一種便攜式運動監(jiān)測檢測設(shè)備及運動監(jiān)測檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于人體運動傳感監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式運動監(jiān)測檢測設(shè)備及運 動監(jiān)測檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在人體正常生命活動中，脈搏波、血氧濃度、三軸加速度等生理參數(shù)是反映健康狀 況的重要指標(biāo)，對心血管疾病及肥胖癥等慢性疾病的日常護理與監(jiān)測具有十分重要的意 義。
[0003] 現(xiàn)今醫(yī)學(xué)監(jiān)測儀器多功能化、智能化和微型化發(fā)展速度越來越快，關(guān)于便攜式運 動監(jiān)測系統(tǒng)的研究近年來也逐步增加，
[0004] 傳統(tǒng)透射式脈搏測量依據(jù)紅光、紅外光透射原理，通常通過采集指端或者耳端紅 光、紅外光透射光電容積脈搏波信號實現(xiàn)脈搏波測量和血氧濃度測量；人體在運動中，指端 和耳端測量位置會出現(xiàn)較大的運動干擾，出現(xiàn)大幅度的基線漂移，導(dǎo)致光電容積脈搏波信 號出現(xiàn)大幅度失真，無法測量脈搏波和血氧飽和度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種便攜式運動監(jiān)測檢測設(shè)備及運動監(jiān)測 檢測方法，采用反射式脈搏及血氧測量，降低了光的散色干擾和運動干擾導(dǎo)致的基線漂移， 較之傳統(tǒng)透射式脈搏測量在精度和實用性方面有了很大提升。
[0006] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種運動監(jiān)測檢測方法，選擇兩個不同波長的紅光、紅外光 作為入射光垂直入射手指，其中一入射光的波長為805nm的紅外光，米用反射式方式測量 脈搏波和血氧濃度，分別通過測量兩個不同波長紅光、紅外光的反射光信號的交流分量Iac
動脈血氧飽和度，Ge與端P分別為a波長紅光入射光的反射光光強交流分量和直流分量， /$與分別為8〇5nm波長紅外入射光的反射光光強交流分量和直流分量，參數(shù)A與參數(shù) B為定標(biāo)參數(shù)，通過實驗獲得。
[0007] 進一步地，另一入射光為波長為660nm紅光。
[0008] 進一步地，采用中值濾波算法去除脈搏波的基線干擾；在N長度脈搏波數(shù)字序列 中，選擇長度為n的序列Xn為一維模板窗口W(Nn)，模板窗口數(shù)據(jù)由大到小排序M，取序列中 值寂作為一點X數(shù)值；順次滑動模板窗口W(Nn)，重復(fù)排序取中值，最終實現(xiàn)濾除擾動造成的 噪聲，算法如下：
[0011] K= 0, 1，2,…N-l，i= 0, 1，2,…N-n;
[0012] -M/二Mec/(似々(好'(八7 ))) j =〇, 1，2,…N-I ;
[0013] $ =為i，j= 0, 1，2, ."N-I0
[0014] 本發(fā)明提供了實現(xiàn)上述方法的一種便攜式運動監(jiān)測檢測設(shè)備，包括一反射式光電 脈搏血氧傳感器，所述反射式光電脈搏血氧傳感器包括光電信號發(fā)射器，用于發(fā)射兩路紅 光、紅外光作為入射光垂直入射手指；光電信號接收器，接收紅光、紅外光照射手指后的反 射光；
[0015] 該設(shè)備還包括光電轉(zhuǎn)換單元，將光電信號接收器接收的反射光信號進行光電轉(zhuǎn) 化；
[0016] 信號處理單元，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換后信號的放大、整形、濾波、電壓抬升等。
[0017] A/D轉(zhuǎn)換單元，將處理后的信號進行A/D轉(zhuǎn)換；
[0018] 微處理器，對反射式光電脈搏血氧傳感器中紅光和紅外光發(fā)射管的驅(qū)動、A/D轉(zhuǎn)換 模式控制、串口通信的操作，微處理器將轉(zhuǎn)換后的信號通過藍(lán)牙通信傳輸至手機或電腦進 行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)的分析包括提取通過測量兩個不同波長紅光、紅外光的反射光信號的交
中，SpO2為動脈血氧飽和度，Gcj與.Gc分別為a波長紅光入射光的反射光光強交流分量和 直流分量，與分別為805nm波長紅外入射光的反射光光強交流分量和直流分量，參 數(shù)A與參數(shù)B為定標(biāo)參數(shù)，通過實驗獲得；
[0019] 光源驅(qū)動單元，通過接受微處理器的指令并驅(qū)動光電信號發(fā)射器進行紅光、紅外 光的發(fā)射。
[0020] 所述光電信號發(fā)射器以及光電信號接收器的觸點安裝在一指環(huán)上，微處理器以及 附屬元件安裝在一手環(huán)上，指環(huán)與手環(huán)之間通過導(dǎo)線連接。
[0021 ] 微處理器還連接有三軸加速度傳感器以及溫度傳感器。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：
[0023] (1)本發(fā)明采用反射式脈搏及血氧測量，與透射式測量方法相比，降低了光的散色 干擾和運動干擾導(dǎo)致的基線漂移，較之傳統(tǒng)透射式脈搏測量在精度和實用性方面有了很大 提升。
[0024] (2)本設(shè)備采用手環(huán)、指環(huán)結(jié)合的設(shè)計，在產(chǎn)品美觀及舒適程度不受影響的前提下 較全面地進行運動過程各人體指標(biāo)參數(shù)測量。
[0025] (3)系統(tǒng)以便攜穿戴設(shè)備的形式，可同時對運動過程中的速度、加速度、里程、卡路 里、脈率、血氧參數(shù)進行綜合測量。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明設(shè)備的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明設(shè)備的反射式血氧測量部分結(jié)構(gòu)框圖；
[0029] 圖4為本發(fā)明方法濾波前的660nm、805nm光電容積脈搏波圖；
[0030] 圖5為本發(fā)明方法濾波后的660nm、805nm光電容積脈搏波圖。
【具體實施方式】
[0031] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0032] 參見圖1，本發(fā)明包括手環(huán)2和指環(huán)1兩部分，二者通過導(dǎo)線連接，手環(huán)2部分采用 橡膠環(huán)扣式可調(diào)結(jié)構(gòu)，尺寸為220. 5*19. 0*14. 7mm，固定于用戶手臂或腕部。指環(huán)端尺寸為 44. 5*11. 0*7mm，其上附著有光電信號發(fā)射器及光電信號接收器兩個觸點，同時觸點通過兩 根導(dǎo)線同手環(huán)端微控制器單元相連接。此外，該設(shè)備配備有運動狀態(tài)顯示盤及兩枚信號提 示led燈，運動狀態(tài)顯示盤可直接顯示人體運動時間、三軸加速度和速度等信息，健康指示 燈可根據(jù)人體血氧含量高低而呈綠紅變化，實現(xiàn)健康預(yù)警功能。手環(huán)工作指示燈用以提示 設(shè)備是否通過藍(lán)牙同Android客戶端進行連接以及設(shè)備是否處于正常工作狀態(tài)。
[0033] 本發(fā)明采用msp430單片機作為控制核心微處理器，內(nèi)嵌三軸加速度傳感器、溫度 傳感器、光電脈搏血氧傳感器、藍(lán)牙通信模塊，系統(tǒng)模塊框圖如附圖2所示。
[0034] 如附圖2所示，系統(tǒng)通過三軸加速度傳感器MPU6050檢測出身體三軸加速度運動 信號，通過溫度傳感器DS18B20檢測出外界環(huán)境溫度，通過光電脈搏血氧傳感器LST1308 對人體運動過程的血氧濃度進行檢測，這些信號被送入微處理器MSP430,通過微處理器 MSP430的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，還包括液晶顯示屏T12864進行數(shù) 據(jù)的顯示。進一步處理后，系統(tǒng)將這些信號送入MicroSD卡保存。通過主從一體藍(lán)牙串口 模塊HC05,將數(shù)據(jù)送入手機和PC機進行數(shù)據(jù)處理和算法分析，從而計算出人體實時運動參 數(shù)，并且系統(tǒng)還可對脈率、血氧濃度值進行分析，當(dāng)脈率、血氧濃度值低于正常水平時系統(tǒng) 將自動發(fā)出警報，提醒佩戴者。為了實現(xiàn)便攜式操作，系統(tǒng)采用紐扣電池供電。
[0035] 其中三軸加速度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對人體運動過程三軸加速度和角速度的測量，溫 度傳感器可實時監(jiān)測用戶運動過程體溫以及環(huán)境溫度變化情況，光電脈搏血氧傳感器可監(jiān) 測人體運動過程中血氧含量和脈搏波變化情況，各傳感單元所測得數(shù)據(jù)均可通過藍(lán)牙通信 模塊傳輸至Android設(shè)