專利名稱：穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)，屬于醫(yī)學儀器及設備 領域。
背景技術：
隨著人口老齡化進程的加快和各種慢性疾病在中青年人群中的蔓延，人們健康 意識和保健要求的日益增強，這使得以往單純的醫(yī)院診治正向社區(qū)和家庭模式轉變。這 種模式的轉變致使適用于家庭和個人的小型化穿戴式診療和監(jiān)護技術的發(fā)展得到普遍的 關注。另一方面，一些特殊領域和行業(yè)，如航空航天、深水作業(yè)和運動員訓練等對人體 穿戴式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)也有很廣泛和迫切的需求。實現(xiàn)對人體非植入式、無創(chuàng)、連續(xù) 醫(yī)療診斷的人體穿戴式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)將成為新型醫(yī)療模式下的重要診斷監(jiān)護終端設 備，它的廣泛應用將極大地推動遠程醫(yī)療和移動家庭保健系統(tǒng)的發(fā)展。在現(xiàn)有市場上一類較為普遍的產(chǎn)品中主要實現(xiàn)了單生理信號監(jiān)測的功能。如美 國Medwave公司開發(fā)的Vasotrac腕式血壓測量儀，血壓儀要求周期性地在撓動脈上加壓 減壓，不能實現(xiàn)每博血壓測量，而且使用時需要專業(yè)人員確定傳感器位置。該檢測儀功 能單一，且需要專業(yè)人員的操作，否則信號的穩(wěn)定獲取受限制?，F(xiàn)有穿戴式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的的研究中，主要有美國佐治亞理工的生命 衫，美國麻省理工學院MIThirt項目研制的生命體征監(jiān)護模塊，德國Fraunhofer IZM開發(fā) 的具有傳感功能的T恤衫。這種穿戴式的結構設計具有共同的缺點是首先，T恤衫中 內(nèi)嵌的傳感器，檢測電路，連接導線在日常生活中與皮膚經(jīng)常性地摩擦，這些摩擦導致 傳感器偏離測量位點的皮膚，引入運動噪聲，即使是輕微的抖動也容易引入大量的運動 噪聲，可知這些系統(tǒng)因為不可避免的摩擦限制了生理信號的穩(wěn)定可靠獲取，信號質(zhì)量不 佳。其次，他們將導線編織到T恤衫中，但是導線的伸縮性有限，如果使用者偏瘦，T 恤衫中的傳感器就不能很好的與皮膚接觸；如果使用者偏胖，T恤衫中的連接導線可能 被使用者在不經(jīng)意的動作中拉扯斷；這些使用者的個體差異也限制了生理信號的穩(wěn)定可 靠獲取。最后，由于T恤衫中內(nèi)嵌的傳感器，檢測電路，連接導線分布廣，觸感硬，在 日常生活中降低穿戴的舒適性，穿戴過程中存在較為強烈的異物感?，F(xiàn)有專利中，常見的穿戴式結構主要是胸帶。例如美國專利US6454708公開一 種監(jiān)護和記錄生命健康參數(shù)的方法和系統(tǒng)。該裝置包括用于穿戴的胸帶、可以和PC互 連的基站。胸帶上裝有電極，傳感器和存儲記憶卡。使用時，胸帶上電極和傳感器和人 體皮膚接觸，測量生命體征，如多導聯(lián)或者單導聯(lián)的心電圖，胸部的呼吸信號，人體血 氧，體表溫度、人體姿勢，這些數(shù)據(jù)被存儲記憶卡記錄。胸帶取下時，記憶卡被移出， 可在基站讀取數(shù)據(jù)，其中的數(shù)據(jù)可以上傳至PC機。美國專利US006102856A公開一種穿 戴式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)，同樣包括用于穿戴信號檢測胸帶和接收裝置。胸帶上裝有傳感 器，記錄器，MCU和無線通訊模塊，檢測心電、呼吸、血氧飽和度、脈率和體溫這些生 命體征，生命體征數(shù)據(jù)存儲于記錄器，可以通過無線通訊模塊上傳至接收裝置。以上兩篇專利都是胸帶式的穿戴式生命體征監(jiān)測系統(tǒng)。穿戴過程中，為實現(xiàn)生理信號的穩(wěn)定可 靠獲取，胸帶需勒緊人體胸部，隨著長時間地使用，人體產(chǎn)生不適感，也可能導致呼吸 不暢，或者胸部疼痛；為提高舒適性，需放松胸帶，這種情況下，傳感器易在人體日常 活動的作用下偏移，導致傳感器和人體皮膚之間產(chǎn)生相對位移，影響信號的提取質(zhì)量， 引入運動噪聲。檢測功能上，兩者都不能實現(xiàn)人體血壓信號無創(chuàng)連續(xù)監(jiān)測，且美國專利 號US6454708不能實現(xiàn)實時監(jiān)測。從以上現(xiàn)有技術可以看出，就穿戴式人體生命體征監(jiān)護系統(tǒng)研究領域而言，其 關鍵核心技術和發(fā)明創(chuàng)新主要體現(xiàn)在獲取人體生命體征參數(shù)的穿戴式結構設計方法以及 這種結構所能實現(xiàn)的檢測信號的穩(wěn)定可靠性。對于穿戴式的人體生理參數(shù)監(jiān)護系統(tǒng)設 計，一方面要考慮到穿戴式結構對于被監(jiān)測信號穩(wěn)定可靠獲取的重要性，另一方面則要 關注穿戴式結構使用的舒適性，因為這畢竟最終影響使用的人群。所以，以往這些檢測 裝置在信號穩(wěn)定獲取和穿戴舒適性方面往往不能兼顧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種穿戴式人體四大生命體征參數(shù) 實時監(jiān)護系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是其穿戴式人體四大生命體征參 數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)以腕表、皮帶和貼身衣物為載體；所述腕表上集成有壓電脈搏傳感器、 第一信號調(diào)理電路、第一微處理器控制模塊和第一無線收發(fā)模塊，所述壓電脈搏傳感 器、第一信號調(diào)理電路、第一微處理器控制模塊和第一無線收發(fā)模塊依次電連接。所 述貼身衣物腰部內(nèi)側嵌有心電電極和溫度傳感器，所述心電電極的信號輸出端和溫度傳 感器的信號輸出端各連接有一段柔軟導線，各柔軟導線由貼身衣物的腰部內(nèi)側向外側伸 出，各所述柔軟導線的端部固定有導電按扣，所述心電電極信號接入端口和溫度傳感器 信號接入端口嵌裝于所述皮帶的表面，所述心電電極信號接入端口和溫度傳感器信號接 入端口分別與對應的導電按扣連接；所述皮帶還嵌有依次電連接在一起的第二信號調(diào)理 電路、第二微處理器控制模塊和第二無線收發(fā)模塊，所述心電電極信號接入端口和溫度 傳感器信號接入端口分別與第二信號調(diào)理模塊電連接，所述第二無線收發(fā)模塊與第一無 線收發(fā)模塊相匹配。進一步地，本發(fā)明所述皮帶的外側表面嵌裝有顯示模塊，所述顯示模塊與所述 第二微處理器控制模塊電連接。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是1)本發(fā)明系統(tǒng)通過皮帶自然擠壓心電電極和溫度傳感器，使其與皮膚緊密貼 合，通過衣服的緩沖作用，減少摩擦，實現(xiàn)了生理信號的穩(wěn)定可靠獲取，在不限制使用 者日常生活的前提下，亦可獲得高質(zhì)量的生理信號，且人體穿戴舒適宜人，無異物感。2)本發(fā)明系統(tǒng)采用無線同步技術實現(xiàn)血壓無創(chuàng)連續(xù)監(jiān)測，大量減少連接導線的 存在，在獲得穩(wěn)定可靠的連續(xù)血壓信號的同時也提高穿戴的舒適性。3)本發(fā)明皮帶既有其本身的固定裝飾作用，又可以提高系統(tǒng)信噪比，最后皮帶 亦能內(nèi)嵌電路，起到控制監(jiān)護系統(tǒng)的作用。4)本發(fā)明操作簡單，無需專業(yè)醫(yī)護人員的操作，減少人為主觀判斷的誤差。


圖1是本發(fā)明穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)腕表、貼身衣物和皮 帶各部分連接關系示意圖；圖2是本發(fā)明穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)心電電極、貼身衣 物、皮帶連接關系示意圖；圖3是本發(fā)明穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)溫度傳感器、貼身衣 物、皮帶連接關系示意圖；圖4是本發(fā)明穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)皮帶、腕表、貼身衣 物穿戴示意圖。圖5是本發(fā)明穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)第二信號調(diào)理電路內(nèi) 部結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細描述。如圖1所示，本發(fā)明穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)包括皮帶1、腕 表2、貼身衣物3三大載體。腕表2集成壓電脈搏傳感器21，第一信號調(diào)理電路22，第 一微處理器控制模塊23和第一無線收發(fā)模塊24。壓電脈搏傳感器21、第一信號調(diào)理電路 22、第一微處理器控制模塊23和第一無線收發(fā)模塊24依次電連接。在貼身衣物腰部內(nèi) 側33內(nèi)嵌心電電極31和溫度傳感器32。皮帶外側表面12嵌裝信號接入端口 121 (當然 信號接入端口 121也可嵌裝在皮帶內(nèi)側表面11)，信號接入端口 121分為與心電信號相對 應的心電電極信號接入端口 1210和與溫度信號相對應的溫度傳感器信號接入端口 1211兩 種，皮帶1內(nèi)嵌有第二信號調(diào)理電路122、第二微處理器控制模塊123和第二無線收發(fā)模 塊124;信號接入端口 121、第二信號調(diào)理電路122、第二微處理器控制模塊123和第二 無線收發(fā)模塊124依次電連接。第一無線收發(fā)模塊24和第二無線收發(fā)模塊124相匹配， 兩者通過無線互連。如圖2所示，心電電極31內(nèi)嵌于貼身衣物腰部內(nèi)側33，心電電極31的信號輸出 端口連接一段柔軟導線312，柔軟導線312伸出貼身衣物3，柔軟導線312端部固定有導 電按扣313。柔軟導線312隨著導電按扣313連接到皮帶外側表面12嵌裝的心電電極信 號接入端口 1210可發(fā)生一定的彎曲(參看圖2)。皮帶1在佩戴時自然擠壓貼身衣物3， 使心電電極31緊密貼合在人體腰部皮膚上。在皮帶1的自然擠壓作用和貼身衣物3的緩 沖作用下，心電電極31和皮膚的摩擦減少，獲取穩(wěn)定可靠的心電和呼吸生理信號，且穿 戴舒適無異物感。如圖3所示，溫度傳感器32內(nèi)嵌于貼身衣物腰部內(nèi)側33，溫度傳感器32的信號 輸出端口連接有一段柔軟導線314，柔軟導線314伸出貼身衣物3，柔軟導線314端部固 定有導電按扣313。柔軟導線314隨著導電按扣313連接到皮帶外側表面12嵌裝的溫度 傳感器信號接入端口 1211可發(fā)生一定的彎曲(參看圖3)。皮帶1在佩戴時自然擠壓貼身 衣物3，使溫度傳感器32緊密貼合在人體腰部皮膚上。在皮帶1的自然擠壓作用，貼身 衣物3的緩沖作用下，溫度傳感器32和皮膚的摩擦減少，獲取穩(wěn)定可靠的體表溫度生理信號，且穿戴舒適無異物感。第一信號調(diào)理電路22可采用普通放大電路和濾波電路。第一微處理器控制模塊 23和第二微處理器模塊123采用單片機芯片即可，如TI生產(chǎn)的MSP430系列的微功耗系 列16位單片。第一無線收發(fā)模塊24和第二無線收發(fā)模塊124可采用現(xiàn)有公知技術，如 Zigbee>藍牙等。第二信號調(diào)理電路122包括電流源電路1221、放大電路1222和濾波電 路1223。其中，電流源電路1221可用一個頻率、電流穩(wěn)定的普通電流源，放大電路1222 可用普通放大電路，濾波電路1223可用普通濾波電路。心電電極信號接入端口 1210、放 大電路1222、濾波電路1223、第二微處理器模塊123依次電連接，且電流源電路1221分 別與第二微處理器控制模塊123、心電電極信號接入端口 1210電連接，溫度傳感器信號 接入端口 1211與放大電路1222電連接(參看圖5)。如圖4所示，本發(fā)明實時監(jiān)護系統(tǒng)使用時，人體只需將腕表2如普通腕表一樣佩 戴在腕部，將貼身衣物3如普通衣物貼身穿戴，將皮帶1如普通皮帶佩戴在腰部。導電 按扣313與皮帶外側表面12嵌裝的相應信號接入端口 121連接。腕表2的壓電脈搏傳感器21檢測人體腕部的脈搏電信號，脈搏電信號經(jīng)第一信 號調(diào)理電路22，送至第一微處理器控制模塊23，得到人體脈搏生理參數(shù)，提取脈搏波波 峰值的采集時刻。系統(tǒng)實現(xiàn)脈搏生理信號的連續(xù)監(jiān)測。如圖2和圖5所示，心電電極31作為雙電極復用的心電、呼吸檢測，檢測人體 的心電和呼吸信號。在導電按扣313和心電電極信號接入端口 1210連接時，電流源電路 1221在第二微處理器控制模塊123控制下依次經(jīng)心電電極信號接入端口 1210、導電按扣 313、柔軟導線312、心電電極31作用于人體。在電流源電路1221激勵下心電電極31檢 測得到呼吸信號。呼吸信號依次經(jīng)柔軟導線312、導電按扣313傳輸至心電電極信號接 入端口 1210，再依次經(jīng)放大電路1222、濾波電路1223送至第二微處理器控制模塊123。 在導電按扣313和心電電極信號接入端口 1210連接且電流源電路1221無激勵時，由心電 電極31檢測得到心電信號。心電信號依次經(jīng)柔軟導線312、導電按扣313傳輸至心電電 極信號接入端口 1210，再依次經(jīng)放大電路1222、濾波電路1223送至第二微處理器控制模 塊123，第二微處理器模塊123提取心電信號QRS波波峰值采集時刻。本發(fā)明實時監(jiān)護 系統(tǒng)實現(xiàn)心電、呼吸兩項生理參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測。溫度傳感器32用于檢測人體體表溫度。如圖3所示，在導電按扣313和溫度傳 感器信號接入端口 1211連接時，人體體表溫度依次經(jīng)柔軟導線312、導電按扣313傳輸 至溫度傳感器信號接入端口 1211，再經(jīng)第二信號調(diào)理電路122放大電路1222、濾波電路 1223送至第二微處理器控制模塊123，經(jīng)第二微處理器控制模塊123處理得到人體溫度生 理參數(shù)。由此，本發(fā)明實時監(jiān)護系統(tǒng)實現(xiàn)體表溫度生理參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測。人體血壓生理參數(shù)連續(xù)監(jiān)測可利用無線同步技術根據(jù)脈搏波波速法檢測得到。 腕表2處脈搏波波峰值采集時刻和人體脈搏信息通過第一無線收發(fā)模塊24上傳至第二無 線收發(fā)模塊124，由第二微處理器控制模塊123調(diào)用。第二微處理器模塊123由脈搏波 波峰值采集時刻和上述QRS波波峰值的采集時刻作差，得到脈搏波延時時間PTT值，由 PTT值根據(jù)多項式擬合得到人體的血壓生理參數(shù)。由此，本發(fā)明實時監(jiān)護系統(tǒng)實現(xiàn)血壓 生理參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測。為方便使用者查看四大生命體征參數(shù)，本發(fā)明實時監(jiān)護系統(tǒng)還可在其第二微處理器控制模塊123電連接一顯示模塊，該顯示模塊嵌裝于皮帶的外側表面。該顯示模塊 通常可用通用液晶顯示屏。 本發(fā)明人體穿戴式四大生命體征實時監(jiān)護系統(tǒng)還可將檢測到的溫度、呼吸、脈 搏、血壓四大生命體征參數(shù)實時地通過第二無線收發(fā)模塊124傳送至遠程終端，由遠程 終端接入計算機網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)對溫度、呼吸、脈搏、血壓四大生命體征參數(shù)的遠程監(jiān) 護。
權利要求
1.一種穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)以腕表、 皮帶和貼身衣物為載體；所述腕表上集成有壓電脈搏傳感器、第一信號調(diào)理電路、第一 微處理器控制模塊和第一無線收發(fā)模塊，所述壓電脈搏傳感器、第一信號調(diào)理電路、第 一微處理器控制模塊和第一無線收發(fā)模塊依次電連接。所述貼身衣物腰部內(nèi)側嵌有心電 電極和溫度傳感器，所述心電電極的信號輸出端和溫度傳感器的信號輸出端各連接有一 段柔軟導線，各柔軟導線由貼身衣物的腰部內(nèi)側向外側伸出，各所述柔軟導線的端部固 定有導電按扣，所述心電電極信號接入端口和溫度傳感器信號接入端口嵌裝于所述皮帶 的表面，所述心電電極信號接入端口和溫度傳感器信號接入端口分別與對應的導電按扣 連接；所述皮帶還嵌有依次電連接在一起的第二信號調(diào)理電路、第二微處理器控制模塊 和第二無線收發(fā)模塊，所述心電電極信號接入端口和溫度傳感器信號接入端口分別與第 二信號調(diào)理模塊電連接，所述第二無線收發(fā)模塊與第一無線收發(fā)模塊相匹配。
2.根據(jù)權利要求1所述的穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)，其特征在于 所述皮帶的外側表面嵌裝有顯示模塊，所述顯示模塊與所述第二微處理器控制模塊電連 接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種穿戴式人體四大生命體征參數(shù)實時監(jiān)護系統(tǒng)。它以腕表、皮帶和貼身衣物為載體；腕表上集成有依次電連接的壓電脈搏傳感器、第一信號調(diào)理電路、第一微處理器控制模塊和第一無線收發(fā)模塊，貼身衣物腰部內(nèi)側嵌有心電電極和溫度傳感器；心電電極信號輸出端和溫度傳感器信號輸出端各連接有一段柔軟導線，其端部固定有導電按扣；心電電極信號接入端口和溫度傳感器信號接入端口嵌裝于皮帶表面且分別與對應導電按扣連接；皮帶還嵌有依次電連接在一起的第二信號調(diào)理電路、第二微處理器控制模塊和第二無線收發(fā)模塊，心電電極信號接入端口和溫度傳感器信號接入端口分別與第二信號調(diào)理模塊電連接，第二無線收發(fā)模塊與第一無線收發(fā)模塊相匹配。
文檔編號A61B5/0205GK102018504SQ201010595180
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權日2010年12月10日
發(fā)明者葉學松, 楊越, 王鵬 申請人:浙江大學