本發(fā)明涉及一種自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置，具體涉及一種穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

光電容積描記法是今年來新興的一種人體生理學(xué)信息檢測手段，其原理是利用光電檢測來獲得人體組織內(nèi)血液的變化信息，從而得到人體的心臟搏動及一系列相關(guān)信息。

由于光照射入人體組織時，產(chǎn)生透射光或反射光的強(qiáng)度會隨著組織內(nèi)的血液容積變化而變化，并且血液中不同物質(zhì)對不同波長的光吸收率不完全相同，因此采用光電探測器實(shí)時測量透射光或反射光的強(qiáng)度，就能夠?qū)崟r得到血液容積變化、血液內(nèi)一些物質(zhì)量的變化等多種人體生理信息，進(jìn)而通過推算獲得更多信息。這種方法是非侵入式的，對人體組織不產(chǎn)生任何損壞，因此測定簡便，并且非常用來進(jìn)行適合長期、實(shí)時的監(jiān)測。

人體自主神經(jīng)方面的病變征兆通常是長期、漸變性的，通過對人體生理信息的長期監(jiān)測及分析，就能夠得到這樣的病變征兆，從而防患于未然。例如，心率變異性是指心率或心跳變化的快慢隨時間所發(fā)生的細(xì)微差異，能夠反映出人體自主神經(jīng)，交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)對心血管系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的強(qiáng)弱的和變化。大量研究表明，自主神經(jīng)活動與多種疾病之間存在著密切關(guān)系，如：糖尿病，高血壓，冠心病等；同時，心率變異性與心血管疾病的死亡率以及猝死率也密切相關(guān)。因此，對心率變異性進(jìn)行長期監(jiān)控和分析，就能夠得到自主神經(jīng)的變化信息，從而達(dá)到健康監(jiān)控、疾病預(yù)警的目的。

為了達(dá)到更好的組織穿透效果，現(xiàn)有的光電容積描記裝置通常采用波長較長的紅色光來作為檢測光。但是，紅光對光強(qiáng)變化較不敏感，難以反映生理信息的細(xì)微變化，而自主神經(jīng)的變化信息是較為細(xì)微的。因此，現(xiàn)有技術(shù)的光電容積描記裝置只適用于測定一段時間內(nèi)的心臟搏動或呼吸的相關(guān)信息，而難以應(yīng)用于自主神經(jīng)的長期監(jiān)控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，提供一種適用于利用光電容積描記法進(jìn)行長期監(jiān)控的裝置，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置，用于通過光電容積描記法采集人體的血流變化信息從而得到人體的自主神經(jīng)功能變化的信息，其特征在于，具有：信號采集模塊，包括兩組波長相同的光源以及設(shè)置在該兩組光源中間的光電接收單元，光源從兩個角度將光投射至人體表面，光電接收單元接收其產(chǎn)生的反射光并對該反射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換從而得到與心臟搏動具有對應(yīng)波動的電流；電流處理模塊，用于對電流進(jìn)行濾波及放大；信號轉(zhuǎn)換模塊，將電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信息；信號傳輸模塊，將數(shù)字信息傳輸出去；信號處理模塊，接收數(shù)字信息并對該數(shù)字信息進(jìn)行分析，得到人體的呼吸及心率信息，從而得出自主神經(jīng)功能變化信息，其中，光源為綠光發(fā)光管。

本發(fā)明提供的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置，還可以具有如下技術(shù)特征：其中，綠光發(fā)光管的波長為515nm，光電接收單元的感受峰值波長為565nm。

本發(fā)明提供的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置，還可以具有如下技術(shù)特征：還包括殼體，該殼體具有一個信號采集開口，信號采集模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊及信號傳輸模塊設(shè)置在殼體內(nèi)，光源及光電接收單元位于信號采集開口處。

本發(fā)明提供的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置，還可以具有如下技術(shù)特征：其中，殼體兩側(cè)設(shè)置有穿戴固定帶。

本發(fā)明提供的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置，還可以具有如下技術(shù)特征：其中，電流處理模塊包括：高通濾波單元，用于消除電流中的高頻噪聲；低通濾波單元，用于消除電流中的直流噪聲；電流放大單元，用于根據(jù)信號轉(zhuǎn)換模塊的采集閾值對電流進(jìn)行放大。

本發(fā)明提供的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置，還可以具有如下技術(shù)特征：其中，高通濾波單元的截止頻率為3.38hz，低通濾波單元的截止頻率為0.072hz，電流放大單元的放大倍數(shù)為330倍。

本發(fā)明提供的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置，還可以具有如下技術(shù)特征：其中，信號轉(zhuǎn)換模塊為一個單片機(jī)，信號傳輸模塊為藍(lán)牙模塊。

發(fā)明作用與效果

根據(jù)本發(fā)明的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置，由于采用了綠光發(fā)光管作為光源，因此對光強(qiáng)的變化更為敏感，能夠得到更多細(xì)微的信息；由于這樣的光源具有兩組，因此其光電轉(zhuǎn)換得到的信號強(qiáng)度更大，裝置的整體靈敏度更高，更適用于自主神經(jīng)的長期監(jiān)控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明在實(shí)施例中的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明在實(shí)施例中的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置的正面外形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明在實(shí)施例中的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置的背面外形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明在實(shí)施例中的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明在實(shí)施例中的信號處理模塊的界面示意圖；

圖6是本發(fā)明在實(shí)施例中分析結(jié)果顯示的顯示界面示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例來說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

<實(shí)施例>

圖1是本發(fā)明在實(shí)施例中的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，本發(fā)明的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置100包括信號采集模塊1、電流處理模塊2、信號轉(zhuǎn)換模塊3、信號傳輸模塊4、信號處理模塊5。

信號采集模塊1包括光源11、光源12以及光電接收單元13。在本實(shí)施例中，光源11和光源12均為波長515nm的綠光發(fā)光管，光電接收單元13為型號apds9008、感受峰值波長565nm的光電探測器。

圖2是本發(fā)明在實(shí)施例中的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置的正面外形結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明在實(shí)施例中的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置的背面外形結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2及圖3所示，穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置(以下簡稱監(jiān)護(hù)裝置)100還具有一個殼體5，該殼體5呈長方體狀，正面具有一個顯示屏5a，背面具有一個信號采集開口5b，兩側(cè)各設(shè)置有一根穿戴固定帶5c，使得監(jiān)護(hù)裝置100整體呈手表狀，可以被佩戴在人體手腕部位。當(dāng)監(jiān)控裝置100被佩戴在人體手腕部位時，信號采集開口5b剛好朝向人體手腕部位的皮膚。

在本實(shí)施例中，信號采集模塊1、電流處理模塊2、信號轉(zhuǎn)換模塊3、信號傳輸模塊4和信號處理模塊5均設(shè)置在殼體5內(nèi)。光源11、光源12及光電接收單元13均位于信號采集開口5b處，并且光電接收單元13位于光源11和光源12之間，使得光源11和光源12能夠從信號采集開口5b處將發(fā)射光投射至人體手腕部位，其產(chǎn)生的反射光回到信號采集開口5b而被光電接收單元13接收，從而產(chǎn)生與人體手腕部位的血液流動容積變化相應(yīng)的電流信號。該血液流動容積變化與心臟搏動相對應(yīng)，因此該電流信號也與人體的心臟搏動相對應(yīng)，其波形與心電圖相似，能夠反映人體心臟搏動的周期。

圖4是本發(fā)明在實(shí)施例中的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1及圖4所示，電流處理模塊2包括高通濾波單元21、低通濾波單元22和電流放大單元23。

如圖4所示，監(jiān)控裝置的電源為3.3v的直流電，信號采集模塊1的電路中還包含兩個470ω的電阻r1、r2以及一個2.2μf的電容c1。

高通濾波單元21包括一個22μf的電容c4和100kω的電阻r6，其截止頻率是用于消除電流中的高頻噪聲；低通濾波單元22包括一個4.7μf的電容c3和10kω的電阻r4，其截止頻率是用于消除電流中的直流噪聲。

電流放大單元23是一個型號為mcp6001的運(yùn)算放大器，其放大倍數(shù)由電阻r7和電阻r8決定；由于電阻r7為10kω，電阻r8為3.3mω，因此其放大倍數(shù)為倍。

如圖1所示，電流放大單元23的輸出端與信號轉(zhuǎn)換模塊3的輸入端連通，使信號轉(zhuǎn)換模塊3將其輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號，并通過信號傳輸模塊4傳輸給信號處理模塊5。在本實(shí)施例中，信號轉(zhuǎn)換模塊3為一個單片機(jī)，信號傳輸模塊4為藍(lán)牙模塊。

以下結(jié)合實(shí)施例說明本發(fā)明的監(jiān)控裝置的信號處理方法。

圖5為本發(fā)明在實(shí)施例中圖形顯示的顯示界面示意圖。

信號處理模塊5接收到相應(yīng)的數(shù)字信息后，先對該信號進(jìn)行五點(diǎn)二次平滑濾波，消除其中的尖峰毛刺的干擾，然后采用繪圖組件繪制得到動態(tài)波形圖并通過顯示屏5a進(jìn)行實(shí)時顯示，其圖形及顯示界面如圖5所示。本實(shí)施例中，信號處理模塊5為采用android操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理芯片，其中采用的繪圖組件為achartengine。

隨后，信號處理模塊5對繪制得到的波形圖進(jìn)行快速傅里葉變換得到對應(yīng)的頻域圖譜，其變換公式如下式(1)：

式(1)中，x(n)為原始數(shù)據(jù)點(diǎn)，x(k)為快速傅立葉變換后得到的對應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

經(jīng)快速傅里葉變換后，得到的頻域圖譜包含兩個明顯的峰值頻率點(diǎn)，較低峰值處的頻率為呼吸率，較高峰值頻率為心率頻率。信號處理模塊5提取出這兩個峰值的頻率值，分別與60(即、一分鐘的秒數(shù))相乘得到呼吸率和心率。

隨后，信號處理模塊5根據(jù)得到的心率信息進(jìn)行心率變異性分析，從而得到反應(yīng)自主神經(jīng)健康變化的多個信息，這些信息包括以下五種指標(biāo)：

(1)sdnn：rr間期的標(biāo)準(zhǔn)差(單位：ms)。sdnn的計(jì)算公式為：其中，n為一段時間內(nèi)心率搏動總數(shù)的個數(shù)，rri為第i個rr間期，rr為這段時間內(nèi)rr間期的平均值。

(2)rmssd：相鄰兩個rr間期差值的均方根(單位：ms)。

(3)sdsd：相鄰rr間期差值的標(biāo)準(zhǔn)差(單位：ms)。其中，rr'i為第i個相鄰rr間期的差值，rr'為這段時間內(nèi)相鄰rr間期的差值的平均值。

(4)nn50：相鄰rr間期差值大于50ms的rr間期數(shù)。

(5)pnn50：相鄰rr間期差值大于50ms的rr間期數(shù)與全部rr間期數(shù)之比。

圖6為本發(fā)明在實(shí)施例中分析結(jié)果顯示的顯示界面示意圖。

信號處理模塊5通過分析和計(jì)算得到上述指標(biāo)信息并將這些指標(biāo)信息記錄下來，以供醫(yī)務(wù)工作者分析。另外，信號處理模塊5內(nèi)還存儲有這些指標(biāo)的正常值區(qū)間，當(dāng)用戶的這些指標(biāo)信息超出正常值區(qū)間時通過顯示屏進(jìn)行分析結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)提示的顯示，其顯示界面如圖6所示。

實(shí)施例作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例提供的穿戴式自主神經(jīng)監(jiān)護(hù)裝置，由于采用了綠光發(fā)光管作為光源，因此對光強(qiáng)的變化更為敏感，能夠得到更多細(xì)微的信息；由于這樣的光源具有兩組，因此其光電轉(zhuǎn)換得到的信號強(qiáng)度更大，裝置的整體靈敏度更高，更適用于自主神經(jīng)的長期監(jiān)控。

另外，本實(shí)施例的電流處理模塊還采用了截止頻率為3.38hz的高通濾波單元和截止頻率為0.072hz的低通濾波單元，濾除了心率范圍(通常為1hz～1.6hz)以外的噪聲，因此得到的信號噪聲干擾少，更加精確。

實(shí)施例中的信號處理模塊采用快速傅里葉變換進(jìn)行分析得到了心率及呼吸的相關(guān)信息，并分析得到了心率變異性的五個指標(biāo)信息sdnn、rmssd、sdsd、nn50和pnn50，其中sdnn反映交感和副交感神經(jīng)總的張力大小，rmssd、pnn50反映副交感神經(jīng)張力大小。這5項(xiàng)指標(biāo)增高反映副交感神經(jīng)活動增強(qiáng)，降低則反映交感神經(jīng)活動增強(qiáng)，而后者可降低心室話動閾值，誘發(fā)致命性室性心律失常，因此通過這些分析能夠得到自主神經(jīng)的變化情況，從而能夠反映人體的健康狀況并能夠作出相應(yīng)的預(yù)警。

上述實(shí)施例僅用于舉例說明本發(fā)明的監(jiān)控裝置的實(shí)施方式，但本發(fā)明的監(jiān)控裝置并不限于上述形式。

例如，在實(shí)施例中，信號處理模塊是設(shè)置在殼體中、采用android操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理芯片，但在本發(fā)明中，該信號處理模塊也可以是設(shè)置在其他裝置或設(shè)備中的數(shù)據(jù)處理芯片或數(shù)據(jù)處理軟件，只要該裝置或設(shè)備具有與本發(fā)明相對應(yīng)的信號傳輸模塊即可，例如智能手機(jī)中的app。相應(yīng)地。實(shí)施例中殼體上的顯示屏幕也可以去掉，用智能手機(jī)的屏幕進(jìn)行顯示即可。

在實(shí)施例中，殼體呈長方體并且兩側(cè)設(shè)置有穿戴固定帶以便佩戴在人體手腕上，但是在本發(fā)明中，殼體也可以做成指環(huán)的形式以便佩戴在人體的手指上，還可以做成其他便于佩戴的形式。