CN109394189A - 一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,包括设备主体,设备本体的表面安装有显示屏,设备主体的四周安装有若干均匀分布的控制按钮,设备主体内安装有CPU、低功耗蓝牙和生命体征采集装置,CPU内包括DSP处理器和FPU处理器,生命体征采集装置包括体温传感器、心率传感器、血压传感器、血氧传感器和3轴加速度传感器。本发明在同一装置上,同时监测心率,血压,体温,血氧,通过分析这几项参数的相关性,任何一项出现异常,都能分析出身体的危险程度;穿戴式防水设计,采用PPG技术和动态心率,动态血压,动态血氧算法,温度补偿算法和无线实时传输技术,实现24小时实时连续监测,对人任何时刻出现的异常,都能及时发现并处理。
Description
技术领域
本发明涉及智能穿戴式生物监测装置,特别是涉及一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置。
背景技术
随着人口老龄化数量的增加,以及人们对健康意识的提高,越来越多的人都开始关注自己的生命体征指标,比如心率,血压,体温,血氧,血糖,血脂等。市场上也出现了很多能检测单一生命体征指标的产品,比如便携式血压计,便携血糖仪,带有心率监测的运动手和运动手表,连续检测体温的体温贴等。
市面上现有的这些设备,虽然能满足单一指标的监测,但是都忽略了从使用方便性和使用成本角度来考虑。如果要同时测量心率,血压,体温,血氧,用户就必须购买多个监测设备,这样就大大增加了用户的使用成本。对于使用者说,既要熟悉多个设备的使用方法,又要在不同的操作界面切换,时间上是一种非常大的浪费,也容易出错。从便携性来说,同时携带多个设备,体积庞大,并不能真正做到便携式。提供多参数同时监测,减少使用成本,是本发明所要解决的技术问题之一。
另外,市面上的生物监测装置,大部分都不支持连续实时查看方式,都监测后离线查看数据的。对于生命体征特征出现危险状况时,是无法做到实时提醒和处理的。本发明可以解决多参数实时查看问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,能提供多参数同时监测、参数实时查看、减少使用成本。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,包括设备主体,所述设备本体的表面安装有显示屏,所述设备主体的四周安装有若干均匀分布的控制按钮,所述设备主体内安装有CPU、低功耗蓝牙和生命体征采集装置,所述CPU内包括DSP处理器和FPU处理器,所述生命体征采集装置包括体温传感器、心率传感器、血压传感器、血氧传感器和3轴加速度传感器,所述体温传感器、心率传感器、血压传感器和血氧传感器均安装于设备主体的背面,所述CPU通过DSP处理器分别与体温传感器、心率传感器、血压传感器、血氧传感器和3轴加速度传感器控制信号连接,所述体温传感器、心率传感器、血压传感器、血氧传感器和3轴加速度传感器均通过FPU处理器与CPU数据信号连接;所述CPU通过低功耗蓝牙与无线接收装置无线信号连接,所述无线接收装置与云端服务器网络连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述设备主体的内部安装有蓄电池,所述蓄电池分别与显示屏、控制按钮、CPU、低功耗蓝牙和生命体征采集装置电性连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述CPU内设置有心率数据处理分析单元、血压数据处理分析单元、血氧数据处理分析单元、体温数据处理分析单元和算法融合处理单元。
作为本发明的一种优选技术方案,所述CPU为超低功耗的32-bit cortex-M4+DSP+FPU处理器。
作为本发明的一种优选技术方案,所述生命体征采集装置依次通过带通滤波器、自适应滤波器和复用器与CPU信号连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述心率传感器为PPG绿光心率传感器,所述血压传感器为PPG血压传感器,所述血氧传感器为PPG红外血氧传感器。
作为本发明的一种优选技术方案,所述显示屏为OLED 显示屏。
作为本发明的一种优选技术方案,所述无线接收装置为手机或平板电脑或无线网关或无线显示终端。
作为本发明的一种优选技术方案,所述无线接收装置通过WIFI或有线网络或GPRS或4G网络与云端服务器网络连接。
与现有技术相比,本发明能达到的有益效果是:本发明在同一装置上,同时监测心率,血压,体温,血氧,通过分析这几项参数的相关性,任何一项出现异常,都能分析出身体的危险程度;穿戴式防水设计, 采用PPG技术和动态心率,动态血压,动态血氧算法,温度补偿算法和无线实时传输技术,每秒传送一次生命体征参数的方式,实现24小时的实时连续监测,对人任何时刻出现的异常,都能及时发现并处理,把危险及早控制住;监测后,利用云端服务器对本次监测和以往监测的历史数据做对比分析,并给出合理科学的指导。
附图说明
图1是本发明设备本体正面的结构示意图;
图2是本发明设备本体背面的结构示意图;
图3是本发明的模块原理图;
图4是本发明的总体信号连接示意图;
图5是本发明生命体征采集装置的信号连接原理图;
其中:1、设备主体;2、显示屏;3、控制按钮;4、体温传感器;5、心率传感器;6、血压传感器;7、血氧传感器;8、3轴加速度传感器;9、CPU;10、DSP处理器;11、FPU处理器;12、低功耗蓝牙;13、无线接收装置;14、生命体征采集装置;15、云端服务器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
请参照图1-5所示,一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,包括设备主体1,设备本体1的表面安装有显示屏2,设备主体1的四周安装有若干均匀分布的控制按钮3,设备主体1内安装有CPU9、低功耗蓝牙12和生命体征采集装置14,CPU9内包括DSP处理器10和FPU处理器11,生命体征采集装置14包括体温传感器4、心率传感器5、血压传感器6、血氧传感器7和3轴加速度传感器8,体温传感器4、心率传感器5、血压传感器6和血氧传感器7均安装于设备主体1的背面,CPU9通过DSP处理器10分别与体温传感器4、心率传感器5、血压传感器6、血氧传感器7和3轴加速度传感器8控制信号连接,体温传感器4、心率传感器5、血压传感器6、血氧传感器7和3轴加速度传感器8均通过FPU处理器11与CPU9数据信号连接;CPU9通过低功耗蓝牙12与无线接收装置13无线信号连接,无线接收装置13与云端服务器15网络连接。
设备主体1的内部安装有蓄电池,蓄电池分别与显示屏2、控制按钮3、CPU9、低功耗蓝牙12和生命体征采集装置14电性连接,通过蓄电池为各元件进行供电,蓄电池可以为电子电池或可充电锂电池。
CPU9内设置有心率数据处理分析单元、血压数据处理分析单元、血氧数据处理分析单元、体温数据处理分析单元和算法融合处理单元。
CPU9为超低功耗的32-bit cortex-M4+DSP+FPU处理器,Cortex-M4用来做低功耗管理和无线通讯管理,而DSP+FPU用来做心率、血压、血氧、体温校准的算法运算。
生命体征采集装置14依次通过带通滤波器、自适应滤波器和复用器与CPU9信号连接。
心率传感器5为PPG绿光心率传感器,血压传感器6为PPG血压传感器,血氧传感器7为PPG红外血氧传感器。对于动态心率和血压,使用了PPG类型的绿光心率传感器和血压传感器,以及PPG类型的红光和红外血氧传感器,利用光反射和吸收比例,对采集的数据变化进行积分,根据计算后的积分值的大小,判断是否有无接触皮肤。对于接触到皮肤的部分,进行插值平滑处理,得到的数据,再结合加速度的3个方向的变化大小,来动态调整LMS的系数,从而把心率、血压、血氧的数据很好的从噪声中提取出来。
显示屏2为OLED 显示屏。
无线接收装置13为手机或平板电脑或无线网关或无线显示终端。
无线接收装置13通过WIFI或有线网络或GPRS或4G网络与云端服务器15网络连接。
具体的,工作时,血压传感器6采集数据后,输送给血压数据处理分析单元处理,通过检测一定时间间隔内的皮肤压力变化,计算出血液过渡时间和血液流速,利用血压和时间与流速的高相关性,从而计算出血压值。再通过校准算法,得到精确的血压值。
血氧传感器7采集护数据后,送给血氧数据处理分析单元处理,通过对红光660nm和红外光940nm不同波长发射时,扩散到血液中的光的强度的测量,再根据Beer-Lambert’s定律,检测血液中的氧血红蛋白和还原血红蛋白的的比例。从而计算出实时血氧值。
体温传感器4采集皮肤温度后,送给体温数据处理分析单元处理。根据测试的的体温和当前佩戴的位置,对采集误差进行校准。由于身体不同部位的温度不一样,校准需要做正向校准或者负向校准。
心率、血压、血氧和体温分析完成后,让无线传输装置工作在streaming模式,附近的手机或者显示中端就会收到,同时上传到服务器进行分析,如果有危险,会及时下发给改装置,及时提醒使用者。
心率,血压,体温,血氧实时检测和预警。需要使用高性能的处理器和精确的实时算法。而高性能的处理器,计算时就会需要高功耗,电池寿命也是很严峻的考验。本发明使用超低功耗的32-bit cortex-M4+DSP+FPU处理器来实现。Cortex-M4用来做低功耗管理和无线通讯管理,而DSP+FPU用来做心率、血压、血氧、体温校准的算法运算。由于心率和血压需要每秒100次的采集和计算,算法的实时性和准确性的设计就相当关键。本发明使用3轴高速加速度传感器,结合PPG绿光心率传感器,PPG红光和红外血氧传感器,血压传感器, 体温传感器,利用动态心率算法,动态血压算法,动态血氧算法和温度补偿算法,实现了高精度的实时心率、血压、血氧和温度的测量,测量的结果,送给CPU,CPU根据每秒的心率和体温变化,计算HRV值血压波动值和体温变化值,从而判断心脏的承受能力和身体的温度调整能力,并通过无线实时发送测试结果给周围的无线接收设备。
监测后的数据,利用无线传输到远程的服务器。服务器会针对当前数据,调用历史数据做比较分析,从而给出身体特征的哪些不足,哪些比较好。并给出合理的建议和注意情况。
本发明的实施方式不限于此,按照本发明的上述实施例内容,利用本领域的常规技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,以上优选实施例还可以做出其它多种形式的修改、替换或组合,所获得的其它实施例均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,包括设备主体(1),其特征在于,所述设备本体(1)的表面安装有显示屏(2),所述设备主体(1)的四周安装有若干均匀分布的控制按钮(3),所述设备主体(1)内安装有CPU(9)、低功耗蓝牙(12)和生命体征采集装置(14),所述CPU(9)内包括DSP处理器(10)和FPU处理器(11),所述生命体征采集装置(14)包括体温传感器(4)、心率传感器(5)、血压传感器(6)、血氧传感器(7)和3轴加速度传感器(8),所述体温传感器(4)、心率传感器(5)、血压传感器(6)和血氧传感器(7)均安装于设备主体(1)的背面,所述CPU(9)通过DSP处理器(10)分别与体温传感器(4)、心率传感器(5)、血压传感器(6)、血氧传感器(7)和3轴加速度传感器(8)控制信号连接,所述体温传感器(4)、心率传感器(5)、血压传感器(6)、血氧传感器(7)和3轴加速度传感器(8)均通过FPU处理器(11)与CPU(9)数据信号连接;所述CPU(9)通过低功耗蓝牙(12)与无线接收装置(13)无线信号连接,所述无线接收装置(13)与云端服务器(15)网络连接。
2.根据权利要求1所述的一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,其特征在于,所述设备主体(1)的内部安装有蓄电池,所述蓄电池分别与显示屏(2)、控制按钮(3)、CPU(9)、低功耗蓝牙(12)和生命体征采集装置(14)电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,其特征在于,所述CPU(9)内设置有心率数据处理分析单元、血压数据处理分析单元、血氧数据处理分析单元、体温数据处理分析单元和算法融合处理单元。
4.根据权利要求1所述的一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,其特征在于,所述CPU(9)为超低功耗的32-bit cortex-M4+DSP+FPU处理器。
5.根据权利要求1所述的一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,其特征在于,所述生命体征采集装置(14)依次通过带通滤波器、自适应滤波器和复用器与CPU(9)信号连接。
6.根据权利要求1所述的一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,其特征在于,所述心率传感器(5)为PPG绿光心率传感器,所述血压传感器(6)为PPG血压传感器,所述血氧传感器(7)为PPG红外血氧传感器。
7.根据权利要求1所述的一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,其特征在于,所述显示屏(2)为OLED 显示屏。
8.根据权利要求1所述的一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,其特征在于,所述无线接收装置(13)为手机或平板电脑或无线网关或无线显示终端。
9.根据权利要求1所述的一种无创式连续多参数监测的智能穿戴式生物监测装置,其特征在于,所述无线接收装置(13)通过WIFI或有线网络或GPRS或4G网络与云端服务器(15)网络连接。
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