CN101953679A - 腕式红外脉搏监测方法及监测仪 - Google Patents

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一种腕式红外脉搏监测方法及监测仪，所述的方法包括一可佩戴于人体手腕处的监测仪，通过该监测仪将人体的脉搏、运动和位置信息通过无线通讯网络实时传送至监护中心，一旦被监测对象发生紧急状况时，以便提前或及时为其提供紧急救治措施或帮助；所述的监测仪，它主要由主机壳体部分、主机内部的主控电路板和表带组成，所述的主机壳体部分正面设置有显示屏，侧面设置有操作按钮和USB接口；所述的主控电路板集成有脉搏监测数字电路、三维加速度传感器电路、无线通讯射频电路或无线模块、中央基带处理器、电源管理电路、接口电路、SIM卡电路；它克服了目前采用压电式传感器测量手腕处脉搏方法干扰多、不稳定的问题；具有结构简单，使用方便，体积小、成本低、佩戴舒适等特点。

Description

腕式红外脉搏监测方法及监测仪
技术领域
本发明涉及的是一种可佩戴于手腕，用于人体脉搏和运动信息的实时监测，通过无线通信网络(GPRS/CDMA/EDGE/WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA)将实时信息传送到监护中心，同时通过无线通信网络实时获得被监护对象位置信息的腕式红外脉搏监测仪，可以用于个人、家庭和社区对老年人、小孩和病人的实时监护，通过其脉搏、活动状况、能量消耗以及位置等信息，了解其实时的状况，当发生危急状况时，以便提前或及时为其提供紧急救治措施或帮助。
背景技术
随着社会老龄化程度的提高，越来越多的老年人需要在家进行长期的医疗监护，尤其是一些长期患有心脏疾病的人或长期卧床的老人，更需要对他们的一些重要生命体征(如脉搏、运动信息)进行实时监控，以便在发生紧急状况时能及时进行救护。当今社会儿童的监护问题也日益突出，父母希望及时了解孩子的位置和活动状态，以便及时采取相应的措施或行动来保障他们的安全，帮助孩子更健康、更安全、更幸福地成长。
另外，随着人们生活节奏的加快及工作压力的增加，心脏病的发病率不断增加。由于心脏病发作带有很大的偶然性和突发性，将心脏病监护从医院扩展到社区、家庭，利用当前日益普及的网络技术对心脏病人实施远程监护，不论是从减轻病人的经济负担，提高对病情的早期预防能力。还是从增强医院的服务能力来说，都具有非常重要的现实意义和推广价值。而腕式红外脉搏监测装置体积小、质量轻、功能实用，不影响佩戴者自由活动，尤其受到使用者的欢迎。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种体积小、成本低、佩戴舒适，能将脉搏的检测装置、加速度传感器以及无线通讯模块集成在腕式手表型装置内，可佩戴于手腕处的腕式红外脉搏监测方法及监测仪。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种腕式红外脉搏监测方法，它包括一可佩戴于人体手腕处的监测仪，通过该监测仪将人体的脉搏、运动和位置信息通过无线通讯网络实时传送至监护中心，一旦被监测对象发生紧急状况时，以便提前或及时为其提供紧急救治措施或帮助；该监测方法主要是通过内含的红外传感器装置感应血液中含氧血红蛋白和血红蛋白的比例变化计算出人体的脉搏，通过内置的三维加速度传感器感应人体的运动信息，然后将这些信息经数据处理后通过集成的无线通讯电路传送至后台监护中心，同时采用无线通讯网络的基站定位技术确定被监测对象的实时位置，以便为被监测对象提供更及时、准确的服务。
本发明是通过内置的三维加速度传感器电路感应人体的步行节奏、跑步步速、跌倒的运动信息。
一种如上所述腕式红外脉搏监测方法的监测仪，它主要由主机壳体部分、主机内部的主控电路板和表带组成，所述的主机壳体部分正面设置有显示屏，侧面设置有操作按钮和USB接口；所述的主控电路板集成有脉搏监测数字电路、三维加速度传感器电路、无线通讯射频电路或无线模块、中央基带处理器、电源管理电路、接口电路、SIM卡电路；所述表带的内侧安装有与手腕皮肤紧密接触的，且所述发光二极管的光垂直射入手腕皮肤；所述主机的背面安装有可检测透过手腕组织红外光来计算脉搏的红外光敏二极管。
所述主机的内部还安装有天线、电池、扬声器、马达、麦克风、USB数据/充电接口；所述红外传感器装置测量人体的脉搏，并通过脉搏监测数字电路产生100HZ脉冲信号控制恒流源加到发光二极管上，使其发出波长660nm的红光和波长940nm的红外光；前置放大器将从光敏二极管上得到的信号初步放大，通过模拟开关将红光和红外光信号分开，最后通过脉搏检测处理单元MPU内置的测频电路接口转换成数字信号，经高通、低通数字滤波和数字信号处理后计算出脉搏。
本发明采用红外传感器感应血流中含氧血红蛋白和血红蛋白的比例变化红计算出脉搏，它克服了目前采用压电式传感器测量手腕处脉搏方法干扰多、不稳定问题；同时增加了三维加速度传感器可用于实时监测人体的运动信息和活动状况，计算出人体的能量消耗状况，并通过无线通讯网络的基站定位技术确定位置，从而多方面地确定被监测对象的生理、活动状况、能量消耗和位置信息，以便提前或及时为其提供紧急救治措施或必要的帮助；另外，其辅助的通话、短信、紧急呼救按钮等功能为被监测对象与监护中心的双向沟通提供了进一步的手段；它具有结构简单，使用方便，体积小、成本低、佩戴舒适等特点。
附图说明
图1是本发明的正面结构示意图；
图2是本发明的反面结构示意图；
图3是本发明的原理框图；
图4脉搏监测电路原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：本发明所述的腕式红外脉搏监测方法，它包括一可佩戴于人体手腕处的监测仪，通过该监测仪将人体的脉搏、运动和位置信息通过无线通讯网络实时传送至监护中心，一旦被监测对象发生紧急状况时，以便提前或及时为其提供紧急救治措施或帮助；该监测方法主要是通过内含的红外传感器装置感应血液中含氧血红蛋白和血红蛋白的比例变化计算出人体的脉搏，通过内置的三维加速度传感器感应人体的运动信息，然后将这些信息经数据处理后通过集成的无线通讯电路传送至后台监护中心，同时采用无线通讯网络的基站定位技术确定被监测对象的实时位置，以便为被监测对象提供更及时、准确的服务。
本发明所述人体的运动信息包括人体的步行节奏、跑步步速、跌倒等运动信息。
图1、2所示，本发明所述的腕式红外脉搏监测仪类似于手表形态，它主要由主机壳体部分1-1、主机内部的主控电路板和表带1-2组成，所述的主机壳体部分正面设置有显示屏1-3，侧面设置有操作按钮1-4(如紧急呼救键、设置键和开关机键)等和USB接口1-5(充电和数据传输)；底部是电池盖2-3和红外光敏二极管2-1，见图2所示，图中所示的表带内侧安装了发光二极管2-2。
图3所示，本发明所述的主控电路板集成有脉搏监测数字电路3-2、三维加速度传感器电路3-3、无线通讯射频电路或无线模块3-4、中央基带处理器3-1、电源管理电路3-5、接口电路3-6、SIM卡电路3-11；所述表带的内侧安装有与手腕皮肤紧密接触的，且所述发光二极管的光垂直射入手腕皮肤；所述主机的背面安装有可检测透过手腕组织红外光来计算脉搏的红外光敏二极管3-13，检测透过手腕组织的红外光来计算脉搏。
本发明所述主机的内部还安装有天线3-14、电池3-15、扬声器3-10、马达3-16、麦克风3-9、USB数据/充电接口3-6；外部安装有按键3-7，显示器3-8；所述红外传感器装置测量人体的脉搏，并通过脉搏监测数字电路3-2产生100HZ脉冲信号控制恒流源4-2加到红外发光二极管4-5上，使其发出波长660nm的红光和波长940nm的红外光；前置放大器4-6将从红外光敏二极管4-7上得到的信号初步放大，通过模拟开关将红光和红外光信号分开，最后通过脉搏检测处理单元4-1MPU内置的测频电路接口转换成数字信号，经高通、低通数字滤波和数字信号处理后计算出脉搏，见图4所示的脉搏监测电路原理框图，图中有脉搏检测处理单元4-1，LED恒流源驱动电路4-2，红外发光二极管4-5，后级放大4-3，红外解调、滤波4-4，前置放大4-6，红外光敏二极管4-7。
本发明还内置了三维加速度传感器电路，用于判断被监护对象的运动信息和活动状态，通过各种运动模式下的计算公式得出被监护对象的能量消耗。另外，与检测得到的脉搏信息和被监测对象的年龄信息相结合，可对活动的合适度做出判断，给被监护对象和监护中心及时的建议和预警。
本发明可以通过显示屏显示脉搏值、步速，也可通过无线通讯电路与监护中心进行语音、短信息的双向沟通。在被监护对象处于紧急情况的时候，可通过侧面的按键进行紧急呼救，及时告知监护中心需要救护。
本发明通过其集成的无线通信电路建立起监护仪和监护中心的数据、语音的无线连接，并通过无线网络基站定位技术实现对被监测对象的定位，以便监护中心提供及时的、准确的救护和必要帮助。
本发明利用血液中含氧血红蛋白和血红蛋白对红外光的吸收率的不同，来检测手腕处血流中二种血红蛋白变化而计算出脉搏。该方法实现简单、成本低、佩戴便利舒适，采用专利所述的结构设计达到稳定的脉搏信号检出，抗干扰能力强。克服了采用压力传感器检测脉搏方法而存在的抗干扰能力弱、长时间佩戴不舒服的缺点。另外，本专利创新性地将心率信息检测与人体的活动信息的检测相结合，二种信息的结合可更准确地判断人体生理、心理和活动的状态，为不同的适用人群提供更准确、更贴切和人性化的服务。
本发明采用将内置红外脉搏传感器装置的发光二极管2-2放置于表带的内侧，并与手腕皮肤紧密接触，发光二极管的红外光垂直射入手腕皮肤和组织。红外接收光敏二极管2-1置于监测仪的底部，并与手腕皮肤紧密接触，能检测到透过手腕组织的发光二极管光线。经放大、转换、滤波和数字信号处理后计算出脉搏。
本发明采用三维加速度传感器感应人体的运动状态，通过三维的运动矢量感应，从而判断被监测对象是处于静止休息状态、步行状态、跑步状态还是突然跌倒的状态等，并通过公式预估出人体的活动能量消耗。
本发明集成了无线通信功能，可将红外脉搏传感器装置和三维加速度传感器测得的脉搏、活动状态、能力消耗情况无线传送至中央监护中心，并可通过语音、短信等方式与中央监护中心进行实时沟通；同时还可利用无线通讯网络(GPRS/CDMA/EDGE/WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA)的基站定位技术提供被监测对象的位置信息。本专利可以用于老年人、儿童、心脏病或亚健康人群、残障特殊人群的实时监护，为家庭、社区和机构提供远程的监护手段，为上述这些人群提供一个便捷、安全和健康的生活保障。

Claims (4)

1.一种腕式红外脉搏监测方法，它包括一可佩戴于人体手腕处的监测仪，通过该监测仪将人体的脉搏、运动和位置信息通过无线通讯网络实时传送至监护中心，一旦被监测对象发生紧急状况时，以便提前或及时为其提供紧急救治措施或帮助；该监测方法主要是通过内含的红外传感器装置感应血液中含氧血红蛋白和血红蛋白的比例变化计算出人体的脉搏，通过内置的三维加速度传感器感应人体的运动信息，然后将这些信息经数据处理后通过集成的无线通讯电路传送至后台监护中心，同时采用无线通讯网络的基站定位技术确定被监测对象的实时位置，以便为被监测对象提供更及时、准确的服务。
2.根据权利要求1所述的腕式红外脉搏监测方法，其特征在于它是通过内置的三维加速度传感器电路感应人体的步行节奏、跑步步速、跌倒的运动信息。
3.一种用于如权利要求1或2所述腕式红外脉搏监测方法的监测仪，它主要由主机壳体部分(1-1)、主机内部的主控电路板和表带(1-2)组成，其特征在于所述的主机壳体部分正面设置有显示屏(1-3)，侧面设置有操作按钮(1-4)和USB接口(1-5)；所述的主控电路板集成有脉搏监测数字电路(3-2)、三维加速度传感器电路(3-3)、无线通讯射频电路或无线模块(3-4)、中央基带处理器(3-1)、电源管理电路(3-5)、接口电路(3-6)、SIM卡电路(3-11)；所述表带的内侧安装有与手腕皮肤紧密接触的，且所述发光二极管的光垂直射入手腕皮肤；所述主机的背面安装有可检测透过手腕组织红外光来计算脉搏的红外光敏二极管(3-13)。
4.根据权利要求3所述的腕式红外脉搏监测仪，其特征在于所述主机的内部还安装有天线(3-14)、电池(3-15)、扬声器(3-10)、马达(3-16)、麦克风(3-19)、USB数据/充电接口(3-6)；所述红外传感器装置测量人体的脉搏，并通过脉搏监测数字电路(3-2)产生100HZ脉冲信号控制恒流源(4-2)加到红外发光二极管(4-5)上，使其发出波长660nm的红光和波长940nm的红外光；前置放大器(4-6)将从红外光敏二极管(4-7)上得到的信号初步放大，通过模拟开关将红光和红外光信号分开，最后通过脉搏检测处理单元(4-1)MPU内置的测频电路接口转换成数字信号，经高通、低通数字滤波和数字信号处理后计算出脉搏。
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