CN111836581B

CN111836581B - 使用可穿戴设备量化呼吸的技术以及相关的系统和方法

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Publication number: CN111836581B
Application number: CN201980018451.9A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·乌尔塔多; 安格尔·阿武斯莱梅; 哈维尔·查韦斯
Original assignee: Kopeck Katolica University Foundation; Pontificia Universidad Catolica de Chile
Current assignee: Kopeck Katolica University Foundation; Pontificia Universidad Catolica de Chile
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2024-02-13
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: WO2019138372A2; WO2019138372A3; CN111836581A; US20210106254A1

Abstract

描述了使用可穿戴设备量化呼吸的技术。根据一些方面，可穿戴设备包括热耦合至一个或更多个散热器的多个热传感器。在一些情况下，可穿戴设备可以足够小以能够佩戴在患者的口部与鼻部之间，例如经由粘合剂附着到上唇。当患者呼气时，通过口部和/或通过鼻部产生空气。每个散热器可以吸收呼出空气的热，该热可以热传播到耦接至散热器的热传感器。通过测量由热传感器测量的温度随时间的变化，可以确定患者呼吸的度量，例如呼吸率、分钟通气量和/或潮气量。这样的度量可以由可穿戴设备或者由数据被传送到的外部设备来确定。

Description

使用可穿戴设备量化呼吸的技术以及相关的系统和方法

背景技术

危重呼吸事件(在此期间，受试者的呼吸被严重抑制)可能导致损伤甚至死亡。危重呼吸事件的常见形式包括呼吸抑制和上呼吸道阻塞，在受试者的呼吸欲望降低时发生呼吸抑制。呼吸抑制可以由医学病症(例如中风)和/或药物引起。阿片类药物尤其是呼吸抑制的常见诱因。

然而，在住院患者手术过程期间，经常使用阿片类药物来控制患者疼痛，这导致大量患者遭受呼吸抑制。例如，一种估计是，麻醉后检测治疗室中的患者具有阿片类药物引起的呼吸抑制的概率在0.8％至6.9％之间(Karczetal,Can.J.Respir.Ther.,2013)。由于在美国每年执行超过5千万住院患者手术，因此呼吸抑制的成本相当大。

阿片类药物引起的呼吸抑制(“OIRD”)可能导致严重损伤，包括心跳呼吸骤停、脑损伤，以及如果不及时解决将导致的死亡。大多数呼吸抑制事件发生在手术过程的24小时内，并且至少13％的呼吸抑制事件发生在从恢复室转出至楼层的2小时内(Lorryetal,Anesthesiology,2015)。甚至在离开麻醉护理后48小时内在患者中也检测到OIRD。

发明内容

根据一些方面，提供了一种可穿戴设备，其被构造成佩戴在受试者的口部与受试者的鼻部之间，该设备包括：第一散热器；第一温度传感器，其热耦合至第一散热器并且被配置成产生指示第一温度的第一信号；第二散热器；第二温度传感器，其热耦合至第二散热器并且被配置成产生指示第二温度的第二信号；以及至少一个控制器，其耦接至第一温度传感器和第二温度传感器，该至少一个控制器被配置成进行以下操作：接收来自第一温度传感器的第一信号和来自第二温度传感器的第二信号，以及至少部分地基于接收到的第一信号和接收到的第二信号生成受试者呼吸指示。

根据一些实施方式，第一散热器和第二散热器中的至少一个包括铜。

根据一些实施方式，所述至少一个控制器还被配置成基于接收到的第一信号和接收到的第二信号确定受试者呼吸率。

根据一些实施方式，可穿戴设备还包括至少一个显示器，其被配置成显示所确定的受试者呼吸率。

根据一些实施方式，可穿戴设备还包括至少一个音频设备，其被配置成产生受试者呼吸率的可听指示。

根据一些实施方式，可穿戴设备还包括至少一个显示器，其被配置成产生所生成的受试者呼吸指示的可视指示。

根据一些实施方式，可穿戴设备还包括外壳以及附着至外壳的粘合剂层。

根据一些实施方式，所述至少一个控制器包括一个或更多个处理器、ASIC和/或FPGA。

根据一些实施方式，所述至少一个控制器包括处理器，并且可穿戴设备还包括存储有指令的计算机可读介质，该指令在由处理器执行时至少部分地基于接收到的第一信号和接收到的第二信号生成受试者呼吸指示。

根据一些实施方式，可穿戴设备还包括至少一个计算机可读介质，并且所述至少一个控制器被配置成将多个所生成的受试者呼吸指示存储在所述至少一个计算机可读介质上。

根据一些实施方式，可穿戴设备还包括耦接至所述至少一个控制器的至少一个通信设备，其被配置成向外部设备输出所生成的受试者呼吸指示。

根据一些方面，提供了一种确定受试者呼吸的度量的方法，该方法包括：由可穿戴设备的至少一个控制器生成至少一个受试者呼吸指示，该可穿戴设备被受试者佩戴在该受试者的口部与该受试者的鼻部之间，其中，该可穿戴设备包括：第一散热器；第一温度传感器，其热耦合至第一散热器并且被配置成产生指示第一温度的第一信号；第二散热器；第二温度传感器，其热耦合至第二散热器并且被配置成产生指示第二温度的第二信号；以及至少一个控制器，其中，所述至少一个控制器耦接至第一温度传感器和第二温度传感器，并且其中，所述至少一个控制器被配置成至少部分地基于第一信号和第二信号生成受试者呼吸指示；以及至少部分地基于至少一个受试者呼吸指示确定受试者的呼吸率、通气量和/或通气量率。

根据一些实施方式，可穿戴设备的所述至少一个控制器至少部分地基于所述至少一个受试者呼吸指示确定受试者的呼吸率。

根据一些实施方式，该方法还包括将所述至少一个受试者呼吸指示传送至计算设备，并且计算设备至少部分地基于所述至少一个受试者呼吸指示执行所述确定受试者的呼吸率、通气量和/或通气量率的动作。

根据一些方面，提供了一种系统，其包括计算设备以及可穿戴设备，可穿戴设备被构造成佩戴在受试者的口部与受试者的鼻部之间，该设备包括：第一散热器；第一温度传感器，其热耦合至第一散热器并且被配置成产生指示第一温度的第一信号；第二散热器；第二温度传感器，其热耦合至第二散热器并且被配置成产生指示第二温度的第二信号；至少一个控制器，其耦接至第一温度传感器和第二温度传感器，所述至少一个控制器被配置成接收来自第一温度传感器的第一信号和来自第二温度传感器的第二信号、以及至少部分地基于接收到的第一信号和接收到的第二信号生成受试者呼吸指示；以及通信设备，其被配置成将所生成的受试者呼吸指示传送至计算机设备。

根据一些实施方式，计算设备被配置成至少部分地基于从可穿戴设备的通信设备接收的至少一个受试者呼吸指示确定受试者的呼吸率。

根据一些实施方式，至少一个控制器还被配置成基于接收到的第一信号和接收到的第二信号确定受试者的呼吸率。

前述装置和方法实施方式可以利用以上描述的或以下进一步详细描述的方面、特征和动作的任何合适的组合来实现。根据以下结合附图的描述，可以更全面地理解本教导的这些和其他方面、实施方式和特征。

附图说明

将参照以下附图描述各个方面和实施方式。应当理解，附图不一定按比例绘制。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相同的附图标记表示。为了清楚起见，可能并未在每个附图中标出每个部件。

图1描绘了根据一些实施方式的说明性可穿戴设备；

图2描绘了根据一些实施方式的可穿戴设备与计算设备通信的说明性系统；

图3A至图3E描绘了根据一些实施方式的可穿戴设备的说明性设计；

图4是根据一些实施方式的适合于基于由两个热传感器产生的信号而产生呼吸指示的说明性电路；

图5是根据一些实施方式的用于处理由热传感器产生的信号的说明性滤波器和放大器电路；

图6示出了根据一些实施方式的被用于进行基于波动呼吸指示的呼吸率估计的数据；

图7描绘了根据一些实施方式的用于在说明性初步研究中执行的灵敏度测试的位置标记；

图8A至图8B是根据一些实施方式的在说明性初步研究中在受引导的呼吸期间基于热敏电阻的位置和可穿戴设备的位置测量的信号幅度的热图图示；

图9A至图9B是根据一些实施方式的在说明性初步研究中在受引导的呼吸期间基于热敏电阻的位置和可穿戴设备的位置测量的信噪比的热图图示；

图10A至图10B是根据一些实施方式的在说明性初步研究中在受引导的呼吸期间基于热敏电阻的位置和可穿戴设备的位置测量的准确度的热图图示；

图11A至图11B示出了根据一些实施方式的在受引导的呼吸期间使用可穿戴设备确定呼吸率的准确度；

图12A描绘了根据一些实施方式的针对单个测试受试者与参考值相比的所测量的随时间的呼吸率；

图12B描绘了根据一些实施方式的针对单个测试受试者用于评估使用可穿戴设备确定的呼吸率和使用参考方法确定的呼吸率的一致性的Bland-Altman图；

图13描绘了根据一些实施方式的针对受试者群组用于评估使用可穿戴设备确定的呼吸率和使用参考方法确定的呼吸率的一致性的Bland-Altman图；

图14A至图14B描绘了根据一些实施方式的在模拟的呼吸暂停事件和真实的呼吸暂停事件期间使用可穿戴设备取得的测量值；

图15示出了可以在其上实现本发明的各方面的计算系统环境的示例；以及

图16描绘了根据一些实施方式的可穿戴设备的替选的说明性设计。

具体实施方式

发明人已经意识到并领会了使用非侵入式、易于安装和使用、并且提供对危重呼吸事件(包括呼吸抑制)的可靠的早期检测的设备来监测患者呼吸的技术。如上所述，危重呼吸事件的检测可以减轻由未被注意的呼吸事件造成的损伤和货币成本。因此，非常需要能够鲁棒地且连续地监测呼吸的设备。呼吸监测可以包括确定指示受试者呼吸程度的任何一个或更多个参数，例如呼吸率(RR)、分钟通气量(MV)、潮气量(TV)和/或其他指示。

作为合适设备的一个示例，考虑到上文提及的阿片类药物引起的呼吸抑制(OIRD)的特性，期望呼吸监测设备将能够监测呼吸长达48小时、可穿戴且是无创的，使得该呼吸监测设备在其使用过程期间为患者提供充分移动性和舒适性、易于安装和使用、并且能够在呼吸率低于30次呼吸每分钟(BPM)(例如，呼吸率在6BPM至30BPM的范围内)时测量呼吸。

一些常规设备利用测量胸内阻抗变化的表面电极或测量呼吸肌电活动的表面电极。虽然这些设备提供了无创地测量RR的方式，但是这些设备易受来自患者运动的伪迹的影响，而且它们不能捕获患者试图呼吸但无法呼吸的阻塞事件(与患者的呼吸欲望减小的呼吸抑制相对照)。此外，这些设备需要由医务人员进行耗时的校准以准确地测量RR。

一些常规设备基于脉搏血氧计，脉搏血氧计通过测量来自血管的光吸收或光反射来无创地测量血氧饱和度。然而，这些设备不能准确地测量约10BPM以下的RR，该范围包括与呼吸抑制直接相关联的呼吸率范围。此外，在呼吸事件之后，血流中的氧饱和度可能需要几分钟才降到临界水平以下。因此，对于呼吸抑制事件的早期检测而言，脉搏血氧计是较差设备。

一些常规设备采用空气收集器，其通常处于面罩或咬嘴中，空气收集器测量呼出空气的温度、湿度和/或CO₂成分。这些设备通常使患者佩戴起来不舒服，而且妨碍了患者自由地四处活动的能力。还采用过热图像处理设备，其使用热成像摄像装置测量患者鼻部周围的温度变化，然而这些设备易受介入对象造成或患者改变位置时造成的堵塞的影响。因此，成像设备还限制患者自由地四处活动的能力。

发明人已经意识到并领会了减轻常规设备的上述问题的技术。特别地，发明人已经开发出一种可穿戴设备，其包括多个热传感器，这些热传感器热耦合至具有高热导率的一个或更多个散热器。该设备可以足够小以能够佩戴在患者的口部与鼻部之间，例如经由粘合剂附着到上唇。当患者呼气时，通过口部和/或通过鼻部产生空气。因为每个散热器会由于其高热导率而吸收呼出空气的热，因此热传感器可以准确地测量呼出空气的热。然后，由每个散热器吸收的热可以通过散热器热传播到与该散热器耦接的热传感器。通过测量由热传感器测量的温度随时间的变化，该设备允许测量呼吸，可以包括确定呼吸的度量，例如患者的呼吸率、分钟通气量和/或潮气量。

根据一些实施方式，可穿戴设备可以包括至少一个控制器，控制器被配置成通过分析由可穿戴设备的一个或更多个热传感器产生的信号来生成患者的呼吸指示。在优选实施方式中，可穿戴设备可以包括至少两个热传感器，使得可以由该设备测量从鼻部和口部两者产生的热。由于患者可以通过鼻部和口部的某种组合进行呼吸，因此检测来自这两个源的热对于准确地测量呼吸是非常可取的。无论可穿戴设备包括多少个热传感器，所述至少一个控制器可以包括一个或更多个处理器(例如，通用处理器、微处理器等)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)和/或现场可编程门阵列(FPGA)，其被布置成从热传感器接收温度指示并且被配置成基于所接收的温度指示中的至少一些来生成呼吸指示。例如，通用处理器可以耦接至包括指令的计算机可读介质，该指令在被执行时使处理器生成所述呼吸指示。替选地，ASIC可以通过电路被配置成产生所述呼吸指示。无论所述至少一个控制器被如何配置，生成的呼吸指示也可以包括表示呼吸的任何信息，并且不一定是呼吸率。作为非限制性示例，由至少一个控制器生成的呼吸指示可以包括口温度的度量、鼻温度的度量、鼻-口温度差的差分度量、产生的呼气量(例如，空气流量)的度量、呼吸流速的度量、或其组合。

根据一些实施方式，可穿戴设备的至少一个控制器还可以被配置成通过分析随着时间从一个或更多个传感器接收的温度指示、以及/或者通过分析由至少一个控制器生成的呼吸指示(以上描述了其示例)确定患者的呼吸率。例如，呼气量的指示可以随时间振荡(例如，正弦地或以其他方式振荡)，并且可以通过确定振荡的周期计算呼吸率。在一些实施方式中，可以通过分析由除了可穿戴设备之外的设备(例如，可穿戴设备外部的计算设备)从一个或更多个传感器接收的温度指示来确定呼吸率。这样的计算设备可以经由合适的有线和/或无线连接从可穿戴设备接收数据(例如，呼吸指示)，并且可以基于所接收的数据确定患者的呼吸率。

根据一些实施方式，可穿戴设备的至少一个控制器还可以被配置成通过分析随着时间从一个或更多个传感器接收的温度指示、以及/或者通过分析由至少一个控制器生成的呼吸指示(以上描述了其示例)来确定患者的通气量(例如，潮气量)和/或通气量率(例如，分钟通气量)。在一些情况下，这种计算可以基于外部因素，例如患者周围环境的环境温度的度量。在一些实施方式中，确定患者的通气量和/或通气量率可以基于先前确定的患者呼吸率。如本文所使用的，“通气量”包括在呼吸期间由受试者吸入和呼出的空气量的任何测量，并且“通气量率”包括在一段时间内由受试者吸入和呼出的空气量的任何测量(例如，每秒的量、每分钟的量等)。

在一些实施方式中，可穿戴设备可以包括放大器和/或滤波器(例如，带通滤波器)。在产生患者呼吸指示时，可穿戴设备的至少一个控制器可以将一个或更多个信号(例如，从一个或更多个热传感器接收的信号和/或从其产生的信号)放大、以及/或者可以将向一个或更多个信号应用滤波器。无论哪个设备(例如，可穿戴设备和/或外部计算设备)计算呼吸的一个或更多个度量，都可能期望可穿戴设备放大其中的信号以产生更易于被可穿戴设备和/或其他设备的后续部分分析的信号。类似地，可能期望可穿戴设备对信号应用一个或更多个滤波器以减少或消除瞬态信号和/或噪声源。放大器和/或滤波器可以被实现为软件、硬件、或软件和硬件的组合，因为如上所述一个或更多个控制器在该方面不受限制。

根据一些实施方式，可穿戴设备可以包括一个或更多个显示器，其被配置成显示对由可穿戴设备的至少一个控制器确定的患者呼吸的可视指示(例如，呼吸率、呼吸流速、通气量、通气量率等)。这样的显示器可以包括：数字显示器(例如，LCD显示器)；多个灯，灯的数量是呼吸率的指示(例如，1个灯＝0BPM至5BPM；2个灯＝5BPM至10BPM；等)或呼吸气量的指示(例如，越多点亮的灯代表越快的气流，越少点亮的灯代表越慢的气流；或指示呼吸流速的颜色)；和/或发出指示当前呼吸率的危险水平的颜色的灯(例如，绿色代表可接受，黄色代表有风险，或者红色代表极危险)。

在一些实施方式中，可穿戴设备可以包括一个或更多个音频设备，其被配置成产生对由可穿戴设备的至少一个控制器确定的患者呼吸的可听指示(例如，呼吸率、呼吸流速、通气量、通气量率等)。例如，这种音频设备可以被配置成(例如，通过从至少一个控制器接收适当的信号或以其他方式)如果由至少一个控制器确定的呼吸率降到某一阈值以下(例如，5BPM以下)，则产生警报音；以及/或者可以被配置成产生呼吸流速的可听指示(例如，越高音调的声音代表越高的速率，并且越低音调的声音代表越低的速率)。可以通过声音类似地呈现呼吸的其他测量结果(例如，当通气量或通气量率降至阈值以下时可以产生警报音，或者可以基于通气量或通气量率的测量结果来选择声音的音调)。

根据一些实施方式，可穿戴设备可以包括粘合条，可以利用粘合条将可穿戴设备附接至患者的上唇。在一些实现方式中，这样的条可以是热绝缘的，以减少由除了呼出空气之外的源导致的到可穿戴设备和/或来自可穿戴设备的热传递。在一些实施方式中，可穿戴设备可以包括可以用来将可穿戴设备附接至患者的底座和/或附接件。例如，可穿戴设备可以包括钩和/或夹，其上可以附接有带或条带以将可穿戴设备适配到患者的头部。可以除上述粘合剂之外、或者作为上述粘合剂的替选来设置这种底座和/或附接件。在一些实施方式中，可穿戴设备可以包括用于附接或安装其他设备的臂或其他安装点。例如，可穿戴设备可以在其上表面上包括有臂，臂上装配有氧气管道。这样，除了本文所述的功能之外，可穿戴设备还可以提供将其他设备附接至患者的便利方式。

根据一些实施方式，可穿戴设备可以被配置成将针对多个不同时间的所确定的患者呼吸指示和/或所确定的患者呼吸率、通气量等存储在可穿戴设备的至少一个计算机可读介质内。例如，可穿戴设备的至少一个控制器可以被配置成将由至少一个控制器生成的患者呼吸、呼吸率和/或通气量的指示写入至少一个计算机可读介质。这样的数据可以随后从可穿戴设备的合适的通信端口输出以用于分析。在利用可穿戴设备分析患者随时间的呼吸时，例如在患者睡眠呼吸暂停的诊断和/或监测中，这种方法可能特别有益。

以下是对与用于监测患者呼吸的技术相关的各种构思和其实施方式的更详细的描述。应当理解，本文所描述的各个方面可以以众多方式中的任意方式来实现。本文提供特定实现方式的示例仅用于说明性目的。另外，以下实施方式中描述的各个方面可以单独使用或以任何组合使用，并且不限于本文中明确描述的组合。

图1描绘了根据一些实施方式的说明性可穿戴设备。在图1的示例中，可穿戴设备100包括热耦合至第一散热器111的第一热传感器110和热耦合至第二散热器121的第二热传感器120。第一热传感器110和第二热传感器120两者都电耦接至控制器115，其被配置成如上文所述通过分析由热传感器产生的信号来生成呼吸指示。可穿戴设备可以可选地包括通信设备126，用于将由控制器115生成的呼吸指示传送到另一个或多个设备，并且/或者可以可选地包括显示器127。

根据一些实施方式，第一散热器和/或第二散热器可以暴露于可穿戴设备100外部。为了将散热器布置成从环境(例如，从设备100周围的空气)吸收热，将散热器的至少一部分暴露于环境可能是有益的。例如，任一个或两个散热器均可以从设备的表面突出，或者也可以通过设备100的外壳中的孔使其暴露。

根据一些实施方式，第一散热器和/或第二散热器可以包括具有高热导率的材料，例如但不限于：铜、铝、银、金、镍、硅、陶瓷、金刚石、石墨、石墨烯、或其组合。如上文所讨论的，具有高热导率的散热器可能是有益的，因为它会增加散热器从环境中吸收的热，并且进一步改善从散热器到与散热器耦接的一个或更多个热传感器的热传递。在一些实施方式中，散热器可以具有暴露于设备外部的不平坦或粗糙表面，以增加散热器的能够从周围环境吸收热的表面积。

根据一些实施方式，可以将第一热传感器和第二热传感器分别以允许从散热器到相应热传感器的热传递的任何方式相应地耦接至第一散热器和第二散热器。例如，可以将热传感器嵌入散热器内和/或可以使用导热粘合剂(例如，硅树脂胶、环氧树脂胶、聚酰亚胺树脂胶、陶瓷胶)将其粘附至热传感器。

根据一些实施方式，热传感器110和120可以包括被配置成产生指示其温度的信号的任何部件或部件的组合。热传感器可以包括例如：热敏电阻(例如，负温度系数(NTC)热敏电阻)、电阻温度计(RTD)、热电偶、基于半导体的传感器、或其组合。虽然在图1的示例中，单个热传感器被描绘为热耦合至所描绘的散热器中的每一个，但是将理解，一般而言，另外的热传感器也可以耦接至给定的散热器并且它们的信号可以被传送至控制器115。

根据一些实施方式，控制器115可以被配置成基于从第一热传感器110和第二热传感器120接收的信号生成呼吸指示。如上所述，如此配置的控制器可以包括处理器(例如，通用处理器、微处理器等)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)和/或现场可编程门阵列(FPGA)，其被布置成从热传感器接收温度指示并且被配置成基于所接收的温度指示中的至少一些来生成呼吸指示。例如，控制器115可以是耦接至包括有指令的计算机可读介质(图1中未绘出)的通用处理器，当执行该指令时，使处理器生成所述呼吸指示。替选地，控制器115可以是ASIC，其通过电路被配置成生成所述呼吸指示。无论控制器115被如何配置，所生成的呼吸指示可以包括表示呼吸的任何信息，并且不需要一定是呼吸率。作为非限制性示例，由至少一个控制器生成的呼吸指示可以包括口温度的度量、鼻温度的度量、鼻-口温度差的差分度量、正在进行的呼气量的度量和/或其他指示。

根据一些实施方式，控制器115可以被配置成基于从传感器110和120接收的温度指示和/或通过分析由控制器生成的呼吸指示来确定呼吸率。例如，呼气量的指示可能随时间振荡(例如，正弦地或以其他方式)，因而可以由控制器115通过确定振荡周期来计算呼吸率。

根据一些实施方式，控制器115可以被配置成基于从传感器110和120接收的温度指示和/或通过分析由控制器生成的呼吸指示来确定通气量(例如，潮气量)和/或通气量率(例如，分钟通气量)。例如，呼气量的指示可能随时间振荡(例如，正弦地或以其他方式)，因而可以由控制器115基于所接收的温度指示随时间变化的方式(例如，温度振荡的平均值和/或幅度)、对环境温度的测量和/或所确定的呼吸率来计算通气量和/或通气量率。

根据一些实施方式，控制器115可以被配置成由模拟信号产生数字信号(例如，用于经由通信设备126传送至另一设备)。例如，控制器115可以包括模拟电子器件(例如ASIC)，其被配置成基于从热传感器110和120接收的信号生成呼吸指示。控制器115还可以包括一个或更多个部件(例如，微控制器、模数转换器(ADC)等)，其被配置成根据所生成的模拟呼吸指示产生数字信号。

根据可穿戴设备100包括有通信设备126的一些实施方式，控制器115可以被配置成将来自传感器110和120的温度指示、由控制器生成的呼吸指示、和/或所确定的呼吸率(在控制器被如此配置的情况下)提供给通信设备以用于将所述指示传送至外部设备。通信设备可以包括任何合适的有线通信技术和/或无线通信技术，例如但不限于：通用串行总线(USB)设备、以太网设备、无线设备(例如，IEEE 802.11Wi-Fi设备)、蓝牙设备、或其组合。

根据可穿戴设备100包括有显示器127的一些实施方式，控制器115可以被配置成向显示器输出信号，该显示器被配置成使得该显示器产生对由控制器从传感器110和/或120接收的温度指示、由控制器生成的呼吸指示、和/或所确定的呼吸率(在控制器被如此配置的情况下)的可视指示。显示器127可以包括任何合适的一种或多种类型的显示器，包括一个或更多个LED和/或液晶显示器。由控制器输出到显示器127的信号可以由控制器基于设备100内设置的显示器的类型产生。根据一些实施方式，显示器127可以是液晶显示器，并且控制器115可以被配置成经由数字位或其他方式在显示器上显示由控制器确定的呼吸率、通气量和/或通气量率的可视指示。

图2描绘了根据一些实施方式的其中可穿戴设备与计算设备通信的说明性系统。系统200是其中设备100经由通信链路235与外部设备(在此情况下是计算设备250)通信的系统的说明性示例。根据一些实施方式，元件210、211、215、220、221和226可以分别经由关于元件110、111、115、120和121的上述技术中的任何技术来配置。

在一些实施方式中，计算设备250可以包括被配置成通过分析从由一个或更多个患者佩戴的可穿戴设备接收的信号对所述患者进行监测的软件和/或硬件。在一些情况下，当确定患者的呼吸(例如，呼吸率和/或通气量)已经下降到阈值水平以下时，可以由计算机设备250生成警报。如上所述，诸如呼吸率和/或通气量的值可以由可穿戴设备计算、由计算机设备计算、或者由这两个设备来计算。

在一些实施方式中，系统200可以包括环境温度传感器240。传感器240可以被配置成以任何合适的方式测量靠近可穿戴设备201的周围环境的温度。在一些实施方式中，温度传感器240可以经由通信链路耦接至可穿戴设备201，并且来自传感器的温度读数可以被发送至可穿戴设备。在这样的情况下，控制器215可以基于一个或更多个接收到的读数来确定呼吸的度量(例如，通气量)。在一些实施方式中，温度传感器240可以经由通信链路耦接至计算设备250，并且来自传感器的温度读数可以被发送至计算设备。在这样的情况下，计算设备250可以基于一个或更多个接收到的读数来确定呼吸的度量(例如，通气量)。在一些实施方式中，环境温度传感器240可以是计算设备250的部件。

为了提供一种可以配置如上所述的可穿戴设备的说明性方式，图3A至图3D描绘了根据一些实施方式的对于可穿戴设备的说明性设计。说明性可穿戴设备300包括外壳301，其可以由具有低热导率的塑料(或类似)材料制成。该设备可以经由粘着剂302和/或通过由医用级胶带制成的粘附至面部(例如，脸颊上的皮肤)的贴片附着至患者的皮肤。

图3B中示出了说明性可穿戴设备300的顶面投影、正面投影、底面投影和侧面投影。鼻散热器303和口散热器304安装在外壳内，其中从外壳去除材料以允许散热器暴露于环境，使得从鼻部和口部出来的气体可以入射在散热器上(或者至少使得来自这种呼气的热可以另外经由对流和传导而被散热器吸收)。散热器303和304可以彼此热分离，使得入射在其中一个散热器上的热被阻挡或抑制而无法到达另一散热器。例如，鼻散热器303可以被布置成使得在佩戴该设备时很少或不存在从口部到达鼻散热器的热。类似地，口散热器304可以被布置成使得在佩戴该设备时很少或不存在从鼻部到达口散热器的热。

说明性可穿戴设备300可以包括由铜形成的散热器，因为铜具有高热导率以及抗菌属性，这使得其理想地用于医疗目的。散热器可以采用各种形状，并且可以具有通过计算机模拟而被优化以使呼吸流的热到散热器的热传递最大化的设计。在所描绘的说明性可穿戴设备300的情况下，散热器的形状是矩形薄板。如图所示，散热器从外壳内固定，与外壳的外表面留有小间隙，以避免与皮肤直接接触。

在说明性可穿戴设备300中，散热器303和304吸收来自呼吸气流的热并将其分别传递到热传感器305和306。图3C中包括呼吸传感器的剖视图，其中示出了鼻热传感器305和口热传感器306。热传感器可以固定到相应散热器的面向外壳内的表面。在说明性可穿戴设备300中，热传感器305和306是热敏电阻，其主体借助于传导性陶瓷胶粘合至铜散热器。

在说明性可穿戴设备300中，患者吸气和呼气时的呼吸流动气体内的温度变化将引起热传感器电阻的变化，该变化可以被转换成电信号，该电信号被发送到通过印刷电路板307连接的控制器部件308和309。说明性可穿戴设备300中的控制器包括部件308，其包括：耦接至热传感器305和306的惠斯通(Wheatstone)桥配置，其中电路输出与散热器中的温度变化相关的差分电压；以及用于信号调节的带通滤波器。控制器部件309包括集成在微控制器中的模数转换器(ADC)，其被配置成将模拟电压信号转换成数字数据，该数字数据可以被处理以获得呼吸流参数。在一些实施方式中，微控制器可以包括用于与外部监视器通信的无线(例如蓝牙)链路。替选地或附加地，设备可以包括连接器，通过该连接器建立到外部监视器的有线链路(例如，USB线缆)。线缆将所测量的信号从传感器传递到外部监视器，并且还从位于外部监视器处的电压源为设备中的电子器件供电。借助于电池310为电子器件供电，在图3D中可以看到电池310。图3E描绘了图3A至图3D的说明性设备可以被安装在患者上唇上的方式。

图16描绘了根据一些实施方式的对于可穿戴设备的替选的说明性设计。与图3A至图3D的示例一样，说明性可穿戴设备1600包括外壳1601，其可以由具有低热导率的塑料(或类似)材料制成。设备1600可以经由粘着剂和/或通过由医用级胶带制成的粘附至面部(例如，脸颊上的皮肤)的贴片附着至患者的皮肤。

图16中示出了说明性可穿戴设备1600的顶面投影、正面投影、底面投影、侧面投影和透视投影。鼻散热器1603和口散热器1604安装在外壳内，其中从外壳去除材料以允许散热器暴露于环境，使得从鼻部和口部出来的气体可以入射在散热器上(或者至少使得来自这种呼气的热可以另外经由对流和传导而被散热器吸收)。与图3A至图3D的设备300相比，在图16的示例中，口散热器1604被更深地安装在外壳内，并且外壳包括处于口接纳件区域1605内的开口。该开口用于收集呼出的空气并将其汇集到口散热器1604上，在图16中，口散热器1604以虚线示出，因为在所示的投影中无法从设备外部看到口散热器。

除了设备300的操作之外，图3A至图3D的散热器的上述讨论也可以分别应用于图16的散热器和设备1600。

图4是根据一些实施方式的适合于基于由两个热传感器产生的信号产生呼吸指示的说明性电路。说明性设备100、201和/或300中的任何一个可以包括电路400(例如，分别作为控制器115、215、308或309中的一些或全部)，其被配置成基于由热传感器401和402测量的(分别表示口温度和鼻温度)温度差产生差分电压。这样，在该说明性电路中，由该电路生成的呼吸指示是表示两个热传感器之间的温度差的差分信号。如图所示，在A部分中热传感器被配置成惠斯通桥拓扑，这些热传感器的输出被提供给B部分中的差分放大器。

图5是根据一些实施方式的用于处理由热传感器产生的信号的说明性滤波器和放大器电路。如上所述，对由控制器(或在控制器内)生成的呼吸指示进行滤波和/或放大可能是有益的。说明性电路500可以被包括在任何合适的控制器中，以对基于由热传感器产生的信号而生成的任何合适的呼吸指示进行滤波和放大。例如，电路500的输入可以是但不限于由电路400产生的输出差分电压信号。在图5的示例中，滤波器是截止频率为0.1Hz和2.5Hz的3极带通滤波器。电压放大器级的增益为76。

图6示出了根据一些实施方式的被用于基于振荡的呼吸指示进行一种示例性呼吸率估计的数据。图6和以下描述提供了一种说明性方式，其中可以根据由可穿戴设备的控制器产生的呼吸指示来测量呼吸率。所描述的估计过程可以由可穿戴设备的控制器执行和/或由外部设备(例如，从可穿戴设备接收呼吸指示的计算设备)执行，例如但不限于以上描述的控制器115、215、308或309。

在图6的示例中，使用均值交叉算法来估计呼吸率(RR)。在图6的说明性示例中，使用5秒的移动窗向由可穿戴设备产生的呼吸指示(黑色)应用数字平均滤波器以获得经滤波的信号(灰色)。然后，呼吸指示信号(上升)与经滤波的信号之间的正交叉被标记为呼吸循环的起点。然后可以由获得的标记计算呼吸循环周期。

在一些实施方式中，可以使用30秒的时间窗来计算平均呼吸循环周期，以估计平均呼吸率。该算法可以周期性地更新平均RR，例如每1秒更新一次。然而，也可以利用时间窗、移动窗和/或更新周期的其他合适的值。

作为一种可以用来估计通气量指示和/或通气量率指示(特别地，潮气量(TV)和/或分钟通气量(MV))的说明性技术，提供以下描述。潮气量是在正常吸气与呼气之间置换的空气量，而呼吸分钟通气量是在一分钟的时间跨度中如此置换的空气量。RR、MV以及TV之间的关系是MV＝TV×RR。

为了根据由可穿戴设备的传感器获取的温度信号估计MV和TV，可以在温度参数(例如，温度平均值(DC)、温度振荡幅度(AC)、环境温度(T_amb)、以及呼吸率(RR))之间建立关系。作为一个示例，可以经由解决Navier-Stokes方程和热方程的计算流体动力学和传热模拟来建立这种关系。在这种模拟中可以包括适当的假设，例如假设空气的不可压缩且粘性的流体流动、以及传感器中的散热器为传导材料。

已经观察到，可以根据以下关系计算MV的准确计算值：

log₁₀ MV＝1.8994log₁₀ AC+2.8950log₁₀ RR-0.2907DC+0.1916T_amb-28.3850

其中，MV是计算的分钟通气量，单位为l/min(升每分钟)；AC是由可穿戴设备的一个或更多个温度传感器测量的观察到的温度振荡幅度，单位为摄氏度；RR是设备佩戴者的呼吸率，单位为每分钟呼吸次数(BPM)(其可以根据由与本文所述的相同设备产生的测量值或以其他方式计算得到)；DC是由可穿戴设备的一个或更多个温度传感器在一段时间内测量的观测平均温度，单位为摄氏度；以及T_amb是测量的环境温度(例如，经由图2所示的温度传感器240测量)。可以使用关系MV＝TV×RR，经由关于MV的等效公式，计算出以升为单位的潮气量。

根据由热传感器进行的温度测量来估算潮气量(TV)的另一种方法可以基于共轭传热理论。在该说明性框架内，可以通过下式对经受强制对流流动的传导板中发生的热传递建模：

其中，u是气流速度大小，c_p、ρ_c和h分别是铜板热容、密度和厚度，和T_s是温度的时间变化率和铜板表面的温度，而T₀是呼吸冲击射流的温度。值k_a和D是空气热导率和气流的特征长度。最后，Nu(u)是传热设置的努塞尔(Nusselt)数，其表示对流与传导性热传递的比率，取决于流动和几何学特性。

按照Strieg和Diller(1984)，平坦表面上冲击射流的局部努塞尔数可以被计算为：

其中，Re＝uD/μ是雷诺系数，其通过流速u、特征直径d(在这种情况下为鼻孔宽度)和空气运动粘度μ来表征流动。x是相对于冲击射流的轴线的距离，而L是传感器到鼻孔的距离。变量a_L和a_c是适合模拟工作温度的参数。最后，F是夹带(entrainment)因子，其根据室温T_∞和射流温度T₀将表面温度T_s归一化：

努塞尔数被校正为其在正弦周期上的瞬态平均Nu，即

其中u_c和u_∞分别代表正弦波振幅和平均速度。这些算式限定了传感器温度与流体流动之间的非线性经验关系，根据这些算式，可以通过在呼气时间窗内进行数值积分来计算TV。

说明性实验：设置

在上文已经描述本发明的众多实施方式的同时，在下文中描述说明性的初步研究以进一步示出本发明的实施方式的优点。以下描述不应视为对任何特定实施方式的限制，而仅作为示例提供。

位置灵敏度测试：为了测试可穿戴设备对患者身上的位置的灵敏度，我们使用图3A至图3D中所示的可穿戴设备和单热敏电阻传感器两者，如图7所示在受试志愿者面部上标记的标线上的多个位置处获取呼吸信号。在该示例中，标线尺寸为7.5mm乘7.5mm正方形，并且在测试期间被放置在所示的各种不同位置处。首先，出于该测试的目的，受试者跟随被设定为6bpm和15bpm的精确节拍器呼吸，为期1分钟。然后，对由可穿戴设备获取的呼吸流信号进行处理，以计算呼吸率(RR)、信噪比(SNR)和最大信号幅度。使用单热敏电阻传感器(例如，NTC 10k热敏电阻、Vishay部件)重复此方案，针对其记录同样的输出，以对两者的性能进行比较。

人体初步研究：为了评估说明性可穿戴设备的性能，招募了17名健康的受试志愿者进行初步研究。收集了人体测量数据。入选标准包括：i)受试者年龄在18至65岁之间，ii)不吸烟者，iii)没有慢性肺病记录，以及iv)对铜不过敏。将呼吸传感器安装在所有受试者身上(例如，如图3E所示)，并且在整个研究过程期间连续测量由可穿戴设备产生的呼吸率指示。此外，在受试者身上安装了脉搏血氧仪(粒子传感器,MAX30105,Sparkfun)和胸带(拉伸传感器,RB-Ada-34,Adafruit Industries)，以连续记录外周血氧饱和度(SpO2)、心率(HR)和胸部运动。在实验过程中，通过人员按下按钮来记录呼吸周期的视觉计数。要求所有受试者以仰卧位躺在担架上。

在研究过程中，对每个受试者执行了以下测试(按发生时间顺序)：

1.受引导的呼吸测试：要求受试者用他/她的鼻部跟随6bpm、8bpm和10bpm的节拍器呼吸一分钟。然后重复该实验进行口呼吸，通过使用鼻栓阻挡鼻部气流。

2.自发的呼吸测试：要求受试者在10分钟内休息并自发地呼吸。

3.不稳定的呼吸测试：在为期1分钟的自发呼吸后，要求受试者屏住呼吸，只要他们感觉舒适即可。在第二个为期一分钟的正常呼吸后，要求受试者尽其可能长久地在声门闭合的情况下呼吸，以模拟受阻塞的呼吸。

根据图4至图6的示例，对记录的呼吸信号执行数据分析。移动时间窗‘i’的相对误差被计算为

其中，RR_i,ref是根据视觉计数获得的RR参考值，并且RR_i,meas是根据可穿戴设备的测量值获得的RR。偏差(bias)被定义为相对误差集(i＝1,...,N_windows)的平均值，精度(precision)是相对误差集的标准差，并且准确度(accuracy)被定义为相对误差集的均方根值。

说明性实验：结果

位置灵敏度测试

在图8A中示出了对于6BPM的呼吸频率，在单热敏电阻传感器和可穿戴设备中测量的不同位置的呼吸信号的最大幅度，并且在图8B中示出了对于15BPM的呼吸频率的所述最大幅度。对在标记处测量的值进行内插以改善数字解译。对于处于两个呼吸率下的单热敏电阻传感器，鼻孔正下方区域中的信号幅度高，但随着热敏电阻的位置变远，信号幅度迅速降低。相比之下，可穿戴设备总体上传递较低的信号幅度，随着传感器的位置相对于鼻孔更远，该信号幅度会以较慢的速率降低。

在该灵敏度研究中针对考虑的所有位置计算了信噪比，在图9A的分布图中报告了对于呼吸率为6BPM的情况的信噪比，在图9B的分布图中报告了对于呼吸率为15BPM的情况的信噪比。在所有图中，针对SNR＝0的水平集绘制了实线，指示信号和噪声具有相同幅度的区域。在这两种情况下，可穿戴设备的SNR分布对于大概所有被研究的区域都是正的，除了右下方较远的小区域之外。相比之下，热敏电阻在鼻孔附近处具有正SNR值，并且随着其位置变远会迅速衰减。

在图10A和图10B中分别报告了具有6BPM和15BPM的受引导呼吸的准确度值的分布图。对于可穿戴设备，除了右下角的很小的区域之外，在整个研究区域中，准确度始终小于大约5％。相比之下，单热敏电阻传感器仅在鼻孔正下方的缩小区域内达到小于5％的准确度值，在该区域之外准确度迅速增加到40％的值。

人体初步研究

在图11A中针对鼻呼吸的情况报告了在6BPM、8BPM和10BPM的受引导呼吸下样本组的偏差和精度值，并且在图11B中针对口呼吸的情况报告了所述偏差和精度值。在鼻呼吸的情况下，对于所有的呼吸率，样本组的偏差小于2％并且精度小于4％。口呼吸的情况显示出高得多的偏差，其值高达43％(绝对值)，以及更大的精度，其达到66％。

在图12A中报告了对于在休息状态下自发呼吸的样本组的受试者8，基于由可穿戴设备产生的呼吸指示而确定的呼吸率的时间演变以及经由参考方法(视觉计数)确定的呼吸率的时间演变。基于由可穿戴设备进行的测量而计算的RR在整个时间范围内紧随参考值，虽然在实验开始时有轻微偏差。为了评估可穿戴设备与参考方法之间的一致性，图12B中包括了Bland-Altman图，其中平均差为0.19BPM。在图13中呈现了考虑整个样本组的Bland-Altman图，其中可穿戴设备与参考方法之间的平均差为0.47BPM。

在图14A中报告了在用于不稳定的呼吸测试的样本组的受试者7中，由可穿戴设备产生的呼吸指示、根据其确定的RR、以及由脉搏血氧仪测量的外周血氧饱和度(SpO2)的时间演变。根据呼吸信号，在时间间隔[60,90]中发现平稳期，其对应于屏住呼吸约30秒。在该时间范围内，基于由可穿戴设备产生的呼吸指示确定的呼吸率仅在屏住呼吸气流后15秒达到5BPM。在所分析的整个时间范围内，SpO2均高于98％。

在对受试者6的自发呼吸研究期间，在患者入睡时通过可穿戴设备和通过视觉计数两者捕获睡眠呼吸暂停事件。在14B中报告了对于受试者6由可穿戴设备产生的呼吸指示、根据其确定的RR、以及由脉搏血氧仪测量的外周血氧饱和度(SpO2)。根据呼吸信号辨别出三个呼吸暂停事件，其中可以清楚地识别出平稳期。在识别出的三个呼吸暂停事件期间，基于由可穿戴设备产生的呼吸指示确定的RR降至6BPM。在整个研究过程期间，SpO2均高于95％，但观察到一些振荡，这些振荡与基于由可穿戴设备产生的呼吸指示确定的RR在时间上相关。

图15示出了可以在其上实现本文所描述的技术的各方面的合适的计算系统环境1500的示例。例如，计算系统1500可以形成可穿戴设备的控制器的一部分或全部(例如，图1中的控制器115、图2中的控制器215和/或图3A至图3E中的控制器部件308和/或309)以及/或者可以形成可穿戴设备与之通信的计算设备的一部分或全部(例如，图2中所示的计算设备250)。计算系统环境1500仅是合适的计算环境的一个示例，并且不旨在提出关于本文所述技术的使用范围或功能的任何限制。计算环境1500也不应当被解释为具有与在示例性操作环境1500中示出的任何部件或部件组合有关的任何依赖性或要求。

本文所述技术与许多其他通用或专用计算系统环境或配置一起操作。可以适合于与本文所述技术一起使用的公知的计算系统、环境和/或配置的示例包括但不限于：个人计算机、服务器计算机、手持设备或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费性电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等。

计算环境可以执行诸如程序模块的计算机可执行指令。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。也可以在由通过通信网络链接的远程处理设备执行任务的分布式计算环境中实践本文所述的技术。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括有存储器存储设备的本地计算机存储介质和远程计算机存储介质二者中。

参照图15，用于实现本文所述技术的示例性系统包括计算机1510形式的通用计算设备。例如，计算机1510可以被分别实现为图1和图2所示的控制器115或控制器215，或者可以被实现为图2所示的计算设备250。

计算机1510的部件可以包括但不限于：处理单元1520、系统存储器1530、以及系统总线1521，系统总线将包括系统存储器在内的各种系统部件耦接至处理单元1520。系统总线1521可以是若干种类型的总线结构中的任一种，包括使用各种总线架构中的任一种的局部总线、存储器总线或存储器控制器、外围总线。作为示例而非限制，这样的架构包括：工业标准体系结构(ISA)总线、微通道体系结构(MCA)总线、增强型ISA(EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)局部总线、以及外围部件互连(PCI)总线，其也称为夹层(Mezzanine)总线。

计算机1510通常包括各种计算机可读介质。计算机可读介质可以是可以由计算机1510访问的任何可用介质，并且其包括易失性和非易失性介质、可移除和不可移除介质。作为示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于：RAM、ROM、EEPROM、闪速存储器或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储装置、盒式磁带、磁带、磁盘存储装置或其他磁存储设备、或者可以用于存储期望的信息并且可以由计算机1510访问的任何其他介质。通信介质通常以诸如载波或其他传输机制的调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据，并且包括任何信息传递介质。术语“调制数据信号”意指以在信号中编码信息的方式使其特性中的一个或更多个特性被设定或改变的信号。作为示例而非限制，通信介质包括诸如有线网络或直接有线连接的有线介质，以及无线介质例如声学、RF、红外以及其他无线介质。以上任何介质的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。

系统存储器1530包括易失性存储器和/或非易失性存储器形式的计算机存储介质，例如只读存储器(ROM)1531和随机存取存储器(RAM)1532。ROM 1531中通常存储有基本输入/输出系统1533(BIOS)，其包含有助于例如在启动期间在计算机1510内的元件之间传送信息的基本例程。RAM 1532通常包含可被处理单元1520立即访问和/或处理单元1520当前正对其进行操作的数据和/或程序模块。作为示例而非限制，图15示出了操作系统1534、应用程序1535、其他程序模块1536和程序数据1537。

计算机1510还可以包括其他可移除/不可移除、易失性/非易失性计算机存储介质。仅作为示例，图15示出了：硬盘驱动器1541，其针对不可移除的非易失性磁介质进行读取或写入；闪存驱动器1551，其针对诸如闪速存储器的可移除的非易失性存储器1552进行读取或写入；以及光盘驱动器1555，其针对诸如CD ROM或其他光学介质的可移除的非易失性光盘1556进行读取或写入。可以在示例性操作环境中使用的其他可移除/不可移除、易失性/非易失性计算机存储介质包括但不限于：盒式磁带、闪存卡、数字通用盘、数字录像带、固态RAM、固态ROM等。硬盘驱动器1541通常通过诸如接口1540的不可移除存储器接口连接至系统总线1521，并且磁盘驱动器1551和光盘驱动器1555通常通过诸如接口1550的可移除存储器接口连接至系统总线1521。

以上所讨论的并且在图15中示出的驱动器及其相关联的计算机存储介质为计算机1510提供对计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在图15中，例如，硬盘驱动器1541被示为存储有操作系统1544、应用程序1545、其他程序模块1546和程序数据1547。注意，这些部件可以与操作系统1534、应用程序1535、其他程序模块1536和程序数据1537相同或不同。这里向操作系统1544、应用程序1545、其他程序模块1546和程序数据1547赋予不同的附图标记是为了说明至少它们是不同的副本。用户可以通过输入设备例如键盘1562和定点设备1561将命令和信息输入至计算机1510中，定点设备1561通常指鼠标、轨迹球或触摸板。其他输入设备(未示出)可以包括麦克风、操纵杆、游戏板、圆盘式卫星天线、扫描仪等。这些和其他输入设备通常通过耦接至系统总线的用户输入接口1560连接至处理单元1520，但是也可以通过其他接口和总线结构(例如并行端口、游戏端口或通用串行总线(USB))进行连接。监视器1591或其他类型的显示设备也经由接口(例如视频接口1590)连接至系统总线1521。除了监视器之外，计算机还可以包括其他外围输出设备，例如可以通过输出外围接口1595连接的扬声器1597和打印机1596。

计算机1510可以使用到一个或更多个远程计算机(例如远程计算机1580)的逻辑连接在联网环境中操作。尽管在图15中仅示出了存储器存储设备1581，但是远程计算机1580可以是个人计算机、服务器、路由器、网络PC、对等设备或其他公共网络节点，并且通常包括以上关于计算机1510描述的许多元件或所有元件。图15中描绘的逻辑连接包括局域网(LAN)1571和广域网(WAN)1573，但是也可以包括其他网络。这样的联网环境常见于办公室、企业范围计算机网络、内联网和因特网。

在用于LAN联网环境中的情况下，计算机1510通过网络接口或适配器1570连接至LAN 1571。在用于WAN联网环境中的情况下，计算机1510通常包括调制解调器1572或用于在WAN 1573(例如因特网)上建立通信的其他手段。调制解调器1572可以是内部的或外部的，可以经由用户输入接口1560或其他适当的机制连接至系统总线1521。在联网环境中，关于计算机1510描述的程序模块或其部分可以存储在远程存储器存储设备中。作为示例而非限制，图15将远程应用程序1585示为驻留在存储器设备1581上。将理解，所示的网络连接是示例性的，并且可以使用在计算机之间建立通信链路的其他手段。

已经如此描述了本发明的至少一个实施方式的若干方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种变更、修改和改进。

这样的变更、修改和改进旨在成为本公开内容的一部分，并且旨在处于本发明的精神和范围内。此外，尽管指出了本发明的优点，但是应当理解，并不是本文所描述的技术的每个实施方式都将包括每个所描述的优点。一些实施方式可以不实现在本文中被描述为有利的任何特征，并且在一些实例中，可以实现一个或更多个所述特征以实现另外的实施方式。因此，上述描述和附图仅作为示例。

本文所描述的技术的上述实施方式可以以多种方式中的任何方式实现。例如，可以使用硬件、软件或其组合来实现实施方式。当在软件中实现时，不论软件代码被提供在单个计算机中还是分布在多个计算机中，都可以在任何合适的处理器或处理器集合上执行软件代码。这样的处理器可以被实现为集成电路，在集成电路部件中具有一个或更多个处理器，集成电路部件包括本领域已知的例如名为CPU芯片、GPU芯片、微处理器、微控制器或协处理器的市售的集成电路部件。替选地，处理器可以被实现在诸如ASIC的定制电路或通过配置可编程逻辑器件得到的半定制电路中。作为另一替选方案，处理器可以是较大的电路或半导体器件的一部分，不论其是市售的、半定制的还是定制的。作为具体示例，一些市售的微处理器具有多个核，使得这些核中的一个或子集可以构成处理器。然而，可以使用任何合适形式的电路来实现处理器。

此外，应当理解，计算机可以以多种形式中的任何形式来体现，例如机架式计算机、台式计算机、膝上型计算机或平板计算机。附加地，计算机可以嵌入在通常不被认为是计算机但具有合适的处理能力的设备中，包括个人数字助理(PDA)、智能电话或任何其他合适的便携式或固定电子设备。

此外，计算机可以具有一个或更多个输入设备和输出设备。除了其他方面，这些设备还可以用于提供用户接口。可以用于提供用户接口的输出设备的示例包括用于输出的视觉呈现的打印机或显示屏以及用于输出的可听呈现的扬声器或其他声音生成设备。可以用于用户接口的输入设备的示例包括键盘和定点设备，定点设备例如鼠标、触摸板和数字化平板电脑。作为另一示例，计算机可以通过语音识别或以其他可听格式接收输入信息。

这样的计算机可以通过任何合适形式的一个或更多个网络(包括诸如企业网络或因特网的局域网或广域网)互连。这样的网络可以基于任何合适的技术，并且可以根据任何合适的协议来运行，并且可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。

此外，本文概述的各种方法或处理可以被编码为软件，该软件可在采用各种操作系统或平台中的任一种的一个或更多个处理器上执行。附加地，这样的软件可以使用许多合适的编程语言和/或编程工具或脚本工具中的任何语言和/或工具来编写，并且还可以被编译为在框架或虚拟机上执行的可执行机器语言代码或者中间代码。

在这方面，本发明可以被实现为编码有一个或更多个程序的计算机可读存储介质(或多个计算机可读介质)(例如，计算机存储器、一个或更多个软盘、致密盘(CD)、光盘、数字视频盘(DVD)、磁带、闪速存储器、现场可编程门阵列或其他半导体设备中的电路配置、或者其他有形计算机存储介质)，当在一个或更多个计算机或其他处理器上执行该一个或更多个程序时，执行实现以上讨论的本发明的各种实施方式的方法。从前述示例中明显的是，计算机可读存储介质可以保留信息达足够的时间以提供非暂态形式的计算机可执行指令。这样的一个或多个计算机可读存储介质可以是可传输的，使得存储在其上的一个或更多个程序可以被加载到一个或更多个不同的计算机或者其他处理器上以实现如上所述的本发明的各个方面。如本文所使用的，术语“计算机可读存储介质”仅包括可以被认为是制造品(即，制品)或机器的非暂态计算机可读介质。替选地或附加地，本发明可以体现为不同于计算机可读存储介质的计算机可读介质，例如传播信号。

当在本文中使用术语“程序”或“软件”时，其在一般意义上指可以被用于对计算机或者其他处理器进行编程以实现如上文讨论的本发明的各个方面的任何类型的计算机代码或者计算机可执行指令集。附加地，应当理解，根据本实施方式的一个方面，在执行本发明的方法时执行的一个或更多个计算机程序不需要驻留在单个计算机或处理器上，而是可以以模块化方式分布在许多不同的计算机或处理器中以实现本发明的各个方面。

计算机可执行指令可以是许多形式，例如由一个或更多个计算机或其他设备执行的程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。通常，在各种实施方式中可以根据需要组合或分布程序模块的功能。

此外，数据结构可以以任何合适的形式存储在计算机可读介质中。为了简化说明，数据结构可以被示为具有通过在数据结构中的位置而相关的字段。同样地可以通过为计算机可读介质中传达字段之间的关系的位置处的字段分配存储而实现这样的关系。然而，可以使用任何合适的机制来建立数据结构的字段中的信息之间的关系，包括通过使用指针、标签或在数据元素之间建立关系的其他机制。

本发明的各个方面可以单独使用、组合使用或以前文所述实施方式中没有具体讨论的多种布置使用，并且因此在其应用中不限于在前面的描述中阐述或在附图中示出的部件的细节和布置。例如，一个实施方式中描述的各方面可以与其他实施方式中描述的方面以任何方式组合。

此外，本发明可以被体现为一种方法，已经提供了该方法的示例。作为该方法的一部分执行的动作可以以任意合适的方式排序。因此，可以构造以与所示顺序不同的顺序执行动作的实施方式，这些实施方式可以包括同时执行一些动作，即使其在说明性实施方式中被示为顺序动作。

本文描述了可以由患者佩戴的可穿戴设备的实施方式。将理解，在此上下文中，术语“患者”通常用于指代受试者，该受试者不一定是医疗机构的入院患者。实际上，由本文描述的技术提供的行动自由可以允许在家中或其他地方使用可穿戴设备。因此，本文中“患者”的使用不应被视为将任何实施方式限制为在任何特定环境(例如医学环境)下使用，也不限制为任何特定类型的个人。

另外，本文描述的可穿戴设备的实施方式不应被视为限制为与特定医疗状况相关地使用或用于预防特定医疗结果。尽管已经给出了例如关于呼吸抑制的示例，但是将理解，本文所描述的可穿戴设备也可以用于期望监视患者呼吸的任何情况，例如但不限于：在手术期间、在患者恢复期间、在诊断和/或监测睡眠呼吸暂停时等。

此外，可以将一些动作描述为由“用户”采取。应当理解，“用户”不必是单个个体，并且在一些实施方式中，可归因于“用户”的动作可以由一组个体执行和/或由个体与计算机辅助工具或其他机制联合执行。

在权利要求书中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等的序数术语来修饰权利要求要素本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一权利要求要素的任何优先级、优先顺序或次序，也不意味着执行方法动作的时间顺序，而仅被用作将具有某个名称的一个权利要求要素与具有同一名称(如果不使用序数术语)的另一要素进行区分的标记以区分权利要求要素。

此外，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为是限制性的。在本文中使用的“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变型意指包含此后列出的项及其等同物以及附加项。

Claims

1.一种可穿戴设备，其被构造成佩戴在受试者的口部与所述受试者的鼻部之间，所述设备包括：

外壳；

第一散热器，所述第一散热器被布置在所述外壳内，并且包括第一板，所述第一板通过所述外壳的上表面至少部分暴露，其中，所述上表面被构造成当所述可穿戴设备被所述受试者穿戴时被布置成靠近所述受试者的鼻部；

第一温度传感器，其热耦合至所述第一散热器并且被配置成产生指示第一温度的第一信号；

第二散热器，所述第二散热器被布置在所述外壳内，并且包括第二板，所述第二板通过所述外壳的下表面至少部分暴露，其中，所述下表面被构造成当所述可穿戴设备被所述受试者穿戴时被布置成靠近所述受试者的口部；

第二温度传感器，其热耦合至所述第二散热器并且被配置成产生指示第二温度的第二信号，所述第二信号独立于所述第一信号；以及

至少一个控制器，其耦接至所述第一温度传感器和所述第二温度传感器，所述至少一个控制器被配置成进行以下操作：

接收来自所述第一温度传感器的所述第一信号和来自所述第二温度传感器的所述第二信号；以及

至少部分地基于接收到的所述第一信号和接收到的所述第二信号生成受试者呼吸指示。

2.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其中，所述第一散热器和所述第二散热器中的至少一个包括铜。

3.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其中，所述至少一个控制器还被配置成基于接收到的所述第一信号和接收到的所述第二信号确定受试者呼吸率。

4.根据权利要求3所述的可穿戴设备，还包括至少一个显示器，其被配置成显示所确定的受试者呼吸率。

5.根据权利要求3所述的可穿戴设备，还包括至少一个音频设备，其被配置成产生所述受试者呼吸率的可听指示。

6.根据权利要求1所述的可穿戴设备，还包括至少一个显示器，其被配置成产生所生成的受试者呼吸指示的可视指示。

7.根据权利要求1所述的可穿戴设备，还包括外壳以及附着至所述外壳的粘合剂层。

8.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其中，所述至少一个控制器包括一个或更多个处理器、ASIC和/或FPGA。

9.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其中，所述至少一个控制器包括处理器，并且其中，所述可穿戴设备还包括存储有指令的计算机可读介质，所述指令在由所述处理器执行时至少部分地基于接收到的所述第一信号和接收到的所述第二信号生成所述受试者呼吸指示。

10.根据权利要求1所述的可穿戴设备，还包括至少一个计算机可读介质，并且其中，所述至少一个控制器被配置成将多个所生成的受试者呼吸指示存储在所述至少一个计算机可读介质上。

11.根据权利要求1所述的可穿戴设备，还包括耦接至所述至少一个控制器的至少一个通信设备，所述至少一个通信设备被配置成向外部设备输出所生成的受试者呼吸指示。

12.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其中，所述第一板和/或所述第二板具有粗糙或不平坦表面。

13.一种确定受试者呼吸的度量的方法，所述方法包括：

由可穿戴设备的至少一个控制器生成至少一个受试者呼吸指示，所述可穿戴设备被受试者佩戴在所述受试者的口部与所述受试者的鼻部之间，其中，所述可穿戴设备包括：

外壳；

所述至少一个控制器，其中，所述至少一个控制器耦接至所述第一温度传感器和所述第二温度传感器，并且其中，所述至少一个控制器被配置成至少部分地基于所述第一信号和所述第二信号生成受试者呼吸指示；以及

至少部分地基于至少一个受试者呼吸指示确定所述受试者的呼吸率、通气量和/或通气量率。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述可穿戴设备的所述至少一个控制器至少部分地基于所述至少一个受试者呼吸指示确定所述受试者的呼吸率。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述至少一个受试者呼吸指示传送至计算设备，并且其中，所述计算设备至少部分地基于所述至少一个受试者呼吸指示执行所述确定所述受试者的呼吸率、通气量和/或通气量率的动作。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述可穿戴设备经由粘合剂附着至所述受试者的上唇。

17.一种用于对受试者进行监测的系统，包括：

计算设备；以及

可穿戴设备，其被构造成佩戴在所述受试者的口部与所述受试者的鼻部之间，所述设备包括：

外壳；

第二温度传感器，其热耦合至所述第二散热器并且被配置成产生指示第二温度的第二信号，所述第二信号独立于所述第一信号；

至少部分地基于接收到的所述第一信号和接收到的所述第二信号生成受试者呼吸指示；以及

通信设备，其被配置成将所生成的受试者呼吸指示传送至所述计算设备。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述计算设备被配置成至少部分地基于从所述可穿戴设备的所述通信设备接收的至少一个受试者呼吸指示确定所述受试者的呼吸率。

19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述第一散热器和所述第二散热器中的至少一个包括铜。

20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述至少一个控制器还被配置成基于接收到的所述第一信号和接收到的所述第二信号确定所述受试者的呼吸率。

21.根据权利要求17所述的系统，其中，所述可穿戴设备还包括外壳以及附着至所述外壳的粘合剂层。

22.根据权利要求17所述的系统，其中，所述至少一个控制器包括处理器，并且其中，所述可穿戴设备还包括存储有指令的计算机可读介质，所述指令在由所述处理器执行时至少部分地基于接收到的所述第一信号和接收到的所述第二信号生成所述受试者呼吸指示。

23.根据权利要求17所述的系统，其中，所述可穿戴设备还包括至少一个计算机可读介质，并且其中，所述至少一个控制器被配置成将多个所生成的受试者呼吸指示存储在所述至少一个计算机可读介质上。