无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪的制作方法
【专利摘要】本发明适于医疗器械领域，公开了一种无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，包括传感器模块、中央处理单元、输出模块、无线通信模块、电源模块和上位机。所述传感器模块与所述的中央处理单元电连接。中央处理单元用于接收和处理传感器模块采集生理信号，同时控制传感器模块、输出模块和无线通信模块进行工作。本发明所述的无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，可以实时检测监护仪佩戴者的心电、呼吸、体温、血氧、姿态等生理信号，通过对生理信号的评估分析对监护仪佩戴者的健康状态、睡眠质量做出评估，并且通过无线与互联网方式将数据上传到云端方便医护人员对佩戴者做出合理的建议。
【专利说明】无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪
【技术领域】
[0001]本发明属于医疗器械领域，涉及一种监护仪，具体是涉及一种无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪。
[0002]
【背景技术】
[0003]目前市场上的监护仪包括两大类:大型心电监护仪，主要用于医院诊断；便携式监护仪，主要针对家庭用户。家庭监护监护仪产品需具有长期、连续、实时、轻便、高集成等特点，但市场上现有的便携式监护仪产品很少有兼顾以上特点的。
[0004]目前便携式监护仪有两种:一种是将采集生理数据存储在SD卡、U盘等设备中，使用人员需要定时地手动将数据转移到PC等终端；一种是将生理数据以无线形式上传到PC等终端。前者没有实时性，功耗也较大，后者没有形成完整的系统，不能完成监护要求。
[0005]
【发明内容】
[0006]技术问题:本发明的目的是一种无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，该监护仪可以采集使用者心电、血氧、体温、姿态等生理信号，从而评估使用者的健康状态、睡眠质量，并且将信息实时显示和传送到医院、社区中心。
[0007]技术方案:本发明所述的便携式人体健康与睡眠质量监护仪，包括:
传感器模块，所述传感器模块可以对佩戴者的心电、血氧、体温、姿态等信息实时监测。所述传感器模块与以下所述的中央处理单元电连接，所述传感器模块受所述中央处理单元控制，并将检测得到的监护仪佩戴者的心电、血氧、体温、姿态等生理信号传送至所述中央处理单元。
[0008]中央处理单元，所述中央处理单元包括主控微处理器和存储器，用于控制所述传感器模块监测监护仪佩戴者的生理信号，并接收其采集的生理信号进行分析和处理。对于心电、血氧、体温、姿态等生理信号，通过一整套评估算法得到监护仪佩戴者的健康状态、睡眠质量。根据佩戴者的健康状态、睡眠质量，医护人员可以对佩戴者作出合理的治疗建议。
[0009]无线通信模块，所述无线通信模块用于监护仪与PC中心、智能手机之间的无线通信，将所述监护仪监测到的监护仪佩戴者的生理信号以及分析得到的健康状态、睡眠质量上传至PC中心、智能手机进行显示、保存等操作。通过互联网，所述生理信号与健康状态、睡眠质量上传到医院、社区中心，提供医护人员分析。
[0010]输出模块，所述输出模块包括LED与扬声器。所述输出模块与所述中央处理单兀电连接，所述中央处理单元控制LED闪烁和扬声器发出音频信号。
[0011]电源模块，所述电源模块包括电池和电源管理电路，用于给本监护仪提供电源。
[0012]上位机，所述上位机包括PC中心与智能手机，用于实时显示本监护仪采集的人体生理信号、生理指标和评估的健康状态、睡眠质量，同时将数据通过互联网形式上传到云端。
[0013]所述的评估算法，其原理为根据传感器模块采集到的手环佩戴者的心电、呼吸、体温、血氧等生理信号，分别计算得到监护仪佩戴者的实时心率、心率变异性、呼吸频率、血氧饱和度、体温等生理参数。通过综合心率、心率变异性、呼吸频率、血氧饱和度、体温四项指标得到监护仪佩戴者的健康状态；通过姿态与上述实时心率、呼吸频率、体温生理参数，给出监护仪佩戴者的睡眠质量评估。
[0014]有益效果:本发明所述的无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，可以实时检测监护仪佩戴者的心电、呼吸、体温、血氧、姿态等生理信号，通过对生理信号的评估分析对监护仪佩戴者的健康状态、睡眠质量做出评估，并且通过无线与互联网方式将数据上传到云端方便医护人员对佩戴者做出合理的建议。
[0015]
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明:
图1为本发明的无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪硬件结构框图。
[0017]图2为本发明的无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪生理信号传输图。
【具体实施方式】
[0018]本发明所述的无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，包括传感器模块1、中央处理单元2、输出模块3、无线通信模块4、电源模块5和上位机6。
[0019]其中，传感器模块I与中央处理单元2电连接，用于检测监护仪佩戴者的心电数据al、血氧数据a2、体温数据a3、姿态数据a4，并将其传送至中央处理单元2。中央处理单元2包括主控微控制器21，主控微控制器21电连接有存储器22，用于接收和处理传感器模块I采集生理信号，同时控制传感器模块1、输出模块3和无线通信模块4进行工作。
[0020]本实施例中，传感器模块I包括分别与中央处理单元2电连接的心电传感器11、血氧传感器12、体温传感器13和姿态传感器14。心电传感器11与中央处理单元2电连接，采用双电极法采集监护仪佩戴者的心电信号，经过放大和滤波之后进行模数转换为数字信号，并将其传送到中央处理单元2。血氧传感器12与中央处理单元2电连接，采用光电容积描记技术采集监护仪佩戴者的血氧信号，经过放大和滤波之后进行模数转换为数字信号，并将其传送到中央处理单元2。体温传感器13与中央处理单元2电连接，采用接触式电阻法测量监护仪佩戴者的体温，并将其传送到中央处理单元2。姿态传感器14与中央处理器单元2电连接，采用六轴传感器测量监护仪佩戴者身体姿态信息，并将其传送到中央处理单元2。
[0021]本实施例中，输出模块3包括分别与中央处理单元2电连接的LED31和扬声器32。中央处理单元2控制LED31的颜色及闪烁频率。中央处理单元2控制扬声器32的发声，使其发出不同频率或不同时长的音频信号。
[0022]本实施例中，无线通信模块4采用蓝牙协议，用于实现用户的监护仪与上位机6之间的无线通信连接，将监护仪收集的信息传送到上位机6上，通过互联网，上位机6将信息上传到云端。
[0023]本实施例中，电源模块5包括电池和电源管理电路，用于给其他模块提供电源。电池采用不可充电纽扣电池或可充电电池。电源模块还设有USB接口，USB接口用于连接电源通过电源管理电路对可充电电池进行充电。
[0024]本实施例中，中央处理单元2采用的健康状态的评估算法为:
a)分别接收并存储特定时间长度内的传感器模块I传送的心电数据al、血氧数据a2、温度数据a3生理信号。
[0025]b)根据存储的心电数据al、血氧数据a2、温度数据a3，分别计算监护仪佩戴者的实时心率bl、心率变异性b2、呼吸频率b3、血氧饱和度b4、体温b5等生理指标，并写入存储器。同时将监护仪佩戴者的心率bl、心率变异性b2、呼吸频率b3、血氧饱和度b4、体温b5等生理指标数据压缩融合，并将融合数据c通过无线通信模块4上传至上位机6。上位机一方面可以将数据解压分类得到解压数据d，一方面可以通过互联网将解压数据d传送到云端。
[0026]c)计算本时间长度内计算得到的实时心率bl、心率变异性b2、呼吸频率b3、血氧饱和度b4、体温b5的差异性，分别对各项差异性与预设阈值进行对比分析，得到本时间长度内的健康状态评分，并写入存储器。评分可以通过上位机6显示，同时也可以通过LED进行显示提醒。
[0027]d)对于监护仪佩戴者的健康状态评价参数，中央处理单元2采用机器学习方式对个人的评价参数进行存储与修改，用以适应不同的使用者。
[0028]本实施例中，中央处理单元2采用的睡眠质量评估算法为:
a)接收上述健康状态评估算法步骤c)中得到的实时心率bl、心率变异性b2、呼吸频率b3、血氧饱和度b4、体温b5生理指标。
[0029]b)接收姿态传感器14采集的姿态数据a4，通过融合算法计算出监护仪佩戴者的身体姿态b6，并写入存储器。
[0030]c)通过身体姿态b6对监护仪佩戴者的状态进行判断。当判断进入睡眠时，降低生理数据采样率以延长设备使用时间。在睡眠状态中，通过接收到的身体姿态b6、实时心率bl、呼吸频率b3、体温b5，与机器学习的参数进行对比，进而对监护仪佩戴者的睡眠质量作出评价，并写入存储器。
[0031]d)对于监护仪佩戴者的睡眠质量评价参数，中央处理单元2采用机器学习方式对个人的评价参数进行存储修改，用以适应不同的使用者。
[0032]以上所述，仅为本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的技术人员依据本发明的创造原理，可以做出许多变形和改进，但这些均落入本发明权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种无线便携式健康与睡眠质量监护仪，其特征在于包括: 传感器模块(1)，所述传感器模块(I)与所述的中央处理单元(2)电连接，用于检测监护仪佩戴者的心电数据(al)、血氧数据(a2)、温度数据(a3)、姿态数据(a4)并将其传送至所述中央处理单元(2)； 中央处理单元(2)，包括主控微控制器(21)和存储器(22)，所述中央处理单元(2)用于控制所述传感器模块(I)检测监护仪佩戴者的生理信号，并接收其采集的生理信号进行分析和处理，计算出监护仪佩戴者的实时心率(bl)、心率变异性(b2)、呼吸频率(b3)、血氧饱和度(b4)、体温(b5)、身体姿态(b6)生理指标；根据监护仪佩戴者的生理指标，安排不同的工作状态以延长设备使用时间，根据监护仪佩戴者的生理指标与所述存储器(22)中的评价参数差异性，分别对各项差异性与预设阈值进行对比分析，综合得到人体健康状态、睡眠质量评分；所述存储器(22)的评价参数通过机器学习的方式实时更新，用以适应不同的使用者；同时，通过数据压缩技术，将上述数据压缩成融合数据(C)，以减少无线传输数据量； 输出模块(3)，所述输出模块(3)包括LED (31)与扬声器(32)，LED (31)与扬声器(32)分别与所述中央处理单元(2)电连接，所述中央处理单元(2)控制LED (31)的发光颜色及闪烁频率，同时控制扬声器(32)发出音频信号； 无线通信模块(4)，所述无线通信模块(4)用于实现用户的监护仪与所述上位机(6)之间的无线通信连接，将中央处理单元(2)压缩的融合得到的数据(c)传送至上位机(6); 电源模块(5)，所述电源模块(5)包括电池和电源管理电路，用于给本监护仪提供电源； 上位机(6)，所述上位机(6)包括PC中心和智能手机，通过无线方式接收所述无线模块(4)发送来的数据，对接收数据解压分类，并实时显示人体实时心率(bl)、心率变异性(b2)、呼吸频率(b3)、血氧饱和度(b4)、体温(b5)、身体姿态(b6)等生理指标，实时显示监护仪佩戴者的健康状态、睡眠质量；同时，所述上位机(6)能够通过互联网将解压数据(d)传送到云端。
2.根据权利要求1所述的一种无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，其特征在于: 传感器模块(I)包括分别与中央处理单元(2)电连接的心电传感器(11)、血氧传感器(12)、体温传感器(13)和姿态传感器(14);心电传感器(11)与中央处理单元(2)电连接，采用双电极法采集监护仪佩戴者的心电信号，经过放大和滤波之后进行模数转换为数字信号，并将其传送到中央处理单元(2);血氧传感器(12)与中央处理单元(2)电连接，采用光电容积描记技术采集监护仪佩戴者的血氧信号，经过放大和滤波之后进行模数转换为数字信号，并将其传送到中央处理单元(2 );体温传感器(13 )与中央处理单元(2 )电连接，采用接触式电阻法测量监护仪佩戴者的体温，并将其传送到中央处理单元(2);姿态传感器(14)与中央处理器单元(2)电连接，采用六轴传感器测量监护仪佩戴者身体姿态信息，并将其传送到中央处理单元(2)。
3.根据权利要求1所述的一种无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，其特征在于: 中央处理单元(2)包括主控微控制器(21)，主控微控制器(21)电连接有存储器(22)，用于接收和处理传感器模块(I)采集生理信号，同时控制传感器模块(I)、输出模块(3)和无线通信模块(4)进行工作。
4.根据权利要求1所述的一种无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，其特征在于: 输出模块(3)包括分别与中央处理单元(2)电连接的LED (31)和扬声器(32);中央处理单元(2)控制LED (31)的颜色及闪烁频率；中央处理单元(2)控制扬声器(32)的发声，使其发出不同频率或不同时长的音频信号。
5.根据权利要求1所述的一种无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，其特征在于: 所述无线通信模块(4)用于监护仪与PC中心、智能手机之间的无线通信，无线通信模块(4)将监护仪监测到的监护仪佩戴者的生理信号以及分析得到的健康状态、睡眠质量上传至PC中心、智能手机进行显示、保存操作；通过互联网，所述生理信号与健康状态、睡眠质量上传到医院、社区中心，提供医护人员分析。
6.根据权利要求1所述的一种无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，其特征在于: 电源模块(5)包括电池和电源管理电路，用于给其他模块提供电源；电池采用不可充电纽扣电池或可充电电池。
7.根据权利要求6所述的一种无线便携式人体健康与睡眠质量监护仪，其特征在于: 电源模块还设有USB接口，USB接口用于连接电源通过电源管理电路对可充电电池进行充电。
【文档编号】A61B5/145GK104224147SQ201410466224
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】余冠成, 俞乾, 赵晓东, 王守岩 申请人:中国科学院苏州生物医学工程技术研究所