CN219331634U - 生命体征提取系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生命体征提取系统，涉及医疗设备技术领域。生命体征提取系统包括BCG信号采集模块、PPG信号采集模块、ECG信号采集模块、主控模块和信号显示模块；主控模块分别与BCG信号采集模块、PPG信号采集模块及ECG信号采集模块的输出端电连接；主控模块与信号显示模块电连接。根据本实用新型的生命体征提取系统，能够同时采集BCG信号、PPG信号和ECG信号，测试结果更加准确；而且，该系统的成本较低、使用方便，便于用户在日常生活中使用，适用性较高。

Description

生命体征提取系统

技术领域

本实用新型涉及医疗设备技术领域，尤其是涉及一种生命体征提取系统。

背景技术

在看护老年人、病人、和伤员时，监视生命体征是一个重要环节，不仅能够为患者的病因提供诊断线索，而且能够在患者的病情恶化时，及时进行告警。为了监视生命体征，在诸如医院等环境中通常使用多种昂贵的专业装置，这些装置的体积和成本使得其不适合家庭日常使用，适用性不高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种生命体征提取系统，能够适用于日常使用。

根据本实用新型实施例的生命体征提取系统，包括：

BCG信号采集模块；

PPG信号采集模块；

ECG信号采集模块；

主控模块，分别与所述BCG信号采集模块、所述PPG信号采集模块及所述ECG信号采集模块的输出端电连接；

信号显示模块，与所述主控模块电连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述BCG信号采集模块包括：

第一传感器，用于采集BCG信号；

第一阻抗匹配单元，输入端与所述第一传感器电连接；

第一信号滤波单元，输入端与所述第一阻抗匹配单元的输出端电连接；

第一信号放大单元，输入端与所述第一信号滤波单元的输出端电连接；

第一模数转换单元，输入端与所述第一信号放大单元的输出端电连接，所述第一模数转换单元的输出端与所述主控模块电连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一阻抗匹配单元包括：

第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端连接参考电压，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一传感器电连接，所述第一运算放大器的反相输入端通过第一电容与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一运算放大器的反相输入端还通过依次串联的第一电阻和第二电阻与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一电阻与所述第二电阻之间的连接点通过第三电阻连接参考电压；

电压跟随器，输入端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述电压跟随器的输出端与所述第一信号滤波单元的输入端电连接；

第一钳位二极管，设置于所述第一运算放大器的输出端与所述电压跟随器的输入端之间。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一信号滤波单元包括：

第一高通滤波器，输入端与所述第一阻抗匹配单元的输出端电连接；

第一低通滤波器，输入端与所述第一高通滤波器的输出端电连接；

第二高通滤波器，输入端与所述第一低通滤波器的输出端电连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述PPG信号采集模块包括：

第二传感器，用于采集PPG信号；

第二信号放大单元，输入端与所述第二传感器电连接；

第二模数转换单元，输入端与所述第二信号放大单元的输出端电连接，所述第二模数转换单元的输出端与所述主控模块电连接；

第二钳位二极管，设置于所述第二信号放大单元的输出端与所述第二模数转换单元的输入端之间。

根据本实用新型的一些实施例，所述ECG信号采集模块包括：

心电电极，用于采集心电信号；

第二阻抗匹配单元，所述心电电极通过心电导联线与所述第二阻抗匹配单元的输入端电连接；

心电传感器，输入端与所述第二阻抗匹配单元的输出端电连接；

第二信号滤波单元，输入端与所述心电传感器的输出端电连接；

第三模数转换单元，输入端与所述第二信号滤波单元的输出端电连接，所述第三模数转换单元的输出端与所述主控模块电连接；

第三钳位二极管，设置于所述第二信号滤波单元的输出端与所述第三模数转换单元的输入端之间。

根据本实用新型的一些实施例，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述BCG信号采集模块、所述PPG信号采集模块、所述ECG信号采集模块、所述主控模块及所述信号显示模块电连接。

根据本实用新型的一些实施例，所述电源模块包括：

电池；

电池充电升压单元，输出端分别与所述电池、所述BCG信号采集模块、所述PPG信号采集模块、所述ECG信号采集模块电连接；

电压转换单元，所述电压转换单元的输入端与所述电池充电升压单元的输出端电连接，所述电压转换单元的输出端分别与所述主控模块及所述信号显示模块电连接。

根据本实用新型的一些实施例，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述主控模块电连接。

根据本实用新型实施例的生命体征提取系统，至少具有如下有益效果：BCG信号采集模块能够采集BCG(心冲击图)信号，并对BCG信号进行预处理；PPG信号采集模块能够采集PPG(光电容积脉搏波)信号，并对PPG信号进行预处理；ECG信号采集模块能够采集ECG(心电图)信号，并对ECG信号进行预处理，使得主控模块能够根据BCG信号采集模块、PPG信号采集模块和ECG信号采集模块检测到的信号，推算出血压值，并将数据发送给信号显示模块进行显示，从而方便用户查看自己的生命体征。该系统能够同时采集BCG信号、PPG信号和ECG信号，测试结果更加准确；而且，该系统的成本较低、使用方便，便于用户在日常生活中使用，适用性较高。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例的生命体征提取系统的模块示意图；

图2为本实用新型实施例的BCG信号采集模块的电路原理图；

图3为本实用新型实施例的PPG信号采集模块的电路原理图；

图4为本实用新型实施例的ECG信号采集模块的电路原理图；

图5为本实用新型实施例的电源模块的电路原理图；

附图标记：

BCG信号采集模块100、第一阻抗匹配单元110、第一高通滤波器121、第一低通滤波器122、第二高通滤波器123、第一信号放大单元130、PPG信号采集模块200、第二信号放大单元210、ECG信号采集模块300、第二阻抗匹配单元310、第二信号滤波单元320、主控模块400、信号显示模块500、电源模块600、电池充电升压单元610、电压转换单元620、通讯模块700。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，根据本实用新型实施例的生命体征提取系统，包括BCG信号采集模块100、PPG信号采集模块200、ECG信号采集模块300、主控模块400和信号显示模块500；主控模块400分别与BCG信号采集模块100、PPG信号采集模块200及ECG信号采集模块300的输出端电连接；主控模块400与信号显示模块500电连接。

具体地，BCG信号采集模块100用于采集BCG(心冲击图)信号，并对BCG信号进行预处理后发送给主控模块400；PPG信号采集模块200用于采集PPG(光电容积脉搏波)信号，并对PPG信号进行预处理后发送给主控模块400；ECG信号采集模块300用于采集ECG(心电图)信号，并对ECG信号进行预处理后发送给主控模块400；主控模块400根据BCG信号采集模块100、PPG信号采集模块200和ECG信号采集模块300检测到的信号，进行运算处理，计算得到血压值(主控模块400的计算方法可以采用本领域的常规技术手段，此应为本领域所公知的常识，因此在此不做赘述)。同时，主控模块400将计算结果发送给信号显示模块500进行显示，显示内容可以包括波形和数据，从而方便用户查看自己的生命体征。

其中，主控模块400可以采用MCU+FPGA/DSP双芯片架构，MCU负责数据获取和数据传输等功能，FPGA/DSP负责对数据进行运算，得到计算结果。信号显示模块500可以是直接连接在主控模块400上的显示屏，也可以是PC端上位机等显示界面，方便用户查看检测结果。

如图2所示，在本实用新型的一些实施例中，BCG信号采集模块100包括第一传感器(通过接口P1连接)、第一阻抗匹配单元110、第一信号滤波单元、第一信号放大单元130和第一模数转换单元；第一传感器与第一阻抗匹配单元110的输入端电连接，第一阻抗匹配单元110的输出端与第一信号滤波单元的输入端电连接，第一信号滤波单元的输出端与第一信号放大单元130的输入端电连接，第一信号放大单元130的输出端与第一模数转换单元的输入端电连接，第一模数转换单元的输出端与主控模块400电连接。其中，第一传感器用于采集BCG信号、以及采集呼吸、体动等生理信息，第一传感器可以采用PVDF、电荷等微动传感器。第一阻抗匹配单元110用于将采集到的高阻抗的电荷信号转换成电压信号，方便后续的信号处理；第一信号滤波单元用于滤除电压信号中的干扰信号，如工频干扰信号、热噪声、环境噪声等；第一信号放大单元130用于采集到的微弱的生理信号放大到第一模数转换单元能够采集的信号水平。其中，第一模数转换单元可以采用外置的ADC芯片或是内置于主控模块400中的ADC单元，用于将模拟信号转换成数字信号，并发送给主控模块400。

如图2所示，第一阻抗匹配单元110包括第一运算放大器U1、电压跟随器和第一钳位二极管D1；第一运算放大器U1的同相输入端连接参考电压VREF，第一运算放大器U1的反相输入端与第一传感器(即接口P1的第2脚)电连接，第一运算放大器U1的反相输入端通过第一电容C1与第一运算放大器U1的输出端电连接，第一运算放大器U1的反相输入端还通过依次串联的第一电阻R1和第二电阻R2与第一运算放大器U1的输出端电连接，第一电阻R1与第二电阻R2之间的连接点通过第三电阻R3连接参考电压VREF；电压跟随器的输入端与第一运算放大器U1的输出端电连接，电压跟随器的输出端与第一信号滤波单元的输入端电连接；第一钳位二极管D1设置于第一运算放大器U1的输出端与电压跟随器的输入端之间。第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3组成T型电阻网路，T型电阻网络组成的等效反馈电阻为：R1*R2/R3。电压跟随器由运算放大器U4构成，运算放大器U4的同相输入端与第一运算放大器U1的输出端电连接，运算放大器U4的反相输入端与输出端连接构成电压跟随器电路，运算放大器U4的输出端与第一信号滤波单元的输入端电连接。第一阻抗匹配单元110采用高阻抗的第一运算放大器U1将采集到的高阻抗的电荷信号转换成电压信号，便于后续的信号处理，并在第一运算放大器U1的输出端接上一对钳位二极管，使其输出电压在电压跟随器的工作范围内。

如图2所示，第一信号滤波单元包括第一高通滤波器121、第一低通滤波器122和第二高通滤波器123，第一高通滤波器121的输入端与第一阻抗匹配单元110的输出端电连接，第一高通滤波器121的输出端与第一低通滤波器122的输入端电连接；第一低通滤波器122的输出端与第二高通滤波器123的输入端电连接。在本示例中，第一高通滤波器121通过运算放大器U5、电容C3、C4和电阻R7、R8、以及运算放大器U6、电容C2、C5和电阻R4、R5等组成二级四阶的高通滤波器，第一低通滤波器122通过运算放大器U7、电阻R9、R10和电容C7、C10、以及运算放大器U8、电容C8、C9和电阻R11、R12等组成二级低通滤波器，第二高通滤波器123包括电容C6和电阻R6，电容C6的第一端与运算放大器U8的输出端电连接，电容C6的第二端分别与电阻R6的第一端以及第一信号放大单元130的输入端电连接，电阻R6的第二端连接参考电压VREF。第一高通滤波器121和第一低通滤波器122通过采用高精度精密运算放大器，有效滤除信号中的干扰信号，如工频干扰信号、热噪声、环境噪声等，而第二高通滤波器123是为了滤除因第一低通滤波器122所带入的噪声信号。在信号滤波过程中，在设计高通滤波器和低通滤波器的同时，也可考虑根据信号的特性进行信号分离，从采集到的混合信号中分离出BCG信号和呼吸信号。

如图2所示，第一信号放大单元130包括运算放大器U9，运算放大器U9的同相输入端与第二高通滤波单元123的输出端电连接，运算放大器U9的反相输入端通过电阻R13连接参考电压VREF，且电阻R13还通过电阻R14连接运算放大器U9的输出端，运算放大器U9的输出端与第一模数转换单元的输入端电连接。第一信号放大单元130采用高精度精密运算放大器将采集到的微弱的生理信号放大到第一模数转换单元能采集的信号水平。

如图3所示，PPG信号采集模块包括第二传感器(通过PPG接口连接)、第二信号放大单元210、第二模数转换单元和第二钳位二极管D2，第二传感器与第二信号放大单元210的输入端电连接，第二信号放大单元210的输出端与第二模数转换单元的输入端电连接，第二模数转换单元的输出端与主控模块400的输入端电连接，第二钳位二极管D2设置于第二信号放大单元210的输出端与第二模数转换单元的输入端之间。在本示例中，第二传感器采用血氧专用的光电发射管、光电接收管，通过透射式方式来采集脉搏波信号，其可以采用型号为HKG-07B的红外脉搏传感器，也可以采用其它型号的传感器。第二信号放大单元210包括运算放大器U10，运算放大器U10的同相输入端通过电阻R28与第二传感器的输出端电连接，还通过电阻R34连接参考电压VREF，运算放大器U10的反相输入端通过电阻R26接地，且电阻R26通过电阻R25与运算放大器U10的输出端电连接，运算放大器U10的输出端连接有一对钳位二极管D2，运算放大器U10的输出端与第二模数转换单元的输入端电连接。第二信号放大单元210采用高精度精密运算放大器将采集到的微弱的生理信号放大到第二模数转换单元能采集的信号水平，第二模数转换单元可以采用外置的ADC芯片或是内置于主控模块400中的ADC单元，用于将模拟信号转换成数字信号，并发送给主控模块400。

如图4所示，ECG信号采集模块包括心电电极、第二阻抗匹配单元310、心电传感器U2、第二信号滤波单元320、第三模数转换单元和第三钳位二极管D3；心电电极用于采集心电信号，心电电极通过心电导联线与第二阻抗匹配单元310的输入端电连接，第二阻抗匹配单元310的输出端与心电传感器U2的输入端电连接，心电传感器U2的输出端与第二信号滤波单元320的输入端电连接，第二信号滤波单元320的输出端与第三模数转换单元的输入端电连接，第三模数转换单元的输出端与主控模块400电连接，第三钳位二极管D3设置于第二信号滤波单元320的输出端与第三模数转换单元的输入端之间。心电电极采用单导联的采集方式采集Ⅱ导联的心电信号，并将采集的心电信号通过导联线发送给第二阻抗匹配单元310。第二阻抗匹配单元310将采集到的高阻抗的电荷信号进行阻抗匹配，并发送给心电传感器U2。心电传感器U2可以采用HKD-10A等型号的心电传感器，心电传感器U2输出电压信号给到第二信号滤波单元320，由第二信号滤波单元320滤除电压信号中的干扰信号后，发送至第三模数转换单元进行模数转换。第三模数转换单元可以采用外置的ADC芯片或是内置于主控模块400中的ADC单元，用于将模拟信号转换成数字信号，并发送给主控模块400。

如图1所示，在本实用新型的一些实施例中，生命体征提取系统还包括电源模块600，电源模块600分别与BCG信号采集模块100、PPG信号采集模块200、ECG信号采集模块300、主控模块400及信号显示模块500电连接，用于为系统中的各模块提供工作电源。

如图5所示，在本实用新型的一些实施例中，电源模块600包括电池(通过接口VBAT连接)、电池充电升压单元610和电压转换单元620，电池充电升压单元610的输出端分别与电池、BCG信号采集模块100、PPG信号采集模块200、ECG信号采集模块300及电压转换单元620的输入端电连接，电压转换单元620的输出端分别与主控模块400及信号显示模块500电连接。电池充电升压单元610采用型号为TP5400的电池充电器和恒定5V升压控制器(即U20)，不仅可以完成锂电池的充电，也可完成升压处理，以供应电压给其他模块，如BCG信号采集模块100、PPG信号采集模块200和ECG信号采集模块300。电压转换单元620可以采用DC-DC单元或LDO单元，在本示例中，电压转换单元620采用LDO转换器U30，将电压转换为主控模块400和信号显示模块500所需要的电压，如3.3V、1.8V等。同时，电源模块600还通过运算放大器U11将电压VCC转换成参考电压VREF提供给其它模块；USB1为电源的输入接口。

如图1所示，在本实用新型的一些实施例中，生命体征提取系统还包括通讯模块700，通讯模块700与主控模块400电连接。主控模块400可通过通讯模块400连接上位机、移动终端或是其它设备，从而将数据传输过去。通讯模块700可以是USB接口、UART串口、或是常见的无线通讯模块(如WiFi、蓝牙等)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种生命体征提取系统，其特征在于，包括：

BCG信号采集模块；

PPG信号采集模块；

ECG信号采集模块；

主控模块，分别与所述BCG信号采集模块、所述PPG信号采集模块及所述ECG信号采集模块的输出端电连接；

信号显示模块，与所述主控模块电连接。

2.根据权利要求1所述的生命体征提取系统，其特征在于，所述BCG信号采集模块包括：

第一传感器，用于采集BCG信号；

第一阻抗匹配单元，输入端与所述第一传感器电连接；

第一信号滤波单元，输入端与所述第一阻抗匹配单元的输出端电连接；

第一信号放大单元，输入端与所述第一信号滤波单元的输出端电连接；

第一模数转换单元，输入端与所述第一信号放大单元的输出端电连接，所述第一模数转换单元的输出端与所述主控模块电连接。

3.根据权利要求2所述的生命体征提取系统，其特征在于，所述第一阻抗匹配单元包括：

第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端连接参考电压，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一传感器电连接，所述第一运算放大器的反相输入端通过第一电容与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一运算放大器的反相输入端还通过依次串联的第一电阻和第二电阻与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第一电阻与所述第二电阻之间的连接点通过第三电阻连接参考电压；

电压跟随器，输入端与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述电压跟随器的输出端与所述第一信号滤波单元的输入端电连接；

第一钳位二极管，设置于所述第一运算放大器的输出端与所述电压跟随器的输入端之间。

4.根据权利要求2所述的生命体征提取系统，其特征在于，所述第一信号滤波单元包括：

第一高通滤波器，输入端与所述第一阻抗匹配单元的输出端电连接；

第一低通滤波器，输入端与所述第一高通滤波器的输出端电连接；

第二高通滤波器，输入端与所述第一低通滤波器的输出端电连接。

5.根据权利要求1所述的生命体征提取系统，其特征在于，所述PPG信号采集模块包括：

第二传感器，用于采集PPG信号；

第二信号放大单元，输入端与所述第二传感器电连接；

第二模数转换单元，输入端与所述第二信号放大单元的输出端电连接，所述第二模数转换单元的输出端与所述主控模块电连接；

第二钳位二极管，设置于所述第二信号放大单元的输出端与所述第二模数转换单元的输入端之间。

6.根据权利要求1所述的生命体征提取系统，其特征在于，所述ECG信号采集模块包括：

心电电极，用于采集心电信号；

第二阻抗匹配单元，所述心电电极通过心电导联线与所述第二阻抗匹配单元的输入端电连接；

心电传感器，输入端与所述第二阻抗匹配单元的输出端电连接；

第二信号滤波单元，输入端与所述心电传感器的输出端电连接；

第三模数转换单元，输入端与所述第二信号滤波单元的输出端电连接，所述第三模数转换单元的输出端与所述主控模块电连接；

第三钳位二极管，设置于所述第二信号滤波单元的输出端与所述第三模数转换单元的输入端之间。

7.根据权利要求1所述的生命体征提取系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述BCG信号采集模块、所述PPG信号采集模块、所述ECG信号采集模块、所述主控模块及所述信号显示模块电连接。

8.根据权利要求7所述的生命体征提取系统，其特征在于，所述电源模块包括：

电池；

电池充电升压单元，输出端分别与所述电池、所述BCG信号采集模块、所述PPG信号采集模块、所述ECG信号采集模块电连接；

电压转换单元，所述电压转换单元的输入端与所述电池充电升压单元的输出端电连接，所述电压转换单元的输出端分别与所述主控模块及所述信号显示模块电连接。

9.根据权利要求1所述的生命体征提取系统，其特征在于，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述主控模块电连接。

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