CN218792243U

CN218792243U - 头部穿戴式健康监测装置

Info

Publication number: CN218792243U
Application number: CN202221033067.1U
Authority: CN
Inventors: 张琦伟; 李桂钦
Original assignee: Beijing Yueyin Wanchuan Business Information Co ltd
Current assignee: Beijing Yueyin Wanchuan Business Information Co ltd
Priority date: 2022-04-29
Filing date: 2022-04-29
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2032-04-29

Abstract

本实用新型提供了一种头部穿戴式健康监测装置，包括头部穿戴结构和设置于所述头部穿戴结构上的检测探头，所述检测探头包括：传感组件，包括至少一个发光单元和光电传感器；电路板，设置于所述发光单元背离头部组织的一侧，所述电路板至少设置有信号处理电路、微处理单元和通信模块；弹性加压垫，设置于所述电路板背离所述发光单元的一侧，所述发光单元和所述弹性加压垫以三明治形式将所述电路板进行包覆。本实用新型通过增加弹性加压垫，保持传感组件紧贴皮肤，能够获得稳定的脉搏波信号，适合于长期被动状态下进行稳定的健康监测。

Description

头部穿戴式健康监测装置

技术领域

本实用新型涉及医学信号量测技术领域，具体涉及一种头部穿戴式健康监测装置。

背景技术

随着电子技术小型化的进步和在人们越来越关注自己的健康数据，使用光电容积波描记法来进行持续性的生理特征、行为的健康监测系统，成为学术和大健康服务及产品中的热点。反射式光电容积波描记法(PhotopoltThysmograph，PPG)是一种用于测量皮肤表面的微循环变化的非侵入性脉搏波光学检测方法。此方法在运动手环上广泛应用于心率检测。

然而目前，以反射式光电容积波描记法为主要健康消费产品目前有两个重要问题需要解决：(1)需要提供持续性、方便性的长期佩戴方式；(2)需要提供稳定的压力使传感器紧贴皮肤。对于第(1)项问题，手腕、头部、脚部为最适合长期配戴传感器的位置，而头部除了脉搏波特征与脑血管、情绪高度相关外，对于说话、面部肌肉、声音振动相对敏感，能够做为良好的持续性生理监测来源。目前业界的健康穿戴式产品主要将说话、面部肌肉、声音等力学振动视为运动噪声。近期，美国芝加哥与西北大学的实验室团队，在前沿研究中运动柔性压力传感器将力学信号纳入分析的方向，而达到多种日常行为的监护功能。对于第(2)项问题，目前已有学者研究得出结论，持续以30-60毫米汞柱的压力能使得光电容积波描记波的稳定性大幅增加。然而，目前的学术研究是以主动施压调节压力为主，不适合在长期被动状态下实施稳定监测功能。

需要说明的是，上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种头部穿戴式健康监测装置，通过增加弹性加压垫，保持传感组件紧贴皮肤，能够获得稳定的脉搏波信号，适合于长期被动状态下进行稳定的健康监测。

本实用新型实施例提供一种头部穿戴式健康监测装置，包括头部穿戴结构和设置于所述头部穿戴结构上的检测探头，所述检测探头包括：

传感组件，包括至少一个发光单元和光电传感器；

电路板，设置于所述发光单元背离头部组织的一侧，所述电路板至少设置有信号处理电路、微处理单元和通信模块；

弹性加压垫，设置于所述电路板背离所述发光单元的一侧，所述传感组件和所述弹性加压垫以三明治形式将所述电路板进行包覆。

在一些实施例中，包括两个所述发光单元，分别设置于所述电路板朝向头部组织的一侧的两端，所述光电传感器设置于两个所述发光单元之间，所述发光单元和所述光电传感器镶嵌于所述电路板朝向头部组织的一侧并形成等平面结构。

在一些实施例中，所述发光单元和所述光电传感器沿颞浅动脉血管方向配置，且所述发光单元和所述光电传感器的中心距为1mm-30mm。

在一些实施例中，所述头部穿戴结构为柔性或弹性的环状结构。

在一些实施例中，所述弹性加压垫为硅橡胶垫或聚氨酯垫。

在一些实施例中，所述弹性加压垫的厚度为1mm-10mm，和/或，所述头部支撑结构的厚度为1mm-6mm。

在一些实施例中，所述头部穿戴结构为弹性结构，所述弹性加压垫的弹性模数大于所述头部穿戴结构的弹性模数。

在一些实施例中，所述头部穿戴结构的弹性模数与所述弹性加压垫的弹性模数的比值为1:1.5-1:5。

在一些实施例中，所述头部穿戴结构的弹性模数为1.0×10⁵N/m²-8.0×10⁵N/m²，所述弹性加压垫的弹性模数为1.0×10⁶N/m²-8.0×10⁶N/m²。

在一些实施例中，所述信号处理电路包括信号放大电路、低通去噪声电路、高通去基线电路和交直流信号转换电路，所述信号放大电路包括仪表放大电路和/或轨到轨放大电路。

本实用新型所提供的头部穿戴式健康监测装置具有如下优点：

本实用新型提供了一种能够采集颞浅动脉上方皮肤的光电容积波的头部穿戴式健康监测装置，通过增加弹性加压垫，并且传感组件与弹性加压垫一起将电路板以三明治的形式包覆在其中，传感组件设置在电路板朝向头部组织的一侧，可以保持传感组件紧贴皮肤，能够获得稳定的脉搏波信号，适合于长期被动状态下进行稳定的健康监测。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本实用新型一实施例的头部穿戴式健康监测装置的结构示意图；

图2和图3是本实用新型一实施例的头部穿戴式健康监测装置应用于头部时的示意图；

图4是本实用新型一实施例的检测探头的结构示意图；

图5是本实用新型一实施例的头部穿戴式健康监测装置的结构框图；

图6是反射式光电容积波描记法取得的不同波形特征的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。说明书中的“或”、“或者”均可能表示“和”或者“或”。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本实用新型的范围内。

如图1～4所示，本实用新型提供了一种头部穿戴式健康监测装置，包括头部穿戴结构1和设置于所述头部穿戴结构1上的检测探头，所述检测探头通过所述头部穿戴结构1固定在人体头部被测部位。所述检测探头包括传感组件电路板23和弹性加压垫24。所述传感组件包括至少一个发光单元21和光电传感器22。所述电路板23设置于所述发光单元21背离头部组织3的一侧，所述电路板23至少设置有信号处理电路、微处理单元和通信模块，所述传感组件用于向头部组织3发送光线并接收头部组织3反射的光线给信号处理电路，信号处理电路处理信号后输入到微处理单元进行数据分析，并可通过通信模块输出分析结果。所述弹性加压垫24设置于所述电路板23背离所述发光单元21的一侧。从图4中可以看出，所述发光单元21和所述弹性加压垫24以三明治形式将所述电路板23进行包覆。

因此，该头部穿戴式健康监测装置通过头部穿戴结构1，可以佩戴在头部，通过检测探头可以采集颞浅动脉上方皮肤的光电容积波，实现对人体头部的生理测量，实现人体健康监测。并且增加弹性加压垫24，通过传感组件与弹性加压垫24一起将电路板23以三明治的形式包覆在其中，传感组件设置在电路板23朝向头部组织3的一侧，可以保持传感组件紧贴皮肤，能够获得稳定的脉搏波信号，适合于长期被动状态下进行稳定的健康监测。并且该弹性加压垫24具有一定的压力，在使得传感组件维持一个稳定低压而有效地紧贴皮肤表面的同时，不至于阻碍微循环。

在该实施例中，所述发光单元21采用发光二极管。所述光电传感器包括发射光源为波长范围在450-1300nm的光电二极管，光电传感器的响应波长为300-1350nm。如图4所示，所述电路板23和所述弹性加压垫24均为矩形块结构。所述发光单元21包括两个，分别设置于所述电路板23朝向头部组织3的一侧的两端，所述光电传感器22设置于两个所述发光单元21之间，所述发光单元21和所述光电传感器22镶嵌于所述电路板23朝向头部组织3的一侧并形成等平面结构。图4中带箭头的线表示光线。所述发光单元21向头部组织3发射光线，经头部组织3反射回的光线被所述光电传感器22接收，由所述光电传感器22将光信号转化为电信号后输入到电路板23上的信号处理电路，信号处理电路处理后输入给微处理单元，微处理单元进行光电容积波的分析，生成分析结果后，可以通过通信模块将分析结果输出。所述通信模块可以为有线通信模块，也可以为无线通信模块，例如蓝牙无线通信模块、4G/5G通信模块等。所述发光单元21和所述光电传感器22沿颞浅动脉血管方向配置，且所述发光单元21和所述光电传感器22的中心距为1mm-30mm，此处距离的数值仅为示例，在其他实施方式中，所述发光单元21和所述光电传感器22的中心距也可以为其他数值。

在该实施例中，所述头部穿戴结构1为柔性或弹性的环状结构，例如所述头部穿戴结构1可以采用柔软的布料制成环状结构，其整体或部分具有一定的弹性，例如设计成一个弹性带，环绕固定在头部颞浅动脉分布的部位，能在头上微循环相对富集区域进行光学信号采集。所述头部穿戴结构1也可以采用其他结构，例如柔软的硅胶等。

在该实施例中，所述弹性加压垫24为硅橡胶垫或聚氨酯垫，或其他具有一定弹性的结构，且所述弹性加压垫24的弹性模数大于所述头部穿戴结构1的弹性模数，例如，所述头部穿戴结构1的弹性模数与所述弹性加压垫24的弹性模数的比值为1:1.5-1:5。在该实施例中，所述头部穿戴结构1的弹性模数为1.0×10⁵N/m²-8.0×10⁵N/m²，所述弹性加压垫24的弹性模数为1.0×10⁶N/m²-8.0×10⁶N/m²。所述弹性加压垫24的厚度为1mm-10mm，所述头部支撑结构的厚度为1mm-6mm。该实施例中通过对头部穿戴结构1和弹性加压垫24的弹性模数和弹性模数比例进行优化，配合适当的尺寸和三明治结构能够使传感组件能够在10-40mmHg的低压下稳定贴合皮肤，使得采集到的光电容积波更加稳定。此处列举的弹性模数的比值和数值、所述弹性加压垫24和所述头部支撑结构的尺寸仅为示例，本实用新型不以此为限。

如图5所示，为该实施例的头部穿戴式健康监测装置的结构框图，其中示出了各个部分的模块组成。其中，发光二极管、光电传感器、弹性加压垫和头部穿戴结构组成了光电检测模块M100。在该实施例中，所述信号处理电路M200包括信号放大电路、低通去噪声电路、高通去基线电路和交直流信号转换电路。所述信号放大电路包括仪表放大电路和轨到轨放大电路。所述仪表放大电路的输入偏置电流小于300pA。所述轨到轨放大电路为二级轨到轨放大电路，具备高阻抗输入和在50mV范围内摆动的轨到轨输出。该实施例中的信号处理电路为直流、交流信号分流的电路，能够将直流和交流信号分开处理，从而使得高频信号和直流分量均具有高倍率的模数转换分辨率。

如图5所示，所述电路板上还设置有存储单元M400。图5示出了微处理单元M300的结构组成。微处理单元M300可以采用一个微处理器芯片，将其集成在电路板上。微处理单元M300的输入端连接于信号处理单元M200的输出端，微处理单元M300的输出端连接于存储单元M400，存储单元M400与蓝牙无线传输模块M500相连接。微处理单元M300的分析结果可以存入所述存储单元M400中。所述微处理单元M300包括容积波采集电路和力学振动、运动检测电路。容积波采集电路包括脉搏波信号处理单元、DSP处理单元和频谱分析单元。力学振动、运动检测电路包括直流信号和交流频谱特征单元和力学检测电路。下面将结合图6具体介绍在一种实施方式中微处理单元的分析过程，但如下介绍仅为示例。本实用新型的保护核心在于所述头部穿戴式健康监测装置的结构组成而非处理方式。

图6示出了六种典型的日常活动下，反射式光电容积波描记法取得的不同波形特征。在该实施例中，发光单元发出特定波长光波至头部组织，通过颞浅动脉上方皮肤组织散射后返回到光电传感器，微循环中的小动脉和微血管会随着动脉脉搏而膨胀收缩，改变光波吸收量。因此，所述微处理单元可以通过分析所述信号处理电路的信号来实现量测颞浅动脉处传至浅表微循环脉搏波，如图6中(A)波形所示。

我们日常的一些脸部行为如打哈欠、说话时，耳前肌的运动产生的力学波会传导至体表的微循环血管床，该运动力学波也能够被光电容积波检测到，如图6中的(B)、(C)，通过时频特征分析可以识别行为的特征参数。当我们日常的一些脸部行为如打哈欠、说话、吃饭咀嚼时，咀嚼肌运动产生的力学波也会传至微循环，进而被电容积波检测到，如图6中的(B)、(C)、(D)，通过比较不同时间窗的高、低频特征，可以有效分辨。当我们日常的一些行为如咳嗽喉咙传入的力学振动波，会沿着喉咙上行途径各种软组织摔减后，成为高频的运动噪声循颞浅动脉进入光电容积容积波，形成图6中(E)。更进一步地，当我们日常的一些行为如深呼吸使横膈膜运动带来的低频压力波，沿着动脉系统调节脸部微循环，成为光电容积容积波中的低频信号，形成图6中(F)。

因此，所述微处理单元不仅可以通过传感组件和信号处理电路的输出信号分析得到脉搏波特征，还可以基于交流信号对运动行为进行识别，从而使得装置也可以侦测头部的力学振动和肌肉运动，进而能够识别头部的日常活动，如说话、进食、咳嗽等特征。在微处理单元的容积波采集、力学振动运动检测两大子单元的参与和控制之下，将信号按照该实施例的方式进行数据处理，从而得到脉搏波与各种运动特征，而这些特征集还能够通过通信模块，例如蓝牙无线通信模块传到后台，用于对监护者的生理形为、健康情况做更进一步的分析。该实施例的延伸应用适合血流动力学相关的研究，也适合作为穿戴设备领域中，大健康平台智能居家监护的一种有用技术。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种头部穿戴式健康监测装置，其特征在于，包括头部穿戴结构和设置于所述头部穿戴结构上的检测探头，所述头部穿戴结构为柔性或弹性的环状结构，所述检测探头包括：

传感组件，包括至少一个发光单元和光电传感器；

2.根据权利要求1所述的头部穿戴式健康监测装置，其特征在于，包括两个所述发光单元，分别设置于所述电路板朝向头部组织的一侧的两端，所述光电传感器设置于两个所述发光单元之间，所述发光单元和所述光电传感器镶嵌于所述电路板朝向头部组织的一侧并形成等平面结构。

3.根据权利要求2所述的头部穿戴式健康监测装置，其特征在于，所述发光单元和所述光电传感器沿颞浅动脉血管方向配置，且所述发光单元和所述光电传感器的中心距为1mm-30mm。

4.根据权利要求1所述的头部穿戴式健康监测装置，其特征在于，所述弹性加压垫为硅橡胶垫或聚氨酯垫。

5.根据权利要求1所述的头部穿戴式健康监测装置，其特征在于，所述弹性加压垫的厚度为1mm-10mm，和/或，所述头部支撑结构的厚度为1mm-6mm。

6.根据权利要求1所述的头部穿戴式健康监测装置，其特征在于，所述头部穿戴结构为弹性结构，所述弹性加压垫的弹性模数大于所述头部穿戴结构的弹性模数。

7.根据权利要求6所述的头部穿戴式健康监测装置，其特征在于，所述头部穿戴结构的弹性模数与所述弹性加压垫的弹性模数的比值为1:1.5-1:5。

8.根据权利要求6所述的头部穿戴式健康监测装置，其特征在于，所述头部穿戴结构的弹性模数为1.0×10⁵N/m²-8.0×10⁵N/m²，所述弹性加压垫的弹性模数为1.0×10⁶N/m²-8.0×10⁶N/m²。

9.根据权利要求1所述的头部穿戴式健康监测装置，其特征在于，所述信号处理电路包括信号放大电路、低通去噪声电路、高通去基线电路和交直流信号转换电路，所述信号放大电路包括仪表放大电路和/或轨到轨放大电路。