CN205286343U - 一种生理指标检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种生理指标检测装置及系统，该装置包括在外力作用下可产生沿外力方向的弹性形变的柔性外壳、柔性电路模块和粘贴层，该柔性电路模块位于柔性外壳内，包括至少一个元件模块和至少一个导电连接件，元件模块包括元件模块衬底以及固定于其上的至少一个电子元件，电子元件通过导电连接件实现与其它电子元件之间的电性连接或与外部的连接，导电连接件用于承载一路或两路以上彼此分隔的导电线路，导电连接件在外力作用下可产生沿外力方向的弹性形变。由于柔性外壳和柔性电路模块在受力时可产生沿外力方向的弹性形变，通过形变抵消了对其贴附的被测生物体体表的反作用力，从而提高了被测生物体佩戴生理指标检测装置的舒适性。

Description

一种生理指标检测装置及系统

技术领域

本发明涉及智能穿戴领域，具体涉及一种生理指标检测装置。

背景技术

对于院外或家庭监护而言，便携可穿戴式智能监护设备无疑为有需求的用户带来很大便利，用户将穿戴式智能监护设备贴附在体表，通过传感器检测人体生理信号，从而对人体生理参数进行监测。由于需要长时间佩戴穿戴式智能监护设备，因此对此类设备在佩戴时的舒适性提出了要求。

发明内容

本申请提供一种生理指标检测装置及系统，提高生理指标检测装置粘贴在被测生物体体表时的舒适性。

根据第一方面，一种实施例中提供一种生理指标检测装置,包括：

柔性外壳，其在外力作用下可产生沿外力方向的弹性形变；

柔性电路模块，用于对被测生物体的生理信号进行检测和处理，所述柔性电路模块位于柔性外壳内，所述柔性电路模块包括至少一个元件模块和至少一个导电连接件，所述元件模块包括元件模块衬底以及固定于其上的至少一个电子元件，所述电子元件通过导电连接件实现与其它电子元件之间的电性连接或与外部的连接，所述导电连接件用于承载一路或两路以上彼此分隔的导电线路，所述导电连接件在外力作用下可产生沿外力方向的弹性形变；

粘贴层，所述粘贴层具有第一面和与第一面相对的第二面，所述粘贴层通过第一面附着在柔性外壳一侧的外表面上，所述粘贴层的第二面具有粘性，用于粘贴在被测生物体的体表。

根据第二方面，一种实施例中提供一种生理指标检测系统,包括：

上述的生理指标检测装置；

数据处理设备，用于对柔性电路模块输出的被测生物体的生理指标数据进行处理；

所述生理指标检测装置和数据处理设备通过无线或有线的方式进行数据传输。

本发明实施例中，由于生理指标检测装置采用柔性外壳和柔性电路模块，而柔性外壳和柔性电路模块在受力时可产生沿外力方向的弹性形变，跟随其贴附的被测生物体体表的位移变化而变形，通过形变抵消了对其贴附的被测生物体体表的反作用力，从而减少了对被测生物体体表的牵扯作用，提高了被测生物体佩戴生理指标检测装置的舒适性。

附图说明

图1是实施例1中生理指标检测装置的结构示意图；

图2是依据本发明的模块化电子电路的一种结构示意图；

图3是导电连接件第一种实施例的平面结构示意图；

图4是图3导电连接件的形变示意图；

图5是导电连接件第二种实施例的平面结构示意图；

图6是图5中连接件的形变示意图；

图7是导电连接件第三种实施例的平面结构示意图；

图8是图7中连接件的形变示意图；

图9是导电连接件第四种实施例的中空式立体结构示意图；

图10是实施例2中生理指标检测装置的结构示意图；

图11、12分别是实施例3中两种生理指标检测装置的结构示意图；

图13是生理指标检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

生理指标检测装置用于完成体表人体生理指标数据的采集和处理，通常情况下生理指标检测装置贴附在被测生物体的体表(例如人体皮肤上)，本发明实施例中，生理指标检测装置采用柔性设计，以使得被测生物体佩戴舒适且能与皮肤长时间保持稳定接触，因而可以获得体表稳定的生理指标检测数据。

实施例一：

请参考图1，生理指标检测装置包括柔性电路模块10、柔性外壳20、粘贴层30和电池40。柔性电路模块10和电池40位于柔性外壳20内，粘贴层30位于柔性外壳外。

如图2所示，柔性电路模块10用于对被测生物体的生理信号进行检测和处理，柔性电路模块包括至少一个元件模块110和至少一个导电连接件120，元件模块包括元件模块衬底以及固定于其上的至少一个电子元件。柔性电路模块还包括用于检测被测生物体的生理信号的生物传感器，生物传感器为血糖传感器、血管脉搏压力传感器、血氧传感器、皮肤电阻传感器、湿度传感器、体液传感器、心电传感器、肌电传感器、体温传感器和脑电波传感器中的至少一种，生物传感器也通过导电连接件实现与至少一个电子元件之间的电性连接。

元件模块可视为承载电子电路中的元器件的离散化单元，每个元件模块上所承载的电子元件的类型和数目可根据实际设备所需要的电路设计以及对离散化程度的需求来确定。例如，电路的离散化程度可根据设备的应用需要来确定，一般而言，对柔软性和贴服性的要求越高，则离散化的程度越高，以便于形成尽可能小的元件模块，使之容易贴合到所穿戴的表面。

元件模块衬底的类型可以根据电路设计和应用场景的需要来选择。在一些实施方式中，对于需要高稳定性支撑的电子元件，例如无线射频模块、时钟晶振等，可以选择硬质的衬底，例如传统的硬质印刷线路板；而对于其他的大部分电子元件则可采用可挠性材料制成的衬底来支撑，例如柔性印刷线路板、高分子透气材料等，以增强电路的柔软性。本发明所采用的模块化设计，使得在同一个电路中，使用不同类型的元件模块衬底成为可能，既能够满足部分电子元件对稳定性的要求，又能够使得整个电路具有良好的柔软性。

元件模块彼此之间以及元件模块与外部电路之间可通过本发明的导电连接件120进行电性连接，图2中仅为连接关系的示意，将在后续的实施例中对其进行举例说明。

导电连接件120用于承载一路或两路以上彼此分隔的导电线路，导电连接件120在外力作用下可产生沿外力方向的弹性形变。在具体实施例中，导电连接件120包括复数个连接单元，每个连接单元为中空结构，该中空结构的形状使得其具有至少一个形变方向，该形变方向指该中空结构在该方向上的尺寸能够在外力作用下发生变化，且连接单元沿至少一个形变方向顺次连接，从而使得导电连接件120的尺寸在外力作用下可伸长或缩短。在具体实施例中，导电连接件120的尺寸可在一维方向上伸长或缩短，也可以在二维或三维方向上伸长或缩短。

如图3所示为一种导电连接件的结构示意图，其包括多个连接单元，连接单元的形状为中空的长方形，复数个连接单元沿其宽度方向顺次连接，连接的位置位于连接单元的长度方向的中部。本实施例中，连接单元及其中空部分是细长的长方形，因此，当从其长边的中部沿宽度方向拉动时，连接单元能够产生较大的形变，如图4所示。沿着该形变方向将连接单元顺次连接，即可得到在该形变方向上具有良好延伸性的导电连接件。另外，由于中空部分的形变始终由围成该中空部分的两侧实体边缘予以承担，使得导致形变的拉力将至少分解为两路，因此也增强了连接的强度。

在其他实施方式中，连接单元也可采用不同的形状，例如方形、六边形或弧形等，只要其为中空结构，且中空结构的形状使得其具有至少一个形变方向即可。所称形变方向指中空结构在该方向上的尺寸能够在外力作用下发生变化。

作为一种优选的实施方式，本实施例中，连接单元的形状为一种单孔二维平面图形，相应的连接件为一种多孔二维平面图形，如图2所示。这种结构的优点在于，能够通过简单地平面加工获得所需要的连接结构。例如，可以直接在一整片平面材料上，按照图3所示的图样，通过裁剪获得所需要的导电连接件。

在其他实施方式中，可以根据需要设计出各种不同形状的单孔平面图形作为连接单元，并通过对这些图形进行组合来得到所需要的多孔平面图形，以作为导电连接件。应当理解，连接单元沿形变方向的“连接”是指形状上的彼此衔接，既可以通过实际的连接操作(例如焊接、粘接等)使分离的连接单元彼此相连，也可以按照设定的形状直接形成(例如裁剪、溅射、沉积、3D打印、编织等)整个连接件。

本实施例结构的连接件由于具有长度方向上良好的延伸性，以及优越的弯曲性能(显然，几乎可以任意角度地弯曲)，适于用作元件模块之间的直线连接线路，制作本发明连接件的材料可以是任意的可挠性导电材料，例如金属、石墨烯，尤其是具有类似于金刚石的四配位稳固结构的三维石墨烯等。一个连接件可用于承载一路或两路以上的导电线路。当仅承载一路线路时，该线路的强度得到了增强。当承载多路线路时，线路之间需要彼此分隔，例如，可以令连接单元的两侧实体边缘各自承载一条线路，在连接处以绝缘材料进行分隔。

依据本发明的导电连接件的另一种实施方式可参考图5和图6。与图3、4所示的实施例相比，相似之处在于，连接单元同样采用中空的长方形，连接件也为平面二维结构。区别之处在于，沿相同的方向布置了两组平行的连接单元。

图5和图6所示实施例的导电连接件可以等效地看作由两个图3、4所示的实施例中的连接件平行拼接而成，上一行连接件中的连接单元的尾部与下一行连接件中的连接单元的首部彼此连接。

依据本发明的导电连接件的另一种实施方式可参考图7和图8。与图5和图6所示实施例相比，相似之处在于，连接单元同样采用中空的长方形，连接件也为平面二维结构且包含两组连接单元。区别之处在于，连接单元的尺寸并不唯一，且两组连接单元的连接方向彼此垂直。本实施例中，每四个尺寸相匹配的连接单元彼此首尾相连形成为一层方框，不同尺寸的复数个方框彼此嵌套，相邻的两层方框在其每一边的中部处连接。本实施例连接件可以等效地看作由两个图3、4所示的实施例中的连接件在尺寸上变化后垂直拼接而成，因此具有两个连接方向，且彼此垂直。在其他实施例中，根据应用场景的需要两个不同的连接方向也可以被设计为其他角度的夹角。

由于图7和图8所示的实施例连接件具有两个不同的延伸方向，因此具有很强的抗扭转能力，特别适于连接两个相对位置具有扭转角度的元件模块，或者用于连接两个可能在运动中产生相对扭转的元件模块。在一种实施方式中，这种连接件可以成对使用，两个连接件的方框的外沿分别固定在两个需要连接的元件模块上，两个连接件的顶点连接在一起，由此可获得两个元件模块之间具有优秀扭转性能的连接线路。

在一些实施方式中，为提高导电连接件(或称连线部分)的强度，也可进一步设置连线模块衬底，用于将导电连接件固定于其上。连线模块衬底通常采用柔性材料制作，例如超薄的高分子材料、带有透气微孔的可挠性材料、高强度柔性网布等。连线模块衬底与元件模块衬底可以彼此独立，例如采用不同的材料制成；也可以或连接为一体，或者采用相同的材料制成并形成为一体。例如，可以在一张完整的衬底材料上通过镂空裁剪形成不同的区域以固定电子元件或导电连接件。

作为一种优选的实施方式，元件模块衬底可采用具有至少两层的复合衬底。例如，顶层采用硬质或柔性印刷线路板以安装电子元件或布线，而在底层采用柔性衬底，例如超薄的高分子材料、带有透气微孔的可挠性材料、高强度柔性网布等。这种复合衬底的底层可以与连线模块衬底形成为一体。这种结构的优势在于，一方面增强了元件模块与连线模块之间的连接的可靠性，尤其是硬质元件模块与柔性连线模块之间的连接，避免了材质硬度不同导致容易发生折断的问题；另一方面也使得整体电路的制作工艺更加容易实现。

电池40电池与至少一个电子元件电性连接，用于为柔性电路模块提供电能，电池40可采用已有的尺寸合适的各种电池，例如纽扣电池、锂离子电池、聚合物电池等，电池40可以是一次性电池，也可以是多次可充放电池。本实施例中，电池40为柔性电池，例如电池为可弯折的锂陶瓷电池，锂陶瓷电池材料软薄，具有耐“弯折-锤击-金属剪裁-刺穿-高温”特性，在受力时可弯折。通过采用锂陶瓷电池，解决了传统穿戴设备配套电池过大过硬的问题以及泄漏爆燃风险。在其它的实施例中，电池也可采用由多个高容量微型电池或电容通过上述的柔性电路模块组合而成的柔性电池组等。

柔性外壳20用于包覆柔性电路模块10和电池40，以便将柔性电路模块10和电池40和外界隔离。本实施例中，由于锂陶瓷电池通常为片状，因此可将片状的锂陶瓷电池贴附在柔性电路模块的上面，柔性外壳20包覆在柔性电路模块10和电池40的外面。柔性外壳20采用透气防水的柔性高分子材料，将柔性电路模块10和电池40包裹后，还可在外壳内部注入相同的高分子材料，从而将外壳与电路模块进行密封。

由于生理指标检测装置佩戴在人体皮肤上，当人体活动时，就可能牵扯到生理指标检测装置，使其伸长、压缩或弯折，由于电路模块、电池和外壳都是可挠性部件，使得生理指标检测装置整体为柔性，可随人体的活动而伸长、压缩或弯折，提高佩戴的舒适性。

粘贴层30为具有两个侧面的片状，粘贴层通过第一面附着在柔性外壳一侧的外表面上，其附着方式可采用粘贴、热压合等方式，粘贴层的第二面具有粘性，可粘贴在人体皮肤上并可从人体皮肤上取下。在一种具体实施例中，粘贴层可以是采用单面或双面的压敏胶材料制成的柔软胶粘贴片，压敏胶材料包括但不限于含氟碳化合物的压敏胶或者能与聚硅氧烷亲近结合的含硅类组份的压敏胶，例如掺杂或不掺杂纳米碳管材料的氟碳或者氟硅材料。由于氟碳化合物的生物活性好，脂溶性好，易于提高它和有机物之间的吸收性，因此含氟碳化合物的压敏胶容易吸收人体皮肤上的汗液和油污；另外含氟碳化合物的压敏胶具有良好的化学稳定性(耐强酸强碱)、热稳定性(420℃分解)、耐候性(紫外光能量小于F一C健健能)、表面活性、透明性、耐湿性和防腐防蚀性，既疏水又疏油，以及具备良好的冷热交变特性和耐压力交变特性、对皮肤无刺激、透气保湿不干燥和无毒无味等特点，压敏胶能长时间(大于36小时)与皮肤保持良好接触而无不适现象，从而使得生理指标检测装置佩戴舒适且能与皮肤长时间保持稳定接触，因而可以获得体表稳定的人体生理指标检测数据，从而得到稳定性好、可靠性高、低漂移和低噪音的监测结果。而含氟硅化合物的压敏胶，除具备上述含氟碳化合物的压敏胶的优点外，可提高与涂覆在皮肤上的含聚硅氧烷的护肤品的结合能力，从而解决含聚硅氧烷的护肤品涂覆情况下的压敏胶的粘接问题。

在有的实施例中，粘贴层可以为绝缘层或导电层，

如所述粘贴层为绝缘层，则所述粘贴层上开有孔隙，所述生物传感器透过所述孔隙与被测生物体的体表接触，感应生理信号(包括但不限于光学信号等)。

如所述粘贴层为导电层，所述粘贴层与至少一个电子元件电性连接，所述粘贴层在粘贴到被测生物体的体表时作为电极片感应生物电信号(包括但不限于心电，脑电，肌肉电信号等)例如当生理指标检测装置检测心电信号时，导电的粘贴层可以作为电极使用，粘贴层与至少一个电子元件电性连接，在粘贴到被测生物体的体表时感应生物电信号，并将生物电信号传输给电路模块。

实施例二：

请参考图10，生理指标检测装置包括柔性电路模块100、柔性外壳200、粘贴层300和电池400。与实施例一相比，不同的是电池400设置在柔性外壳200的外部，例如将电池设置在与粘贴层相对的柔性外壳另一侧的外表面上，电池通过置于柔性外壳内部的导电材料层500与柔性电路模块电性连接。导电材料层500可采用可替换的双面胶方式固定电池，从而使得电池可更换。导电材料层500可采用韧性与强度足够支撑的材料，包括但不限于：石墨烯，尤其是四连接的石墨烯纳米管通过碳碳共价键键合，形成类似金刚石的四配位三维稳固结构的三维石墨烯材料等，导电材料层500的这种强度与韧性，配合以柔性高分子包裹材料的柔韧缓冲能力以及被包裹的较硬的柔性电路板设计，形成一个软硬相间隔的复合型防护结构，这种结构可吸收部分的破片和穿刺的动能，与普通材料相比具有一定的防护与防刺穿能力，加上其可贴身长期舒适佩戴的特点，可以作为特殊场景下的防弹防刺穿护具的补充，因此，本实施例在提供电池的同时，也提供一种可选的人体关键部位的额外防护方案。

实施例三：

本实施例可在实施例一和二的基础上再另外增加防护层，例如在实施例一的基础上，在外壳上对应安装电池的部位贴附一防护层510，如图11所示。或在实施例二的基础上，直接在电池上贴附一防护层520，如图12所示。防护层可采用防护能力更强的材料，包括但不限于凯夫拉纤维。

实施例四：

本实施例提供一种生理指标检测系统，如图11所示，该生理指标检测系统包括生理指标检测装置1和数据处理设备2，生理指标检测装置1可采用上述实施例中的生理指标检测装置，数据处理设备2用于对柔性电路模块输出的被测生物体的生理指标数据进行处理，生理指标检测装置和数据处理设备通过无线或有线的方式进行数据传输，在具体实施例中，数据处理设备2可以是智能手机、IPAD等智能终端。生理指标检测装置可以有一个或多个，多个生理指标检测装置分别负责不同部位的检测，各个生理指标检测装置之间通过无线或有线的方式信号连接，各生理指标检测装置的生物传感器采集数据，通过无线或有线的方式在各生理指标检测装置之间进行数据传输，或向上级数据处理设备传输数据，从而完成不同部位生理指标检测装置间的人体生理指标数据的交换汇总以及与上级数据处理设备的交互。

在改进的实施例中，在不同生理指标检测装置之间和生理指标检测装置与上级数据处理设备之间进行数据交互和处理采用同步完成的方式，包括但不限于：实时同步输入，实时数据交换-比较-汇总，以及与上级数据处理设备之间的同步数据交互。生理指标检测装置与上一级的数据处理设备相互之间采用实时同步算法，包括但不限于：卫星定时同步，或通过上一级数据处理设备主导通过无线接口通信协议的特定时隙位与系统其他参考信息，通告独立检测平台以上一级数据处理平台的参考时间，并要求个独立检测平台实时调整等不同方式，同步方式-同步精度-同步间隔满足按所涉及的人体生理指标采集的精度与稳定度要求(比如：采用同源的GPS空口卫星授时，定时精度10的负9次方；采用上一级数据处理平台通过无线通信协议同步间隔100毫秒，典型的的同步精度50微秒)。

在有的实施例中，还包括后台服务器3，后台服务器3与数据处理设备2通过无线或有线的方式信号连接。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (15)

1.一种生理指标检测装置,其特征在于包括：

柔性外壳，其在外力作用下可产生沿外力方向的弹性形变；

柔性电路模块，用于对被测生物体的生理信号进行检测和处理，所述柔性电路模块位于柔性外壳内，所述柔性电路模块包括至少一个元件模块和至少一个导电连接件，所述元件模块包括元件模块衬底以及固定于其上的至少一个电子元件，所述电子元件通过导电连接件实现与其它电子元件之间的电性连接或与外部的连接，所述导电连接件用于承载一路或两路以上彼此分隔的导电线路，所述导电连接件在外力作用下可产生沿外力方向的弹性形变；

粘贴层，所述粘贴层具有第一面和与第一面相对的第二面，所述粘贴层通过第一面附着在柔性外壳一侧的外表面上，所述粘贴层的第二面具有粘性，用于粘贴在被测生物体的体表。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导电连接件包括复数个连接单元，每个连接单元为中空结构，该中空结构的形状使得其具有至少一个形变方向，所述形变方向指该中空结构在该方向上的尺寸能够在外力作用下发生变化，所述连接单元沿至少一个形变方向顺次连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述柔性外壳采用透气防水的柔性高分子材料制成。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述粘贴层为单面或双面采用疏油疏水的导电或绝缘压敏胶材料制成的柔软胶粘贴片。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，柔性电路模块还包括用于检测被测生物体的生理信号的生物传感器，所述生物传感器通过导电连接件实现与至少一个电子元件之间的电性连接。

6.如权利要求4所述的装置，所述粘贴层为绝缘层，所述粘贴层上开有孔隙，所述生物传感器透过所述孔隙与被测生物体的体表接触，感应生理信号；或所述粘贴层为导电层，所述粘贴层与至少一个电子元件电性连接，所述粘贴层在粘贴到被测生物体的体表时作为电极片感应生物电信号。

7.如权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，还包括为柔性电路模块提供电能的电池，所述电池为柔性电池，所述电池与至少一个电子元件电性连接。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电池为可弯折的锂陶瓷电池。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电池设置在柔性外壳内。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括防护层，所述防护层贴附在与粘贴层相对的柔性外壳另一侧的外表面上。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电池设置在与粘贴层相对的柔性外壳另一侧的外表面上，所述电池通过置于柔性外壳内部的导电材料层与柔性电路模块电性连接。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括防护层，所述防护层贴附在电池的外表面上。

13.一种生理指标检测系统,其特征在于包括：

如权利要求1-12中任一项所述的生理指标检测装置；

数据处理设备，用于对柔性电路模块输出的被测生物体的生理指标数据进行处理；所述生理指标检测装置和数据处理设备通过无线或有线的方式进行数据传输。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述生理指标检测装置有多个，各个生理指标检测装置之间通过无线或有线的方式信号连接。

15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，还包括后台服务器，所述后台服务器与数据处理设备通过无线或有线的方式信号连接。