CN111887829A - 人体健康信息检测评估系统及其运行方法 - Google Patents

人体健康信息检测评估系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种医疗设备技术领域，具体涉及一种人体健康信息检测评估系统及其运行方法，该系统包括：电源模块为其他各模块供电；心电呼吸测量模块，用于检测心电信号和呼吸信号；脉搏测量模块，用于测量脉搏及心率的测量；体温测量模块，用于测量体温数据；血压测量模块，用于测量血压数据；运动模块，用于检测人体运动状态；数据通信模块，实现心电呼吸测量模块、脉搏测量模块、体温测量模块、血压测量模块和运动模块与微处理单元之间的数据传输；微处理单元，采用滤波数据特征值提取算法对接收到的数据进行处理、运算。本发明可实现对心血管患者的实时健康监护，提前进行健康预警。

Description

人体健康信息检测评估系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种医疗设备技术领域；具体涉及一种人体健康信息检测评估系统及其运行方法。
背景技术
随着社会经济快速发展、人民物质水平显著提高和老年人口的急剧增长，人民的生活方式和饮食习惯处于亚健康状态，从而导致各种慢性疾病逐渐滋生显现，其中心血管疾病最为严重，而心血管疾病大部分是由于肥胖、不健康作息等引起的，尤其肥胖、作息紊乱等情形越来越呈现出低龄化并急剧上升。由于心血管疾病具有长期性、反复性和突发性等特点，最有效的治疗手段是对人群的预防与日常监护，随着生理信号采集与检测技术的发展，健康医疗体系随之得到了迅猛的发展和完善。
在实际应用领域，传统的健康监测设备体积较大，不便于携带，高功耗，对健康监护仪器的操作人员的专业技能有较高的要求，因此远远不能满足患者的需求。由于心血管疾病患者发病期间需要实时监测，而传统的健康监测设备实现实时监测成本较高，导致很多普通家庭的患者无法及时了解到自身的健康状态，无法对自身的情况进行早期的预防和处理。传统的健康监护设备己经无法满足心血管患者日常生理监护的需求，因此患者健康监测设备的便携、灵活方便、功耗低、易操作等需求便成为当今最需解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种人体健康信息检测评估系统及其运行方法，可实现对心血管患者的实时健康监护，提前进行健康预警。
本发明所述人体健康信息检测评估系统，包括心电呼吸测量模块、脉搏测量模块、体温测量模块、血压测量模块、运动模块、电源管理模块、数据通信模块和微处理单元，其中：
电源模块为其他各模块供电；
心电呼吸测量模块，用于检测心电信号和呼吸信号；
脉搏测量模块，用于测量脉搏及心率的测量；
体温测量模块，用于测量体温数据；
血压测量模块，用于测量血压数据；
运动模块，用于检测人体运动状态；
数据通信模块，实现心电呼吸测量模块、脉搏测量模块、体温测量模块、血压测量模块和运动模块与微处理单元之间的数据传输；
微处理单元，采用滤波数据特征值提取算法对接收到的数据进行处理、运算。
优选地，所述滤波数据特征值提取算法包括以下步骤：
201，原始信号求一阶微分；
202，将微分后的信号大于0的部分求平方，小于0的部分设为0，对处理后的数据进行滑动求和得到处理后的数据序列S；
203，对获得的数据序列S，进行累加然后求平均获得序列Sm，设标准阂值为3，当S中的某点大于Sm乘以阂值时记下该点坐标S-Sm-p，然后返回到原始数据中向后N个点中查找最大值点R；N取值为50～70的正整数，一般取60
204，将坐标S-Sm-p向后移动80个点，然后再将S中的数据和Sm中的数据作比较；
205，定义长度为M的数组缓存数据信号间期，然后取数据信号间期均值的三分之一更新S-Sm-p向后移动的距离，M取值为40～60的正整数，一般取50。
微处理单元采用ARM的stm32系列或瑞萨的upd78050X系列单片机作为主控芯片，芯片主频最高可达100MHz,不开启外设情况下工作电流100uA/MHz，在满足性能的同时降低了功耗；电源管理模块采用1-12V宽电压直流电源供电，保证系统各模块的工作稳定性；数据通信模块采用蓝牙4.0通信(CC2540系列芯片)、usb3.0通信和RS232通信协议，满足不同模块数据传输协议的要求。
优选地，所述心电呼吸测量模块包括调制解调电路、检测芯片、电阻电容器件、电压跟随放大电路和电压数据采集电路，检测芯片采用ADS1292R，ADS 1292R用于多生理信息的检测，该芯片具有集成度高，功耗低等特点，同时该芯片具有可编程增益放大器、EMl滤波器、抗混叠滤波器、8kSPS 24bit A/D转换器，数字抽取滤波器、右腿驱动、电极脱落检测等多个模块。ADS1292R具有1路呼吸波形产生通道和两通道24位A/D采集，每一通道增益可以单独设置，采样率设置范围为125～8kSPS。ADS1292R芯片产生经高频调制过的方波电流信号，将人体胸腔看作电阻，方波电流信号进入人体后在电极两端产生电压，该电压信号随呼吸呈周期性变化。电压信号经ADS1292R的放大，解调和抗混叠滤波后，由一通道以250Hz的采样率进行A/D转换，得到呼吸的数字信号，同时信号经过放大和滤波后，同样以250Hz的采样率由另一通道采集得到心电的数字信号，为保证信号的真实性，本文采样率设置为250sps。
心电信号检测原理为差分电压检测，在人体体表布置多个电极，两个特定电极构成一个导联，电极之间的电位差即为该导联心电信号。该导联配置是12导联，其中6导联分布在胸部，另外6导联分布在腿部，一共有9个电极构成，为了减少共模干扰，增大共模抑制比，增加一个右腿驱动电极，该电极将共模电压反馈给人体，以减小共模信号。由于人体的心电信号是由测量人体不同部位的电位差得到的，该信号具有矢量性，不同导联间得到的心电波形具有明显的差异，通过对不同导联间心电信号的分析可以诊断出不同的心脏类疾病，但是不同导联得到的心电信号的周期是一致的。
呼吸信号的测量采用阻抗法，在胸腔两侧分布两个电极，随着胸腔的扩张与收缩，两个电极间的阻抗大小会发生改变，通过在胸腔两侧的电极施加电流信号，在两电极间产生电位差，通过测量两电极间的电位差的周期性变化进而得到人体的呼吸信号。
呼吸信号的检测流程为，经过调制的交流电流信号通过电极施加到人体，然后通过另一个通道采集电极两端的电压，高通滤波器滤除低频信号，采集到的高频电压信号经放大、解调后得到呼吸信号，由于呼吸信号的频带范围小于10Hz，所以对得到的呼吸信号进行低通滤波，滤除高频干扰，最后将呼吸信号通过AD转换后可数字化输出。
优选地，所述脉搏测量模块采用光电传感器。脉搏测量模块采用光电容积描记技术实现对脉搏及心率的测量，利用光电传感器,检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度的不同, 描记出血管容积在心动周期内的变化,从得到的脉搏波形中计算出心率。该模块的光源和光电转换部分采用的是SFH7070系列光电探头，探头具有两个高亮度的绿色LED,发光峰值为 525nm，高敏感度的SiPIN光电二极管将反射回来的光信号转换为电信号。该模块模拟采集前端采用的是22bit模拟前端AFE4490系列芯片，具有集成度高、精度高和功耗低等优点，另外该模拟前端具有可编程控制器，可实现光源的发光时序和光亮程度进行编程控制。光电二极管将反射光转换为电流信号，经过两级放大滤波后，由A/D转换为数字信号，然后通过SPI 接口将数字信号传递给微处理单元，具体过程如下：
将光电探头贴近体表，左侧光探头发出波长恒定的绿光，绿光经过人体组织的吸收和散射后从人体反射，作用于右侧的光敏探头上。光敏探头可以将反射回来的光信号转化为电信号，通过变化的电信号获得脉搏光电信号。脉搏光电信号主要包括直流部分和交流部分，其中直流部分表示射入光强去除被人体组织，骨骼等相对稳定部分所损耗的光强后剩余的部分，交流部分表示由于人体心脏跳动导致的动脉中血液的流量变化，因此通过脉搏光电信号可以得到人体的脉搏信号。
优选地，所述体温测量模块采用分压测温电路。选用NCP21 WF 104系列热敏电阻，该电阻在常温下为阻值为100kΩ，在温度升高时热敏电阻R的阻值降低，定值电阻R0大小保持不变。R/R0＝(3-V)/V，式中，R表示热敏电阻在在当前温度下阻值，常温下该热敏电阻阻值为100K,R0为分压电阻阻值为100K，V表示当前测量得到的电压值。微处理单元通过自带的12位A/D转换器对与温度相关的输出电压进行数字转换，并通过测量得到的电压信号计算得到的温度值。
优选地，所述血压测量模块根据脉搏测量模块测量的数据估算血压数据，血压测量模块采用光电血压测量技术进行估算测量。
优选地，所述血压数据估算方法为：
PDi＝[Kd(Cdx)i^2]+Kihr×IHRi+Kdis_cal；
PSi＝[Ks(Cdx)i^2]+Ksis_cal；
其中，PSi与PDi分别代表第i个脉搏波的收缩压、舒张压，IHRi代表第i个脉搏波的瞬时心率，ks、kd与kihr为固定的常量，取值0～38，ksis_cal与kdis_cal为校准参数，通过一固定时长(一般为5分钟)内的运动数据自动纠正获得，取值0～20，Cdx为脉搏波传播时间，血压值取5分钟内的平均测量值。
优选地，所述运动模块采用9轴运动跟踪装置，保证上述各模块在特定运动环境下测量参数的准确性，该模块可采用MPU-9250系列芯片，具有高集成度，低功耗等优点。该模块可以测量6轴的加速度信号和3轴磁力计，并将6轴加速度信号和3轴磁力计信号转换为16bit 数字信号，再通过I2C接口传输到微处理单元，加速度信号的量程可以自己手动设置，分为±2g、±4g、±8g和±16g，陀螺仪可以设置的量程为±250dps、±500dps、±1000dps和± 2000dps。
由于运动时会伴随着运动伪迹的产生，将会导致心电波形和光电容积产生畸变，影响后期对波形特征值点的提取。因此在该系统中加入了运动状态检测模块，加入运动状态检测模块为后续进行运动状态下的测量提供标准环境依据。
本发明还提供一种控制上述人体健康信息检测评估系统运行的方法，包括以下步骤：
101，对系统和函数库进行初始化；
102，判断系统启动按键是否按下，如果是，开机，系统运行状态，否则关闭系统；
103，打开外设开关和初始化外设；
104，数据采集与信号参数计算，根据微处理单元内嵌的滤波数据特征值提取算法，在采集到心电信号、呼吸信号和脉搏信号后，通过数字滤波器将信号中包含的噪声滤除，然后提取信号的特征值点并计算出心率、脉率、呼吸率和血压数据；
105，将步骤104获得的数据打包发送。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过多人体参数信号的实时检测，更加全面和实时监测人体的健康状态，既可以对心血管疾病做出预防，也可将相关数据提供给诊治医师作为诊断参考。系统采用模块化设计，采用心电呼吸测量模块、脉搏测量模块、体温测量模块、血压测量模块、运动模块、电源管理模块、数据通信模块以及微处理模块的架构，保证了人体各类参数监测的准确性和唯一性，同时，通过相关算法实现了对原始信号的实时处理，并采用滑动平均法对各信号特征值点进行提取，实现了对人体各类身体参数指标的实时连续监测，实现了在线人体健康的评估功能，可及时有效预警心血管疾病的发生。
附图说明
图1本发明结构框图。
图2心电呼吸测量模块原理图。
图3呼吸信号测量流程图。
图4呼吸信号采集电路原理图。
图5脉搏测量模块原理图。
图6实施例2流程图。
具体实施方式
实施例1：
如图1-5所示，本发明所述人体健康信息检测评估系统，包括心电呼吸测量模块、脉搏测量模块、体温测量模块、血压测量模块、运动模块、电源管理模块、数据通信模块和微处理单元，其中：
电源模块为其他各模块供电；
心电呼吸测量模块，用于检测心电信号和呼吸信号；
脉搏测量模块，用于测量脉搏及心率的测量；
体温测量模块，用于测量体温数据；
血压测量模块，用于测量血压数据；
运动模块，用于检测人体运动状态；
数据通信模块，实现心电呼吸测量模块、脉搏测量模块、体温测量模块、血压测量模块和运动模块与微处理单元之间的数据传输；
微处理单元，采用滤波数据特征值提取算法对接收到的数据进行处理、运算。
所述滤波数据特征值提取算法包括以下步骤：
201，原始信号求一阶微分；
202，将微分后的信号大于0的部分求平方，小于0的部分设为0，对处理后的数据进行滑动求和得到处理后的数据序列S；
203，对获得的数据序列S，进行累加然后求平均获得序列Sm，设标准阂值为3，当S中的某点大于Sm乘以阂值时记下该点坐标S-Sm-p，然后返回到原始数据中向后N个点中查找最大值点R；N取值为50～70的正整数，一般取60
204，将坐标S-Sm-p向后移动80个点，然后再将S中的数据和Sm中的数据作比较；
205，定义长度为M的数组缓存数据信号间期，然后取数据信号间期均值的三分之一更新S-Sm-p向后移动的距离，M取值为40～60的正整数，一般取50。
微处理单元采用ARM的stm32系列或瑞萨的upd78050X系列单片机作为主控芯片，芯片主频最高可达100MHz,不开启外设情况下工作电流100uA/MHz，在满足性能的同时降低了功耗；电源管理模块采用1-12V宽电压直流电源供电，保证系统各模块的工作稳定性；数据通信模块采用蓝牙4.0通信(CC2540系列芯片)、usb3.0通信和RS232通信协议，满足不同模块数据传输协议的要求。
心电呼吸测量模块包括调制解调电路、检测芯片、电阻电容器件、电压跟随放大电路和电压数据采集电路，检测芯片采用ADS1292R，ADS 1292R用于多生理信息的检测，该芯片具有集成度高，功耗低等特点，同时该芯片具有可编程增益放大器、EMl滤波器、抗混叠滤波器、8kSPS 24bit A/D转换器，数字抽取滤波器、右腿驱动、电极脱落检测等多个模块。ADS1292R 具有1路呼吸波形产生通道和两通道24位A/D采集，每一通道增益可以单独设置，采样率设置范围为125～8kSPS。ADS1292R芯片产生经高频调制过的方波电流信号，将人体胸腔看作电阻，方波电流信号进入人体后在电极两端产生电压，该电压信号随呼吸呈周期性变化。电压信号经ADS1292R的放大，解调和抗混叠滤波后，由一通道以250Hz的采样率进行A/D转换，得到呼吸的数字信号，同时信号经过放大和滤波后，同样以250Hz的采样率由另一通道采集得到心电的数字信号，为保证信号的真实性，本实施例采样率设置为250sps。
如表1所示，该导联配置是12导联，其中6导联分布在胸部，另外6导联分布在腿部，一共有9个电极构成，为了减少共模干扰，增大共模抑制比，增加一个右腿驱动电极，该电极将共模电压反馈给人体，以减小共模信号。由于人体的心电信号是由测量人体不同部位的电位差得到的，该信号具有矢量性，不同导联间得到的心电波形具有明显的差异，通过对不同导联间心电信号的分析可以诊断出不同的心脏类疾病，但是不同导联得到的心电信号的周期是一致的。
表1
Figure BDA0002655030000000071
标准I，II，III导联是间接的双极导联。I导联是RA(-)(右手负极)至LA(+)(左手正极)，II导联是RA(-)至LF(+)(左脚正极)，III导联是LA(-)至LL(+)。V1-V6单极胸是半直接的单极导联。aVR、aVL、aVF单极加压肢体导联是间接的单极导联。aVR导联是RA(+)至 [LA&LL](-)，aVL导联是LA(+)至[RA&LL](-)，aVF导联是LL(+)至[RA&LA](-)。标准导联与加压单极导联之间的关系可以用系列公式表示：
aVR+aVL+aVF＝0；
aVR＝(-I+II)/2；
aVL＝(I-III)/2；
aVF＝(II+III)/2。
如图4所示，呼吸信号的测量采用阻抗法，在胸腔两侧分布两个电极，随着胸腔的扩张与收缩，两个电极间的阻抗大小会发生改变，通过在胸腔两侧的电极施加电流信号，在两电极间产生电位差，通过测量两电极间的电位差的周期性变化进而得到人体的呼吸信号。外部施加交流电信号IAC，经过980Ω的除颤保护电阻Rp，然后通过测量电极施加到人体，测量电极的电路模型为51K电阻和47nF电容并联,RB为人体胸腔的固定阻值，ΔR代表由于人体呼气和吸气过程中胸腔的阻值变化。
呼吸信号的检测流程为，经过调制的交流电流信号通过电极施加到人体，然后通过另一个通道采集电极两端的电压，高通滤波器滤除低频信号，采集到的高频电压信号经放大、解调后得到呼吸信号，由于呼吸信号的频带范围小于10Hz，所以对得到的呼吸信号进行低通滤波，滤除高频干扰，最后将呼吸信号通过AD转换后可数字化输出。
脉搏测量模块采用光电传感器。脉搏测量模块采用光电容积描记技术实现对脉搏及心率的测量，利用光电传感器,检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度的不同,描记出血管容积在心动周期内的变化,从得到的脉搏波形中计算出心率。该模块的光源和光电转换部分采用的是SFH7070系列光电探头，探头具有两个高亮度的绿色LED,发光峰值为525nm，高敏感度的SiPIN光电二极管将反射回来的光信号转换为电信号。该模块模拟采集前端采用的是 22bit模拟前端AFE4490系列芯片，具有集成度高、精度高和功耗低等优点，另外该模拟前端具有可编程控制器，可实现光源的发光时序和光亮程度进行编程控制。光电二极管将反射光转换为电流信号，经过两级放大滤波后，由A/D转换为数字信号，然后通过SPI接口将数字信号传递给微处理单元，具体过程如下：
将光电探头贴近体表，左侧光探头发出波长恒定的绿光，绿光经过人体组织的吸收和散射后从人体反射，作用于右侧的光敏探头上。光敏探头可以将反射回来的光信号转化为电信号，通过变化的电信号获得脉搏光电信号。脉搏光电信号主要包括直流部分和交流部分，其中直流部分表示射入光强去除被人体组织，骨骼等相对稳定部分所损耗的光强后剩余的部分，交流部分表示由于人体心脏跳动导致的动脉中血液的流量变化，因此通过脉搏光电信号可以得到人体的脉搏信号。
所述体温测量模块采用分压测温电路。选用NCP21 WF 104系列热敏电阻，该电阻在常温下为阻值为100kΩ，在温度升高时热敏电阻R的阻值降低，定值电阻R0大小保持不变。 R/R0＝(3-V)/V，式中，R表示热敏电阻在在当前温度下阻值，常温下该热敏电阻阻值为100K, R0为分压电阻阻值为100K，V表示当前测量得到的电压值。微处理单元通过自带的12位A/D 转换器对与温度相关的输出电压进行数字转换，并通过测量得到的电压信号计算得到的温度值。
血压测量模块根据脉搏测量模块测量的数据估算血压数据，血压测量模块采用光电血压测量技术进行估算测量。
血压数据估算方法为：
PDi＝[Kd(Cdx)i^2]+Kihr×IHRi+Kdis_cal；
PSi＝[Ks(Cdx)i^2]+Ksis_cal；
其中，PSi与PDi分别代表第i个脉搏波的收缩压、舒张压，IHRi代表第i个脉搏波的瞬时心率，ks、kd与kihr为固定的常量，取值0～38，ksis_cal与kdis_cal为校准参数，通过一固定时长(一般为5分钟)内的运动数据自动纠正获得，取值0～20，Cdx为脉搏波传播时间，血压值取5分钟内的平均测量值。
运动模块采用9轴运动跟踪装置，保证上述各模块在特定运动环境下测量参数的准确性，该模块可采用MPU-9250系列芯片，具有高集成度，低功耗等优点。该模块可以测量6轴的加速度信号和3轴磁力计，并将6轴加速度信号和3轴磁力计信号转换为16bit数字信号，再通过I2C接口传输到微处理单元，加速度信号的量程可以自己手动设置，分为±2g、±4g、±8g和±16g，陀螺仪可以设置的量程为±250dps、±500dps、±1000dps和±2000dps。
由于运动时会伴随着运动伪迹的产生，将会导致心电波形和光电容积产生畸变，影响后期对波形特征值点的提取。因此在该系统中加入了运动状态检测模块，加入运动状态检测模块为后续进行运动状态下的测量提供标准环境依据。
运动伪迹的造成主要是运动运动时产生的工频干扰、肌电干扰、呼吸干扰，工频干扰可以通过五点滑动平均滤波器进行滤波，即H(Z)＝(1+Z-1+Z-2+Z-3+Z-4)/5。
肌电干扰和呼吸干扰属于高频噪声干扰，采用以下滤波器进行滤波，
Figure BDA0002655030000000091
其中，ωc为截止频率，ωp为通带边缘频率。
当运动模块检测到处于运动状态时，其它各检测模块(呼吸、心电)会自动启用上述两种滤波器，滤除对测量信号的干扰。
本实施例通过与迈瑞的BeneView T5医用监护仪进行对比验证本发明系统的准确性，分别对比了在正常状态下和经过运动改变生理状态后各项人体参数，并通过有线和无线的方式查看采集到的人体参数信号。
选取12名无任何病史的健康的受试者。实验在安静的屏蔽室内进行，分别检测被试者在静止状态和不同运动状态下的人体参数信号，采用两点式差分输入，采样频率为250Hz，具体信息见表2。
表2
Figure BDA0002655030000000092
Figure BDA0002655030000000101
本实施例和医用监护设备进行对比实验，实验数据成对记录，具体实验方案如下：
1)让被试者在静止状态检测，并通过串口和无线蓝牙分别观察采集到的人体参数信号。
2)让被试者通过不同程度的运动改变人体状态，包括提升心率和提高血压，并同时使用标准仪器作对比，成对记录下来。
3)对实验记录结果进行分析，验证结果准确性。
测试过程：
首先，用棉签沾取酒精去除被试胸腔皮肤表面角质、皮屑等，当酒精挥发完，将两个测试湿电极粘贴固定在被试者胸腔表面，进一步，通过湿电极将本发明心电呼吸测量模块固定在人体胸腔表面，两个湿电极的间距为3cm。
其次，通过长按系统按键将系统唤醒，并通过信号指示灯查看设备是否正常工作。分别通过串口和无线蓝牙查看采集到的人体参数信号。
最后，被试者进行不同强度的运动，通过踩单车来调节心率，同时注意上身避免剧烈晃动，同时记录下12组该系统和医用监护仪测量出的人体参数。
测量数据的相关性和绝对误差如表3。
表3
参数 心率 脉率 呼吸率
绝对误差范围(次/分) 1.62±1.53 1.75±1.15 1.0±0.9
相关系数 0.991 0.986 0.972
由表2可以看出，通过本实施例检测出的心率、脉率、呼吸率与迈瑞的Bene ViewT5医用监护仪的到的结果呈正相关，通过表格中的数据分析可以得出，本发明系统检测的绝对误差在3次/分以内，满足日常生理监护需求，与迈瑞医用监护仪的相关系数很高，表明系统是有效可靠的。
为验证体温测量的准确性，将本发明体温测量系统的体温测量结果与欧姆龙的体温测量仪(MC-341)进行了对比，欧姆龙体温测量仪同样采用热敏电阻的原理进行体温测量，该测量仪的体温测量范围为32～42℃，本文取20次测量结果求平均，结果如表4所示.
表4
被试者 标准体温计℃ 本发明系统℃ 误差℃
A1 36.7 36.3 -0.2
A2 36.9 36.9 0.4
A3 36.3 36.4 -0.6
A4 36.6 36.4 -0.2
A5 36.7 36.4 0.1
A6 36.6 36.4 0
A7 36.7 36.9 -0.1
A8 36.6 36.4 -0.2
A9 36.8 36.5 0
A10 36.4 36.9 -0.2
A11 36.4 36.9 0
A12 36.7 36.3 -0.2
由表3可以看出，本实施例得到的体温信号与标准温度计的信号最大的绝对误差为0.6℃，平均绝对误差为0.2℃。表明本发明系统得到的体温信号误差较小，满足测量需求。
本实施例的血压测量与迈瑞BeneView T5医用监护仪得到的血压信号做出对比，两种方案测量出的结果进行相关性和一致性分析，相关系数和绝对误差表5所示。
表5
参数 收缩压 舒张压
绝对误差范围(mmHg) 4.2±3.3 3.5±2.7
相关系数 0.88 0.79
由表4可以看出，本实施例得到的结果与迈瑞医用监护仪的到的结果呈正相关性，其中收缩压的相关系数为0.88，舒张压的相关系数为0.79，收缩压是由脉搏传输时间直接计算得到的，而舒张压是由收缩压二次计算得到的，因此收缩压的相关性受血压模型的影响较大，收缩压与舒张压的测量结果的绝对误差均小于国际标准(AAMI)的误差要求(5±8mmHg)，表明本实施例满足日常测量需求。
本实施例系统功耗：
系统选择的传感器芯片都为低功耗芯片，并且该系统选择低功耗蓝牙作为无线通讯方式，相对于其他无线方式将功耗降到最低。为降低系统功耗该系统分别从硬件和软件两个层面设计和优化。
硬件方面：尽量减少电路中的漏电流，外接电阻优先选择下拉电阻，对于限流电阻和其他辅助电阻尽可能选用大电阻，如电压测量电路，将分压电阻选择尽可能的大。采用完全可关断开关，当系统不使用时可以将电源完全关断，最大程度的保护电池，使电池不会在待机情况下造成电量损耗。
软件方面：在满足计算需求的前提下将微处理模块单元的主频尽可能调低，STM32F411 系列的主频最高位100MHz，经测试本发明系统在64MHz的情况下也可以正常工作，工作电流由12mA降低到6mA。对于信号采样率，在信号不失真的情况下尽可能低，心电和脉搏信号频谱范围在40Hz以下，采样率选择250Hz。系统各模块功耗如表6所示。
表6
工作模块 工作电流(mA)
微处理单元 5
心电呼吸测量模块 3.5
脉搏测量模块 7
运动模块 1.5
数据通信模块 8
总电流 25
在微处理单元主频为48MHz的情况下，系统最大工作电流为25mA,若配置1块650mAh 的电池可保证系统实现24h连续监测。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，提供一种控制上述人体健康信息检测评估系统运行的方法，包括以下步骤：
101，对系统和函数库进行初始化；包括对系统的主频、系统的库函数、中断优先级以及时钟的配置。
102，判断系统启动按键是否按下，如果是，开机，系统运行状态，否则关闭系统；由于对接点进行充电时，节点会自动重启，通过判断按键是否按下来确定是否让硬件系统启动。正常情况下当按键按下时系统会进入运行状态，在系统初始化完成后会查询按键的状态，只有当按键处于按下的状态表示正常开机，否者关闭系统。
103，打开外设开关和初始化外设；在确定人为主动启动该系统后，打开外设开关并对外设进行初始化，外设包括对心电呼吸信号测量模块，脉搏测量信号采集模块，运动测量模块，血压测量模块以及体温测量模块等，在心电呼吸信号测量模块和脉搏测量模块周围分别设置有一个电源指示灯，指示该模块供电是否正常；
104，数据采集与信号参数计算，根据微处理单元内嵌的滤波数据特征值提取算法，在采集到心电信号、呼吸信号和脉搏信号后，通过数字滤波器将信号中包含的噪声滤除，然后提取信号的特征值点并计算出心率、脉率、呼吸率和血压数据；
105，将步骤104获得的数据打包发送，当心电脉搏信号转化完成后，将其进行打包，并发送给上位机。

Claims (9)

1.一种人体健康信息检测评估系统，其特征在于，包括心电呼吸测量模块、脉搏测量模块、体温测量模块、血压测量模块、运动模块、电源管理模块、数据通信模块和微处理单元，其中：
电源模块为其他各模块供电；
心电呼吸测量模块，用于检测心电信号和呼吸信号；
脉搏测量模块，用于测量脉搏及心率的测量；
体温测量模块，用于测量体温数据；
血压测量模块，用于测量血压数据；
运动模块，用于检测人体运动状态；
数据通信模块，实现心电呼吸测量模块、脉搏测量模块、体温测量模块、血压测量模块和运动模块与微处理单元之间的数据传输；
微处理单元，采用滤波数据特征值提取算法对接收到的数据进行处理、运算。
2.根据权利要求1所示的人体健康信息检测评估系统，其特征在于，所述心电呼吸测量模块包括调制解调电路、检测芯片、电阻电容器件、电压跟随放大电路和电压数据采集电路。
3.根据权利要求1所述的人体健康信息检测评估系统，其特征在于，所述脉搏测量模块采用光电传感器。
4.根据权利要求1所述的人体健康信息检测评估系统，其特征在于，所述体温测量模块采用分压测温电路。
5.根据权利要求1所述的人体健康信息检测评估系统，其特征在于，所述血压测量模块根据脉搏测量模块测量的数据估算血压数据。
6.根据权利要求5所述的人体健康信息检测评估系统，其特征在于，所述血压数据估算方法为：
PDi＝[Kd(Cdx)i^2]+Kihr×IHRi+Kdis_cal；
PSi＝[Ks(Cdx)i^2]+Ksis_cal；
其中，PSi与PDi分别代表第i个脉搏波的收缩压、舒张压，IHRi代表第i个脉搏波的瞬时心率，ks、kd与kihr为固定的常量，取值0～38，ksis_cal与kdis_cal为校准参数，通过一固定时长内的运动数据自动纠正获得，取值0～20，Cdx为脉搏波传播时间。
7.根据权利要求1所述的人体健康信息检测评估系统，其特征在于，所述运动模块采用9轴运动跟踪装置。
8.根据权利要求1所述的人体健康信息检测评估系统，其特征在于，所述滤波数据特征值提取算法包括以下步骤：
201，原始信号求一阶微分；
202，将微分后的信号大于0的部分求平方，小于0的部分设为0，对处理后的数据进行滑动求和得到处理后的数据序列S；
203，对获得的数据序列S，进行累加然后求平均获得序列Sm，设标准阂值为3，当S中的某点大于Sm乘以阂值时记下该点坐标S-Sm-p，然后返回到原始数据中向后N个点中查找最大值点R；
204，将坐标S-Sm-p向后移动80个点，然后再将S中的数据和Sm中的数据作比较；
205，定义长度为M的数组缓存数据信号间期，然后取数据信号间期均值的三分之一更新S-Sm-p向后移动的距离。
9.一种控制权利要求1-8任一项所述的人体健康信息检测评估系统运行的方法，其特征在于，包括以下步骤：
101，对系统和函数库进行初始化；
102，判断系统启动按键是否按下，如果是，开机，系统运行状态，否则关闭系统；
103，打开外设开关和初始化外设；
104，数据采集与信号参数计算，根据微处理单元内嵌的滤波数据特征值提取算法，在采集到心电信号、呼吸信号和脉搏信号后，通过数字滤波器将信号中包含的噪声滤除，然后提取信号的特征值点并计算出心率、脉率、呼吸率和血压数据；
105，将步骤104获得的数据打包发送。
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