CN204708828U - 一种可穿戴的无创动脉健康检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可穿戴的无创动脉健康检测装置，包括：心电传感器；心音传感器；脉搏波传感器，其分别设置在若干个套袖内，所述套袖固定在人体的肱动脉处和踝动脉处，每个所述套袖内设置有相对位置传感器；数据采集模块，其分别与所述心电、心音和脉搏波传感器无线连接；以及健康管理模块，其与所述数据采集模块无线连接；其中，所述第一、第二小贴片设置在同一大贴片或紧身衣服内，所述大贴片或紧身衣服外表设置有用于调节所述心电、心音传感器位置的开口，所述大贴片或紧身衣服内设置有基准位置传感器。本实用新型公开的可穿戴的无创动脉健康检测装置使用便捷，用户可以直接操作而得出参考性的信息。

Description

一种可穿戴的无创动脉健康检测装置

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，特别是一种可穿戴的无创动脉健康检测装置。

背景技术

动脉硬化及其相关的血管病变是导致心脑血管事件的主要原因，是心肌梗死、脑卒中等常见心脑血管疾病的共同病理学基础。因此，动脉血管硬化程度往往反应了人体潜在的心血管疾病发病可能，及早发现动脉血管硬化并采取有效治疗可以减缓甚至逆转心血管疾病的发生和发展。为了实现通过检测动脉血管硬化状况早期预警心血管疾病的潜在危险，就需要能够实时获知动脉血管的功能状况，进而早期发现动脉血管的结构和功能病变，及时引入有效的医学干预。

目前，评价动脉血管功能状况的方法主要包括间接法、影像诊断法和脉搏波检测法。间接法是指通过血糖、血脂等生化指标或内皮功能检测来间接判断动脉硬化程度，但上述生化指标水平并不总与动脉硬化的病变过程同行，无法直接反映动脉的弹性特性。利用血管造影术检查、核磁共振成像检查、CT扫描检查、彩色超声检查等影像诊断法只能对局部血管进行测量分析，了解某一截面动脉管腔的弹性功能变化，不能详细了解动脉整体的弹性功能。而且，上述两种方法均需要借助很强的专业知识和昂贵的检测仪器方能进行，不适合在社区和家庭中应用。脉搏波检测法是指依据脉搏波特征参数来评价动脉血管弹性功能的方法，其测量原理是：动脉血管硬化后导致血管的物理性质发生改变，并在脉搏波信号上产生相应的变化，可以通过检测脉搏波波形的变化情况判断出动脉血管的硬化程度，主要包括脉搏波传导速度、反射波增强指数、舒张期脉搏波分析法和套袖压力震荡波分析测量等。尽管此方法在准确性方面比不上影像诊断法，但是由于具有良好的预见能力和方便、易行的检测流程，适合在社区和家庭进行推广使用。

但是，现有脉搏波诊断仪器操作复杂，只适于在医院由医生进行操作；可以同时检测多项生理参数，但是无法根据检测得到的参数形成综合的评价情况，需要由医生进行诊断，不利于居家使用；现有的检测设备价格昂贵，系统复杂，不适合社区和家庭推广；现有的设备使用加压式的套袖，用户体感不好，不适合长时间佩戴，无法连续、实时、动态检测生理参数。本实用新型的目的是设计开发适用于家庭、社区的可穿戴式的无创动脉血管硬化检测系统，为早期预警心血管疾病的潜在危险因素提供一种有效的技术手段。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型公开了一种可穿戴的无创动脉健康检测装置，旨在提供一种可穿戴的动脉硬化检测系统，以连续、动态、实时地检测多项生理参数，综合评价动脉硬化水平，及时给予风险预警。

为了实现根据本实用新型的目的，提供了一种可穿戴的无创动脉健康检测装置，包括：

心电传感器，其封装在第一小贴片内，所述第一小贴片贴置在左胸腔上；心音传感器，其封装在第二小贴片内，所述第二小贴片贴置在左胸腔上；脉搏波传感器，其分别设置在若干个套袖内，所述套袖固定在人体的肱动脉处和踝动脉处，每个所述套袖内设置有相对位置传感器；数据采集模块，其分别与所述心电、心音和脉搏波传感器无线连接；以及健康管理模块，其与所述数据采集模块无线连接；其中，所述第一、第二小贴片设置在同一大贴片或紧身衣服内，所述大贴片或紧身衣服外表设置有用于调节所述心电、心音传感器位置的开口，所述大贴片或紧身衣服内设置有基准位置传感器。

优选的，所述第一、第二小贴片以及所述套袖中分别设置有电源模块、A/D转换器、前置放大器、有源带通滤波器、同步信号触发器和无线数据传输器。

优选的，所述第一、第二小贴片中分别设置有前置放大器、有源带通滤波器、A/D转换器和同步信号触发器，在所述大贴片或紧身衣服内设置有被所述心电、心音传感器共用的电源模块和无线数据传输器，所述套袖中设置有前置放大器、有源带通滤波器、电源模块、A/D转换器、同步信号触发器 和无线数据传输器。

优选的，所述数据采集模块内设置有同步时序信号发生器、多通道无线数据接收/发送器、信号处理器和数据存储器。

优选的，所述第一小贴片内还设置有屏蔽驱动模块。

优选的，所述脉搏波传感器具体采用的是反射式光电传感器。

优选的，所述套袖设置有2个，每个套袖固定在躯干同侧的肱动脉处和踝动脉处。

优选的，所述套袖设置有4个，每个套袖固定在躯干双侧的肱动脉处和双侧的踝动脉处。

优选的，所述健康管理模块中设置有多通道无线数据接收模块、多生理参数计算模块、多参数学习模块以及动脉血管风险预警模块。

优选的，所述多参数学习模块中设置有自动编码机或受限玻尔兹曼机或稀疏编码机。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1、操作简便：通过位置传感器获取系统各个模块相对基准坐标的相对坐标，无需在测量过程中由他人手工测量；允许使用者在使用过程中进行一定的身体活动，不必静躺，采集到的生理参数更接近真实值；通过深度学习网络，将多类型的高维数据转换为低维参数，方便直观；

2、可穿戴设计：通过可穿戴的设计方法，将传感器模块通过无线网络和控制模块、数据处理模块连接，无需有线的信号连接方式，从系统设计层面解决了信号连续采集问题；

3、连续、动态检测：通过反射式光电传感器动态检测，只需要套袖固定于用户的相应部位，无需充放气式套袖，改善了用户体感，更重要的在于该装置取消了充放气式套袖，可实现连续、动态采集信号，利于长期检测；

4、历史数据和健康档案：系统可自动调阅历史数据并建立健康档案，并且可由当前检测数据和历史数据进行综合学习，跟踪数据变化。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本实用新型的可穿戴的无创动脉健康检测装置的详细框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示的是根据本实用新型的可穿戴的无创动脉健康检测装置的一种实现形式，其中包括：第一小贴片、第二小贴片、套袖、数据采集模块和健康管理模块。

第一小贴片，其内设置有用于采集动态心电数据的心电传感器，具体包含3导联或5导联的心电传感器、前置放大器、有源带通滤波器、屏蔽驱动模块、电源模块、A/D转换器、无线数据传输器和同步信号触发器。屏蔽驱动模块用于消除外界的干扰信号，同时消除装置自身内的各种信号之间的相互干扰。

第二小贴片，其内设置有用于采集动态心音数据的心音传感器，具体包含压电传感器、前置放大器、有源带通滤波器、电源模块、无线数据传输器、A/D转换器、同步信号触发器，其中，所述心电传感器至少有3导联位于左胸腔上，且与所述心音传感器封装在同一个小贴片内，或封装于具有弹力的背心或其他类型的贴身衣物，小贴片贴设在左胸腔上，以便于心电、心音传感器采集心电、心音信号，所述的第一小贴片和第二小贴片，可共用电源模块和无线数据发送器。

套袖，其内设置有若干个用于采集动态脉搏波数据信号的脉搏波传感器，其采用的是反射式光电传感器，具体包含2个或4个反射式光电传感器、有源带通滤波器、前置放大器、电源模块、A/D转换器、无线数据传输器、同步信号触发器和相对位置传感器。每一个反射式光电传感器与有源带通滤波器、前置放大器、电源模块、A/D转换器、无线数据传输器、同步信号触发器和相对位置传感器被封装在同一个紧固式套袖中，若所述的套袖含有2个 反射式光电传感器，则将每个紧固式套袖固定于身体同侧的肱动脉处和踝动脉处；或含有4个反射式光电传感器，则将每一个紧固式套袖固定于身体两侧的肱动脉处和踝动脉处。所述小贴片内设置有一个基准位置传感器，作为所述相对位置传感器的基准坐标，设置在每个紧固式套袖中的相对位置传感器，分别测量各自相对于基准位置的相对坐标，产生位置信号。

健康管理模块，其内设置有用于接收所述动态心电、心音和脉搏波数据以及位置信号的多通道无线收接收模块，所述的健康管理模块具体包括：多通道无线数据接收器模块、多生理参数计算模块、多参数学习模块、动脉血管风险预警模块；基于深度学习网络的多参数学习模块，具体是使用自动编码机，或使用受限玻尔兹曼机，或使用稀疏编码机来构建的深度学习网络。所述的健康管理模块，可独立运行于PC或移动终端。所述健康管理模块对接收到的数据计算分析后给予综合学习指数，根据综合学习指数进行分析处理后即可得到具有评价性的动脉信息。本实用新型的装置可以检测多项生理参数，根据检测得到的参数形成综合的评价情况，综合评价动脉硬化水平，及时给予风险预警，使用方便，用户不必去医院即可得到评价信息。

上述技术方案中，所述的可穿戴的无创动脉健康检测装置还包括分别与所述心电、心音、套袖和健康管理模块无线连接的数据采集模块，数据采集模块中具体设置有同步时序信号发生器、多通道无线数据接收/发送器、信号处理器和数据存储器。

上述技术方案中，所述心电、第二小贴片被封装于同一个大贴片内或紧身衣服内，也就是说包括小贴片和设置在小贴片的心电传感器都设置在同一个大贴片内或紧身衣服内，以方便穿戴在胸腔上，为用户正常使用提供便捷，所述大贴片或紧身衣服外表设置有用于调节所述心电、心音传感器位置的开口。

具体的工作流程是：将心电传感器和心音传感器固定于胸腔相应位置，并通过大贴片或紧身衣服的开口进行微调；将封装有套袖的反射式光电传感器的紧固式套袖固定于肱动脉处和踝动脉处，由同步时序信号发生器发出同步时序信号，触发同步信号触发器，心电传感器、心音传感器和反射式光电传感器进行同步信号采集，并记录采集时间，并由A/D转换器对信号进行A/D 转换；转换成数字信号后通过各自的无线数据传输器将信号发送至数据采集模块；由数据采集模块的多通道无线数据接收/发送器接收来自各个传感器的信号，以及各个位置信号，接收到的数字信号由信号处理器进行处理，所述的信号处理器对心电信号和心音信号进行带通滤波、降噪、平滑等处理，对脉搏波信号进行滤波放大、脉搏波信号背景噪声分离和脉搏波信号提取。

将采集到的信号无线传送到健康管理模块中的多通道无线数据接收器模块，而后通过多生理参数计算模块多生理参数，包括：动态心电波形、动态心音波形、动态脉搏波传输时间、动态脉搏波传导速度、动态血压值、肱动脉收缩压/舒张压、踝动脉收缩压/舒张压、踝臂指数、心踝血管指数、心率、射血前期、射血时间、射血指数、波形上升时间、脉搏波体积记录。

通过上述获取或计算的连续、动态的多生理参数，用户通过系统界面输入年龄、性别、形变等标量数据等，或从系统中自动调阅该用户的信息，作为生理参数的补充项，将全部的动态生理参数自动输入健康管理模块，通过基于深度学习的多参数学习模块的处理，得出综合学习指数，再通过动脉血管风险预警模块给出评价性信息，为用户的动脉硬化水平进行风险分级，并予以预警；根据用户历次检查的动态生理参数，采集基于大数据的学习方法，预测用户的动脉硬化发展情况，并予以健康提示；将用户当前检查的动态生理参数保存于该用户的健康档案，或上传至云端服务器，从而完成整个检测过程。

装置的操作步骤如下：

步骤1)装置检测开始，第一小贴片、第二小贴片和套袖的无线数据传输输出端分别通过WiFi或蓝牙接入至数据采集模块的多通道无线数据接受端，在使用过程中，将封装有第一小贴片和第二小贴片的贴片或紧身背心穿戴于胸腔前，微调心电传感器和心音传感器的位置，将封装有套袖的袖带分别绑至上肢的肱动脉处和下肢的踝动脉处，将脉搏波传感器的袖带一侧分别贴紧肱动脉和踝动脉，脉搏波传感器采用的是反射式光电传感器。数据采集模块中的同步时序信号发生器发送同步时序触发信号，心电传感器、心音传感器和反射式传感器在同步时序信号下进行同步采集，并记录采集时间，并由A/D转换器对信号进行A/D转换；转换成数字信号后通过各自的无线数据 传输器将信号发送至数据采集模块,同时相对位置传感器测量各个套袖相对于基准坐标的距离。

步骤2)由数据采集模块的多通道无线数据接收/发送器接收来自各个传感器的信号，以及各个位置信号，接收到的数字信号由信号处理器进行处理，所述的信号处理器对心电信号和心音信号进行带通滤波、降噪、平滑等处理，对脉搏波信号进行滤波放大、脉搏波信号背景噪声分离和脉搏波信号提取，然后将采集到的信息存储于本地存储器,若用户选择了进行健康管理模式，则数据采集模块进一步将动态心电信号、动态心音信号和动态脉搏波等信号发送至健康管理模块。

步骤3)健康管理模块由多通道无线数据接收模块接收动态心电信号、动态心音信号和动态脉搏波信号，在用户界面上同步显示动态心电、动态心音和动态脉搏波信号，并将其保存于本地存储器，或由用户选择上传至云端服务器。系统自动调阅历史数据并建立健康档案，并且可由当前检测数据和历史数据进行综合学习，跟踪数据变化。健康管理模块中的多生理参数计算模块根据动态心电、心音和脉搏波信号，以及套袖相对位置以及记录的时间，通过多生理参数计算模块计算和记录以下动态多生理参数：肱动脉动态收缩压/舒张压/平均血压、踝动脉动态收缩压/舒张压/平均血压、动态踝臂指数、动态脉搏波传导速率、动态心踝血管指数、动态心电波形、动态心音波形、动态心率、动态射血前期、动态射血时间、动态射血指数、动态波形上升时间、动态脉搏波体积记录；将全部的动态生理参数自动输入健康管理模块，通过基于深度学习的多参数学习模块的处理，得出综合学习指数，再通过动脉血管风险预警模块给出评价性信息，为用户的动脉硬化水平进行风险分级，并予以预警；根据用户历次检查的动态生理参数，采集基于大数据的学习方法，预测用户的动脉硬化发展情况，并予以健康提示；

上述技术方案中，步骤2)中的并行化处理过程包括：对心电、心音信号进行带通滤波、降噪、平滑等处理，对脉搏波信号进行滤波放大、脉搏波信号背景噪声分离和脉搏波信号提取。其中，动态心电波形信号，通过前置放大器放大信号，并由带通滤波器对放大后的信号进行带通滤波，带通频率为0.7Hz～100Hz。心音传感器采集到动态心音波形信号，通过前置放大器放 大信号，并由带通滤波器对放大后的信号进行带通滤波，带通频率为0.05～150Hz。脉搏波传感器采集动态脉搏波信号，通过背景噪声滤除、信号提取、信号放大和基线漂移滤除处理，得到动态脉搏波信号波形。

上述技术方案中，步骤3)中利用相对位置传感器标定各个反射式光电传感器相对于基准坐标的位置，可以准确及时的进行距离的测量以用于后面的计算过程，避免常规方法各个动脉与心脏位置不变测量或测量不准确等弊端；利用心电、心音信号校准脉搏波传输时间；根据心电、心音波形信号和脉搏波传输时间信号，利用血压测量金标准和脉搏波传输时间建立线性回归方程，通过心音信号对射血前期的时间进行标定，再对回归方程的参数进行校正，基于动态心电、心音、脉搏波传输时间、线性回归方程和相对位置传感器的坐标位置来计算所述生理参数，随后将又有生理参数传送到多参数学习模块进行学习，得出降维处理后的特征向量，动脉血管风险模块根据此特征向量给出最后具有指导性的信息。

由上所述，本实用新型的可穿戴的无创动脉健康检测装置操作简便：通过位置传感器获取系统各个模块相对基准坐标的相对坐标，无需在测量过程中由他人手工测量；允许使用者在使用过程中进行一定的身体活动，不必静躺，采集到的生理参数更接近真实值；通过深度学习网络，将多类型的高维数据转换为低维参数，方便直观；可穿戴设计：通过可穿戴的设计方法，将传感器模块通过无线网络和控制模块、数据处理模块连接，无需有线的信号连接方式，从系统设计层面解决了信号连续采集问题；可连续、动态检测：通过反射式光电传感器动态检测，只需要套袖固定于用户的相应部位，无需充放气式套袖，改善了用户体感，更重要的在于该装置取消了充放气式套袖，可实现连续、动态采集信号，利于长期检测；历史数据和健康档案：系统可自动调阅历史数据并建立健康档案，并且可由当前检测数据和历史数据进行综合学习，跟踪数据变化，方便实用。本实用新型的用于可穿戴的无创动脉健康检测装置的数据处理方法处理过程精确快速，可以对采集到的信息进行指向性的匹配和降维分析处理，给出具有指导性的信息，方便用户自行分析结果信息。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实 施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种可穿戴的无创动脉健康检测装置，其特征在于，包括：

心电传感器，其封装在第一小贴片内，所述第一小贴片贴置在左胸腔上；

心音传感器，其封装在第二小贴片内，所述第二小贴片贴置在左胸腔上；

脉搏波传感器，其分别设置在若干个套袖内，所述套袖固定在人体的肱动脉处和踝动脉处，每个所述套袖内设置有相对位置传感器；

数据采集模块，其分别与所述心电、心音和脉搏波传感器无线连接；以及

健康管理模块，其与所述数据采集模块无线连接；

其中，所述第一、第二小贴片设置在同一大贴片或紧身衣服内，所述大贴片或紧身衣服外表设置有用于调节所述心电、心音传感器位置的开口，所述大贴片或紧身衣服内设置有基准位置传感器。

2.如权利要求1所述的可穿戴的无创动脉健康检测装置，其特征在于，所述第一、第二小贴片以及所述套袖中分别设置有电源模块、A/D转换器、前置放大器、有源带通滤波器、同步信号触发器和无线数据传输器。

3.如权利要求1所述的可穿戴的无创动脉健康检测装置，其特征在于，所述第一、第二小贴片中分别设置有前置放大器、有源带通滤波器、A/D转换器和同步信号触发器，在所述大贴片或紧身衣服内设置有被所述心电、心音传感器共用的电源模块和无线数据传输器，所述套袖中设置有前置放大器、有源带通滤波器、电源模块、A/D转换器、同步信号触发器和无线数据传输器。

4.如权利要求2或3所述的可穿戴的无创动脉健康检测装置，其特征在于，所述数据采集模块内设置有同步时序信号发生器、多通道无线数据接收/发送器、信号处理器和数据存储器。

5.如权利要求4所述的可穿戴的无创动脉健康检测装置，其特征在于，所述第一小贴片内还设置有屏蔽驱动模块。

6.如权利要求5所述的可穿戴的无创动脉健康检测装置，其特征在于，所述脉搏波传感器具体采用的是反射式光电传感器。

7.如权利要求6所述的可穿戴的无创动脉健康检测装置，其特征在于，所述套袖设置有2个，每个套袖固定在躯干同侧的肱动脉处和踝动脉处。

8.如权利要求6所述的可穿戴的无创动脉健康检测装置，其特征在于，所述套袖设置有4个，每个套袖固定在躯干双侧的肱动脉处和双侧的踝动脉处。

9.如权利要求7或8所述的可穿戴的无创动脉健康检测装置，其特征在于，所述健康管理模块中设置有多通道无线数据接收模块、多生理参数计算模块、多参数学习模块以及动脉血管风险预警模块。

10.如权利要求9所述的可穿戴的无创动脉健康检测装置，其特征在于，所述多参数学习模块中设置有自动编码机或受限玻尔兹曼机或稀疏编码机。