。如在本文使用,术语“和/或”包括一个或多个相关的所列出的项目的任何和所有组合并可被缩写为“/”。
可在本文为了描述的容易而使用空间相对术语例如“在…之下”、“在.. 下”、“下部”、“在…之上”、“上部”等以描述一个元件或特征与如在附图中所示的另一元件或特征的关系。将理解,空间相对术语除了在附图中所描绘的方位以外还意欲包括在使用或操作中的设备的不同方位。例如,如果在附图中的设备反转,则被描述为在其它元件或特征之下”或“下面”的元件于是被定向在其它元件或特征“之上”。因此,示例性术语“在…之下”可包括之上和之下的方位。设备可以用相反的方式被定向(旋转90 度或在其它方位上),且在本文使用的空间相对描述符被相应地解释。类似地,术语“向上”、“向下”、“垂直”、“水平”等在本文仅用于解释的目的,除非特别指示另外的情况。
虽然术语“第一”和“第二”可在本文用于描述各种特征/元件,这些特征/元件不应被这些术语限制,除非上下文指示另外的情况。这些术语可用于区分开一个特征/元件与另一特征/元件。因此,下面讨论的第一特征/ 元件可被称为第二特征/元件,且类似地,下面讨论的第二特征/元件可被称为第一特征/元件而不偏离本发明的教导。
如这里在说明书和权利要求中使用的,包括如在例子中使用的且除非另外明确地规定,所有数字可被理解为好像由词“大约”或“近似”作为开端一样,即使术语并不明确地出现。当描述幅度和/或位置时可使用短语“大约”或“近似”以指示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围内。例如,数值可具有是规定值(或值的范围)的+/-0.1%、规定值(或值的范围)的+/-1%、规定值(或值的范围)的+/-2%、规定值(或值的范围)的+/-5%、规定值(或值的范围)的+/-10%的值。在本文列举的任何数值范围意欲包括在其中包含的所有子范围。
虽然上面描述了各种例证性实施方式,可对各种实施方式做出任何数量的变化而不偏离如由权利要求所述的本发明的范围。例如,各种所述方法步骤被执行的顺序可常常在可选的实施方式中改变,且在其它可选的实施方式中一个或多个方法步骤可一起被跳过。在一些实施方式中可包括各种设备和系统实施方式的可选特征,而在其它实施方式中不包括。因此,前述描述主要为了示例性目的而被提供,且不应被解释为限制本发明的范围,如它在权利要求中阐述的。
本文包括的例子和图示作为例证而不是限制示出主题可被实施的特定实施方式。如所提到的,其它实施方式可被利用并从那里得到,使得结构和逻辑替换和变化可被做出而不偏离本公开的范围。创造性主题的这样的实施方式在本文仅为了方便由术语“发明”单独地或共同地提及而并不意欲将本申请的范围自愿地限制任何单个发明或创造性概念,如果多于一个事实上被公开。因此,虽然在本文示出和描述了特定的实施方式,被计算来实现相同目的的任何布置可代替所示的特定实施方式。本公开意欲涵盖各种实施方式的任何和所有改动或变化。在审阅上面的描述时,在本文没有特别描述的上述实施方式和其它实施方式的组合,对本领域中的技术人员将是明显的。
Claims (17)
1.一种适合于监控穿用者的区域性呼吸的衣服,所述衣服包括:
衣服主体,其包括压缩织物,其中所述衣服主体被配置为压缩衣服;
多个呼吸传感器,所述多个呼吸传感器布置在所述衣服主体的不同区上,其中每个呼吸传感器包括:浸渍有导电油墨的弹性带、在所述弹性带的每端处的电连接器以及包括压缩织物片的罩;以及
传感器模块界面,所述传感器模块界面位于所述衣服主体上,其中每个呼吸传感器连接到所述传感器模块界面,此外其中所述传感器模块界面配置成与传感器管理器单元连接以检测所述多个呼吸传感器的电阻的变化;
其中所述导电油墨的图案包括粘合剂层、导电油墨外层以及中间梯度区,所述中间梯度区是所述导电油墨和所述粘合剂的混合物。
2.如权利要求1所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器包括六个或更多呼吸传感器。
3.如权利要求1所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器单独地布置在所述衣服主体的前部或后部、上部或下部、右边或左边区中。
4.如权利要求1所述的衣服,其中所述衣服被配置为衬衫。
5.如权利要求1所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器经由在附接到所述衣服主体的单独的压缩织物片上形成的缝合的Z字形连接器来连接到所述传感器模块界面。
6.如权利要求1所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器被围在压缩织物的所述罩中并附接到所述衣服主体的表面。
7.如权利要求1所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器中的每一个配置成当呼吸传感器随着受验对象呼吸而被拉伸时改变穿过该呼吸传感器的电阻。
8.如权利要求1所述的衣服,还包括基准线,所述多个呼吸传感器中的每个呼吸传感器在所述呼吸传感器的端部处连接到所述基准线。
9.如权利要求1所述的衣服,还包括在所述衣服主体的内表面上的至少一个ECG电极。
10.如权利要求1所述的衣服,还包括由在所述衣服主体的内表面上的导电油墨材料形成的ECG电极。
11.如权利要求1所述的衣服,还包括在所述衣服主体上的口袋,所述口袋配置成保持传感器管理器单元与所述传感器模块界面连接。
12.如权利要求1所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器包括在所述衣服的左侧上的第一多个呼吸传感器和在所述衣服的右侧上的第二多个呼吸传感器,所述第一多个呼吸传感器被平行布置,所述第二多个呼吸传感器被平行布置。
13.如权利要求1所述的衣服,还包括在附接到所述衣服主体的单独的压缩织物片上形成的缝合的Z字形连接器,其中所述缝合的Z字形连接器包括以正弦或Z字形图案被缝到所述单独的压缩织物片内的多个绝缘导线,此外其中所述多个呼吸传感器中的每个呼吸传感器连接到在所述多个绝缘导线中的一个绝缘导线。
14.如权利要求1所述的衣服,其中所述多个呼吸传感器中的每个呼吸传感器被围在包括所述压缩织物片的所述罩中并附接到所述衣服主体。
15.如权利要求1所述的衣服,其中每个呼吸传感器包括浸渍有导电油墨的所述弹性带和少于10%的粘结剂。
16.如权利要求1所述的衣服,其中所述导电油墨包括导电粒子和粘结剂,其中所述导电粒子选自以下项中的一个或多个:炭黑、石墨烯、石墨、被涂覆有氧化物的云母。
17.如权利要求15或16所述的衣服,其中所述粘结剂是丙烯酸或基于水的聚氨酯。
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