CN103040454A - 非医用腕式人体生理参数监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测人体生理参数的装置与方法，具体地说是一种非医用腕式人体生理参数监测装置及其监测方法，包括：电源，光电检测模块，贴片式温度传感器，信号放大模块，信号滤波模块，A/D转换模块，单片机，显示屏，数据存储器。本发明的有益效果在于：本发明能够无创、舒适、实时的显示出人体生理参数，使多项人体生理参数在一个装置上得到测量，大大简化了测量的步骤，减少了测量所花费的时间，消除了被测量者的不适感；在监测过程中，该装置不会对人体产生任何危害，因此可以用于长时间生理参数的监测，同时，该装置体积小，便携性好，附加了报警和数据存储功能。

Description

非医用腕式人体生理参数监测装置及其监测方法

技术领域

本发明涉及一种监测人体生理参数的装置与方法，具体地说是一种非医用腕式人体生理参数监测装置及其监测方法。

背景技术

人体动脉血流速度在临床上具有重要的应用价值，如：心脑血管系统的状态可以通过动脉血流速度来反映。目前常用于血流速度测量的主要设备有多普勒超声血流计，但测量精度不高。

传统的血氧饱和度测量是先从人体中抽取血液再利用分析仪器分析血液得到血氧饱和度数值。这种检测方法虽然准确，但是对患者造成痛苦，也有可能带来感染。依据光电容积脉搏波原理设计出的无创脉搏血氧计是一种快速测量血氧饱和度的有效方法，利用该方法设计的血氧计成本低、安装维护方便、使用时不需要校正，可以用于长时间测量。呼吸频率的检测通常用的方法有阻抗法，直接测量呼吸气流法和气道压力法等。心率可以从心电图的特征参数中获得也可以通过测量脉搏间接得到心率。体温通过温度计与人体接触测量得到。

由于监测人体各项生理参数的仪器繁杂，人们常常会忘记携带仪器或者进行创伤检测而带来痛苦不适，因此，一种全新的便携式多功能检测装置是许多人的期待。

发明内容

本发明采用一种便携式非医用的腕式人体生理参数监测装置及其监测方法，基于对脉搏波光容积描记信号特征点的分析而计算出人体生理参数，通过对信号特征时间的提取和信号功率谱的计算得出人体血流速度，血氧饱和度，心率和呼吸频率的参数值；利用温度传感器获得人体体表温度信号，通过对该信号的处理实现人体体温的检测。

为了达到上述目的，本发明设计了一种非医用腕式人体生理参数监测装置，包括：电源，光电检测模块，贴片式温度传感器，信号放大模块，信号滤波模块，A/D转换模块，单片机，显示屏，数据存储器，其特征在于，所述光电检测模块包括红光光源、红外光光源和光信号接收器，所述光信号接收器在红光光源和红外光光源二者连线的中点位置，且三者在一条直线上，用以获得漫反射光信号和确定特征时间；光信号接收器依次与信号放大模块、信号滤波模块、A/D转换模块及单片机连接，单片机外接一块数据存储器；电源、信号放大模块、信号滤波模块、A/D转换模块及单片机设置在一个外壳内，该外壳设有系在人体手腕上的系带；显示屏设置在外壳正面，数据存储器设置在外壳内部，光电检测模块设置在外壳背面，且光电检测模块与桡动脉对应的腕部皮肤接触；贴片式温度传感器设置在外壳背面的中部，与腕部皮肤接触后将所述光电检测模块和贴片式温度传感器的测试信号传送至单片机，所述单片机的输出端与显示屏连接。

所述显示屏为触摸式液晶显示屏，其上包括有：动脉血流速度值，输出的血氧饱和度数值，输出的心率数值，输出的舒张压数值，输出的温度数值，输出的呼吸频率数值以及电源开关。

所述外壳侧面还设置有蜂鸣器，所述蜂鸣器与单片机的输出端连接，用于将超出正常范围的生理参数进行声控报警，所述显示屏上每个显示的数值旁边均设置LED灯，用于突显超出正常范围的生理参数。

一种非医用腕式人体生理参数监测装置的监测方法，其特征在于，将该装置戴在腕部，光电检测模块贴紧桡动脉对应的腕部皮肤部位，利用光信号接收器接收由红光光源和红外光光源发射的经过漫反射后的信号，经信号放大模块、信号滤波模块、A/D转换模块后，输入单片机，各人体生理参数的检测值按照如下方法得到：

A.单片机对两路信号的特征点和特征时间提取，提取的时间为脉搏波传输时间PTT，两个光电探测间的间距设为S，则可以通过脉搏波的传输时间计算出动脉血流速度Vblood：

Vblood＝S/PTT    (1)；

B.单片机对其中的任一路信号确定脉搏波的周期T，通过公式(2)得到心率：

$f_{\mathrm{heat}}=\frac{60}{T}---\left(2\right);$

C.单片机对两路信号的峰值和谷值进行确定，通过公式(3)的计算，得到血氧饱和度：

其中

分别为红光光源所得到的一路信号的峰值和谷值，

和

分别为红外光光源所得到的另一路信号的峰值和谷值，

μ和O为修正参数；

D.利用单片机对其中一路光容积描记脉搏波信号进行运算，求出该信号的功率谱，呼吸频率在光容积描记脉搏波信号的功率谱中有明显的特征峰值，通过确定该峰值，判断出该特征峰值对应的频率f，即此频率为被检测者的呼吸频率f_brea，也可以利用公式(4)：

N_brea＝60×f    (4)，

计算得到被检测者在一分钟内的呼吸次数N_brea；

E.体温的测量由贴片式温度传感器测量的体表温度信号经过单片机处理后通过公式(5)：

T₁＝αT₂+β        (5)，

得到对应的腋下温度或者口腔温度，其中T1为腋下温度或口腔温度，T2为温度传感器测量的体表温度，α和β为修正参数。

本发明的有益效果在于：本发明能够无创、舒适、实时的显示出人体生理参数，使多项人体生理参数在一个装置上得到测量，大大简化了测量的步骤，减少了测量所花费的时间，消除了被测量者的不适感；在监测过程中，该装置不会对人体产生任何危害，因此可以用于长时间生理参数的监测，同时，该装置体积小，便携性好，附加了报警和数据存储功能。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明装置中光电检测装置的放大示意图；

图3为本发明方法中光容积描记脉搏波两路信号的示意图；

图4为本发明装置的佩戴示意图；

图5为本发明装置中显示屏面板的示意图。

参见图1——图5，1、电源，2、光电检测模块，3、贴片式温度传感器，4、信号放大模块，5、信号滤波模块，6、A/D转换模块，7、单片机，8、显示屏，9、数据存储器，10、红光光源，11、光信号接收器，12红外光光源，13、输入的收缩压血压值，14、输入的舒张压血压值，15、增减按钮，16、输出的收缩压数值，17、输出的血氧饱和度数值，18、输出的心率数值，19、输出的舒张压数值，20、输出的温度数值，21、输出的呼吸频率数值，22、电源开关，23、报警蜂鸣器，24、LED灯。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，本发明装置包括：电源1，光电检测模块2，贴片式温度传感器3，信号放大模块4，信号滤波模块5，A/D转换模块6，单片机7，显示屏8，数据存储器9，其中：

光电检测模块2包括红光光源10、红外光光源12和光信号接收器11，光信号接收器11在红光光源10和红外光光源12二者连线的中点位置，且三者在一条直线上，以方便对漫反射光信号的获得和特征时间的确定；光信号接收器11依次与信号放大模块4，信号滤波模块5，A/D转换模块6和和单片机7连接，单片机的输出端连接数据存储器9。

电源1、信号放大模块4、信号滤波模块5、A/D转换模块6及单片机7设置在一个外壳内，该外壳设有系在人体手腕上的系带；显示屏8设置在外壳正面，数据存储器9设置在外壳内部，光电检测模块2设置在外壳背面，且光电检测模块2与桡动脉对应的腕部皮肤接触；贴片式温度传感器3设置在外壳背面的中部，与腕部皮肤接触后将光电检测模块2和贴片式温度传感器3的测试信号传送至单片机7，单片机7的输出端与显示屏连接，参见图4。

参见图5，显示屏8为触摸式液晶显示屏，其上包括有：动脉血流速度16，输出的血氧饱和度数值17，输出的心率数值18，输出的舒张压数值19，输出的温度数值20，输出的呼吸频率数值21及电源开关22。

外壳侧面还设置有蜂鸣器23，蜂鸣器23与单片机7的输出端连接，用于将结果超出正长范围的生理参数声控报警，同时显示屏8上每个显示的数值旁边均设置LED灯24，用于突显超出正常范围的生理参数。

本发明非医用腕式人体生理参数监测装置的监测方法为：将上述监测装置戴在腕部，光电检测模块2贴紧桡动脉对应的腕部皮肤部位，利用光信号接收器11接收由红光光源10和红外光光源12发射的经过漫反射后的信号，经信号放大模块4、信号滤波模块5、A/D转换模块6后，输入单片机7，各人体生理参数的检测值按照如下方法得到：

A.单片机对两路信号的特征点和特征时间提取，提取的时间为脉搏波传输时间PTT，两个光电探测间的间距设为S，则可以通过脉搏波的传输时间计算出动脉血流速度Vblood：

Vblood＝S/PTT    (1)；

B.单片机对其中的任一路信号确定脉搏波的周期T，通过公式(2)得到心率：

$f_{\mathrm{heat}}=\frac{60}{T}---\left(2\right);$

C.单片机对两路信号的峰值和谷值进行确定，通过公式(3)的计算，得到血氧饱和度：

参见图3，其中分别为红光光源所得到的一路信号的峰值和谷值，

和

分别为红外光光源所得到的另一路信号的峰值和谷值，

μ和O为修正参数；

D.利用单片机对其中一路光容积描记脉搏波信号进行运算，求出该信号的功率谱，呼吸频率在光容积描记脉搏波信号的功率谱中有明显的特征峰值，通过确定该峰值，判断出该特征峰值对应的频率f，即此频率为被检测者的呼吸频率f_brea，也可以利用公式(4)：

N_brea＝60×f    (4)，

计算得到被检测者在一分钟内的呼吸次数N_brea；

E.体温的测量由贴片式温度传感器测量的体表温度信号经过单片机处理后通过公式(5)：

T₁＝αT₂+β      (5)，

得到对应的腋下温度或者口腔温度，其中T1为腋下温度或口腔温度，T2为温度传感器测量的体表温度，α和β为修正参数。

本发明装置使用时，将装置的系带系在人的手腕上，将设置在外壳背面的光电检测模块2与腕部桡动脉对应的皮肤接触；将设置在外壳背面中部的贴片式温度传感器3与腕部皮肤接触，打开电源，光信号接收器11接收到由红光光源10和红外光光源12产生的光电容积描记脉搏波信号，由光信号接收器11收集，经信号放大模块4，信号滤波模块5，A/D转换模块6后，输入单片机7；由公式(1)得到桡动脉血流速度，由公式(2)得到心率，由公式(3)得到血氧饱和度，由公式(4)得到呼吸频率或每分钟呼吸次数，由公式(5)得到人体温度，并将生理参数数值在显示屏8上显示，同时将生理参数在存储设备9中存储。若某一生理参数指标超出正常范围，单片机启动蜂鸣器23发出警示音，同时相应指标参数的LED灯24闪烁，以示报警。装置中贴片式温度传感器3、光电检测模块2、单片机7和显示屏8都用锂电池供电。

本发明能够无创、舒适、实时的显示出人体生理参数，使多项人体生理参数在一个装置上得到测量，大大简化了测量的步骤，减少了测量所花费的时间，消除了被测量者的不适感；在监测过程中，该装置不会对人体产生任何危害，因此可以用于长时间生理参数的监测，同时，该装置体积小，便携性好，附加了报警和数据存储功能。

Claims (4)

1.一种非医用腕式人体生理参数监测装置，包括：电源，光电检测模块，贴片式温度传感器，信号放大模块，信号滤波模块，A/D转换模块，单片机，显示屏，数据存储器，其特征在于，

所述光电检测模块包括红光光源、红外光光源和光信号接收器，所述光信号接收器在红光光源和红外光光源二者连线的中点位置，且三者在一条直线上，用以获得漫反射光信号和确定特征时间；光信号接收器依次与信号放大模块、信号滤波模块、A/D转换模块及单片机连接，单片机外接一块数据存储器；

电源、信号放大模块、信号滤波模块、A/D转换模块及单片机设置在一个外壳内，该外壳设有系在人体手腕上的系带；显示屏设置在外壳正面，数据存储器设置在外壳内部，光电检测模块设置在外壳背面，且光电检测模块与桡动脉对应的腕部皮肤接触；贴片式温度传感器设置在外壳背面的中部，与腕部皮肤接触后将所述光电检测模块和贴片式温度传感器的测试信号传送至单片机，所述单片机的输出端与显示屏连接。

2.根据权利要求1所述的非医用腕式人体生理参数监测装置，其特征在于，所述显示屏为触摸式液晶显示屏，其上包括有：动脉血流速度值，输出的血氧饱和度数值，输出的心率数值，输出的舒张压数值，输出的温度数值，输出的呼吸频率数值以及电源开关。

3.根据权利要求1所述的非医用腕式人体生理参数监测装置，其特征在于，所述外壳侧面还设置有蜂鸣器，所述蜂鸣器与单片机的输出端连接，用于将超出正常范围的生理参数进行声控报警，所述显示屏上每个显示的数值旁边均设置LED灯，用于突显超出正常范围的生理参数。

4.一种非医用腕式人体生理参数监测装置的监测方法，其特征在于，将该装置戴在腕部，光电检测模块贴紧桡动脉对应的腕部皮肤部位，利用光信号接收器接收由红光光源和红外光光源发射的经过漫反射后的信号，经信号放大模块、信号滤波模块、A/D转换模块后，输入单片机，各人体生理参数的检测值按照如下方法得到：

A.单片机对两路信号的特征点和特征时间提取，提取的时间为脉搏波传输时间PTT，两个光电探测间的间距设为S，则可以通过脉搏波的传输时间计算出动脉血流速度Vblood：

Vblood＝S/PTT            (1)；

B.单片机对其中的任一路信号确定脉搏波的周期T，通过公式(2)得到心率：

$f_{\mathrm{heat}}=\frac{60}{T}---\left(2\right);$

C.单片机对两路信号的峰值和谷值进行确定，通过公式(3)的计算，得到血氧饱和度：

其中分别为红光光源所得到的一路信号的峰值和谷值，

和

分别为红外光光源所得到的另一路信号的峰值和谷值，

μ和O为修正参数；

D.利用单片机对其中一路光容积描记脉搏波信号进行运算，求出该信号的功率谱，呼吸频率在光容积描记脉搏波信号的功率谱中有明显的特征峰值，通过确定该峰值，判断出该特征峰值对应的频率f，即此频率为被检测者的呼吸频率f_brea，也可以利用公式(4)：

N_brea＝60×f    (4)，

计算得到被检测者在一分钟内的呼吸次数N_brea；

E.体温的测量由贴片式温度传感器测量的体表温度信号经过单片机处理后通过公式(5)：

T₁＝αT₂+β     (5)，

得到对应的腋下温度或者口腔温度，其中T1为腋下温度或口腔温度，T2为温度传感器测量的体表温度，α和β为修正参数。

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