本發(fā)明涉及參數(shù)監(jiān)測(cè)，尤其涉及一種生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、血氧飽和度是血液中氧合血紅蛋白與總血紅蛋白的比例，是衡量人體氧氣供應(yīng)狀況的重要指標(biāo)。它不僅可以反映出人體循環(huán)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)的生理狀態(tài)，而且對(duì)于監(jiān)測(cè)疾病治療效果、運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練負(fù)荷及高海拔作業(yè)人員的身體狀況等都有著至關(guān)重要的意義。近年來(lái)，隨著可穿戴設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，血氧監(jiān)測(cè)設(shè)備逐漸向小型化、便攜化發(fā)展。其中，光電容積脈搏圖(ppg)技術(shù)因其非侵入性和使用方便的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種可穿戴血氧監(jiān)測(cè)設(shè)備中。

2、然而，現(xiàn)有的血氧、心率、溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，傳統(tǒng)的ppg傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)和環(huán)境變化十分敏感，如體動(dòng)、環(huán)境光干擾等都可能引起信號(hào)失真，影響測(cè)量精度。其次，高海拔環(huán)境的低氣壓和低氧狀態(tài)會(huì)對(duì)設(shè)備的性能造成額外的影響。此外，設(shè)備的功耗也是限制其長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要因素。這些限制導(dǎo)致了在動(dòng)態(tài)環(huán)境下，尤其是在進(jìn)行高強(qiáng)度活動(dòng)或在極端環(huán)境中，現(xiàn)有設(shè)備難以提供準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)的血氧及心率數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，確保在動(dòng)態(tài)環(huán)境下測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性，并配備了本地和遠(yuǎn)程的預(yù)警系統(tǒng)，從而有效保障高海拔環(huán)境下作業(yè)人員的健康和安全。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例第一方面公開(kāi)了一種生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括血氧監(jiān)測(cè)模塊、溫度監(jiān)測(cè)模塊、心率監(jiān)測(cè)模塊、集成器模擬前端、供電模塊、藍(lán)牙傳輸模塊、混合信號(hào)微控制器和云端數(shù)據(jù)分析預(yù)警模塊；

3、所述血氧監(jiān)測(cè)模塊與所述集成器模擬前端數(shù)據(jù)連接，用于采集用戶的血氧信息；

4、所述溫度監(jiān)測(cè)模塊與所述集成器模擬前端數(shù)據(jù)連接，用于采集用戶的皮膚溫度信息；

5、所述心率監(jiān)測(cè)模塊與所述集成器模擬前端數(shù)據(jù)連接，用于采集用戶的心率信息；

6、所述集成器模擬前端與所述血氧監(jiān)測(cè)模塊、所述溫度監(jiān)測(cè)模塊、所述心率監(jiān)測(cè)模塊、所述供電模塊和所述混合信號(hào)微控制器數(shù)據(jù)連接，用于對(duì)所述血氧監(jiān)測(cè)模塊、所述溫度監(jiān)測(cè)模塊和所述心率監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行控制和供電；

7、所述供電模塊與所述集成器模擬前端、所述藍(lán)牙傳輸模塊和所述混合信號(hào)微控制器數(shù)據(jù)連接，用于為所述集成器模擬前端、所述藍(lán)牙傳輸模塊和所述混合信號(hào)微控制器供電；

8、所述藍(lán)牙傳輸模塊與所述供電模塊、所述混合信號(hào)微控制器數(shù)據(jù)連接，用于進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；

9、所述混合信號(hào)微控制器與所述集成器模擬前端、所述藍(lán)牙傳輸模塊和所述供電模塊數(shù)據(jù)連接，用于對(duì)所述集成器模擬前端、所述藍(lán)牙傳輸模塊和所述供電模塊進(jìn)行控制；

10、所述云端數(shù)據(jù)分析預(yù)警模塊與所述藍(lán)牙傳輸模塊數(shù)據(jù)連接，用于接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；

11、所述血氧監(jiān)測(cè)模塊、所述溫度監(jiān)測(cè)模塊、所述心率監(jiān)測(cè)模塊、所述集成器模擬前端、所述供電模塊、所述藍(lán)牙傳輸模塊和所述混合信號(hào)微控制器集成于可穿戴手套上。

12、作為一種可選的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例第一方面中，所述血氧監(jiān)測(cè)模塊位于可穿戴手套的食指指尖；

13、所述溫度監(jiān)測(cè)模塊位于可穿戴手套的掌心；

14、所述心率監(jiān)測(cè)模塊位于可穿戴手套的手腕處。

15、作為一種可選的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例第一方面中，所述混合信號(hào)微控制器包括數(shù)據(jù)處理單元和報(bào)警單元；

16、所述數(shù)據(jù)處理單元用于對(duì)用戶的血氧信息、皮膚溫度信息和心率信息進(jìn)行處理，得到生理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，并將所述生理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送至所述藍(lán)牙傳輸模塊和所述報(bào)警單元；

17、所述報(bào)警單元用于根據(jù)所述生理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)出報(bào)警信息。

18、本發(fā)明實(shí)施例第二方面公開(kāi)了一種生理參數(shù)監(jiān)測(cè)方法，所述方法包括：

19、s1，利用血氧監(jiān)測(cè)模塊采集血氧信息，并將所述血氧信息發(fā)送至集成器模擬前端；

20、s2，利用溫度監(jiān)測(cè)模塊采集皮膚溫度信息，并將所述皮膚溫度信息發(fā)送至集成器模擬前端；

21、s3，利用心率監(jiān)測(cè)模塊采集心率信息，并將所述心率信息發(fā)送至集成器模擬前端；

22、s4，利用所述集成器模擬前端，將所述血氧信息、所述皮膚溫度信息和所述心率信息發(fā)送至混合信號(hào)微控制器；

23、s5，利用所述混合信號(hào)微控制器，對(duì)所述血氧信息、所述皮膚溫度信息和所述心率信息進(jìn)行處理，得到生理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，并通過(guò)藍(lán)牙傳輸模塊，將所述生理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果和所述血氧信息、所述皮膚溫度信息和所述心率信息發(fā)送至云端數(shù)據(jù)分析預(yù)警模塊；

24、s6，利用所述云端數(shù)據(jù)分析預(yù)警模塊，對(duì)所述生理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果、所述血氧信息、所述皮膚溫度信息和所述心率信息進(jìn)行處理，得到健康管理報(bào)告。

25、作為一種可選的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例第二方面中，所述利用所述混合信號(hào)微控制器，對(duì)所述血氧信息、所述皮膚溫度信息和所述心率信息進(jìn)行處理，得到生理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，包括：

26、s51，對(duì)所述血氧信息進(jìn)行特征提取，得到血氧參數(shù)信息；

27、s52，對(duì)所述皮膚溫度信息進(jìn)行特征提取，得到溫度參數(shù)信息；

28、s53，對(duì)所述心率信息進(jìn)行特征提取，得到心率參數(shù)信息；

29、s54，對(duì)所述血氧參數(shù)信息、所述溫度參數(shù)信息、所述心率參數(shù)信息進(jìn)行融合，得到生理參數(shù)信息；

30、s55，利用所述生理參數(shù)信息，對(duì)預(yù)設(shè)的生理參數(shù)識(shí)別模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到優(yōu)化生理參數(shù)識(shí)別模型；

31、s56，利用所述優(yōu)化生理參數(shù)識(shí)別模型，對(duì)待處理的生理參數(shù)信息進(jìn)行識(shí)別，得到生理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果。

32、作為一種可選的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例第二方面中，所述對(duì)所述血氧信息進(jìn)行特征提取，得到血氧參數(shù)信息，包括：

33、s511，對(duì)所述血氧信息進(jìn)行濾波，得到預(yù)處理血氧信息；

34、s512，利用預(yù)設(shè)的特征提取模型，對(duì)所述預(yù)處理血氧信息進(jìn)行特征提取，得到預(yù)處理特征信息；

35、所述特征提取模型表達(dá)式為：

36、

37、式中，t表示時(shí)間，ω表示角頻率，x()表示預(yù)處理血氧信息，τ表示延時(shí)，w(t,ω)為預(yù)處理特征信息，*表示取共軛；

38、s513，利用預(yù)設(shè)的濾波模型，對(duì)所述預(yù)處理特征信息w(t,ω)進(jìn)行濾波，得到血氧參數(shù)信息

39、所述預(yù)設(shè)的濾波模型表達(dá)式為：

40、

41、式中，w(τ,θ)表示預(yù)處理特征信息，w1(t-τ,ω-θ)為二維模板，和是兩個(gè)高斯函數(shù)，分別表示空間域核和像素域核，τ為時(shí)域變量，θ為頻域變量；

42、和具體表達(dá)式為：

43、

44、式中，a、b表示輸入像素的橫縱坐標(biāo)，i、j表示二維模板中心的坐標(biāo)，σs、σr表示高斯函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差。

45、作為一種可選的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例第二方面中，所述對(duì)所述皮膚溫度信息進(jìn)行特征提取，得到溫度參數(shù)信息，包括：

46、s521，對(duì)所述皮膚溫度信息進(jìn)行濾波，得到預(yù)處理溫度信息；

47、s522，對(duì)所述預(yù)處理溫度信息進(jìn)行變分模態(tài)分解，得到n個(gè)變分模態(tài)分量；

48、s523，利用溫度參數(shù)提取模型，對(duì)所述n個(gè)變分模態(tài)分量進(jìn)行處理，得到預(yù)處理溫度參數(shù)信息；

49、所述溫度參數(shù)提取模型表達(dá)式為：

50、

51、其中，yk為預(yù)處理溫度參數(shù)信息y＝[y1,y2,…,yn]的第k個(gè)分量，δ(t)為單位沖激信號(hào)，t為時(shí)間變量，j為虛數(shù)單位，j2＝-1，uk(t)為第k個(gè)變分模態(tài)分量，ωk為第k個(gè)變分模態(tài)分量的中心頻率；

52、s524，對(duì)所述預(yù)處理溫度參數(shù)信息進(jìn)行處理，得到溫度參數(shù)信息；

53、所述溫度參數(shù)信息表達(dá)式為：

54、

55、其中為溫度參數(shù)信息。

56、作為一種可選的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例第二方面中，所述對(duì)所述心率信息進(jìn)行特征提取，得到心率參數(shù)信息，包括：

57、s531，對(duì)所述心率信息進(jìn)行濾波，得到預(yù)處理心率信息；

58、s532，對(duì)所述預(yù)處理心率信息進(jìn)行特征提取，得到預(yù)處理心率特征參數(shù)，包括：

59、

60、式中，s(m,n)為預(yù)處理心率特征參數(shù)，x(i)表示預(yù)處理心率信息，g(i-nt)表示窗函數(shù)，t表示滑動(dòng)窗口長(zhǎng)度，m,n分別表示預(yù)處理心率特征參數(shù)頻點(diǎn)和時(shí)刻，l表示信號(hào)長(zhǎng)度，i表示信號(hào)樣點(diǎn)，m表示離散傅里葉變換長(zhǎng)度，

61、s533，對(duì)所述預(yù)處理心率特征參數(shù)進(jìn)行濾波，得到心率參數(shù)信息，包括：

62、設(shè)置初始閾值δth的目標(biāo)區(qū)間[α,β],其中0≤α＜β≤max{s(m,n)}，s(m,n)為預(yù)處理心率特征參數(shù)；

63、將所述目標(biāo)區(qū)間[α,β]劃分為l等份；

64、將初始閾值δth設(shè)置為α，按照的步長(zhǎng)進(jìn)行遞增迭代，得到閾值

65、利用閾值計(jì)算每一次迭代后的濾波心率參數(shù)信息

66、

67、其中，s(m,n)表示預(yù)處理心率特征參數(shù)，a,b表示閾值中的時(shí)間、頻率參量；

68、計(jì)算每一次迭代與上一次迭代的得到的心率參數(shù)信息的差值εi1,i1＝1,2,…，i1為迭代次數(shù)；

69、將差值εi1進(jìn)行曲線擬合，得到曲線c，當(dāng)曲線c出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的閾值為最優(yōu)閾值；

70、利用所述最優(yōu)閾值，對(duì)所述預(yù)處理心率特征參數(shù)s(m,n)進(jìn)行最優(yōu)閾值濾波，得到心率參數(shù)信息。

71、作為一種可選的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例第二方面中，所述對(duì)所述血氧參數(shù)信息、所述溫度參數(shù)信息、所述心率參數(shù)信息進(jìn)行融合，得到生理參數(shù)信息，包括：

72、s541，對(duì)所述血氧參數(shù)信息、所述溫度參數(shù)信息、所述心率參數(shù)信息進(jìn)行整合，得到融合參數(shù)信息；

73、所述融合參數(shù)信息表達(dá)式為：

74、

75、其中，z為融合參數(shù)信息，z1為血氧參數(shù)信息，z2為溫度參數(shù)信息，z3為心率參數(shù)信息，α、β、γ為權(quán)重系數(shù)，α+β+γ＝1；

76、s542，對(duì)所述融合參數(shù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)中心化，得到中心化參數(shù)信息；

77、所述中心化參數(shù)信息表達(dá)式為：

78、z1＝z-u

79、其中，z1為中心化參數(shù)信息，zi為z中第i個(gè)元素，共n個(gè)元素；

80、s543，對(duì)所述中心化參數(shù)信息進(jìn)行協(xié)方差計(jì)算，得到協(xié)方差矩陣；

81、s544，對(duì)所述協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解，得到m個(gè)特征值；

82、s545，對(duì)所述m個(gè)特征值進(jìn)行排序，取出前k個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量；

83、s546，利用特征向量重構(gòu)模型，對(duì)所述前k個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量進(jìn)行處理，得到生理參數(shù)信息；

84、所述特征向量重構(gòu)模型表達(dá)式為：

85、u＝[p1z1,p2z1,…,pkz1]

86、其中，u為生理參數(shù)信息，[p1,p2,…,pk]為所述前k個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量。

87、作為一種可選的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例第二方面中，所述利用所述云端數(shù)據(jù)分析預(yù)警模塊，對(duì)所述生理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果、所述血氧信息、所述皮膚溫度信息和所述心率信息進(jìn)行處理，得到健康管理報(bào)告，包括：

88、s61，利用所述云端數(shù)據(jù)分析預(yù)警模塊，對(duì)所述生理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果、所述血氧信息、所述皮膚溫度信息和所述心率信息進(jìn)行顯示；

89、s62，獲取歷史數(shù)據(jù)信息；

90、s63，對(duì)所述歷史數(shù)據(jù)信息、所述血氧信息、所述皮膚溫度信息和所述心率信息進(jìn)行處理，得到健康管理報(bào)告。

91、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例具有以下有益效果：

92、本發(fā)明方法顯著提升了血氧、皮膚溫度和心率監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，并通過(guò)實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)和遠(yuǎn)程(云端)數(shù)據(jù)分析，為用戶提供了全面的健康保障和個(gè)性化的健康管理服務(wù)。這些有益效果使得本發(fā)明在高海拔戶外活動(dòng)和日常健康監(jiān)測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明云端數(shù)據(jù)分析預(yù)警模塊提供了直觀的用戶界面，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史記錄和健康趨勢(shì)。用戶可以自定義報(bào)警閾值、查看報(bào)警歷史、生成健康報(bào)告，并與醫(yī)療專(zhuān)業(yè)人員共享數(shù)據(jù)。