專利名稱：生命體征監(jiān)測儀的制作方法
生命體征監(jiān)測儀
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生命信息監(jiān)測領(lǐng)域，特別是涉及一種家庭保健用生命體征監(jiān)測儀。背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的對生命信息進行監(jiān)測的方法主要是壓力法和溫感法，采用接觸式監(jiān)測設(shè)備，多應(yīng)用于醫(yī)院臨床上。監(jiān)測時，需要將設(shè)備的傳感器與人體皮膚接觸，會使病人感覺不適和給病人的行動帶來很大的不便，并且病人在醫(yī)院里進行監(jiān)測，會給病人造成巨大的心理壓力和經(jīng)濟壓力。近年來，非接觸式監(jiān)測設(shè)備的研究焦點在于超帶寬雷達，但是使用超帶寬雷達技術(shù)不成熟、硬件成本高，不利于市場推廣和使用。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種方便監(jiān)測、成本投入低的家庭保健用生命體征監(jiān)測儀。一種生命體征監(jiān)測儀，包括信號收發(fā)模塊，用于生成連續(xù)電磁波并向外輻射，接收目標回波并進行處理獲取包含生命體征信息的模擬信號；數(shù)據(jù)采集卡，與所述信號收發(fā)模塊相連，用于將從信號收發(fā)模塊獲取的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；處理模塊，與所述數(shù)據(jù)采集卡相連，用于對所述數(shù)字信號進行處理并發(fā)出控制指令；報警模塊，與所述處理模塊相連，用于接收處理模塊的控制指令并發(fā)出報警信號。在優(yōu)選的實施例中，所述信號收發(fā)模塊包括振蕩器、發(fā)射天線、接收天線和混頻器，所述振蕩器用于生成連續(xù)電磁波，所述連續(xù)電磁波的一部分波信號饋入所述發(fā)射天線向外輻射，抵達人體進行生命體征信息的采集；另一部分波信號作為所述混頻器的本振頻率量進入所述混頻器；所述接收天線接收包含生命體征信號的目標回波并將所述目標回波作為所述混頻器的信號頻率量輸入所述混頻器。在優(yōu)選的實施例中，所述信號收發(fā)模塊還包括中頻放大器，所述中頻放大器與所述混頻器相連，用于對所述混頻器的輸出信號進行放大。在優(yōu)選的實施例中，所述連續(xù)電磁波為單頻連續(xù)正弦波。在優(yōu)選的實施例中，所述混頻器包括第一混頻器和第二混頻器，所述中頻放大器包括第一中頻放大器和第二中頻放大器，所述第一混頻器與所述第一中頻放大器相連，所述第二混頻器與所述第二中頻放大器相連；所述另一部分波信號分成兩路，一路波信號進入所述第一混頻器，另一路波信號經(jīng)90度移相進入所述第二混頻器。在優(yōu)選的實施例中，所述處理模塊包括濾波單元和中央處理器，所述濾波單元包括高通濾波器和低通濾波器，所述高通濾波器采用四階無限沖擊響應(yīng)濾波器，所述低通濾波采用七階無限沖擊響應(yīng)濾波器；所述數(shù)據(jù)采集卡輸出的數(shù)字信號經(jīng)所述濾波單元濾波后送入所述中央處理器。在優(yōu)選的實施例中，所述處理模塊還包括只讀存儲器和隨機存取存儲器，所述只讀存儲器用于存儲呼吸信號波峰波谷計算程序、瞬時呼吸率計算程序、呼吸信號波峰波谷閥值和瞬時呼吸率閥值，所述隨機存取存儲器用于存儲控制報警模塊報警的應(yīng)用程序，所述濾波單元濾波后的信號進入所述中央處理器，中央處理器依次調(diào)用所述只讀存儲器和所述隨機存取存儲器中的程序?qū)π盘栠M行處理并根據(jù)處理結(jié)果發(fā)出控制指令，以控制所述報警模塊發(fā)出報警。在優(yōu)選的實施例中，還包括人機界面模塊，所述人機界面模塊與所述處理模塊相連，所述人機界面模塊包括呼吸信號曲線顯示單元、瞬時呼吸率曲線顯示單元和報警信號顯示單元，所述呼吸信號曲線顯示單元用于根據(jù)經(jīng)所述處理模塊處理后的信號繪制呼吸信號曲線，所述瞬時呼吸率曲線顯示單元用于根據(jù)經(jīng)所述處理模塊處理后的信號繪制瞬時呼吸率曲線，所述報警信號顯示單元用于顯示所述報警模塊的狀態(tài)。在優(yōu)選的實施例中，所述人機界面模塊還包括閥值設(shè)定單元，所述閥值設(shè)定單元用于設(shè)定呼吸信號波峰波谷閥值和瞬時呼吸率閥值。在優(yōu)選的實施例中，所述信號收發(fā)模塊通過發(fā)送和接收的連續(xù)電磁波之間的相位差異獲取生命體征信息，并對生成的一部分連續(xù)電磁波進行處理，形成正交的載波信號，所述正交的載波信號用于對所述目標回波進行正交解調(diào)。上述生命體征監(jiān)測儀，通過信號收發(fā)模塊向外輻射連續(xù)電磁波，接收包含生命體征信息的目標回波來完成對人體呼吸、體動、心沖擊信號等生命體征信息的采集。監(jiān)測時， 監(jiān)測設(shè)備無需接觸人體，不會引發(fā)不適，實現(xiàn)了對生命體征信息的無創(chuàng)監(jiān)測。并且采用連續(xù)電磁波作為采集生命體征信息的介質(zhì)，處理技術(shù)比較成熟，結(jié)構(gòu)簡單，成本投入低，使用方便、安全，有利于市場的推廣和使用。

圖1為本發(fā)明較佳實施例的生命體征監(jiān)測儀的模塊圖；圖2為圖1中信號收發(fā)模塊的原理圖；圖3為圖1中處理模塊的詳細模塊圖；圖4為本發(fā)明一實施例的生命體征監(jiān)測儀的模塊圖；圖5為圖4中人機界面模塊的詳細模塊圖。
具體實施方式為了解決接觸式監(jiān)測設(shè)備使用不方便以及應(yīng)用超帶寬雷達技術(shù)的非接觸式監(jiān)測設(shè)備技術(shù)不成熟、硬件成本高的問題，提出了一種家庭保健用生命體征監(jiān)測儀。如圖1所示，本發(fā)明的較佳實施例的生命體征監(jiān)測儀，包括信號收發(fā)模塊110、數(shù)據(jù)采集卡120、處理模塊130和報警模塊140。信號收發(fā)模塊110用于生成連續(xù)電磁波并向外輻射，接收目標回波并進行處理獲取包含生命體征信息的模擬信號。數(shù)據(jù)采集卡120與信號收發(fā)模塊110相連，用于將從信號收發(fā)模塊獲取的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。處理模塊130與數(shù)據(jù)采集卡120相連，用于對數(shù)字信號進行處理并發(fā)出控制指令。報警模塊140 與處理模塊130相連，用于接收處理模塊的控制指令并發(fā)出報警信號。
上述生命體征監(jiān)測儀，通過信號收發(fā)模塊110向外輻射連續(xù)電磁波，接收包含生命體征信息的目標回波來完成對人體呼吸、體動、心沖擊信號等生命體征信息的采集。監(jiān)測時，監(jiān)測設(shè)備無需接觸人體，不會引發(fā)不適，實現(xiàn)了對生命體征信息的無創(chuàng)監(jiān)測。并且采用連續(xù)電磁波作為采集生命體征信息的介質(zhì)，處理技術(shù)比較成熟，結(jié)構(gòu)簡單，成本投入低，使用方便、安全，有利于市場的推廣和使用。如圖2所示，在本實施例中，信號收發(fā)模塊110包括振蕩器111、發(fā)射天線112、接收天線113和混頻器114。振蕩器111用于生成連續(xù)電磁波。生成的連續(xù)電磁波的一部分波信號饋入發(fā)射天線112向外輻射，抵達人體210進行生命體征信號的采集。另一部分波信號作為混頻器114的本振頻率量進入混頻器114。接收天線113接收載有生命體征信號的目標回波并將該目標回波作為混頻器114的信號頻率量輸入混頻器114。在本實施例中，信號收發(fā)模塊110還包括中頻放大器115，中頻放大器115與混頻器114相連，用于對混頻器114的輸出信號進行放大。在本實施例中，振蕩器111生成的連續(xù)電磁波為單頻連續(xù)正弦波。在本實施例中，混頻器114包括第一混頻器11 和第二混頻器114b，中頻放大器 115包括第一中頻放大器11 和第二中頻放大器11恥。第一混頻器IHa與第一中頻放大器11 相連，第二混頻器114b與所述第二中頻放大器11 相連。振蕩器111生成的連續(xù)電磁波中的另一部分波信號分成兩路，一路波信號進入第一混頻器114a，另一路波信號經(jīng) 90度移相進入第二混頻器114b。上述生命體征監(jiān)測儀，振蕩器111發(fā)出MGHz的單頻連續(xù)正弦波，一部分波信號饋入發(fā)射天線112向外輻射，另一部分波信號分成兩路，一路波信號進入第一混頻器11 與載有人體210的生命體征信息的目標回波混頻，另一路波信號經(jīng)90度移相進入第二混頻器 114b，與載有人體210的生命體征信息的目標回波混頻。經(jīng)第一混頻器11 和第二混頻器 114b輸出兩路正交的中頻信號，再分別經(jīng)第一中頻放大器11 和第二中頻放大器11 后輸入信號采集卡120。本裝置采用OT USB-6210數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡120的作用是將獲取的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并送入處理模塊130。如圖3所示，在本實施例中，處理模塊130包括濾波單元132和中央處理器134。 濾波單元132包括高通濾波器和低通濾波器，高通濾波器采用四階無限沖擊響應(yīng)濾波器， 低通濾波采用七階無限沖擊響應(yīng)濾波器。數(shù)據(jù)采集卡120輸出的數(shù)字信號經(jīng)濾波單元132 濾波后送入中央處理器134。以下以生命體征信息中的呼吸信號為例進行說明。由實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集卡120輸出的數(shù)字信號基線漂移嚴重，并且含有直流成分，波形受噪聲干擾嚴重。為了提取有規(guī)律的呼吸信號，需要對數(shù)據(jù)采集卡120輸出的數(shù)字信號進行濾波處理。采用階數(shù)四階的無限沖擊響應(yīng)濾波器進行高通濾波，去除基線漂移和直流成分。采用階數(shù)七階的無限沖擊響應(yīng)濾波器進行低通濾波，去除噪音和其它干擾。人體正常的呼吸率為10-30次/分，對應(yīng)頻率為0. 16Hz-0. 5Hz。因此高通濾波的截止頻率設(shè)為0. 16Hz，低通濾波的截止頻率設(shè)為0. 5Hz，這樣經(jīng)過兩次濾波，去除了基線漂移、直流分量與噪聲。通過濾波處理，最終得到較為規(guī)則的呼吸信號，其波形類似于正弦信號。為了獲取呼吸率，我們采用以下方法
先檢測出呼吸信號波形的波峰或者波谷，再根據(jù)兩個波峰(波谷)之間的間隔來獲取瞬時呼吸率瞬時呼吸率=[1/波峰間隔]*60也可以在60秒的時間內(nèi)，通過統(tǒng)計波峰(波谷)的個數(shù)來獲取平均呼吸率。如 在60秒的時間內(nèi)，有20個波峰，則平均呼吸率為20次/分。在本實施例中，處理模塊130還包括只讀存儲器136和隨機存取存儲器138。只讀存儲器136用于存儲呼吸信號波峰波谷計算程序、瞬時呼吸率計算程序、呼吸信號波峰波谷閥值和瞬時呼吸率閥值。隨機存取存儲器138用于存儲控制報警模塊報警的應(yīng)用程序。 濾波單元132濾波后的信號進入中央處理器134，中央處理器134依次調(diào)用只讀存儲器136 和隨機存取存儲器138中的程序?qū)π盘栠M行處理并根據(jù)處理結(jié)果發(fā)出控制指令，以控制報警模塊140發(fā)出報警。在本實施例中，信號收發(fā)模塊110采用多普勒雷達原理。信號收發(fā)模塊110通過發(fā)送和接收的連續(xù)電磁波之間的相位差異獲取生命體征信息，并對生成的一部分連續(xù)電磁波進行處理，形成正交的載波信號，該正交的載波信號用于對目標回波進行正交解調(diào)。如圖4和圖5所示，在一個實施例的生命體征監(jiān)測儀中，還包括人機界面模塊450， 人機界面模塊450與處理模塊130相連。人機界面模塊450包括呼吸信號曲線顯示單元 452、瞬時呼吸率曲線顯示單元妨4和報警信號顯示單元456。呼吸信號曲線顯示單元452 用于根據(jù)經(jīng)所述處理模塊處理后的信號繪制呼吸信號曲線。瞬時呼吸率曲線顯示單元妨4 用于根據(jù)經(jīng)處理模塊130處理后的信號繪制瞬時呼吸率曲線。報警信號顯示單元456用于顯示報警模塊140的狀態(tài)。在本實施例中，人機界面模塊450還包括閥值設(shè)定單元458，閥值設(shè)定單元458用于設(shè)定呼吸信號波峰波谷閥值和瞬時呼吸率閥值。上述實施例中，報警模塊140包括音頻芯片。中央處理器134可以控制音頻芯片， 如果得到的呼吸信號的波峰、波谷以及瞬時呼吸率超過事先設(shè)定的閾值，中央處理器134 就會控制音頻芯片驅(qū)動報警模塊140發(fā)出報警聲，同時人機界面模塊450的報警信號顯示單元456顯示報警狀態(tài)。信號經(jīng)過中央處理器134處理后將會得到2個數(shù)組，數(shù)組1可以用于繪制呼吸信號曲線，數(shù)組2可以用于繪制瞬時呼吸率曲線。處理模塊130的串口 1將數(shù)組1中的數(shù)據(jù)送入人機界面模塊450的呼吸信號曲線顯示單元452，串口 2將數(shù)組2中的數(shù)據(jù)送入人機界面模塊450的瞬時呼吸率曲線顯示單元454。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種生命體征監(jiān)測儀，其特征在于，包括信號收發(fā)模塊，用于生成連續(xù)電磁波并向外輻射，接收目標回波并進行處理獲得包含生命體征信息的模擬信號；數(shù)據(jù)采集卡，與所述信號收發(fā)模塊相連，用于將從信號收發(fā)模塊獲取的所述模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；處理模塊，與所述數(shù)據(jù)采集卡相連，用于對所述數(shù)字信號進行處理并發(fā)出控制指令；報警模塊，與所述處理模塊相連，用于接收處理模塊的控制指令并發(fā)出報警信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生命體征監(jiān)測儀，其特征在于，所述信號收發(fā)模塊包括振蕩器、發(fā)射天線、接收天線和混頻器，所述振蕩器用于生成連續(xù)電磁波，所述連續(xù)電磁波的一部分波信號饋入所述發(fā)射天線向外輻射，抵達人體進行生命體征信息的采集；另一部分波信號作為所述混頻器的本振頻率量進入所述混頻器；所述接收天線接收包含生命體征信息的目標回波并將所述目標回波作為所述混頻器的信號頻率量輸入所述混頻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生命體征監(jiān)測儀，其特征在于，所述信號收發(fā)模塊還包括中頻放大器，所述中頻放大器與所述混頻器相連，用于對所述混頻器的輸出信號進行放大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生命體征監(jiān)測儀，其特征在于，所述連續(xù)電磁波為單頻連續(xù)正弦波。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生命體征監(jiān)測儀，其特征在于，所述混頻器包括第一混頻器和第二混頻器，所述中頻放大器包括第一中頻放大器和第二中頻放大器，所述第一混頻器與所述第一中頻放大器相連，所述第二混頻器與所述第二中頻放大器相連；所述另一部分波信號分成兩路，一路波信號進入所述第一混頻器，另一路波信號經(jīng)90度移相進入所述第二混頻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生命體征監(jiān)測儀，其特征在于，所述處理模塊包括濾波單元和中央處理器，所述濾波單元包括高通濾波器和低通濾波器，所述高通濾波器采用四階無限沖擊響應(yīng)濾波器，所述低通濾波采用七階無限沖擊響應(yīng)濾波器；所述數(shù)據(jù)采集卡輸出的數(shù)字信號經(jīng)所述濾波單元濾波后送入所述中央處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生命體征監(jiān)測儀，其特征在于，所述處理模塊還包括只讀存儲器和隨機存取存儲器，所述只讀存儲器用于存儲呼吸信號波峰波谷計算程序、瞬時呼吸率計算程序、呼吸信號波峰波谷閥值和瞬時呼吸率閥值，所述隨機存取存儲器用于存儲控制報警模塊報警的應(yīng)用程序，所述濾波單元濾波后的信號進入所述中央處理器，中央處理器依次調(diào)用所述只讀存儲器和所述隨機存取存儲器中的程序?qū)π盘栠M行處理并根據(jù)處理結(jié)果發(fā)出控制指令，以控制所述報警模塊發(fā)出報警。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生命體征監(jiān)測儀，其特征在于，還包括人機界面模塊，所述人機界面模塊與所述處理模塊相連，所述人機界面模塊包括呼吸信號曲線顯示單元、瞬時呼吸率曲線顯示單元和報警信號顯示單元，所述呼吸信號曲線顯示單元用于根據(jù)經(jīng)所述處理模塊處理后的信號繪制呼吸信號曲線，所述瞬時呼吸率曲線顯示單元用于根據(jù)經(jīng)所述處理模塊處理后的信號繪制瞬時呼吸率曲線，所述報警信號顯示單元用于顯示所述報警模塊的狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生命體征監(jiān)測儀，其特征在于，所述人機界面模塊還包括閥值設(shè)定單元，所述閥值設(shè)定單元用于設(shè)定呼吸信號波峰波谷閥值和瞬時呼吸率閥值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的生命體征監(jiān)測儀，其特征在于，所述信號收發(fā)模塊通過發(fā)送和接收的連續(xù)電磁波之間的相位差異獲取生命體征信息，并對生成的一部分連續(xù)電磁波進行處理，形成正交的載波信號，所述正交的載波信號用于對所述目標回波進行正交解調(diào)。
全文摘要
一種生命體征監(jiān)測儀，包括信號收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集卡、處理模塊和報警模塊。信號收發(fā)模塊用于生成連續(xù)波并向外輻射，接收目標回波并進行處理。數(shù)據(jù)采集卡與信號收發(fā)模塊相連，用于將從信號收發(fā)模塊獲取的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。處理模塊與數(shù)據(jù)采集卡相連，用于對數(shù)字信號進行處理并發(fā)出控制指令。報警模塊與處理模塊相連，用于接收處理模塊的控制指令并發(fā)出報警信號。上述生命體征監(jiān)測儀，監(jiān)測設(shè)備無需接觸人體，不會引發(fā)不適，并且結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，成本投入低，使用方便、安全，有利于市場的推廣和使用。
文檔編號A61B5/08GK102512141SQ20111040373
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者喬登宇, 李燁, 胡波平, 譚鶴 申請人:中國科學院深圳先進技術(shù)研究院