手表式多參數(shù)生物傳感裝置制造方法
【專利摘要】手表式多參數(shù)生物傳感裝置，本發(fā)明涉及一種生理參數(shù)的自適應(yīng)檢測(cè)方法及一種采用這種方法的多參數(shù)智能監(jiān)控手表，所述方法包括：（1）采集人生理參數(shù)信號(hào)；（2）對(duì)所述人生理參數(shù)信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)小波分解，在分解過(guò)程中，逐點(diǎn)選擇特征預(yù)測(cè)器和更新器；（3）進(jìn)行波形分析，消除分解后信號(hào)中的干擾信號(hào)成分，獲得消除干擾后的人生理參數(shù)信號(hào)。所述監(jiān)控手表包括基體，所述基體上設(shè)有中央處理器和用于采集人生理參數(shù)信號(hào)的生理參數(shù)傳感器及其他多種傳感器，所述中央處理器采用自適應(yīng)小波分解的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得消除干擾后的人生理參數(shù)信號(hào)。本發(fā)明有效地解決了日常佩戴方式接觸電阻大的引起的不穩(wěn)定問(wèn)題，使用方便，可以實(shí)時(shí)采集多種人生理信號(hào)、運(yùn)動(dòng)信號(hào)及環(huán)境信號(hào)等。
【專利說(shuō)明】手表式多參數(shù)生物傳感裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生理信號(hào)的自適應(yīng)檢測(cè)方法，還涉及一種采用這種方法的多參數(shù) 智能監(jiān)控手表，主要用于對(duì)人生理參數(shù)的檢測(cè)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著生活水平和健康意識(shí)的提高，人們希望能隨時(shí)了解自己的身體狀況，由此穿 戴式生物傳感系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，但現(xiàn)有技術(shù)下的穿戴式生物傳感系統(tǒng)往往很笨拙,體積大，需 要專門的捆綁帶固定，影響了使用者的日常生活，也影響美觀和使用者的社會(huì)交往。為了使 用上的便利及美觀，將能夠采集各種所需人生理參數(shù)/信號(hào)的傳感器(感知裝置）設(shè)置在手 表狀的穿戴式傳感裝置上，形成能夠隨時(shí)采集多種人生理參數(shù)/信號(hào)的監(jiān)控手表，使用者 像帶普通手表一樣帶上這種監(jiān)控手表，就可以隨時(shí)采集并獲得相應(yīng)的生理參數(shù)/信號(hào)(例 如可以檢測(cè)脈搏)，有助于使使用者實(shí)時(shí)監(jiān)視自身的身體狀況，使用起來(lái)非常方便。
[0003] 但是，如果使用者將這種設(shè)有若干傳感器的監(jiān)控手表戴在手腕上，監(jiān)測(cè)獲得的脈 搏波信號(hào)往往會(huì)受到外界或者使用者自身干擾因素的影響，給脈搏波的提取帶來(lái)困難，導(dǎo) 致脈搏波測(cè)量難以準(zhǔn)確甚至發(fā)生錯(cuò)誤，對(duì)于其他生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)也存在類似的問(wèn)題。因此， 消除干擾，提高信號(hào)質(zhì)量是這種參數(shù)智能監(jiān)控手表設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一，只有 有效地解決了這些問(wèn)題，才能夠使這種監(jiān)控方式具有實(shí)際使用價(jià)值。
[0004] 干擾影響主要包括：（1)運(yùn)動(dòng)偽差：被檢測(cè)者身體的運(yùn)動(dòng)會(huì)造成血液充盈狀況、光 路徑長(zhǎng)度等因素發(fā)生變化，從而使測(cè)量結(jié)果無(wú)法正確地反映檢測(cè)者脈搏波的真實(shí)情況。由 被檢測(cè)者肌肉抖動(dòng)和人為造成的位移容易引起脈搏波基線漂移，亦可能造成靜脈血的變化 而被誤認(rèn)為是脈動(dòng)的動(dòng)脈血變化而引起的計(jì)算偏差。由于運(yùn)動(dòng)偽差的形成機(jī)理使它無(wú)法用 傳統(tǒng)的濾波器來(lái)處理，因此對(duì)運(yùn)動(dòng)偽差的剔除長(zhǎng)期以來(lái)也是脈搏波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè) 重點(diǎn)和難點(diǎn)；（2)基線漂移：脈搏波的獲取過(guò)程中，由于人的呼吸運(yùn)動(dòng)和身體移位產(chǎn)生的基 線漂移是必須克服的。放大電路的不穩(wěn)定和呼吸波動(dòng)是造成基線漂移的主要原因?；€漂 移的頻率為〇. 15-0. 3Hz ; (3)肌電干擾：肌肉收縮產(chǎn)生微伏級(jí)的信號(hào)，可認(rèn)為是零均值帶限 高斯噪聲的瞬時(shí)突發(fā)，其峰值一般為脈搏信號(hào)的20%左右，頻率范圍在O-lOKHz左右。肌電 干擾與脈搏波的頻率是重疊的，因此，對(duì)脈搏信號(hào)的干擾有時(shí)非常嚴(yán)重。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種生理參數(shù)的自適應(yīng)檢測(cè)方法， 還提供了一種采用該方法進(jìn)行信息處理的用于實(shí)時(shí)采集人體生理參數(shù)/信號(hào)的多參數(shù)智 能監(jiān)控手表，這種監(jiān)控手表不僅能夠采集人體生理參數(shù)/信號(hào)，而且可以消除或減小干擾 信號(hào)的影響，獲得質(zhì)量較高的波形/參數(shù)。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案： 一種生理參數(shù)的自適應(yīng)檢測(cè)方法，包括如下步驟： (1)采集人生理參數(shù)信號(hào)； (2) 對(duì)所述人生理參數(shù)信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)小波分解； (3) 進(jìn)行波形分析，消除分解后信號(hào)（細(xì)節(jié)信號(hào)d和/或逼近信號(hào)S)中的干擾信號(hào)成 分，獲得消除干擾后的人生理參數(shù)信號(hào)， 所述步驟（2)中包含如下步驟： (2. 1)剖分：將信號(hào)序列按奇、偶樣本分成2部分，其中 奇樣本序列

【權(quán)利要求】
1. 一種生理參數(shù)的自適應(yīng)檢測(cè)方法，包括如下步驟： (1) 采集人生理參數(shù)信號(hào)； (2) 對(duì)所述人生理參數(shù)信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)小波分解； (3) 進(jìn)行波形分析，消除分解后信號(hào)中的干擾信號(hào)成分，獲得消除干擾后的人生理參數(shù) 信號(hào)， 所述步驟（2)中包含如下步驟： (2. 1)剖分：將信號(hào)序列按奇、偶樣本分成2部分，其中 奇樣本序列Xp={X2k+1，k e Z}，偶樣本序列Xe={X2k，k e Z}; (2. 2)預(yù)測(cè)：引入預(yù)測(cè)算子P，以
為偶樣本
的估計(jì)值.
，定義細(xì)節(jié)信號(hào)

(2. 3)更新：引入提升算子U，導(dǎo)出逼近信號(hào)
2. 如權(quán)利要求1所述的生理參數(shù)的自適應(yīng)檢測(cè)方法，其特征在于對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行多層 分解。
3. 如權(quán)利要求2所述的生理參數(shù)的自適應(yīng)檢測(cè)方法，其特征在于根據(jù)預(yù)測(cè)器P和更新 器U推導(dǎo)出小波函數(shù)和尺度函數(shù)。
4. 如權(quán)利要求1、2或3所述的生理參數(shù)的自適應(yīng)檢測(cè)方法，其特征在于設(shè)有多組預(yù)測(cè) 算子和提升算子，根據(jù)變換信號(hào)與相鄰信號(hào)之間的相關(guān)性檢測(cè)和分析信號(hào)的局部特征，確 定每一尺度上每個(gè)變換樣本的最佳預(yù)測(cè)算子提升算子，采用所述最佳預(yù)測(cè)器和最佳更新器 計(jì)算細(xì)節(jié)信號(hào)d和逼近信號(hào)s。
5. 如權(quán)利要求4所述的生理參數(shù)的自適應(yīng)檢測(cè)方法，其特征在于預(yù)測(cè)階段選擇下列 2種支撐區(qū)間不同的預(yù)測(cè)器作為候選預(yù)測(cè)器，對(duì)于相關(guān)度小的采用以下（2,2)插值小波變 換：
相關(guān)度大的采用最優(yōu)插值估計(jì)的改進(jìn)算法，即以下列方式確定細(xì)節(jié)信號(hào)d和逼近信號(hào) s, 引入自相關(guān)系數(shù)(：2 (1〇和(；（k)，所述自相關(guān)系數(shù)(：2 (1〇和(；（k)采用下列方式計(jì) 算：
當(dāng)
且
時(shí)，樣本之間的相關(guān)性較強(qiáng)，通?？梢赃x用下述（6,6)插 值小波：
,N=6 ;
N=6 ； 其中 P=[l 1 1 1 1 1]/6, U=[l 1 1 1 1 1]/12 ; 當(dāng)
且C6 (k) <C2 (k)時(shí)，選用以下（4, 2)插值小波變換：
N=4 ；
N=2 ； 其中 P=[l 1 1 1]/4, U=[l 1]/4 ; 當(dāng)C2(k)〈0時(shí)，樣本之間的相關(guān)性較弱，選擇以下（2,2)插值小波變換：
6. 如權(quán)利要求5所述的生理參數(shù)的自適應(yīng)檢測(cè)方法，其特征在于所述消除分解后信號(hào) 中的干擾信號(hào)成分的具體包括如下步驟： (3. 1)對(duì)采集的原始生理參數(shù)信號(hào)進(jìn)行所述自適應(yīng)小波分解，對(duì)分解后信號(hào)序列進(jìn)行 波形分析，識(shí)別相關(guān)的原始波波形特征； (3. 2)引入干擾波波形特征，所述干擾波波形特征可以通過(guò)下列任意一種或多種方式 獲得：（a)對(duì)由干擾因素產(chǎn)生的干擾信號(hào)進(jìn)行與步驟（3. 1)相同的自適應(yīng)小波分解，對(duì)干擾 波的分解后信號(hào)序列進(jìn)行波形分析，識(shí)別相關(guān)的干擾波波形特征：（b)依據(jù)干擾因素的特 點(diǎn)經(jīng)分析或?qū)嶒?yàn)獲得相關(guān)的干擾波波形特征； (3. 3)將上述步驟（3. 1)中獲得的原始波波形特征與上述步驟（3. 2)引入的干擾波波 形特征進(jìn)行分析比對(duì)，根據(jù)分析比對(duì)結(jié)果，從原始生理參數(shù)信號(hào)的分解后信號(hào)序列中識(shí)別 并提取因干擾因素導(dǎo)致的干擾信號(hào)序列； (3. 4)將所提取的干擾信號(hào)序列反相疊加到原始信號(hào)中，由此抵消和濾除原始信號(hào)中 由干擾因素導(dǎo)致的干擾信號(hào)成分。
7. -種多參數(shù)智能監(jiān)控手表，包括基體，其特征在于所述基體上設(shè)有中央處理器和用 于采集人生理參數(shù)信號(hào)的生理參數(shù)傳感器，所述生理參數(shù)傳感器通過(guò)生理參數(shù)數(shù)據(jù)采集電 路連接所述中央處理器，所述中央處理器至少對(duì)一種來(lái)自所述生理參數(shù)傳感器的人生理參 數(shù)信號(hào)采用如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的生理參數(shù)的自適應(yīng)檢測(cè)方法進(jìn)行 處理，消除分解后信號(hào)中的干擾信號(hào)成分，獲得消除干擾后的人生理參數(shù)信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求7所述的多參數(shù)智能監(jiān)控手表，其特征在于所述基體上還設(shè)有用于采集 人運(yùn)動(dòng)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)傳感器、用于采集位置信號(hào)的位置傳感器、用于采集環(huán)境信號(hào)的環(huán)境參 數(shù)傳感器、人機(jī)交互裝置、聲音輸出裝置、圖像顯示裝置和通信電路，所述運(yùn)動(dòng)傳感器、位置 傳感器和環(huán)境參數(shù)傳感器分別通過(guò)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集電路、位置數(shù)據(jù)采集電路和通過(guò)環(huán)境數(shù)據(jù) 采集電路連接所述中央處理器。
9. 如權(quán)利要求8所述的多參數(shù)智能監(jiān)控手表，其特征在于所述生理參數(shù)傳感器包括 下列任意一種或多種傳感器：心電傳感器、血壓傳感器、心率傳感器、血氧傳感器、血糖傳感 器和脈搏波傳感器，通過(guò)對(duì)脈搏波信號(hào)的數(shù)據(jù)處理，獲得進(jìn)行血壓、心率、脈率等多個(gè)生理 參數(shù)；所述運(yùn)動(dòng)傳感器包括下列任意一種或多種傳感器：加速度傳感器、陀螺儀、計(jì)步傳感 器、跌倒信號(hào)傳感器和地磁傳感器，利用加速度傳感器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)識(shí)別、計(jì)步、動(dòng)作跟蹤、 睡眠監(jiān)測(cè)、抬手動(dòng)作識(shí)別、跌倒檢測(cè)和水平測(cè)量等；利用陀螺儀進(jìn)行方位角檢測(cè)等；利用地 磁傳感器進(jìn)行方位定向等測(cè)量；通過(guò)專用的計(jì)步傳感器和跌倒信號(hào)傳感器實(shí)現(xiàn)計(jì)步和信號(hào) 采集與報(bào)警；所述位置傳感器包括下列任意一種或多種傳感器：GPS信號(hào)接收器和北斗系 統(tǒng)定位信號(hào)接收器，利用GPS信號(hào)接收器和北斗系統(tǒng)定位信號(hào)接收器通過(guò)接收相應(yīng)衛(wèi)星定 位系統(tǒng)的定位信號(hào)進(jìn)行定位，所述環(huán)境參數(shù)傳感器包括下列任意一種或多種傳感器：溫度 傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器、紫外線傳感器、氣體成分傳感器和光傳感器，利用這些傳 感器檢測(cè)環(huán)境中的溫度、濕度、氣壓、紫外線強(qiáng)度、氣體成分和濃度以及光感識(shí)別等；所述通 信電路包括下列任意一種或多種通信電路：藍(lán)牙通信電路、WiFi通信電路、移動(dòng)通信電路 和USB接口電路。
10.如權(quán)利要求9所述的多參數(shù)智能監(jiān)控手表，其特征在于所述基體的外形呈手表狀， 設(shè)有表帶，所述中央處理器包括信號(hào)輸入模塊、放大合成模塊、信號(hào)輸出模塊、實(shí)時(shí)分析及 預(yù)測(cè)模塊和信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)輸入模塊用于接收來(lái)源相應(yīng)數(shù)據(jù)采集電路的原始數(shù)據(jù) 信號(hào)，接入所述放大合成模塊的正相輸入端，所述放大合成模塊對(duì)從正相端和反相端輸入 進(jìn)行放大合成，形成一定放大倍數(shù)的輸出信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)輸出模塊輸出，所述信號(hào)采集模 塊用于采集所述放大合成模塊的輸出，所述實(shí)時(shí)分析及預(yù)測(cè)模塊依據(jù)來(lái)自所述信號(hào)采集模 塊的信號(hào)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，生成最逼近的干擾信號(hào)送入所述放大合成模塊的反相輸入端， 以抵消所述原始數(shù)據(jù)信號(hào)中的干擾信號(hào)，所述實(shí)時(shí)分析及預(yù)測(cè)模塊的工作過(guò)程為：首先對(duì) 波形形態(tài)進(jìn)行分析，確定波形形態(tài)性質(zhì)，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)模板相關(guān)分析，將波形形態(tài)分析結(jié)果 及模板分析結(jié)果送入小波樣條生成單元，將最逼近的干擾小波樣條(干擾信號(hào)序列)，送入 噪聲抵消，通過(guò)采用自適應(yīng)形態(tài)分析和自適應(yīng)小波分析，使系統(tǒng)可以通過(guò)自適應(yīng)小波分析 預(yù)測(cè)干擾信號(hào)，從而消除干擾，而不使信號(hào)失真。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK104042191SQ201410324829
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】劉忠英, 邱學(xué)軍, 唐斌 申請(qǐng)人:北京惠仁康寧科技發(fā)展有限公司