CN105286823B - 穿戴式自供电多生理参数监测装置及监测方法 - Google Patents
穿戴式自供电多生理参数监测装置及监测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105286823B CN105286823B CN201510670015.3A CN201510670015A CN105286823B CN 105286823 B CN105286823 B CN 105286823B CN 201510670015 A CN201510670015 A CN 201510670015A CN 105286823 B CN105286823 B CN 105286823B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wristband
- belt
- monitoring device
- piezoelectric film
- measurement unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims abstract description 44
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 23
- 206010041235 Snoring Diseases 0.000 claims abstract description 21
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 53
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 53
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 43
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 18
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 9
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 9
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 claims description 8
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 abstract description 26
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004171 remote diagnosis Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 11
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 9
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 description 7
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 230000004872 arterial blood pressure Effects 0.000 description 2
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000000004 hemodynamic effect Effects 0.000 description 2
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 2
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 208000028399 Critical Illness Diseases 0.000 description 1
- 201000004624 Dermatitis Diseases 0.000 description 1
- 208000005189 Embolism Diseases 0.000 description 1
- 208000032843 Hemorrhage Diseases 0.000 description 1
- 206010042434 Sudden death Diseases 0.000 description 1
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 1
- 210000000683 abdominal cavity Anatomy 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 210000000709 aorta Anatomy 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002555 auscultation Methods 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 208000034158 bleeding Diseases 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 210000002302 brachial artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 210000000748 cardiovascular system Anatomy 0.000 description 1
- 238000003759 clinical diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 description 1
- 230000036737 immune function Effects 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000006996 mental state Effects 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 210000003928 nasal cavity Anatomy 0.000 description 1
- 230000000955 neuroendocrine Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000001766 physiological effect Effects 0.000 description 1
- 238000004393 prognosis Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 210000002321 radial artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000036387 respiratory rate Effects 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 201000002859 sleep apnea Diseases 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Abstract
本发明涉及一种穿戴式自供电多生理参数监测装置及监测方法,装置是由腰带测量单元、腕带测量单元和智能手机组成,监测人体呼吸、鼾声和脉搏信号,将其转换成数字信号后以无线形式传输到智能手机、存储、数据处理、显示和远程诊断。实现了脉搏、呼吸和血压等生理参数的实时接收和显示及睡眠状况的记录;在使用压力袖带条件下,连续无压迫对脉搏、呼吸和血压这三个生理参数动态测量。令使用者实时了解自己的脉搏、呼吸、血压等生理参数。监测装置轻便、佩戴舒适,具有成本低、易生产、监测准确的特点,同时,发电模块及充电电路的设计大大提升了监测装置的续航能力,提供了既适用于医院也适用于个人长时间使用的穿戴式生理参数监测记录装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种多生理参数监测装置,尤其是自供电的多生理参数监测装置及监测方法,即可自身监测脉搏、呼吸、血压和鼾声,亦可将波形及生理参数发送给医院/医生进行远程诊断。
背景技术
脉搏、呼吸和血压是人体重要的生命体征,其呈现的强度、形态以及速率等信息,能够显示一个人的生理、精神状态以及体力水平等健康方面的综合信息。研究显示,长期的低质量睡眠会导致神经内分泌的应激调控系统被激活并逐渐衰竭而发生调节紊乱、机体的各类代谢产物不能及时排出体外、免疫功能明显降低和疲乏无力等,不仅会影响正常工作学习,严重时会造成全身多系统,多器官渐进性危害,甚至猝死。由此,对人体脉搏、呼吸、血压和鼾声的监测十分重要。通过对人体脉搏、呼吸、血压和鼾声的监测,可以及时发现并预防呼吸道、肺部以及心血管等部位的病变,对人体健康异常如对睡眠呼吸暂停综合症、动脉硬化、高血压和细血管疾病有一定的监测预警作用,是临床上诊断疾病、观察治疗效果及进行预后判断的重要依据。另外,呼吸和脉搏跳动监测是运动监测和睡眠深度监测的一种有效方法。
传统对人体脉搏监测的研究主要有:中医诊脉和手指光电投射式监测。中医诊脉存在人为因素,具有不确定性,需医务人员长期训练实践,而光电透射式限制了人手指自由活动。
传统对人体呼吸信号的主要监测方法有:通过监测人体呼吸气流引起鼻腔周边温度变化实现对人体呼吸信号的监测;利用体表阻抗与肺容积之间存在着一定的对应关系定量地测量呼吸的阻抗式呼吸监测法;由心电信号提取呼吸信号。目前也有应用平面结构的压电薄膜来监测人体呼吸的研究。然而,口鼻气流监测法存在佩带不方便的弊端;阻抗式呼吸监测不仅对电极要求较高,还会因心动血流干扰引起检测值不易确定问题;心电电极长时间佩戴会引起患者皮肤过敏;平面结构的压电薄膜测呼吸,信号掺杂噪音,幅度值不明显,效果并不理想。
传统人体血压测量分为直接测量法和间接测量法。直接测量法,又称为动脉插管法,是将连接特有压力传感器的导管直接插入大动脉或心脏检测血压信号来获得血压值。该方法得到的结果最为准确,但是这种方法需要长时间准备,有一定创伤,且增加了许多例如感染、出血、血栓及栓塞等并发症发生的危险,因此该方法应用并不广泛,仅适用于危重病人的抢救和大手术病人。间接测量法,常采用相关特征信号进行分析而获得血压值,如通过血流来反映血压,即临床上所说的无创动脉血压测量。无创血压测量的方法主要有听诊法,示波法,动脉张力法和容积补偿法等。其中,市面上最常见的是基于示波法的血压计。但该类血压计常常使用充气袖带,会产生不舒适感,充气压力给被测者带来的刺激也会影响血压测量结果,且由于充气时间的影响,不能实现血压的连续无压迫测量。
传统对人体鼾声的监测主要是利用呼吸机或麦克风,它是睡眠监测的一部分。但呼吸机体积大、费用高且操作复杂,不适于推广普及;而麦克风设备主要靠音频信号识别,信号容易受到干扰,不易判断打鼾的机理。
CN104000567公开了“一种便携式多点脉搏监测系统”。该系统将没有添加弹簧或弹性衬底的压电薄膜直接作为脉搏传感器,同时测量一个区域的多点脉搏。没有添加弹簧或弹性衬底的压电薄膜传感器灵敏度不高,同时将多个传感器集中于同一区域且不加以处理,得到的信号会互相干扰,影响使用效果。
CN102100558公开了“一种无线呼吸监测装置”。该系统将没有添加弹簧或弹性衬底的压电薄膜直接作为呼吸传感器,利用呼吸描记法来获得人体呼吸信号。同样没有添加弹簧或弹性衬底的压电薄膜传感器灵敏度不高。
CN1698536公开了“一种采用自动补偿的无袖带式连续血压测量方法”。该方法通过测量与被测者的脉搏波相关的特征量,确定对所述特征量有影响的第一因素参量;确定因被测者的生理活动变化而对被测者的血压造成影响的第二因素参量;基于所述特征量,利用所述第一和第二因素参量作为补偿量,确定被测者的动脉血压。该方法要对各种因素的变化而造成的血压测量误差进行补偿,但也无法实现对被测者血压的连续逐拍测量,并且校正过程繁琐,准确度也不高。
CN104173036公开了“一种脉搏波采集装置、无创血压连续逐拍测量系统及方法”。该系统采用了血流动力检测分析仪通过无线方式与脉搏波采集装置相连通,获取脉搏波采集装置采集到的肱动脉脉搏波信号和桡动脉脉搏波信号进行计算分析,进行连续逐拍无创血压测量。该方法解决了现有技术中无创血压测量设备和方法测量操作繁琐的缺点,但是设计的系统中的分析仪器血流动力检测分析仪体积庞大不便于携带。
CN104739413公开了“一种鼾声检测方法及系统”。该鼾声监测系统,在呼吸机的出气口处持续检测呼吸信号;根据持续检测到的所述呼吸信号的振动幅度值获得呼吸振动阈值;在最近一次检测到的所述呼吸信号的振动幅度值大于所述呼吸振动阈值时,认定所述最近一次检测到的呼吸信号所对应的呼吸发生了鼾声。这种方法离不开呼吸机设备,体积巨大,不适合家庭监测使用。
穿戴式参数监测系统是将生命特征信息监测技术和人们日常穿戴的衣物相融合,使其在自然状态下实现生命特征信息的获取,其是一种安全的低生理负担的监测技术。中国专利201520257378X提供了“一种无线呼吸、脉搏监测装置”。采用具有特殊结构弹性底座的压电薄膜传感器和柔性电路,提高了传感器的灵敏度和便捷性,装置可无线传输、可远程访问、具有异常信号报警功能,可用于呼吸睡眠暂停综合症的监测、运动监测和睡眠深度等的监测。但是为了实现体积小,重量轻,便于携带等要求而牺牲了电池的容量,不能实现长时间地使用,不利于日常监测。
因此,为满足佩戴者的日常和医用监护需要,需要研发一种便于携带且测量准确的脉搏、呼吸、血压和鼾声监测装置,其不仅具有高电池容量和低功耗,还应具备一种自发电模块有效提升穿戴式监测装置的续航能力。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足提供一种穿戴式自供电多生理参数监测装置;
本发明的另一目的是提供一种穿戴式自供电多生理参数监测装置监测人体生理参数的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的,结合附图说明如下:
穿戴式自供电多生理参数监测装置,由腰带测量单元1、腕带测量单元2和智能手机3组成,所述腰带测量单元1和腕带测量单元2分别系于人体腰部、胸部和手腕处,用于监测人体呼吸、鼾声和脉搏信号,将其转换成数字信号后以无线形式传输到智能手机3接收、存储、数据处理、显示和远程输出;
所述腰带测量单元1和腕带测量单元2内均设有腰带发电模块和腕带发电模块,为腰带测量单元1和腕带测量单元2供电;
其中,所述的腰带发电模块是由一组以上腰带PVDF压电薄膜传感器7组成,腰带PVDF压电薄膜传感器7以导电织物总成a8和导电织物总成b9作为引线并联连接,腰带头发电模块通过充电电路27给电池模块28供电;
所述的腕带发电模块是由一片以上PVDF薄膜13组成,每片PVDF薄膜13一端嵌入腕带头11橡胶壳体内的空槽20中固定,另一端悬挂质量块12,PVDF薄膜13并联连接,腕带头发电模块通过充电电路27给电池模块28供电。
所述腰带测量单元1包括腰带10和固定在其端部的腰带头5;腰带头5为橡胶壳体,其上设有卡扣和腰带工作开关4,橡胶壳体内封装有信号处理电路26、充电电路27和电池模块28;腰带10上设有单组腰带PVDF压电薄膜传感器7、导电织物总成a8、导电织物总成b9和腰带发电模块;单组腰带PVDF压电薄膜传感器7通过引线与信号处理电路26的输入端相连。
所述腕带测量单元2包括腕带15和固定在其端部的腕带头11;所述腕带头11为橡胶壳体,其上设有卡扣、模块工作指示灯17、腕带工作开关18和模块电量指示灯19,橡胶壳体内封装有信号处理电路26、充电电路27、电池模块28和腕带发电模块;腕带15外侧套有腕带松紧调节环14,两组腕带PVDF压电薄膜传感器16平行封装在腕带松紧调节环14内,并通过引线与信号处理电路26的输入端相连。
所述信号处理电路26采用柔性电路板,是由电荷放大单元经电压放大单元、低通滤波单元、电压抬升电路、A/D转换和微控制器与蓝牙模块连接构成。
所述腰带PVDF压电膜传感器7由具有双面弓结构的弹性底座和贴于弹性底座两侧与其并联的两片PVDF压电薄膜a21组成,双面弓形结构的弹性底座由两个拱形塑料22和夹在其中的海绵23构成。
所述腕带PVDF压电膜传感器16由具有中空拱形薄壁结构的弹性底座24和紧贴于其内侧的PVDF的压电薄膜b25构成。
穿戴式自供电多生理参数监测装置监测人体生理参数的方法,包括以下步骤:
a、将腰带测量单元1和腕带测量单元2置于被监测者的身上;
b、驱动蓝牙建立连接;
c、接收数据;
d、数据存储;
e、计算审理参数;
f、显示波形及生理参数,是否远程连接?是;
g、远程连接;
h、发送数据,发送完成;
i、接收远程诊断信息并显示;
j、退出。
有益效果:提供了以智能手机为平台的监护装置,实现了脉搏、呼吸和血压等生理参数的实时接收和显示及睡眠状况的记录;通过智能手机对使用者的实时运动状态自动识别、分类存储、信号波形显示、异常生理信号识别以及远程连接。在不需要使用压力袖带的条件下,连续无压迫地实现了对脉搏、呼吸和血压这三个重要生理参数的动态测量及记录。令使用者实时了解自己的脉搏、呼吸、血压等生理参数。监测装置轻便、佩戴舒适,具有成本低、易生产、监测准确的特点,同时,发电模块及充电电路的设计大大提升了监测装置的续航能力,提供了既适用于医院也适用于个人长时间使用的穿戴式生理参数监测记录装置。
附图说明
图1为穿戴式自供电多生理参数监测装置及通讯示意图;
图2为图1中腰带测量单元结构图;
图3为图1中腕带测量单元使用状态图;
图4为图1中腕带测量单元结构图;
图5为图2中腰带测量单元中PVDF压电薄膜传感器的结构图;
图6为图3中腕带测量单元中PVDF压电薄膜传感器的结构图;
图7为穿戴式自供电多生理参数监测装置的信号处理电路流程图;
图8为图7中信号处理电路中电荷放大单元的电路图;
图9为图7中信号处理电路中电压放大单元的电路图;
图10为图7中信号处理电路中低通滤波单元的电路图;
图11为图7中信号处理电路中电压抬升单元的电路图;
图12为穿戴式自供电多生理参数监测装置的充电电路流程图;
图13为利用TP4056锂电池冲电芯片存储电能的电路图;
图14为穿戴式自供电多生理参数监测装置的状态识别算法决策流程图;
图15为穿戴式自供电多生理参数监测装置的电量显示电路图;
图16为穿戴式自供电多生理参数监测装置监测人体生理参数流程图。
图中,1.腰带测量单元 2.腕带测量单元 3.智能手机 4.腰带工作开关 5.腰带头6.腰带松紧调节环 7.腰带PVDF压电薄膜传感器 8.导电织物总成a 9.导电织物总成b 10.腰带 11.腕带头 12.质量块 13.PVDF薄膜 14.腕带松紧调节环 15.腕带 16.腕带PVDF压电薄膜传感器 17.模块工作指示灯 18.腕带工作开关 19.模块电量指示灯 20.空槽21.PVDF压电薄膜a 22.拱形塑料 23.海绵 24.中空拱形薄壁结构的弹性底座 25.PVDF压电薄膜b 26.信号处理电路 27.充电电路 28.电池模块 29.蓝牙模块
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明,但本发明并不局限于此:
如图1所示,穿戴式自供电多生理参数监测装置由腰带测量单元1、腕带测量单元2和智能手机3组成。
腰带测量单元1将多组具有“双面弓型”弹簧结构作为弹性衬底的腰带PVDF压电薄膜传感器7并联搭载在腰带10上,利用压电原理,捕捉人体在清醒时呼吸、睡眠时打鼾等状态下胸部和腹部的形变,获得人体呼吸信号和睡眠时的鼾声信号;
腕带测量单元2将两组具有“圆顶薄壳”弹簧结构作为弹性衬底的腕带PVDF压电薄膜传感器16搭载在腕带15上,利用压电原理,捕捉人体脉搏跳动时皮肤表面微小的振动,获得人体脉搏信号如图1。
同时,位于腰带测量单元1和腕带测量单元2内部的发电模块会随着人体“挥臂运动”和“呼吸运动”进行发电供系统使用。测量单元通过各自的信号处理电路26(未在图中标出)将获取的生理信号进一步放大滤波并转换成数字信号,利用蓝牙模块29(未在图中标出)将数据以无线形式传输到智能手机3,智能手机3将接收到的呼吸信号、脉搏信号和睡眠状态下鼾声信号的数据进行初步存储,利用脉搏波传导时间计算血压,同时进行其他的数值计算。随后将呼吸、脉搏波形和血压、呼吸率、脉率、睡眠状况进行实时显示。并利用总结“不同运动状态下胸部和腹部呼吸信号几何特征差异”实现的运动状态识别算法,自动对使用者的实时运动状态进行识别,将获得的生理信息按运动状态进行分类存储。最后将相关数据通过GPRS的无线通信方式发送到远程医疗服务中心,接收服务中心传回的概括性诊断结果。
如图2所示,腰带测量单元1将多组具有“双面弓型”弹簧结构作为弹性衬底的腰带PVDF压电薄膜传感器7并联搭载在腰带10上。人体在清醒时呼吸、睡眠时打鼾等状态下,胸腹腔会发生容积变化,腰带10会发生形变使其上的腰带PVDF压电薄膜传感器7弯折、复原,不断产生电荷。将一组腰带PVDF压电薄膜传感器7通过引线连接在信号处理电路26输入端,进过处理后可以获得人体呼吸信号和睡眠状态下的鼾声信号;其余五组腰带PVDF压电薄膜传感器7并联连接,作为腰带测量单元1的发电模块,通过导电织物总成a8和导电织物总成b9收集它们产生的电荷,通过充电电路27(未在图中标出)为腰带测量单元1的电池模块28充电,提升腰带测量单元1的续航能力。其中,腰带10为双层结构,导电织物总成a8和导电织物总成b9作为多组PVDF压电薄膜传感器的正负导线使用,腰带PVDF压电薄膜传感器7、导电织物总成a8和导电织物总成b9均用胶固定在腰带10的夹层中。
腰带测量单元1的信号处理电路26、充电电路27和电池模块28(未在图中标出)封装在医用橡胶材料制成的腰带头5中,腰带10本身使用弹性布料或皮革。腰带头5设有卡扣,可根据需要利用腰带松紧调节环6调节长短,舒适地系在胸部和腹部。因为腰带穿着时有衣物遮挡,所以并未设置工作指示灯,只在腰带头5上设置了腰带工作开关4。
如图3-图4所示,腕带PVDF压电薄膜传感器16的顶部抵于手腕脉搏一侧,两组腕带PVDF压电薄膜传感器16平行排列封装在腕带15的腕带松紧调节环14上,可灵活移动寻找脉搏明显区域。该传感器的弹簧结构有很好的传力性能,弹簧中空底座内侧的PVDF压电薄膜b25随脉搏跳动反复变形从而产生电荷。腕带PVDF压电薄膜传感器16通过引线连接在信号处理电路26的输入端,进过处理后可以获得人体脉搏信号。
为提高腕带测量单元2的续航能力,在腕带15头内部将七片PVDF薄膜13一端固定,悬空嵌入腕带头11橡胶壳体内预留的空槽20内,在PVDF薄膜13自由端悬挂质量块12并将它们并联连接,构成基于压电原理的发电模块。人体站立时手臂自然下垂,腕带15内部的PVDF薄膜13和悬挂于其上的质量块12成“摆锤”状。其中,悬挂质量块是为了增强惯性,人体运动时(以直立行走为例),手臂自然往复摆动,悬挂质量块12的PVDF薄膜13会随着手臂摆动往复弯折,不断产生电荷,通过充电电路27为腕带测量单元2的电池模块28充电。
腕带测量单元2的信号处理电路26、充电电路27和电池模块28封装在医用橡胶材料制成的腕带头11中,腕带15本身使用弹性布料或皮革。腕带头11设有卡扣,可根据需要调节长短,舒适地系在腕部。腕带头11上设有腕带工作开关18、模块工作指示灯17和模块电量指示灯19。
如图5所示,腰带测量单元1所用的“双面弓型”弹簧由相对放置的两个拱形塑料22和夹在其中的海绵23构成,以其作为弹性衬底,将两片PVDF压电薄膜a21贴于弹簧两侧并联连接形成一组腰带PVDF压电薄膜传感器7。
如图6所示,腕带测量单元2所用的“圆顶薄壳”弹簧结构,由拱形弹性橡胶薄壁和中空底座构成。PVDF压电薄膜b25紧贴于弹簧的中空底座24内侧与弹簧一起组成一组腕带PVDF压电薄膜传感器16。
如图7-图11所示,腰带测量单元1和腕带测量单元2的信号处理电路26结构相同,分别包括:电荷放大单元、电压放大单元、低通滤波单元、电压跟随单元和电压抬升单元,电荷放大单元将腰带PVDF压电薄膜传感器7或者腕带PVDF压电薄膜传感器16获得的电荷信号转化成电压信号,接着电压放大单元将电压信号放大,随后通过低通滤波单元滤除电压信号中高于10HZ的无关信号,然后连接工频陷波单元滤除50HZ工频信号干扰,然后再通过电压跟随单元进一步提高电路的带载能力,最后电压抬升单元则是将电压信号抬升使信号为正以便进行接下来的模数转换,最后微控制器将模拟信号转化成数字信号之后通过蓝牙模块29将信号发送给智能手机3。
如图12-图13、图15所示,由于日常使用中不能保证腰带10和腕带15各自发电模块产生的电能均衡稳定,因此采用ME2100A50/C50升压稳压芯片电路,对产生的电能进行调节,输出平稳的充电电流和充电电压。同时为了保证使用者持续使用,采用TP4056锂电池冲电芯片电路将升压稳压后的电能存储在电池模块28中。同时为直观地反映锂电池内电联存储情况,采用简易模块电量显示灯19显示电池电量,令使用者在使用过程中,能够直观地知晓电量信息。
利用智能手机3实现呼吸信号、脉搏信号和睡眠状态下鼾声信号的数据接收和显示,呼吸率、脉率、血压等生理参数的数值计算。利用两组腕带PVDF压电薄膜传感器16同步采集的信号推算的脉搏波传导时间与血压的线性模型关系来拟合计算血压。同时智能手机3利用状态识别算法可以自动对使用者的实时运动状态进行识别,将获得的生理信息按运动状态进行分类存储。
如图14所示,利用获得的胸腹呼吸波形信号周期差异、信号的波峰波谷数值差异、信号能量强度差异等作为进行动作状态判断的依据。第一层结构先通过取方差的方法将呼吸信号根据能量强度对比进行识别睡眠、不运动和运动状态。第二层结构提取叠加在呼吸信号上运动伪迹变化的周期,由此对走、跑等运动状态进一步区分。最后提取实验者不同状态下的胸腹呼吸信号进行中值滤波后每个周期的波峰值和波谷值,将两种信号多个周期波峰波谷值的差值平均值作为判断标志来区分站立、坐和躺等状态。
最后智能手机3将相关数据通过GPRS的无线通信方式发送到远程医疗服务中心,同时接收服务中心传回的概括性诊断结果。
如图16所示,穿戴式自供电多生理参数监测装置监测人体生理参数方法,包括以下顺序和步骤:
a、将腰带测量单元1和腕带测量单元2置于被监测者的身上;单独或联合使用获得胸腹呼吸数据、脉搏数据和睡眠状态下的鼾声信号;
b、驱动蓝牙建立连接:利用智能手机3中的Android蓝牙协议栈中的RFCOMM协议层实现与测量单元1和腕带测量单元2中蓝牙模块29的通信;
c、接收数据:接收胸腹呼吸数据、脉搏数据和睡眠状态下的鼾声信号;
d、数据存储:将数据进行滤波处理后存储在智能手机3的内存卡中;
e、计算审理参数:先利用智能手机3中的AndroidPlot图表库实现实时波形的显示,再采用峰波检测法处理波形数据得到实时脉率和呼吸率;
f、显示波形及生理参数,通过脉搏波传导时间与血压的线性关系拟合获得实时血压值,并将智能手机3中数据与数据库中用户运动状态判断标准作对比判断出使用者实时运动状态,按不同的运动状态对数据进行分类存储后显示在智能手机3的屏幕上;
是否远程连接?是;
g、远程连接;
h、发送数据,发送完成;
i、接收远程诊断信息并显示;通过GPRS的无线通信方式发送到远程医疗服务中心,同时接收服务中心传回的概括性诊断结果。
j、退出。
智能手机3通过蓝牙模块29与腰带测量单元1和腕带测量单元2建立连接,接收胸腹呼吸数据、脉搏数据和睡眠状态下的鼾声信号。然后将所接收到的数据存储到智能手机3内的内存卡中。在程序将数据从所储的文件中进行读取,对原始数据进行滤波处理,绘制呼吸波形和脉搏波波形,显示睡眠状况。通过对胸腹呼吸数据以及脉搏数据进行参数提取,计算呼吸率、脉率氧和血压等生理参数,并将计算结果显示在手机屏幕上。利用状态识别算法可以自动对使用者的实时运动状态进行识别,将计算出的生理参数按运动状态进行分类存储。并以GPRS无线通信方式发送到远程医疗服务中心,同时接收服务中心传回的概括性诊断结果。
Claims (6)
1.一种穿戴式自供电多生理参数监测装置,由腰带测量单元(1)、腕带测量单元(2)和智能手机(3)组成,所述腰带测量单元(1)和腕带测量单元(2)分别系于人体腰部、胸部和手腕处,用于监测人体呼吸、鼾声和脉搏信号,将其转换成数字信号后以无线形式传输到智能手机(3)接收、存储、数据处理、显示和远程输出,其特征在于:
所述腰带测量单元(1)和腕带测量单元(2)内均设有腰带发电模块和腕带发电模块,为腰带测量单元(1)和腕带测量单元(2)供电;
所述的腰带发电模块是由一组以上腰带PVDF压电薄膜传感器(7)组成,腰带PVDF压电薄膜传感器(7)以导电织物总成a(8)和导电织物总成b(9)作为引线并联连接,腰带头发电模块通过充电电路(27)给电池模块(28)供电;
所述的腕带发电模块是由一片以上PVDF薄膜(13)组成,每片PVDF薄膜(13)一端嵌入腕带头(11)橡胶壳体内的空槽(20)中固定,另一端悬挂质量块(12),PVDF薄膜(13)并联连接,腕带头发电模块通过充电电路(27)给电池模块(28)供电;
其中,腕带测量单元(2)包括腕带(15)和固定在其端部的腕带头(11);所述腕带头(11)为橡胶壳体,其上设有卡扣、模块工作指示灯(17)、腕带工作开关(18)和模块电量指示灯(19),橡胶壳体内封装有信号处理电路(26)、充电电路(27)、电池模块(28)和腕带发电模块;腕带(15)外侧套有腕带松紧调节环(14),两组腕带PVDF压电薄膜传感器(16)平行封装在腕带松紧调节环(14)内,并通过引线与信号处理电路(26)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种穿戴式自供电多生理参数监测装置,其特征在于:所述腰带测量单元(1)包括腰带(10)和固定在其端部的腰带头(5);腰带头(5)为橡胶壳体,其上设有卡扣和腰带工作开关(4),橡胶壳体内封装有信号处理电路(26)、充电电路(27)和电池模块(28);腰带(10)上设有单组腰带PVDF压电薄膜传感器(7)、导电织物总成a(8)、导电织物总成b(9)和腰带发电模块;单组腰带PVDF压电薄膜传感器(7)通过引线与信号处理电路(26)的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的一种穿戴式自供电多生理参数监测装置,其特征在于:信号处理电路(26)采用柔性电路板,是由电荷放大单元经电压放大单元、低通滤波单元、电压抬升电路、A/D转换和微控制器与蓝牙模块连接构成。
4.根据权利要求2所述的一种穿戴式自供电多生理参数监测装置,其特征在于:腰带PVDF压电膜传感器(7)由具有双面弓结构的弹性底座和贴于弹性底座两侧与其并联的两片PVDF压电薄膜a(21)组成,双面弓形结构的弹性底座由两个拱形塑料(22)和夹在其中的海绵(23)构成。
5.根据权利要求1所述的一种穿戴式自供电多生理参数监测装置,其特征在于:腕带PVDF压电膜传感器(16)由具有中空拱形薄壁结构的弹性底座(24)和紧贴于其内侧的PVDF的压电薄膜b(25)构成。
6.如权利要求1所述的穿戴式自供电多生理参数监测装置监测人体生理参数的方法,其特征在于,包括以下顺序和步骤:
a、将腰带测量单元(1)和腕带测量单元(2)置于被监测者的身上;
b、驱动蓝牙建立连接;
c、接收数据;
d、数据存储;
e、计算审理参数;
f、显示波形及生理参数,是否远程连接?是;
g、远程连接;
h、发送数据,发送完成;
i、接收远程诊断信息并显示;
j、退出。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510670015.3A CN105286823B (zh) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | 穿戴式自供电多生理参数监测装置及监测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510670015.3A CN105286823B (zh) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | 穿戴式自供电多生理参数监测装置及监测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105286823A CN105286823A (zh) | 2016-02-03 |
CN105286823B true CN105286823B (zh) | 2018-05-04 |
Family
ID=55185158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510670015.3A Expired - Fee Related CN105286823B (zh) | 2015-10-13 | 2015-10-13 | 穿戴式自供电多生理参数监测装置及监测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105286823B (zh) |
Families Citing this family (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6439729B2 (ja) | 2016-03-24 | 2018-12-19 | トヨタ自動車株式会社 | 睡眠状態推定装置 |
CN107847155A (zh) * | 2016-05-12 | 2018-03-27 | 深圳市赛亿科技开发有限公司 | 一种睡眠监测仪 |
CN106214137A (zh) * | 2016-08-16 | 2016-12-14 | 深圳市沃特沃德股份有限公司 | 判断宠物被异常冲击碰撞的方法、装置和系统 |
CN106370221B (zh) * | 2016-08-23 | 2019-07-23 | 东华大学 | 一种自响应pvdf/石墨烯/弹性织物复合传感器的制备方法 |
JP6798684B2 (ja) * | 2016-09-09 | 2020-12-09 | 合同会社アーク | 体動検知センサ |
CN106618527A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-05-10 | 深圳市奕天博创科技有限公司 | 远程探测人体生命体征的监控装置及方法 |
CN106510735A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-03-22 | 江苏赛达医疗科技有限公司 | 一种穿戴式人体多元生理参数精神压力分析仪 |
CN106706116A (zh) * | 2016-12-06 | 2017-05-24 | 定洲智能系统(上海)有限公司 | 导管脱落检测装置、系统及方法 |
CN106955091B (zh) * | 2017-03-22 | 2023-09-19 | 上海轶龙应用软件开发有限公司 | 一种可测量脉搏波的智能穿戴装置 |
JP6891038B2 (ja) * | 2017-05-15 | 2021-06-18 | オムロン株式会社 | ウエアラブル装置およびプログラム |
CN107928636B (zh) * | 2017-12-12 | 2021-11-12 | 吉林大学 | 一种具有温度补偿功能的脉诊仪 |
CN107928641B (zh) * | 2017-12-12 | 2021-11-12 | 吉林大学 | 用于中医脉诊的脉象信号提取装置 |
CN107928638B (zh) * | 2017-12-12 | 2021-11-16 | 吉林大学 | 一种脉搏信号提取及传输电路 |
CN108814566A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-11-16 | 太原理工大学 | 智能便携式人体体征传感器 |
CN108464825A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-08-31 | 北京交通大学 | 一种高海拔运营条件下铁路工作人员心率远程监测设备 |
CN109038999B (zh) * | 2018-08-01 | 2020-08-04 | 安庆师范大学 | 一种人体可穿戴发电系统 |
CN109350075B (zh) * | 2018-09-18 | 2022-02-01 | 深圳和而泰数据资源与云技术有限公司 | 一种鼾声检测方法、装置及可读存储介质 |
CN111407271A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-07-14 | 吴迪 | 一种自供电柔性电极的智能可穿戴组件 |
CN110115584A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-08-13 | 河南中医药大学第一附属医院 | 一种咳嗽呼吸监测系统 |
CN111110189B (zh) * | 2019-11-13 | 2021-11-09 | 吉林大学 | 一种基于dsp声音与图像识别技术的防打鼾装置及方法 |
CN111110207A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-08 | 中国科学院大学温州研究院(温州生物材料与工程研究所) | 一种基于柔性压电传感器阵列的脉诊仪 |
CN112220468B (zh) * | 2020-11-12 | 2023-03-21 | 冯兴义 | 一种脊柱侧弯矫形器中的生命体征监测装置 |
CN113133749B (zh) * | 2021-05-12 | 2022-07-19 | 吉林大学 | 一种多参数生命体征监测系统及监测方法 |
CN115005808B (zh) * | 2022-05-18 | 2024-07-16 | 江南大学 | 一种柔性智能胎动监测带及其制备方法、检测方法 |
WO2025068014A1 (en) * | 2023-09-29 | 2025-04-03 | Biotronik Se & Co. Kg | Implantable medical device and method of operating an implantable medical device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4045344B2 (ja) * | 2005-06-08 | 2008-02-13 | 独立行政法人国立高等専門学校機構 | 体動検知センサーおよびそれを用いた体動モニタリングシステム |
CN201831884U (zh) * | 2010-10-19 | 2011-05-18 | 艾华锋 | 一种新型24小时心血管远程监护仪 |
CN104767269A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-08 | 深圳市欧珀通信软件有限公司 | 智能手表及其充电装置 |
CN104757950A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-07-08 | 山东大学 | 井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
PT103791B (pt) * | 2007-07-17 | 2010-04-01 | Univ Do Minho | Teclado baseado em polímero, co-polímero ou compósito com propriedades piezo- e/ou piroeléctricas e respectivas utilizações |
-
2015
- 2015-10-13 CN CN201510670015.3A patent/CN105286823B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4045344B2 (ja) * | 2005-06-08 | 2008-02-13 | 独立行政法人国立高等専門学校機構 | 体動検知センサーおよびそれを用いた体動モニタリングシステム |
CN201831884U (zh) * | 2010-10-19 | 2011-05-18 | 艾华锋 | 一种新型24小时心血管远程监护仪 |
CN104757950A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-07-08 | 山东大学 | 井下救援人员可穿戴式生理参数采集系统 |
CN104767269A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-08 | 深圳市欧珀通信软件有限公司 | 智能手表及其充电装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
基于PVDF的呼吸信号检测腰带研究;凌振宝 等;《压电与声光》;20140228;第36卷(第1期);第72-75页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105286823A (zh) | 2016-02-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105286823B (zh) | 穿戴式自供电多生理参数监测装置及监测方法 | |
US20220192513A1 (en) | Remote Physiological Monitor | |
CN204708829U (zh) | 一种无线呼吸、脉搏监测装置 | |
CN204306822U (zh) | 可穿戴心电信号监测装置 | |
US20090281394A1 (en) | Bio-mechanical sensor system | |
CN202619644U (zh) | 一种具有检测人体生命体征功能的衣物 | |
JP3243566U (ja) | 睡眠生理システム | |
CN107233108A (zh) | 一种采集体音信号的可穿戴卡贴 | |
CN102008300A (zh) | 穿戴式多生理参数记录装置 | |
CN104605841A (zh) | 可穿戴心电信号监测装置及方法 | |
JP2020513892A (ja) | 血液の流れ及び呼吸の流れを監視するための装置 | |
CN205458634U (zh) | 一种具有健康监护及反馈治疗功能的手机 | |
CN101536904A (zh) | 基于心电的睡眠呼吸暂停检测装置 | |
CN109199390A (zh) | 一种胸廓和腹腔压力检测系统 | |
WO2017117739A1 (zh) | 睡眠监测系统 | |
CN106618532A (zh) | 一种用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置 | |
CN116421157A (zh) | 一种无创血流动力学监测系统 | |
Angelucci et al. | The Medical Internet of Things: applications in respiratory medicine | |
CN205563118U (zh) | 用于测量多体征数据的智能腕表 | |
CN107692987A (zh) | 用于体征参数采集的穿戴装置 | |
CN110680291A (zh) | 基于超宽带技术的脉搏波速法血压监测装置及监测方法 | |
KR20180065039A (ko) | 바이탈통합 의료장비를 이용한 스마트폰 유비쿼터스 헬스퀘어 진단시스템 | |
CN207356076U (zh) | 一种智能睡眠监测仪 | |
CN106073735A (zh) | 一种用于连续检测人体血压的集成电路结构 | |
CN109770887B (zh) | 袖带式无创血流动力学人工智能云端监测系统及方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180504 Termination date: 20181013 |