CN102058400A - 一种人体基本生命体征数据的快速检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种人体基本生命体征的快速检测方法和装置，设有检测台，台面上设有手掌形凹模；被测者坐在检测台前，将手掌放入手掌形凹模内；用红外传感部件检测头部体表温度；用装在两手掌形凹模内的电极片和光电脉搏传感部件检测心电、脉搏波和血氧；用装在坐椅椅面上的压电薄膜传感部件检测呼吸；CPU中央处理器对获取的传感信号进行处理，得到头部体表温度、心电、脉搏波、血氧饱合度和呼吸数据；在手掌形凹模内装有指纹图像采集器，CPU中央处理器自动进行身份识别，利用个体化校正技术算出被测者血压，并可进行当前数据和历史趋势曲线的显示，超过标准即可发出警示信号。整个检测过程不到10秒即可完成，无需人工干预，检测过程简单、检测速度快。
Description
技术领域
本发明属一种检测装置，具体涉及一种用于人体基本生命体征的快速检测方法和装置。
背景技术
体温、脉搏、心电、呼吸、血压和动脉血氧饱和度是人体基本生命体征，它可以为判断人体的健康状况提供参考数据，了解这些数据的变化，可以了解人体生理的变化状况，对于一些特殊群体，常常需要每天对这些生命体征数据进检测，例如对飞行员来说，每天都要进行的“一问三查”就是要对每个飞行员的这些基本生命体征进行检测，这是保证飞行安全的必要条件。但是要想同时检测以上六项生命体征并非易事，一是检测步骤繁多，二是测量时间长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种检测过程简单，检测速度快的人体基本生命体征数据的快速检测方法和装置。
解决上述问题的技术方案是：
本发明方法包括下述内容：
1、设置CPU中央处理器；
2、设置检测台，台面上设有两可分别放入手掌的手掌形凹模；
3、让被测者坐在检测台前的坐椅上，将两手掌放入检测台的手掌形凹模内；
4、用装在工作台上方可对着被测者头部的红外传感部件检测被测者头部体表温度；
5、用分别装在检测台面两手掌形凹模内的两传感电极片检测被测者心电；
6、用装在检测台面手掌形凹模内指尖部位的光电脉搏传感部件检测被测者脉搏波和血氧饱合度；
7、用装在检测台前坐椅椅面上的压电薄膜传感部件检测被侧者的呼吸变化规律；
8、CPU中央处理器分别对从上述各传感部件获取的传感信号进行处理，得到被测者头部体表温度、心电、脉搏波、血氧饱合度和呼吸变化规律数据；
9、CPU中央处理器输出上述第8步得到的生命体征数据。
进一步地，还包含下述内容：
10、在用上述各传感模块获取传感信号的同时，用装在手掌形凹模内指尖部位底部的指纹图像采集器采集获取被测者的指纹信号，CPU中央处理器根据该信号对被测者的身份进行识别。
进一步地，测量心电和脉搏波的方法是采用1000赫兹以上的同步采样频率同时测量心电和脉搏波，进而算出脉搏波传导时间PWTT，并在进行个人身份识别的基础上，利用被测者个人数据库存储的数据，用个体化的校正方法，根据脉搏波传导速度计算和输出被测者的动脉血压数据。
再进一步地，在进行个人身份识别的基础上，根据所得到的被测者头部体表温度、心电、脉搏波、血氧饱合度、呼吸变化规律和血压数据以及该被测者个人数据库的历史检测结果进行当前数据和历史趋势曲线的显示。
本发明装置包括检测台、坐椅、CPU中央处理器，与CPU连接的数据输出装置，与CPU连接的光电脉搏波测量模块、心电测量模块、红外体温测量模块、呼吸测量模块，其特征在于：在所述检测台面上设有可分别嵌入两手掌的手掌形凹模；
所述的光电脉搏波测量模块设有装在手掌形凹模指尖部位的发光探头和光电接收探头，用于获取测量脉搏波和血氧的传感数据；
所述的心电测量模块设有分别装在两手掌形凹模内的电极片传感部件，用于获取测量心电的传感数据；
所述的红外体温侧量模块设有装在检测台上方支架上、并可对着人体头部的红外传感部件，用于获取测量人体头部体表温度的传感数据；
所述的呼吸测量模块设有装在坐椅椅面上的压电薄膜传感器，用于获取测量人体呼吸变化规律的传感数据。
采用本发明方法和装置，被测者只要坐在检测台前的坐椅上，将两手掌放入检测台面的手掌形凹模内，并使检测台上方的红外传感部件对着被测者头部，即可同时得到被测者的体温、脉搏、心电、呼吸、动脉血氧饱和度几种基本生命体征数据，还可在自动进行身份识别的基础上根据心电和脉搏信号计算出被测者的动脉血压，整个检测过程不到10秒即可完成，无需人工干预，具有检测过程简单、检测速度快的优点。
附图说明
图1、本发明装置实施例结构示意图
图2、本发明装置实施例电路方框示意图
图3、本发明装置实施例装在坐椅椅面上的压电薄膜结构示意图
图4、本发明装置实施例利用获取的心电信号和脉搏波信号计算脉搏波传导速度示意图
图5、本发明装置实施例检测过程流程图
具体实施方式
本例是一种用于飞行员每日一问三查的人体健康基本生命体征的快速检测方法和装置。
参见图1、图2，本例设有检测台1，检测台上设有两个可放入手掌的手掌形凹模3，检测台上设有可升降支撑架4，和与计算机连接的显示屏2，计算机设有打印输出端和网络端口，检测台前设有坐椅(图中未示出坐椅)；
本装置还设有与计算机连接的光电脉搏波测量模块、心电测量模块、红外体温侧量模块、呼吸测量模块，以及指纹识别模块和红外接近开关。
所述心电测量模块用于触摸式心电图的测量，将两接触式氯化银电极片6分别置于检测台上手掌形凹模3的手掌部位的底部，被测者将双手自然按压电极片6，即可以得到第一导联心电图。心电测量模块是由前置放大电路，陷波电路和滤波电路构成。接触式氯化银电极获得体表的心电信号滤除其他频段干扰后经过放大调理和A/D转换之后传给计算机以供数据分析。通过计算机和串口连接输出导联心电图。本例采样频率超过1000HZ，以便于后期能够精确计算脉搏波传导速度PWTT。
所述的光电脉搏波测量模块是反射式光电脉搏波血氧测量模块，设有装在手掌形凹模指尖部位底部的发光探头8和光电接收探头9(Med LinknetS0010L-S)，用于获取测量脉搏波和血氧的传感数据；
本例发光探头8和光电接收探头9在凹模指尖部位底部并列放置，拉开一定距离。检测时将手指按在探头上，发光探头8安装了两个并列放置的发光二极管(LED)，发出波长为660nm的红光和940nm的红外光。光电接收探头9有一个光电检测器，用于接收从手指动脉血管反射的红光和红外光，并转换成电信号，它所检测到的光电信号越弱，表示光信号穿透被测部位时(探头部位时)，被那里的组织、骨头和血液等吸收掉的越多。皮肤、肌肉、脂肪、静脉血、色素和骨头等对这两种光的吸收系数是恒定的，因此它们只对光电信号中的直流分量大小发生影响。但是血液中的HbO2和Hb浓度随着血液的脉动作周期性的改变，因此它们对光的吸收也在脉动地变化，由此引起光电检测器输出的信号强度随血液中的HbO2和Hb浓度比脉动地改变。如果用光吸收来表示，红光和红外光作用时，信号的变化规律大致一样，但脉动分量的幅度可能不同，设法让上述两种波长的红光和红外光轮流通过检测部位，并将这两个信号中的脉动成分分离出来，经过放大和滤波后，分别由模/数转换器转换成数字量，便可以根据下式计算出血氧饱和度：
SaO2＝K1R2+K2R+K3
此式中的K1、K2、K3是经验常数，而R是在某个很小的时间间隔上，两种光电信号的幅度变化量之比，即：
R＝ΔRED/ΔIR
光电信号的脉动规律是和心脏的搏动一致的，因此检测出信号的重复周期，还能确定出脉率。习惯上将脉搏血氧仪测得的血氧饱和度称为SpO2，以区别于用其他类型的血氧计所测得的结果。
所述的红外体温侧量模块设有装在检测台上方支架上、并可对着人体头部的红外传感部件5(型号：Optris MInisight)，用于获取测量人体头部体表温度的传感数据；一切温度高于绝对零度的物体均会依据其本身温度的高低发射一定比例的红外辐射能量。辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。人体温度在(36-37℃)放射的红外波长为9-10μm。依据此原理便能准确的测定人体额头的表面温度。红外体温测量模块将检测到的数据与计算机通过串口连接，并采用应答方式的数据传输协议，本例红外体温测量模块最高采样频率50赫兹。
所述的呼吸测量模块设有装在坐椅椅面上的压电薄膜(PVDF)传感器，用于获取测量人体呼吸变化规律的传感数据。参见图4，压电薄膜(PVDF)传感器20上下分别垫有优质硬海绵坐垫21，外表缝制有稍硬的织物面料22包裹，压电薄膜两端输出电压变化信号V0。人在安静坐时，由于呼吸的影响会在压电薄膜两端产生“动态应力”，压电薄膜因为形变而电荷变化，通过电压转换电路，可以通过监测电压变化检测压电薄膜两端的应力变化。薄膜只感受到应力的变化量，最低响应频率可达0.01Hz。呼吸测量模块通过0.2Hz到0.01Hz的带通滤波频率，可以检测到人在安静坐着时的呼吸的变化规律，计算机对输入的数据进行处理后输出被测者的呼吸变化数据。
本装置是用于飞行员每日的一问三查的，对每个被测者的检测数据都要进行存档，所以计算机设有与CPU中心处理器连接的指纹识别模块，指纹识别模块设有装在手掌形凹模内指尖部位底部的指纹图像采集器，用于将被测者的指纹信息输入到计算机，由计算机自动对被测者的身份进行识别。
在自动进行身份识别的基础上，计算机将不同被测者的检测数据以及个体化校正数据分别存储到对应的个人数据库里。
本例测量心电和脉搏波的方法是采用1000赫兹的同步采样频率同时测量心电和脉搏波，进而由CPU中央处理器算出脉搏波传导时间PWTT，并在自动进行个人身份识别的基础上，利用被测者个人数据库存储的数据，用个体化的校正方法，根据脉搏波传导速度计算和输出被测者的动脉血压数据。
通常本发明应采用不低于1000赫兹的同步采样频率采集心电和脉搏波信号，利用高精度的采样频率是为了能够准确计算脉搏波传导速度。
计算机根据心电测量模块得到的心电信号和光电脉搏波测量模块得到的脉搏波信号，即可计算出脉搏波传导速度PWTT，研究证明：在一定范围内，脉搏波传导时间PTT(pulse transit time)和动脉血压BP(bloodpressure，)之间呈线性相关，且这一关系对于某一个体来说，在一段时期内相对稳定.因此历发利用脉搏波传导速度连续测量血压变化。本系统中，PTT定义为心电信号中R波峰值与手指脉搏波峰值之间的时间间隔，参见图3，心电与脉搏波信号的同步采样时间为1ms(采样频率为1000Hz).本发明事先将个体化线性关系存储于数据库中，检测时通过指纹识别，调取对应被测者的个体化校正系数，进而根据被测者的脉搏波传导速度PWTT快速计算出被测者的血压。
为了计算被测者的血压，需要事先将每个被测者的个体化校正系数存入计算机，本装置设有系数校正系统，主要用于个体化参数的修正，针对每个被测者，间隔一定的时间，利用专用的测量血压设备，记录测量的过程，并且计算相应的校正系数，并且保存入个人数据库中。个体化校正系数的计算方法已由ZL 200510071813.0专利所揭示。
CPU中央处理器在自动进行个人身份识别的基础上，根据所得到的被测者头部体表温度、心电、脉搏波、血氧饱合度、呼吸变化规律和血压数据以及该被测者个人数据库的历史检测结果进行当前数据和历史趋势曲线的显示。CPU中央处理器在自动识别个体身份的基础上记录、存储、对比检测结果，超过标准自动发出警示信号。
本装置计算机输入端还设有红外接近开关，只要检测到有人按压到手掌形凹模里的电极，计算机就自动启动检测程序，检测到人手离开电极，本次检测结束。
图5是本系统的工作流程图。
检测时，受试者在检测台前的坐椅上就坐，双手自然按压在凹下的“手型”位置区，仪器检测到有人接受测试后，自动启动指纹图像采集器，识别受试者个人信息，并且调用该受试者以前的数据和血压校正参数，然后启动心电图、脉搏波、呼吸和体温数据的采集，计算出心电、心率(脉率)、体温、呼吸率、血氧、PWTT和血压，将监测结果存入数据库中。双手离开后，系统检测到结束信号，将数据原始文件保存到数据文件中，该受试者的数据采集结束，并将检测结果输出到液晶屏，显示本次检测结果是否在正常值范围，必要时打印输出，系统网络接口可以和数据服务器联网，实现数据共享。用户交互时可利用触摸屏和屏幕数字键盘。
本系统采用高精度的采样间隔，以便于可以利用心电信号和脉搏波信号计算出脉搏波传导速度，并利用指纹识别系统调出计算机内事先存贮的受试者脉搏传导速度和血压之间的个体化函数关系，从而准确计算受试者的平均压和收缩压舒张压等。
本系统的结果输出主要包括三个部分：
(1)当次检测结果，实时记录、显示被测者的心电、血氧、脉搏、呼吸、血压和体温。
(2)趋势列表：可以显示最近一周、两周、一个月被测者的各项指标的趋势。
(3)心率变异性分析：针对有疑问的检测者，可以回顾相应的原始心电图、体温波形，可以对心电图进行短时心率变异性分析。
本实施例不需要任何文字交互，被测者只需坐在检测台前的坐椅上，将双手放入检测台的手掌形凹模内，仅在10秒钟之内即可完成人体6项基本生命体征数据的检测，检测手续非常简单，并将本次测量结果自动地输入本人的健康数据库中，一旦这6项指标超出本人过去指标的一定范围，仪器会自动给出提示信息。
Claims (10)
1.一种人体基本生命体征数据的快速检测方法，其特征在于，包括下述内容：
(1)、设置CPU中央处理器；
(2)、设置检测台，台面上设有两可分别放入手掌的手掌形凹模；
(3)、让被测者坐在检测台前的坐椅上，将两手掌放入检测台的手掌形凹模内；
(4)、用装在工作台上方可对着被测者头部的红外传感部件检测被测者头部体表温度；
(5)、用分别装在检测台面两手掌形凹模内的两传感电极片检测被测者心电；
(6)、用装在检测台面手掌形凹模内指尖部位的光电脉搏传感部件检测被测者脉搏波和血氧饱合度；
(7)、用装在检测台前坐椅椅面上的压电薄膜传感部件检测被侧者的呼吸变化规律；
(8)、CPU中央处理器分别对从上述各传感部件获取的传感信号进行处理，得到被测者头部体表温度、心电、脉搏波、血氧饱合度和呼吸变化规律数据；
(9)、CPU中央处理器输出上述第8步得到的生命体征数据。
2.根据权利要求1所述的人体基本生命体征数据的快速检测方法，其特征在于，还包含下述内容：
(10)、用装在手掌形凹模内指尖部位底部的指纹图像采集器采集获取被测者的指纹信号，CPU中央处理器根据该信号自动对被测者的身份进行识别。
3.根据权利要求2所述的人体基本生命体征数据的快速检测方法，其特征在于，测量心电和脉搏波的方法是采用1000赫兹以上的同步采样频率同时测量心电和脉搏波，进而CPU中央处理器算出脉搏波传导时间PWTT，并在自动进行个人身份识别的基础上，利用被测者个人数据库存储的数据，用个体化的校正方法，根据脉搏波传导速度计算和输出被测者的动脉血压数据。
4.根据权利要求3所述的人体基本生命体征数据的快速检测方法，其特征在于，CPU中央处理器在自动进行个人身份识别的基础上，根据所得到的被测者头部体表温度、心电、脉搏波、血氧饱合度、呼吸变化规律和血压数据以及该被测者个人数据库的历史检测结果进行当前数据和历史趋势曲线的显示。
5.根据权利要求4所述的人体基本生命体征数据的快速检测方法，其特征在于，CPU中央处理器在自动识别个体身份的基础上记录、存储、对比检测结果，超过标准自动发出警示信号。
6.一种人体基本生命体征数据的快速检测装置，包括检测台、坐椅、CPU中央处理器，与CPU连接的数据输出装置，与CPU连接的光电脉搏波测量模块、心电测量模块、红外体温测量模块、呼吸测量模块，其特征在于：在所述检测台面上设有可分别嵌入两手掌的手掌形凹模；
所述的光电脉搏波测量模块设有装在手掌形凹模指尖部位的发光探头和光电接收探头，用于获取测量脉搏波和血氧的传感数据；
所述的心电测量模块设有分别装在两手掌形凹模内的电极片传感部件，用于获取测量心电的传感数据；
所述的红外体温侧量模块设有装在检测台上方支架上、并可对着人体头部的红外传感部件，用于获取测量人体头部体表温度的传感数据；
所述的呼吸测量模块设有装在坐椅椅面上的压电薄膜传感器，用于获取测量人体呼吸变化规律的传感数据。
7.根据权利要求6所述的人体基本生命体征数据的快速检测装置，其特征在于，所述的光电脉搏波测量模块是反射式光电脉搏波血氧测量模块，设有装在手掌形凹模指尖部位底部的发光探头和光电接收探头，发光探头和光电接收探头在凹模指尖部位底部并列放置，拉开一定距离。
8.根据权利要求6所述的人体基本生命体征数据的快速检测装置，其特征在于，所述呼吸测量模块设置的压电薄膜传感器，上下分别垫有硬海绵坐垫，外表包裹有织物面料。
9.根据权利要求6所述的人体基本生命体征数据的快速检测装置，其特征在于，所述的CPU中央处理器接有指纹识别模块，指纹识别模块设有装在手掌形凹模内指尖部位底部的指纹图像采集器。
10.根据权利要求6所述的人体基本生命体征数据的快速检测装置，其特征在于，所述的CPU中央处理器输入端接有红外接近开关。
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