CN104757949A - 可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可穿戴设备，包括壳体、主机、探头、显示屏、表带；所述壳体包括上壳体与下壳体，所述上壳体与下壳体将主机与探头包裹在其中；所述显示屏嵌于上壳体；所述表带包括两部分，一部分表带预先处理有孔，与壳体第一端相连，另一部分表带配有凸起的扣，与壳体第二端相连，实现心率、水肿、血氧含量、血压、肌氧、体内局部热量消耗、步数、卡路里消耗、体内温度等指标的检测，同时具有睡眠监测、智能闹钟、空闲提醒、食物的热量查询与控制等功能，采用近红外光进行实时监测，通过光源发射特定波长范围的近红外光到被测部位，对探头探测到的数据进行数据处理，获得以下指标：心率、血压、血氧含量、肌氧、水肿和体内局部热量消耗，以便用户进行健康管理。

Description

可穿戴设备

技术领域

本发明属于医疗仪器技术领域，具体涉及一种可穿戴的健康检测设备。

背景技术

长久以来，健康检测大多是由多种独立医疗或者保健设备分别进行测试的，例如听诊器测心跳、血压计测血压、手指血氧仪测血压、心电图机测心电图，可以看出，这些设备较为大型且测量操作复杂，不便于携带与家庭使用。而可穿戴设备则是把可穿戴技术应用于健康领域，对用于身体情况的检测、运动数据的统计及健康状况的改善的设备。与之前的各种单一大型仪器检测相比，由于其不受时间地点的限制，可以便捷地储存个人的健康信息，自面市以来就受到众多消费者的青睐。

目前市面上的可穿戴设备多种多样，可实现心率、血压、步数、卡路里消耗、睡眠监测、运动等的监测，而这些指标的测量并不够全面，对用户的身体机能不能达到更详细、更专业的监测。此外，健康瘦身一直是人们所追求的理想瘦身方式，运动则是最科学的健康瘦身方式，合理、高效的运动才能使用户尽快达到自己的目标，现有的可穿戴设备多为监测步数、运动量的目标数，虽然能监测运动量的达成与否，但不能从身体内部的局部热量消耗来监测是否达到运动瘦身效果。若是没有达到运动瘦身效果，仅仅是达到运动量，这显然是不满足用户的需要的。此外，水肿问题越来越困扰着现代女性，成为女性对良好形体追求的一大障碍，但市面上却缺乏这方面的检测设备。

发明内容

本发明为解决的上述技术问题，提出一种可穿戴设备。

本发明采用的技术方案是：可穿戴设备，包括：壳体、主机、探头、显示屏、表带；

所述壳体包括上壳体与下壳体，所述上壳体与下壳体将主机与探头包裹在其中；所述显示屏嵌于上壳体；所述表带的两端与壳体两端相连；

所述探头包括用于分时发射一种及一种以上波长光的一个光源或者用于同时发射一种及一种以上波长光的一个及一个以上光源，以及设置在光源周围的探测器，所述探测器用于探测待测部位传输回来的信号；

所述主机用于对探测器接收的信号进行分析，得到用于反应身体状况的检测指标。

进一步地，所述探头包括用于分时发射的至少三种不同波长光的一个光源或者用于同时发射至少三种不同波长光的至少三个光源。

更进一步地，所述探头包括用于分时发射的三种不同波长光的一个光源或者用于同时发射三种不同波长光的三个光源；所述三种不同波长光的波长范围分别为：690nm～749nm、750nm～920nm和921nm～1060nm。

进一步地，所述探测器为光敏探测器；所述探测器至少包括两个。

进一步地，所述下壳体呈中间低四周高的拱形状，下壳体中部有孔，用于放置光源以及探头。

进一步地，所述主机包括：电源模块、光源驱动模块、预处理模块、A/D转换模块、微控制模块、数据储存模块以及数据显示模块、计步模块以及无线通信模块；

所述电源模块，与光源驱动模块、预处理模块、A/D转换模块、微控制模块、数据储存模块、数据显示模块、无线通信模块、计步模块连接，用于为各个模块供电；

光源驱动模块，与光源连接，用于驱动光源；

预处理模块，与探测器连接，用于将光敏探测器探测到的信号进行放大与滤波；

A/D转换模块，与预处理模块和微控制模块连接，用于将光敏探测器放大和滤波之后的信号进行模数转换，再传递给微控制模块；

微控制模块包括测算单元，用于向光源驱动模块提供控制光源的信号,存储预处理模块处理的数据；并将处理的数据经测算单元进行测算，将测算得到的检测指标实时传送给数据显示模块进行显示；

数据存储模块，与预处理模块和微控制模块连接，用于将预处理模块处理的数据存储到存储器中；

数据显示模块，与微控制模块连接，用于将测算模块测算得到的各检测指标实时地显示出来；

计步模块，与微控制模块连接，用于对用户行进的步数进行计数，并将计数信息传递给微控制模块；

无线通信模块，用于可穿戴设备与移动设备之间的无线通信连接。

更进一步地，检测指标包括：心率、血氧含量、血压、肌氧；

通过分析探测器接收到的光谱信息，得到所述心率检测指标；

通过检测经血红细胞吸收后返回的光强度，分析光强度变化得到血压检测指标；

通过光学非侵入式休克监护仪检测血氧血容量绝对量的方法，处理返回的光强信号，得到血氧检测指标和肌氧检测指标。

更进一步地，所述检测指标还包括体内温度检测以及水含量检测，根据光密度的变化，测算得到体内温度变化，根据光密度的变化和波长数据，测算得到水含量。

本发明的有益效果：本发明的可穿戴设备，可实现心率、血压、血氧含量、肌氧、水肿、体内局部热量消耗、步数、卡路里消耗、体内温度等指标的检测，同时具有睡眠监测、智能闹钟、空闲提醒、食物的热量查询与控制等功能。采用近红外光进行实时监测，其具体过程为光源发射波长范围在690nm～749nm(优选730nm)、750nm～920nm(优选870nm)和921nm～1060nm(优选1010nm)的近红外光到被测部位，根据探头探测到的数据进行数据处理，获得以下指标：心率、血氧含量、血压、肌氧、体内局部热量消耗和水肿，以便用户进行健康管理。

附图说明

图1为本发明实施例提供的可穿戴设备的示意图，

其中，1为上壳体、2为下壳体、3为表带、4为显示屏、5为孔、6为扣、7为选择键、8为确定键、9为返回键。

图2为本发明实施例提供的下壳体示意图。

图3为本发明实施例提供的光学探头和主机的组成以及连接关系示意图。

图4为本发明实施例提供的一个光源和两个光敏探测器的分布示意图。

图5为本发明实施例提供的三个光源和两个光敏探测器的分布示意图。

图6为本发明实施例提供的内置重力加速度传感器的计步模块的工作示意图。

图7为本发明实施例提供的内置振动传感器的计步模块的工作示意图。

图8为本发明无线通信模块的工作示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明的可穿戴设备可为手腕穿戴式，其包括上壳体1、下壳体2和表带3、以及选择键，所述表带3可采用软性材质表带；上下壳体将设备的探头及主机包裹在其中，同时，在上壳体嵌有LED显示屏4，用于显示用户的操作选择及数据信息的显示。表带3用于用户的佩戴调整，其中一半表带上有预先处理过的多个孔5，另一半表带上配有凸起的扣6，两者结合使用，使得用户可根据其手腕大小来进行佩戴调整。选择键置于上表面壳体边沿，一共有三个键，分别为选择键7、确定键8、返回键9，所述选择键7、确定键8、返回键9分别与主机相连，当按下按键时向主机发送数据信息，主机将根据获得的数据信息发出相应的指令操作。

如图2所示，为保证在测量过程中尽量避光，本发明的可穿戴设备的下壳体为中间低四周高的拱形状壳体，可采用软性材料等不易磨伤皮肤的壳体，中间有孔，用于放置光源以发射近红外光，四周与手腕形成包围，形成避光环境。

如图3所示为光学探头和主机的组成以及连接关系示意图。光学探头由近红外光源和光敏探测器组成，主机与光学探头数据相连，例如通过数据线，驱动光源和接收、处理数据，主机将接收的数据传递给预处理模块经过放大滤波后，经过高精度A/D转换模块，传递给MCU，MCU对已获得各个所需的指标参数进行数据处理，并将各指标传入数据存储模块进行保存以便用户随时查看，以及将各指标传入数据显示模块，方便用户的实时了解指标信息，MCU将数据保存下来留作以后用查看，同时进行数据处理以获得各个所需指标参数，并将结果传入数据显示模块，方便用户的实时了解指标信息，此外，各指标参数还经过无线通信模块传送给可移动设备，用于用户的数据比较和察看，所述可移动设备例如智能手机、平板电脑等。

如图4所示，光学探头部分可由一个光源和两个光敏探测器组成，与主机相连接，放置在上下壳体内，光源交替，即分时发出三种不同波长的近红外光。

如图5所示，光学探头部分可由三个光源和两个光敏探测器组成，与主机相连接，放置在上下壳体内，三个光源可同时发出三种不同波长的近红外光。

如图6所示为计步模块内置重力加速度传感器，可以测出行进过程人体的步态加速度信号，从而获得步数信息。用户在水平步行运动中，垂直和前进两个加速度会呈现周期性变化。在步行收脚的动作中，由于重心向上单只脚触地，垂直方向加速度是呈正向增加的趋势，之后继续向前，重心下移两脚触底，加速度相反。水平加速度在收脚时减小，在迈步时增加。在步行运动中，垂直和前进产生的加速度与时间大致为一个正弦曲线，而且在某点有一个峰值。其中，垂直方向的加速度变化最大，通过对轨迹的峰值进行检测计算和加速度阀值决策，即可实时计算用户运动的步数。

如图7所示为计步模块内置振动传感器，当人体行进时引起身体的振动，微控制单元根据振动次数可得到人体的步数。

根据朗伯比尔定律，物质在一定波长处的吸光度和它的浓度成正比。当恒定波长的光照射到人体组织上时，通过人体组织吸收、反射衰减后测量到的光强将在一定程度上反映被照射部位组织的结构特点。而生物组织在近红外波段存在高散射和低吸收的特性，使得近红外光对组织有着良好的穿透能力。本发明检测的具体过程为光源发射波长范围在690nm～749nm(优选730nm)、750nm～920nm(优选870nm)和921nm～1060nm(优选1010nm)的近红外光到被测部位，根据探头探测到的数据进行数据处理，获得以下指标：心率、血压、血氧含量、肌氧、水肿和体内局部热量消耗，以便用户进行健康管理。

如上所述的指标检测，近红外光源，例如红外发光二极管发出光照，经人体的血液衰减后由传感器，例如光敏传感器等接收，由于血压循环过程呈周期性脉动变化，因此光的衰减随血压循环过程也是周期性脉动变化，分析接收到的光谱，在频域找到相邻的两个上升沿或下降沿，再变换到时域，计算出其时间间隔，进行数据的测算，即可获得心率指标。

如上所述的指标检测，人体血液中有大量的血红细胞，此种细胞具有极强的吸收红外线的特性。当所测动脉血管随心脏周期性地收缩和舒张时，动脉所在部分的人体组织对红外光的吸收就会有变化，则人体组织反射的红外光的光强也相应变化。本实施例采用近红外光照射被测组织，由传感器，例如光敏传感器等接收光强的变化，主机对光强的变化进行数据处理，得出直流电压分量与单个脉冲幅度，所述直流电压分量对应舒张压参数，单个脉冲幅度对应收缩压与舒张压的差值，即可获得血压指标。例如，舒张压与直流电压分量之间成线性关系，单个脉冲幅度与收缩压与舒张压的差值也成线性关系，根据实验获得的数据测出其线性关系，即可获得舒张压和收缩压，根据舒张压和收缩压的数值，即可获知血压是否正常。正常时，应符合：90mmHg<收缩压<140mmHg、60mmHg<舒张压<90mmHg。

如上所述的指标检测，本实施例采用近红外光，优选波长范围为在690nm～749nm和750nm～920nm的两种波长，照射在待测部位，再利用测算方法，例如利用光学非侵入式休克监护仪检测血氧血容量绝对量的方法(可以参考申请号为：CN201410449443.9的专利申请中所提到的测算方法)，处理探头探测到的从待测局部组织表面反射回来的光强信号数据，即可获得血氧、肌氧指标。

水会对近红外光吸收造成影响，从而影响接收的光谱，又由于近红外光有良好的透射性，可以到达人体较深处，故采用近红外光可检测到人体内部的水，再通过对光谱的分析可得出人体的含水量，起到对人体水分的检测作用，从而实现水肿的检测。例如，水对不同波长的光吸收性不同，所述光的吸收强度通过光密度的变化进行衡量，本实施例用近红外光照射在待测部位，如取波长范围在690nm～749nm和921nm～1060nm的两种波长，探头检测到的光密度不同，利用光密度的变化和波长数据，测算出人体组织水含量，与正常状态下的水含量相比就可以知道是否水肿以及水肿程度。

此外，人体在运动时消耗能量，会使人体内部温度升高，影响水的温度，水温的变化同样可以反映到接收到的光谱中来，通过对光谱的分析可得到人体内部深层产生的热量，在进行身体局部针对性锻炼时，根据检测到的内部深层的热量了解是否达到锻炼效果。

随着水温上升，水对同一波长的近红外光，如波长范围在921nm～1060nm的光的吸光度增加，且为线性增加，而对于一定波长范围以下的近红外光，例如波长在900nm以下的光，水温对其的吸光度基本无影响，所述光的吸收强度通过光密度的变化进行衡量。本实施例取波长范围在690nm～749nm(优选730nm)、750nm～920nm(优选870nm)和921nm～1060nm(优选1010nm)的三种波长，测算出如上所述的水温与光密度的变化的线性关系，即可获得人体体内温度变化，同样也可根据体内温度变化来了解到是否达到锻炼效果、以及健康状况等。

如图8所示，无线通信模块用于与可移动设备的链接，可移动设备可以控制可穿戴设备，同时，利用可移动设备上的app，使用户可以更加便捷地管理与分析健康数据。app是建立大数据库的基础，用户可利用无线通信模块和app将监测到的个人数据上传到大数据存储端口，如云端等，储存起来，同时数据放到已有的数据模型中进行分析，并作各种对比，如纵向和横向的对比等。在可移动设备的app应用上，通过对所有数据的分析可以汇总成如健康风险指数等有预警意义的指标，用户每次登陆会看到自己的健康风险指数和同龄、同性别人群的平均风险指数，并且能明确自己的健康风险在同龄人群中的排位。设备会根据使用者的实际情况进行检测周期调整，一旦数据显示异常，就会建议加大检测密度，反之则会拉长检测间隔，根据得出的数据对个人健康状况和医疗进行建议。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.可穿戴设备，其特征在于，包括：壳体、主机、探头、显示屏、表带；

所述壳体包括上壳体与下壳体，所述上壳体与下壳体将主机与探头包裹在其中；所述显示屏嵌于上壳体；所述表带的两端与壳体两端相连；

所述探头包括用于分时发射一种及一种以上波长光的一个光源或者用于同时发射一种及一种以上波长光的一个及一个以上光源，以及设置在光源周围的探测器，所述探测器用于探测待测部位传输回来的信号；

所述主机用于对探测器接收的信号进行分析，得到用于反应身体状况的检测指标。

2.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述探头包括用于分时发射的至少三种不同波长光的一个光源或者用于同时发射至少三种不同波长光的至少三个光源。

3.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述探头包括用于分时发射的三种不同波长光的一个光源或者用于同时发射三种不同波长光的三个光源；所述三种不同波长光的波长范围分别为：690nm～749nm、750nm～920nm和921nm～1060nm。

4.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述探测器为光敏探测器；所述探测器至少包括两个。

5.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述下壳体呈中间低四周高的拱形状，下壳体中部有孔，用于放置光源以及探头。

6.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述主机包括：电源模块、光源驱动模块、预处理模块、A/D转换模块、微控制模块、数据储存模块以及数据显示模块、计步模块以及无线通信模块；

所述电源模块，与光源驱动模块、预处理模块、A/D转换模块、微控制模块、数据储存模块、数据显示模块、无线通信模块、计步模块连接，用于为各个模块供电；

光源驱动模块，与光源连接，用于驱动光源；

预处理模块，与探测器连接，用于将光敏探测器探测到的信号进行放大与滤波；

A/D转换模块，与预处理模块和微控制模块连接，用于将光敏探测器放大和滤波之后的信号进行模数转换，再传递给微控制模块；

微控制模块包括测算单元，用于向光源驱动模块提供控制光源的信号，存储预处理模块处理的数据；并将处理的数据经测算单元进行测算，将测算得到的检测指标实时传送给数据显示模块进行显示；

数据存储模块，与预处理模块和微控制模块连接，用于将预处理模块处理的数据存储到存储器中；

数据显示模块，与微控制模块连接，用于将测算模块测算得到的各检测指标实时地显示出来；

计步模块，与微控制模块连接，用于对用户行进的步数进行计数，并将计数信息传递给微控制模块；

无线通信模块，用于可穿戴设备与移动设备之间的无线通信连接。

7.根据权利要求1至5任意一项权利要求所述的可穿戴设备，其特征在于，检测指标包括：心率、血氧含量、血压、肌氧；

通过分析探测器接收到的光谱信息，得到所述心率检测指标；

通过检测经血红细胞吸收后返回的光强度，分析光强度变化得到血压检测指标；

通过光学非侵入式休克监护仪检测血氧血容量绝对量的方法，处理返回的光强信号，得到血氧检测指标和肌氧检测指标。

8.根据权利要求6所述的可穿戴设备，其特征在于，所述检测指标还包括体内温度检测以及水含量检测，根据光密度的变化，测算得到体内温度变化，根据光密度的变化和波长数据，测算得到水含量。