CN113440110A - 生理参数检测系统及床垫 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生理参数检测系统及床垫。所述生理参数检测系统包括监测结构、数据处理单元和传输结构，所述监测结构包括声音采集单元、压力感测单元和温度感测单元，所述声音采集单元用于采集人在睡眠过程中发出的呼吸声或鼾声，所述压力感测单元用于监测人在睡眠过程中活动范围以及压力分布，所述温度感测单元用于监测人在睡眠过程中身体局部温度；所述数据处理单元分别与所述声音采集单元、压力感测单元和温度感测单元电性连接，所述数据处理单元包括算法模块，用于对所述监测结构产生的信号进行处理，以获得人体的生理参数；所述传输结构包括通讯单元，用于对外界传输信息。本发明可以很好的发现人们在睡眠过程中的生理参数及异常现象。

Description

生理参数检测系统及床垫

技术领域

本发明涉及睡眠监测技术领域，特别涉及一种生理参数检测系统及床垫。

背景技术

生理参数是指人们在进行日常活动中，人体所呈现出的生理反应的程度， 包括心率、体温等参数。经研究发现，当人们在睡眠过程中，容易出现落枕、 腿抽筋、胳膊变麻木等现象，大部分原因是是寒冷刺激或者睡眠姿势不准确， 在寒冷环境中，或者夜间腿脚长时间暴露在被子外面，寒冷环境会刺激肌肉 引起腿脚抽筋；或者是身体一部分如胳膊受到压迫，导致静脉血液不流畅， 引起了肢体麻木。然而，这一问题通常不能很好的避免。现有的生理参数检 测装置能够很好地监测人体的生理参数，但并不能很好地监测和调整人们在睡眠过程中出现的异常现象；而且，该类生理参数检测装置需要在人体上设 置专门的传感器，但在人睡觉时，会影响被检测人的正常睡眠。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种生理参数检测系统及床垫，旨在解决在生 理监测设备和现代智能家居设备中，无法检测睡眠异常的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种生理参数检测系统，包括：

监测结构，所述监测结构包括声音采集单元、压力感测单元和温度感测 单元，所述声音采集单元用于采集人在睡眠过程中发出的呼吸声或鼾声，所 述压力感测单元用于监测人在睡眠过程中活动范围以及压力分布，所述温度 感测单元用于监测人在睡眠过程中身体局部温度；

数据处理单元，分别与所述声音采集单元、压力感测单元和温度感测单 元电性连接，所述数据处理单元包括算法模块，用于对所述监测结构产生的 信号进行处理，以获得人体的生理参数；以及，

传输结构，包括通讯单元，所述通讯单元与数据处理单元电性连接，用 于对外界传输信息。

可选的，所述声音采集单元为环阵麦克风，所述环阵麦克风用于全方位 监测声音，采集声音来源并确定声音的方位。

可选的，所述声音采集单元靠近人体头部设置，所述声音采集单元与人 体头部距离为0～50cm。

可选的，所述压力感测单元包括多个薄膜压力传感器，所述多个薄膜压 力传感器为阵列式分布，且贴近人体设置。

可选的，所述温度感测单元包括多个薄膜温度传感器，所述多个薄膜温 度传感器为阵列式分布，且贴近人体设置。

可选的，还包括加热单元，所述加热单元包括多个柔性发热部件，所述 多个柔性发热部件为阵列式分布，且贴近人体设置。

可选的，所述通讯单元包括无线通信模块，用于与智能设备建立通讯连 接。

可选的，所述传输结构还包括预警单元，所述预警单元包括警报器和振 动器，均用于在监测到人体生理参数异常时，发出预警信号。

可选的，还包括控制单元，所述控制单元分别与监测结构、数据处理单 元、传输结构以及预警单元电性连接，用于在采集到的生理参数超出阈值范 围时，控制所述预警单元发出预警信号。

本发明还提出了一种床垫，其特征在于，所述床垫包括上述的生理参数 检测系统。

本发明的技术方案中，通过在设置声音采集单元，经算法模块处理得出 人体睡姿，再由压力感测单元，经算法模块处理得出人体在睡眠状态下身体 部位的压力分布，以及温度感测单元，经算法模块处理得出人体在睡眠状态 下身体部位的温度分布，经过数据处理单元将处理好的数据发送给传输结构， 并与外界设备进行交互。通过监测得出的数据，可以很好的发现人们在睡眠 过程中的生理参数及异常现象，并能够进行预防。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的 附图。

图1为本发明提供的生理参数检测系统一实施例的结构示意图；

图2为人的正常睡姿右侧卧的示意图。

标号说明：100-生理参数检测系统，11-麦克风，12-薄膜压力传感器，13- 薄膜温度传感器，21-数据处理单元，31-通讯单元，41-柔性发热部件，51-警 报器，52-振动器，61-控制单元。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步 说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、 前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各 部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该 方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、 “第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以 明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义， 包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A 和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但 是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相 互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要 求的保护范围之内。

现有的生理参数检测装置能够很好地监测人体的生理参数，但并不能很 好地监测和调整人们在睡眠过程中出现的异常现象。鉴于此，本发明提出一 种生理参数检测系统，图1至图2为本发明提供的生理参数检测系统一实施 例。所述生理参数检测系统100包括监测结构、数据处理单元21和传输结构， 所述监测结构包括声音采集单元、压力感测单元和温度感测单元，所述声音 采集单元用于采集人在睡眠过程中发出的呼吸声或鼾声，所述压力感测单元 用于监测人在睡眠过程中活动范围以及压力分布，所述温度感测单元用于监 测人在睡眠过程中身体局部温度，当然，所述监测结构安装在人体睡眠的周 围环境中；所述数据处理单元21分别与所述声音采集单元、压力感测单元和 温度感测单元电性连接，所述数据处理单元21包括算法模块，用于对所述监 测结构产生的信号进行处理，以获得人体的生理参数，所述算法模块也采用 现有对于声音、压力和温度进行处理的算法，也可通过自行研究的算法进行 处理；所述传输结构包括通讯单元31，所述通讯单元31与数据处理单元21 电性连接，用于对外界传输信息，具体的，所述通讯单元31包括无线通信模块，可通过蓝牙、wifi等方式，向智能移动设备传输人体的生理参数信息，当 然，所述数据处理单元和传输结构作为系统的一部分，同样安装在人体睡眠 的周围环境中，以便于传输数据。

本发明的技术方案中，通过在设置声音采集单元，经算法模块处理得出 人体睡姿，再由压力感测单元，经算法模块处理得出人体在睡眠状态下身体 部位的压力分布，以及温度感测单元，经算法模块处理得出人体在睡眠状态 下身体部位的温度分布，经过数据处理单元21将处理好的数据发送给传输结 构，并与外界设备进行交互。通过监测得出的数据，可以很好的发现人们在 睡眠过程中的生理参数及异常现象，并能够进行预防。

请参阅图1，具体的，所述声音采集单元为环阵麦克风，所述环阵麦克风 用于全方位监测声音，采集声音来源并确定声音的方位，采集效果好。通过 设置环阵麦克风，可360°采集人在睡眠过程中发出呼吸声信号或打鼾声信号， 并且环阵麦克风可将这些声音信号进行模拟信号处理，传输给所述数据处理 单元21；所述数据处理单元21还包括A/D转换模块，用于将声音的模拟信 号进行数字化处理并发送给所述算法模块，所述算法模块经计算得出各麦克 风11采集到的声音信号的大小，也即分贝值，以及各麦克风11采集到的声 音大小的差值；并且，根据研究表明，人在睡眠时的姿势大多分为平躺、左 侧卧和右侧卧，当然也可能仅仅是头部朝上、朝左、朝右，身体依然平躺， 但这种情况很少且对颈椎伤害很大。因此，结合各方位的分贝值及其差值， 可基本确定人在睡眠的睡姿，也即头部的位置是朝上、朝左还是朝右的。优 选的，所述算法模块每10秒计算出各麦克风11所采集的声音大小及差值， 也即，每10秒确定一次人体睡姿。当然，所述传输结构上的通讯单元31的 无线通信模块与算法模块连接，通过蓝牙、wifi等方式将人体睡姿信息，呼吸 声或鼾声分贝值大小发送到智能移动设备中。

进一步的，为能更清晰地采集到人体发出的声音，所述声音采集单元靠 近人体头部设置，所述声音采集单元与人体头部距离为0～50cm。优选地，所 述声音采集单元可设置在枕头内，或者床体四周，或者人在睡觉的周围环境 设置上。当然，为防止噪音干扰，所述声音采集单元还包括降噪模块，以降 低周围环境的杂音，如风声、雨声和雷声等。需要说明的是，降噪技术在现 有的声音采集设备中广泛应用，如中国专利CN108449687A中公开的一种多 麦克风阵列降噪的会议系统，该系统采用一体化与集成化的设计，可以使用 现有或新增麦克风进行人声和噪声采集、降噪处理，而无需额外配置麦克风。 从技术上来看，本申请的降噪模块与其类似，这里不在赘述。

为能够精确监测人体在睡眠中的压力分布，所述压力感测单元包括多个 薄膜压力传感器12，所述多个薄膜压力传感器12为阵列式分布，且贴近人体 设置。薄膜压力传感器12在医疗系统、工业控制以及机器人领域中多有使用， 其是通过高阻碳膜片上的压力感应电阻，在受到外力时，随着施加在传感器 表面的力的增加，电阻减小，从而测得各部位的压力值的，并且其机械性能 较强。通过阵列式分布薄膜压力传感器12，使得人体在睡眠时，与压力感测 单元接触的身体部位能很好的测得压力分布，进而获得人体睡眠下的活动范围及面积。当然，所述多个薄膜压力传感器12均与数据处理单元21连接， 通过所述算法模块，计算受压面积以及压力值。进一步的，所述数据处理单 元21还包括存储模块，用于存储人的基本信息，如身高、体重以及三围等， 通过所述算法模块计算得出的受压面积与正常人平躺或侧卧的受压面积进行 对比，即可确定躯干的姿势，结合所述声音采集单元与算法模块测得的基本 的人体睡姿(即头部朝向)，可以得出人的整体睡眠姿势为平躺、左侧卧还是右侧卧以及其头部朝向。需要说明的是，所述算法模块还可调用计时功能。

在确定人体的整体睡姿后，即可监测人体睡眠过程中的一些异常现象。 经医学研究发现，人睡眠过程中，人体的头部朝向和躯干不匹配，即平躺是 头部侧倾，侧卧时头部朝上等情况，时间较长即可发生静力性损伤，请参阅 图2，图2为人睡眠的正常睡姿右侧卧；但在侧卧时，胳膊在受到压迫较大时， 容易导致血流不畅，进而出现发麻情况。此时，所述算法模块通过确定人体 的异常睡姿以及保持该睡姿的时间，来对该异常现象进行记录，并由所述传 输结构的通讯单元31将异常信息传输送给外界设备；所述算法模块还可在所 述压力感测单元测得人体部位的压力值后，与人体在各睡姿下身体部位的正 常压力值(存储于所述存储模块中)对比，若超出正常压力值范围，所述算 法模块对开始对该异常睡姿进行计时，记录压力异常信息，并通过通讯单元31 将异常信息传输送给外界设备。

当然，所述压力感测单元也能够进行心率监测，通过对人体睡眠中的微 起伏感应出压力的变化，根据心脏跳动BCG原理，人在躺卧时心脏搏动瞬间 以及呼吸时人体会产生的纵向冲击力，由于纵向冲击力而引起的人体重心的 变化使得人体躺卧处(如床垫)产生一个上下的摆动，通过在人体下方设置压力 传感器，可测得心跳的频率，并由算法模块计算得出，并将数据传输到智能 设备上。

为能够精确监测人体在睡眠中身体的温度分布，所述温度感测单元包括 多个薄膜温度传感器13，所述多个薄膜温度传感器13为阵列式分布，且贴近 人体设置。薄膜温度传感器13为薄膜NTC热敏电阻与薄膜粘接而成，其机 械性能较强。通过对多个薄膜温度传感器13进行阵列式分布，可精确监测人 体睡眠时的身体的温度分布。经医学研究发现，人在睡眠过程中，颈部以及 腿部在长时间受寒的情况下，容易发生保护性收缩或抽筋。因此，在获得人 体一定睡姿下的部分身体的温度分布后，与人体在各睡姿下身体的正常温度(存储于所述存储模块中)对比，若超出正常温度范围，所述算法模块对开 始对该异常体温进行计时，记录温度异常信息，并通过通讯单元31将异常信 息传输送给外界设备。

为预防人在寒冷环境中肢体如腿部和颈部因受寒而发生保护性收缩或抽 筋现象，所述生理参数检测系统100还包括加热单元，所述加热单元包括多 个柔性发热部件41，其机械性能较强，抗弯折。优选的，所述多个柔性发热 部件41为阵列式分布，且贴近人体设置，这样可以较为全面对身体受寒部位 进行加热。在实现该功能时，所述算法模块在对异常体温的计时超过一定时 间后，例如30分钟，即会开启所述加热单元，此时，多个所述柔性发热部件 41开始对受寒部位，如颈部和腿部进行加热.并且，所述加热单元的加热温度 和加热功率受所述算法模块调控，理想加热温度为30℃，且根据环境温度的 不同，加热功率也不同，以提升人体的舒适性，尽可能降低发热对人体睡眠 的影响；当然，在具体实施时，所述生理参数检测系统100还包括环境温度 传感器，用以监测环境温度。

优选的，所述通讯单元31包括无线通信模块，用于与智能设备建立通讯 连接，通过所述无线通信模块可以将睡眠中所有的生理信息，包括睡姿、体 温分布、身体部位压力分布等在智能设备中可视化的展示出来。其中，所述 智能设备包括手机，电脑、智能手表等移动终端，该类设备，可通过app等 实现数据的可视化，具体的算法，在此不在赘述。当然，所述通讯单元31还 可通过USB、Type-C等有线的方式，将数据传输给主机等设备。

请参阅图1，所述传输结构还包括预警单元，所述预警单元包括警报器51 和振动器52，均用于在监测到人体生理参数异常时，发出预警信号。通过设 置预警单元，可以很快速的对睡眠中的异常生理现象作出预防。当测得人体 体温长时间过低，长时间保持不当睡姿(头身不协调)时，通过所述算法模 块根据两级时间阈值(如2小时、4小时)，当保持时间超过一级阈值时，在 人体下的所述振动器52开始振动，振动时间设定为10s；当保持时间超过二 级阈值时，所述警报器51便开始报警，警报器51报警时间设定为30s，可提 醒正在睡眠的人及其家人。需要说明的是，所述警报器51和振动器52靠近 人体设置，安装于人的睡眠的周围环境中。优选的，所述振动器52为压电陶 瓷。

进一步的，还包括控制单元61，所述控制单元61分别与监测结构、数据 处理单元21以及预警单元电性连接，用于在生理参数超出阈值范围时，控制 所述预警单元发出预警信号。通过上述各单元的监测功能，结合控制单元61， 即可快速响应，并预防睡眠中的异常现象。当然，所述控制单元61也与所述 传输结构电性连接，以控制数据的传输。

本发明还提出了一种床垫，所述床垫包括上述的生理参数检测系统100。 将所述生理参数检测系统100设置在床垫上，可以很好的贴近人体，以便于 监测生理参数。优选的，所述监测结构中，所述声音采集单元、压力感测单 元和温度感测单元的部分传感器设置于枕头中，以便于监测颈部信息以及呼 吸声和鼾声。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构 变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范 围内。

Claims (10)

1.一种生理参数检测系统，其特征在于，包括：

监测结构，所述监测结构包括声音采集单元、压力感测单元和温度感测单元，所述声音采集单元用于采集人在睡眠过程中发出的呼吸声或鼾声，所述压力感测单元用于监测人在睡眠过程中活动范围以及压力分布，所述温度感测单元用于监测人在睡眠过程中身体局部温度；

数据处理单元，分别与所述声音采集单元、压力感测单元和温度感测单元电性连接，所述数据处理单元包括算法模块，用于对所述监测结构产生的信号进行处理，以获得人体的生理参数；以及，

传输结构，包括通讯单元，所述通讯单元与数据处理单元电性连接，用于对外界传输信息。

2.如权利要求1所述的生理参数检测系统，其特征在于，所述声音采集单元为环阵麦克风，所述环阵麦克风用于全方位监测声音，采集声音来源并确定声音的方位。

3.如权利要求1所述的生理参数检测系统，其特征在于，所述声音采集单元靠近人体头部设置，所述声音采集单元与人体头部距离为0～50cm。

4.如权利要求1所述的生理参数检测系统，其特征在于，所述压力感测单元包括多个薄膜压力传感器，所述多个薄膜压力传感器为阵列式分布，且贴近人体设置。

5.如权利要求1所述的生理参数检测系统，其特征在于，所述温度感测单元包括多个薄膜温度传感器，所述多个薄膜温度传感器为阵列式分布，且贴近人体设置。

6.如权利要求1所述的生理参数检测系统，其特征在于，还包括加热单元，所述加热单元包括多个柔性发热部件，所述多个柔性发热部件为阵列式分布，且贴近人体设置。

7.如权利要求1所述的生理参数检测系统，其特征在于，所述通讯单元包括无线通信模块，用于与智能设备建立通讯连接。

8.如权利要求1所述的生理参数检测系统，其特征在于，所述传输结构还包括预警单元，所述预警单元包括警报器和振动器，均用于在监测到人体生理参数异常时，发出预警信号。

9.如权利要求8所述的生理参数检测系统，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元分别与监测结构、数据处理单元、传输结构以及预警单元电性连接，用于在采集到的生理参数超出阈值范围时，控制所述预警单元发出预警信号。

10.一种床垫，其特征在于，所述床垫包括如权利要求1-9任意一项所述的生理参数检测系统。

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