專利名稱：穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人體生理參數(shù)測量裝置，尤其是對心電、血壓和血氧這三個重 要生理參數(shù)測量記錄裝置。
背景技術(shù)：
心臟病和高血壓等心血管疾病是當(dāng)前人類面臨的首要健康威脅。為實現(xiàn)心血管 疾病的早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷和早期治療，需要對患者的心電、血壓和血氧等重要生理參 數(shù)進行長時間的連續(xù)動態(tài)監(jiān)測。傳統(tǒng)的動態(tài)心電監(jiān)測(H0Iter)方法中使用的氯化銀粘性 電極容易引起皮膚過敏，并且隨著電極導(dǎo)電凝膠體逐漸脫水和干化，信號的信噪比顯著 下降。而在血壓的動態(tài)監(jiān)測中，普遍采用了基于柯氏音聽診法的充、放氣壓力袖帶，當(dāng) 其工作時，會對患者造成突然性刺激，因心理變化產(chǎn)生情緒波動，導(dǎo)致測量結(jié)果失準(zhǔn)。CN200910064618.3公開了一種“穿戴式心電電極裝置及其制造方法”，在穿戴 衣上配置有銀質(zhì)紡織電極，通過導(dǎo)線與外部的測量裝置相連，進行心電和體溫的長期監(jiān) 測。但該裝置不能實現(xiàn)對血壓和血氧這兩項重要生理參數(shù)的測量。CN200410029796.X公開了一種“非侵入式血壓測量裝置及方法”，包括袖帶式 主體部分和非袖帶式可分離單元。其工作時，必須通過可分離單元控制主體部分的袖帶 式測量裝置進行血壓測量，并根據(jù)測量結(jié)果，對可分離單元的非袖帶式血壓測量裝置進 行校準(zhǔn)。由于該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作過程煩瑣，不便于長時間的攜帶式使用。此外，該 裝置的測量對象只是血壓這一種生理參數(shù)。CN200710056957.8公開了一種“可穿戴式低負荷生理監(jiān)護系統(tǒng)”，用于心電、
呼吸、體溫和體動等生理參數(shù)的監(jiān)測。該系統(tǒng)由可穿戴動態(tài)采集衣、病人手持終端和遠 程醫(yī)療服務(wù)中心三部分組成，相互之間通過無線的短距離和遠程通信兩種方式相聯(lián)。此 系統(tǒng)雖然實現(xiàn)了患者在家庭和工作狀態(tài)下的低負荷生理參數(shù)監(jiān)測，但并沒有涉及到血壓 和血氧這兩項重要的生理參數(shù)。現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有將心電、血壓和血氧這三項重要生理參數(shù)集成到一起的穿戴 式測量裝置，而且其中針對血壓的測量方法均依賴充、放氣壓力袖帶，使用起來非常不 方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種包括心電、血壓、血氧和脈率 等重要生理參數(shù)的穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的該裝置由穿戴衣、脈搏波測量單元、控制盒以及智能手機四部分組成。穿戴 衣用于搭載心電電極，脈搏波測量單元通過光電方法測量人體指端脈搏波信號，脈搏波 測量單元與控制盒之間依靠導(dǎo)線連接；控制盒用于對心電信號和脈搏波信號進行模數(shù)轉(zhuǎn) 換，存儲心電數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)，并通過無線通訊將脈搏波數(shù)據(jù)與心電數(shù)據(jù)發(fā)送給智能手機；智能手機根據(jù)控制盒發(fā)送的心電數(shù)據(jù)和脈搏波數(shù)據(jù)計算血壓值和血氧值，識別異 常心電信號，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過GPRS的無線通信方式發(fā)送到遠程醫(yī)療服務(wù)中心，同時 接收服務(wù)中心傳回的概括性診斷結(jié)果。穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置，是由穿戴衣和脈搏波測量單元分別與控制盒連 接，控制盒通過藍牙與智能手機連接構(gòu)成。穿戴衣是由內(nèi)里設(shè)有布線區(qū)和信號插頭，穿戴衣內(nèi)里對應(yīng)左胸處縫有左胸骨柄 電極1，對應(yīng)右胸處縫有右胸骨柄電極2，對應(yīng)左肋下處縫有左下腹電極3，對應(yīng)右肋下 處縫有右下腹電極4，電極(1、2、3、4)通過布線區(qū)經(jīng)信號插頭與手持終端連接，脈搏 波測量單元通過數(shù)據(jù)線與手持終端連接構(gòu)成?？刂坪型ㄟ^數(shù)據(jù)線分別與數(shù)據(jù)存儲模塊、心電信號調(diào)理電路、無線通訊模塊連 接構(gòu)成。電極(1、2、3、4)是由支撐墊向內(nèi)粘有硬海綿和由導(dǎo)電織物包裹的軟海綿構(gòu) 成，支撐墊縫在穿戴衣內(nèi)里的相應(yīng)處，導(dǎo)電織物通過導(dǎo)線與布線區(qū)連接構(gòu)成。心電信號調(diào)理電路設(shè)有三個通道通道一是由左胸骨柄電極1和右胸骨柄電極 2連接到前置放大電路，前置放大電路經(jīng)濾波電路I、主放大電路、經(jīng)濾波電路II與電平 調(diào)整電路連接，前置放大電路通過數(shù)據(jù)線與模擬右腿驅(qū)動電路連接，通道二是由左胸骨 柄電極1和左下腹電極3連接到前置放大電路，前置放大電路經(jīng)濾波電路I、主放大電 路、經(jīng)濾波電路II與電平調(diào)整電路連接，前置放大電路通過數(shù)據(jù)線與模擬右腿驅(qū)動電路 連接，通道三是由右胸骨柄電極2和左下腹電極3連接到前置放大電路，前置放大電路經(jīng) 濾波電路I、主放大電路、經(jīng)濾波電路II與電平調(diào)整電路連接，前置放大電路通過數(shù)據(jù)線 與模擬右腿驅(qū)動電路連接，右下腹電極4與模擬右腿驅(qū)動電路連接構(gòu)成。在現(xiàn)有的智能手機中寫入多生理參數(shù)監(jiān)護軟件，該軟件是由用戶命令通過藍牙 連接控制盒，通過TCP/IPGPRS連接遠程醫(yī)療服務(wù)中心。智能手機處理單元包括以下順序和步驟a、開始一顯示界面；b、驅(qū)動藍牙建立連接，連接不成功返回，重新連接；C、連接成功一接收數(shù)據(jù)一接收完畢一數(shù)據(jù)存儲；d、計算生理參數(shù)及波形顯示一心電診斷結(jié)果顯示；e、是否退出或遠程連接；f、遠程連接一發(fā)送數(shù)據(jù)；g、接收遠程診斷信息；h、退出。有益效果本發(fā)明提供了以智能手機為平臺的監(jiān)護軟件，可以實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)和 脈搏波數(shù)據(jù)的實時接收、血壓值和血氧值的實時計算、文件存儲、信號波形顯示、異常 心電信號識別以及遠程連接功能。通過對脈搏波傳播時間參數(shù)進行擬合計算，得到血壓 值。在不需要使用壓力袖帶的條件下，實現(xiàn)了對心電、血壓和血氧這三個重要生理參數(shù) 的動態(tài)測量及記錄，提供了既適用于醫(yī)院也適用于個人使用的穿戴式生理參數(shù)監(jiān)測記錄裝置。


圖1是穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2是附圖1中穿戴衣結(jié)構(gòu)圖；圖3是附圖2中電極的結(jié)構(gòu)圖；圖4是附圖1中控制盒結(jié)構(gòu)框圖；圖5是附圖4中心電信號調(diào)理電路結(jié)構(gòu)框圖；
圖6是脈搏波傳導(dǎo)時間PWTT的示意圖；圖7是附圖1中智能手機的多生理參數(shù)監(jiān)護軟件結(jié)構(gòu)框圖；圖8是附圖1中智能手機軟件流程圖。具體是方式下面結(jié)合附圖和實施例做進一步的詳細說明穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置是由穿戴衣、脈搏波測量單元、控制盒以及智能手 機四部分組成。穿戴衣用于搭載穿戴式心電電極；脈搏波測量單元通過光電方法測量人 體指端脈搏波信號，脈搏波測量單元與控制盒之間依靠導(dǎo)線連接；控制盒用于對心電信 號和脈搏波信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，存儲心電數(shù)據(jù)與脈搏波數(shù)據(jù)，并通過無線通訊將脈搏波 數(shù)據(jù)與心電數(shù)據(jù)發(fā)送給智能手機；智能手機根據(jù)控制盒發(fā)送的心電數(shù)據(jù)和脈搏波數(shù)據(jù)計 算血壓值和血氧值，識別異常心電信號，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過GPRS的無線通信方式發(fā)送 到遠程醫(yī)療服務(wù)中心，同時接收服務(wù)中心傳回的概括性診斷結(jié)果。穿戴衣采用舒適的棉質(zhì)材料制作，在其中對應(yīng)人體的左、右胸骨柄及下腹的 左、右肋骨位置，縫有海綿支撐墊，將穿戴式心電電極縫制其上，穿戴電極通過穿戴衣 內(nèi)部布線區(qū)中的導(dǎo)線與穿戴衣左下腹部附近的信號插頭相連，信號插頭通過外接導(dǎo)線與 控制盒相連。穿戴式心電電極采用多層結(jié)構(gòu)，與穿戴衣中的支撐墊直接相連的是硬海綿 層，它通過粘接層與外層的軟海綿層相連，而導(dǎo)電紡織織物作為導(dǎo)電電極，包裹在軟海 綿上，導(dǎo)電電極側(cè)端接有導(dǎo)線。穿戴衣可以測量三個通道的心電信號，其中通道I的 心電信號由左胸骨柄電極與右胸骨柄電極產(chǎn)生；通道II的心電信號由左胸骨柄電極與左 下腹電極產(chǎn)生；通道III的心電信號由右胸骨柄電極與左下腹電極產(chǎn)生。脈搏波測量單元采用標(biāo)準(zhǔn)的指夾式光電傳感器，利用650nm和980nm這兩種波 長的光源，完成雙波長脈搏波信號測量，并將脈搏波信號通過導(dǎo)線傳送給控制盒，控制 盒通過雙波長脈搏波信號計算血氧值。脈搏波信號與心電信號一起，用于動脈血壓的擬 合和計算?？刂坪惺谴┐魇缴韰?shù)記錄裝置的核心，由心電信號調(diào)理電路、微處理器、 數(shù)據(jù)存儲模塊以及無線通訊模塊4個部分組成。其中心電信號調(diào)理電路用于心電信號的 放大、濾波。數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲心電數(shù)據(jù)和脈搏波數(shù)據(jù)。微處理用于對心電信號和 脈搏波信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并控制數(shù)據(jù)存儲模塊和無線通訊模塊。無線通訊模塊用于與 智能手機進行通訊。穿戴衣是由內(nèi)里設(shè)有布線區(qū)和信號插頭，穿戴衣內(nèi)里對應(yīng)左胸處縫有左胸骨柄 電極1，對應(yīng)右胸處縫有右胸骨柄電極2，對應(yīng)左肋下處縫有左下腹電極3，對應(yīng)右肋下 處縫有右下腹電極4，電極(1、2、3、4)通過布線區(qū)經(jīng)信號插頭與手持終端連接，脈搏 波測量單元通過數(shù)據(jù)線與手持終端連接構(gòu)成。
在現(xiàn)有的智能手機中寫入多生理參數(shù)監(jiān)護軟件，該軟件是由用戶命令通過藍牙 連接控制盒，通過TCP/IPGPRS連接遠程醫(yī)療服務(wù)中心。智能手機處理單元包括以下順序和步驟a、開始一顯示界面；b、驅(qū)動藍牙建立連接，連接不成功返回，重新連接；C、連接成功一接收數(shù)據(jù)一接收完畢一數(shù)據(jù)存儲；d、計算生理參數(shù)及波形顯示一心電診斷結(jié)果顯示；e、是否退出或遠程連接；f、遠程連接一發(fā)送數(shù)據(jù)；g、接收遠程診斷信息；h、退出。一、心電測量在穿戴衣中對應(yīng)人體的左、右胸骨柄及下腹的左、右肋骨的位置，縫有海綿支 撐墊，將穿戴式電極縫制其上，穿戴電極通過穿戴衣內(nèi)部布線區(qū)中的導(dǎo)線與穿戴衣左下 腹部附近的信號插頭相連。電極(1、2、3、4)包括軟海綿、導(dǎo)電織物、硬海綿、支撐墊以及導(dǎo)線。導(dǎo) 電織物包裹在軟海綿外側(cè)，并與導(dǎo)線相連；導(dǎo)電織物與硬海綿之間依靠粘鉤固定；硬海 綿與支撐墊之間依靠膠體固定。電極通過穿戴衣布線區(qū)內(nèi)的導(dǎo)線與穿戴衣的信號插頭相 連，信號插頭通過導(dǎo)線與控制盒中的心電信號調(diào)理電路相連。心電信號調(diào)理電路對原始 心電信號進行放大濾波處理，并將處理后的心電信號送往微處理器。心電信號調(diào)理電路包括三個信號通道，如圖5所示，心電信號調(diào)理電路設(shè)有三 個通道通道一是由左胸骨柄電極1和右胸骨柄電極2連接到前置放大電路，前置放大電 路經(jīng)濾波電路I、主放大電路、經(jīng)濾波電路II與電平調(diào)整電路連接，前置放大電路通過數(shù) 據(jù)線與模擬右腿驅(qū)動電路連接，通道二是由左胸骨柄電極1和左下腹電極3連接到前置放 大電路，前置放大電路經(jīng)濾波電路I、主放大電路、經(jīng)濾波電路II與電平調(diào)整電路連接， 前置放大電路通過數(shù)據(jù)線與模擬右腿驅(qū)動電路連接，通道三是由右胸骨柄電極2和左下 腹電極3連接到前置放大電路，前置放大電路經(jīng)濾波電路I、主放大電路、經(jīng)濾波電路II 與電平調(diào)整電路連接，前置放大電路通過數(shù)據(jù)線與模擬右腿驅(qū)動電路連接，右下腹電極4 與模擬右腿驅(qū)動電路連接構(gòu)成。模擬右腿驅(qū)動電路將共模信號檢出并進行倒相放大后， 反饋至右下腹電極4，可以有效降低工頻干擾。二、血氧飽和度測量血氧飽和度是指在全部血容量中，與還原血紅蛋白結(jié)合的氧容量占全部可結(jié)合 氧容量的百分比。根據(jù)血液中氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的光譜曲線分析，在紅光和 近紅外波段(600 IOOOnm)上，它們具有獨特的光譜吸收特性。在紅光光譜區(qū)，還原血 紅蛋白的吸收系數(shù)遠比氧合血紅蛋白的吸收系數(shù)大；而在近紅外光譜區(qū)，還原血紅蛋白 的吸收系數(shù)比氧合血紅蛋白的小。所以借助光電技術(shù)手段，采用光電容積脈搏波掃描方 法，使用650nm和980nm這兩種波長的入射光源，可以完成人體組織中脈搏波和血氧飽 和度的無創(chuàng)測量。脈搏波測量單元包括光電脈搏波傳感器、脈搏波信號調(diào)理電路以及光源驅(qū)動電
6路。光源驅(qū)動電路輸出與光電脈搏波傳感器輸入端和脈搏波信號調(diào)理電路的一個輸入端 相連；光電脈搏波傳感器輸出端與脈搏波信號調(diào)理電路的另一個輸入端相連。由于光電脈搏波傳感器輸出的信號是紅光和近紅外光的復(fù)合信號，所以脈搏波 信號調(diào)理電路中加入了信號分離電路來對復(fù)合信號進行分離，以得到紅光和近紅外光兩 路測量信號。血氧飽和度的計算需要從兩路交流信號中提取脈搏波的峰-峰值。為此，采用 微分閾值法，對脈搏波上具有陡峭上升沿的特征點，通過微分運算加以提取。這樣根據(jù) 脈搏波峰值可以確定脈搏波周期，計算脈率，以及計算脈搏波的峰_峰值。三、無袖帶血壓測量 在本發(fā)明中，脈搏波傳導(dǎo)時間PWTT定義為心電ECG信號的R波峰值傳輸至 脈搏波PPG信號峰值的時間，如圖6所示。根據(jù)PWTT和動脈血壓的相關(guān)性，血壓的 收縮壓SBP (Systolic Blood Pressure)可以通過對PWTT進行線性回歸分析獲得，而舒 張壓DBP (Diastolic Blood Pressure)與PWTT的相關(guān)性不強，需要利用專門的多普勒血 流檢測儀器，通過測量血管單彈性腔模型的順應(yīng)性參數(shù)C (Compliance)和血管阻力參數(shù) R(VascularResistance),才能夠推算出其數(shù)值。為了擺脫對多普勒超聲血流檢測儀器的依 賴，利用脈搏波的波形參數(shù)來代替這兩個物理參數(shù)，則可以實現(xiàn)便攜式的儀器設(shè)計。1、收縮壓測量當(dāng)脈搏波沿動脈血管傳播時，其傳導(dǎo)速度將受到血管彈性、血液粘度和血管壁 粘彈特性的影響。對于同一被測對象，可以忽略其動脈內(nèi)徑、血管彈性和動脈厚度的影 響，因此，脈搏波傳導(dǎo)時間與收縮壓呈近似的線性關(guān)系，它們的數(shù)學(xué)關(guān)系可以近似表示 為SBP^aXPWTT+b (1)這樣，通過回歸分析計算，就可以確定常數(shù)a和b的數(shù)值。在校正血壓數(shù)據(jù)時，需要使用標(biāo)準(zhǔn)的袖帶式血壓計，通過最小二乘法，擬合得 到a、b的數(shù)值，即建立了血壓收縮壓的數(shù)學(xué)計算模型。需要強調(diào)的是，因為存在測量對 象的個體差異，需要通過試驗獲得各自獨立的關(guān)系曲線。2、舒張壓測量根據(jù)血管的單彈性腔模型，舒張壓DBP和收縮壓SBP的關(guān)系式可近似表示為
權(quán)利要求
1.一種穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置，其特征在于，是由穿戴衣和脈搏波測量單元分 別與控制盒連接，控制盒通過藍牙與智能手機連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置，其特征在于，穿戴衣是由內(nèi)里 設(shè)有布線區(qū)和信號插頭，穿戴衣內(nèi)里對應(yīng)左胸處縫有左胸骨柄電極1，對應(yīng)右胸處縫有右 胸骨柄電極2，對應(yīng)左肋下處縫有左下腹電極3，對應(yīng)右肋下處縫有右下腹電極4，電極 (1、2、3、4)通過布線區(qū)經(jīng)信號插頭與手持終端連接，脈搏波測量單元通過數(shù)據(jù)線與手 持終端連接構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1所述的穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置，其特征在于，控制盒通過數(shù)據(jù) 線分別與數(shù)據(jù)存儲模塊、心電信號調(diào)理電路、無線通訊模塊連接構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求2所述的穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置，其特征在于，電極(1、2、 3、4)是由支撐墊向內(nèi)粘有硬海綿和由導(dǎo)電織物包裹的軟海綿構(gòu)成，支撐墊縫在穿戴衣內(nèi) 里的相應(yīng)處，導(dǎo)電織物通過導(dǎo)線與布線區(qū)連接構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求3所述的穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置，其特征在于，心電信號調(diào)理電 路設(shè)有三個通道通道一是由左胸骨柄電極1和右胸骨柄電極2連接到前置放大電路，前 置放大電路經(jīng)濾波電路I、主放大電路、經(jīng)濾波電路II與電平調(diào)整電路連接，前置放大電 路通過數(shù)據(jù)線與模擬右腿驅(qū)動電路連接，通道二是由左胸骨柄電極1和左下腹電極3連接 到前置放大電路，前置放大電路經(jīng)濾波電路I、主放大電路、經(jīng)濾波電路II與電平調(diào)整電 路連接，前置放大電路通過數(shù)據(jù)線與模擬右腿驅(qū)動電路連接，通道三是由右胸骨柄電極2 和左下腹電極3連接到前置放大電路，前置放大電路經(jīng)濾波電路I、主放大電路、經(jīng)濾波 電路II與電平調(diào)整電路連接，前置放大電路通過數(shù)據(jù)線與模擬右腿驅(qū)動電路連接，右下 腹電極4與模擬右腿驅(qū)動電路連接構(gòu)成。
6.按照權(quán)利要求1所述的穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置，其特征在于，是在現(xiàn)有的智能 手機中寫入多生理參數(shù)監(jiān)護軟件，該軟件是由用戶命令通過藍牙連接控制盒，通過TCP/ IPGPRS連接遠程醫(yī)療服務(wù)中心。
7.按照權(quán)利要求1、6所述的穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置，其特征在于，智能手機處 理單元包括以下順序和步驟a、開始一顯示界面；b、驅(qū)動藍牙建立連接，連接不成功返回，重新連接；C、連接成功一接收數(shù)據(jù)一接收完畢一數(shù)據(jù)存儲；d、計算生理參數(shù)及波形顯示一心電診斷結(jié)果顯示；e、是否退出或遠程連接；f、遠程連接一發(fā)送數(shù)據(jù)；g、接收遠程診斷信息；h、退出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人體生理參數(shù)測量的穿戴式多生理參數(shù)記錄裝置。是由穿戴衣和脈搏波測量單元分別與控制盒連接，控制盒通過藍牙與智能手機連接構(gòu)成。通過對脈搏波傳播時間參數(shù)進行擬合計算，得到血壓值。提供了以智能手機為平臺的監(jiān)護軟件，實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)和脈搏波數(shù)據(jù)的實時接收，實現(xiàn)了對心電、血壓和血氧這三個重要生理參數(shù)的動態(tài)測量及記錄，血壓值和血氧值的實時計算，文件存儲、信號波形顯示、異常心電信號識別以及遠程連接功能。在不需要使用壓力袖帶的條件下，提供了既適用于醫(yī)院也適用于個人使用的穿戴式生理參數(shù)監(jiān)測記錄裝置。該記錄裝置穿戴方便，測量準(zhǔn)確，成本相對低廉。
文檔編號A61B5/145GK102008300SQ20101058142
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者凌振寶, 劉光達, 包澤民, 史文龍, 孫瀟宇, 李肅義, 林君, 王君, 蔡靖, 郭維 申請人:吉林大學(xué)