CN107397542B - 一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测方法 - Google Patents

一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及传感器技术领域，具体地公开了一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测方法，主要是解决的技术问题是如何有效的捕捉桡动脉处的脉搏波、如何有效屏蔽干扰信号以及如何准确提取脉搏波特征值；包括用于穿戴于人体手腕部的穿戴式设备本体，所述穿戴式设备本体设置有用于采集脉搏波的脉搏波传感器，所述穿戴式设备本体上还设置有与所述脉搏波传感器电连接的电路模块，所述脉搏波传感器为1～3个，对应设置在手腕部的桡动脉处。

Description

一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测 方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测方法。
背景技术
21世纪以来，心脑血管疾病逐渐取代常见的传染病成为危害人类的头号杀手。而高血压则是心脑血管疾病的罪魁祸首，具有高发病率、低控制率的特点。成年人的正常血压大约是120/80mmHg，过高或者过低都会有危险。据统计，全国高血压患者超过1亿人，而其中血压得到有效控制的在城市只有4.1％，农村只有1.2％。血压过高会损害心、脑、肾等重要器官，造成病变，发生中风、心肌梗塞等严重致死、致残事件发生。因此，能方便而准确地进行血压的实时动态监测，及时了解自身的身体状况并采取措施，是至关重要的事情。
现今市面上常用的血压计有水银柱式血压计和电子血压计两种。基于柯氏音听诊法的水银柱式血压计测量准确性和稳定性较高，但由于使用时需要配合听诊器来监听声音，所以对使用者的技术要求较高；而基于示波法的电子血压计主要分为手腕式与手臂式，携带较方便，可自动一次性测量出心率和血压，但这种血压计会受到许多限制，周围环境的噪声、袖带的上下滑动及摩擦等，都可能对测量结果产生一定的影响。这些血压计共同的特点就是都是需要充气加压，很方便携带，对技术要求较高。因此无需充气加压、便于穿戴的高精度血压测量技术是动态血压的关键。
现阶段，真正意义上的穿戴式血压计多以手表、手环或者指套形式呈现，而共性技术都包括对脉搏的采集。相应的血压监测模型与算法，包括ECG(心电)与脉搏波相结合的脉搏波波速传导法、多路脉搏波相结合的脉搏波传导法以及基于单点脉搏波的脉搏波特征值法。例如，专利201410537675.X、201611193082.1采用ECG+PPG，专利201110357862.6、201610860815.6采用多路脉搏波。其中，脉搏波传感器主要包括光电容积式脉搏波传感器和压力传感器。光电式脉搏波传感器采集的是血液流动的光学信息而非力学信息，面向穿戴式设备的ECG监测技术目前也不成熟，而多路PPG需要再人体相隔较远距离的位置分布脉搏波传感器不利于实际使用。血压是血管中血液流动过程中流速及压力的表现载体。因此，基于压力传感器的脉搏波特征值法是动态血压监测技术总最具应用前景的方法。
压力传感器在脉搏波监测过程中面临的问题有：①桡动脉周围的骨骼、筋腱、肌肉等组织，而且不同人的手腕大小、形状不同，如何有效的捕捉桡动脉处的脉搏波；②手腕处的肌肉很多而且复杂，手指运动、手腕转动、手臂摆动等都会引起脉搏波传感器信号的变化，如何有效屏蔽干扰信号；③桡动脉脉搏波极其细微，如何准确提取脉搏波特征值。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术当中存在的问题，提供一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种脉搏传感器，包括设置有悬空孔的底座，所述底座下方敷设有一层石墨烯纳米墙，所述石墨烯纳米墙连接聚合物力敏薄膜，所述聚合物力敏薄膜底部连接压敏凸点，所述压敏凸点对应所述悬空孔位置设置，所述石墨烯纳米墙上周期性地设置有图形化条带，所述石墨烯纳米墙和聚合物力敏薄膜上设置有褶皱结构。
进一步的，石墨烯纳米墙的图形化条带宽度为0.5mm～3mm，图形包括正弦波形、锯齿形波形、矩形波形。
进一步的，所述褶皱结构的褶皱周期在1-12um，其褶皱深度在100-600nm。
进一步的，所述聚合物力敏薄膜为PDMS薄膜。
如上提到的脉搏传感器的制备方法如下：
1)石墨烯纳米墙生长在石墨烯生长基底上；
2)在石墨烯纳米墙上涂覆PDMS胶；
3)在20℃或40℃或60℃或80℃或100℃或120℃温度下固化PDMS，形成PDMS薄膜；
4)冷却至20℃，将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜从石墨烯生长基底上揭下来；
5)将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜敷设于悬空孔底座上，其中石墨烯纳米墙图形化条带的两端与悬空孔底座上两个金属引脚分别相连；
6)在PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜的PDMS面放置凸点模具，将PDMS胶浇注在凸点模具中，并在80℃下固化，PDMS凸点固化后将凸点模具取下，从而形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜与PDMS凸点一体化结构。
一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，包括用于穿戴于人体手腕部的穿戴式设备本体，所述穿戴式设备本体设置有如上所述的脉搏传感器，所述穿戴式设备本体上还设置有与所述脉搏传感器电连接的电路模块，所述脉搏传感器为1～3个，对应设置在手腕部的桡动脉处。在桡动脉处设置1～3个脉搏波传感器，可以针对不用人的手腕情况，准确捕捉脉搏波；多个传感器方便滤除手动、肌肉动等背景噪声。图形化条带可以使得传感器能够承受比较大的形变，但应力、应变较小，从而提高传感器的稳定性和耐受性。
作为一种改进，所述电路模块包括依次连接的滤波单元、信号放大单元、模/数转换单元、软件处理单元及显示单元，所述脉搏传感器与所述滤波单元连接。
作为一种优选，所述滤波单元由依次连接的带通滤波器和梳妆滤波器组成。
作为一种优选，所述带通滤波器频率在0.7-4HZ之间。
一种建立血压监测模型的方法，包括以下步骤：
(1)通过脉搏传感器采集得到桡动脉的脉搏波；
(2)从步骤(1)得到的脉搏波中选取平稳的脉搏波；
(3)在步骤(2)中得到的平稳的脉搏波中识别脉搏波特征参数；
(4)以脉搏波特征参数为自变量，电子血压计测量相应脉搏周期的血压值作为因变量逐步进行回归分析；
(5)选择与血压值最相关的特征参数建立回归方程。
作为一种改进，步骤(2)通过带通滤波器滤除带外噪声，并结合小波变换和/或自适应滤波法和/或独立成分分析的方法，提取噪声参考信号，然后使用梳妆滤波器滤出该信号及其谐波成分，得到滤除噪声的脉搏波信号。
作为一种改进，步骤(3)采用小波变换与微分法相结合的脉搏波特征点识别及提取的方法，在MATLAB下对微分法与小波变换法相结合的脉搏波分析方法进行仿真实验，并通过仿真实验进一步识别脉搏波特征参数。
进一步的，在步骤(2)获得的脉搏波数据进行小波分解得到需要的小波系数，进而初始化阙值，检测模极大值和过零点，确定峰值存在范围，在原始信号中找到极值点，作信号周期判断，信号周期正常进行信号幅度判断，若不正常则重新初始化阙值，信号幅度判断若幅度正常则记录原始信号极值点，不正常则重新初始化阙值；以上述原始信号极值点为脉搏波基准点主波，从主波点往前找一次过微分零点，对应回原波形；从主波点往后找单个周期一次微分的最大值，最大值前过零点对应回原波形特征点降中峰谷，最大值后过零点对应回原波形特征点重博波峰，在二次微分中，在主波点和降中峰谷点之间找到过零点，对应回原波形、重博波峰，在原波形中寻找局部极值点，使识别更加准确，记录原始信号各特征值，通过原始信号各特征值计算脉搏波特征参数。
作为一种优选，步骤(1)中的脉搏传感器设置为1～3个。
进一步的，步骤(4)中采用最小二乘支持向量机(LSSVM)进行回归分析，LSSVM采用以下函数对未知函数进行估计，
y(x)＝wTΦ(x)+b
式中：非线性核函数Φ(x)、采用高斯核函数,将输入空间映射为高维的特征空间，给定一个含有N个样本的训练数据集
Figure GDA0002751233990000041
其中输入为m维向量，输出y为一维向量，且所有样本都已全部归一化到一个超立方体中。
进一步的，步骤(3)中脉搏波特征参数主要包括重搏波相对高度、降中峡相对高度、以及反映脉搏输出量的参数。典型脉搏波特征参数包括脉搏波主峰高度、降中峡高度、重搏波高度、主波上升时间及脉搏波波形特征量。而且，重搏波相对高度、降中峡相对高度、以及反映脉搏输出量的参数分别与人体舒张、收缩压存在强相关性。
有益效果在于：本发明在桡动脉处设置1～3个脉搏波传感器，可以针对不用人的手腕情况，准确捕捉脉搏波；多个传感器方便滤除手动、肌肉动等背景噪声；脉搏波传感器进行优化设计，石墨烯条带的图形化设计，悬空孔设计以及压敏凸点设计进一步提高手腕处脉搏波的提取精度；建立血压监测模型的方法分别以收缩压和舒张压为因变量，以提取的多个脉搏波特征点为自变量，以采集到的血压为因变量，进行回归分析，优化血压监测模型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明实施例提供的典型脉搏波图；
图2是本发明实施例提供的基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备结构示意图；
图3是本发明实施例提供的脉搏波传感器的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的脉搏波信号处理流程示意图；
图5是本发明实施例提供的小波变换与微分法相结合识别并提取脉搏波特征参数；
图6是本发明实施例提供的脉搏波特征参数法测量血压的特征方程的建立框图；
图7是本发明实施例3提供的效果实验对比图；
图8是本发明脉搏波传感器的结构示意图；
图9是本发明石墨烯纳米墙图形化条带的截面图；
图10是20℃温度下固化的PDMS形态图；
图11是40℃温度下固化的PDMS形态图；
图12是80℃温度下固化的PDMS形态图；
图13是120℃温度下固化的PDMS形态图；
附图标记
其中h1为脉搏波主峰高度，h2为重搏前波高度，h3为降中峡高度，h4为重搏波高度，t1为主波上升时间，505为脉搏波传感器，545为桡动脉，530为骨头，540为筋键，515为穿戴式设备本体，520为显示器，1为底座，2为悬空孔，3为石墨烯/聚合物力敏薄膜，4为压敏凸点，5为图形化条带，101为石墨烯纳米墙生长基底；102为石墨烯纳米墙；103为聚合物弹性体；104为金属引脚；106为褶皱结构。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
脉搏波特征参数测量技术当血压以波的形式从心脏向整个循环系统传播时，人体内循环系统压力的变化同样体现在脉搏波波形的变化。因此，研究脉搏波特征参数对血压的测量具有十分重要的意义。如图1所示，典型脉搏波特征参数包括脉搏波主峰高度(h1)、降中峡高度(h3)、重搏波高度(h4)、主波上升时间(t1)及脉搏波波形特征量K。而且，重搏波相对高度(h4/h1)、降中峡相对高度(h3/h1)、以及反映脉搏输出量的参数h1(1+t2/t3)分别与人体舒张、收缩压存在强相关性。
实施例1-1：
如图8和图2所示，在500um的基底101上生长石墨烯纳米墙102后，在石墨烯纳米墙102上涂覆热固型弹性体PDMS薄膜103，PDMS薄膜厚度为200um，本实施例在20℃温度下固化PDMS，固化后的PDMS形态如图10所示，待PDMS薄膜103固化成膜后，冷却至20℃将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜从石墨烯生长基底上揭下来；将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜敷设于悬空孔底座上，其中石墨烯纳米墙图形化条带的两端与悬空孔底座上两个金属引脚分别相连；在PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜的PDMS面放置凸点模具，将PDMS胶浇注在凸点模具中，并在80℃下固化，PDMS凸点固化后将凸点模具取下，从而形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜与PDMS凸点一体化结构。
由于在PDMS薄膜103热固化成膜的过程中，PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜中聚集了大量的热应力，而且石墨烯纳米墙102的弹性模量大、热膨胀系数低，而PDMS薄膜103的弹性模量小、热膨胀系数大；如图9所示，当石墨烯纳米墙102/1PDMS薄膜103固化冷却并从101基底上脱离开后，热应力将得到释放，从而在石墨烯纳米墙102/PDMS力敏薄膜103界面产生褶皱后者裂纹。石墨烯纳米墙的褶皱结构，可以使得传感器对微小力进行高灵敏度探测，从而提升灵敏度。进一步，石墨烯纳米墙图形化条带可以提高传感器的稳定性和耐受性(图形化条带可以提高传感器的应变承受能力，类似弹簧，从而提高稳定性和耐受性)。
实施例1-2:
在500um的基底101上生长石墨烯纳米墙102后，在石墨烯纳米墙102上涂覆热固型弹性体PDMS薄膜103，PDMS薄膜厚度为200um，本实施例在基底101上生长石墨烯纳米墙102后，在石墨烯纳米墙102上涂覆热固型弹性体103PDMS薄膜，本实施例在40℃温度下固化PDMS，固化后的PDMS形态如图11所示，待PDMS薄膜103固化成膜后，冷却至20℃将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜从石墨烯生长基底上揭下来；将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜敷设于悬空孔底座上，其中石墨烯纳米墙图形化条带的两端与悬空孔底座上两个金属引脚分别相连；在PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜的PDMS面放置凸点模具，将PDMS胶浇注在凸点模具中，并在80℃下固化，PDMS凸点固化后将凸点模具取下，从而形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜与PDMS凸点一体化结构。
实施例1-3：
在500um的基底101上生长石墨烯纳米墙102后，在石墨烯纳米墙102上涂覆热固型弹性体PDMS薄膜103，PDMS薄膜厚度为200um，本实施例在基底101上生长石墨烯纳米墙102后，在石墨烯纳米墙102上涂覆热固型弹性体103PDMS薄膜，本实施例在80℃温度下固化PDMS，固化后的PDMS形态如图12所示，待PDMS薄膜103固化成膜后，冷却至20℃将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜从石墨烯生长基底上揭下来；将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜敷设于悬空孔底座上，其中石墨烯纳米墙图形化条带的两端与悬空孔底座上两个金属引脚分别相连；在PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜的PDMS面放置凸点模具，将PDMS胶浇注在凸点模具中，并在80℃下固化，PDMS凸点固化后将凸点模具取下，从而形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜与PDMS凸点一体化结构。
实施例1-4：
在基底101上生长石墨烯纳米墙102后，在石墨烯纳米墙102上涂覆热固型弹性体103PDMS薄膜，本实施例在120℃温度下固化PDMS，固化后的PDMS形态如图13所示，待PDMS薄膜103固化成膜后，冷却至20℃将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜从石墨烯生长基底上揭下来；将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜敷设于悬空孔底座上，其中石墨烯纳米墙图形化条带的两端与悬空孔底座上两个金属引脚分别相连；在PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜的PDMS面放置凸点模具，将PDMS胶浇注在凸点模具中，并在80℃下固化，PDMS凸点固化后将凸点模具取下，从而形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜与PDMS凸点一体化结构。
结合实施例1-1至1-4，褶皱的形貌的周期随PDMS固化温度的升高而减小，随石墨烯薄膜的厚度增加而增加，褶皱的形貌的深度随PDMS固化温度升高而增加，随石墨烯薄膜的厚度增加而增加。如下表所示，褶皱的周期和深度对灵敏度和耐受性都有影响，其中6um周期的褶皱所制备的传感器具有最高的灵敏度和耐受性；而500nm的褶皱深度拥有最佳的灵敏度和耐受性。
Figure GDA0002751233990000091
实施例2：
本发明提供了一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，如图2所示，括用于穿戴于人体手腕部的穿戴式设备本体515，所述穿戴式设备本体515设置有用于采集脉搏波的脉搏波传感器505，所述穿戴式设备本体上还设置有与所述脉搏波传感器电连接的电路模块，电路模块通过脉搏传感器上的电极引脚104与脉搏传感器电连，所述脉搏波传感器为1～3个，对应设置在手腕部的桡动脉545处。在桡动脉处设置1～3个脉搏波传感器505，可以针对不用人的手腕情况，准确捕捉脉搏波；多个传感器方便滤除手动、肌肉动等背景噪声；具体的，根据人体手腕部的构造，桡动脉545周围会存在筋键540和骨头530，在获取脉搏波信号时会产生干扰，并且单独的一个脉搏波传感器在佩戴本动态血压监测穿戴式设备时，不仅容易受到桡动脉周围组织的影响，而且无法保证脉搏波传感器准确地对准桡动脉，设置两个或者三个脉搏波传感器，可以减少桡动脉周围组织的影响，通过三个脉搏波传感器获取的脉搏波经过电路模块进行滤波处理，能够获取更加准确的脉搏波信号。
通过脉搏波传感器获取的脉搏波信号经过电路模块处理，如图4所示，所述电路模块包括依次连接的滤波单元、信号放大单元、模/数转换单元、软件处理单元及显示单元，所述脉搏波传感器与所述滤波单元连接。所述滤波单元由依次连接的带通滤波器和梳妆滤波器组成。所述带通滤波器频率在0.7-4HZ之间。显示单元选择为显示器520，如图2所示。由于脉搏波存在因人而异，因时而异的特点，且脉搏波信号的噪声源太多，尤其是运动噪声的消除是一大难点，如何从大量的噪声中提取脉搏波信号是一个重要的问题。本项目拟采用0.7-4Hz的带通滤波器用于滤除带外噪声，并结合小波变换，自适应滤波法，独立成分分析的方法，提取噪声参考信号，然后使用梳妆滤波器滤出该信号及其谐波成分，得到滤除噪声的脉搏波信号。滤除噪声的脉搏波信号经放大和转换后经过大数据处理后通过显示单元显示出来。
实施例3：
本发明还提供了一种建立血压监测模型的方法，如图6所示，具体包括以下步骤：
(1)通过脉搏波传感器采集得到桡动脉的脉搏波；
(2)从步骤(1)得到的脉搏波中选取平稳的脉搏波；
(3)在步骤(2)中得到的平稳的脉搏波中识别脉搏波特征参数；
(4)以脉搏波特征参数为自变量，电子血压计测量相应脉搏周期的血压值作为因变量逐步进行回归分析；
(5)选择与血压值最相关的特征参数建立回归方程。
脉搏波传感器选择为2个，如上提到的步骤(2)中，在步骤(1)中得到的脉搏波中，存在大量的噪声，本实施例拟采用0.7-4Hz的带通滤波器用于滤除带外噪声，并结合小波变换，自适应滤波法，独立成分分析的方法，提取噪声参考信号，然后使用梳妆滤波器滤出该信号及其谐波成分，得到滤除噪声的脉搏波信号。步骤(3)采用小波变换与微分法相结合的脉搏波特征点识别及提取的方法，在MATLAB下对微分法与小波变换法相结合的脉搏波分析方法进行仿真实验，并通过仿真实验进一步识别脉搏波特征参数，提高识别精度，为利用脉搏波特征点实现连续血压测量奠定基础。具体提取脉搏波特征参数的步骤如图5所示，获得的脉搏波数据进行小波分解得到需要的小波系数，进而初始化阙值，检测模极大值和过零点，确定峰值存在范围，在原始信号中找到极值点，作信号周期判断，信号周期正常进行信号幅度判断，若不正常则重新初始化阙值，信号幅度判断若幅度正常则记录原始信号极值点，不正常则重新初始化阙值；如图1所述，上述原始信号极值点为脉搏波基准点主波c，从主波c点往前找一次过微分零点，对应回原波形b；从主波c点往后找单个周期一次微分的最大值，最大值前过零点对应回原波形特征点降中峰谷f，最大值后过零点对应回原波形特征点重博波峰g，在二次微分中，在主波c点和降中峰谷f点之间找到过零点，对应回原波形d、重博波峰e，在原波形中寻找局部极值点，使识别更加准确，记录原始信号各特征值，通过原始信号各特征值计算脉搏波特征参数。典型脉搏波特征参数包括脉搏波主峰高度(h1)、降中峡高度(h3)、重搏波高度(h4)、主波上升时间(t1)及脉搏波波形特征量K。而且，重搏波相对高度(h4/h1)、降中峡相对高度(h3/h1)、以及反映脉搏输出量的参数h1(1+t2/t3)分别与人体舒张、收缩压存在强相关性。故脉搏波特征参数主要包括重搏波相对高度(h4/h1)、降中峡相对高度(h3/h1)、以及反映脉搏输出量的参数h1(1+t2/t3)。
基于高灵敏度石墨烯脉搏波传感器的对动脉脉搏波的特征参数的高保真提取，结合大样本分析，设计合适的脉搏波—血压优化算法模型。在成功提取特征值之后，从大量的特征值当中选取与血压值最相关的一部分特征来预测血压，去除不相关特征与特征冗余，降低训练模型难度，减少计算复杂度。本实施例拟采用最小二乘支持向量机(LSSVM)进行回归分析，将采集大量人群的数据进行大样本分析训练算法模型，样本量越大，其模型的准确度越高。
LSSVM采用以下函数对未知函数进行估计，
y(x)＝wTΦ(x)+b
式中：非线性核函数Φ(x)、采用高斯核函数,将输入空间映射为高维的特征空间，给定一个含有N个样本的训练数据集
Figure GDA0002751233990000121
其中输入为m维向量，输出y为一维向量，且所有样本都已全部归一化到一个超立方体中。
本实施例为了建立血压与脉搏波特征点之间的关系，选择了一定数量的健康受试者进行回归分析。并同时用袖带式电子血压计测量被测者的血压值。对于每一名受试者分别以收缩压和舒张压为因变量，以提取的多个脉搏波特征点为自变量，以采集到的血压为因变量，进行回归分析，优化血压监测模型。
通过本实施例获得的血压监测模型如图7所示，除了有采用本实施例所述的方法所获得的血压监测模型，还有两个对比例，两个对比例分别为通过欧姆龙血压计以及博之轮光电血压手环获得的血压监测模型。其中，欧姆龙血压计选用的是型号为HEM-6322T的欧姆龙血压计，通过该款血压计测量出来的血压监测模型如图7所示。博之轮光电血压手环选用的是型号为B15P的光电血压手环，通过该款测量出来的血压监测模型如图7所示。本实施例的动态血压手环具有与欧姆龙电子血压计相当的测试精度(＜±5mmHg)，远高于博之轮光电血压手环。而且在动态测试过程中，本发明的动态稳定性很好，佩戴舒适，可以取代电子血压计在医疗级上应用。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，包括用于穿戴于人体手腕部的穿戴式设备本体，其特征在于：所述穿戴式设备本体设置有脉搏传感器，所述穿戴式设备本体上还设置有与所述脉搏传感器电连接的电路模块，所述脉搏传感器为1~3个，对应设置在手腕部的桡动脉处；
所述脉搏传感器包括设置有悬空孔的底座，所述底座下方敷设有一层石墨烯纳米墙，所述石墨烯纳米墙连接聚合物力敏薄膜，所述聚合物力敏薄膜底部连接压敏凸点，所述压敏凸点对应所述悬空孔位置设置，所述石墨烯纳米墙上周期性地设置有图形化条带，所述石墨烯纳米墙图形化条带上设置有微米或纳米褶皱结构，
所述的脉搏传感器的制备方法，包括以下步骤：
1）石墨烯纳米墙生长在石墨烯生长基底上；
2）在石墨烯纳米墙上涂覆PDMS胶；
3）在20℃或40℃或60℃或80℃或100℃或120℃温度下固化PDMS，形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜；
4）冷却至20℃，将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜从石墨烯生长基底上揭下来，在石墨烯纳米墙表面形成纳米或微米级褶皱结构；
5）将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜敷设于悬空孔底座上，其中石墨烯纳米墙图形化条带的两端与悬空孔底座上两个金属引脚分别相连；
6）在PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜的PDMS面放置凸点模具，将PDMS胶浇注在凸点模具中，并在80℃下固化，PDMS凸点固化后将凸点模具取下，从而形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜与PDMS凸点一体化结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，其特征在于：所述电路模块包括依次连接的滤波单元、信号放大单元、模/数转换单元、软件处理单元及显示单元，所述脉搏传感器与所述滤波单元连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，其特征在于：所述滤波单元由依次连接的带通滤波器和梳妆滤波器组成。
4.根据权利要求3所述的一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，其特征在于：所述带通滤波器频率在0.7-4HZ之间。
5.一种建立血压监测模型的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）通过脉搏波传感器采集得到桡动脉的脉搏波，所述脉搏波传感器为1~3个；
（2）从步骤（1）得到的脉搏波中选取平稳的脉搏波；
（3）在步骤（2）中得到的平稳的脉搏波中识别脉搏波特征参数；
（4）以脉搏波特征参数为自变量，电子血压计测量相应脉搏周期的血压值作为因变量逐步进行回归分析；
（5）选择与血压值最相关的特征参数建立回归方程；
所述脉搏传感器包括设置有悬空孔的底座，所述底座下方敷设有一层石墨烯纳米墙，所述石墨烯纳米墙连接聚合物力敏薄膜，所述聚合物力敏薄膜底部连接压敏凸点，所述压敏凸点对应所述悬空孔位置设置，所述石墨烯纳米墙上周期性地设置有图形化条带，所述石墨烯纳米墙图形化条带上设置有微米或纳米褶皱结构，
所述的脉搏传感器的制备方法，包括以下步骤：
1）石墨烯纳米墙生长在石墨烯生长基底上；
2）在石墨烯纳米墙上涂覆PDMS胶；
3）在20℃或40℃或60℃或80℃或100℃或120℃温度下固化PDMS，形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜；
4）冷却至20℃，将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜从石墨烯生长基底上揭下来，在石墨烯纳米墙表面形成纳米或微米级褶皱结构；
5）将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜敷设于悬空孔底座上，其中石墨烯纳米墙图形化条带的两端与悬空孔底座上两个金属引脚分别相连；
6）在PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜的PDMS面放置凸点模具，将PDMS胶浇注在凸点模具中，并在80℃下固化，PDMS凸点固化后将凸点模具取下，从而形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜与PDMS凸点一体化结构。
6.根据权利要求5所述的建立血压监测模型的方法，其特征在于：步骤（2）通过带通滤波器滤除带外噪声，并结合小波变换和/或自适应滤波法和/或独立成分分析的方法，提取噪声参考信号，然后使用梳妆滤波器滤出该信号及其谐波成分，得到滤除噪声的脉搏波信号。
7.根据权利要求5所述的建立血压监测模型的方法，其特征在于：步骤（3）采用小波变换与微分法相结合的脉搏波特征点识别及提取的方法，在MATLAB下对微分法与小波变换法相结合的脉搏波分析方法进行仿真实验，并通过仿真实验进一步识别脉搏波特征参数。
8.根据权利要求5或7所述的建立血压监测模型的方法，其特征在于：步骤（2）中获得的脉搏波数据进行小波分解得到需要的小波系数，进而初始化阙值，检测模极大值和过零点，确定峰值存在范围，在原始信号中找到极值点，作信号周期判断，信号周期正常进行信号幅度判断，若不正常则重新初始化阙值，信号幅度判断若幅度正常则记录原始信号极值点，不正常则重新初始化阙值；以上述原始信号极值点为脉搏波基准点主波，从主波点往前找一次过微分零点，对应回原波形；从主波点往后找单个周期一次微分的最大值，最大值前过零点对应回原波形特征点降中峰谷，最大值后过零点对应回原波形特征点重博波峰，在二次微分中，在主波点和降中峰谷点之间找到过零点，对应回原波形、重博波峰，在原波形中寻找局部极值点，使识别更加准确，记录原始信号各特征值，通过原始信号各特征值计算脉搏波特征参数。
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