WO2015188653A1 - 一种能采集多参数健康指标的手环 - Google Patents

一种能采集多参数健康指标的手环 Download PDF

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陈志�
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    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
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Abstract

一种能采集多参数健康指标的手环,包括主体(1)和腕带(2),主体(1)又包括壳体(11)和设置在壳体(11)内的显示屏(12)、电源(13)、时钟部件(17)和主控系统,主控系统包括主印制板(141)和设置在主印制板(141)上的微处理器(142)、存储器(143)、模拟信号处理芯片(144)和蓝牙传输装置(145),在主印制板(141)上还设置了红外温度传感器(15)、报警装置(18)、计步用重力加速度传感器(16)和充电接口;在腕带(2)上设置了柔性连接线缆(21)、测量印制板(22)和集成在测量印制板(22)上的体表温度传感器(23)、光敏传感器(24)和光源(25),并在腕带(2)上设置了张紧装置(26);手环小巧轻便,佩戴和使用方便,并能够在掌心侧的手腕处的内关穴附近采集人体参数,由于该手腕处的血管丰富,脉博明显,从而所采集的人体参数具有较高的准确度。

Description

一种能采集多参数健康指标的手环 技术领域
本发明涉及一种可穿戴式多参数健康指标采集医疗器械,具体涉及一种戴在手腕上采集多参数健康指标的手环,属于医疗电子技术领域。
背景技术
随着科学技术的进步和人类生活水平的提高,人们对健康的重视程度已越来越高,常规体检和治未病已得到了人们的广泛认可,但由于现代社会人们的工作和生活节奏加快,人们忙于工作和其它事务,加之现今医院中的医疗资源较为紧缺,人们便难以经常去医院进行常态化的健康监测,况且医院的医疗检测设备通常体积大、价格贵、操作流程繁琐且难以携带,并不适合家庭和个人购置,在缺乏常态化、快捷化健康检测手段的环境中,人们不便于及时发现身体健康指标的早期变化,不利于及早实施纠正和预防方案,为日后酿成大病埋下了隐患。如何方便快捷的常态化监测个人的生理健康指标,已成为当今人们的迫切需要,为此可穿戴式多参数健康指标采集医疗器械便应运而生,如中国专利CN202600374U公开了一种测脉搏型的健康手表,但是其功能单一,仅能测量人体的脉博;中国专利CN102866619A公开了一种多功能手表,可实时监测佩带者的血压和心脏状况,当佩戴者血压升高或心动过速,蜂鸣器就响起不同的音乐,提醒佩带者不要情绪激动、注意身体健康,但其缺乏对血氧、体温等重要健康指标的监测。中国专利CN201519143U公开了一种便携式一体化多参数生理检测仪方法及结构,其中的多个检测部件均设置在检测盒中,其与不同人体之间的接触性和匹配性不好。中国专利CN103720461A公开了一种可穿戴式多参数生理指标采集器,将所有的测量元器件都设置在了外壳内,可采集人体脉搏、血氧饱和度、体温和心电图,其采用的技术和结构只适合在手背侧的手腕上面的外关穴附近进行测量,而手腕上面的血管并不丰富,脉博也十分微弱,导致其测得的数据误差较大,很不准确,不能满足人们对健康指标采集和显示准确度的要求。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足,本发明提出一种能采集多参数健康指标的手环,它包括主体和腕带,其主体又包括壳体和设置在壳体内的显示屏、电源、时钟部件和主控系统,其主控系统包括主印制板和设置在主印制板上的微处理器、存储器、模拟信号处理芯片和 蓝牙传输装置,在主印制板上还设置了红外温度传感器、报警装置、计步用重力加速度传感器和充电接口;在腕带上设置了柔性连接线缆、测量印制板和集成在测量印制板上的体表温度传感器、光敏传感器和光源,并在腕带上设置了张紧装置,本发明小巧轻便,佩戴和使用方便,能准确监测多种健康参数,并在位于掌心侧的手腕下面的内关穴附近采集人体参数,手腕下面的血管丰富,脉博明显,从而大大提升了本发明测取数据的准确度。
本发明解决其技术问题,所采用的技术方案是:一种能采集多参数健康指标的手环,包括主体和腕带,其主体又包括壳体和设置在壳体内的显示屏、电源、时钟部件和主控系统,其结构特点为:主控系统包括主印制板和设置在主印制板上的微处理器、存储器和模拟信号处理芯片,在主印制板上还设置了红外温度传感器;在腕带上设置了柔性连接线缆、测量印制板和设置在测量印制板上的体表温度传感器、光敏传感器和光源,主体位于手环的上部,测量印制板位于手环的下部,测量印制板上的电子元器件通过腕带上的柔性连接线缆从主体获取电能和指令,并将测得的数据通过柔性连接线缆传输给主控系统,测量印制板上的光敏传感器将接收到的反射光信号转换为电信号,经过模拟信号处理芯片进行信号放大、信号滤波和信号模数变换处理后传输给微处理器。
上述采集多参数健康指标的手环,在主体内还设置有蓝牙传输装置,主体通过所述蓝牙传输装置而与外部设备进行无线连接。
上述采集多参数健康指标的手环,在主体的上方,对应红外温度传感器的位置开设了红外线的接收窗口。
上述采集多参数健康指标的手环,其测量印制板上的光敏传感器、体表温度传感器和光源均位于腕带的内侧,并在其腕带内侧的相应位置开设了采集窗,在腕带内侧安装体表温度传感器的位置还设置有金属导热材质,并通过该金属导热材质而让温度传感器的测量探头感知手腕下面的皮肤温度;光源通过腕带内侧的采集窗向手腕下面的皮肤发送光信号,光敏传感器也通过腕带内侧的采集窗接收手腕下面的皮肤反射回的光信号。
上述采集多参数健康指标的手环,其所述光源为发射红光和红外光双色LED光源,其向手腕下面的皮肤发射红色普通可见光和红外不可见光,其手腕下面的皮肤反射回的可见光和不可见光信号均被光敏传感器所接收。
上述采集多参数健康指标的手环,所述柔性连接线缆为扁平电缆或柔性电路板。
上述采集多参数健康指标的手环,主控系统中的微处理器和存储器通过蓝牙传输装置与手持移动终端进行双向数据传输,主控系统和手持移动终端匹配相同的传输协议,手持移动终端通过蓝牙传输装置向主控系统发送控制指令,主控系统也通过蓝牙传输装置向手持移动终端发送数据信息,并通过手持移动终端的APP系统而显示在手持移动终端的界面上。
上述采集多参数健康指标的手环,在主体的主印制板上,还设置了计步用重力加速度传感器,所述重力加速度传感器与微处理器电连接。
上述采集多参数健康指标的手环,在主体的主印制板上,还设置了报警装置、所述报警装置与微处理器电连接。
上述采集多参数健康指标的手环,在主体上还为主体内的电源设置了充电接口。
上述采集多参数健康指标的手环,在腕带上还设置了张紧装置。
上述采集多参数健康指标的手环,在测量印制板上共设置了一个光源和多个光敏传感器,经光源发射后从手腕下面的皮肤反射回的光信号被多个光敏传感器所接收,将多个光敏传感器所接收到的光信号进行叠加后作为微处理器的原始输入值。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明提出的能采集多参数健康指标的手环,将包含微处理器、存储器和模拟信号处理芯片的主控系统设置在了主体内,其主体位于手环的上部,在戴带后即位于人体手背侧的手腕上面的外关穴附近;将装配有体表温度传感器、光敏传感器和光源等测量部件的测量印制板设置在了腕带上,测量印制板位于手环的下部,在戴带后即位于人体掌心侧的手腕下面的内关穴附近;测量印制板和主控系统通过设置在腕带上的柔性连接线缆进行电连接,由于人体手腕下面的血管丰富,脉博明显,此处反映的健康信息较为丰富,在此处采集人体信息,与现有技术在手腕上面采集信息相比,在手腕下面采集健康参数能大大提升测取数据的准确度。
在主体内设置时钟部件的有益效果是可以使该手环兼具手表的功能,设置显示屏的有益效果是能将测得的数据以可读取的方式进行直观显示,设置电源和充电接口的有益效果是为各电子元器件提供电能;在主控系统中设置微处理器的有益效果是通过微处理器进行各相关运算和转换,以将电子元器件测得的电信号准确的转换为人们可读取和识别的健康指标值,设置存储器的有益效果是在存储器内固设运算软件和传输协议,以便为微处理器的运算提供规则和方法,同时还在存储器内保存每次的测量值,以便用户查询、对比和追溯。在主控系统中设置模拟信号处理芯片的有益效果是为了对传感器传回的电信号进行信号放大、信号滤波和信号模数变换,识别和放大信号中的有效信息,去除信号中的杂质和无效信息,再将净化过滤后的有效信息发送给微处理器,以提高信息的准确性进而提升测量值的准确度;在主控系统中设置红外温度传感器的有益效果是通过红外温度传感器可以以不接触的方式采集和测得人体的体温,一般是在3-5厘米的距离外测量,通常用于测量人体的额头温度,其测量方便,举手即可完成,而且测量时间短。在主控系统中设置蓝牙传输装置的有益效果是可以实现主控系统与手机或平板电脑等手持移动终端进行双向数据传输,将主控系统和手持移动终端匹配相同的传输协议,手持移动终端通过蓝牙传输装置 向主控系统发送控制指令,主控系统也通过蓝牙传输装置向手持移动终端发送数据信息,并通过手持移动终端的APP系统而显示在手持移动终端的界面上。
在腕带上设置柔性连接线缆是为了方便测量印制板和主体之间的连接,柔性连接线缆可随腕带而任意弯折,其连接可靠且寿命长,通常的柔性连接线缆包括柔性印制板或扁平电缆。在腕带上布设测量印制板并在测量印制板上设置体表温度传感器是为了采集人体的体表温度,如将手环戴在手腕上,体表温度传感器的测量探头透过腕带内侧的采集窗直接与手腕下面的皮肤接触,或者在腕带内侧安装体表温度传感器的位置设置金属导热材质,并通过该金属导热材质而让温度传感器的测量探头与手腕下面的皮肤间接接触,采集手腕下面皮肤的温度;如将其腕带夹在腋下则可采集人体腋窝部位的温度,其使用方便,采集快捷,通常只需几秒钟即可测得所接触部位的体表温度值。在腕带上设置光源和光敏传感器是利用光反射的原理来测定心率和血氧饱和度,本发明的光源采用发射红光和红外光的双色LED光源,其向手腕下面的皮肤发射红色普通可见光和红外不可见光,光敏传感器接收皮肤反射回的可见光和不可见信号,并将该光信号转变为电信号,经过模拟信号处理芯片将电信号中的杂质过滤掉以后再发送给微处理器,微处理器按照存储器中固设的算法经过计算后即可将得到心率和血氧饱和度的具体值。
本发明在主体上对应红外温度传感器的位置开设了红外线的接收窗口,其有益效果是透过该窗口发送和接收反射回的红外线,以测定人体指定部位的红外温度。
设置一个光源和多个光敏传感器,将多个光敏传感器所接收到的光信号进行叠加后作为微处理器的原始输入值。是为了对反射回来的光进行更丰富的接收,通常情况下,一个光敏传感器所能接受的反射光较为有限,根据其值计算得出的参数往往不够准确,现有技术多是采用多个光源和一个光敏传感器来修正光敏传感器对反射光的接收值,但光源的体积较大,且能耗较多,而且这种方式的准确度也欠佳。
在主体中设置计步用重力加速传感器是为了增加本发明的功能,使其能够在用户散步或跑步的过程中记录其行经的步数,并根据其步长计算得出所行经的距离及体内热量消耗。
在主体中设置了报警装置,当测得值与存储器内预设的标准值相比,已超出健康指标参数的范围时,报警装置便发出警报,提醒用户注意健康并采取相应的措施。
在主体的主印制板上设置充电接口,是当采用充电电池作为电源的时候,方便通过该充电接口对壳体内的电源进行充电。
在腕带上设置了张紧装置,其有益效果是根据不同用户的手腕粗细可以调整腕带的长度以及腕带对手腕部位的压紧力,为了使其测量更加准确,需要在带上手环后,使腕带,尤其是腕带处的测量印制板对手腕部位有一定的接触压力,通过该张紧装置而能将其接触压 力调至合适的范围内。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方案作详细说明。
图1是本发明的结构图。
图2是本发明主体的基本结构示意图。
图3是本发明在腕带内侧布置柔性连接线缆及测量印制板的结构示意图。
图4是本发明佩戴在人手腕上的示意图。
图中:1为主体、2为腕带;11为壳体、12为显示屏、13为电源、15为红外温度传感器、16为计步用重力加速度传感器、17为时钟部件、18为报警装置;141为主印制板、142为微处理器、143为存储器、144为模拟信号处理芯片、145为蓝牙传输装置;21为柔性连接线缆、22为测量印制板、23为体表温度传感器、24为光敏传感器、25为光源、26为腕带的张紧装置
A为主体上开设的红外线的接收窗口、B为腕带内侧上开设的采集窗、C为设置在腕带内侧的金属导热材质、E为人手腕上面的外关穴、F为人手腕下面的内关穴
具体实施方案
如图1至图3所示,本发明的第一种具体实施方式是,一种能采集多参数健康指标的手环,包括主体1和腕带2,其主体1又包括壳体11和设置在壳体11内的显示屏12、电源13、时钟部件17和主控系统,主控系统包括主印制板141和设置在主印制板141上的微处理器142、存储器143、模拟信号处理芯片144和蓝牙传输装置145,在主印制板141上还设置了红外温度传感器15、计步用重力加速度传感器16、报警装置18,另外在主体1上还为电源13设置了充电接口(图中未示出),以方便通过该充电接口对壳体11内的电源13进行充电,当然,如果电源13采用一次性钮扣电池时,便不需该充电接口,电能耗尽只需更换电池即可。其主印制板141上设置的各元器件均与微处理器142电连接,在存储器143内固设了心率、血氧饱和度运算软件、红外体温运算软件、步行距离及热量消耗运算软件、以及与手持移动终端之间的传输协议,手持移动终端采用智能手机或平板电脑,主控系统中的微处理器142和存储器143通过蓝牙传输装置145按照共同的协议与手持移动终端进行双向数据传输,手持移动终端通过蓝牙传输装置145向主控系统发送控制指令,如可使用手机通过蓝牙传输装置145向手环主体1发送每半小时定时采集一次人体健康数据的指令,主控系统也通过蓝牙传输装置145向手持移动终端发送数据信息,并通过手持移动终端的APP系统而显示在手持移动终端的界面上。
红外温度传感器15设置在主体1内的显示屏12的下方,并在主体1上对应红外温度传感器15的位置开设了红外线的接收窗口A,以透过该窗口A发送和接收反射回的红外线,以测定人体指定部位的红外温度,如通过红外温度传感器15以不接触的方式采集和测量人体的额头温度,在使用本实施方式的手环时,在距被测部位3-5厘米的距离处停留2至5秒钟,即可测得被测部位的准确温度,其测量方便,举手即可完成。
在腕带2上设置了柔性连接线缆21、柔性连接线缆21可随腕带21而任意弯折,在本实施方式中,柔性连接线缆21采用了柔性电路板,当然其也可以采用扁平电缆代替。在腕带2上还设置了测量印制板22,在测量印制板22上还设置了体表温度传感器23、光敏传感器24和光源25,在本实施方式中,其光源25采用发射红光和红外光双色LED光源,并均设置在腕带2的内侧,同时在其腕带2内侧的相应位置开设了采集窗B,光源25通过采集窗B向手腕下面的皮肤发送光信号,光敏传感器24也通过采集窗B接收手腕下面的皮肤反射回的光信号,本实施方式的采集窗B采用透光玻璃构成。在本实施方式中,在测量印制板22上共设置了一个光源25和两个光敏传感器24,当然如果只设置一个光敏传感器24也可实现数据采集和测量功能,但其误差值较大。
本实施方式还在腕带内侧安装体表温度传感器23的位置设置有金属导热材质C,通过金属导热材质C而让温度传感器23的测量探头与手腕下面的皮肤间接接触,以采集手腕下面皮肤的温度,当然体表温度传感器23的测量探头也可以直接与手腕下面的皮肤接触,但这样不利于保护探头,也易引起皮肤过敏。如果将腕带2设置有温度传感器23的部位夹在腋下则可采集人体腋窝部位的温度,其使用方便,采集快捷,通常只需5至10秒钟即可测得所接触部位的体表温度值。
测量印制板22位于手环的下部,在戴带后即位于人体掌心侧的手腕下面的内关穴F附近;主体1位于手环的上部,在戴带后即位于人体手背侧的手腕上面的外关穴E附近,测量印制板22上的电子元器件通过腕带上的柔性连接线缆21从主体1获取电能和指令,并将测得的数据通过柔性连接线缆21传输给主控系统,光源25向手腕下面的皮肤发射红色普通可见光和红外不可见光,其手腕下面的皮肤反射回的可见光和不可见光信号均被两个光敏传感器24所接收,两个光敏传感器24将所接收到的反射光信号分别转换为电信号后,再将两个光敏传感器24转换得到的电信号一起叠加合并后传送给模拟信号处理芯片144进行信号放大、整流滤波和信号模数变换,识别和放大信号中的有效信息,去除信号中的杂质和无效信息,再将净化过滤后的有效信息发送给微处理器142,由微处理器142根据存储器143内已固设好的心率、血氧饱和度运算软件所给定的运算方法,将此输入的电信号计算转换为标准格式的心率和血氧饱和度指标,并输出给显示屏12以及手持移动终端设备。
为了使其测量更加准确,需要在带上手环后,使腕带2,尤其是腕带2处的测量印制板22对手腕部位有一定的接触压力,为此本实施方式还在腕带2上设置了张紧装置26,其张紧装置26采用一个插销配多个扣眼的可调节方式,根据佩戴者手腕粗细的不同,由用户手动自行调整腕带的张紧度,通过该张紧装置26能将其接触压力调整至合适的范围内,当然张紧装置26还可以采用弹性材料制成,弹性材料能根据不同用户的手腕粗细自动调整腕带的长度以及腕带对手腕部位的压紧力。
本实施方式在主体1的主印制板141上设置了计步用重力加速度传感器16,从而进一步增加了本实施方式的参数采集范围,丰富了产品的功能,使其能够在用户散步或跑步的过程中记录其行经的步数,依据用户的步长由微处理器142根据存储器143内已固设好的步行距离及热量消耗运算软件计算得出所行经的距离及用户为此消耗的热量。
本实施方式在主体1的主印制板141上还设置了报警装置18,当各项测得值与存储器143内预设的标准值相比,已超出健康指标参数的范围时,微处理器142便指令报警装置18发出警报,提醒用户注意健康并采取相应的措施。
本实施方式将包含有微处理器142、存储器143、模拟信号处理芯片144和蓝牙传输装置145的主控系统设置在了主体1内,又将主体1设置在手环的上部,在戴带后即位于人体手背侧的手腕上面的外关穴E附近;将装配有体表温度传感器23、光敏传感器24和光源25等测量部件的测量印制板22设置在了腕带2上,并将测量印制板22设置在手环的下部,在戴带后即位于人体掌心侧的手腕下面的内关穴F附近;测量印制板22和主控系统通过设置在腕带上的柔性连接线缆21进行电连接,由于人体手腕下面的血管丰富,脉博明显,此处反映的健康信息较为丰富,在此处采集人体健康参数,能大大提升测取数据的准确度。

Claims (10)

  1. 一种能采集多参数健康指标的手环,包括主体和腕带,其主体又包括壳体和设置在壳体内的显示屏、电源、时钟部件和主控系统,其特征在于:主控系统包括主印制板和设置在主印制板上的微处理器、存储器和模拟信号处理芯片,在主印制板上还设置了红外温度传感器;在腕带上设置了柔性连接线缆、测量印制板和设置在测量印制板上的体表温度传感器、光敏传感器和光源,主体位于手环的上部,测量印制板位于手环的下部,测量印制板上的电子元器件通过腕带上的柔性连接线缆从主体获取电能和指令,并将测得的数据通过柔性连接线缆传输给主控系统,测量印制板上的光敏传感器将接收到的反射光信号转换为电信号,经过模拟信号处理芯片处理后传输给微处理器。
  2. 根据权利要求1所述的一种手环,其特征在于:在主体内还设置有蓝牙传输装置,主体通过所述蓝牙传输装置而与外部设备进行无线连接。
  3. 根据权利要求1或2所述的一种手环,其特征在于:在主体的上方,对应红外温度传感器的位置开设了红外线的接收窗口。
  4. 根据权利要求1所述的一种手环,其特征在于:测量印制板上的光敏传感器、体表温度传感器和光源均位于腕带的内侧,并在其腕带内侧的相应位置开设了采集窗,在腕带内侧安装体表温度传感器的位置还设置有金属导热材质,并通过该金属导热材质而让温度传感器的测量探头感知手腕下面的皮肤温度;光源通过腕带内侧的采集窗向手腕下面的皮肤发送光信号,光敏传感器也通过腕带内侧的采集窗接收手腕下面的皮肤反射回的光信号。
  5. 根据权利要求1或4所述的一种手环,其特征在于:所述光源为发射红光和红外光双色LED光源,其向手腕下面的皮肤发射红色普通可见光和红外不可见光,其手腕下面的皮肤反射回的可见光和不可见光信号均被光敏传感器所接收。
  6. 根据权利要求1或2所述的一种手环,其特征在于:所述柔性连接线缆为扁平电缆或柔性电路板。
  7. 根据权利要求2所述的一种手环,其特征在于:主控系统中的微处理器和存储器通过蓝牙传输装置与手持移动终端进行双向数据传输,手持移动终端通过蓝牙传输装置向主控系统发送控制指令;主控系统也通过蓝牙传输装置向手持移动终端发送数据信息,并通过手持移动终端的APP系统而显示在手持移动终端的界面上。
  8. 根据权利要求1或2所述的一种手环,其特征在于:在主体的主印制板上,还设置了计步用重力加速度传感器,所述重力加速度传感器与微处理器电连接。
  9. 根据权利要求1或2所述的一种手环,其特征在于:在主体的主印制板上,还设置了报警装置、所述报警装置与微处理器电连接。
  10. 根据权利要求1或2所述的一种手环,其特征在于:在腕带上还设置了张紧装置。
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