CN107692973A - 一种基于光纤传感的生命体征监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤传感的生命体征监测系统，包括光纤传感单元和检测单元，光纤传感单元包括光纤和网格板，网格板沿中线折叠形成上层网格板和下层网格板，光纤被夹持在上层网格板、下层网格板之间，光纤的两端与检测单元连接，使用时，上层网格板和下层网格板同时挤压光纤，使其产生微弯，该变化会带来原始光通量的改变，变化后的光被监测单元进行处理，从而分析得到心脏冲击扫描监测结果或者其他生命体征检测结果。本发明一种基于光纤传感的生命体征监测系统，灵敏度高、稳定性强、使用便捷、结构简单，在不影响用户休息、工作的情况下，使用光纤传感监测心冲击波形等生理参数。

Description

一种基于光纤传感的生命体征监测系统

技术领域

本发明属于生命体征监测领域，尤其涉及一种基于光纤传感的生命体征监测系统。

背景技术

传统的心电图检测需要在被测者身体上佩戴12个导联的电极贴，即便是现在一些便携式心电监测设备也只是减少了导联电极的数量，仍需要电极直接与皮肤接触。心脏冲击扫描(BCG)则不需要佩戴任何监测器具，只需要被测者给予检测器一个压力，即可实现对被测者心率、呼吸等生理参数进行检测。

医疗领域最常见的生命体征监测工具大多使用电传感器，而电传感器易受到电磁干扰。光纤的主要成分为石英或塑料等绝缘物质，不导电，因此光纤不受电磁场的干扰。虽然，心脏冲击扫描的准确度不如传统心电检测,但心脏冲击扫描对一些重大心脏疾病监测还是很具有意义的，尤其是配合光纤传感器后，使得检测变得非常方便。

呼吸频率往往可以反映出人们的肺部健康情况，但是普通的呼吸频率测量要密切观察被测者的胸部，因此往往使被测者神经紧张，更甚者产生焦虑情绪，导致测量结果不准确。而呼吸带来的节律性身体震动也能反映在光纤传感器上，因此，在BCG检测时也可同时测量呼吸频率，并不会给被测者带来任何困扰。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种灵敏度高、稳定性强、使用便捷、结构简单的基于光纤感应的生命体征监测系统。

为实现上述目的，本发明一种基于光纤感应的生命体征监测系统，包括光纤传感单元和检测单元，光纤传感单元包括光纤和网格板，网格板沿中线折叠形成上层网格板和下层网格板，光纤被夹持在上层网格板、下层网格板之间，光纤的两端与检测单元连接，使用时，上层网格板和下层网格板同时挤压光纤，使其产生微弯形变，该变化带来原始光通量的改变，变化后的光被监测单元进行处理，从而分析得到心脏冲击扫描监测结果或者其他生命体征检测结果。

进一步，所述上层网格板、所述下层网格板相对应的一面上分别设置有若干平行的上层网格线、下层网格线，相邻的两条上层网格线间距为a，相邻的两条下层网格线间距为a；所述上层网格板和下层网格板叠合后，上层网格线与下层网格线交叉设置，且相邻的两条上层网格线与下层网格线之间沿所述网格板的平面方向的间距为a/2。

进一步，所述网格板为一整块印刷层，该印刷层沿中线折叠形成相互叠合的所述上层网格板和所述下层网格板，所述上层网格板和所述下层网格板相对应的一面上由凸版印刷术印制上所需间距的所述上层网格线、所述下层网格线。

进一步，所述印刷层与所述上层网格线、所述下层网格线一体成型。

进一步，所述上层网格板与下层网格板之间设置有粘贴剂。

进一步，所述网格板对折后，相对的边设置有若干卡扣结构。

进一步，所述监测单元包括光源、光源驱动器、光信号接收器、放大器、模数转换器及中央控制模块；所述光纤的一端依次与光源、光源驱动器、中央控制模块连接，所述光纤的另一端与光信号接收器连接，放大器与光信号接收器耦合，以放大光信号到足够用模数转换器进行处理，处理后的数据输入至中央控制模块。

进一步，所述中央控制模块负责启动或者停止所述光源驱动器以及对所述模数转换器送进来的原始信号进行处理，并利用快速傅里叶变换或小波变换从中分析出心跳和呼吸所对应的波形。

进一步，所述基于光纤传感的生命体征监测系统还包括远程控制单元，提供用户界面给用户使用，以控制部分或全部设备的功能，所述模数转换器转换成的数据信号由所述中央控制模块选择性地进行处理，原始的或处理过的数据信号传输到远程控制单元以对信号进行显示或进一步处理。

进一步，所述基于光纤传感的生命体征监测系统还包括外部配套设备，在所述监测单元上设置有外部接口，通过接口将外部配套设备与所述监测单元的中央控制模块连接，将处理后的心冲击波形、呼吸数据传送给外部配套设备进行整合，并通过外部配套设备的通讯系统统一发给远程控制单元；外部配套设备还为监测单元提供额外的电力供应。

本发明一种基于光纤传感的生命体征监测系统，灵敏度高、稳定性强、使用便捷、结构简单，在不影响用户休息、工作的情况下，使用光纤传感监测心冲击波形等生理参数。光纤传感单元采用双变形结构，除产生足够大的微弯响应从而可检测身体的微观运动、生理参数指标如心跳和呼吸等，因采用的网格板一体成型等结构，避免了上层网格板和下层网格板之间产生滑动，使得本系统有极高的灵敏度和准确度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为光纤传感单元截面示意图；

图3为本发明的结构框图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1至图3所示，本发明一种基于光纤传感的生命体征监测系统，包括光纤传感单元1和检测单元2，光纤传感单元1包括光纤11和网格板12，网格板12沿其中线123折叠形成上层网格板121和下层网格板122，光纤11被夹持在上层网格板121、下层网格板122之间，光纤11与检测单元2连接，当光纤传感单元受力时，上层网格板121和下层网格板122同时挤压光纤11，使其产生微弯，该变化会带来原始光通量的改变，变化后的光被检测单元12进行处理，从而分析得到BCG监测结果或者其他生命体征检测结果。

在本实施例中，网格板12为一整块印刷层，该印刷层由中线123分为可折叠的两部分，即上层网格板121和下层网格板122，且每部分上由凸版印刷术印制上所需间距的若干平行网格线，即上层网格线1211和下层网格线1221，且两部分的平行网格线相差本部分网格想间距的一半，即若相邻的两条上层网格线1211之间的间距为a，则相邻的两条下层网格线1221之间的间距也为a；所述上层网格板121和下层网格板122叠合后，上层网格线1211与下层网格线1221交叉设置，且相邻的两条上层网格线1211与下层网格线1221之间沿所述网格板的平面方向的间距为a/2。印刷技术印制网格简捷方便，保证两边的平行网络线之间的间距，且使印刷层受力时光纤产生更大的光损耗，增加测量精度。带网格的印刷层沿中线折叠后，上层网格板121和下层网格板122之间形成不易错位的双层网格结构，且网格板12上的网格与印刷层一体成型，结构更为稳固，网格之间不易错位，而且不需要额外的支撑结构以保持上下网格层的正确对齐，节省了系统的成本、减低了系统的复杂性，使生命体征监控系统更贴近实际应用。所述印刷层为聚酯纤维、尼龙布等可折叠但不易产生拉伸变形的材料。

为进一步稳定折叠后的网格板12，在上层网格板121、下层网格板122将光纤11夹持后，加入粘贴剂加以固定，保证光纤传感单元在使用过程中网格不会产生错位。更优选的是，在网格板12对折后，相对的边相对应的位置设置若干体积微小的卡扣结构，不仅可避免光纤传感单元在使用过程中网格不易错位，而且不会产生如加入粘贴剂影响光纤11微弯，进而影响最终的BCG监测结果的精确度等现象，进一步，也便于光纤传感单元的清洁和维修。

监测单元2包括光源21、光源驱动器22、光信号接收器23、放大器24、模数转换器25及中央控制模块26，光纤11的一端依次与光源21、光源驱动器22、中央控制模块26连接，光源21通过与中央控制模块26连接的电源驱动器22操控，在本实施例中，光源21为LED光源，在实际应用中可选择其他合适的光源；光纤11的另一端与光信号接收器23连接，放大器24与光信号接收器23耦合，以放大光信号到足够可以用模数转换器25进行处理，处理后的数据输入至中央控制模块26。中央控制模块26负责启动或者停止光源驱动器22以及对模数转换器25送进来的原始信号进行处理，并利用快速傅里叶变换或小波变换从中分析出心跳和呼吸所对应的波形。具体地，对从模数转换器25采集到的信号使用过采样技术，以增加计算精度。此外监测单元2还包括供电模块、外壳等，供电模块为整个系统提供电能，还可将供电模块从检测单元2中独立出来，根据实际情况选择合适的供电方式；检测单元2集成在外壳内，外壳上设置有开关、调节按钮，与中央控制模块26连接，以开启、关闭系统，对系统进行调节控制等。

在体重、心跳或者其他生理参数产生的外力的作用下，这种力均匀地分布在光纤11和网格板12上，这些力使上层网格板121和下层网格板122同时挤压光纤11，使光纤11产生微弯形变，该变化会带来原始光通量的改变，即一些光由于微弯效应而泄露，光信号接收器23接收剩余光，光强度的变化量是由中央控制模块26处理和确定的。本实施例中，光纤11为多模光纤，多模光纤比单模光纤芯径粗，数值孔径大，能从光源耦合更多的光功率，使用多模光纤使本发明的系统获得更高的灵敏度。

本发明还包括远程控制单元3，主要是为了用户更好的使用本发明，提供用户界面给用户使用，以控制部分或全部设备的功能，数模转换器25转换成的数据信号由中央控制模块26选择性地进行处理，原始的或处理过的数据信号传输到远程控制单元3以对信号进行显示或进一步处理。远程控制单元3可以是智能终端，例如智能手机、平板电脑等，智能终端与中央控制模块通过WiFi、蓝牙等无线方式连接，在该智能终端上安装有与本发明装置相适应的APP，通过APP控制系统的开启、关闭，并将监测结果存储，且可将某段时间的汇总分析成表，给客户以直观的结果分析，若发现有疑似病症，可及时联系主治医生，或直接将数据导出匿名请教网上名医，经医生进一步诊断后，判断是否需要前往医院进行下一步的治疗。此外，远程控制单元3也可以是专门与本系统相适配的智能控制设备，该设备上设置有按钮、触发器、开关、触摸屏、显示屏、存储卡等，用户通过智能控制设备启动和关闭系统，过往数据存储于存储卡中，存储卡中的数据可被计算机等设备读取。

本发明还包括外部配套设备4，在监测单元2上设置有外部接口，通过接口将外部配套设备4与监测单元2的中央控制模块26连接，可将处理后的心冲击波形、呼吸等数据传送给外部配套设备4进行整合，并通过外部配套设备4的通讯系统统一发给远程控制单元3。此外，外部配套设备4还可以为监测单元2提供额外的电力供应。

本发明一种基于光纤传感的生命体征监测系统，实际应用中，光纤传感单元可设置在椅背上或者床垫上，用户或靠在或躺在光纤传感单元上，与光纤单元连接的监测单元设置在椅背后、座椅下侧、床头柜等不影响用户正常使用座椅、床的地方，这样用户在床上休息或者靠座在座椅上工作、闲玩的时候，进行心冲击波形或者其他生理参数的检测，用户通过手机远程控制单元，开始检测、设置检测参数等，监测单元将监测数据发送到远程控制单元，用户通过远程控制单元查看监测结果。

本发明在交通工具上使用时，因其可能产生颠簸振动导致测得的数据不准确，中央控制模块在判断出这一情况后，应放弃这一时段的监测数据，减轻处理器压力。

本发明一种基于光纤传感的生命体征监测系统，灵敏度高、稳定性强、使用便捷、结构简单，在不影响用户休息、工作的情况下，使用光纤传感监测心冲击波形等生理参数。光纤传感单元采用双变形结构，除产生足够大的微弯响应从而可检测身体的微观运动、生理参数指标如心跳和呼吸等，因采用的网格板一体成型等结构，避免了上层网格板和下层网格板之间产生滑动，使得本系统有极高的灵敏度和准确度。

Claims (10)

1.一种基于光纤传感的生命体征监测系统，其特征在于，包括光纤传感单元和检测单元，光纤传感单元包括光纤和网格板，网格板沿中线折叠形成上层网格板和下层网格板，光纤被夹持在上层网格板、下层网格板之间，光纤的两端与检测单元连接，使用时，上层网格板和下层网格板同时挤压光纤，使其产生微弯，该变化会带来原始光通量的改变，变化后的光被监测单元进行处理，从而分析得到心脏冲击扫描监测结果或者其他生命体征检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的生命体征监测系统，其特征在于，所述上层网格板、所述下层网格板相对应的一面上分别设置有若干平行的上层网格线、下层网格线，相邻的两条上层网格线间距为a，相邻的两条下层网格线间距为a；所述上层网格板和下层网格板叠合后，上层网格线与下层网格线交叉设置，且相邻的两条上层网格线与下层网格线之间沿所述网格板的平面方向的间距为a/2。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤传感的生命体征监测系统，其特征在于，所述网格板为一整块印刷层，该印刷层沿中线折叠形成相互叠合的所述上层网格板和所述下层网格板，所述上层网格板和所述下层网格板相对应的一面上由凸版印刷术印制上所需间距的所述上层网格线、所述下层网格线。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感的生命体征监测系统，其特征在于，所述印刷层与所述上层网格线、所述下层网格线一体成型。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的生命体征监测系统，其特征在于，所述上层网格板与下层网格板之间设置有粘贴剂。

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的生命体征监测系统，其特征在于，所述网格板对折后，相对的边设置有若干卡扣结构。

7.根据权利要求1所述的一种基于光纤感应的生命体征监测系统，其特征在于，所述监测单元包括光源、光源驱动器、光信号接收器、放大器、模数转换器及中央控制模块；所述光纤的一端依次与光源、光源驱动器、中央控制模块连接，所述光纤的另一端与光信号接收器连接，放大器与光信号接收器耦合，以放大光信号到足够用模数转换器进行处理，处理后的数据输入至中央控制模块。

8.根据权利要求7所述的一种基于光纤传感的生命体征监测系统，其特征在于，所述中央控制模块负责启动或者停止所述光源驱动器以及对所述模数转换器送进来的原始信号进行处理，并利用快速傅里叶变换或小波变换从中分析出心跳和呼吸所对应的波形。

9.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的生命体征监测系统，其特征在于，还包括远程控制单元，提供用户界面给用户使用，以控制部分或全部设备的功能，所述模数转换器转换成的数据信号由所述中央控制模块选择性地进行处理，原始的或处理过的数据信号传输到远程控制单元以对信号进行显示或进一步处理。

10.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的生命体征监测系统，其特征在于，还包括外部配套设备，在所述监测单元上设置有外部接口，通过接口将外部配套设备与所述监测单元的中央控制模块连接，将处理后的心冲击波形、呼吸数据传送给外部配套设备进行整合，并通过外部配套设备的通讯系统统一发给远程控制单元；外部配套设备还为监测单元提供额外的电力供应。