CN103908233A - 一种人体生理参数监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种人体生理参数监测装置，其特征在于该监测装置主要由LED显示模块、输入模块、GSM通讯模块、蓝牙模块、CPU处理模块、存储模块、传感器检测模块和蜂鸣器模块依次连接组成，并分别由电源模块对各个组件供电；输入模块可将信号传输到CPU处理模块，并由CPU处理模块控制传感器检测模块进行相应检测，进而传感器检测模块将检测数据返还给CPU处理模块处理，CPU处理模块根据处理情况再将信号分别传输给LED显示模块、GSM通讯模块、蓝牙模块、存储模块或/和蜂鸣器模块；蜂鸣器会根据设计要求调用提示蜂鸣器、警戒蜂鸣器或报警蜂鸣器，产生相应蜂鸣报警。

Description

一种人体生理参数监测装置

技术领域

本发明涉及医疗器械，具体为一种人体生理参数监测装置，主要监测人体的血氧饱和度、血压、温度、心率和血糖等主要生理参数，并对生理参数数据进行即时分析及智能提示。

背景技术

近年来国内外高校发生了多起大学生运动性猝死的案例，引起了很多学者的关注。调查表明，国内的大学生猝死案例多为长跑后猝死，且大多数为心源性猝死。猝死主要与运动负荷、心理应激和生活习惯有关。但由于猝死案例较少，尚不能得到比较系统的死亡原因分析。目前的预防方法主要为赛前的医学筛选和医学监测及设定合理的运动方案。除了大学生之外，猝死现象还多发生在中老年人以及有心脑血管等基础疾病的人群中。

有研究表明，在猝死前有90%以上的人会出现发热、胸痛、胸闷、胸部压迫感、头痛、气急、肠胃不适、腹泻、极度疲乏等前期症状。人体组织温度、心率、血氧饱和度、血压、血糖是衡量健康状况的重要参数，对以上5项指标进行实时检测分析，是临床上诊断的重要依据。因此，利用传感器将人体各项参数及时检测出来，并将各个传感器和微处理系统进行结合，制作成一款便携式装置，将能更为全面地反映人体生理参数，特别是在运动过程中的身体状况具有重要意义。

目前，用于生命健康参数检测的装置主要用于医院：例如CN92107545.6公开了一种心电监控装置；CN201310239134.4公开了一种远程心电监护装置；但是此类装置均为专业化大型装置，无法实时准确便携地测得人体的健康状况并进行人机交互的反馈；中国台北的CN200910002667.4公开了一种远程生理信号检测系统，通过便携式装置测出心率变异参数，但是其测得的生理参数单一，无法准确地反映人体的实时状况；另外，CN201310193187.7公开了一款智能手表，此装置主要用于电子计步和磁疗，无法实现健康预警的功能。CN201310110565.0公开了一种健康预警手表，实现了人体生理参数的检测、分析和预警，但是其手表主要是一个检测装置，数据处理由云计算中心进行，预警部分交给了智能手机进行，同时需要三个装置才能实现一个完整的监测预警流程，不能便携，也无法达到同步实时的功能效果，特别是在手机信号盲区，手机接收不到预警信号，会导致贻误治疗时机。

综上，设计一种可自动检测人体生理参数，并实时进行分析和预警，可靠性高又方便携带的多功能人体生理参数监测装置具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种人体生理参数监测装置，该监测装置克服了现有技术的缺点，如不便携带，或者虽可便携，但设备不能实时准确检测和预警等，具有便于携带、即时分析，明确预警，使用方便，适用范围广等特点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种人体生理参数监测装置，其特征在于该监测装置主要由LED显示模块、输入模块、GSM通讯模块、蓝牙模块、CPU处理模块、存储模块、传感器检测模块和蜂鸣器模块依次连接组成，并分别由电源模块对各个组件供电；其中，LED显示模块和输入模块安装在监测装置的外部，其余组成部分安装在监测装置的内部；所述输入模块由装置开关、装置复位按钮、被试者年龄区间选择按钮、被试者性别选择按钮、数据蓝牙传输按钮和120求救按钮组成；所述存储模块由SD存储卡模块和缓存模块组成；传感器检测模块由温度传感器模块、血压传感器模块、血氧饱和度传感器模块和心率传感器模块组成；所述蜂鸣器模块由提示蜂鸣器、警戒蜂鸣器或报警蜂鸣器组成；

各组件的信号传输连接方式为：装置开关、装置复位按钮、被试者年龄选择按钮、被试者性别选择按钮、数据蓝牙传输按钮和120求救按钮传输信号到输入模块，输入模块再将信号传输到CPU处理模块，并由CPU处理模块控制传感器检测模块，进而由传感器检测模块控制温度传感器模块、血压传感器模块、血氧饱和度传感器模块和心率传感器模块进行检测，然后温度传感器模块、血压传感器模块、血氧饱和度传感器模块和心率传感器模块再将检测数据返回给传感器检测模块，进而传感器检测模块将检测数据返还给CPU处理模块处理，CPU处理模块根据处理情况再将信号分别传输给LED显示模块、GSM通讯模块、蓝牙模块、存储模块或/和蜂鸣器模块；其中存储模块会根据设计要求调用SD存储卡模块和缓存模块进行存储，或者SD存储卡模块和缓存模块再将数据返回给存储模块，存储模块再将数据返回给CPU处理模块；蜂鸣器会根据设计要求调用提示蜂鸣器、警戒蜂鸣器或报警蜂鸣器，产生相应蜂鸣报警。

本发明装置能够提供人体健康数据的实时监测和预警，与现有装置相比：

（1）本发明监测装置结构相对简单，预警明确，所用的生理参数传感器选择性好，抗干扰能力强，适于携带；

（2）本发明监测装置工作可靠性高，可以有效的实时感知人体生理状态的变化，通过设计不同等级的预警来实现监测和预警功能；

（3）本发明监测装置不需要通过蜂窝网络传输数据至云服务中心进行计算，而是数据的获取、处理和显示均在本地完成，最大限度的实现了随身便携，并改善了因为信号覆盖问题而产生的延迟状况，避免了悲剧的发生；

（4）本发明监测装置比较已有的医院多参数监护仪，克服了现有技术不能实现便携的缺点，能够让医护检测实现微型化、便携化和广泛化，最大程度的保障人们的生命健康安全。

附图说明

图1为本发明监测装置一种实施例的外观整体结构示意图；

图2为本发明监测装置一种实施例的整体结构组成连接框图示意图；

图3为本发明监测装置一种实施例的程序流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明进一步说明。

本发明设计的一种人体生理参数监测装置（简称监测装置，参见图1-3），该监测装置包括可见部分与不可见部分，可见部分主要由LED显示屏1、输入模块2主要由装置开关2.1、装置复位按钮2.2、被试者年龄区间选择按钮（年龄按钮）2.3、被试者性别选择按钮（性别按钮）2.4、数据蓝牙传输按钮（蓝牙按钮）2.5和120求救按钮2.6组成，并安装在装置的外部；不可见部分为该装置的内部模块构成部分，主要由LED显示模块1、输入模块2、GSM通讯模块3、蓝牙模块4、CPU处理模块5、存储模块6、传感器检测模块7和蜂鸣器模块8依次连接组成，并分别由电源模块对各个组件部分供电；所述存储模块6由SD存储卡模块6.1和缓存模块6.2组成；传感器检测模块7由温度传感器模块7.1、血压传感器模块7.2、血氧饱和度传感器模块7.3和心率传感器模块7.4组成；蜂鸣器模块8由提示蜂鸣器8.1、警戒蜂鸣器8.2或报警蜂鸣器8.3组成；

本发明监测装置各组件的信号传输连接方式为：装置开关2.1、装置复位按钮2.2、被试者年龄选择按钮2.3、被试者性别选择按钮2.4、数据蓝牙传输按钮2.5和120求救按钮2.6传输信号到输入模块2，输入模块2再将信号传输到CPU处理模块5，并由CPU处理模块5控制传感器检测模块7，进而由传感器检测模块7控制温度传感器模块7.1、血压传感器模块7.2、血氧饱和度传感器模块7.3和心率传感器模块7.4进行检测，然后温度传感器模块7.1、血压传感器模块7.2、血氧饱和度传感器模块7.3和心率传感器模块7.4再将检测数据返回给传感器检测模块7，进而传感器检测模块7将检测数据返还给CPU处理模块5处理，CPU处理模块5根据处理情况再将信号分别传输给LED显示模块1、GSM通讯模块3、蓝牙模块4、存储模块6或/和蜂鸣器模块8；其中存储模块6会根据设计要求调用SD存储卡模块6.1和缓存模块6.2进行存储，或者SD存储卡模块6.1和缓存模块6.2再将数据返回给存储模块6，存储模块6再将数据返回给CPU处理模块5；蜂鸣器8会根据设计要求调用提示蜂鸣器8.1、警戒蜂鸣器8.2或报警蜂鸣器8.3，产生相应蜂鸣信息。

本发明监测装置所述的LED显示模块1实施例采用了大连东方科脉电子有限公司生产的型号为DKE0049的LCD液晶屏和其工作必备的公知外围电路，其屏幕尺寸为：47.0×23.5×2.8mm，其视域为45.0×17.5mm，具有良好的功能和适用性，而且价格低廉。

所述输入模块2由装置开关2.1、装置复位按钮2.2、被试者年龄区间选择按钮（年龄按钮）2.3、被试者性别选择按钮（性别按钮）2.4、数据蓝牙传输按钮（蓝牙按钮）2.5和120求救按钮2.6和其必要的外围电路组成。实施例的输入模块2各组件安装在监测装置的外部（参见图1）。为便携，本发明监测装置实施例做成腕表型。显然，本发明监测装置也可做成为便携带的其他结构形状。

所述GSM通讯模块3实施例采用了上海睿为通信技术有限公司生产的M12GSM模块和其工作必备的公知外围电路，具有良好的功能和适用性，而且价格低廉。

所述蓝牙模块4实施例采用了美国德州仪器公司生产的CC2560-PAN1315蓝牙模块和其工作必备的公知外围电路，具有良好的功能和适用性，而且价格低廉。

本发明监测装置所述的CPU处理模块（单片机）5实施例采用STM32F103ZET6芯片，其外围电路包括单片机工作必备的公知晶振和复位电路。本发明监测装置实施例的STM32F103ZET6芯片是ST公司生产的32位RISC处理器，基于ARM的CORTEX-M内核,拥有64KRAM,512K NORFLASH,工作频率达72MHZ，运算速率达1.25MIPS，有良好的功能和适用性，而且价格低廉。

本发明监测装置所述的血氧饱和度传感器采用光电传感器。该传感器可以通过商购获得。在手腕的一侧用发射管发射单色光垂直照射，在手腕的另一侧用光电接收管接收，其工作的基本原理是：把血氧浓度的变化转换成光的变化，进而再转变成电流的变化（参见贵州大学2009届硕士研究生学位论文《反射式血氧饱和度测量仪的研究》一文中所述的光电测量法；中国知网公开硕士学位论文）。

本发明监测装置中的心率传感器与血氧饱和度传感器为同一类型传光电传感器，在手腕的一侧用发射管发射单色光垂直照射，在另一侧用光电接收管接收，该传感器可以通过商购获得。其工作的基本原理是：光电接收管的接收光的强度较发射管发射的光的强度有明显减弱，用滤波电路滤波后的电流可分为两部分：一部分为直流，一部分为交流。其中交流成分的波峰与波谷对应的是心血管系统的收缩与舒张，因此它对应的是动脉血液中脉动的部分即心率（参见《现代医学仪器设计原理》一书中所述的光电测量法；邓亲恺主编科学出版社）。

本发明监测装置所述的温度传感器采用热敏电阻。该传感器可以通过商购获得。体温的监测由热敏电阻及其外周电路组成。其工作的基本原理是：热敏电阻对于不同的温度其阻值不同，进而导致了电流的变化。热敏电阻是基于电阻的热效应进行温度测量，电阻体的阻值随温度的变化而变化。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度（常用热敏电阻—温度关系式可参见电子科技大学向艳的《温度传感器用热敏电阻制备工艺的研究》一文，中国知网公开硕士学位论文）。

本发明监测装置所述的血压传感器采用压力敏感元件。它利用入射光照射到血管壁上，测得血管壁侧压力，除以入射光面积即可得到血压的压强值。本监测装置实施例中采用的压力敏感型传感器是一个在硅基片上蚀刻的传感器阵列（约10um厚的膜），共计30个压敏电阻单元，每个压敏电阻直径小于被测动脉的直径，频率响应大于50Hz，迟滞小于1.0%，该传感器可通过商购获得。其工作的基本原理是：当一个具有内在压力P的动脉血管被外在物体施力F时，部分压扁其动脉壁使其周边应力T发生变化，方向是向着与外力F正交的方向，该方向的力互相抵消。当外力达到某一定值时，内压力P等于外力F，这样通过测量外力F便可以得到动脉血压。其中压力传感器置于手腕桡动脉处（参见《现代医学仪器设计原理》一书中所述动脉张力测量法；邓亲恺主编科学出版社）。

本发明监测装置虽然没有血糖模块，但依然可监测血糖值。血糖值可由所测得的血氧饱和度、心率、温度和血压四个参数通过下述已知公式计算得出。

本发明监测装置所述的已知公式是：

具体公式为： $\frac{c_{\mathrm{hbo}2}}{c_{\mathrm{hbo}2}+c_{\mathrm{hb}}}\×100\%=\frac{k_{2\mathrm{hb}}{\mathrm{\ΔA}}_1-K_{1\mathrm{hb}}{\mathrm{\ΔA}}_2}{k_{2\mathrm{hb}}{\mathrm{\ΔA}}_1+k_{1\mathrm{hbo}2}{\mathrm{\ΔA}}_2-k_{2\mathrm{hbo}2}{\mathrm{\ΔA}}_1-k_{1\mathrm{hb}}{\mathrm{\ΔA}}_2}\×100\%$

式中：C_hbo2和C_hb分别是氧合血红蛋白浓度和血红蛋白浓度；K_1hb和K_2hb分别是血红蛋白对2种波长的光的消光系数；K_1hbo2和K_2hbo2分别是氧合血红蛋白对两种波长的光的消光系数；ΔA₁和ΔA₂分别是动脉血所吸收的2种波长的光的光强度（参见清华大学精密仪器与机械学系,精密测试技术与仪器国家重点实验室发表的《代谢热整合法无创血糖检测技术研究》一文，《仪器仪表学报》2007年10月第28卷第10期）。

本发明监测装置所述的电源模块实施例为一个输出5V直流电压的稳压电源。

本发明监测装置所涉及的部件、元器件都是通过商购获得的，其安装和连接方法都是本技术领域的技术人员所熟知的。

本发明监测装置的实现过程为：使用者开机，设定年龄和性别，把监测装置戴在手上进行检测，装置系统会自动检测血氧饱和度、血压、温度和心率，并利用以上四个参数通过公式计算出血糖值。人体参数正常时，装置屏幕显示时间，并且由蓝牙模块4提供音乐，供使用者蓝牙耳机接受。当这五个参数有一个以上参数超出了设计的“提示值”的时候，装置提示蜂鸣器8.1响，绿灯亮，提示使用者注意自身的身体状况，必要时对自身的状况进行及时处理；当这五个参数有一个以上参数超过设计的“警戒值”时，装置警戒蜂鸣器8.2响，黄灯亮，提示使用者对自身的状况应立即进行相应处理；当这五个参数有一个以上参数超过设计的“报警值”时，装置报警蜂鸣器8.3响，红灯亮，提示使用者应立刻去医院进行及时救助处理，或者按下装置的120求救按钮2.6向120急救中心呼救；当这五个参数有一个以上参数检测不到时，装置会自动向120急救中心发出报警和定位信息。医生在诊断的过程中，可以按下装置中的数据蓝牙传输按钮2.5，调取发病前24小时五项参数的数据和装置系统自动生成的数据曲线。本发明监测装置使用结束后，按关机键关机，若不想保存前24小时的数据，则按复位键清除该数据。

在监测过程中，若检测数据恢复正常，则监测装置会自动返回到正常检测状态。

本发明监测装置单片机的程序流程（参见图3）是：当用户按下开始按下装置开关2.1之后，连接开关的电路会把按键信号以电信号的形式传送给CPU处理模块5，当CPU处理模块5管脚检测到开机信号，主函数启动LED显示模块1显示函数，并进入死循环，LED显示模块1显示函数把时间的界面呈现在LED显示模块1屏幕上。当用户按下性别选择按键2.4的时候，连接该按键的电路把信号传给CPU处理模块5，当内部主函数检测到该信号的时候，触发中断，终止LED显示模块1显示函数死循环，并运行到性别选择子函数，该子函数进入输入函数死循环等待用户输入，并把选择界面显示在LED显示模块1屏幕上，当CPU处理模块5检测到用户的选择后，性别选择函数会把该用户的性别信息赋给用户结构变量的性别结构成员，并保存。当用户按下年龄区间选择按键2.3的时候，连接该按键的电路吧信号传给CPU处理模块5，当内部主函数检测到该信号的时候，触发中断，年龄区间选择函数运行，并进入死循环等待用户输入，并把选择界面显示在上，当CPU处理模块5检测到用户的选择后，年龄区间选择函数会把该用户的年龄区间信息赋给用户结构变量的年龄区间结构成员，并保存。当用户长按装置复位按键2.2时，这个动作触发的连续的电平信号传送给CPU处理模块5，当主函数识别出这个信号之后，触发中断，程序跳转到数据监测函数，CPU处理模块5开始接收传感器模块7检测到的血压，心率，体温，血氧饱和度数据，并把数据依次赋值给用户结构变量的血压结构成员、心率结构成员、体温结构成员、血氧饱和度结构成员，这一时刻也会被赋值给用户结构变量的时间结构成员，并把这几个数据通过if函数与相应的提示值、临界值、警戒值进行比较，同时数据监测函数会把这时刻的血压值，心率值，体温值和血氧饱和度值，通过所述计算公式计算出血糖值，同时把血糖值赋值给用户结构变量的血糖结构成员，并把这个数据与相应的提示值、临界值、警戒值进行比较。当这几个数据没有出现异常的时候，主函数会跳到LED显示函数，控制LED显示模块1显示时间，同时运行音乐函数，调取存储模块6的音乐信息，通过蓝牙模块4发送音乐信息给已经配对的蓝牙耳机，让用户在休闲当中欣赏音乐。当这几个数据任意一个以上超出提示值之后，if函数会控制CPU处理模块5发送信号给蜂鸣器8.1和绿灯，使得蜂鸣器响，绿灯亮；当这几个数据任意一个以上超出临界值之后，if函数会控制CPU处理模块5发送信号给蜂鸣器8.2和黄灯，使得蜂鸣器响，黄灯亮；当这几个数据任意一个以上超出警戒值之后，if函数控制CPU处理模块5发送信号给蜂鸣器8.3和红灯，使得蜂鸣器响，红灯亮。CPU处理模块5也会把这些数据存储到存储模块6当中，每隔1s CPU处理模块5从传感器采集一次数据并实时存储。当用户通过调整，这几个数据恢复到相应正常值后，if函数会控制CPU处理模块5发送信号给相应的蜂鸣器和LED灯，使得蜂鸣器停止发声，LED灯熄灭。当这几个数据一个以上检测不到或者当用户按下120急救按键2.6的时候，数据检测函数或求救函数会控制CPU处理模块5发送信号给GSM通讯模块3，使得GSM通讯模块3把GPS模块检测到的位置信息和之前设置好的求救内容发送给120急救中心。当用户被送到医院之后，医生可以按下蓝牙按键2.5，CPU处理模块5检测到该信号之后，会触发中断，运行蓝牙传输函数，并通过CPU处理模块5发送信号给蓝牙模块4，通过蓝牙模块4把用户之间检测并存储的生理参数数据传输给医院的计算机设备，医生可以通过这些数据来对病人进行精确地急救。

本发明监测装置提供的是一种提示性信号，并存储了专业数据，提示性信号可给使用者明确提示相应危险，克服了非专业人员不能看懂专业数据的不足；同时，存储的专业数据也会给专业医生提供了诊断参考依据，方便了医生诊断。

此外，本发明监测装置提供蓝牙拓展功能，在人体健康状况正常的时候，使用者可以通过蓝牙耳机读取监测装置中的音乐，在休息或运动过程中随时听音乐。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种人体生理参数监测装置，其特征在于该监测装置主要由LED显示模块、输入模块、GSM通讯模块、蓝牙模块、CPU处理模块、存储模块、传感器检测模块和蜂鸣器模块依次连接组成，并分别由电源模块对各个组件供电；其中，LED显示模块和输入模块安装在监测装置的外部，其余组成部分安装在监测装置的内部；所述输入模块由装置开关、装置复位按钮、被试者年龄区间选择按钮、被试者性别选择按钮、数据蓝牙传输按钮和120求救按钮组成；所述存储模块由SD存储卡模块和缓存模块组成；传感器检测模块由温度传感器模块、血压传感器模块、血氧饱和度传感器模块和心率传感器模块组成；所述蜂鸣器模块由提示蜂鸣器、警戒蜂鸣器或报警蜂鸣器组成；

各组件的信号传输连接方式为：装置开关、装置复位按钮、被试者年龄选择按钮、被试者性别选择按钮、数据蓝牙传输按钮和120求救按钮传输信号到输入模块，输入模块再将信号传输到CPU处理模块，并由CPU处理模块控制传感器检测模块，进而由传感器检测模块控制温度传感器模块、血压传感器模块、血氧饱和度传感器模块和心率传感器模块进行检测，然后温度传感器模块、血压传感器模块、血氧饱和度传感器模块和心率传感器模块再将检测数据返回给传感器检测模块，进而传感器检测模块将检测数据返还给CPU处理模块处理，CPU处理模块根据处理情况再将信号分别传输给LED显示模块、GSM通讯模块、蓝牙模块、存储模块或/和蜂鸣器模块；其中存储模块会根据设计要求调用SD存储卡模块和缓存模块进行存储，或者SD存储卡模块和缓存模块再将数据返回给存储模块，存储模块再将数据返回给CPU处理模块；蜂鸣器会根据设计要求调用提示蜂鸣器、警戒蜂鸣器或报警蜂鸣器，产生相应蜂鸣报警。

2.根据权利要求1所述的人体生理参数监测装置，其特征在于所述的CPU处理模块采用STM32 F103ZET6芯片和其公知外围电路。

3.根据权利要求1所述的人体生理参数监测装置，其特征在于所述蓝牙模块采用了美国德州仪器公司生产的CC2560-PAN1315 蓝牙模块和其公知外围电路。

4.根据权利要求1所述的人体生理参数监测装置，其特征在于所述GSM通讯模块采用上海睿为通信技术有限公司生产的M12 GSM模块和其公知外围电路。

5.根据权利要求1所述的人体生理参数监测装置，其特征在于所述的LED显示模块采用大连东方科脉电子有限公司生产的型号为DKE0049 的LCD液晶屏和其公知外围电路。