本發(fā)明涉及一種可實時監(jiān)測人體脈搏血壓等體征的智能可穿戴電子產(chǎn)品及血壓測量方法。

背景技術：

隨著生活水平的逐步提高，人們對健康狀況的逐步重視，各種健康監(jiān)測產(chǎn)品應運而生。不規(guī)則的生活方式和日漸加大的競爭壓力讓很多人一直生存在亞健康狀態(tài)，各種疾病的慢性潛伏導致生活質量的下降。我國是具有傳統(tǒng)醫(yī)學的國家，中醫(yī)在健康方面一直提倡的是三分治七分養(yǎng)，中醫(yī)認為血為人之本，心主血脈，心臟搏動把血液排入血管而形成脈搏。心臟的搏動和血液在血管中的運行均由宗氣所推動。血液循行于脈管之中，除了心臟的主導作用外，還必須有各臟器的協(xié)調配合。肺朝百脈，即是循行于全身的血脈均匯于肺，且肺主氣，通過肺氣的敷布，血液才能布散全身；脾胃為氣血生化之源，脾主統(tǒng)血，血液的循行有賴于脾氣的統(tǒng)攝；肝藏血，肝主疏泄，有調節(jié)血量的作用；腎藏精，精化氣，是人體陽氣的根本，各臟腑功能活動的動力；而且精可化生血，是生成血液的物質基礎之一。故脈象的形成與五臟功能活動有關，而且五臟與六腑相表里，脈象的變化也可反映六腑的變化。

根據(jù)中醫(yī)2000多年的理論積累，古代醫(yī)家篩選制定的二十八種常用脈象，是一個嚴謹而科學的組合，每一種脈象都有一定針對性，其診斷作用不能互相替代；其中，任何一種脈象的脈形規(guī)范和實際意義被埋沒或被誤解，都會影響對脈象的診察，甚至影響脈診的適用范圍和診斷作用。傳統(tǒng)脈象診斷需要依靠醫(yī)者的長期研習，有關脈象的判斷也完全依靠傳承的口敘或者文字，這就把中醫(yī)魁寶局限在了普通人之外。

近年來隨著電子信息技術的不斷發(fā)展，關于脈象診斷方面的研究也進入了新的時期，不斷出現(xiàn)的各類脈象分析儀器裝置要么體積較大不能實時攜帶監(jiān)測，或者專業(yè)性很強普通人無法使用，隨著智能運動手表的發(fā)展，小型化、智能化、便攜的可穿戴產(chǎn)品的出現(xiàn)，把中醫(yī)對健康監(jiān)測的理念融合到可日常佩帶的產(chǎn)品中是一個全新的方向。

專利號為200610119382的中國發(fā)明專利“多點式、三部位、自動加壓式中醫(yī)脈搏檢測裝置及其方法”，采用了帶浮梁的懸臂式結構，可調節(jié)取脈位置，具有較好的重復性。同時也選擇寸、關、尺三部位進行壓電傳感器進行信號采集，達到了準確提取脈象的目的，但該裝置仍然較為專業(yè)和不便于日常監(jiān)測。

專利號為201110439661的中國發(fā)明專利“基于柔性陣列傳感器的多路脈象檢測裝置”，采用了柔性傳感器，也形成了采集多路脈象的檢測裝置，但是描敘的壓力控制裝置為水銀柱式，更無法便攜和實時監(jiān)測。

專利號為2013104185356的中國發(fā)明專利“一種中醫(yī)脈象檢測系統(tǒng)”，采用了柔性硅膠薄膜材料包裹傳統(tǒng)壓電傳感器的方法，該專利描敘的實施方式有影響壓電傳感器正常采集的可能，氣囊的充氣加壓也不可能做到如描敘所說的便攜性，特別是對橈動脈的定位更無明確表述。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，在傳感器技術、便攜性、非專業(yè)局限方面加以改進，更融入血氧血壓監(jiān)測、紅外超導體溫監(jiān)測、射頻傳輸技術等現(xiàn)代電子技術，把中醫(yī)的專有技藝融入可穿戴產(chǎn)品中，實現(xiàn)一種可以使用者實時日常監(jiān)測本人體征狀況的智能體征監(jiān)測腕式可穿戴設備。

本發(fā)明的技術方案是：一種智能體征監(jiān)測腕式可穿戴設備，包括設備主體，設備主體上設有顯示屏幕、微處理器、供電電路和功能電路，所述的微處理器通過功能電路連接有體征監(jiān)測模塊、紅外超導體溫監(jiān)測模塊、APP數(shù)據(jù)交換模塊、WIFI及藍牙射頻通訊模塊、運動能量監(jiān)測模塊、SOS急救求助模塊和衛(wèi)星定位模塊。

所述的體征監(jiān)測模塊包括通過脈象超聲采集裝置、光波血氧檢測裝置、橈動脈定位裝置、脈象超聲采集裝置和手指壓取仿真裝置。

所述的脈象超聲采集裝置是超聲TOFD雙晶探頭采集裝置。

所述的的光波血氧檢測裝置是650nm的紅光傳感器。

所述的手指壓取仿真裝置包括微壓傳感器與步進直線微電機。

所述的紅外超導體溫監(jiān)測模塊由116個熱電偶串聯(lián)組合而成，所述的紅外超導體溫監(jiān)測模塊封蓋有光學帶通濾波器。

所述的設備主體是智能手表。

血氧濃度是血液中被氧結合的含氧血紅蛋白(HbO2)的容量占全部可結合的血紅蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的濃度(SpO2)，采用波長650nm的紅光和950nm的紅外光進行反射式檢測，根據(jù)含氧血紅蛋白(HbO2)對650nm紅光的強吸收及對950nm紅外光的弱吸收特性，我們選擇了650nm的紅光傳感器，通過對發(fā)出光量及反射接收光量的比值，我們可以從光電二極管檢測到血液脈動血氧飽和度。

本發(fā)明的手指壓取仿真裝置加壓方式與常規(guī)壓電薄膜傳感器需要的加壓不同，對壓力沒有硬性要求，也完全解決了壓力不夠壓電薄膜傳感器采集不準確的弊病，特別是對腕部沒有壓痛感，更容易讓使用者接受。

本發(fā)明的運動能量監(jiān)測模塊可以按壓計步功能鍵進行總累積步數(shù)、當前起始步數(shù)、消耗的熱量等參數(shù)的選擇，并顯示在手表屏幕。

本發(fā)明的射頻傳輸裝置是低功耗150Mbps USB無線射頻傳輸裝置，兼容Bluetooth V2.1+EDR/Bluetooth3.0/3.0+HS/4.0，支持IEEE802.11B/G/N標準,可以與其它符合該標準的無線設備互相聯(lián)通,支持最新的64/128位WEP數(shù)據(jù)加密，支持WPA-PSK/WPA2-PSK,WPA/WPA2安全機制,以適應不同的工作環(huán)境,可實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)和藍牙接入，方便、安全地接入無線網(wǎng)絡進行手表監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸。

本發(fā)明的衛(wèi)星定位模塊是GPS+BD2定位模塊，GPS/BeiDou是一個完整的衛(wèi)星定位接收裝置，具備全方位功能，能滿足定位的嚴格要求。體積小巧，低功耗，采用新一代MT3333低功耗芯片，超高靈敏度，在城市峽谷、高架下等信號弱的地方，都能快速、準確的定位，運動計步裝置與GPS裝置的有效組合，可以更精確的減少手臂搖晃帶來的誤記數(shù)，采用定位與移動的計算模式來真實統(tǒng)計運動量。

本發(fā)明的紅外超導體溫監(jiān)測模塊采用紅外線熱電堆傳感器(ANT-OTP-538U)作為非接觸式溫度感測，由于紅外線熱電堆傳感器由116個熱電偶串聯(lián)組合而成，且傳感器封蓋有一光學帶通濾波器，使傳感器能在5-14μm的波長范圍進行溫度感測，因此，溫度不同時入射的紅外線也不同，便能在各熱電偶接點產(chǎn)生不同的熱電效應，而得到不同的電壓，再經(jīng)過許多熱電偶的串聯(lián)而輸出相當?shù)碾妷?，代表溫度的大小，如此便能倚靠紅外線的幅射得知溫度高低而不必與待測系統(tǒng)接觸，其操作溫度范圍為-20℃～100℃，結合計算得出實時的體溫，并通過預編的處理算法進行修正演算。

一種利用脈象超聲TOFD采集法結合血氧濃度來測量血壓值的方法，該方法包括以下步驟：

在相同的時間軸上的光波血氧檢測裝置所測量出橈動脈血氧周期連續(xù)變化波形，與同時通過脈象超聲采集裝置測量橈動脈的舒張與收縮時間區(qū)段相對應。

通過微處理器計算血氧周期連續(xù)變化波形對應于時間軸上的截面積。

由脈象超聲采集裝置的測量明確知道何時為收縮壓及舒張壓的計算時間區(qū)段。

經(jīng)過微處理器預存的計算公式計算處理，得到收縮壓及舒張壓的值。

在本發(fā)明中，橈動脈定位裝置發(fā)射2MHZ的超聲中短波，將橈動脈的位置確定出來，可提高手表在需要進行脈象監(jiān)測功能時的精確定位，脈象超聲采集裝置利用超聲波的可穿透性對橈動脈的位置、大小、深淺進行測量，手指壓取仿真裝置采用微型直線電機進行自動探頭位置調整，以改變超聲波的發(fā)射位置，模擬出中醫(yī)理論的“浮、中、沉”，并通過脈象超聲采集裝置探頭的“寸、關、尺”陣列來完全模擬中醫(yī)的三部九診，脈象超聲裝置的發(fā)射晶片和接收晶片按一定的距離在橈動脈兩側放置，通過一收一發(fā)的工作模式，發(fā)射晶片發(fā)出縱波，利用橈動脈端部的衍射波來測量動脈的收縮與舒張，可以描繪出動脈脈動的峰谷波形圖。

光波血氧檢測裝置發(fā)出的光進入血管組織，光再由運動的紅血細胞和組織散射，反射的散射光由光電二極管檢測并輸出血液脈動血氧飽和度，血氧濃度的周期性連續(xù)變化波形實時采集保存，結合脈象超聲裝置測繪的峰谷波形圖，通過時域分析把該峰頂?shù)臅r間與血氧濃度的數(shù)據(jù)進行擬合，就可以通過計算得到需要的血壓舒張壓值，同樣在一個波形谷底就是要確定的收縮壓，就可以通過計算得到需要的血壓收縮壓值。

以上采集的數(shù)字信號由超聲信號與壓力信號擬合，直接顯示在顯示屏幕上，并可進行32位數(shù)字編碼采用M5加密，通過如WIFI、藍牙、USB等方式傳輸至PC或者預裝有APP系統(tǒng)的手機通訊。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的設備主體為智能手表，便于攜帶，將中醫(yī)技藝融入電子產(chǎn)品，采集的體征數(shù)據(jù)更為精確，并可進行數(shù)據(jù)實時處理分析、顯示、儲存和遠程求助等功能，十分方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)整體框架圖；

圖2為本發(fā)明的整體外觀示意圖；

圖3為本發(fā)明超聲探頭布置及血氧體溫傳感器的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明的SOS求助系統(tǒng)射頻鏈接原理圖；

圖5為本發(fā)明脈象超聲TOFD采集法結合血氧濃度來測量血壓值的框架圖；

圖6為本發(fā)明的血氧濃度采集原理圖；

圖7為本發(fā)明的血氧濃度模擬量波形及超聲TOFD脈動峰谷波形示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。

結合圖1和圖2所示，一種智能體征監(jiān)測腕式可穿戴設備，包括設備主體，設備主體上設有顯示屏幕、微處理器、供電電路和功能電路，所述的微處理器通過功能電路連接有體征監(jiān)測模塊、紅外超導體溫監(jiān)測模塊、APP數(shù)據(jù)交換模塊、WIFI及藍牙射頻通訊模塊、運動能量監(jiān)測模塊、SOS急救求助模塊和衛(wèi)星定位模塊，所述的體征監(jiān)測模塊包括通過脈象超聲采集裝置、光波血氧檢測裝置、橈動脈定位裝置、脈象超聲采集裝置和手指壓取仿真裝置。

圖3為本發(fā)明的超聲探頭布置及血氧體溫傳感器結構示意圖，在本發(fā)明中各傳感器承擔了人體體征監(jiān)測的任務，其中1為超聲波縱波探頭，探頭頻率為2MHZ，主要的工作是尋找腕部橈動脈位置；2為血氧紅光傳感器，工作波長為950nm，通過對血紅蛋白吸收后的反射余光的光譜分析，得出對應的血氧值，同時通過數(shù)據(jù)模型的演算把血氧數(shù)據(jù)擬合成血壓值，3為體溫紅外超導傳感器，在5-14μm的波長范圍進行溫度感測，并通過演算模型將人體體溫采集到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，4為超聲TOFD雙晶探頭，成對使用的目的是做到一發(fā)一收，組成TOFD組陣列，通過對寸、關、尺三不位的探頭陣列可以完全模擬醫(yī)生的手法手位，并通過微壓傳感器5與步進直線微電機6的組合運動，將陣列TOFD探頭的體表深度進行變化，以模擬醫(yī)生的浮、中、沉手法，脈象超聲采集裝置是將發(fā)射晶片和接收晶片按一定的距離在橈動脈兩側放置，發(fā)射晶片發(fā)出傳播縱波，利用橈動脈端部的衍射波來測量動脈自身高度，在沒有動脈的地方，得到的信號僅是在人體表面?zhèn)鞑サ膫认虿ê凸敲娣瓷涞幕夭?，但在有動脈的地方，還會接收到來自動脈上端及下端的衍射波，所以通過采集圖形上的各個信號到達的時間差，即可得到動脈的深度及大小，在一個至數(shù)脈搏跳動次數(shù)內，動脈的收縮與膨脹變化會實時反映到衍射波的位置與強弱，這些收集到的信號還可經(jīng)過波形數(shù)據(jù)轉換，由FPGA處理，變換成數(shù)字量數(shù)據(jù)，通過與SD卡內的脈象數(shù)據(jù)庫進行比對，把符合的結果反饋到輸出模塊，并利用數(shù)據(jù)庫對符合結果的定義格式文本進行手表顯示。

圖4為本發(fā)明的SOS求助系統(tǒng)射頻鏈接原理圖，在觸發(fā)手表的組合鍵后，系統(tǒng)通過與匹配的移動設備進行急救求助，并打包傳輸出當前的體征信息。

本發(fā)明的手表與智能手持設備間通過網(wǎng)絡、射頻等技術進行數(shù)據(jù)通訊，實時的傳輸監(jiān)測結果到用戶服務器上保存，并在手表上顯示出當前脈象的狀況及需要注意的提醒功能，在數(shù)據(jù)處理后如果分析出有就醫(yī)需要，手表自動與相匹配的移動設備通訊，發(fā)出如就醫(yī)掛號、120急救等助手功能，同時將當前的體征信息，包括脈象結論、血氧值、血壓值、體溫值、當前地理位置、求助時間等作為求助文本。

一種利用脈象超聲TOFD采集法結合血氧濃度來測量血壓值的方法，該方法包括以下步驟：

在相同的時間軸上的光波血氧檢測裝置所測量出橈動脈血氧周期連續(xù)變化波形，與同時通過脈象超聲采集裝置測量橈動脈的舒張與收縮時間區(qū)段相對應。

通過微處理器計算血氧周期連續(xù)變化波形對應于時間軸上的截面積。

由脈象超聲采集裝置的測量明確知道何時為收縮壓及舒張壓的計算時間區(qū)段。

經(jīng)過微處理器預存的計算公式計算處理，得到收縮壓及舒張壓的值。

圖6為本發(fā)明的血氧濃度采集原理圖，圖中7為650nm紅光發(fā)射LED，8為950nm紅外光發(fā)射LED，9為光波接收光電二極管，10為被監(jiān)測腕部表皮，11為動脈血管，12為含氧血紅蛋白(HbO2)；來自LED的光進入血管組織，由運動的紅血細胞和組織的散射，反射散射光由光電二極管檢測，光電二極管輸出血液脈動血氧飽和度；發(fā)光二極管和光電二極管放置在腕部橈動脈皮膚表面的同一側，位于手表的背面，血氧濃度的周期性連續(xù)變化波形實時采集保存。

圖7為本發(fā)明的血氧濃度模擬量波形及超聲TOFD脈動峰谷波形示意圖，圖中13為側向波，14為動脈血管頂部衍射波，15為動脈血管底部衍射波，16為底骨面回波；TOFD法進行焊縫探傷時，用如圖放置的一對相同的縱波晶片，分別作一次腕部縱斷面的掃查，通過測量可獲得側向波、動脈上端衍射波、動脈下端衍射波及骨底面回波的傳播時間，并根據(jù)已知腕部肌肉中的縱波聲速C和兩探頭間距S，可獲得動脈深度D、動脈直徑尺寸H、腕部肌肉厚度T等參數(shù)，TL為側向波傳播時間，TBW為底骨面回波傳播時間，T1為動脈血管頂部衍射波傳播時間，T2為動脈血管底部衍射波傳播時間，其具體計算公式如下所示：

TL＝S/C

T1＝√4D²+S²/C

T2＝√4(D+H)²+S²/C

TBW＝√4T²+S²/C

D＝1/2√(CT1)²-S²

H＝1/2√(CT2)²-S²-D

根據(jù)動脈直徑尺寸H的變化，我們可以將連續(xù)的時間段中H最大的值時段確定為動脈血管直徑最大，也就是舒張的最大，H的最小值時間段確定為動脈血管直徑最小，也就是收縮的最小。把超聲的波形數(shù)據(jù)與血氧濃度波形結合在同一時間段內，找到數(shù)據(jù)的重疊點，把在舒張時的值與收縮時的值進行分析。結合計算方法，就可以得出實際的血壓數(shù)據(jù)。