專利名稱：耳掛式低功耗生理參數(shù)監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種生理參數(shù)監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)近年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，心血管疾病成為頭號致命殺手。在2005年由世界衛(wèi)生組織 報(bào)告的調(diào)查指出，心血管疾病死亡人數(shù)占全球整體死亡人數(shù)的30%，約為1750多萬人，并 估計(jì)心血管疾病的死亡人數(shù)將遲續(xù)上升。在中國，心血管疾病的患病情況亦相當(dāng)嚴(yán)重。每 年死于心血管疾病占總死亡人數(shù)的45% ，另一報(bào)告指出國內(nèi)每年用于治療心血管疾病的費(fèi) 用高達(dá)1300億人民幣。在心血管疾病中，高血壓的患病情況尤其普遍，僅在中國已有1. 6 億人患有高血壓。因此，發(fā)展便攜式、穿戴式并能長期地監(jiān)測心率、血壓、血氧飽和度等重要 生理參數(shù)的監(jiān)測裝置，有助于降低心血管疾病的發(fā)病率，從而減輕個人及政府用于心血管 疾病醫(yī)療服務(wù)的財(cái)政負(fù)擔(dān)。 血壓測量儀大致分為侵入和非侵入式兩類。侵入式血壓測量方法，一般實(shí)施在接
受手術(shù)、手術(shù)過后或需要深切治療的病者身上。因?yàn)榍秩胧窖獕簻y量方法需要將道管直接
地插入病人的動脈，所以進(jìn)行侵入式血壓測量時不但需要專業(yè)醫(yī)護(hù)人員操作，而且造成的
傷口也大大的增加病人受細(xì)菌感染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，侵入式血壓測量方法并不適用家庭或需
要頻繁進(jìn)行血壓測量的用戶。取而代之，非侵入式血壓監(jiān)測量儀更適合家庭用戶。 現(xiàn)在，大部份的非侵入式電子血壓監(jiān)測儀在使用時需要為袖帶充氣。袖帶式電子
血壓計(jì)多采用振蕩法測量血壓，使用時，用戶需要一個可充氣的袖帶纏繞在手臂上，電子驅(qū)
動泵自動的充氣，使袖帶內(nèi)的壓力上升至高于收縮壓的某一個值，然后緩慢地放氣。置于袖
帶內(nèi)的壓力傳感器檢測袖帶內(nèi)的壓力振蕩以決定血壓值。收縮壓及平均壓分別是當(dāng)袖帶內(nèi)
的壓力振蕩幅度開始增加及壓力振蕩幅度達(dá)最大時的壓力。舒張壓則由收縮壓和平均壓估
計(jì)出來。 但袖帶式血壓計(jì)一般存有以下缺點(diǎn) 第一，袖帶充氣時令用戶感到不適。頻繁地使用袖帶，甚至可能損害受壓的皮膚組 織和血管。 第二，由于袖帶充氣需要時間，袖帶式裝置需要較長時間才能完成一次測量，而且 袖帶式血壓測量計(jì)只能提供間歇的血壓值。 第三，一般充氣袖帶的設(shè)計(jì)纏繞在用戶的手 或手腕上，測量時用戶只能暫?；?動并保持安靜。 第四，袖帶式血壓測量裝置包括泵和閥，測量計(jì)體積因此較大并且功耗高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要針對上述袖帶式血壓計(jì)使用不方便的問題，提供一種方便使用
的生理參數(shù)監(jiān)測裝置。
—種生理參數(shù)監(jiān)測裝置，包括傳感器單元、處理單元和通報(bào)單元；所述傳感器單元包括壓電裝置電源；所述傳感器單元用于從用戶的耳朵表面上采集生物信號；所述處理單 元對生物信號進(jìn)行處理，輸出生理參數(shù)；所述通報(bào)單元將生理參數(shù)以視覺或聽覺的方式發(fā) 布；所述壓電裝置電源用于將壓力轉(zhuǎn)化為電能，為生理參數(shù)監(jiān)測裝置供電及作為其開關(guān)。
優(yōu)選的，所述傳感器單元的載體是與用戶耳朵接觸的物品。 優(yōu)選的，所述與用戶耳朵接觸的物品是耳夾、收聽器、頭帶、耳機(jī)、耳筒、耳罩、眼 鏡、潛水鏡、耳環(huán)、助聽器中的 一種。 優(yōu)選的，所述壓電裝置電源包括與用戶耳朵接觸的夾子及壓電裝置，所述夾子產(chǎn) 生的壓力使壓電裝置產(chǎn)生電能。 優(yōu)選的，所述夾子用于夾在用戶的耳門位置。 優(yōu)選的，所述生物信號包括心電信號、血容積信號、體溫信號。 優(yōu)選的，所述生理參數(shù)包括心率、心率變化率、血壓、血壓變化率、血氧飽和度、體溫。 優(yōu)選的，所述傳感器單元包括第一生理傳感器、第二生理傳感器、壓電裝置電源和 第一通訊模塊；所述第一生理傳感器用于采集血容積信號和體溫信號；所述第二生理傳感 器結(jié)合第一生理傳感器采集心電信號；所述壓電裝置電源用于將壓力轉(zhuǎn)化為電能，為傳感 器單元供電；所述第一通訊模塊用于向處理單元傳送心電信號、血容積信號和體溫信號。
優(yōu)選的，所述第一生理傳感器包括電極、光電傳感器、溫度傳感器。
優(yōu)選的，所述第二生理傳感器包括兩個電極。 優(yōu)選的，所述處理單元包括電源、第二通訊模塊、集成電路、微處理單元；所述電源 為處理單元和通報(bào)單元供電；所述第二通訊模塊用于接收生物信號；所述集成電路用于對 生物信號進(jìn)行信號處理；所述微處理器根據(jù)生物信號測量生理參數(shù)。 優(yōu)選的，所述通報(bào)單元包括顯示單元、發(fā)聲單元、輸入單元和預(yù)報(bào)單元；所述顯示 單元以視覺的方式發(fā)布生理參數(shù)；所述發(fā)聲單元以聽覺的方式發(fā)布生理參數(shù)；所述輸入單 元為用戶提供輸入功能；所述預(yù)報(bào)單元用于實(shí)時啟動警報(bào)。 優(yōu)選的，所述處理單元和通報(bào)單元的載體是具有視覺或聽覺通報(bào)功能的物品。
優(yōu)選的，所述具有視覺或聽覺通報(bào)功能的物品是手表、音頻播放器、視頻播放器、 電子游戲機(jī)、手提電腦、掌上計(jì)算機(jī)、手機(jī)中的一種。 上述生理參數(shù)監(jiān)測裝置是通過傳感器采集生物信號，也就是說，傳感器只需接觸 身體即可獲取生物信號，不影響使用者的正常活動。并通過處理單元對生物信號進(jìn)行處理， 得到生理參數(shù)，通過通報(bào)單元將生理參數(shù)以視覺或聽覺的方式發(fā)布。因此，上述生理參數(shù)監(jiān) 測裝置具有使用方便的優(yōu)點(diǎn)。而且，上述生理參數(shù)監(jiān)測裝置利用壓電原理為生理傳感器供 電，可作為裝置的開關(guān)及減少對電池的依賴，有效地減少功耗。


圖1是生理參數(shù)監(jiān)測裝置第一實(shí)施方式的示意圖。
圖2是圖1的第一生理傳感器的示意圖。 圖3是圖1的第二生理傳感器的示意圖。 圖4是生理參數(shù)監(jiān)測裝置第二實(shí)施方式的示意圖。 圖5是圖4的第一生理傳感器的示意圖。
圖6是圖4的第二生理傳感器的示意圖。
圖7是生理參數(shù)監(jiān)測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是生理參數(shù)監(jiān)測裝置第一實(shí)施方式的示意圖。生理參數(shù)監(jiān)測裝置的第一生理 傳感器101可以放置在左耳或右耳部位，生理參數(shù)監(jiān)測裝置的第二生理傳感器102可以放 置在左手或右手部位。耳部的測量位置可以是耳門、耳垂、外耳道或耳殼，手部的測量位置 可以是手腕、手指、前臂或上臂。第一生理傳感器101的載體是耳夾，第二生理傳感器102 的載體是手表。 圖2是圖1的第一生理傳感器101的示意圖。耳夾與皮膚兩邊接觸面用柔軟的海 綿軟墊204鋪成，避免在長期佩帶時引起用戶不舒服。電極205設(shè)置在一個海綿軟墊204 上，而光電傳感器206及溫度傳感器207則設(shè)置在另一個海綿軟墊204上。電極205可以 是電子織物或金屬電極。為增加電極205的柔軟性，電極205以電子織物為優(yōu)先選擇。光 電傳感器206包括光發(fā)射器和光電感應(yīng)器。光電傳感器206及溫度傳感器207分別用于測 量血容積信號及體溫信號。當(dāng)光發(fā)射器和光電感應(yīng)器與使用者的耳門表面相貼近時，光發(fā) 射器發(fā)射的光會被人身組織反射、透射或散射，光電感應(yīng)器接收透過或反射的光。光電傳感 器206優(yōu)選采用反射模式。第一生理傳感器200的外殼為實(shí)色塑料，以黑色為優(yōu)先選擇，以 減小環(huán)境光對血容積信號的影響。 生理參數(shù)監(jiān)測裝置的壓電裝置電源208利用耳夾產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)化為電能，為光電 傳感器206供電及作為信號測量的自動開關(guān)。 耳夾中還安裝有電池電源、小型電路板和通訊模塊，電池電源用于為小型電路板 和通訊模塊提供電能。耳夾還設(shè)有暗槽，用于收藏連接電極205、小型電路板、通訊模塊的電 線210。當(dāng)用戶戴上耳夾后，耳夾產(chǎn)生的壓力使壓電裝置電源208產(chǎn)生電能以啟動光電傳感 器206。如果壓電裝置電源208能提供足夠的電源，耳夾中的電池電源可以省略。
圖3是圖1的第二生理傳感器102的示意圖。第二生理傳感器102包括兩個電極 301，兩個電極301連同第一生理傳感器101的電極205用來采集人體的心電信號。該兩個 電極301可安置在手表300的表背302或表帶303的表面上，讓兩個電極301與用戶手腕皮 膚互相緊貼。如果電極301裝在表背302上，電極301可以是兩塊金屬電極，表背302的其 余部分必須為絕緣物料。兩塊金屬電極與內(nèi)藏在手表中的小型電路板連接。如果電極301 裝在表帶303上，電極301則使用柔軟的電子織物制作，表帶303的其余部分必須為絕緣物 料。電極301通過暗藏在表帶303中的電線連接手表中的小型電路板。
圖4是生理參數(shù)監(jiān)測裝置第二實(shí)施方式的示意圖。生理參數(shù)監(jiān)測裝置的第一生理 傳感器401和第二生理傳感器402分別放置在左耳和右耳。測量位置可以是耳門、耳垂、外 耳道或耳殼。在本實(shí)施方式中，以音頻播放器為載體，因此，第一生理傳感器401的載體可 以是左耳收聽器或右耳收聽器，相應(yīng)的，第二生理傳感器402的載體可以是右耳收聽器或 左耳收聽器。左耳收聽器和右耳收聽器的外殼采用柔軟的物料制作，使傳感器可緊貼用戶 的耳門及外耳道位置。 圖5是圖4的第一生理傳感器401的示意圖。第一生理傳感器401包括電極502、 光電傳感器503和溫度傳感器504。電極502安裝在貼近外耳道的位置，光電傳感器503放置在貼近耳門的位置以測量血容積信號，溫度傳感器504安裝在收聽器的下方來測試體溫。 此外，在貼近耳門501的一方還設(shè)有夾子505，柔軟的夾著用戶的門耳。夾子的顏 色以黑色為優(yōu)先考慮，以減小環(huán)境光對血容積信號的影響。夾子505產(chǎn)生的壓力為壓電裝 置電源506提供電能，用于為光電傳感器503供電及作為信號測量的自動開關(guān)。
圖6是圖4的第二生理傳感器402的示意圖。第二生理傳感器402包括兩個電極 602，分別放置在貼近外耳道和貼近耳門的位置。第二生理傳感器402的電極602連同第一 生理傳感器的電極502 —起測量心電信號。電極502、602可以是金屬素材或電子織物。為 避免弄傷用戶的耳朵，優(yōu)選電子織物為電極502、602的物料。收聽器的外殼為實(shí)色塑料物 料。第一生理傳感器401和第二生理傳感器402與音頻播放器以有線或無線的方式連接， 并將檢測的生理信號傳送到音頻播放器處理。 圖7是生理參數(shù)監(jiān)測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。生理參數(shù)監(jiān)測裝置包括傳感器單 元、處理單元及通報(bào)單元。傳感器單元包括第一生理傳感器、第二生理傳感器、壓電裝置電 源及第一通訊模塊。處理單元包括電源、第二通訊模塊、集成電路、微處理單元。通報(bào)單元 包括顯示單元、發(fā)聲單元、輸入單元和預(yù)報(bào)單元。 在第一實(shí)施方式中，傳感器單元的載體為手表和耳夾，處理單元及通報(bào)單元的載 體是手表。在第二實(shí)施方式中，傳感器單元的載體是音頻播放器的左耳收聽器和右耳收聽 器，處理單元和通報(bào)單元的載體是音頻播放器的主體。此外，傳感器單元的載體還可以是頭 帶、耳機(jī)、耳筒、耳罩、眼鏡、潛水鏡、耳環(huán)、助聽器等與用戶耳朵接觸的物品。處理單元和通
報(bào)單元的載體還可以是視頻播放器、電子游戲機(jī)、手提電腦、掌上計(jì)算機(jī)、手機(jī)等具有視覺 或聽覺通報(bào)功能的個人物品。 用戶使用生理參數(shù)監(jiān)測裝置時，注意傳感器單元內(nèi)的所有生理傳感器必須緊貼用 戶皮膚，并啟動電源。傳感器單元內(nèi)的壓電裝置電源因?yàn)閴毫Χa(chǎn)生電能，自動的啟動信號 檢測，并為部分或全部生理傳感器供電。生理傳感器中的光電傳感器連續(xù)地測量血容積信 號，而溫度傳感器間斷地檢測體溫信號。 同時，電極連續(xù)地測量心電信號。第一通訊模塊把三個生物信號由測量位置傳送 到處理單元和通報(bào)單元，以進(jìn)行信號處理及檢測生理參數(shù)。在第一實(shí)施方式中，手表和耳夾 以無線方式連接，而且在傳感器單元和處理單元分別置有壓電裝置電源和電源。電源同時 為處理單元和通報(bào)單元供電。在第二實(shí)施方式中，收聽器的傳感器單元和主體的處理單元 可以是有線或無線通訊方式連接。若收聽器和主體以有線通訊方式連接，傳感器單元、處理 單元和通報(bào)單元可共享電源、壓電裝置電源成為裝置開關(guān)。如果收聽器和主體以無線通訊 方式連接，壓電裝置電源可以為部分或全部生理傳感器供電，處理單元和通報(bào)單元可共享 電源。 當(dāng)處理單元的第二通訊模塊接收到生物信號后，該生物信號會經(jīng)過集成電路以進(jìn) 行信號處理(包括信號放大及濾波，以去除噪聲及改善信噪比)。第一通訊模塊和第二通 訊模塊的有線通訊方式包括用電線作為物料，而無線通訊方式則可以是藍(lán)牙、UWB、 WiFi、 ZigBee或WLAN等其它無線通訊方法。經(jīng)過放大及濾波處理后的生物信號將由處理單元內(nèi) 的微處理器從檢測到的生物信號測量各種生理參數(shù)(包括心率、心率變化率、血壓、血壓變 化率、血氧飽和度及體溫)。這些生理參數(shù)會在通報(bào)單元內(nèi)的顯示單元及發(fā)聲單元以視覺或聽覺方式發(fā)布。顯示單元包括一個顯示屏、輸入單元設(shè)有簡單的按鈕為用戶提供輸入功能。 發(fā)聲單元設(shè)有響鬧裝置，以通告測量生理參數(shù)的結(jié)果。此外，通報(bào)單元還包括預(yù)報(bào)單元，當(dāng) 被檢測的一個或以上的生理參數(shù)出現(xiàn)不正常狀況時，預(yù)報(bào)單元實(shí)時啟動警報(bào)，以指示用戶 注意身體狀況。 本發(fā)明主要利用血容積信號、心電信號和體溫信號計(jì)算各種不同的生理參數(shù)。例 如，心率可以從心電信號R波的時間間隔算出。心率變化率可以在每個心動周期的心率統(tǒng) 計(jì)，如一連數(shù)個心動周期的心率的標(biāo)準(zhǔn)差。血壓可以由心電信號和血容積信號得到的脈搏 波傳輸時間測量。脈搏波傳輸時間可以由心電信號上的參考點(diǎn)和同一個心動周期內(nèi)血容積 信號檢測到的脈搏波上的參考點(diǎn)來確定。利用脈搏波傳輸時間測量血壓前，用戶需進(jìn)行較 準(zhǔn)程序以得到一個或以上的個人系數(shù)。血壓變化率可以是每搏血壓的相差或是指定時間間 隔內(nèi)，如每一分鐘數(shù)個心動周期的血壓的標(biāo)準(zhǔn)差。血氧飽和度可以從血容積信號中測量至IJ。
上述生理參數(shù)監(jiān)測裝置以無損方式監(jiān)測多項(xiàng)個人生理參數(shù)。上述生理參數(shù)監(jiān)測裝 置優(yōu)選從使用者耳門上檢測所需要的生理信號，在使用時為用戶帶來方便，適合用于需要 經(jīng)常測量血壓及特別照顧的人士 (如年長老人、心血管疾病患者等)。此外，上述生理參數(shù) 監(jiān)測裝置設(shè)有壓電裝置電源，可為部分或全部生理傳感器供電及作為裝置的開關(guān)，減少功 耗及對電池的依賴。 以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，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(dāng)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(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于包括傳感器單元、處理單元和通報(bào)單元；所述傳感器單元包括壓電裝置電源；所述傳感器單元用于從用戶的耳朵表面上采集生物信號；所述處理單元對生物信號進(jìn)行處理，輸出生理參數(shù)；所述通報(bào)單元將生理參數(shù)以視覺或聽覺的方式發(fā)布；所述壓電裝置電源用于將壓力轉(zhuǎn)化為電能，為生理參數(shù)監(jiān)測裝置供電及作為其開關(guān)。
2. 如權(quán)利要求1所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述傳感器單元的載體是與 用戶耳朵接觸的物品。
3. 如權(quán)利要求2所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述與用戶耳朵接觸的物品 是耳夾、收聽器、頭帶、耳機(jī)、耳筒、耳罩、眼鏡、潛水鏡、耳環(huán)、助聽器中的一種。
4. 如權(quán)利要求1所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述壓電裝置電源包括與用 戶耳朵接觸的夾子及壓電裝置，所述夾子產(chǎn)生的壓力使壓電裝置產(chǎn)生電能。
5. 如權(quán)利要求4所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述夾子用于夾在用戶的耳 門位置。
6. 如權(quán)利要求l所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述生物信號包括心電信號、 血容積信號、體溫信號。
7. 如權(quán)利要求l所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述生理參數(shù)包括心率、心率 變化率、血壓、血壓變化率、血氧飽和度、體溫。
8. 如權(quán)利要求1所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述傳感器單元包括第一生 理傳感器、第二生理傳感器、壓電裝置電源和第一通訊模塊；所述第一生理傳感器用于采集 血容積信號和體溫信號；所述第二生理傳感器結(jié)合第一生理傳感器采集心電信號；所述壓 電裝置電源用于將壓力轉(zhuǎn)化為電能，為傳感器單元供電；所述第一通訊模塊用于向處理單 元傳送心電信號、血容積信號和體溫信號。
9. 如權(quán)利要求8所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述第一生理傳感器包括電 極、光電傳感器、溫度傳感器。
10. 如權(quán)利要求8所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述第二生理傳感器包括兩 個電極。
11. 如權(quán)利要求1所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述處理單元包括電源、第 二通訊模塊、集成電路、微處理單元；所述電源為處理單元和通報(bào)單元供電；所述第二通訊 模塊用于接收生物信號；所述集成電路用于對生物信號進(jìn)行信號處理；所述微處理器根據(jù) 生物信號測量生理參數(shù)。
12. 如權(quán)利要求1所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述通報(bào)單元包括顯示單 元、發(fā)聲單元、輸入單元和預(yù)報(bào)單元；所述顯示單元以視覺的方式發(fā)布生理參數(shù)；所述發(fā)聲 單元以聽覺的方式發(fā)布生理參數(shù)；所述輸入單元為用戶提供輸入功能；所述預(yù)報(bào)單元用于 實(shí)時啟動警報(bào)。
13. 如權(quán)利要求1所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述處理單元和通報(bào)單元的 載體是具有視覺或聽覺通報(bào)功能的物品。
14. 如權(quán)利要求13所述的生理參數(shù)監(jiān)測裝置，其特征在于所述具有視覺或聽覺通報(bào) 功能的物品是手表、音頻播放器、視頻播放器、電子游戲機(jī)、手提電腦、掌上計(jì)算機(jī)、手機(jī)中 的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生理參數(shù)監(jiān)測裝置，包括傳感器單元、處理單元和通報(bào)單元；所述傳感器單元用于從用戶的耳朵表面上采集生物信號。所述處理單元對生物信號進(jìn)行處理，輸出生理參數(shù)，如心率、心率變化率、血壓、血壓變化率、血氧飽和度和體溫。所述通報(bào)單元將生理參數(shù)以視覺或聽覺的方式發(fā)布。所述生理參數(shù)監(jiān)測裝置在不妨礙用戶日?；顒拥那闆r下，為用戶連續(xù)地檢測一項(xiàng)或多項(xiàng)生理信號及參數(shù)。傳感器單元的壓電裝置電源利用壓電原理為傳感器單元供電，可作為裝置的開關(guān)及減少對電池的依賴。本發(fā)明尤其適合需要長期生理參數(shù)監(jiān)測的人士。
文檔編號A61B5/024GK101708121SQ200910164609
公開日2010年5月19日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者張?jiān)? 李嚴(yán), 黃綺雯 申請人:香港中文大學(xué);深圳先進(jìn)技術(shù)研究院