CN113509159A - 家庭病房监护系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种家庭病房监护系统。所述系统包括：信号汇集组件、控制组件、血氧检测仪、心电衣以及无创血压校准组件。血氧检测仪通过无线方式与所述信号汇集组件相连并通过插入其侧部接口的通信导线连接到指夹式血氧探头并将所获得的血氧饱和度和脉率无线发送到所述信号汇集组件。心电衣包括通过与所述信号汇集组件相连的心电汇集盒，埋植在心电衣内的信号导线与所述差分信号电极以及参考电极相连以便获取第一、第二和第三心电采集电极所获得的用户心电信号并无线传递给所述信号汇集组件。所述无创血压校准组件通过绑定在用户手臂上的血压袖带执行血压检测，以便利用所检测的血压对无袖带连续血压测量结果进行血压校准。

Description

家庭病房监护系统

技术领域

本公开涉及一种家庭病房监护系统，尤其是涉及一种能够同时进行多项生理参数检测的家庭病房监护系统。

背景技术

随着社会生活日益快节奏化，人们健康问题愈发突出，心脑血管、高血压等慢性病已然成为人类健康杀手，甚至这些非正常血压引起的疾病也越来越困扰着年轻人。因此，方便易用的健康监护设备成为社会的迫切需求。尤其是，在医疗资源日益紧张的情况下，医院的床位也越来越紧张，如果能够在家里能够建立简易的病房，就能够使得一些术后的病人能够在家里就能实现术后的康复和监护过程，又能够减少医疗资源的压力和降低病人的术后护理成本。但是病人在家时，缺乏护士监管，也更加自由，如何为术后或需要长时间监测的用户提供远程监护又能获得与医院病房同样的监护效果，这成为人们一种急切需要。

目前，市面进行体检的设备多为单一功能设备，比如，水银或电子体温表测体温，听诊器测心跳，上臂或腕式血压计测血压，手指血氧仪测血氧，心电图机测ECG心电图，HOLTER24 小时动态心电图仪或24 小时动态血压计。这些单一生理参数检测过程复杂，非常耗费用户的时间和精力。针对各式各样的参数结果，用户理解和阅读起来也非常不方便，更没有专业知识将各种参数之间关联起来。而且这种单一功能设备也不能为远程监控提供丰富的信息，这与实际医院的病房监测效果相去甚远。

因此，在常规的生理参数检测中，人们需要一种能够同时获取人体各项生理参数，并能够将各种参数集合起来的检测结果，以便实现一些术后病人或用户的类病房监测。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，根据本公开，提出了一种家庭病房监护系统，所述系统包括：信号汇集组件，具有通过无线或有线方式汇集多种检测信号的接口； 控制组件，接收来自所述信号汇集组件所汇集的信号并进行处理以便呈现；血氧检测仪，通过无线方式与所述信号汇集组件相连并通过插入其侧部接口的通信导线连接到指夹式血氧探头，所述血氧检测仪的与用户手腕接触的下部形成与手腕匹配的弧形，而其上部安装有显示屏，用于向用户呈现检测结果，所述指夹式血氧探头测量从其光发射传感器发射的光背用户手指中的氧合血红蛋白吸收后到达传感器光电探测器端的光通量，获得用户指部的血氧饱和度和脉率，所述血氧检测仪将所获得的血氧饱和度和脉率无线发送到所述信号汇集组件；心电衣，包括通过布置在其上的采用无线方式与所述信号汇集组件相连的心电汇集盒，布置在心电衣内侧的对应于人体心脏位置的上方和下方的一对差分信号电极以及布置在心电衣内侧的位于差分信号电极下方的参考电极，所述心电汇集盒通过埋植在心电衣内的信号导线与所述差分信号电极以及参考电极相连以便获取第一、第二和第三心电采集电极所获得的用户心电信号并无线传递给所述信号汇集组件；以及无创血压校准组件，其通过导气管插头插入信号汇集组件的气管接口并且绑定在用户手臂上的血压袖带执行血压检测，以便利用所检测的血压对无袖带连续血压测量结果进行血压校准。

根据本公开的家庭病房监护系统，其中所述心电衣内侧背部还包括体温感测单元，通过其中的热敏电阻感应人体表面温度并汇集到信号汇集组件，以便信号汇集组件通过内置的运算放大器放大所采集热敏电阻阻值的变化量，由此计算用户体温。

根据本公开的家庭病房监护系统，其中所述控制组件包括显示器，其基于通过处理所接收来自所述信息汇集组件的信息后，显示心电波形图、血氧浓度、血压、脉搏、剩余电量以及无线通讯连接状态之一或其任意组合。

根据本公开的家庭病房监护系统，其中所述显示器集成有信号处理组件，对所接收到的信号进行分析和处理，并通过显示器向用户提出警示。

根据本公开的家庭病房监护系统，其还包括心电床垫，具有多个心电检测电极以及压力传感器，通过埋植在床垫中的导线有线连接到所述信号汇集组件，并所述压力传感器在检测到压力变化时向信号汇集组件传递信号以便信号汇集组件切断与心电衣的心电汇集盒之间的无线连接并建立与所述心电床垫之间的有线心电检测电联接以便信号汇集组件接收多个心电检测电极获取用户心电信号。

根据本公开的家庭病房监护系统，其中所述控制组件基于血氧检测仪连续采集的血氧检测仪脉搏波信号和心电衣连续采集的心电信号计算出连续的无袖带血压信号。

根据本公开的家庭病房监护系统，其中所述控制组件包括信号同步处理单元，对所接收到的信号在时间轴上进行对准，从而使得所有信号进行同步。

根据本公开的家庭病房监护系统，其中所述信号同步处理单元，基于多个信号的相同同步标记进行信号头部对齐，并选择所收集到的多个信号之一的长度作为基准长度，对其他信号进行拉伸或挤压处理，使得所述多个信号在同一同步标记下具有相同的长度。

根据本公开的家庭病房监护系统，其中所述控制组件还包括验证标识生成单元和信号发送单元，所述验证标识生成单元随机生成验证标识以及所述信号发送单元将所生成的验证标识发送到所述血氧检测仪和心电衣的心电汇集盒，从而防止不同系统之间的串扰。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1所示的根据本公开的家庭病房监护系统的第一实施例的示意图。

图2所示的根据本公开的家庭病房监护系统的第二实施例的示意图。

图3所示的是根据本公开的家庭病房监护系统的所使用的血氧检测仪的状态示意图。

图4所示的是根据本公开的家庭病房监护系统的所使用的心电衣140的示意图。

图5所示的根据本公开的家庭病房监护系统中的控制组件120进行多源信号同步的实施例的方块示意图。

图6 所示的是根据本公开的家庭病房监护系统的模块图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，例如第一采集信号和第二采集信号，但这些信息不应限于这些术语，第一采集信号可被称为第二采集信号，反之亦然。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

为了使本领域技术人员更好地理解本公开，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细说明。

图1所示的根据本公开的家庭病房监护系统的第一实施例的示意图。如图1所示，根据本公开的家庭病房监护系统100包括信号汇集组件（BSB）110、控制组件120、心电衣140、血氧检测仪150。所述信号汇集组件110具有多信号收集接口，用于接收采集多种生理参数。所述控制组件（MTC）120接收来自所述信号汇集组件所采集的信号并进行处理获得可识别生理参数数据。所述控制组件120正面为显示器，其显示被测试用户的实时心电波形图、血氧量、血压、脉搏以及无线通讯连接状态之一或其任意组合。

如图1所示，根据本公开的家庭病房监护系统100的血氧检测仪150。所述血氧检测仪150包括指夹式血氧探头151以及通过信号线与指夹式血氧探头151相连的血氧采集控件（WPO）152。所述血氧检测仪150通过无线方式与所述信号汇集组件110相连。血氧采集控件（WPO）152通过插入其侧部接口的通信导线连接到指夹式血氧探头151，所述血氧检测仪150的与用户手腕接触的下部形成与手腕匹配的弧形，而其上部安装有显示屏，用于向用户呈现检测结果，所述指夹式血氧探头151测量从其光发射传感器发射的光背用户手指中的氧合血红蛋白吸收后到达传感器光电探测器端的光通量，获得用户指部的血氧饱和度和脉率，所述血氧检测仪150将所获得的血氧饱和度和脉率无线发送到所述信号汇集组件110。

图3所示的是根据本公开的家庭病房监护系统的所使用的血氧检测仪的状态示意图。如图3所示，血氧检测仪150，包括：血氧采集控件（WPO）152以及指夹式血氧探头151，所述血氧检测仪150以及血氧探头120之间通过通信导线155彼此相连。血氧检测仪150与手腕接触下部形成与手腕匹配的弧形，而其上部安装有显示屏153，用于向用户呈现检测结果。血氧检测仪150两侧安装有腕带157，以便可穿戴固定在用户手腕上。血氧检测仪150的安装腕带的一侧的上边缘与显示屏157之间的部分上，设置有固定装置180，血氧探头120侧面设置有固定装置154。固定装置154与固定装置156彼此可分离地装配在一起，使得血氧采集控件151以及血氧探头151彼此固定在一起。

如图3所示，血氧检测仪150的固定装置154为滑槽结构，而血氧探头151侧面的固定装置156为与滑槽配合的对应的滑轨结构。通过使得滑轨结构的固定装置156滑动配合到滑槽结构的固定装置154之中，从而使得血氧检测仪152和血氧探头151在不使用的状态下彼此固定在一起。可选择地，固定装置154和固定装置156可以是一对按扣结构。例如，固定装置154为母扣，而固定装置156为按扣。可选择地，固定装置154和固定装置156可以是一对卡接结构。例如，固定装置154为卡扣槽，而固定装置156为卡扣头。可选择地，固定装置154和固定装置156可以是一对粘扣结构。例如，固定装置154为粘扣垫片，而固定装置156为粘扣钩片。可选择地，固定装置154和固定装置156可以是彼此连接的磁体。例如，血氧检测仪固定装置为N性磁体，而血氧探头侧面的固定装置为S性磁体。通过这种灵活的固定方式，使得血氧检测仪150能够在不使用时，保证血氧探头151处于安全的固定状态，使得血氧探头151既不会受到损害也不会影响用户的活动。

尽管此处将血氧检测仪150分成两个部件描述，但是，实际上血氧采集控件152血氧采集控件152也可以集成在指夹式血氧探头151中。血氧检测仪150例如可以是一种血氧采集控制环或一种血氧采集腕表（WPO）。血氧检测仪150可通过信号线连接到信号汇集组件110接口之一，或者通过2.4GHz蓝牙等通讯手段与信号汇集组件110通讯。当穿着心电衣的或躺在床垫上的用户的手上（也可以是手臂、手腕等）佩戴血氧检测仪150时，将手指伸入所述指夹式血氧探头151中，随后，用户通过血氧采集控件152控制指夹式血氧探头151中的血氧探头的发光管、光电接收管，检测用户的血氧信号，经过计算后得出用户的血氧值、脉搏波、脉率等信息，并将信息通过有线方式、2.4GHz蓝牙或无线信号发送到到信号汇集组件110，随后从信号汇集组件110发送到控制组件120进行数据处理、显示以及存储。

图4所示的是根据本公开的家庭病房监护系统的所使用的心电衣140的示意图。如图4所示，心电衣140，包括通过布置在其上的采用无线方式与所述信号汇集组件相连的心电汇集盒，其扣装在心电信号汇集座147上，布置在心电衣内侧的对应于人体心脏位置的上方和下方的一对差分信号电极以及布置在心电衣内侧的位于差分信号电极下方的参考电极，所述心电汇集盒通过埋植在心电衣内的信号导线与所述差分信号电极以及参考电极相连以便获取第一、第二和第三心电采集电极所获得的用户心电信号并无线传递给所述信号汇集组件。具体而言，心电衣140为主体材质为非导电性的薄服装材质。在心电衣上包括第一心电采集电极（在背部肩部）、第二心电采集电极148以及第三心电采集电极149。第一心电采集电极、第二心电采集电极148以及第三心电采集电极149分别为第一、第二以及第三心电采集电极带，也就是，心电采集电极为一种条带状的电极。第一心电采集电极和第二心电采集电极148作为一对差分信号电极，分别布置在心电衣内侧的对应于人体心脏位置的上下两端，从而能够获取人体心脏位置的上下两端的差分心电信号。具体而言，第一心电采集电极作为一个差分信号电极布置在心电衣140内侧的对应于人体心脏位置的上方。第二心电采集电极148作为另一个差分信号电极布置在心电衣内侧的对应于人体心脏位置的下方。第三心电采集电极149作为参考电极，布置在心电衣内侧的位于第二心电采集电极148下方的位置。在心电衣140上，还布置有心电信号汇集座147，位于心电衣外侧与第一、第二以及第三心电采集电极不同的位置。心电信号汇集座147包括三个电极扣，如图1所示的第一电极扣141、第二电极扣142以及第三电极扣143。第一电极扣141面向心电衣内侧的一面通过绝缘埋植在心电衣内的第一导线144与第一心电采集电极，第二电极扣142面向心电衣内侧的一面通过绝缘埋植在心电衣内的第二导线145与第二心电采集电极148，而第三电极扣143面向心电衣内侧的一面通过绝缘埋植在心电衣内的第三导线146与第三心电采集电极149。这样，第一心电采集电极、第二心电采集电极148以及第三心电采集电极149各自通过各自相连的导线将从人体体表所采集的心电信号传递给扣装在心电信号汇集座上对应的第一电极扣141、第二电极扣142以及第三电极扣143。在所述心电信号汇集座147上扣装有对对应的心电信号采集盒（未示出），所述第一心电信号采集盒中有与第一电极扣141、第二电极扣142以及第三电极扣143对应的电极扣。当第一电极扣141、第二电极扣142以及第三电极扣143为公扣时，心电信号采集盒中的电极扣为母扣，反之，当第一电极扣141、第二电极扣142以及第三电极扣143为母扣时，第一心电信号采集盒中的电极扣为公扣。尽管这里显示心电信号汇集座147包含三个电极扣，但是也可以采用三个电触点的方式，这样，对应心电信号采集盒中也采用三个点触点方式。心电信号采集盒在通过心电信号汇集座收到三个心电采集电极传输来的心电信号后，心电信号采集盒将信号采入，经过滤波、放大、去噪后，实时或集中无线传递给后端平台（手机APP、配套主机等等）分析存储，也可以在本机存储器内存储备份。所述心电衣内侧背部还包括体温感测单元，通过其中的热敏电阻感应人体表面温度并汇集到信号汇集组件，以便信号汇集组件通过内置的运算放大器放大所采集热敏电阻阻值的变化量，由此计算用户体温。

返回图1。如图1所示，家庭病房监护系统还可以包括心电床垫130，用于检测躺在床垫上的用户的心电信号，所述信号汇集组件的用于心电信号检测电路的接口连接到三个条状柔性电极，以便检测用户的心电信号。当用户躺在床垫130上，信号汇集组件110内的心电检测电路从电极触点获取心电信号。所述控制组件120基于从所述信号汇集组件内的心电信号检测电路传送来心电信号形成ECG心电图。根据需要，心电信号检测电路也可以直接设置在所述床垫内并将采集的信号发送到信号汇集组件110。如图1所示的床垫从左到右分成六个部分，第一部分、第三部分以及第五部分为常规的纯棉布作，第二部分、第四部分以及第六部分为银纤维导电布，其侧边缘缀有导电纽扣，分别作为心电采集传感器，这些电极可以为银纤维电极。第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布可以作为上肢心电电极，可以将纤维导电布的电极部分从人体上采集的电信号经由导联检测电路传输到仪表放大器。为了适应人体胸部心电信号以及腿部信号的采集，所述第二部分、第四部分宽度为7厘米至15厘米。这是因为，一方面，第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布在使用时需要分别位于用户心脏的两端，而心脏的上端与肩部的距离是有限的。所以，电极的宽度受到此距离的限制。另一方面，在一定范围内，电极的宽度越宽，则电极与人体的接 触面积越大，波形越清晰，无杂波。例如，电极的宽度小于7厘米，则床垫所采集的波峰值可能小于1.0伏特，这将给心电信号参数的测量有效性造成困扰。再一方面，电极的宽度越宽，则需要更多的材料来制造电极，这增加了采集垫的制造成本。权衡测量结果与成本，第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布的宽度可选择为7厘米至15厘米。可选地，第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布的宽度相同。发明人经过实际测量发现，当第二部分、第四部分的宽度为9厘米时所采集的信号经过放大处理后其波峰值约为1.7伏特，而该值对于心脏生理参数的测量来说是足够的。此外，第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布的宽度如果从12厘米继续增大，波峰值并没有相应地显著增加。基于此，优选地，心电采集传感器A的宽度和心电采集传感器B的宽度为9厘米至12厘米为宜。因此，心电采集传感器A和心电采集传感器B的宽度优选为12厘米。如图1所示，第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布以及第六部分银纤维导电布相邻两者之间的间隔（即第三部分和第五部分）为15厘米至20 厘米，所述间隔部分由棉织物构成。理论和实验数据表明，第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布两者之间的间隔的距离对于所采集的心电信号的测量具有显著影响。采集心电信号的第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布分别位于心脏的上、下两端获得的信号质量最好。间隔过宽或者过窄会导致信号杂波太多或者波幅太小。心电采集垫的电极之间的间隔优选距离为15厘米比较适应于大多数人的心脏大小，在这种距离下，采集的心电信号的波形的波峰明显，信噪比大。

此外，所述第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布、以及第六部分银纤维导电布的长度为70厘米至100厘米，优选为90厘米长度。如上所述，人体心电信号是一种弱电信号。心电信号通常会受到各种噪声 的干扰，例如人体运动的干扰。本实施例中，第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布、以及第六部分银纤维导是长方形并且分别是一个整体。这允许人体在采集垫上翻身，同时保持人体与第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布具有较大面积接触。第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布相互平行，并且第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布与床垫的头部平行。这使得第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布之间的间隔保持不变。这样在普通用户在这种采集垫上睡觉的时候翻身也不会影响到心电信号的采集。有效保证了测量结果的准确性。

第六部分银纤维导电布可以作为腿部驱动电极。作为心电采集电路的第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布、以及第六部分银纤维导电布具有较大面积，因此，采集的信号强度将更大且信号更稳定。

此外，第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布可以包括银纤维导电织物，也可以铜镍合金类纤维导电织物。导电织物是导体，可以起到电位差信号测量的作用。导电织物不仅可以与人体容性耦合，而且因为导电织物相对较薄，并且具有韧性，其还可以在物理上与采集垫本体较好地贴合，可以使得采集垫更具舒适性。为了使得用户躺在该采集垫上更舒适，第二部分银纤维导电布、第四部分银纤维导电布、以及第六部分银纤维导电布的厚度为0.5毫米至1.2毫米，优选为1毫米，既能保持电极的导电性又能够保持床单的柔软度。

可选择地，为了提高心电信号的检测效果，可以要求用户在进行检测时穿上心电衣140，该心电衣140具有沿所述衣服的横向方向延伸的多个电极。图3中所示的横条电极为两个或三个（未示出）。当用户穿着所述心电衣140时，所述电极与用户的皮肤直接接触。心电衣的电极之间部分为非导电区，从而两个相邻电极彼此绝缘。当用户穿着所述心电衣140时，所述非导电区与用户的心脏的位置相对应。由此，当用户穿着心电衣140躺在床上时，条状电极与床垫的电极触点联通，从而由于条状电极有人体接触面积较大，因此能够获得更为有效的心电信号。当采用三条电极时，最下面的第三条电极与用户的下肢接触，连接到右腿驱动电路，以便降低检测系统的共模信号。

可选择地，当在使用该系统时，用户可以操作控制组件120来选择采用心电衣140和心电床垫130中的哪一个输送来的心电信号。可选择地，心电床垫130具有多个心电检测电极以及压力传感器（未示出），通过埋植在床垫中的导线有线连接到所述信号汇集组件，并所述压力传感器在检测到压力变化时向信号汇集组件传递信号以便信号汇集组件切断与心电衣的心电汇集盒之间的无线连接并建立与所述心电床垫之间的有线心电检测电联接以便信号汇集组件接收多个心电检测电极获取用户心电信号。

如图1所示，根据本公开的家庭病房监护系统100其还包括血压检测单元160，其是一种无创血压校准组件。信号汇集组件110具有内置气泵（未示出），该气泵在所述血压检测单元160被连接到所述多信号收集接口之一而被启动时，所述气泵经由信号汇集组件110侧的导气管向血压检测单元中的外置血压袖带充气加压，并排出气体，从而信号汇集组件110内置的压力传感器通过导气管得到血压袖带压力变化对用户进行血压检测和血压校准。由此，所述信号汇集组件110经由该接口采集用户的血压参数，并将所检测的血压参数发送到控制组件120以便进行数据处理、显示、存储。尽管图1中所示的血压袖带为连接到BSB 110上的血压袖带，但是其可以为独立的蓝牙袖带血压计，BSB 110通过蓝牙控制蓝牙袖带血压计。

图2所示的根据本公开的家庭病房监护系统的第二实施例的示意图。如图2所示，根据本公开的家庭病房监护系统100的控制组件还可连接到互联网与云端进行通信，将用户的生命体征数据整合成统一格式并可通过WiFi自动上传云服务器，长期保存。由此，用户可以根据移动客户端和PC客户端随时了解自己的的参数检测历史数据。并可以可免费或付费通过云服务咨询医生关于用户的健康状况。如上所述的血压检测系统是一款全面测量人体各项生命体征参数的系统，可收集各种生理数据，诸如血氧测量、心率监测、心电监测，所述控制组件120还基于连续采集的心电信号和脉搏波信号计算出连续的无袖带血压信号,因此可无创连续监测血压，并可以监测血压趋势。在图2所示的实施例中，家庭病房监护系统100可以与云端联系，从而将家庭病房监护系统100所采集的信息发送到用户所关联的监护人的手机APP上或传输到对应医生的PC端，以便监护人能够注意到相关生理参数的异常情况，并向监护人或主管医生发出报警。

如图1或2所示，构成家庭病房监护系统100的各个单元由于不存在于同一个电路系统中，导致每个独立的电路系统的系统时钟不统一，因此在收集到多种参数并需要进行统合时，存在多种参数时间轴不能对齐的情况。对于与信号汇集组件（BSB）110有线连接的单元，可以使用同一时钟振荡器，或者由同一时钟振荡器分频、倍频等手段取得同步信息。对于WPO等无线设备，由于使用独立振荡器并且开机时机不一致，可以使用独立的2.4GHz或其他频率，通过无线获取同步信号。例如，可以在其中任意一个单元中设置一个同步信号发生器或设置一个单独的同步信号发生器，为每个单元发送同步时间戳。每个单元在接收到该同步帧之后，将自己的电路中的帧计数清零，并在自己采集的数据包中拼接入该同步时间戳。在信号汇集组件110在固定时间周期内收集所有所采集的生理信号参数后，对该周期内的生理信号参数按照时间戳进行时间轴对齐，并将对齐的各种参数发送到控制组件进行处理。

尽管该同步信号发生单元(未示出)可以布置在任何构成单元上，但是，将同步信号发生单元集成在WPO上最方便。

尽管此处提及了采用时间戳进行各个单元的计时对准，但是也可以通计算各个信号的延时来进行时间对准。这种对准方式属于现有技术，因此不再次进行详细说明。

图5所示的根据本公开的家庭病房监护系统中的控制组件120进行多源信号同步的实施例的方块示意图。如图5所示，多个信号采集设备构成控制组件120的多信号源，例如心电仪140、血氧检测仪150等，分别标识为主机信号源A、从机信号源B、从机信号源C。尽管图5仅仅显示了两个从机信号源B和C，但是在实际应用中，可以有更多个信号源，用于采集各种需要进行同步处理的信号。主机信号源A包含蓝牙BLE通讯功能，与从机信号源通讯，接收从机信号源采集信号数据，同时向从机信号源传送无线同步配置参数。主机信号源A还包括与蓝牙BLE相独立的2.4GHz无线发射器（或收发器），作为无线同步源。主机信号源A也可以通过有线方式与从机信号源B和C进行参数配置以及信号接收和发送。从机信号源也包含蓝牙BLE通讯功能，与主机信号源通讯，向主机信号源传送所采集信号数据，同时接收主机信号源传送过来的无线同步配置参数。从机信号源还包含与蓝牙BLE相独立的2.4GHz无线接收器（或收发器），接收无线同步信号。无论是蓝牙BLE还是2.4GHz无线都可以采用现有技术实现，因此在此不进行赘述。如上所述，本公开采用蓝牙BLE传输数据，也可以使用其他无线通讯方式或者有线通讯传输所采集的信号。同步标记的发送可采用公开频段2.4GHz，也可根据情况采用433MHz等其他频段或有线直联。同步源传送时间（延时）需远低于数据同步误差要求（至少相差一两个数量级以保证精度）。相对于数据同步误差的同步源微小延时，可以直接忽略。一定程度的不变的延时误差，可以在主机数据处理时扣除。考虑功耗问题，使用间歇工作的方式同步。

主机信号源A通过蓝牙BLE向从机信号源B和C发送：RTC(Rea Time Clock)授时信标（精确到秒）或同步标记，通过2.4GHz无线进行参数配置并且通过2.4GHz无线同步逻辑配置参数。2.4GHz无线配置参数包含2.4GHz频段与通道地址，用来指定主从机2.4GHz在无线通道，并且在信号受到干扰时切换无线通道。2.4GHz同步逻辑配置参数包含2.4GHz间歇同步周期（T）、2.4GHz同步触发之前提前打开2.4GHz授时信息接收单元20的时间（t1）、2.4GHz授时信息接收单元20同步接收超时的时间（t2）。这样,通过蓝牙BLE将RTC信息发送出去进行第一级授时,使得主从机时钟差异不会因为长时间累积而过于大，导致从机打开收发器的时机与主机的授时彼此之间完全错开，导致永远同步不上。在初级授时之后，在从机的收发器打开的时间段里，主机通过2.4GHz模块发出同步标记做精度更高的标记，接收模块收到信息时软件实现是直接通过中断在数据包做标记，精度在毫秒甚至更小单位。由于一般处理器芯片，RTC模块的读取精度都是1秒，毫秒等更小单位获取不到的。因此，在采用在蓝牙BLE将RTC发出后进行精度更高的标记，使得多信号之间的同步更为精确。考虑信息处理实时性，目前的2.4GHz模块发出同步标记只是一个标记即可。可选择的，当然2.4GHz模块发出同步标记也可以是包含RTC时间信息以及更高精度时间信息。

主机信号源A的授时信息发送单元10先向从机信号源B和C进行RTC授时。考虑传输时间等等，精确度在1s以内。主机信号源A、从机信号源B和C根据接收到RTC开始计时。到达配置好的间歇同步时间（T）之前，从机信号源B和C的2.4GHz的授时信息接收单元20提前t1时间开启等待信号，提前开启授时信息接收单元20是为了防止主机信号源A、从机信号源B和C各自的时钟差异较大时没有及时收到同步标记信号。主机信号源A达到约定时间（T）开启2.4GHz发射机发射同步标记信号，从机信号源B和C在其授时信息接收单元20接收到同步信号后在所采集数据的相应位置做标记。如果从机信号源B和C的2.4GHz授时信息接收单元20没有接收到同步标记信号，经过超时时间t2后，2.4GHz授时信息接收单元20就自动关闭。

主机端通过无线通信（例如，2.4GHz的无线信道）或者有线信道，对自身以及从机端的信号采集单元（未示出）发送通信配置参数以及同步逻辑配置参数，例如频段与通道地址以及同步周期T等。MAC地址和频段通常为2.4G同步设备的MAC地址和频段。主机端和从机端的通信单元可以是无线通信单元也可以有线通信单元，根据实际需要可以选择，具体而言可以是授时信息接收单元20和授时信息发送单元10。尽管授时信息接收单元20命名为接收单元，其也可以发送信息，授时信息发送单元10命名为发送单元，其也可以接收信息。

在所有系统构成单元之间进行验证或统一了通信的MAC地址和频段之后，授时信息发送单元10按照T秒的时间间隔将同步帧（同步信号）同时发送到多个从机信号源。具体而言，主机端和从机端都会基于自身的独立始终脉冲进行计时，并基于一定的规则来确定是否发送授时信息或者确定是否开启以便接收授时信息。主机端会每秒判断一次是否间隔了一个授时信标发送周期T。具体而言，计时器（未示出）每秒一次计算余数y，y=(tN-t0)%T，其中tN为主机信号源的当前时间戳，为主机信号源所独自的当前时间戳，t0为主机信号源开启后的零点时间戳。这样(tN-t0)为主机开启后经过的总时间。每隔一秒计算一次。当余数y为零时，表示时间经过了授时发送周期T的整数倍，因此向授时信息发送单元10发出指令，以便授时信息发送单元10及时发出授时信息，即同步信息。同时，从机端的计时器（未示出）每秒一次计算余数y，y=(tN-t0+t1)%T，其中tN为从机信号源的当前时间戳，为从机信号源所独自的当前时间戳，t0为从机信号源开启后的零点时间戳。这样(tN-t0)为从机开启后经过的总时间，而(tN-t0+t1)则为从机比较实际经过的时间提前t1的时间，每隔一秒计算一次。当余数y为零时，表示时间经过了授时接收周期T的整数倍，因此向授时信息接收单元20发出开启，以便授时信息接收单元20及时开启，等待接收授时信息，即同步信息。并且授时信息接收单元20在接收到授时信息之后，立即关闭，并等待计时器再次发送来的开启信号。并且，计时器同时监控开启时间，如果开启预定时间t2之后依然没有接收到授时信息，则直接指令授时信息接收单元20关闭。具体而言，计时器在通信单元开启状态下，每秒一次计算一次余数y2，即y2=(tN-t0-t2+T)%T，如果余数为零，则表示授时信息接收单元20开启并且未收到授时信息的持续时间已经达到t2。

尽管上面在进行计时过程中提到每秒计算一次，但是也可以根据实际需要调整计算间隔，例如0.5秒、1.5秒或、2秒，主要根据同步标记发送间隔周期T进行调整。

在从机信号源接收到同步标记的同时，在从机采集的波形上，将收到的同步标记瞬间采集的那个点的位置标记出来，成为同步点，并跟随该点所在的数据包一起发送给信号汇集组件110。由于各个信号源各自的采样精度彼此独立，因此会导致在同一个客观的时间间隔内所采集的信号数量不等。举例而言，主机A、从机B、从机C，主机A与从机B时钟精度一致。从机A采样率为250Hz，1秒钟采集250个数据点。从机B时钟精度相对主机A，误差为-0.4%，也就是1秒钟采集249个数据点。如果按照主从机各自时钟标记而不做同步处理的情况下，主机收到的数据问题点：1、因为累计误差，从机B、C每个数据包起点其实是不一致的，运行时间越久差异越大；2、主机单位时间收到的从机数据长度是不一致的。针对上述情况，返回图1，信号同步处理单元40对所接收到的多个信号源的信号进行同步处理。

首先，同步处理单元40对信号汇集组件110收集到的从机B、C发送回来的数据提取同步标记，以同步标记为起始点，将B、C数据头部对齐。具体而言，将接收到的各路波形，根据相应同步标记，进行波形对齐，从而达到波形同步的目的。

随后，同步处理单元40对采样数据数量不等的信号进行拉伸或挤压处理。具体而言，对于同步后的波形差异依然有多个点的情况（由于不同设备的时间脉冲微小误差导致），则使用拉伸或挤压算法对波形进行处理，使得处理后的波形能够对齐。举例而言，对于应该采集250个数据点而只采集了249个数据点的从机C的信号进行线性插值处理，使其拉伸为250个数据点。具体如下：

从机B′数据表示为数组：B[250] = {B0,B1,B2……B249}；

从机C数据表示为数组：C[249] = {C0,C1,C2……C248}；

定义C′[250], C′为C[249]线性插值而来：

C′0 = C0

C′1 = C0 x 1/249 + C1 x 248/249

C′2 = C1 x 2/249 + C2 x 247/249

C′3 = C2 x 3/249 + C3 x 246/249

……

C′247= C246 x 247/249 + C247 x 2/249

C′248= C247 x 248/249 + C248 x 1/249

C′249= C248

同步处理单元40通过插值计算，获得了与从机B一样长度的数据C′，将B[250]与C′[250]送入后续计算进行所需处理。

同样，举例而言，如果从机C的采样率存在多的数据点，例如为251个，则需要进行挤压处理，具体如下

从机C数据表示为数组：C[249] = {C0,C1,C2……C250}；

定义C′[250], C′为C[251]挤压而来：

C′0 = C0

C′1 = C1 x 250/251 + C2 x 1/251

C′2 = C2 x 249/251 + C3 x 2/251

C′3 = C3 x 248/251 + C4 x 3/251

……

C′247= C247 x 2/251 + C248 x 249/251

C′248= C248 x1/251 + C249 x 250/251

C′249= C250

同步处理单元40通过挤压计算，获得了与从机B一样长度的数据C′，将B[250]与C′[250]送入后续计算进行所需处理。需要指出的是，插值可以根据实际信号特点，使用各种数学上的插值方法，这里仅以最简单的线性插值为例说明。同样挤压可以采用其他挤压处方式。本公开不仅可以纠正系统各组件时钟误差造成的影响，也可以解决不同从机使用的采样率不一致的问题。

需要指出的是，在所有涉及信号采集和传输的单元中都用到了芯片24L01。nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“ShockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器，其输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI 接口进行设置。几乎可以连接到各种单片机芯片，并完成无线数据传送工作。尽管此处以24L01芯片作为例子进行说明，但是也可以采用其他具有相同功能的芯片，在此不一一举例。

授时信息发送单元10产生并发出的同步标记有时也称为节拍信号、时间戳、时间头、秒同步头或同步标记。授时信息发送单元10通过2.4GHz的射频发射的一个信号，也可以用其他无线信道来发送该同步信号，只要能够满足本公开的目的即可。间隔T周期发送一次同步标记一秒钟，数据只有一个字节。同步标记可是一个固定数据的同步帧，也可以是包含编号的同步帧，也可以是授时信息发送单元10自己运行的绝对时间，其包含年月日时分秒微秒的当前时间，例如2016年12月26日22点35分10秒50毫秒。可选择地，该同步帧还可以同时包含帧编号和当前绝对时间。当同步帧在系统中进行发送接收时，通常会有很小的传输延迟，这对于本公开的技术方案可以忽略不计。不过，需要指出的是，在加载同步帧时，可以计算该延迟，以便准确加载该同步帧，即在从机信号源上扣除该传输延迟。由于数据传输延迟的计算属于现有技术，因此不在此进行描述。

主机信号源或从机信号源在获得同步标记后，采集信号是将收到的同步标记瞬间采集的那个点的位置标记出来，成为同步点，由此将同步信号编码或加载到所采集的信号或数据包中。

每个数据包的字段构成如下:

同步标记1、包编号1、10个采样点

同步标记1、包编号2、10个采样点

同步标记1、包编号3、10个采样点

……

同步标记1、包编号25、10个采样点

同步标记2、包编号1、10个采样点

同步标记2、包编号2、10个采样点

同步标记2、包编号3、10个采样点

……

同步标记2、包编号25、10个采样点

同步标记3、包编号1、10个采样点

同步标记3、包编号2、10个采样点

同步标记3、包编号3、10个采样点

……

同步标记3、包编号25、10个采样点

同步标记4、包编号1、10个采样点

同步标记4、包编号2、10个采样点

同步标记4、包编号3、10个采样点

……

同步标记4、包编号25、10个采样点

由于各个设备的时钟精度不同，因此可能导致在一个同步标记范围内，采样点的个数不足或多出的情况。同步标记的编号可以以一定的循环周期循环重复使用。如上所述，从机信号源收到同步标记之后，在同一个同步周期T内，将同步标记加载到所采集的信号或数据包中。由于从机数据包混合同步标记，因此，从机信号源在向信号汇集组件110发送信号时，可以不按序发送，信号同步处理也能够基于同步标记对不同信号源的数据包进行排序对齐。

可选择地，返回图5，如图5所示，主机信号源A还包括周期更新单元50。主机信号源A在一个完整周期收完从机数据后，再进行数据拉伸或挤压处理，系统响应较长（至少要一个完整周期才能获取上例中B、C从机的250跟249两个数值），同时由于接收了完整周期的从机数据再处理，占用了大量存储空间。因此，如何不断进行小批量的数据处理，有助于消除对大存储空间的需求，并且能够缩短系统响应时间。为此，本公开的系统还提供了周期更新单元50。在系统基于初始同步周期T1工作一段时间后，基于已经获取的各个从机信号源B或C所采集的数据后，获得不同从机信号源的误差，例如从机信号源C本因该采集250个数据点的而只采集了249个数据点。因此，其在预定时间内误差是确定不变的。为此，周期更新单元50可以将同步周期T1缩短到同步周期T2，但是信号同步处理单元40依然采用此前获知的从机信号源C的采样误差结果对在同步周期T2内接收到的采样数据进行信号数据的拉伸和挤压。通常T2是T1的一半。可选择地，T1为T2的2的整数次方倍。由此，利用前面测得的误差值，将从机信号源C的数据按队列先到先处理。具体而言，如果T1=2T2，则可以在T1的整个周期内，可以重复发送两次相同的同步标记，这样就不需要等待一个完整周期T1的全部数据。由于一般系统中，固定环境条件下的系统时钟的误差是基本不变的（除非温度急剧变化会导致时钟漂移；如果使用高稳定度时钟，比如温度补偿晶振，则完全没有漂移问题）。通过这种方式获得一个完整T1周期内的部分数据，可以将信号汇集组件110或信号同步处理单元40进行数据存储的空间减小T2/T1，并且将计算所需的时间减少到T2/T1、缓存占用减小T2/T1。此外，在环境发生变化，系统发现从机时钟漂移，主机可以随时或定时配置间歇同步周期T，修正误差。

图6 所示的是根据本公开的家庭病房监护系统的模块图。控制组件120以STM32F407 为核心控制单元，采用16位CPU总线与液晶显示单元105（例如，2.4寸液晶屏连接。液晶显示单元105显可示心电波形、血氧脉搏波波形、心率、血氧饱和度、血压测量值、体温、体检仪电池电量、体检仪WIFI和蓝牙断开与连通状态等等。血压检测单元160（FPGA）采用8位I/O总线与控制组件120的CPU连接，利用心电衣140输入的心电波形和血氧检测仪150输入的血氧波形数据计算连续血压。

控制组件120的按键控制单元110在按键被按下时，由CPU扫描I/O口的低电平状态，确定按键被按下。蓝牙单元515采用4.0的蓝牙通讯协议，通过串口与控制组件120的CPU交互。WIFI单元510采用2.4GHz，IEEE802.11 无线局域网通讯协议，通过串口与控制组件120CPU交互。血氧检测仪150接收来自血氧探头151所测量的信号来测量脉搏波和血氧饱和度，通过串口与控制组件120的CPU交互。心电衣140获取用户的心电信号。放大的模拟心电信号送入控制组件120的CPU的模数采样端口，由此采集心电波形，并将采集的心电波形显示在显示单元105上。

本公开的家庭病房监护系统还可包括体脂单元525。体脂单元525通过外部电极注入交流恒流电流，控制组件120的CPU采集人体的交流均方根电压，计算交流阻抗Rac，再计算人体脂肪含量。

本公开的心电衣140还包括体温单元。该体温单元可以为一种电子体温计，其利用热敏电阻感应人体表面温度，通过运算放大器放大并采集热敏电阻阻值的变化量，由此计算人体温度。体温单元通过心电衣14的信号采集盒中的蓝牙芯片与蓝牙单元通过蓝牙4.0协议将所检测的体温发送到控制组件120的CPU，并在显示单元105上显示给用户。本公开的体检仪还包括温湿度模块，其测量环境的温度和湿度，并通过HDQ协议与CPU交互。

本公开的体检仪还包括血压检测单元160，其利用柯氏音原理测量人体血压，通过串口与CPU交互。此外，本公开的体检仪还包括温湿度单元（未示出），其可以测量环境的温度和湿度，通过HDQ协议与CPU交互。需要指出的是，在进行血压检测时，血压检测单元160通常进行血压校准。家庭病房监护系统第一次使用时，手机客户端会提示用户进行袖带血压校准。血压校准先是通过手机客户端发出血压校准命令，家庭病房监护系统收到校准命令后，进行核准操作。如果当前时间距离上次血压校准时间超过7天（也可以设置为3天、5天或者14天），家庭病房监护系统启动后提示“血压需要校准”。通常通过采集人体手臂袖带血压参数，进行连续血压校准用。校准成功后，体检仪发送成功状态给手机客户端。手机客户端和体检仪同时记录本次校准时间和结果，7天后再次提示用户进行校准。校准血压是为了对连续血压进行标定。可选择地，可以将客户端集成在控制组件120中，并显示在显示单元中。因此，在没有手机客户端的情况下，也能自动进行血压校准，提示用户进行校准并自动完成校准操作。

如上所述的家庭病房监护系统是一款全面测量人体各项生命体征参数的设备，诸如血氧测量、心率监测、血压趋势监测、心电监测、体温监测、健康指数BMI监测、体脂监测。用户的生命体征数据可通过WiFi经由专门的移动通讯客户端自动上传云服务器，并长期保存。对已经上传的数据，用户可付费，通过云服务咨询医生关于用户的健康状况。根据本公开的家庭病房监护系统可支持家庭多人使用，可及时记录异常体征数据、方便就诊治疗。根据本公开的家庭病房监护系统的客户端能进行智能数据分析、数据云端存储。

所述客户端通常为各种手机客户端APP或者PC客户端APP。在相关技术中，用户通过客户单元上安装的客户端APP遥控所述智能终端设备，可以通过蓝牙、iBeacon、近场通信(Near Field Communication，NFC)、非接触式射频识别(Radio FrequencyIdentification，RFID)等无线射频技术实现。

以上具体描述了根据本公开的一种家庭病房监护系统。根据本公开的家庭病房监护系统，每个用户的数据可以存储在客户端的本地存储器中，也可以传输到云端以保存在云端服务器中，以便用户可以实时监控自己的数据。

以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，对本领域的普通技术人员而言，能够理解本公开的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算装置（包括处理器、存储介质等）或者计算装置的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在阅读了本公开的说明的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的。

因此，本公开的目的还可以通过在任何计算装置上运行一个程序或者一组程序来实现。所述计算装置可以是公知的通用装置。因此，本公开的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者装置的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本公开，并且存储有这样的程序产品的存储介质也构成本公开。显然，所述存储介质可以是任何公知的存储介质或者将来所开发出来的任何存储介质。

还需要指出的是，在本公开的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (9)

1.一种家庭病房监护系统，所述系统包括：

信号汇集组件，具有通过无线或有线方式汇集多种检测信号的接口；

控制组件，接收来自所述信号汇集组件所汇集的信号并进行处理以便呈现；

血氧检测仪，通过无线方式与所述信号汇集组件相连并通过插入其侧部接口的通信导线连接到指夹式血氧探头，所述血氧检测仪的与用户手腕接触的下部形成与手腕匹配的弧形，而其上部安装有显示屏，用于向用户呈现检测结果，所述指夹式血氧探头测量从其光发射传感器发射的光背用户手指中的氧合血红蛋白吸收后到达传感器光电探测器端的光通量，获得用户指部的血氧饱和度和脉率，所述血氧检测仪将所获得的血氧饱和度和脉率无线发送到所述信号汇集组件；

心电衣，包括通过布置在其上的采用无线方式与所述信号汇集组件相连的心电汇集盒，布置在心电衣内侧的对应于人体心脏位置的上方和下方的一对差分信号电极以及布置在心电衣内侧的位于差分信号电极下方的参考电极，所述心电汇集盒通过埋植在心电衣内的信号导线与所述差分信号电极以及参考电极相连以便获取第一、第二和第三心电采集电极所获得的用户心电信号并无线传递给所述信号汇集组件；以及

无创血压校准组件，其通过导气管插头插入信号汇集组件的气管接口并且绑定在用户手臂上的血压袖带执行血压检测，以便利用所检测的血压对无袖带连续血压测量结果进行血压校准。

2.根据权利要求1所述的家庭病房监护系统，其中所述心电衣内侧背部还包括体温感测单元，通过其中的热敏电阻感应人体表面温度并汇集到信号汇集组件，以便信号汇集组件通过内置的运算放大器放大所采集热敏电阻阻值的变化量，由此计算用户体温。

3.根据权利要求1所述的家庭病房监护系统，其中所述控制组件包括显示器，其基于通过处理所接收来自所述信号汇集组件的信息后，显示心电波形图、血氧浓度、血压、脉搏、剩余电量以及无线通讯连接状态之一或其任意组合。

4.根据权利要求3所述的家庭病房监护系统，其中所述显示器集成有信号处理组件，对所接收到的信号进行分析和处理，并通过显示器向用户提出警示。

5.根据权利要求1所述的家庭病房监护系统，其还包括心电床垫，具有多个心电检测电极以及压力传感器，通过埋植在床垫中的导线有线连接到所述信号汇集组件，并所述压力传感器在检测到压力变化时向信号汇集组件传递信号以便信号汇集组件切断与心电衣的心电汇集盒之间的无线连接并建立与所述心电床垫之间的有线心电检测电联接以便信号汇集组件接收多个心电检测电极获取用户心电信号。

6.根据权利要求1所述的家庭病房监护系统，其中所述控制组件基于血氧检测仪连续采集的血氧检测仪脉搏波信号和心电衣连续采集的心电信号计算出连续的无袖带血压信号。

7.根据权利要求1所述的家庭病房监护系统，其中所述控制组件包括信号同步处理单元，对所接收到的信号在时间轴上进行对准，从而使得所有信号进行同步。

8.根据权利要求7所述的家庭病房监护系统，其中所述信号同步处理单元，基于多个信号的相同同步标记进行信号头部对齐，并选择所收集到的多个信号之一的长度作为基准长度，对其他信号进行拉伸或挤压处理，使得所述多个信号在同一同步标记下具有相同的长度。

9.根据权利要求1所述的家庭病房监护系统，其中所述控制组件还包括验证标识生成单元和信号发送单元，所述验证标识生成单元随机生成验证标识以及所述信号发送单元将所生成的验证标识发送到所述血氧检测仪和心电衣的心电汇集盒，从而防止不同系统之间的串扰。

Images