CN204246139U - 一种基于rfid的血氧脉搏检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于RFID的血氧脉搏检测系统，涉及血氧脉搏检测系统领域，包括：血氧脉搏探测处理模块、射频标签、阅读器、控制模块和上位机，血氧脉搏探测处理模块包括：血氧脉搏传感器、信号处理电路和微处理器；射频标签接收阅读器发送的控制命令，并将微处理器处理过的数字基带信息通过空间电磁波的形式发送给阅读器；阅读器通过空间电磁波与射频标签进行通信，阅读器向射频标签发送控制命令，并接收射频标签发送回的血氧脉搏信息。本实用新型将血氧脉搏传感器获得的生命体征信息通过射频标签发送出去，可实现中远距离的实时检测；且安全性好，寿命长，抗干扰能力强，可嵌入其他可穿戴设备中。

Description

一种基于RFID的血氧脉搏检测系统

技术领域

本实用新型涉及血氧脉搏检测系统领域，尤其涉及一种基于RFID(射频识别)的血氧脉搏检测系统。

背景技术

随着大数据时代的到来，医疗行业的信息化也迎来自己的“大数据时代”，即可穿戴智慧医疗。智慧医疗利用先进的物联网技术，实现患者与医护人员、医疗机构和医疗设备之间的互动，并逐步达到信息化。智慧医疗由区域卫生系统、智慧医院系统以及家庭健康系统三部分组成。随着信息技术尤其是微电子技术、交互技术、信息处理技术和通信技术的飞速发展，可穿戴智慧医疗对解决我国人口结构的老龄化现状有着重要的意义。

在智慧医疗体系中，血氧脉搏信号是一个表征人体健康程度的重要参数。血氧饱和度表征人体血液的含氧量，能有效地反映人体循环系统和呼吸系统的生理状态，是人体新陈代谢的重要体征指标之一，也是人体呼吸系统和循环系统病理诊断的重要生理参数。很多疾病的临床表现都会引起人体相关组织和器官中的血氧饱和度变化，从而导致缺氧，甚至危及生命，所以安全有效地检测脉搏和血氧饱和度在病情诊断和健康监护方面发挥着积极的作用。

传统的血氧饱和度测量方法需要对患者进行采血检测，属于有创检测方法，除了给患者带来疼痛的不适感外，操作不规范也可能导致感染，且不能连续、实时地获得检测结果。此外，传统方法需要医护人员亲自操作，过度占用医护人员的时间和精力，从而导致医疗资源紧张。

随着对脉搏和血氧饱和度测量研究的不断深入，以及蓝牙、ZigBee、WIFI等各种低功耗、短距离无线通信技术的发展，利用体表传感器采集监护信号，并通过上述方式将数据信息传输到终端设备上，从而替代传统的复杂电连线，给患者带来便利和更好的舒适度。

但蓝牙、ZigBee和WIFI技术存在一些弊端，例如：都需要电源支持，因而限制了仪器设备的尺寸和灵活性；其次，上述技术的成本较高，与当前的物联网技术兼容性差。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于RFID的血氧脉搏检测系统，该系统具有易佩戴、低功耗以及抗干扰能力强等优点，可实现血氧脉搏信息的无创、实时和中远距离监控，详见下文描述：

一种基于RFID的血氧脉搏检测系统，包括：血氧脉搏探测处理模块、射频标签、阅读器、控制模块和上位机，所述血氧脉搏探测处理模块包括：血氧脉搏传感器、信号处理电路和微处理器，其中，所述血氧脉搏传感器采用反射式探测方式；

所述射频标签接收所述阅读器发送的控制命令，并将所述微处理器处理过的数字基带信息通过空间电磁波的方式发送给所述阅读器；所述阅读器通过空间电磁波与所述射频标签进行通信，所述阅读器向所述射频标签发送控制命令，并接收所述射频标签发送回的血氧脉搏信息。

所述血氧脉搏传感器包括：双波长光源与光电探测器，所述双波长光源在所述微处理器的控制下发射红光和红外光两种不同波长的光，光通过皮肤组织后，反射回携带血氧脉搏信息的光信号，所述光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，并传输至所述信号处理电路。

所述信号处理电路包括：放大电路、信号分离电路、红光信号电路、红外光信号电路和模数转换器，

所述放大电路将混叠在一起的电信号进行放大、滤波，然后所述信号分离电路将其分离成两路电信号，经所述红光信号电路和所述红外光信号电路处理后，所述模数转换器变换为数字信号。

所述射频标签包括：天线、射频模拟前端和数字基带三个部分；其中，所述射频模拟前端包括：用于滤除射频信号噪声与信号放大的信号放大模块；用于将射频信号混频成固定中频的混频模块；用于对信号镜像滤波的滤波模块；用于将信号解调成命令数据的解调模块；用于将标签数字基带返回数据进行正交调制的调制模块；用于将数字信号转换成模拟信号的数模转换模块；用于对信号进行脉冲整形的整流模块；用于将信号正交混频产生射频信号的混频模块。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

1、实现了生命体征信息的实时监测与RFID技术相结合。将血氧脉搏传感器获得的生命体征信息通过射频标签发送出去，可实现中远距离的实时检测；

2、本实用新型提供的可穿戴血氧脉搏标签集成度高，安全性好，寿命长，抗干扰能力强，可嵌入其他可穿戴设备中；

3、采用反射式检测方式，更易于将检测标签贴于人体组织表面，实现无创、实时的血氧脉搏检测，避免了有创式检测方法给患者带来的伤害，为患者提供更好的医疗体验；

4、上位机显示程序可将血氧脉搏传感器测量的人体生命特征信息实时显示在PC机终端上。通过对患者整体检测数据的分析，医护人员对患者病情的把握更加深入、直观。系统设置了数值报警提示，当脉搏和血氧饱和度低于某一设定数值时就会发出警报，因而有效降低了医护人员的工作强度。

综上，该血氧脉搏检测系统具有易佩戴、低功耗以及抗干扰能力强等优点，可实现血氧脉搏信息的无创、实时和中远距离监控。本实用新型提出的血氧传感系统可应用于医疗监护领域中的术后跟踪观察、新生儿监护、社区医疗及家庭保健。由于本实用新型提供的血氧脉搏检测系统具有成本低、抗干扰能力强、可无创、实时监测，因而对推动社区医疗、远程医疗，解决我国医疗资源紧张的现状具有重要意义。

附图说明

图1为基于RFID的血氧脉搏检测系统的结构框图；

图2为射频标签的结构图；

图3为反射式血氧脉搏探测处理模块的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：血氧脉搏探测处理模块；                              2：射频标签；

3：阅读器；                                            4：控制模块；

5：上位机；                                            6：皮肤组织；

7：血液；

11：血氧脉搏传感器；                                   12：信号处理电路；

13：微处理器；                                         111：双波长光源；

112：光电探测器；                                      121：放大电路；

122：信号分离电路；                                    123：红光信号电路；

124：红外光信号电路；                                  125：模数转换器；

21：天线；                                             22：射频模拟前端；

23：数字基带；

221：用于滤除射频信号噪声与信号放大的信号放大模块；

222：用于将射频信号混频成固定中频的混频模块；

223：用于对信号镜像滤波的滤波模块；

224：用于将信号解调成命令数据的解调模块；

225：用于将标签数字基带返回数据进行正交调制的调制模块；

226：用于将数字信号转换成模拟信号的数模转换模块；

227：用于对信号进行脉冲整形的整流模块；

228：用于将信号正交混频产生射频信号的混频模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参见图1，本实用新型提出的基于RFID的血氧脉搏检测系统包括：血氧脉搏探测处理模块1、射频标签2、阅读器3、控制模块4和上位机5。其中，血氧脉搏探测处理模块1：包括血氧脉搏传感器11、信号处理电路12和微处理器13。

参见图3，血氧脉搏传感器11包括：双波长光源111与光电探测器112，且双波长光源111和光电探测器112处于同一侧。双波长光源111在微处理器13的控制下发射红光和红外光两种不同波长的光，光通过皮肤组织6后，经血液7反射回携带血氧脉搏信息的光信号，光电探测器112将接收到的光信号转换为电信号，并送入信号处理电路12进行后处理。

参见图3，信号处理电路12包括：放大电路121、信号分离电路122、红光信号电路123、红外光信号电路124和模数转换器125，放大电路121将混叠在一起的电信号进行放大、滤波，然后信号分离电路122将其分离成两路电信号，经红光信号电路123和红外光信号电路124处理后，模数转换器125变换为数字信号。

微处理器13是整个血氧脉搏监测系统的核心，其主要作用是控制血氧脉搏探测处理模块1的各个子电路，并进一步处理信号处理电路12输出的血氧脉搏信息。

射频标签2接收阅读器3发送的控制命令，并将经微处理器13处理过的数字基带信息通过空间电磁波的形式发送给阅读器3。

阅读器3通过空间电磁波与射频标签2进行通信，它向射频标签2发送控制命令，并接收射频标签2发送回的血氧脉搏信息。

上位机5用于显示和分析血氧脉搏监测系统的检测结果，并根据检测结果进行报警提示。

其中，本实用新型提供的血氧脉搏传感器11采用反射式探测方式，从而避免了透射式结构的局限性，便于可穿戴设备的实现。因此，可以放置在人体表面的任何位置，例如：嵌入手表、戒指等贴身物品进行血氧脉搏测量。

由于微处理器13的集成度很高，可为用户提供大量的资源。因此，可有效降低外围电路的设计难度和系统体积，有利于可穿戴式设备的实现。

实施例2

如图1所示，本实用新型提供的基于RFID的血氧脉搏检测系统主要包括：血氧脉搏探测处理模块1、射频标签2、阅读器3、控制模块4和上位机5(PC)五个部分。血氧脉搏检测系统工作时，上位机5首先通过控制模块4给阅读器3发送测量血氧脉搏的指令，阅读器3选择预测试的射频标签2，被选中的射频标签2通过空间电磁场产生的感应电流获得能量，从而被激活。然后阅读器3给射频标签2发送读取血氧脉搏信息的指令，射频标签2将血氧脉搏探测处理模块1检测的数据信息通过射频方式传递给阅读器3。阅读器3通过控制模块4将数据信息传送给上位机5，并在其终端进行显示，从而完成血氧脉搏信息的采集、传输和显示。

图2所示为射频标签2的结构图。该射频标签2包括：天线21、射频模拟前端22和数字基带23三个部分。射频模拟前端22包括以下模块：用于滤除射频信号噪声与信号放大的信号放大模块221；用于将射频信号混频成固定中频的混频模块222；用于对信号镜像滤波的滤波模块223；用于将信号解调成命令数据的解调模块224；用于将标签数字基带返回数据进行正交调制的调制模块225；用于将数字信号转换成模拟信号的数模转换模块226；用于对信号进行脉冲整形的整流模块227；用于将信号正交混频产生射频信号的混频模块228。

射频标签2接收信号的通信过程如下：射频模拟前端22接收到阅读器3发送的射频读取命令，经过噪声滤除与信号放大，将该射频信号混频成固定中频，再经镜像滤波与信号放大等处理，最后解调成命令数据，送入数字基带进行读取处理，并控制血氧脉搏探测处理模块1将血氧脉搏信息传入射频标签2的数字基带。

如图3所示为血氧脉搏探测处理模块1的示意图。该血氧脉搏探测处理模块1包括：血氧脉搏检测器11、信号处理电路12和微处理器13。血氧脉搏检测器11由双波长光源111(红光LED、红外光LED)和光电探测器112组成，该血氧脉搏检测器11放置或者贴合在被检测患者的皮肤表面，且光电探测器112与双波长光源111均置于被检测部位的同一侧。血氧脉搏检测系统工作时，射频标签2激活，并通过控制微处理器13输出一定频率的方波信号，该信号驱动红光和红外光LED发光，红光和红外光透过皮肤组织6，经血液7被反射回的光信号被光电探测器112接收，并将其转化成电流信号输入后继的信号处理电路12。信号处理电路12包括：放大电路121、信号分离电路122、红光信号电路123、红外光信号电路124和模数转换器125。输入到信号处理电路12的电流信号混叠了红光和红外光两种波长的信号，该信号通过放大、滤波和分离来提高信噪比，最后经模数转换器125将两种不同电压的模拟信号转换为数字信号，然后存入微处理器13的存储器。当射频标签2被激活后，微处理器13的存储器中的血氧脉搏信息发送到射频标签2的数字基带部分。如图2所示，该数据信息经射频模拟前端22进行正交调制、数模转换、脉冲整形、正交混频和放大等处理后，最后产生射频信号，由天线21发送回阅读器3。数据传输结束后，射频标签2进入休眠状态，等待再次被选中激活。阅读器3接收到从射频标签2发送来的血氧脉搏信息后，经解调和解码后将有效信息送至上位机5进行相应处理，即可求出血氧饱和度SpO₂。

显示界面将SpO₂检测数值直观地呈现给医护人员，并在血氧饱和度低于某一指定数值时发出警报。与此同时，上位机5可对整个检测时段的血氧脉搏信息进行存储和分析，医护人员可通过选择某一时段内患者的血氧脉搏数据信息进行深入分析，为了解患者病情发展以及制定合理的治疗方案提供参考。

本实用新型实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于RFID的血氧脉搏检测系统，包括：血氧脉搏探测处理模块、射频标签、阅读器、控制模块和上位机，其特征在于，所述血氧脉搏探测处理模块包括：血氧脉搏传感器、信号处理电路和微处理器，

所述射频标签接收所述阅读器发送的控制命令，并将所述微处理器处理过的数字基带信息通过空间电磁波的形式发送给所述阅读器；所述阅读器通过空间电磁波与所述射频标签进行通信，所述阅读器向所述射频标签发送控制命令，并接收所述射频标签发送回的血氧脉搏信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于RFID的血氧脉搏检测系统，其特征在于，所述血氧脉搏传感器包括：双波长光源与光电探测器，

所述双波长光源在所述微处理器的控制下发射红光和红外光两种不同波长的光，光通过皮肤组织后，反射回携带血氧脉搏信息的光信号，所述光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，并传输至所述信号处理电路。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于RFID的血氧脉搏检测系统，其特征在于，所述信号处理电路包括：放大电路、信号分离电路、红光信号电路、红外光信号电路和模数转换器，

所述放大电路将混叠在一起的电信号进行放大、滤波，然后所述信号分离电路将其分离成两路电信号，经所述红光信号电路和所述红外光信号电路处理后，所述模数转换器变换为数字信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于RFID的血氧脉搏检测系统，其特征在于，所述射频标签包括：天线、射频模拟前端和数字基带三个部分，

其中，所述射频模拟前端包括：用于滤除射频信号噪声与信号放大的信号放大模块；用于将射频信号混频成固定中频的混频模块；用于对信号镜像滤波的滤波模块；用于将信号解调成命令数据的解调模块；用于将标签数字基带返回数据进行正交调制的调制模块；用于将数字信号转换成模拟信号的数模转换模块；用于对信号进行脉冲整形的整流模块；用于将信号正交混频产生射频信号的混频模块。