本發(fā)明涉及測量人體心率及呼吸的裝置，尤其涉及連續(xù)測量心率及呼吸并提供記錄的裝置及其數(shù)據(jù)處理。

背景技術(shù)：

生命體征可以用來判斷是否具有病灶或者病情的輕重和危急程度。常見的生命體征監(jiān)測包括心率、脈搏、血壓、體溫、呼吸、瞳孔和角膜反射的改變等等的監(jiān)測。呼吸監(jiān)測可初步辨別肺部病變、心力衰竭、高燒、貧血、安眠藥中毒和顱內(nèi)壓增高等疾病。心率監(jiān)測可初步評價動脈血管功能狀況，早期預(yù)警動脈硬化、心肌梗死、腦卒中等常見心腦血管疾病等潛在危險。

現(xiàn)有的生命體征監(jiān)測通常僅針對一項體征特征，且由于儀器設(shè)備的設(shè)計復(fù)雜，無法在不影響人體正常生活的情況下完成長時間的監(jiān)測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決心率和呼吸同時進(jìn)行監(jiān)控的問題，本發(fā)明提供了一種可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置，包括：心率信號采集單元，用于獲取心率信號；呼吸信號采集單元，用于獲取呼吸信號；信號處理單元，用于將所述心率信號和所述呼吸信號進(jìn)行處理；信號轉(zhuǎn)化單元，用于對所述處理后的心率信號和呼吸信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，獲得心率參數(shù)和呼吸參數(shù)；數(shù)據(jù)傳輸單元，用于所述心率參數(shù)和呼吸參數(shù)的傳輸；所述心率數(shù)據(jù)采用壓電薄膜傳感器采集，所述呼吸數(shù)據(jù)采用雙面凸起結(jié)構(gòu)彈性形變采集，所述電薄膜傳感器位于所述雙面凸起結(jié)構(gòu)外表面，用于與皮膚接觸。

進(jìn)一步的，還包括一腔體，所述腔體具有一開口，所述雙面凸起結(jié)構(gòu)卡合在所述腔體內(nèi)，雙面凸起結(jié)構(gòu)的一凸面上設(shè)置有壓電薄膜傳感器，所述凸面位于所述腔體的開口位置，用于與皮膚接觸。

進(jìn)一步的，所述信號處理單元包括帶通濾波器、50hz工頻陷波器、電壓放大電路，所述心率信號與呼吸信號依次通過帶通濾波器、50hz工頻陷波器以及電壓放大電路獲得經(jīng)心率參數(shù)以及呼吸參數(shù)。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)傳輸單元包括藍(lán)牙模塊，所述參數(shù)的傳輸位置包括移動終端、平板電腦、云服務(wù)器。

一種智能上衣，包括如上所述的可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置，所述可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置位于所述智能上衣的內(nèi)側(cè)，與用戶心臟位置相當(dāng)。

進(jìn)一步的，還包括太陽能電池模塊，用于向可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置提供電源，所述太陽能電池模塊位于所述智能上衣的衣領(lǐng)位置。

進(jìn)一步的，所述太陽能電池模塊、微處理控制單元采用柔性材質(zhì)制成。

進(jìn)一步的，所述可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置、太陽能電池模塊采用防水處理。

一種心率及呼吸監(jiān)測方法，包括：獲取心率信號；獲取呼吸信號；將所述心率信號和所述呼吸信號進(jìn)行處理；對所述處理后的心率信號和呼吸信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，獲得心率參數(shù)和呼吸參數(shù)；傳輸所述心率參數(shù)和呼吸參數(shù)至移動終端、平板電腦、云服務(wù)器。

進(jìn)一步的，還包括對所述心率參數(shù)和所述呼吸參數(shù)分析并通知用戶所述心率參數(shù)和所述呼吸參數(shù)異常的步驟。

本公發(fā)明提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

實現(xiàn)了心率和呼吸的同時監(jiān)控；心率和呼吸的監(jiān)控結(jié)構(gòu)簡單；在心率和呼吸監(jiān)控的同時不影響正常的活動；提供了帶心率和呼吸監(jiān)測的智能上衣；監(jiān)控裝置的能源提供為清潔能源，有利于環(huán)境保護(hù)。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1是本發(fā)明可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置示意圖。

圖2是本發(fā)明可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖4是本發(fā)明濾波方法示意圖。

圖5是本發(fā)明可穿戴心率及呼吸監(jiān)測方法示意圖。

圖6是本發(fā)明智能上衣示意圖。

具體實施方式

這里將詳細(xì)地對示例性實施例執(zhí)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

本發(fā)明所述的智能上衣包含衣物本身，衣物可由纖維、絲綢、棉麻等布料組成。所述智能上衣還包括一個位于衣物內(nèi)側(cè)的可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置。

如圖1所示，可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置包括心率信號采集單元110，呼吸信號采集單元130，信號處理單元150，信號轉(zhuǎn)化單元170以及數(shù)據(jù)傳輸單元190。呼吸信號采集單元130用于獲取呼吸信號；信號處理單元150用于將心率信號和所述呼吸信號進(jìn)行處理；信號轉(zhuǎn)化單元170用于對處理后的心率信號和呼吸信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，獲得心率參數(shù)和呼吸參數(shù)；數(shù)據(jù)傳輸單元190，用于心率參數(shù)和呼吸參數(shù)的傳輸。

如圖2所示，雙面凸起結(jié)構(gòu)200包括上表面210和下表面220。在上表面210的凸起的一面上設(shè)置有壓電薄膜傳感器230，傳感器采用pvdf膜傳感器，在壓電薄膜傳感器230上有引導(dǎo)線240，用于傳遞信號。

心率信號采集單元110，呼吸信號采集單元130，信號處理單元150，信號轉(zhuǎn)化單元170，數(shù)據(jù)傳輸單元190均由控制電路板控制。

智能上衣的左側(cè)的可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置包括一個雙面凸起結(jié)構(gòu)200，用于監(jiān)測呼吸，和一個“薄殼”結(jié)構(gòu)的壓電薄膜傳感器230。心率數(shù)據(jù)采用壓電薄膜傳感器230采集，呼吸數(shù)據(jù)采用雙面凸起結(jié)構(gòu)200彈性形變采集，壓電薄膜傳感器230位于所述雙面凸起結(jié)構(gòu)200上表面210凸起的一面，與皮膚接觸。

如圖3所示，雙面凸起結(jié)構(gòu)200收容于腔體300中，壓電薄膜傳感器230向外凸出，引導(dǎo)線240露在腔體開口處，用于傳遞信號。

可穿戴心率及呼吸監(jiān)測裝置位于左胸的位置，監(jiān)測裝置還包括一腔體300，腔體300具有一開口，壓電薄膜傳感器230和雙面凸起結(jié)構(gòu)200呼吸數(shù)據(jù)采集器均設(shè)置在腔體300內(nèi)，雙面凸起結(jié)構(gòu)200的一凸面上設(shè)置壓電薄膜傳感器230，凸面位于所述腔體的開口位置。用戶在穿上智能上衣時，智能上衣的壓電薄膜傳感器和雙面凸起結(jié)構(gòu)能夠緊貼著用戶的心臟位置。

壓電薄膜傳感器的材料為聚偏二佛乙烯（pvdf）膜，pvdf膜鑲嵌在衣服布料里面，并且用防水膠裹住。

呼吸傳感器上凸起的上部分表面覆蓋了的生命體征參數(shù)監(jiān)測傳感器，傳感器為壓電式傳感器，壓電材料為pvdf薄膜，薄膜的一端連接出兩根導(dǎo)線，通過導(dǎo)線接入電路當(dāng)中。凸起的下部分固定在用戶的衣物、腰帶等穿戴用品上，呼吸傳感器的上半部分凸起型和下半部分凸起型的內(nèi)凸起方向互為相反，兩部分結(jié)合成一種彈簧結(jié)構(gòu)，在呼吸作用下，凸起的上半部分和下半部分都會產(chǎn)生彈力，壓電薄膜將傳遞的壓力波動轉(zhuǎn)換成電信號，由兩個導(dǎo)線將電信號傳遞到控制電路當(dāng)中。

脈搏信號比呼吸信號要弱得多，對于傳感器的結(jié)構(gòu)重量要求要輕得多，靈敏度也要高?！氨ぁ眰鞲衅鞑粌H結(jié)構(gòu)重量輕，而且有更好的傳力性能空間。該“薄殼”結(jié)構(gòu)為雙曲扁殼“薄殼”，整體結(jié)構(gòu)由傳感器的pvdf膜、橡膠槽和pvdf膜下的柱狀空心結(jié)構(gòu)形成，當(dāng)傳感器放置在使用者身上時，用戶脈搏產(chǎn)生的壓力會垂直作用在pvdf薄膜上，“薄殼”結(jié)構(gòu)可以提高薄膜傳感器輸出的電信號強(qiáng)度，尤其是在反復(fù)變形過程的薄膜，可以承受較大外力的同時，還能對微弱的脈搏信號反應(yīng)靈敏。

如圖4所示，濾波方法包括首先通過帶通濾波器410，然后通過50hz工頻陷波器430，最后通過電壓放大電路450放大信號。

壓電薄膜傳感器的薄膜材料在接入控制板時需要接入濾波放大電路，以便過濾掉雜波。壓電薄膜接著一個線性電荷放大電路、一個帶通濾波器和50hz工頻陷波器、一個電壓放大電路，然后通過a/d轉(zhuǎn)換后接入微處理器中。由于壓電薄膜要經(jīng)過一根較長的電線接入控制電路板，這會給電路帶來干擾，使壓電薄膜產(chǎn)生的電荷與所受到的壓力呈非線性關(guān)系式，所以前置放大電路采用線性修正放大電路，把壓電薄膜產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，電壓再經(jīng)過帶通濾波器和50hz工頻陷波器，帶通濾波器的通帶頻率為0.5—100hz，經(jīng)過太痛濾波器后的電壓信號在經(jīng)過電壓放大電路，電壓放大電路由低噪音、低溫漂元器件組成，電壓放大后經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換成數(shù)值電壓輸入微處理器中。壓電薄膜受到的壓力與產(chǎn)生的電荷成正比，而電荷與電壓成正比，因而壓電薄膜所受的壓力與產(chǎn)生的電壓呈正比，通過監(jiān)測電壓的頻率和參數(shù)值的變換，可以計算出用戶心跳的頻率和強(qiáng)度，得到心率的全波。

本方案硬件上采用二階巴特沃斯低通濾波器有源低通濾波器來過濾噪音，軟件采用平均值濾波法，其濾波方式為：根據(jù)微處理器的a/d轉(zhuǎn)換器，把a(bǔ)/d轉(zhuǎn)換器的頻率設(shè)置成256hz，并把連續(xù)監(jiān)測到的256個數(shù)值作為一個數(shù)列，每當(dāng)測試到4個新的數(shù)值時，就把它放在數(shù)列的首位，然后去掉數(shù)列的最后4個值，使數(shù)列始終保持256個，每當(dāng)有新數(shù)值進(jìn)來時，數(shù)列當(dāng)中就去掉一個最大值和一個最小值，剩下的254個值進(jìn)行求平均值，求出來的平均值作為輸出值。這種濾波方法對周期性干擾有良好的抑制作用，還能濾除用戶身體抖動產(chǎn)生的干擾。

如圖5所示，可穿戴心率及呼吸監(jiān)測方法包括獲取心率信號510，獲取呼吸信號530，心率信號和呼吸信號可以同時獲取，也可以分別獲取。將心率信號和呼吸信號進(jìn)行處理550，轉(zhuǎn)換獲得心率參數(shù)和呼吸參數(shù)570，最后傳輸至移動終端、平板電腦或云服務(wù)器590。

如圖6所示，智能上衣衣領(lǐng)610上設(shè)置有控制電路板620，太陽能電池板630?？刂齐娐钒?20包括微處理器621，藍(lán)牙模塊622。本實施例中太陽能電池板630設(shè)置為多個。腔體300位于上衣左胸位置，包括壓電薄膜傳感器230，絕緣層641以及電極642，電極642與控制電路板620連接。

當(dāng)衣物進(jìn)行監(jiān)測時，控制電路板620上的藍(lán)牙模塊622會把監(jiān)測到的心率的全波數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)、平板電腦等智能移動終端的app軟件上，移動終端通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)保存下來，當(dāng)移動終端接收到的心率數(shù)據(jù)低于或高于人體的正常心率范圍時，移動終端會發(fā)出一個警告，以便預(yù)防用戶的身體出現(xiàn)突然的異樣。

控制板上的設(shè)置無線wifi模塊可以直接將監(jiān)測到的心率的全波數(shù)據(jù)發(fā)送云服務(wù)器。

衣物所監(jiān)測到的心率全波可以結(jié)合醫(yī)學(xué)方面的知識，為某些疾病的診斷提供可靠的數(shù)據(jù)。

智能上衣衣領(lǐng)610上還鑲嵌著若干塊小型超薄的太陽能電池板630，控制電路板620和太陽能電池板630均用防水膠裹住，并且都鑲嵌在衣領(lǐng)的布料里面。太陽能電池板630和壓電薄膜傳感器230均與控制電路板620上的微處理器621電連接。衣物上的控制電路板620由太陽能電池板630進(jìn)行供電，太陽能電池板630鑲嵌在衣物的衣領(lǐng)里面，分成若干個小塊，并且串聯(lián)起來連接到電路中，太陽能電池板630為柔性電池板，具有防水、可彎曲的特性。太陽能電池板630與同在衣物的衣領(lǐng)當(dāng)中的控制電路板620相連接，控制電路板620為可彎曲電路板，控制電路板630上的電子元器件均經(jīng)過防水防腐處理。

智能上衣可以作為日常的衣服穿著換洗，監(jiān)測日常行走、運(yùn)動時心率的全波，也可以作為睡衣，監(jiān)測用戶睡眠時心率的全波。當(dāng)衣服被晾曬時，太陽能電池板即自動接收太陽光進(jìn)行充電，以便使用戶即使在無太陽光的環(huán)境下，或者夜晚睡眠時有充足的電量。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍執(zhí)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。