CN212382625U - 一种腕表式微型监测装置及其构成的多参数监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种腕表式微型监测装置及其构成的多参数监测系统，包括腕表主体和表带，集成于所述腕表主体上的中央处理器、数据存储管理模块、人机交互模块、定位模块、本地报警模块、数据传输模块、脉搏信号监测模块、心电信号监测模块、血氧饱和度监测模块、血糖监测模块、体温监测模块、身体姿态监测模块和电源管理模块；所述脉搏信号监测模块包括脉搏传感器接口和脉搏信号处理电路，所述表带上设置有与所述脉搏信号处理电路连接的脉搏传感器，所述脉搏信号处理电路的输出连接。本实用新型中元器件、集成电路均组合于一个腕表内，体积小，重量轻，使用方便，用户使用时，像佩戴手表一样简单、方便。

Description

一种腕表式微型监测装置及其构成的多参数监测系统

技术领域

本实用新型属于医学检测技术领域，具体的说，是指一种腕表式微型监测装置及其构成的多参数监测系统。

背景技术

心脏和血管组成人体有机的循环体系，心脏随心肌电的不断激发，做有秩序的收缩和舒张的交替活动。心电图(Electrocardiogram,ECG) 就是一种传输到人体皮肤表面的心肌电信号变化过程的纪录，在心脏有序的收缩、舒张交替活动中，血液源源不断地从心脏射入动脉，再由静脉返回心脏。心脏每收缩一次，动脉内的压力就发生一次周期性波动，继而引起动脉(颈动脉、肱动脉、桡动脉、踝动脉等)血管发生波动，称为动脉脉搏波；心电信号和脉搏信号中蕴涵着丰富的人体生理病理信息，无论是中医脉诊还是西医心血管疾病检查，都要从脉搏波的压力与波形变化中提取各种生理、病理信息。

据统计我国心血管病现患人数至少2.3亿，每10个成人中就有2个是心血管病患者；我国每年心血管疾病死亡300万人；随着我国人口结构日趋老年化，越来越多的老年人受到高血压、冠心病、心血管疾病等慢性疾病的困扰。而且心血管发病年龄呈年轻化趋势，尤其35～54岁青壮年死亡人数增加最为迅猛。心血管疾病已经成为危害人类健康的第一大病症，世界卫生组织将其列为21世纪严重危害人类健康的杀手。

我国每年用于心血管病的直接医疗费用已达1300亿元，心血管疾病的高发病率、高致残率、高病死率，给家庭造成很大的不幸，同时带来不堪重负的经济负担和精神负担。

目前市场上已经有的心血管检测、诊疗仪器设备多种多样，技术比较成熟。但是，医院设备体积大、操作复杂、费用较贵，一般只适用医疗诊断，无法应用于个人进行长期的、实时动态监护。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述问题，提供一种结构简单、微型化且能够对脉搏与心电进行有效监测，并对人体其他健康指标数据进行监测，实现人体健康指标数据多参数监测的腕表式微型监测装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种腕表式微型监测装置，包括：腕表主体和表带，集成于所述腕表主体上的中央处理器、数据存储管理模块、人机交互模块、定位模块、本地报警模块、数据传输模块、脉搏信号监测模块、心电信号监测模块、血氧饱和度监测模块、血糖监测模块、体温监测模块、身体姿态监测模块和电源管理模块；所述脉搏信号监测模块包括脉搏传感器接口和脉搏信号处理电路，所述表带上设置有与所述脉搏信号处理电路连接的脉搏传感器，所述脉搏信号处理电路的输出连接。

进一步的，所述脉搏传感器包括具备电极引线的压电材料换能片、外壳和硅胶填充层；所述外壳位于所述压电材料换能片下侧面并与所述压电材料换能片组合构成密封谐振空腔，所述硅胶填充层位于所述压电材料换能片上侧面。

进一步的，所述心电信号监测模块包括心电信号采集器接口引线和与之相连用于处理采集信号的心电信号处理电路，所述心电信号处理电路的输出连接中央处理器。

进一步的，所述血氧饱和度监测模块包括血氧饱和度探头接口；所述血糖监测模块包括血糖试纸接口；所述体温监测模块包括温度传感器接口和与之连接的温度传感器；所述身体姿态监测模块包括姿态传感器接口和与之连接的姿态传感器。

进一步的，所述所述人机交互模块包括电容屏输入模块和显示模块。

进一步的，所述定位模块采用AGPS定位系统。

进一步的，所述本地报警模块为声光报警装置。

进一步的，所述中央处理器采用ARM32位单片机，型号为： STM32ZET6。

进一步的，所述数据存储管理模块包括FLASH存储器及SD卡存储器。

本实用新型还提供了一种多参数监测系统，包括所述的腕表式微型监测装置，以及与所述腕表式微型监测装置连接并配合使用的三导联心电背心、血氧饱和度探头、血糖试纸、温度传感器和姿态传感器。

本实用新型与现有技术相比，还具有以下优点及有益效果：

(1)脉搏与心电图的波形、生理参数蕴含着重要的心血管健康状况的信息，本实用新型通过脉搏波监测模块和心电信号监测模块可以获取具有诊断意义的心电、脉搏波图形和个心电信号参数，可供医生在进行心电信息的判读时，可以结合心脏血流动力学参数进行综合分析。

(2)本实用新型中集成了脉搏波信号监测、心电信号监测、体温数据监测、身体姿态数据监测、血氧饱和度数据监测、血糖检测等多种针对人体健康有重要意义的指标，对人体监测更全面，有效地解决了现有技术单一检测的问题。

(3)本实用新型中元器件、集成电路均组合于一个腕表内，体积小，重量轻，使用方便，用户使用时，像佩戴手表一样简单、方便。

(4)本实用新型装置获取用户身体异常信号时，可以声光报警提醒用户本人或其亲友自救，同时可将报警信号通过后台发送到远程控制中心，由远程医师专家团队及时提供专业的救助，可以为病人的抢救赢得宝贵的“黄金救助时间”。

附图说明

图1为本实用新型中腕表式微型监测装置的原理框图。

图2为本实用新型中脉搏传感器的侧视图。

图3为本实用新型中脉搏传感器的俯视图。

图4为本实用新型中多参数监测系统的原理框图。

其中，附图中标记所对应的部件名称如下：1-硅胶填充层、2-压电材料换能片、3-外壳、4-密封谐振腔、5-电极引线、6-腕表式微型监测装置、 7-三导联心电背心、8-血氧饱和度探头、9-血糖试纸、10-温度传感器、 11-姿态传感器。

具体实施方式

实施例1

如图1～3所示，本实施例提供了一种腕表式微型监测装置，其结构组成如下：腕表主体和表带，集成于所述腕表主体上的中央处理器、数据存储管理模块、人机交互模块、定位模块、本地报警模块、数据传输模块、脉搏信号监测模块、心电信号监测模块、血氧饱和度监测模块、血糖监测模块、体温监测模块、身体姿态监测模块和电源管理模块；所述脉搏信号监测模块包括脉搏传感器接口和脉搏信号处理电路，所述表带上设置有与所述脉搏信号处理电路连接的脉搏传感器，所述脉搏信号处理电路的输出连接。通过上述设置，实现人体监测装置的微型化、多参数化监测，装置如腕表可佩带在人体的手腕上，不影响用户的正常生活，相较于传统的医疗监测装置体积大、操作复杂等缺陷，取得了显著的有益效果。

本实施例中，腕表主体采用规则的几何立体形状，例如：正方体、长方体、圆柱体等，用户可以根据自己的喜好进行选择。表带与腕表主体匹配，其可以是伸缩式表带、卡扣式表带等现有的常规表带结构，在此不作特别限定。腕表主体上集成有若干功能模块，用于实现腕表的动态监测功能，针对传统的监测装置单一监测的缺陷，本实施例在腕表主体上集成有脉搏监测功能和心电信号监测功能，二者分别通过脉搏信号处理电路和心电信号监测模块实现，其中，脉搏信号处理电路与脉搏波传感器相匹配使用，心电信号监测模块主要由心电信号采集器接口引线和与之相连用于处理采集信号的心电信号处理电路组成，其中，心电信号处理电路的输出连接中央处理器，心电信号监测模块通过心电信号采集器接口引线连接三导联心电背心，本实施例采用上述结构实现脉搏波信息和心电信号的采集，其优势如下：

1、采用脉搏波传感器进行信号采集，脉搏波信号处理电路主要包括有运算放大器、滤波器，信号首先经过放大处理后进行滤波处理，然后输出至中央处理器。本实施例中，脉搏波传感器包括具备电极引线的压电材料换能片、外壳和硅胶填充层；外壳位于所述压电材料换能片下侧面并与压电材料换能片组合构成密封谐振空腔，硅胶填充层位于所述压电材料换能片上侧面，其中，外壳的材质不作特别限定，一般采用塑料制成。佩带时，脉搏波传感器位于手腕的桡动脉处，当电材料换能片受到波动的桡动脉搏动压力时，在压电材料换能片表面相应产生的变化的压力(对单点而言，其实质就是系统在某点做往复的弹性震动，量化的指标就是指该系统的加速度。)根据Q＝kF，F＝ma原理推出简单的Q＝kma (其中k是压电常数，m是该系统起振整体质量，a就是弹性震动在该电量化的指标就是指该系统的加速度。)从而产生了与作用力大小精确相对应的电荷，然后，通过电荷放很大器进行放大，滤波，从而精确反应出脉搏信号。本实施例中脉搏波传感器的独特设计，充分发挥压电材料的优点，有效地滤除杂波，得到了灵敏度高、干扰小、稳定可靠的脉搏信号，从而有效地克服了现有脉搏传感器的体积比较大、灵敏度比较低、抗干扰能力差等缺点。本传感器可以不经放大就可以清晰采集到上百毫伏的干净的不失真脉搏波。

2、采用三导联心电背心与心电信号监测模块配合采集心电信号。人体细胞有电活动，因此可以根据电活动查心脏的正常跳动，间接测量心脏跳动影响因素。心电图指的是心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着心电图生物电的变化，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形(简称ECG)。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观指标。心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表，在体表很多点之间存在着电位差。动物机体组织和体液都能导电，将心电描记器的记录电极放在体表的任何两个非等电部位，都可记录出心电变化的图像，这种测量方法叫做双极导联，所测的电位变化是体表被测两点的电位变化的代数和，分析波形较为复杂。如果设法使两个测量电极之一，通常是和描记器负端相连的极，其电位始终保持零电位，就成为所谓的“无关电极”，而另一个测量电极则放在体表某一测量点，作为“探查电极”，这种测量方法叫做单极导联。由于无关电极经常保持零电位不变，故所测得的电位变化就只表示探查电极所在部位的电位变化，因而对波形的解释较为单纯。目前在临床检查心电图时，单极和双极导联都在使用，但其测量精度欠佳且操作较困难，本实施例中采用采用3-12 导联同步采集数据，三导联心电背心的电极连接方法是：第一导联(简称Ⅰ)，右臂(-)，左臂(+)；第二导联(简称Ⅱ)，右臂(－)，左足(+)；第三导联(简称Ⅲ)，左臂(-)，左足(+)。心电图的肢体导联具有心脏节律性疾病的诊断意义。本发明采用上述设置在获取心电信号参数，在简化心电采集操作步骤的同时达到了有效减少杂波的实际效果，得到灵敏度高、干扰小、具有诊断意义的心电图波形。心电信号处理电路包括有运算放大器、滤波器，信号首先经过放大处理后进行滤波处理，然后输出至中央处理器。

为实现多参数的监测，本实施例中腕表主体上还集成有血氧饱和度监测模块、血糖监测模块、体温监测模块、身体姿态监测模块，其结构分别如下：所述血氧饱和度监测模块包括血氧饱和度探头接口；所述血糖监测模块包括血糖试纸接口；所述体温监测模块包括温度传感器接口和与之连接的温度传感器；所述身体姿态监测模块包括姿态传感器接口和与之连接的姿态传感器。

在应用时，血氧饱和度监测模块外接血氧饱和度探头，其用于监测用户的血氧饱和度数据。血氧饱和度(SpO2)是血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb，hemoglobin)容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。而功能性氧饱和度为HbO2浓度与HbO2+Hb浓度之比，有别于氧合血红蛋白所占百分数。因此，监测动脉血氧饱和度(SaO2)可以对肺的氧合和血红蛋白携氧能力进行估计，正常人体动脉血的血氧饱和度为98％，静脉血为 75％。血氧饱和度探头采集的数据通过中央处理器进行计算处理，然后输出至显示屏进行显示。

血糖监测也就是对于血糖值的定期检查，实施血糖监测可以更好的掌控糖尿病患者的血糖变化，对生活规律，活动，运动，饮食以及合理用药都具有重要的指导意义，并可以帮助患者随时发现问题，及时到医院就医。本实施例中，在监测应用时，血糖监测模块外接血糖试纸，用于监测用户血糖数据。血糖检测主要是利用葡萄糖生物传感器进行浓度测量的，因为在一定相同体积的血量条件下，产生的电荷数和血糖浓度成精确线性关系，故本实施例采用从单一的测量电阻曲线的方式改为测量反应产生的电荷数。用户实现血糖监测的意义如下：

1.实施血糖监测可以更好的掌控自身的血糖变化，对生活规律，活动，运动，饮食以及合理用药都具有重要的指导意义，并可以帮助患者随时发现问题，及时到医院就医。2.血糖监测的结果可被用来反映饮食控制，运动治疗和药物治疗的结果，并指导对治疗方案的调整，改善治疗状况。3.实时血糖检测可以降低糖尿病并发症的风险。4.良好的血糖控制可以提高患者的生活质量，改善身体状况。

体温监测又称体温测量，是指对人体内部温度进行测试、测量从而对疾病诊治提供依据，本实施例通过体温监测模块实现对用户的体温监测，体温监测的位置一般为口腔体温、腋窝体温、体表体温等，当采用口腔体温、腋窝体温的监测方式时，体温监测模块采用预留传感器接口的技术手段，实施应用时，外接对应的体温探头，当采用体表体温的监测方式时，可以将温度传感器集成在腕表上。体温监测的意义如下：

体温与生俱来，是我们熟悉又陌生的生理指标。目前的单点测量方式使我们对体温的理解仅仅停留在“是否发烧”这个简单的层面，而本实用新型对体温的持续监测将更大力度的发挥体温的意义，其能够得到大量的体温数据，并通过科学分析获得针对不同人种、不同疾病、不同生理状态的体温密码，如：欧洲人体温密码谱、美洲人体温密码谱、亚洲人体温密码谱、肿瘤体温密码谱、不孕不育体温密码谱等。通过这些体温密码谱可以为人们提供更有价值的服务，如正确指导受孕时间、提高受孕率、个性化指导治疗用药、癌症康复期监护、老年家庭养护等，以实现“温度指导健康生活方式”的理念。测量基础体温可以帮助备孕女性找到自己的最佳受孕期，轻松孕育健康宝宝。健康女性基础体温会在一个月经周期内呈现高温期和低温期的双相变化，基础体温由低温期向高温期变化的期间及其前后的3-4天是受孕的最佳时期。如果基础体温没有高低温双相变化，表示没有排卵；如果高温期不足12天，黄体素分泌不足，较难受孕，这些都会导致女性不孕不育。同时，怀孕后基础体温会持续高温，如果突然下降可能是流产的前兆，持续性的体温监测，则使得现代女性备孕更轻松，医生诊治不孕不育也有了更可靠的依据。

身体姿态监测模块，在应用时与姿态传感器连接，根据实际的需求，本领域技术人员可以采用外接姿态传感器或者将姿态传感器集成在腕表上的技术手段。身体姿态监测主要用于监测用户当前的人体姿态情况，如若监测到异常姿态，则可判断用户当前的情况，如摔倒、卧床不起等，方便设备及时提供后续的报警服务。

本实施例中，腕表主体上集成有人机交互模块，其主要包括电容屏输入模块和显示模块，优选的，高清TFT显示模块。监测信号经过采集处理后传输至中央处理器，然后经过数字滤波等处理，一方面数据后的数据存储在数据存储管理模块(数据存储选择FLASH存储器及SD卡存储器)，二者在显示模块上同步进行波形显示和指标参数显示。人机交互模块一方面提供可视化的监测结果，向用户直观的展示监测数据，方便用户自己进行判断，另一方面，用户通过人机交互模块可以实现对腕表的操作，如数据跳跃、自身基本情况数据(例如：年龄、身高、性别、体重等)的输入等。

定位模块，用户设备定位，优选的，定位模块采用AGPS定位系统，其利用GPS和通信运营商的AGPS(辅助定位)，基站位置信息，运用多点交叉原理，实现用户室内定位。通过定位模块能确定腕表(用户)平面地理位置，有利于用户身体异常、丧失自救能力后的及时抢救。定位模块的工作可以是实时工作，及用户定位位置实时传输至后台，该种方式的耗电量较大，本领域技术人员也可以选用唤醒式的定位方式，即常态下，定位模块处于休眠状态，低功耗运行，在用户监测数据为表现异常时(数据异常判断通过设置参数指标参考值进行判断实现)，中央处理器唤醒定位模块，定位模块开始工作实现用户位置定位，然后传输至后台。

本地报警模块，用于设备报警，优选采用声光报警装置，当获取用户身体异常信号时，可以声光报警提醒用户本人或其亲友自救。其中，用户的异常信号源包括：脉搏波信号异常、心电信号异常、体温信号异常、身体姿态信号异常血氧饱和度数据异常、血糖数据异常等，设备本身设置有报警阈值(下限阈值和上限阈值)，当监测的数据高于或低于阈值的时候，即出发本地报警。

本实施例中，中央处理器采用ARM32位单片机，型号为：

STM32ZET6，其为现有处理器，其主要负责波形、算法、数据文件存储管理、数据传输控制、人机界面对话管理等。数据传输模块，其基于3G/4G 模块TCP/IP协议等实现与后台的数据通讯，将采集的数据信息传输至后台。电源管理模块，主要用于为设备供电，其选用现有常规电源，在此不作特别限定。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例腕表主体上还包括有若干用于向外传输数据的接口，即腕表式微型监测装置的腕表主体上设置有上述接口，例如：RS232接口、USB接口等，其作用在于，将数据传输到个人电脑和数据服务器传输系统。

实施例3

如图4所示，本实施例提供了一种多参数监测系统，其包括实施例 1或实施例2所提供的腕表式微型监测装置，以及与所述腕表式微型监测装置连接并配合使用的三导联心电背心、血氧饱和度探头、血糖试纸、温度传感器和姿态传感器。其中，三导联心电背心、血氧饱和度探头、血糖试纸、温度传感器和姿态传感器均可采用现有的常规装置，监测的数据均传输至中央处理器，由中央处理器处理后输出显示。

本设备中监测动脉中携带氧的血红蛋白与不携带氧的血红蛋白的比例，血氧饱和度探头其带有两个发光二极管，这两个发光二极管面向待测部位(通常是指尖或耳垂)，一只二极管释放波长为660纳米的光束，另一只释放905,910或者940纳米。含氧的血红蛋白对这两种波长的吸收率与不含氧的差别很大，利用这个性质，可以计算出两种血红蛋白的比例。测试的过程不需要从病人身上抽血。本设备可以显示血氧脉搏波，可以显示病人的脉搏，根据波形可以分析人体微循环状态。血氧饱和度监测的工作原理如下：通过依次驱动一个红光LED(660nm)和一个红外光 LED(940nm)，两个LED灯，在血氧测量时，还原血红蛋白和有氧合血红蛋白，通过检测两种对不同波长的光吸收的区别，所测出来的数据差就是测量血氧饱和度最基本的数据。

如上所述，便可很好的实现本实用新型。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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 (10)

1.一种腕表式微型监测装置，其特征在于，包括：腕表主体和表带，集成于所述腕表主体上的中央处理器、数据存储管理模块、人机交互模块、定位模块、本地报警模块、数据传输模块、脉搏信号监测模块、心电信号监测模块、血氧饱和度监测模块、血糖监测模块、体温监测模块、身体姿态监测模块和电源管理模块；所述脉搏信号监测模块包括脉搏传感器接口和脉搏信号处理电路，所述表带上设置有与所述脉搏信号处理电路连接的脉搏传感器，所述脉搏信号处理电路的输出连接。

2.根据权利要求1所述的腕表式微型监测装置，其特征在于，所述脉搏传感器包括具备电极引线的压电材料换能片、外壳和硅胶填充层；所述外壳位于所述压电材料换能片下侧面并与所述压电材料换能片组合构成密封谐振空腔，所述硅胶填充层位于所述压电材料换能片上侧面。

3.根据权利要求2所述的腕表式微型监测装置，其特征在于，所述心电信号监测模块包括心电信号采集器接口引线和与之相连用于处理采集信号的心电信号处理电路，所述心电信号处理电路的输出连接中央处理器。

4.根据权利要求3所述的一种腕表式微型监测装置，其特征在于，所述血氧饱和度监测模块包括血氧饱和度探头接口；所述血糖监测模块包括血糖试纸接口；所述体温监测模块包括温度传感器接口和与之连接的温度传感器；所述身体姿态监测模块包括姿态传感器接口和与之连接的姿态传感器。

5.根据权利要求4所述的腕表式微型监测装置，其特征在于，所述人机交互模块包括电容屏输入模块和显示模块。

6.根据权利要求5所述的腕表式微型监测装置，其特征在于，所述定位模块采用AGPS定位系统。

7.根据权利要求6所述的腕表式微型监测装置，其特征在于，所述本地报警模块为声光报警装置。

8.根据权利要求1～7任一项所述的腕表式微型监测装置，其特征在于，所述中央处理器采用ARM32位单片机，型号为：STM32ZET6。

9.根据权利要求8所述的腕表式微型监测装置，其特征在于，所述数据存储管理模块包括FLASH存储器及SD卡存储器。

10.一种多参数监测系统，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的腕表式微型监测装置，以及与所述腕表式微型监测装置连接并配合使用的三导联心电背心、血氧饱和度探头、血糖试纸。

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