專利名稱：一種身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種穿戴式身體體征動 態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我們以心血管病為例，說明該發(fā)明的重要性。據(jù)2005年北京心血管 病論壇，中國的高血壓患病率增加了3倍，患者約為1.6億人；心腦血管 病增加了4倍，是導(dǎo)致殘疾的首位原因，每年耗費近3000億元人民幣。依 據(jù)美國心臟協(xié)會2005年的心臟病統(tǒng)計數(shù)據(jù)，大約1/4或者說是7010 萬美國人正患有一種或多種心腦血管疾病。心臟血管疾病的直接或間接 的花費達到3935億美元。其中1516億美元是由于病人喪失了勞動能力。
歐、美、中的專家認為，穿戴式診療儀是新一代診療儀器，同時能 幫助患有心血管病的勞動者降低風(fēng)險，恢復(fù)勞動能力；能滿足某些心血 管病人對特殊護理的需求，有效的減少住院治療率和死亡率。僅中、美 兩國，就有2.2億潛在用戶，其市場的巨大顯而易見。
然而，到目前為止的穿戴式診療儀并不能實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測和診療。中 國專利200510036412.1是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的個人心電圖系統(tǒng)，它包括心 電檢測模塊、心電圖處理模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和工作站人工診斷模塊， 提供一種可以實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)與專業(yè)機構(gòu)的服務(wù)端連接，任何人能在任 何地點即時的進行心電檢査的隨身心電檢測儀器。與此類似的是 CardioNet公司的一系列無線心電圖專利，如美國專利6,6665,385， 6,225,901等;Motolora公司的無線心電圖美國專利6,611,705。這些，都 只測量心電信號，并無產(chǎn)生該心電信號時的情景信息,如運動、環(huán)境、心 情等。沒有情景信息，心電信號的解讀往往沒有意義。
美國專利5,606,978發(fā)明的是一種使用集成電路卡的隨身心臟監(jiān)測 儀。它把檢測到的心電信號以及當(dāng)時的電池電壓等參數(shù)記下來，集成電
路卡上的數(shù)據(jù)將送到計算機分析。與之類似的是美國專利4,519,398和 4,211,238，它的數(shù)據(jù)獲取和存儲系統(tǒng)記錄下心率、血壓以及時間，數(shù)據(jù) 的分析和打印將在診所進行。
通常診療室或醫(yī)院用檢査設(shè)備和方法的局限是，它們不易釆集到一 些低概率的事件，而這些事情可能對于病情診斷，病情的發(fā)展和病情的 治療尤為重要?，F(xiàn)有專利中的無線心電圖和Holter，雖然能采集到一些 低概率的事件，但它們不能測量病人在日常生活中的狀況，如活動、休 息和睡覺時的生理反應(yīng)。而這些生理反應(yīng)更能顯示病人的健康狀況和治 療期內(nèi)病人的病情反應(yīng)。生理信號反映了病情的發(fā)展，但生理信號短暫 的監(jiān)測時間卻并不能捕捉到生理節(jié)奏的變化。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的技術(shù)中存在不能測量病人在日常生活中的活動狀況 與身體生理反應(yīng)之間的關(guān)系的問題，本發(fā)明的目的在于連續(xù)監(jiān)測、采集 人體低概率事件并記錄其情景狀況，為此，本發(fā)明提供一種能分析出身 體動態(tài)生理反應(yīng)和生理節(jié)奏的穿戴式身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)所述的目的，本發(fā)明的一種身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)
方案包括
每個穿戴者使用襯底穿戴有至少一個或一組兩類微型傳感器 一類 是生理信號傳感器，另一類是影響生理狀態(tài)的情景因素的傳感器；
每個穿戴者備有一計算部，與微型傳感器連接，用于接收、處理和 存儲微型傳感器采集的身體部位的生理、運動、環(huán)境和心理數(shù)據(jù)，對微 型傳感器實施控制，與穿戴者交互；
具有一監(jiān)控中心，與計算部采用無線或有線通訊連接，用于接收、 處理、存儲和融合多個計算部、不同穿戴者的數(shù)據(jù)，為醫(yī)護人員、家屬、 穿戴者提供數(shù)據(jù)、計算、信息、咨詢服務(wù)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述兩類微型傳感器，其中生理信號傳感 器包括心律計、心電圖、血壓計、血氧飽和度計、體溫計、呼吸計、 腦電儀；影響生理狀態(tài)的情景因素傳感器包括以下三種傳感器測量身 體活動的加速度傳感器、微型陀螺儀、測量關(guān)節(jié)運動的張力計和攝像機
活動監(jiān)測裝置；測量環(huán)境的溫度、噪聲、空氣、位置的環(huán)境傳感器或裝 置；測量心理因素的皮膚傳導(dǎo)值的傳感器、腦電傳感器和影響情緒事件
的麥克風(fēng)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述微型傳感器使用襯底穿戴在身體各部位； 穿戴方式為，粘貼，捆綁，嵌入衣服、帽子、鞋子、手套、胸衣、手表、耳機。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述計算部包括 一組前置放大器和模數(shù)轉(zhuǎn) 換器，用以接收微型傳感器所釆集的信號，把所述釆集信號放大到模數(shù) 轉(zhuǎn)換器所要求的范圍，進而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 一組同種類傳感信號融合
和分析模塊包括分別處理、分析和融合各種類傳感器數(shù)字信號的單元， 這些單元接收自模數(shù)轉(zhuǎn)換器來的數(shù)字信號，并將處理完的信息送到監(jiān)測 數(shù)據(jù)庫，作為有情景多傳感信息融合模塊的輸入或直接為穿戴者、醫(yī)護
人員和家庭成員所應(yīng)用； 一有情景多傳感信息融合模塊，通過監(jiān)測數(shù)據(jù) 庫接收自同種類傳感信號融合和分析模塊的多種信息，有情景多傳感信 息融合模塊將這些信息融合起來，判斷身體狀態(tài)； 一人機交互模塊，用 以顯示有情景多傳感信息融合模塊或同種類傳感信號融合和分析模塊的 結(jié)果，接受和反應(yīng)使用者的要求，顯示來自監(jiān)控中心的信息； 一監(jiān)測數(shù) 據(jù)庫，用以短期即幾周或幾個月存儲傳感數(shù)據(jù)、同種類傳感信號融合和 分析模塊的分析結(jié)果、有情景多傳感信息融合模塊的分析結(jié)果、個人資 料、各測量參數(shù)的預(yù)警值； 一系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，存儲計算部與微型傳感器連 接組成穿戴式監(jiān)測裝置的配置和運行參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述監(jiān)控中心包括 一全信息有情景服務(wù)模 塊，它接收、存儲和綜合來自多個計算部的信息，為醫(yī)護人員提供研究、 診斷和咨詢的平臺； 一大型"全信息數(shù)據(jù)庫"，它存儲所有計算部來的分 析結(jié)果和相應(yīng)的部分原始數(shù)據(jù)，各穿戴者的個人及病史資料，以及醫(yī)護 人員的診斷、診療方案、診療結(jié)果信息； 一系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)管理程序， 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲有各穿戴式監(jiān)測裝置的系統(tǒng)參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述計算部的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中測量參數(shù)達到其 預(yù)警門限時，將自動觸發(fā)預(yù)警，按照數(shù)據(jù)庫中定義的預(yù)警方式和途徑發(fā) 出預(yù)警。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述計算部中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，在收到監(jiān)控中 心的修改穿戴式監(jiān)測裝置參數(shù)的命令，對穿戴式監(jiān)測裝置執(zhí)行修改指令。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述計算部中的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控中心的全 信息數(shù)據(jù)庫之間，以及計算部中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控中心的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 之間，都執(zhí)行雙向事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)同步。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述穿戴式監(jiān)測裝置由一計算部和一個或多 個傳感器節(jié)點組成，它們之間用無線或有線通信連接，計算部與監(jiān)控中 心通信，其中所述傳感器節(jié)點由一個或一組微型傳感器及相應(yīng)計算部 的前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器共同存在于一嵌入式系統(tǒng)之中，加上無線或 有線通信、處理器、電源管理組成；所述計算部采用隨身微計算機，計 算部的有情景多傳感信息融合模塊、人機交互模塊、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和監(jiān)測 數(shù)據(jù)庫在隨身微計算機中實現(xiàn)；如果傳感器節(jié)點計算能力強，同種類傳 感信號融合和分析模塊在傳感器節(jié)點中實現(xiàn)；否則，同種類傳感信號融 合和分析模塊在隨身微計算機中實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述穿戴式監(jiān)測裝置的另一實現(xiàn)方案是整 個計算部在隨身微計算機上實現(xiàn)，各微型傳感器直接與隨身微計算機連 接，隨身微計算機使用無線或有線方式與監(jiān)控中心相聯(lián)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述穿戴式監(jiān)測裝置的再一實現(xiàn)方案是整 個計算部由隨身微計算機和手機或掌上電腦共同實現(xiàn)；隨身微計算機和 手機或掌上電腦之間采用無線連接，或用有線連接；所有微型傳感器直 接與隨身微計算機連接，手機或掌上電腦則負責(zé)人機交互和與監(jiān)控中心 的通信。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述同類傳感信號融合和分析模塊對同類傳 感信號進行處理、分析或進行多個傳感器信號的融合，獲得有意義的解 釋；融合位于身體不同部位的多個加速度傳感器信號產(chǎn)生活動分類、運 動強度和持續(xù)時間。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述有情景多傳感信息融合模塊的情景為影 響當(dāng)前生理狀態(tài)的情景因素，包括活動、環(huán)境和心理信息，有情景多傳 感信息融合根據(jù)生理測量值和相應(yīng)情景因素，估計當(dāng)前身體狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述全信息有情景服務(wù)模塊在監(jiān)控中心實現(xiàn)，
其中全信息為較長時間的連續(xù)生理反應(yīng)、生理節(jié)奏及其變化信息，以及 相應(yīng)的情景信息；全信息有情景服務(wù)模塊使用大量穿戴者的長時間的全 信息，為每一個穿戴者建立檔案。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，當(dāng)無監(jiān)控中心時，穿戴者通過穿戴式監(jiān)測裝 置隨時獲知自己的狀態(tài)，接收穿戴式監(jiān)測裝置系統(tǒng)給予的提醒，將數(shù)據(jù) 傳給穿戴者、家屬或醫(yī)護人員；穿戴式監(jiān)測裝置存儲幾周甚至幾個月的 穿戴者數(shù)據(jù)以及處理結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在裝置有一種微型傳感器時，則為如下幾種 專用設(shè)備當(dāng)只裝置有心電圖傳感器時，則為動態(tài)心電連續(xù)監(jiān)測設(shè)備； 當(dāng)只裝置加速度傳感器時，則為活動監(jiān)測儀，用于對活動進行連續(xù)監(jiān)測、 分類和定量分析，計算能量消耗，分析鍛煉和病情恢復(fù)結(jié)果；當(dāng)只有定 位器時，則為隨身即時定位系統(tǒng)；當(dāng)只有皮膚電導(dǎo)傳感器時，則為隨身 即時心情測量儀。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述穿戴式監(jiān)測裝置具有如下人機交互功能 時鐘功能，信息處理和分析功能，網(wǎng)絡(luò)交互功能，系統(tǒng)功能維護、更新、 自組織，即隨著微型傳感器種類和數(shù)目的即時增加和減少，選擇和設(shè)定 應(yīng)用功能和應(yīng)用程序，根據(jù)穿戴者當(dāng)時情況，修改和運行應(yīng)用程序。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述穿戴式監(jiān)測裝置，采用穿戴式健康監(jiān)測 咨詢器的簡化結(jié)構(gòu)包括的傳感器有心電圖、加速度傳感器、呼吸計和 環(huán)境溫度計，進行心血管健康指數(shù)的測試，實時幫助制定鍛煉方案，在 鍛煉過程中給穿戴者于提醒，分析鍛煉、恢復(fù)、減肥效果。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述采用穿戴式健康監(jiān)測咨詢器使用者建立 網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，該社區(qū)為穿戴式健康監(jiān)測咨詢器使用者建立帳戶，分配存儲 空間，提供數(shù)據(jù)分析和共享工具；穿戴式健康監(jiān)測咨詢器的使用者在網(wǎng) 絡(luò)社區(qū)上與專業(yè)的醫(yī)療人員進行直接在線交談以及留言，或與其它用戶 一起參與討論，網(wǎng)絡(luò)社區(qū)為他們提供交流平臺和專家咨詢。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述采用穿戴式健康監(jiān)測咨詢器使用者網(wǎng)絡(luò) 社區(qū)與穿戴式健康監(jiān)測咨詢器之間通過無線通信，上傳數(shù)據(jù)到用戶存儲 空間，并且管理這些數(shù)據(jù)，下載新軟件和工具。
本發(fā)明隨身身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的特點是
1) 由于連續(xù)隨身監(jiān)測，可以采集到一些低概率的事件，這是通常診 療室或醫(yī)院用檢查設(shè)備和方法不可能做到的。而這些事情可能對于病情 診斷，病情的發(fā)展和病情的治療尤為重要。
2) 它同時測量病人在日常生活中的狀況，如活動、休息和睡覺，以
及環(huán)境條件和心理因素。
3) 連續(xù)檢測生理信號，測量日常生活情景(活動、環(huán)境和心理)， 融合這兩種信息，產(chǎn)生在各種狀況下的生理反應(yīng)。而這些生理反應(yīng)能顯 示人的健康狀況和治療期內(nèi)病人的病情反應(yīng)和發(fā)展，捕捉到生理節(jié)奏的 變化。
穿戴式身體監(jiān)測和診療儀系統(tǒng)包括微型傳感器的穿戴、連接和管理， 數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，生理信號的處理，活動的分類和描述，環(huán)境和心理 信號的處理，融合生理信息和情景信息(活動、環(huán)境和心理)以產(chǎn)生身 體狀態(tài)參數(shù)，預(yù)測和預(yù)警，穿戴式身體監(jiān)測和診療儀與監(jiān)控中心的連接 同步，檢測中心的數(shù)據(jù)管理和醫(yī)療服務(wù)等。該系統(tǒng)通過對生理、人體運 動狀態(tài)、心理狀態(tài)以及環(huán)境信號的連續(xù)采集和分析，將在醫(yī)院進行的靜 態(tài)醫(yī)學(xué)診療推向人們?nèi)粘９ぷ骱蜕顮顟B(tài)下的動態(tài)診療，為醫(yī)學(xué)研究的 這一新方向提供數(shù)據(jù)和分析手段，從而減少住院率和死亡率。
對于身體一天或更長時間的心率和血壓變化，以及可變性是疾病程 度和進展的重要指標(biāo)。而變化的方式可能表明一天中最佳用藥時間。因 此，使用本發(fā)明穿戴式動態(tài)診療儀能開辟一條新的、有效的診斷和治療 方法，我們稱之為動態(tài)診療方法。另一方面，它同樣可以用于健康監(jiān)測， 指導(dǎo)人們因自身條件和環(huán)境而宜，更好地鍛煉、生活、優(yōu)生，創(chuàng)造新的 生活方式，而且可用于環(huán)境變化的測量和反應(yīng)。


圖1是本發(fā)明身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
圖2是本發(fā)明身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實施例示意圖
圖3是本發(fā)明身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)信號采集、處理和監(jiān)測服務(wù)流
程圖
圖4是本發(fā)明有情景多種傳感信息融合來作心臟狀態(tài)的動態(tài)估計
圖5是本發(fā)明的穿戴式監(jiān)測裝置的實現(xiàn)方案一
圖6是本發(fā)明的穿戴式監(jiān)測裝置的實現(xiàn)方案三
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明加以詳細說明，應(yīng)指出的是，所描述的實 施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
如圖1本發(fā)明身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖所示，本發(fā)明是一種 基于身體傳感網(wǎng)絡(luò)的穿戴式實時健康監(jiān)測系統(tǒng)硬件和軟件。整個身體體
征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由穿戴式監(jiān)測裝置012和監(jiān)控中心300組成。醫(yī)護人員 對監(jiān)控中心300的服務(wù)器的數(shù)據(jù)進行進一步的分析，從而提供及時的醫(yī) 療服務(wù)。穿戴式監(jiān)測裝置012系統(tǒng)由多個智能微型傳感器100和一個穿 戴式計算部200組成。微型傳感器100，根據(jù)其性質(zhì)和測量要求，貼在 (或植入)身體某些部位，采集生理、運動/環(huán)境和心理數(shù)據(jù)，連接到隨 身計算部200。計算部200處理、融合各種信息，計算出一組人體動態(tài) 生理參數(shù)，以及產(chǎn)生這一生理參數(shù)的相應(yīng)的人體運動狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)和 心理因素。隨身計算部200進而將數(shù)據(jù)傳往監(jiān)控中心300。 如圖2是身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實施例示意圖所示 微型傳感器100放置在身體的不同部位，微型傳感器100包括 生理信號傳感器110有溫度111、心電圖112、血氧113、血壓114 等；腦電、呼吸等傳感器。
運動傳感器120有陀螺儀121、加速度傳感器122等；運動傳感 器和測量裝置還有測量關(guān)節(jié)運動的拉伸傳感器、監(jiān)測運動的攝像機裝 置等。
環(huán)境傳感器130有麥克風(fēng)131、光132、溫度133、生化134、測 量位置的全球定位系統(tǒng)135等；
心理傳感器140有皮膚電導(dǎo)141、麥克風(fēng)142等。 計算部200的隨身微計算機可以是專門設(shè)計的專用處理器，也可以 是掌上電腦或手機。微型傳感器100的感應(yīng)節(jié)點收集重要的生理、活動、 環(huán)境和心理信號，進行預(yù)處理后，被進一步處理、融合、分類，存儲。 并把這些數(shù)據(jù)送往監(jiān)控中心300，監(jiān)控中心300發(fā)現(xiàn)異常情況，及時通
知醫(yī)療中心或其家庭成員。
下面詳細介紹
具體實施例方式
(一) 微型傳感器ioo
穿戴式監(jiān)測系統(tǒng)中有兩大類傳感器，如圖2所示 一類是生理信號傳感器110;
另一類是影響生理狀態(tài)的"情景"因素傳感器，這里，我們列出了
運動傳感器120、環(huán)境傳感器130和心理傳感器140等。
1. 生理信號傳感器110:
生理信號是人體狀態(tài)的重要表征。因此，實時、準(zhǔn)確地測量多種生 理信號，是推斷人體生理狀態(tài)正常與否，實施疾病診斷，監(jiān)測診療進程 等的必要條件。我們這里列出的生理信號傳感器110用于采集穿戴者的心
電、腦電、血糖、血壓、溫度等各種生理信號。生理信號傳感器iio可以
是穿戴式的，或是植入式的。隨著對人體傳感器的研究的進展，將會有 更多、更微型、更準(zhǔn)確的傳感器出現(xiàn)。
2. 運動傳感器120:
運動傳感器120也稱為活動的傳感器，活動是影響人體生理狀態(tài)的重
要因素之一。人們的體育活動的種類、強度和從事活動的時間，不但直
接與人體的能量消耗有關(guān)，而且與人的心血管健康指數(shù)(Cardiovascular Fitness)直接相關(guān)。常用的穿戴式活動傳感器120有加速度傳感器，微型 陀螺儀等?；顒觽鞲衅?20緊密地貼在人體軀干和活動關(guān)節(jié)，通過測量這 些部位的運動加速度和旋轉(zhuǎn)來推導(dǎo)穿戴者的活動類型、強度和持續(xù)時間。 其它測量活動的傳感器包括使用攝像機在固定范圍內(nèi)監(jiān)測活動，使用 附著在人體關(guān)節(jié)的傳感器精確地測量人的活動，等。
3. 環(huán)境傳感器130:
環(huán)境參數(shù)是影響生理參數(shù)的另一個重要因素。要測量的環(huán)境信號包
括溫度、噪聲、空氣、位置等。高溫、高噪聲、高污染等都是引起身 體狀況變化的因素。位置更能給出某些確切的解釋。位置傳感器有幾種 不同選擇戶外可以用全球定位系統(tǒng)GPS，使用多個移動通信基站定位
移動通信器件(見張l巾的《WCDMA系統(tǒng)定位方法分析》，2007年通信 時間網(wǎng))，基于雷達原理的超聲和微波的定位方法，等。
4. 心理傳感器4:
測量心理狀態(tài)可以用測量皮膚傳導(dǎo)的方法(參考文獻見M. Strauss， C. Reynolds, S. Hughes, K. Park, G. McDarby， and R.W. Picard (2005)， "The HandWave Bluetooth Skin Conductance Sensor," The 1st International Conference on Affective Computing and Intelligent Interaction, October 22-24， 2005， Beijing, China)，也可以用麥克風(fēng)檢測引起穿戴者心情不佳 的事件。
5. 其它影響生理狀態(tài)的因素及其傳感器測量。 (二)信號的釆集、處理和診療服務(wù)
圖3是身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的詳細的構(gòu)成圖。它同時給出了信號采 集、處理和服務(wù)流程。假設(shè)系統(tǒng)有一組n個微型傳感器al，a2, ...，an，它 們采集的往往是模擬信號，有些是微弱信號。因此，需要有一組相應(yīng)的n 個前置放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ql， q2， ...， qn，首先對模擬信號進行前置放大， 使之滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的輸入電平的要求。同時，對于非常微弱的信 號，如腦電，前置放大器必須噪聲很低。
在采集生理、活動、環(huán)境和心理信號時，有時要用幾個同類微型傳 感器IOO。例如，醫(yī)院常用的心電圖是12個貼在不同部位的微型傳感器 100的探測頭。為了便于攜帶，我們可以使用兩個甚至一個微型傳感器 100的探測頭。這一組微型傳感器100的探測頭收集的信號，是心臟各 部位功能的表征。同樣，在監(jiān)測穿戴者活動時，我們用一組三個(腰、 雙腿)、五個(腰、雙腿、雙腳)、七個(腰、雙腿、雙腳、雙臂)等加 速度傳感器組合，測量和重建有關(guān)部位的運動。因此，m個同類傳感信 號融合和分析模塊pl, p2， ...... ， pm, m < n，就是要融合多個同類傳感器
信號，產(chǎn)生出被測對象(如心臟、活動)的狀態(tài)信息。這里，多種信號 融合的基礎(chǔ)是信號采集原理。例如，心電圖信號的處理是根據(jù)心電圖信 號的采集原理，從心電圖信號推導(dǎo)出心率、檢測出早博等不正常信號。 這方面的參考文獻很多，如由田媛編著、當(dāng)代中國音像出版社出的《現(xiàn)
代心電圖診斷技術(shù)與心電譜分析實用手冊》是一個普及性的讀物，
而由Gari D. Clifford, Francisco Azuaje, Patrick McSharry編著，由Artech House Publishers于2006年9月30日出版的《Advanced Methods And Tools for ECG DataAnalysis》是反映當(dāng)代研究水平的專著。
同樣，附在腿上的加速度傳感器測得的腿的擺動加速度，可以恢復(fù) 出步態(tài)和行走速度，檢測出不正常步態(tài)。這方面的實現(xiàn)可以參考DONG Liang, WU Jian-Kang, BAO Xiao-Ming, Tracking of Thigh Flexion Angle during Gait Cycles in an Ambulatory Activity Monitoring Sensor Network, Vol. 32, No. 6 ACTA AUTOMATIC A SINICA November, 2006, pp938-946。
這里的融合是使用同一種微型傳感器100在身體不同部位測得的信 號，共同處理和推導(dǎo)出所測對象的狀態(tài)。從信號處理的角度，它是信號 和信號的低的信號層次的融合，而非高一層的信息和信息的融合。
計算部200中有一監(jiān)測數(shù)據(jù)庫223，它存儲自前置放大器來的原始采 集的信號，以及自同類傳感信號融合和分析模塊來的分析結(jié)果。對于已 經(jīng)分析過的信號，可以存儲分析結(jié)果及相應(yīng)的原始樣本信號，不必存儲 全部的原始信號。例如，在確定了穿戴者坐著半小時之后，我們只需存
儲如下信息活動坐；起止時間秒分時；日、月、年；原始信
g樣本。
為了進一步推導(dǎo)出身體狀態(tài)，有情景多種傳感信息融合模塊224融 合自同類傳感信號融合和分析模塊經(jīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫223來的多種傳感器信
息。這里，我們用"信息"而不是"信號"，因為輸入這一模塊的傳感 器信息是經(jīng)過同類傳感信號融合和分析模塊的分析和融合過的信息。例 如，在同類傳感信號融合和分析模塊中，已由心電圖得出心率，由加速
度傳感器122信號得出活動類型和強度信息。有情景多傳感信息融合模 塊224中的信息融合是在一個較高層次上的融合，采用的是有情景融合方法。
如圖4本發(fā)明有情景多種傳感信息融合來作心臟狀態(tài)的動態(tài)估計所 示之例，被測者的心臟狀態(tài)，是動態(tài)變化的。 一方面，其在k時刻的狀 態(tài)與前一時刻(k_i)的狀態(tài)相關(guān)，也可以預(yù)測下一時刻(k+l)的狀態(tài)。 另一方面，造成心臟狀態(tài)變化的因素很多，我們這里列出的有活動(坐、
臥、站、走、跑、跳等及它們的類型和強度)、環(huán)境(溫度、噪聲、空氣、 位置等)和心理(緊張、激動、焦慮、高興、平靜等)。我們把這些總稱 為"情景"。也就是說，我們談心臟狀態(tài)是在某一情景下的心臟狀態(tài)。再 一方面，對于某一心臟狀態(tài)，我們可以測量出一系列測量數(shù)據(jù)來。例如 心電圖、血壓、血氧飽和度等等。這些測量值是心臟狀態(tài)的表征。圖4 中所示的由測量值推斷心臟狀態(tài)，是人們比較熟悉的方法。當(dāng)人們感覺 不太舒服時，會去看醫(yī)生，醫(yī)生也會讓他去做心電圖，然后根據(jù)心電圖 告訴他有無問題。然而，這時的心電圖是在躺在醫(yī)院的床上做的，在這 一固定的情景下即躺在醫(yī)院，我們可以不考慮"情景"。但是，這種"固 定情景"的做法，往往找不到問題，使得很多心血管病人得不到及時的 診斷和治療。這是因為，人們的心臟問題是發(fā)生在日常生活、工作中的， 需要了解發(fā)生問題時的"情景"是否因為發(fā)生了非常不愉快的事情？是 否在高溫情況下，或是運動過分劇烈？這連續(xù)不斷地監(jiān)測生理信號，同 時監(jiān)測相應(yīng)的"情景"，是一種全新的醫(yī)療和保健方法，也是我們的創(chuàng)新 之處。
例如，要確定心臟的健康狀況，必須要獲得心臟在相當(dāng)長的一段時 間內(nèi)的動態(tài)變化及其產(chǎn)生這些變化的情景?？匆焕龔男碾妶D和活動的
測量中，我們得出心率在睡覺是62，以每小時5公里速度行走是85，以每 小時10公里速度跑步時是100。我們可以說，心臟處于健康狀態(tài)。在這樣 的活動強度變化下，心率變化過大，固然表示健康狀況不佳，如果心率 變化過低，更是某種心臟問題的前兆。如果沒有活動信息，我們很難做 此判斷。因此，"有情景多種傳感信息融合"是非常重要的信息融合方法。
如圖3所示，計算部200的兩個數(shù)據(jù)庫為監(jiān)測數(shù)據(jù)庫223和系統(tǒng)數(shù) 據(jù)庫221存儲穿戴者的測量數(shù)據(jù)、處理和融合結(jié)果、各測量值的臨界值 和預(yù)警門限，以及各傳感器的狀態(tài)信息，例如微型傳感器標(biāo)識、類型、 位置、采樣率等和系統(tǒng)工作參數(shù)例如各傳感器的工作狀態(tài)、電源水平等。 其存儲時間視存儲容量而定， 一般在幾周或幾個月。
監(jiān)控中心服務(wù)器的大型數(shù)據(jù)庫即為全信息數(shù)據(jù)庫312和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 311長期存儲所有穿戴者的數(shù)據(jù)，包括生理信號傳感器110和情景因 素傳感器120、 130和140所測量的部分原始數(shù)據(jù)的壓縮形式，同類傳感
器數(shù)據(jù)的處理和融合結(jié)果(如心率、活動類型等)，有情景多傳感信息融 合模塊224融合的結(jié)果(如心臟健康指數(shù)等)，穿戴者的健康檔案和相關(guān) 資料等。而監(jiān)控中心的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲有所有穿戴式監(jiān)測裝置的系統(tǒng)狀 態(tài)資料，包括系統(tǒng)配置、即時工作參數(shù)，等。
在監(jiān)控中心的全信息數(shù)據(jù)庫312中，也存儲有各位穿戴者的個人 資料、病史、診斷和治療方案、診療進展情況、需要特別注意的身體參 數(shù)，預(yù)警值的設(shè)定等。
監(jiān)控中心300的兩個數(shù)據(jù)庫即為全信息數(shù)據(jù)庫312和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 311和穿戴式監(jiān)測裝置012中的兩個數(shù)據(jù)庫為監(jiān)測數(shù)據(jù)庫223和系統(tǒng)數(shù) 據(jù)庫221的數(shù)據(jù)交換是通過事件驅(qū)動同步完成的。這些事件包括穿戴 式監(jiān)測裝置012中的兩個數(shù)據(jù)庫為監(jiān)測數(shù)據(jù)庫223和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫221向 監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫同步，由下面的事件驅(qū)動新的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，滿足觸 發(fā)條件的報警，系統(tǒng)參數(shù)變化等。監(jiān)控中心300的兩個數(shù)據(jù)庫為全信息 數(shù)據(jù)庫312和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫311向穿戴式監(jiān)測裝置012中的兩個數(shù)據(jù)庫的 同步由下述事件驅(qū)動更新穿戴者信息，更新報警觸發(fā)條件，向穿戴者 發(fā)出信息，改變穿戴式監(jiān)測裝置的系統(tǒng)設(shè)置，等。隨著數(shù)據(jù)庫的同步， 在被同步方數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)被更新，相應(yīng)的動作也隨之被啟動。如監(jiān)控 中心數(shù)據(jù)庫收到報警后，馬上做進一步處理，必要時啟動向醫(yī)護人員和 家庭成員的報警程序。穿戴式監(jiān)測裝置中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫收到改變系統(tǒng)設(shè) 置的指令后，馬上執(zhí)行。
全信息有情景服務(wù)模塊313裝置在監(jiān)控中心300。它以全信息數(shù)據(jù) 庫為依托，而"全信息"數(shù)據(jù)庫中裝有各種穿戴者的信息。每個穿戴者 的信息都是"全信息"，即較長時間的連續(xù)生理(心、體、腦等)反應(yīng)、 牛理節(jié)奏及其變化信息，以及產(chǎn)生這些生理反應(yīng)和變化的情景信息。全 信息有情景服務(wù)模塊313的功能有兩大類 一是使用大量穿戴者的長時 間的"全信息"和相應(yīng)的情景信息，進行醫(yī)學(xué)診療研究。"有情景多傳感信 息融合"提供了信息的融合方法，而信息的醫(yī)學(xué)解釋、診斷、治療還必須 在大量的醫(yī)學(xué)實踐中完成。例如，美國心血管學(xué)會主席、Ohio州立大學(xué) 教授Philip f. Binkley的臨床研究發(fā)現(xiàn)24小時心率隨活動等的變化是病 情發(fā)展的指標(biāo)，特別是心臟失靈、心肌蔞縮、和致命性心率不齊等的早
期診斷指標(biāo)；24小時心率隨活動等的變化模式可用于選擇治療方案和最 佳用藥時間；24小時血壓變化模式可預(yù)測某些病癥，如致命性高血壓、 感官缺損，等。另一類是為每一個穿戴者建立檔案，提供快速的個性化服務(wù)。
穿戴式監(jiān)測裝置中的人機交互模塊具有如下基本功能時鐘功能， 可以設(shè)定時間、秒表等；信息處理和分析功能，能夠?qū)崟r的調(diào)取當(dāng)前或 過去的原始數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，并且給出相應(yīng)的建議；網(wǎng)絡(luò)功能，選擇與 某社區(qū)連接，數(shù)據(jù)上傳、修改和刪除，與醫(yī)護、專家、朋友交互等；系 統(tǒng)功能維護、更新、自組織，穿戴式監(jiān)測裝置允許傳感器種類和數(shù)目的 即時加、減，系統(tǒng)檢測現(xiàn)有傳感器的種類和數(shù)目，然后選擇和設(shè)定數(shù)據(jù) 處理程序和應(yīng)用程序及其應(yīng)用功能；根據(jù)傳戴者實際情況，修改和運行 應(yīng)用程序等。
根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)有傳感器選擇和設(shè)定應(yīng)用程序的功能是通過穿戴式監(jiān)測 裝置中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)分析程序和應(yīng)用程序管理系統(tǒng)完成的。穿戴 式監(jiān)測裝置中的傳感器的變化會及時地反應(yīng)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，而系統(tǒng)數(shù) 據(jù)庫中傳感器的變化，觸發(fā)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析程序和應(yīng)用程序管理系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)分析程序和應(yīng)用程序根據(jù)當(dāng)時的傳感器數(shù)據(jù)，選擇和設(shè)定數(shù)據(jù)處理 程序以及應(yīng)用程序。例如， 一個、三個、和五個加速度傳感器的數(shù)據(jù)分 析程序是完全不一樣的，它們得出的結(jié)果也不一樣使用一個加速度傳 感器判斷出的活動類型要比三個少。因此，在只有一個加速度傳感器時， 只能選擇一個加速度傳感器的數(shù)據(jù)分析程序。同樣，也只能選擇相應(yīng)的 應(yīng)用程序。
應(yīng)用程序的選擇和修改也是與穿戴者的實際情況有關(guān)的。例如，在 作走、慢跑、跑步鍛煉監(jiān)測指導(dǎo)時，穿戴式監(jiān)測裝置中的應(yīng)用程序首先 要從穿戴者個人資料中讀取他的年歷、運動史、病史資料，使用這些資 料，設(shè)定其運動中的最低和最高心率，以及運動持續(xù)時間。 (三)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在硬件實現(xiàn)時，圖3中的傳感器100和計算部200，也即圖l中的穿戴 監(jiān)測裝置012有幾種實現(xiàn)方法。同樣，整個身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)也有幾 種不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
裝置身體體征動態(tài)有些微型傳感器100，特別是生理信號傳感器l 1 ， 可以植入人體。大部分傳感器粘貼、捆綁在上，嵌入衣服、帽子、鞋子、 手套、胸衣、手表、耳機等，或其它方式附著在身體上。
本發(fā)明的穿戴式監(jiān)測裝置的實現(xiàn)方案一如圖5所示，包括 一個或 幾個傳感器可以與它們的前置放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器共同存在于一個嵌入 式系統(tǒng)之中，加上存儲、控制和通信(無線通信或有線通信)，形成一 個獨立的微型傳感器100的節(jié)點，進行信號的采集、傳送(無線或有線)、 暫存。如果該微型傳感器100的節(jié)點有一定的處理能力，也會對微型傳 感器100信號進行一定的預(yù)處理，甚至進行同類傳感信號的處理、融合 和分析，從而降低與隨身微計算機的通信信息量。隨身微計算機中將實
現(xiàn)計算部200中沒有在傳感節(jié)點中沒有實現(xiàn)的功能模塊，具體說，包括
有情景多種傳感信息融合、人機交互、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。同類 傳感信號的處理、融合和分析模塊，如傳感節(jié)點計算能力強，則在傳感 節(jié)點中實現(xiàn)，否則，在隨身微計算機中實現(xiàn)。
隨身微計算機可以以無線通信的方式與各微型傳感節(jié)點連接。如，
使用藍牙、Zigbee等。這時，整個穿戴裝置是一個"身體無線傳感網(wǎng)絡(luò)"。 其中隨身微計算機是網(wǎng)關(guān)。各微型傳感節(jié)點與網(wǎng)關(guān)進行時間同步，在與 網(wǎng)關(guān)進行通信時，微型傳感節(jié)點根據(jù)網(wǎng)關(guān)指定的時間與網(wǎng)關(guān)通信(藍牙)， 或各微型傳感節(jié)點競爭與網(wǎng)關(guān)的通信時間。由于這里是一個網(wǎng)關(guān)對多個 微型傳感節(jié)點，分時的通信方式能比較有效地防止沖突和數(shù)據(jù)丟失。
穿戴監(jiān)測裝置的實現(xiàn)方案二穿戴式監(jiān)測裝置200的各微型傳感器 IOO直接與隨身微計算機連接，這時前置放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器也是隨身微 計算機的一部分監(jiān)控中心相聯(lián)。
穿戴監(jiān)測裝置的實現(xiàn)方案三如圖6所示，整個計算部200由一隨身 微計算機和一手機(或掌上電腦)共同實現(xiàn)。隨身微計算機和手機(或 掌上電腦)之間一般采用無線(如藍牙)連接，也可以用有線連接。隨 身微計算機是專用的它直接連接各微型傳感器IOO，包括了所有前置放
大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及同類傳感信號融合和分析模塊。這是因為，在 經(jīng)過同類傳感信號融合和分析之后，數(shù)據(jù)量會大大減少，可以降低通信
成本我們知道，通信所需耗電，遠遠大于計算所需的耗電。人機交互
一般在手機(或掌上電腦)中實現(xiàn)。其它三個模塊，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫221、監(jiān)
測數(shù)據(jù)庫223和有情景多種傳感信息融合224，可以選擇在隨身微計算機 或手機(或掌上電腦)中實現(xiàn)。而手機(或掌上電腦)擔(dān)負與監(jiān)控中心
的通信。
身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的復(fù)雜度在很大程度上取決于傳感器種類和
傳感器數(shù)目的多少。如果選擇單項監(jiān)測，則可能有
*心電圖、血壓等的連續(xù)單項監(jiān)測和分析系統(tǒng)和儀器，它隨身攜帶， 并把結(jié)果傳向監(jiān)控中心；與現(xiàn)有的holter (動態(tài)心電)不同的是， 它把穿戴者與醫(yī)護人員聯(lián)系到一起。
*單項運動監(jiān)測儀使用一組(1個、3個、5個或更多)加速度傳感 器，測量人的活動類型、強度和運動時間。 一方面，活動類型、強 度和運動時間可以推算出能量消耗，從而指導(dǎo)人的身體鍛煉、減肥 和保健；另一方面，從活動數(shù)據(jù)，可以計算出穿戴者的每一天的活 動量、活動規(guī)律、長時間的活動規(guī)律的變化，這些都是與人們保健 非常相關(guān)的信息，它可以用于進行保健，特別是老年保健方面的研 究和實踐。例如，活動量的減少，起床時間的變更，在非散步時間 時的長時間走動，都是某些問題出現(xiàn)的信號。
*單項環(huán)境監(jiān)測儀。特別要指出的是，隨身位置測量，在很多領(lǐng)域有 重要應(yīng)用。例如，在兒童身上戴有定位儀，將可以為家長帶來很大 的方便。
參單項心理狀態(tài)測量儀可以幫助人們更好地休息，可以監(jiān)測前方作戰(zhàn) 人員的心理，等。方法是使用皮膚電導(dǎo)傳感器和腦電信號推測人們 的心理狀態(tài)。
穿戴監(jiān)測裝置可以在沒有監(jiān)測中心的情況下獨立工作。由于計算部 具有所有生理和情景傳感器的數(shù)據(jù)采集、處理和融合功能、人機交互功 能、無線和有線通信功能，它可以將處理結(jié)果和預(yù)警信息與穿戴者交互， 也可以直接與醫(yī)護人員和家屬聯(lián)系。如前所述，穿戴式監(jiān)測裝置也具有 系統(tǒng)自身的監(jiān)測和管理功能。
使用不同的傳感器組合，可以有不同應(yīng)用。下面，我們給一個簡單 的應(yīng)用例子。
一個簡單應(yīng)用例子
穿戴式身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以是一種新型的診療系統(tǒng)，它把診 療從醫(yī)院解放出來，走到人們的日常生活、工作和休閑中去?，F(xiàn)在來看 一個簡單的例子。 一種簡單的穿戴式身體監(jiān)測的咨詢器，只裝配有心電 圖、三個加速度傳感器(分別在腰部和雙腿上)。它們裝置在兩個無線微 型傳感器節(jié)點上。這兩個無線微型傳感器節(jié)點分別接受心電圖和加速度 傳感器信號，將它們放大、轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，再通過無線傳到隨身攜帶的 掌上電腦中去。
掌上電腦首先分別處理心電圖和加速度傳感器信號。心電圖分析結(jié) 果是心率和監(jiān)測出的非正常事件(如早博、心房顫動等)。對三個加速度 傳感器信號的分析，分類出活動類型1)靜態(tài)(站、坐、臥)，2)步態(tài)
(走、跑、上樓梯、下樓梯)和速度，3)過渡(起立、坐下、起床)， 等。掌上電腦將所有這些數(shù)據(jù)和分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫。
掌上電腦發(fā)現(xiàn)，穿戴者在做慢跑運動，因為他已經(jīng)以每小時6公里 的速度跑了 IO分鐘了。隨著他的運動的繼續(xù)，掌上電腦監(jiān)視他的心率變 化，看有無心臟異常；同時，計算他的能量消耗。因為他已經(jīng)60歲了， 當(dāng)他不自覺地把速度提高到每小時8公里時，心率已經(jīng)偏高了。掌上電 腦輕聲發(fā)出信息，建議他放慢腳步。在大約25分鐘時，掌上電腦發(fā)現(xiàn)他 的運動的能量消耗已經(jīng)足夠，請他考慮停止運動。
掌上電腦發(fā)現(xiàn)他的兩次早博信號，把這兩個信號連同活動信息，一 起發(fā)給了醫(yī)生。醫(yī)生還向監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫調(diào)閱了他最近的心率變化量和 相應(yīng)的活動數(shù)據(jù)，按天的活動統(tǒng)計數(shù)據(jù)，作息時間及變化等，做進一步 研究。
(四)網(wǎng)上健康信息交流和咨詢
穿戴式身體監(jiān)測裝置012的變種，例如，減少微型傳感器100的種 類和數(shù)目，簡化隨身計算部200的處理功能，側(cè)重其易穿戴性，它將可 廣泛地應(yīng)用于各個年令層的運動、減肥、保健等。我們稱之為"穿戴式健 康監(jiān)測和咨詢器"。
例如，"穿戴式健康監(jiān)測的咨詢器"可以包括心電圖112和1個或3 個加速度傳感器122，也可選擇再加入一個呼吸測量器以及溫度環(huán)境傳
感器等133。同時，在系統(tǒng)中嵌入時鐘和秒表功能。從心電圖中，推導(dǎo)
出即時心律，檢測出早博等非正常信號。從加速度傳感器122，可以分
類活動類型，計算活動強度和持續(xù)時間，進而推導(dǎo)能量消耗。同時，心 律變化、活動類型和強度、呼吸量和環(huán)境溫度等多種信息的融合和長時 間連續(xù)分析，得出身體健康狀態(tài)及趨勢，評估鍛煉、恢復(fù)和減肥效果。"穿 戴式健康監(jiān)測的咨詢器"可以用于自我測定身體健康指數(shù)，如心血管健康 指數(shù)，指導(dǎo)運動、減肥和保健活動。
心血管健康指數(shù)是表征人體通過血、氧的循環(huán)產(chǎn)生能量的能力，它 是人體最重要的健康指數(shù)。心血管健康指數(shù)的改善，不僅是心肺功能的 改善，由于血氧供應(yīng)良好，思維能力也會改善。使用"穿戴式健康監(jiān)測的 咨詢器"可以方便地完成最常用的心血管健康指數(shù)測量方法，例如
Rockport跑1609米測試。被測者盡其所能跑完1609米，準(zhǔn)確地測出其 所用時間和平均心律。根據(jù)穿戴者的性別、年齡和體重，可以馬上得出
他的以V02max表示的心血管健康指數(shù)先計算V02max為
V02max (ml kg-l min-1) =88.768 + 8.892 X (性別，男l(wèi)，女0) 一 0.21098 X (體重公斤)一1.4537 (時間分)一0.1194 X
(每分鐘心跳數(shù))
然后査表得出其心血管健康指數(shù)。同樣，我們可以實現(xiàn)其它類似健 康指數(shù)。有了健康指數(shù)，我們可以評估穿戴者的健康狀況，也可以對一 群人，如學(xué)生，進行健康評估和調(diào)查，并指導(dǎo)鍛煉和減肥。
使用穿戴式健康監(jiān)測的咨詢器可以很方便地指導(dǎo)鍛煉。例如，鍛煉 的強度和持續(xù)時間的控制非常重要，根據(jù)穿戴者的個人資料和他的鍛煉 進行的程度，穿戴式健康監(jiān)測的咨詢器可以計算出他運動中的最高和最
低心律
最低心律=(220 —年齡 一 休息心律)X 50% +休息心律 最高心律=(220 —年齡 一 休息心律)X 70% +休息心律 其中50%和80%隨個人的身體狀況、鍛煉進程而異。而鍛煉持續(xù)
時間也因強度和人的體質(zhì)等而異。在鍛煉過程中，"穿戴式健康監(jiān)測的咨 詢器"可以隨時提醒穿戴者。
同時，在網(wǎng)上建立"穿戴式健康監(jiān)測的咨詢器"社區(qū)。社區(qū)由一個或 - -組監(jiān)控中心服務(wù)器組成。它為每一個"穿戴式健康監(jiān)測的咨詢器"使用 者建立帳戶，分配存儲空間，提供數(shù)據(jù)分析軟件。"穿戴式健康監(jiān)測的咨 詢器"通過無線通信可選擇將數(shù)據(jù)送到社區(qū)的帳戶存儲空間中，同時對現(xiàn) 有的數(shù)據(jù)進行管理。通過社區(qū)，使用者可以獲得具有新功能的新版軟件， 更新功能，并加載到穿戴式健康監(jiān)測的咨詢器"中去。在社區(qū)中，使用者 可以使用社區(qū)所提供的分析工具對自己的數(shù)據(jù)做進一步的分析。當(dāng)使用 者對自己的某些生理數(shù)據(jù)感覺有疑惑時，可以和社區(qū)中的在線專家進行 直接的交談，同時可以給離線的專家留言，當(dāng)專家上線后，解答他們的 疑問。咨詢器的使用者可以和社區(qū)中的其它用戶一起討論，交流保健心 得，社區(qū)為他們提供有效的交流平臺。另一方面，社區(qū)積極收集當(dāng)前關(guān) 于健康保健的最新消息，將信息發(fā)布在社區(qū)的公共區(qū)域，同時，還要將 這些信息通過無線通信發(fā)送給咨詢器，指導(dǎo)咨詢器的使用者更好的進行 保健。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并 不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理 解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā) 明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于每個穿戴者使用襯底穿戴有至少一個或一組兩類微型傳感器一類是生理信號傳感器，另一類是影響生理狀態(tài)的情景因素的傳感器；每個穿戴者備有一計算部，與微型傳感器連接，用于接收、處理和存儲微型傳感器采集的身體部位的生理、運動、環(huán)境和心理數(shù)據(jù)，對微型傳感器實施控制，與穿戴者交互；具有一監(jiān)控中心，與計算部采用無線或有線通訊連接，用于接收、處理、存儲和融合多個計算部、不同穿戴者的數(shù)據(jù)，為醫(yī)護人員、家屬、穿戴者提供數(shù)據(jù)、計算、信息、咨詢服務(wù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所 述兩類微型傳感器，其中生理信號傳感器包括心律計、心電圖、血壓計、血氧飽和度計、體溫計、呼吸計、腦電儀；影響生理狀態(tài)的情景因素傳感器包括以下三種傳感器 測量身體活動的加速度傳感器、微型陀螺儀、測量關(guān)節(jié)運動的張力計和攝像機活動監(jiān)測裝置；測量環(huán)境的溫度、噪聲、空氣、位置的環(huán)境傳感器或裝置； 測量心理因素的皮膚傳導(dǎo)值的傳感器、腦電傳感器和影響情緒事件的麥克風(fēng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述微型傳感器使用襯底穿戴在身體各部位；穿戴方式為，粘貼，捆綁， 嵌入衣服、帽子、鞋子、手套、胸衣、手表、耳機。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所 述計算部包括一組前置放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用以接收微型傳感器所采集的信號，把所述采集信號放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換器所要求的范圍，進而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;一組同種類傳感信號融合和分析模塊包括分別處理、分析和融合各 種類傳感器數(shù)字信號的單元，這些單元接收自模數(shù)轉(zhuǎn)換器來的數(shù)字信號， 并將處理完的信息送到監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，作為有情景多傳感信息融合模塊的 輸入或直接為穿戴者、醫(yī)護人員和家庭成員所應(yīng)用；一有情景多傳感信息融合模塊，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)庫接收自同種類傳感 信號融合和分析模塊的多種信息，有情景多傳感信息融合模塊將這些信 息融合起來，判斷身體狀態(tài)；一人機交互模塊，用以顯示有情景多傳感信息融合模塊或同種類傳 感信號融合和分析模塊的結(jié)果，接受和反應(yīng)使用者的要求，顯示來自監(jiān) 控中心的信息；一監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，用以短期即幾周或幾個月存儲傳感數(shù)據(jù)、同種類傳 感信號融合和分析模塊的分析結(jié)果、有情景多傳感信息融合模塊的分析 結(jié)果、個人資料、各測量參數(shù)的預(yù)警值；一系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，存儲計算部與微型傳感器連接組成的穿戴式監(jiān)測裝 置的配置和運行參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所 述監(jiān)控中心包括一全信息有情景服務(wù)模塊，它接收、存儲和綜合來自多個計算部的信息，為醫(yī)護人員提供研究、診斷和咨詢的平臺；一大型"全信息數(shù)據(jù)庫"，它存儲所有計算部來的分析結(jié)果和相應(yīng)的 部分原始數(shù)據(jù)，各穿戴者的個人及病史資料，以及醫(yī)護人員的診斷、診 療方案、診療結(jié)果信息；一系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)管理程序，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲有各穿戴式監(jiān)測裝 置的系統(tǒng)參數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所 述計算部的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中測量參數(shù)達到其預(yù)警門限時，將自動觸發(fā)預(yù)警， 按照數(shù)據(jù)庫中定義的預(yù)警方式和途徑發(fā)出預(yù)警。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所 述計算部中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，在收到監(jiān)控中心的修改穿戴式監(jiān)測裝置參數(shù) 的命令，對穿戴式監(jiān)測裝置執(zhí)行修改指令。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4和5所述的身體監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述計 算部中的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控中心的全信息數(shù)據(jù)庫之間，以及計算部中的 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控中心的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之間，都執(zhí)行雙向事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)同步。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所 述穿戴式監(jiān)測裝置由一計算部和一個或多個傳感器節(jié)點組成，它們之間用無線或有線通信連接，計算部與監(jiān)控中心通信，其中所述傳感器節(jié)點由一個或一組微型傳感器及相應(yīng)計算部的前置放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器共同存在于一嵌入式系統(tǒng)之中，加上無線或有線通信、處理器、電源管理組成；所述計算部采用隨身微計算機，計算部的有情景多傳感信息融合模塊、人機交互模塊、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和監(jiān)測數(shù)據(jù)庫在隨身微計算機中實現(xiàn)； 如果傳感器節(jié)點計算能力強，同種類傳感信號融合和分析模塊在傳感器節(jié)點中實現(xiàn)；否則，同種類傳感信號融合和分析模塊在隨身微計算機中實現(xiàn)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述穿戴式監(jiān)測裝置的另一實現(xiàn)方案是整個計算部在隨身微計算機上實現(xiàn)，各微型傳感器直接與隨身微計 算機連接，隨身微計算機使用無線或有線方式與監(jiān)控中心相聯(lián)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述穿戴式監(jiān)測裝置的再一實現(xiàn)方案是整個計算部由隨身微計算機和手機或掌上電腦共同實現(xiàn)；隨身微計 算機和手機或掌上電腦之間采用無線連接，或用有線連接；所有微型傳感器直接與隨身微計算機連接，手機或掌上電腦則負責(zé) 人機交互和與監(jiān)控中心的通信。
12、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述同類傳感信號融合和分析模塊對同類傳感信號進行處理、分析或進 行多個傳感器信號的融合，獲得有意義的解釋；融合位于身體不同部位 的多個加速度傳感器信號產(chǎn)生活動分類、運動強度和持續(xù)時間。
13、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述有情景多傳感信息融合模塊的情景為影響當(dāng)前生理狀態(tài)的情景因 素，包括活動、環(huán)境和心理信息，有情景多傳感信息融合根據(jù)生理測量 值和相應(yīng)情景因素，估計當(dāng)前身體狀態(tài)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述全信息有情景服務(wù)模塊在監(jiān)控中心實現(xiàn)，其中全信息為較長時間的 連續(xù)生理反應(yīng)、生理節(jié)奏及其變化信息，以及相應(yīng)的情景信息；全信息 有情景服務(wù)模塊使用大量穿戴者的長時間的全信息，為每一個穿戴者建 立檔案。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 當(dāng)無監(jiān)控中心時，穿戴者通過穿戴式監(jiān)測裝置隨時獲知自己的狀態(tài)，接 收穿戴式監(jiān)測裝置系統(tǒng)給予的提醒，將數(shù)據(jù)傳給穿戴者、家屬或醫(yī)護人 員；穿戴式監(jiān)測裝置存儲幾周甚至幾個月的穿戴者數(shù)據(jù)以及處理結(jié)果。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 在裝置有一種微型傳感器時，則為如下幾種專用設(shè)備當(dāng)只裝置有心電圖傳感器時，則為動態(tài)心電連續(xù)監(jiān)測設(shè)備； 當(dāng)只裝置加速度傳感器時，則為活動監(jiān)測儀，用于對活動進行連續(xù) 監(jiān)測、分類和定量分析，計算能量消耗，分析鍛煉和病情恢復(fù)結(jié)果； 當(dāng)只有定位器時，則為隨身即時定位系統(tǒng)； 當(dāng)只有皮膚電導(dǎo)傳感器時，則為隨身即時心情測量儀。
17、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述穿戴式監(jiān)測裝置具有如下人機交互功能時鐘功能，信息處理和分 析功能，網(wǎng)絡(luò)交互功能，系統(tǒng)功能維護、更新、自組織，即隨著微型傳 感器種類和數(shù)目的即時增加和減少，選擇和設(shè)定應(yīng)用功能和應(yīng)用程序， 根據(jù)穿戴者當(dāng)時情況，修改和運行應(yīng)用程序。
18、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述穿戴式監(jiān)測裝置，采用穿戴式健康監(jiān)測咨詢器的簡化結(jié)構(gòu)包括的傳 感器有心電圖、加速度傳感器、呼吸測量儀和環(huán)境溫度計，進行心血 管健康指數(shù)的測試，實時幫助制定鍛煉方案，在鍛煉過程中給穿戴者于 提醒，分析鍛煉、恢復(fù)、減肥效果。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于 所述采用穿戴式健康監(jiān)測咨詢器使用者建立網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，該社區(qū)為穿戴式 健康監(jiān)測咨詢器使用者建立帳戶，分配存儲空間，提供數(shù)據(jù)分析和共享 工具；穿戴式健康監(jiān)測咨詢器的使用者在網(wǎng)絡(luò)社區(qū)上與專業(yè)的醫(yī)療人員 進行直接在線交談以及留言，或與其它用戶一起參與討論，網(wǎng)絡(luò)社區(qū)為 他們提供交流平臺和專家咨詢。
20、根據(jù)權(quán)利要求19所述的身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 所述采用穿戴式健康監(jiān)測咨詢器使用者網(wǎng)絡(luò)社區(qū)與穿戴式健康監(jiān)測咨詢 器之間通過無線通信，上傳數(shù)據(jù)到用戶存儲空間，并且管理這些數(shù)據(jù)， 下載新軟件和工具。
全文摘要
本發(fā)明公開一種身體體征動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，每一穿戴者有至少一個或一組位于襯底上的微型傳感器，和一計算部；計算部與微型傳感器連接，共同組成穿戴式監(jiān)測裝置；具有一監(jiān)控中心，與計算部采用無線或有線通訊連接。由于本發(fā)明使用生理、活動、環(huán)境和心理等多種傳感器進行連續(xù)隨身監(jiān)測，它不但能采集到低概率的事件，而且能測量人在日常生活，如活動、休息和睡覺，以及環(huán)境條件和心理因素下的生理反應(yīng)和生理節(jié)奏的變化。這是通常診療室或醫(yī)院用檢查設(shè)備和方法不可能做到的，而這些對于病情診斷，病情的發(fā)展和病情的治療尤為重要。另一方面，連續(xù)檢測生理信號，測量日常生活情景，融合這兩種信息，對于運動、保健、提高生活質(zhì)量具有重要意義。
文檔編號A61B19/00GK101108125SQ200710119869
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月2日
發(fā)明者張志強 申請人:張志強