CN1711963A

CN1711963A - 连续监测人体压力变化装置

Info

Publication number: CN1711963A
Application number: CN 200510027998
Authority: CN
Inventors: 高春平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2005-12-28

Abstract

本发明涉及一种人体生理信号的测量装置，尤其是能通过测量人体表皮的生理信号改变，持续监测人体压力变化的人工智能型压力监测装置。该装置能广泛应用于各种医疗及健康保健领域。

Description

连续监测人体压力变化装置

技术领域

本发明涉及一种人体生理信号的测量装置，尤其是能通过测量人体表皮的生理信号改变，持续监测人体压力变化的人工智能型压力监测装置。

技术背景

目前，已知的生理信号测试装置是通过电极式传感器，测量人体生理信号的测量装置。由传感器、导线、生物放大器、微电脑芯片、显示装置构成。当两块金属电极放置在人体表面皮肤时，可以显示人体的生理信号，测量的体表生理信号是绝对值。由于不同个体的生理信号各异，测量的个人生理信号绝对值不能帮助监测人体压力改变。

目前的研究表明，人体的生理信号改变与人体内压力改变成线性关系，人体压力越大，生理信号改变越大。由于目前生理信号测量装置仅能测试人体生理信号绝对值，而不同人体的生理信号差异又极大，故无法应用测量装置通过测量人体生理信号的改变，而监测人体内压力改变。而且目前的生理信号测量装置多应用于生物医学实验室，体积庞大，金属电极通常需用胶布固定，使用不方便。

发明内容

为了克服现有的测量装置不能通过监测人体生理信号改变而监测人体内压力变化的不足，本发明提出一种新型生理信号测量装置，该种测量装置不仅能够测量人体生理信号绝对值，而且能测量被测者生理信号改变的相对值，还能通过持续监测人体表面生理信号而连续监控人体内压力改变，当人体内压力改变明显时，能自动报警提醒使用者。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，在生理信号测试装置中增加一个有记忆功能和运算功能的电脑芯片或电脑装置，在被测试者首次使用时，让被测者处于安静状态，测量其规定的体表部位生理信号，将此测量数值作为基线值，贮存在微型电脑芯片内，当再次测量生理信号时，测试的数值自动与基线值对比。当所测数值低于基线数值时，证明人体内压力小于人体安静状态时，无需有任何进一步动作；而当测试的生理信号数值大于基线值，证明人体内压力增加，当有显著改变时，自动触发预先设置的警报系统，通过装置内的警报部件发出警报。

本发明的技术特征是，在能够持续监测人体压力变化的生理信号测试装置内增加的一个有记忆功能和运算功能的电脑芯片或电脑装置，可以是单片机、单扳机、单片电脑、微型电脑或其他类似电脑装置，也可以是台式电脑、笔记本电脑或手持式电脑装置，也可以是手提电话型的微型电脑装置。这种电脑芯片或电脑装置能够记忆和对比贮存的基线测试值，并根据基线值，计算生理信号的相对变化，从而监测人体内压力改变。

本发明的技术特征是，这种能够持续监测人体内压力变化的生理信号测试装置内，装有警报部件，当测试的生理信号数值大于基线值，并产生显著改变时，警报部件会被触发，并通过多种形式发出警报，可以是发声作为警报，也可以是发光作为警报，或者振动发出警报，还可以是上述警报形式的组合。

本发明的技术特征是，这种能够持续监测人体内压力变化的生理信号测试装置，设计成或放置于人体常用的物品内，可以更方便，更好的监测人体压力变化。这些物品包括但不限于，手表、笔、计算机鼠标、坐椅的扶手、办公桌的台面等。装置金属电极可以放置在人的手部经常触及的位置。

本发明的技术特征是，这种能持续监测人体压力变化的生理信号测量装置，能自动、定时测量表面生理信号，测量的间隙时间可以自由设定，不受限制，每次测量的时间，测量的生理信号数值，与基线值对比的数值，均贮存在电脑装置内，并可根据需要显示。

本发明的技术特征是，这种能持续监测人体压力变化的生理信号测量装置，由传感器、放大器、模-数转换部件、有记忆功能和运算功能的电脑装置、显示部件、警报部件等模块组成。各个模块之间的连接可以是有线，也可以是无线，各个模块既可组合，又可以分离。

本发明的技术特征是，本发明所称的生理信号测试装置可以是任何在人体表面，测试人体生理信号的测试装置。这种装置包括但不限于，脉搏测试装置、心电测试装置、肌电测试装置、脑电测试装置、皮电测试装置、血氧饱和度测试装置、血压测试装置、呼吸频率及容量测试装置等。

本发明的有益效果是，不仅能够测量人体生理信号的绝对值，而且能够测量被测者生理信号改变的相对值，还能通过持续监测人体生理信号而连续监测人体内压力改变，当人体内压力改变明显时，能自动报警提醒使用者。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明光电传感器结构原理图

图2是本发明系统结构框图

图3是本发明透光式传感器结构示意图

图4是本发明信号调理电路结构图

图5是本发明电原理图

具体实施方式

实施例：光电脉搏式压力监测装置

图1中光敏电阻(101)和一个光源(102)组成的光电脉搏传感器的原理图。光敏电阻与适当的普通电阻串联后由电源供电，光源在加电时发光，光经人的手指传播到光敏电阻的受光面，当人手指的微血管的血流随微血管的脉压变化时，对光的反射系数也发生变化，使光敏电阻接收到的光强也随之改变。把光敏电阻被微血管反射的光信号转换成电信号，就可做成脉搏传感器。

本发明的实施例是基于单片微处理器INTEL8098作为控制器，采用投射式光电传感器提取手指末端的动脉脉搏波，选用图形式LCD作显示器，实现脉搏波及脉率实时监测显示的袖珍式动脉脉搏波监测和生物反馈装置。该仪器不仅能测量手指末端的动脉脉搏波，而且能存储脉搏波波形数据，分析脉搏波，自动对比基线值与即时值的状态，自动产生语音提示，并对生理信号实时反馈。

●系统功能要求

①实时显示脉搏波波形及脉率；

②采用液晶显示，可显示4个周期脉搏波；

③能够存储3min的波形数据；

④能重放存储的数据，以供观察诊断；

⑤自动对比基线值与即时值的结果，自动生物反馈；

⑥当生理信号值超过阀值时，自动产生语音提示；

⑦自动产生呼吸模拟信号，指导个人训练。

●系统原理和组成

图2中，系统主要由4个部分：一是传感器(201)，提取手指末端的动脉脉搏信息；二是模拟电路部分即信号调理电路(202)；三是单片机系统，由INTEL8098微处理器，存储器EPROM、RAM(203)；四是LCD显示器(204)组成。

光电传感器将动脉脉搏波转换为相应的电信号，经过信号调理电路调理，然后由8098单片机内部的A/D转换器对其采样，采样数据循环存储在RAM中。8098处理采集的数据并在LCD上实时显示脉搏波波形和脉率。8098在外部中断的触发下，可重放存储的波形。8098在外部中断触发下，可自动对比贮存在RAM中的基线值，与即时采集的生理信号对比，一旦两者之间改变超过预置阀值，自动声光方式产生语音指导，同时产生呼吸模拟信号，指导个人训练。

●传感器的设计制作

设计的透射型指套式光电传感器，原理结构如图3所示。传感器由发光二极管和光敏三极管组成，其工作原理是：发光二极管发出的光透射过手指，被手指组织的血液吸收和衰减，然后由光敏三极管接收。由于手指动脉血在血液循环过程中呈周期性的脉动变化，所以它对光的吸收和衰减也是周期性脉动的，于是光敏三极管输出信号的变化也就反映了动脉血的脉动变化。

发光二极管采用红色单色光，稳定性好。传感器做成遮光指套式，减少了外界光的干扰。将传感器套在手指上，就可以测量手指末端处的动脉脉搏波，使用方便，灵敏度高，性能稳定。

●单片机系统设计

单片机系统选用16位INTEL8098处理器，它的内部带有一个10位的A/D转换器；8098可以管理64kB的存储空间。将其中32kB作为EPROM区，用于存放系统程序，选用一片27256；另外的32kB空间作为RAM区，用于数据存储，选用两片6264组成。用HSO命令启动A/D转换，由内部软件定时器控制采样频率为125Hz，用中断法读取A/D转换结果。

选用125Hz的采样频率在8位分辨率的条件下，32kB的空间可以存储4min的采样数据，满足系统功能的要求。

●信号调理电路的设计

信号调理部分包括低通滤波器、放大器和直流校正电路如图4所示，目的是为A/D采集提供适当幅度和极性的输入信号。动脉脉搏是低频、微弱的生理信号，必须滤波和放大，以满足8098数据采集的要求。动脉脉搏信号频率基本在0.1～20Hz以内，为了去除高频干扰，尤其是50Hz的工频干扰，设计一个一阶RC低通滤波器，其截止频率为45Hz。对放大器电路，要求运放具有较高的输入阻抗，低输入失调电压，小的漂移。选用TL072(双运放)，可以较好地满足要求。放大后的动脉脉搏波是双极性信号，8098内部的A/D转换器要求输入信号是单极性的(0～5V)，将TL072的另一个放大器设计作加法器，对放大后的信号作直流校正，以满足极性要求。

●显示器设计

为限制系统功耗，要求检测结果用液晶显示器显示，设计选用图形点阵液晶显示器，选用的型号是TM12864A。它是一种图形LCD，采用HD61202作为显示控制器，可直接同8098连接。TM12864A内部带有1kB的显示RAM，不带字符发生器，只适用于图形工作方式，在显示汉字及数字时，需要自己建立字模。

将32kB的数据区分为64个数据段，每段512个字节，每4点显示1点，每一段数据可以同时显示在一屏上，满足系统显示4个周期的波形的要求。64个数据段是循环利用的，当前采集的数据将冲掉最早存储的一段数据，LCD屏上显示的总是最新采集的一段数据。

●脉率计算与显示

显示波形的同时，要实时计算并显示当前脉率。系统每4s计算一次脉率，所以此时脉率具有实时特性，能够较精确地反映心脏的搏动。脉率按如下公式计算：

脉率＝采样频率/相邻两波峰间点数×60

采样频率确定为125Hz。波峰是这样确定的：首先设定门限。在每一数据段512个样本数据中，寻找最大值Max，定义门限t＝0.8Max。如果某点满足下面两个条件，则认为此点为波峰。

①此点及前后各5点，共11个样本均值大于门限t。

②此点是11个样本点中的局部最大值。

确定了波峰，就可按上面的公式计算出脉率。

●波形回放功能的实现

波形回放功能是通过设计在面板上的回放键来实现。按下回放键产生外部中断，发出8098停止数据采集和存储，重复显示存储的64屏数据波形。再一次触发外部中断，8098就停止重放，重新开始采集并存储数据。

●语音提示功能的实现

CPU将计算的脉搏值与当前测量的从定时器中读出的时钟时间一起存储在RAM中。如果存储的脉搏值不是在使用者按下按键后获得的第一个脉搏值，CPU比较当前脉搏值是否比前一个测量所获得的脉搏值有所减少(即CPU判定使用者是否进入更放松的状态)。如果发现当前脉搏值减少了，CPU向使用者提示该效果。如果这时使用者的眼睛为了有利于放松是闭上的，在这种情况下，有必要提供不依赖于视力的某种装置来提示使用者。因此，CPU可以通过扬声器播放一段不会干扰使用者的放松训练的乐曲。

此外，CPU判断使用者是否处于足够放松的状态。进行该判断的理由是相信对于放松状态有一固定的极限。即，一旦使用者足够地放松，在放松上不会超过这一点有进一步的提高，脉搏值的改变也将饱和。反过来说，如果达到了这一饱和状态，则可以认为使用者已达到足够放松的状态。

Claims

1.本发明涉及一种人体生理信号的测量装置，尤其是能通过测量人体表皮的生理信号改变，持续监测人体压力变化的人工智能型压力监测装置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，在能够持续监测人体压力变化的生理信号测试装置内增加的一个有记忆功能和运算功能的电脑芯片或电脑装置，可以是单片机、单扳机、单片电脑、微型电脑或其他类似电脑装置，也可以是台式电脑、笔记本电脑或手持式电脑装置，也可以是手提电话型的微型电脑装置。这种电脑芯片或电脑装置能够记忆和对比贮存的基线测试值，并根据基线值，计算生理信号的相对变化，从而监测人体内压力改变。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，这种能够持续监测人体内压力变化的生理信号测试装置内，装有警报部件，当测试的生理信号数值大于基线值，并产生显著改变时，警报部件会被触发，并通过多种形式发出警报，可以是发声作为警报，也可以是发光作为警报，或者振动发出警报，还可以是上述警报形式的组合。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，这种能够持续监测人体内压力变化的生理信号测试装置，设计成或放置于人体常用的物品内，可以更方便，更好的监测人体压力变化。这些物品包括但不限于，手表、笔、计算机鼠标、坐椅的扶手、办公桌的台面等。装置金属电极可以放置在人的手部经常触及的位置。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征是，这种能持续监测人体压力变化的生理信号测量装置，能自动、定时测量表面生理信号，测量的间隙时间可以自由设定，不受限制，每次测量的时间，测量的生理信号数值，与基线值对比的数值，均贮存在电脑装置内，并可根据需要显示。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征是，这种能持续监测人体压力变化的生理信号测量装置，由传感器、放大器、模-数转换部件、有记忆功能和运算功能的电脑装置、显示部件、警报部件等模块组成。各个模块之间的连接可以是有线，也可以是无线，各个模块既可组合，又可以分离。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征是，本发明所称的生理信号测试装置可以是任何在人体表面，测试人体生理信号的测试装置。这种装置包括但不限于，脉搏测试装置、心电测试装置、肌电测试装置、脑电测试装置、皮电测试装置、血氧饱和度测试装置、血压测试装置、呼吸频率及容量测试装置等。