CN102018504A - 穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统。它以腕表、皮带和贴身衣物为载体；腕表上集成有依次电连接的压电脉搏传感器、第一信号调理电路、第一微处理器控制模块和第一无线收发模块，贴身衣物腰部内侧嵌有心电电极和温度传感器；心电电极信号输出端和温度传感器信号输出端各连接有一段柔软导线，其端部固定有导电按扣；心电电极信号接入端口和温度传感器信号接入端口嵌装于皮带表面且分别与对应导电按扣连接；皮带还嵌有依次电连接在一起的第二信号调理电路、第二微处理器控制模块和第二无线收发模块，心电电极信号接入端口和温度传感器信号接入端口分别与第二信号调理模块电连接，第二无线收发模块与第一无线收发模块相匹配。

Description

穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统

技术领域

本发明涉及穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统，属于医学仪器及设备领域。

背景技术

随着人口老龄化进程的加快和各种慢性疾病在中青年人群中的蔓延，人们健康意识和保健要求的日益增强，这使得以往单纯的医院诊治正向社区和家庭模式转变。这种模式的转变致使适用于家庭和个人的小型化穿戴式诊疗和监护技术的发展得到普遍的关注。另一方面，一些特殊领域和行业，如航空航天、深水作业和运动员训练等对人体穿戴式生命体征监护系统也有很广泛和迫切的需求。实现对人体非植入式、无创、连续医疗诊断的人体穿戴式生命体征监护系统将成为新型医疗模式下的重要诊断监护终端设备，它的广泛应用将极大地推动远程医疗和移动家庭保健系统的发展。

在现有市场上一类较为普遍的产品中主要实现了单生理信号监测的功能。如美国Medwave公司开发的Vasotrac腕式血压测量仪，血压仪要求周期性地在挠动脉上加压减压，不能实现每博血压测量，而且使用时需要专业人员确定传感器位置。该检测仪功能单一，且需要专业人员的操作，否则信号的稳定获取受限制。

现有穿戴式生命体征监护系统的的研究中，主要有：美国佐治亚理工的生命衫，美国麻省理工学院MIThirt项目研制的生命体征监护模块，德国Fraunhofer IZM开发的具有传感功能的T恤衫。这种穿戴式的结构设计具有共同的缺点是：首先，T恤衫中内嵌的传感器，检测电路，连接导线在日常生活中与皮肤经常性地摩擦，这些摩擦导致传感器偏离测量位点的皮肤，引入运动噪声，即使是轻微的抖动也容易引入大量的运动噪声，可知这些系统因为不可避免的摩擦限制了生理信号的稳定可靠获取，信号质量不佳。其次，他们将导线编织到T恤衫中，但是导线的伸缩性有限，如果使用者偏瘦，T恤衫中的传感器就不能很好的与皮肤接触；如果使用者偏胖，T恤衫中的连接导线可能被使用者在不经意的动作中拉扯断；这些使用者的个体差异也限制了生理信号的稳定可靠获取。最后，由于T恤衫中内嵌的传感器，检测电路，连接导线分布广，触感硬，在日常生活中降低穿戴的舒适性，穿戴过程中存在较为强烈的异物感。

现有专利中，常见的穿戴式结构主要是胸带。例如美国专利US6454708公开一种监护和记录生命健康参数的方法和系统。该装置包括用于穿戴的胸带、可以和PC互连的基站。胸带上装有电极，传感器和存储记忆卡。使用时，胸带上电极和传感器和人体皮肤接触，测量生命体征，如多导联或者单导联的心电图，胸部的呼吸信号，人体血氧，体表温度、人体姿势，这些数据被存储记忆卡记录。胸带取下时，记忆卡被移出，可在基站读取数据，其中的数据可以上传至PC机。美国专利US006102856A公开一种穿戴式生命体征监护系统，同样包括用于穿戴信号检测胸带和接收装置。胸带上装有传感器，记录器，MCU和无线通讯模块，检测心电、呼吸、血氧饱和度、脉率和体温这些生命体征，生命体征数据存储于记录器，可以通过无线通讯模块上传至接收装置。以上两篇专利都是胸带式的穿戴式生命体征监测系统。穿戴过程中，为实现生理信号的稳定可靠获取，胸带需勒紧人体胸部，随着长时间地使用，人体产生不适感，也可能导致呼吸不畅，或者胸部疼痛；为提高舒适性，需放松胸带，这种情况下，传感器易在人体日常活动的作用下偏移，导致传感器和人体皮肤之间产生相对位移，影响信号的提取质量，引入运动噪声。检测功能上，两者都不能实现人体血压信号无创连续监测，且美国专利号US6454708不能实现实时监测。

从以上现有技术可以看出，就穿戴式人体生命体征监护系统研究领域而言，其关键核心技术和发明创新主要体现在获取人体生命体征参数的穿戴式结构设计方法以及这种结构所能实现的检测信号的稳定可靠性。对于穿戴式的人体生理参数监护系统设计，一方面要考虑到穿戴式结构对于被监测信号稳定可靠获取的重要性，另一方面则要关注穿戴式结构使用的舒适性，因为这毕竟最终影响使用的人群。所以，以往这些检测装置在信号稳定获取和穿戴舒适性方面往往不能兼顾。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：其穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统以腕表、皮带和贴身衣物为载体；所述腕表上集成有压电脉搏传感器、第一信号调理电路、第一微处理器控制模块和第一无线收发模块，所述压电脉搏传感器、第一信号调理电路、第一微处理器控制模块和第一无线收发模块依次电连接。所述贴身衣物腰部内侧嵌有心电电极和温度传感器，所述心电电极的信号输出端和温度传感器的信号输出端各连接有一段柔软导线，各柔软导线由贴身衣物的腰部内侧向外侧伸出，各所述柔软导线的端部固定有导电按扣，所述心电电极信号接入端口和温度传感器信号接入端口嵌装于所述皮带的表面，所述心电电极信号接入端口和温度传感器信号接入端口分别与对应的导电按扣连接；所述皮带还嵌有依次电连接在一起的第二信号调理电路、第二微处理器控制模块和第二无线收发模块，所述心电电极信号接入端口和温度传感器信号接入端口分别与第二信号调理模块电连接，所述第二无线收发模块与第一无线收发模块相匹配。

进一步地，本发明所述皮带的外侧表面嵌装有显示模块，所述显示模块与所述第二微处理器控制模块电连接。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1)本发明系统通过皮带自然挤压心电电极和温度传感器，使其与皮肤紧密贴合，通过衣服的缓冲作用，减少摩擦，实现了生理信号的稳定可靠获取，在不限制使用者日常生活的前提下，亦可获得高质量的生理信号，且人体穿戴舒适宜人，无异物感。

2)本发明系统采用无线同步技术实现血压无创连续监测，大量减少连接导线的存在，在获得稳定可靠的连续血压信号的同时也提高穿戴的舒适性。

3)本发明皮带既有其本身的固定装饰作用，又可以提高系统信噪比，最后皮带亦能内嵌电路，起到控制监护系统的作用。

4)本发明操作简单，无需专业医护人员的操作，减少人为主观判断的误差。

附图说明

图1是本发明穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统腕表、贴身衣物和皮带各部分连接关系示意图；

图2是本发明穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统心电电极、贴身衣物、皮带连接关系示意图；

图3是本发明穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统温度传感器、贴身衣物、皮带连接关系示意图；

图4是本发明穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统皮带、腕表、贴身衣物穿戴示意图。

图5是本发明穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统第二信号调理电路内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，本发明穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统包括皮带1、腕表2、贴身衣物3三大载体。腕表2集成压电脉搏传感器21，第一信号调理电路22，第一微处理器控制模块23和第一无线收发模块24。压电脉搏传感器21、第一信号调理电路22、第一微处理器控制模块23和第一无线收发模块24依次电连接。在贴身衣物腰部内侧33内嵌心电电极31和温度传感器32。皮带外侧表面12嵌装信号接入端口121(当然信号接入端口121也可嵌装在皮带内侧表面11)，信号接入端口121分为与心电信号相对应的心电电极信号接入端口1210和与温度信号相对应的温度传感器信号接入端口1211两种，皮带1内嵌有第二信号调理电路122、第二微处理器控制模块123和第二无线收发模块124；信号接入端口121、第二信号调理电路122、第二微处理器控制模块123和第二无线收发模块124依次电连接。第一无线收发模块24和第二无线收发模块124相匹配，两者通过无线互连。

如图2所示，心电电极31内嵌于贴身衣物腰部内侧33，心电电极31的信号输出端口连接一段柔软导线312，柔软导线312伸出贴身衣物3，柔软导线312端部固定有导电按扣313。柔软导线312随着导电按扣313连接到皮带外侧表面12嵌装的心电电极信号接入端口1210可发生一定的弯曲(参看图2)。皮带1在佩戴时自然挤压贴身衣物3，使心电电极31紧密贴合在人体腰部皮肤上。在皮带1的自然挤压作用和贴身衣物3的缓冲作用下，心电电极31和皮肤的摩擦减少，获取稳定可靠的心电和呼吸生理信号，且穿戴舒适无异物感。

如图3所示，温度传感器32内嵌于贴身衣物腰部内侧33，温度传感器32的信号输出端口连接有一段柔软导线314，柔软导线314伸出贴身衣物3，柔软导线314端部固定有导电按扣313。柔软导线314随着导电按扣313连接到皮带外侧表面12嵌装的温度传感器信号接入端口1211可发生一定的弯曲(参看图3)。皮带1在佩戴时自然挤压贴身衣物3，使温度传感器32紧密贴合在人体腰部皮肤上。在皮带1的自然挤压作用，贴身衣物3的缓冲作用下，温度传感器32和皮肤的摩擦减少，获取稳定可靠的体表温度生理信号，且穿戴舒适无异物感。

第一信号调理电路22可采用普通放大电路和滤波电路。第一微处理器控制模块23和第二微处理器模块123采用单片机芯片即可，如TI生产的MSP430系列的微功耗系列16位单片。第一无线收发模块24和第二无线收发模块124可采用现有公知技术，如Zigbee、蓝牙等。第二信号调理电路122包括电流源电路1221、放大电路1222和滤波电路1223。其中，电流源电路1221可用一个频率、电流稳定的普通电流源，放大电路1222可用普通放大电路，滤波电路1223可用普通滤波电路。心电电极信号接入端口1210、放大电路1222、滤波电路1223、第二微处理器模块123依次电连接，且电流源电路1221分别与第二微处理器控制模块123、心电电极信号接入端口1210电连接，温度传感器信号接入端口1211与放大电路1222电连接(参看图5)。

如图4所示，本发明实时监护系统使用时，人体只需将腕表2如普通腕表一样佩戴在腕部，将贴身衣物3如普通衣物贴身穿戴，将皮带1如普通皮带佩戴在腰部。导电按扣313与皮带外侧表面12嵌装的相应信号接入端口121连接。

腕表2的压电脉搏传感器21检测人体腕部的脉搏电信号，脉搏电信号经第一信号调理电路22，送至第一微处理器控制模块23，得到人体脉搏生理参数，提取脉搏波波峰值的采集时刻。系统实现脉搏生理信号的连续监测。

如图2和图5所示，心电电极31作为双电极复用的心电、呼吸检测，检测人体的心电和呼吸信号。在导电按扣313和心电电极信号接入端口1210连接时，电流源电路1221在第二微处理器控制模块123控制下依次经心电电极信号接入端口1210、导电按扣313、柔软导线312、心电电极31作用于人体。在电流源电路1221激励下心电电极31检测得到呼吸信号。呼吸信号依次经柔软导线312、导电按扣313传输至心电电极信号接入端口1210，再依次经放大电路1222、滤波电路1223送至第二微处理器控制模块123。在导电按扣313和心电电极信号接入端口1210连接且电流源电路1221无激励时，由心电电极31检测得到心电信号。心电信号依次经柔软导线312、导电按扣313传输至心电电极信号接入端口1210，再依次经放大电路1222、滤波电路1223送至第二微处理器控制模块123，第二微处理器模块123提取心电信号QRS波波峰值采集时刻。本发明实时监护系统实现心电、呼吸两项生理参数的连续监测。

温度传感器32用于检测人体体表温度。如图3所示，在导电按扣313和温度传感器信号接入端口1211连接时，人体体表温度依次经柔软导线312、导电按扣313传输至温度传感器信号接入端口1211，再经第二信号调理电路122放大电路1222、滤波电路1223送至第二微处理器控制模块123，经第二微处理器控制模块123处理得到人体温度生理参数。由此，本发明实时监护系统实现体表温度生理参数的连续监测。

人体血压生理参数连续监测可利用无线同步技术根据脉搏波波速法检测得到。腕表2处脉搏波波峰值采集时刻和人体脉搏信息通过第一无线收发模块24上传至第二无线收发模块124，由第二微处理器控制模块123调用。第二微处理器模块123由脉搏波波峰值采集时刻和上述QRS波波峰值的采集时刻作差，得到脉搏波延时时间PTT值，由PTT值根据多项式拟合得到人体的血压生理参数。由此，本发明实时监护系统实现血压生理参数的连续监测。

为方便使用者查看四大生命体征参数，本发明实时监护系统还可在其第二微处理器控制模块123电连接一显示模块，该显示模块嵌装于皮带的外侧表面。该显示模块通常可用通用液晶显示屏。

本发明人体穿戴式四大生命体征实时监护系统还可将检测到的温度、呼吸、脉搏、血压四大生命体征参数实时地通过第二无线收发模块124传送至远程终端，由远程终端接入计算机网络，从而实现对温度、呼吸、脉搏、血压四大生命体征参数的远程监护。

Claims (2)

1.一种穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统，其特征在于：该系统以腕表、皮带和贴身衣物为载体；所述腕表上集成有压电脉搏传感器、第一信号调理电路、第一微处理器控制模块和第一无线收发模块，所述压电脉搏传感器、第一信号调理电路、第一微处理器控制模块和第一无线收发模块依次电连接。所述贴身衣物腰部内侧嵌有心电电极和温度传感器，所述心电电极的信号输出端和温度传感器的信号输出端各连接有一段柔软导线，各柔软导线由贴身衣物的腰部内侧向外侧伸出，各所述柔软导线的端部固定有导电按扣，所述心电电极信号接入端口和温度传感器信号接入端口嵌装于所述皮带的表面，所述心电电极信号接入端口和温度传感器信号接入端口分别与对应的导电按扣连接；所述皮带还嵌有依次电连接在一起的第二信号调理电路、第二微处理器控制模块和第二无线收发模块，所述心电电极信号接入端口和温度传感器信号接入端口分别与第二信号调理模块电连接，所述第二无线收发模块与第一无线收发模块相匹配。

2.根据权利要求1所述的穿戴式人体四大生命体征参数实时监护系统，其特征在于：所述皮带的外侧表面嵌装有显示模块，所述显示模块与所述第二微处理器控制模块电连接。

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