專利名稱：一種穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統，屬于醫學儀器及設備領域。
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院診治正向社區和家庭模式轉變。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護技術的發展得到普遍的關注。 另一方面，一些特殊領域和行業，如航空航天、深水作業和運動員訓練等對人體穿戴式生命體征監護系統也有很廣泛和迫切的需求。實現對人體非植入式、無創、連續醫療診斷的人體穿戴式生命體征監護系統將成為新型醫療模式下的重要診斷監護終端設備，它的廣泛應用將極大地推動遠程醫療和移動家庭保健系統的發展。在現有市場上一類較為普遍的產品中主要實現了單生理信號監測的功能。如美國Medwave公司開發的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，不能實現每博血壓測量，而且使用時需要專業人員確定傳感器位置。該檢測儀功能單一，且需要專業人員的操作，否則信號的穩定獲取受限制。現有穿戴式生命體征監護系統的的研究中，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護模塊，德國Fraunhofer IZM開發的具有傳感功能的T恤衫。這種穿戴式的結構設計具有共同的缺點是首先，T恤衫中內嵌的傳感器，檢測電路，連接導線在日常生活中與皮膚經常性地摩擦，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，可知這些系統因為不可避免的摩擦限制了生理信號的穩定可靠獲取，信號質量不佳。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定可靠獲取。最后，由于T恤衫中內嵌的傳感器，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。現有專利中，常見的穿戴式結構主要是胸帶。例如美國專利US6454708公開一種監護和記錄生命健康參數的方法和系統。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，如多導聯或者單導聯的心電圖，胸部的呼吸信號，人體血氧，體表溫度、人體姿勢，這些數據被存儲記憶卡記錄。胸帶取下時，記憶卡被移出，可在基站讀取數據，其中的數據可以上傳至PC機。美國專利US006102856A公開一種穿戴式生命體征監護系統，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，生命體征數據存儲于記錄器，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測系統。穿戴過程中，為實現生理信號的穩定可靠獲取，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生相對位移， 影響信號的提取質量，引入運動噪聲。檢測功能上，兩者都不能實現人體血壓信號無創連續監測，且美國專利號US6454708不能實現實時監測。從以上現有技術可以看出，就穿戴式人體生命體征監護系統研究領域而言，其關鍵核心技術和實用新型創新主要體現在獲取人體生命體征參數的穿戴式結構設計方法以及這種結構所能實現的檢測信號的穩定可靠性。對于穿戴式的人體生理參數監護系統設計，一方面要考慮到穿戴式結構對于被監測信號穩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定獲取和穿戴舒適性方面往往不能兼顧。

實用新型內容本實用新型的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統。為實現上述目的，本實用新型所采取的技術方案是其穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統以腕表、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、第一信號調理電路、第一微處理器控制模塊和第一無線收發模塊，所述壓電脈搏傳感器、第一信號調理電路、第一微處理器控制模塊和第一無線收發模塊依次電連接。所述貼身衣物腰部內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理電路、第二微處理器控制模塊和第二無線收發模塊，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理模塊電連接，所述第二無線收發模塊與第一無線收發模塊相匹配。進一步地，本實用新型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。與現有技術相比，本實用新型的優點是1)本實用新型系統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，實現了生理信號的穩定可靠獲取，在不限制使用者日常生活的前提下，亦可獲得高質量的生理信號，且人體穿戴舒適宜人，無異物感。2)本實用新型系統采用無線同步技術實現血壓無創連續監測，大量減少連接導線的存在，在獲得穩定可靠的連續血壓信號的同時也提高穿戴的舒適性。3)本實用新型皮帶既有其本身的固定裝飾作用，又可以提高系統信噪比，最后皮帶亦能內嵌電路，起到控制監護系統的作用。4)本實用新型操作簡單，無需專業醫護人員的操作，減少人為主觀判斷的誤差。
圖1是本實用新型穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統腕表、貼身衣物和皮帶各部分連接關系示意圖；圖2是本實用新型穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統心電電極、貼身衣物、皮帶連接關系示意圖；圖3是本實用新型穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統溫度傳感器、貼身衣物、皮帶連接關系示意圖；圖4是本實用新型穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統皮帶、腕表、貼身衣物穿戴示意圖。圖5是本實用新型穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統第二信號調理電路內部結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型做進一步詳細描述。如圖1所示，本實用新型穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統包括皮帶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，第一信號調理電路22，第一微處理器控制模塊23和第一無線收發模塊24。壓電脈搏傳感器21、第一信號調理電路22、 第一微處理器控制模塊23和第一無線收發模塊M依次電連接。在貼身衣物腰部內側33 內嵌心電電極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內嵌有第二信號調理電路122、第二微處理器控制模塊123和第二無線收發模塊124 ；信號接入端口 121、第二信號調理電路122、第二微處理器控制模塊123和第二無線收發模塊 IM依次電連接。第一無線收發模塊M和第二無線收發模塊1 相匹配，兩者通過無線互連。如圖2所示，心電電極31內嵌于貼身衣物腰部內側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可發生一定的彎曲(參看圖幻。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內嵌于貼身衣物腰部內側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可發生一定的彎曲(參看圖幻。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，獲取穩定可靠的體表溫度生理信號，且穿戴舒適無異物感。[0024]第一信號調理電路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生產的MSP430系列的微功耗系列16位單片。第一無線收發模塊M和第二無線收發模塊1 可采用現有公知技術，如 Zigbee、藍牙等。第二信號調理電路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，本實用新型實時監護系統使用時，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，脈搏電信號經第一信號調理電路22，送至第一微處理器控制模塊23，得到人體脈搏生理參數，提取脈搏波波峰值的采集時刻。系統實現脈搏生理信號的連續監測。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。本實用新型實時監護系統實現心電、呼吸兩項生理參數的連續監測。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，再經第二信號調理電路122放大電路1222、濾波電路1223送至第二微處理器控制模塊123，經第二微處理器控制模塊123處理得到人體溫度生理參數。 由此，本實用新型實時監護系統實現體表溫度生理參數的連續監測。人體血壓生理參數連續監測可利用無線同步技術根據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模塊M上傳至第二無線收發模塊124，由第二微處理器控制模塊123調用。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值根據多項式擬合得到人體的血壓生理參數。由此，本實用新型實時監護系統實現血壓生理參數的連續監測。為方便使用者查看四大生命體征參數，本實用新型實時監護系統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。 本實用新型人體穿戴式四大生命體征實時監護系統還可將檢測到的溫度、呼吸、 脈搏、血壓四大生命體征參數實時地通過第二無線收發模塊IM傳送至遠程終端，由遠程終端接入計算機網絡，從而實現對溫度、呼吸、脈搏、血壓四大生命體征參數的遠程監護。
權利要求1.一種穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統，其特征在于該系統以腕表、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、第一信號調理電路、第一微處理器控制模塊和第一無線收發模塊，所述壓電脈搏傳感器、第一信號調理電路、第一微處理器控制模塊和第一無線收發模塊依次電連接；所述貼身衣物腰部內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理電路、第二微處理器控制模塊和第二無線收發模塊，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理模塊電連接，所述第二無線收發模塊與第一無線收發模塊相匹配。
2.根據權利要求1所述的穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統，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。
專利摘要本實用新型公開一種穿戴式人體四大生命體征參數實時監護系統。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、第一信號調理電路、第一微處理器控制模塊和第一無線收發模塊，貼身衣物腰部內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理電路、第二微處理器控制模塊和第二無線收發模塊，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理模塊電連接，第二無線收發模塊與第一無線收發模塊相匹配。
文檔編號A61B5/0205GK201939335SQ20102066809
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者葉學松, 楊越, 王鵬 申請人:浙江大學