CN101708121B - 耳挂式低功耗生理参数监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生理参数监测装置，包括传感器单元、处理单元和通报单元；所述传感器单元用于从用户的耳朵表面上采集生物信号。所述处理单元对生物信号进行处理，输出生理参数，如心率、心率变化率、血压、血压变化率、血氧饱和度和体温。所述通报单元将生理参数以视觉或听觉的方式发布。所述生理参数监测装置在不妨碍用户日常活动的情况下，为用户连续地检测一项或多项生理信号及参数。传感器单元的压电装置电源利用压电原理为传感器单元供电，可作为装置的开关及减少对电池的依赖。本发明尤其适合需要长期生理参数监测的人士。

Description

耳挂式低功耗生理参数监测装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种生理参数监测装置。 

背景技术

根据近年的统计数字，心血管疾病成为头号致命杀手。在2005年由世界卫生组织报告的调查指出，心血管疾病死亡人数占全球整体死亡人数的30％，约为1750多万人，并估计心血管疾病的死亡人数将迟续上升。在中国，心血管疾病的患病情况亦相当严重。每年死于心血管疾病占总死亡人数的45％，另一报告指出国内每年用于治疗心血管疾病的费用高达1300亿人民币。在心血管疾病中，高血压的患病情况尤其普遍，仅在中国已有1.6亿人患有高血压。因此，发展便携式、穿戴式并能长期地监测心率、血压、血氧饱和度等重要生理参数的监测装置，有助于降低心血管疾病的发病率，从而减轻个人及政府用于心血管疾病医疗服务的财政负担。 

血压测量仪大致分为侵入和非侵入式两类。侵入式血压测量方法，一般实施在接受手术、手术过后或需要深切治疗的病者身上。因为侵入式血压测量方法需要将道管直接地插入病人的动脉，所以进行侵入式血压测量时不但需要专业医护人员操作，而且造成的伤口也大大的增加病人受细菌感染的风险。因此，侵入式血压测量方法并不适用家庭或需要频繁进行血压测量的用户。取而代之，非侵入式血压监测量仪更适合家庭用户。 

现在，大部份的非侵入式电子血压监测仪在使用时需要为袖带充气。袖带式电子血压计多采用振荡法测量血压，使用时，用户需要一个可充气的袖带缠绕在手臂上，电子驱动泵自动的充气，使袖带内的压力上升至高于收缩压的某一个值，然后缓慢地放气。置于袖带内的压力传感器检测袖带内的压力振荡以决定血压值。收缩压及平均压分别是当袖带内的压力振荡幅度开始增加及压力振荡幅度达最大时的压力。舒张压则由收缩压和平均压估计出来。

但袖带式血压计一般存有以下缺点： 

第一，袖带充气时令用户感到不适。频繁地使用袖带，甚至可能损害受压的皮肤组织和血管。 

第二，由于袖带充气需要时间，袖带式装置需要较长时间才能完成一次测量，而且袖带式血压测量计只能提供间歇的血压值。 

第三，一般充气袖带的设计缠绕在用户的手臂或手腕上，测量时用户只能暂停活动并保持安静。 

第四，袖带式血压测量装置包括泵和阀，测量计体积因此较大并且功耗高。 

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述袖带式血压计使用不方便的问题，提供一种方便使用的生理参数监测装置。 

一种生理参数监测装置，包括传感器单元、处理单元和通报单元；所述传感器单元包括第一生理传感器、第二生理传感器、压电装置电源和第一通讯模块；所述第一生理传感器包括电极、光电传感器及温度传感器；所述第二生理传感器包括两个电极；所述光电传感器用于采集血容积信号；所述温度传感器用于采集体温信号；所述第二生理传感器结合第一生理传感器的电极用于采集心电信号；所述第一通讯模块用于向处理单元传送心电信号、血容积信号和体温信号；所述处理单元对所述心电信号、血容积信号和体温信号进行处理，输出生理参数；所述生理参数包括心率、心率变化率、血压、血压变化率、血氧饱和度及体温；其中，所述处理单元根据所述心电信号进行处理输出心率变化率、根据所述心电信号和所述血容积信号进行处理输出血压及血压变化率、根据所述血容积信号进行处理输出血氧饱和度、根据所述体温信号输出体温；所述通报单元将生理参数以视觉或听觉的方式发布；所述压电装置电源用于将压力转化为电能，为生理参数监测装置供电及作为其开关； 

其中，所述第一生理传感器设置在左耳或右耳的耳门、耳垂、外耳道或耳壳部位，第一生理传感器的载体是耳夹；所述耳夹与皮肤两边接触面由海绵软垫铺成，第一生理传感器的电极设置在一个海绵软垫上，光电传感器及温度传感器设置在另一个海绵软垫上； 

所述压电装置电源利用耳夹产生的压力转化为电能；所述耳夹中安装有小型电路板和第一通讯模块，所述耳夹还设有暗槽，用于收藏第一生理传感器的电极、小型电路板、第一通讯模块的电线； 

所述第二生理传感器设置在左手或右手的手腕、手指、前臂或上臂部位，第二生理传感器的载体是手表；所述第二生理传感器的两个电极安置在手表的表背或表带的表面上，让两个电极与用户手腕皮肤互相紧贴；如果电极装在表背上，电极是两块金属电极，表背的其余部分为绝缘物料，两块金属电极与内藏在手表中的小型电路板连接；如果电极装在表带上，电极使用电子织物制作，表带的其余部分为绝缘物料，电极通过暗藏在表带中的电线连接手表中的小型电路板。 

优选的，所述耳夹用于夹在用户的耳门位置。 

优选的，所述处理单元包括电源、第二通讯模块、集成电路、微处理单元；所述电源为处理单元和通报单元供电；所述第二通讯模块用于接收生物信号；所述集成电路用于对生物信号进行信号处理；所述微处理单元根据生物信号测量生理参数。 

优选的，所述通报单元包括显示单元、发声单元、输入单元和预报单元；所述显示单元以视觉的方式发布生理参数；所述发声单元以听觉的方式发布生理参数；所述输入单元为用户提供输入功能；所述预报单元用于实时启动警报。 

优选的，所述处理单元和通报单元的载体是具有视觉或听觉通报功能的物品。 

优选的，所述具有视觉或听觉通报功能的物品是手表、音频播放器、视频播放器、电子游戏机、手提电脑、掌上计算机、手机中的一种。 

上述生理参数监测装置是通过传感器采集生物信号，也就是说，传感器只需接触身体即可获取生物信号，不影响使用者的正常活动。并通过处理单元对生物信号进行处理，得到生理参数，通过通报单元将生理参数以视觉或听觉的方式发布。因此，上述生理参数监测装置具有使用方便的优点。而且，上述生理参数监测装置利用压电原理为生理传感器供电，可作为装置的开关及减少对电池的依赖，有效地减少功耗。 

附图说明

图1是生理参数监测装置第一实施方式的示意图。 

图2是图1的第一生理传感器的示意图。 

图3是图1的第二生理传感器的示意图。 

图4是生理参数监测装置第二实施方式的示意图。 

图5是图4的第一生理传感器的示意图。 

图6是图4的第二生理传感器的示意图。 

图7是生理参数监测装置的电路结构示意图。 

具体实施方式

图1是生理参数监测装置第一实施方式的示意图。生理参数监测装置的第一生理传感器101可以放置在左耳或右耳部位，生理参数监测装置的第二生理传感器102可以放置在左手或右手部位。耳部的测量位置可以是耳门、耳垂、 外耳道或耳壳，手部的测量位置可以是手腕、手指、前臂或上臂。第一生理传感器101的载体是耳夹，第二生理传感器102的载体是手表。 

图2是图1的第一生理传感器101的示意图。耳夹与皮肤两边接触面用柔软的海绵软垫204铺成，避免在长期佩带时引起用户不舒服。电极205设置在一个海绵软垫204上，而光电传感器206及温度传感器207则设置在另一个海绵软垫204上。电极205可以是电子织物或金属电极。为增加电极205的柔软性，电极205以电子织物为优先选择。光电传感器206包括光发射器和光电感应器。光电传感器206及温度传感器207分别用于测量血容积信号及体温信号。当光发射器和光电感应器与使用者的耳门表面相贴近时，光发射器发射的光会被人身组织反射、透射或散射，光电感应器接收透过或反射的光。光电传感器206优选采用反射模式。第一生理传感器200的外壳为实色塑料，以黑色为优先选择，以减小环境光对血容积信号的影响。 

生理参数监测装置的压电装置电源208利用耳夹产生的压力转化为电能，为光电传感器206供电及作为信号测量的自动开关。 

耳夹中还安装有电池电源、小型电路板和通讯模块，电池电源用于为小型电路板和通讯模块提供电能。耳夹还设有暗槽，用于收藏连接电极205、小型电路板、通讯模块的电线210。当用户戴上耳夹后，耳夹产生的压力使压电装置电源208产生电能以启动光电传感器206。如果压电装置电源208能提供足够的电源，耳夹中的电池电源可以省略。 

图3是图1的第二生理传感器102的示意图。第二生理传感器102包括两个电极301，两个电极301连同第一生理传感器101的电极205用来采集人体的心电信号。该两个电极301可安置在手表300的表背302或表带303的表面上，让两个电极301与用户手腕皮肤互相紧贴。如果电极301装在表背302上，电极301可以是两块金属电极，表背302的其余部分必须为绝缘物料。两块金属电极与内藏在手表中的小型电路板连接。如果电极301装在表带303上，电极301则使用柔软的电子织物制作，表带303的其余部分必须为绝缘物料。电极301通过暗藏在表带303中的电线连接手表中的小型电路板。 

图4是生理参数监测装置第二实施方式的示意图。生理参数监测装置的第一生理传感器401和第二生理传感器402分别放置在左耳和右耳。测量位置可以是耳门、耳垂、外耳道或耳壳。在本实施方式中，以音频播放器为载体，因此，第一生理传感器401的载体可以是左耳收听器或右耳收听器，相应的，第二生理传感器402的载体可以是右耳收听器或左耳收听器。左耳收听器和右耳收听器的外壳采用柔软的物料制作，使传感器可紧贴用户的耳门及外耳道位置。 

图5是图4的第一生理传感器401的示意图。第一生理传感器401包括电极502、光电传感器503和温度传感器504。电极502安装在贴近外耳道的位置，光电传感器503放置在贴近耳门的位置以测量血容积信号，温度传感器504安装在收听器的下方来测试体温。 

此外，在贴近耳门501的一方还设有夹子505，柔软的夹着用户的门耳。夹子的颜色以黑色为优先考虑，以减小环境光对血容积信号的影响。夹子505产生的压力为压电装置电源506提供电能，用于为光电传感器503供电及作为信号测量的自动开关。 

图6是图4的第二生理传感器402的示意图。第二生理传感器402包括两个电极602，分别放置在贴近外耳道和贴近耳门的位置。第二生理传感器402的电极602连同第一生理传感器的电极502一起测量心电信号。电极502、602可以是金属素材或电子织物。为避免弄伤用户的耳朵，优选电子织物为电极502、602的物料。收听器的外壳为实色塑料物料。第一生理传感器401和第二生理传感器402与音频播放器以有线或无线的方式连接，并将检测的生理信号传送到音频播放器处理。 

图7是生理参数监测装置的电路结构示意图。生理参数监测装置包括传感器单元、处理单元及通报单元。传感器单元包括第一生理传感器、第二生理传感器、压电装置电源及第一通讯模块。处理单元包括电源、第二通讯模块、集成电路、微处理单元。通报单元包括显示单元、发声单元、输入单元和预报单元。 

在第一实施方式中，传感器单元的载体为手表和耳夹，处理单元及通报单元的载体是手表。在第二实施方式中，传感器单元的载体是音频播放器的左耳收听器和右耳收听器，处理单元和通报单元的载体是音频播放器的主体。此外，传感器单元的载体还可以是头带、耳机、耳筒、耳罩、眼镜、潜水镜、耳环、助听器等与用户耳朵接触的物品。处理单元和通报单元的载体还可以是视频播放器、电子游戏机、手提电脑、掌上计算机、手机等具有视觉或听觉通报功能的个人物品。 

用户使用生理参数监测装置时，注意传感器单元内的所有生理传感器必须紧贴用户皮肤，并启动电源。传感器单元内的压电装置电源因为压力而产生电能，自动的启动信号检测，并为部分或全部生理传感器供电。生理传感器中的光电传感器连续地测量血容积信号，而温度传感器间断地检测体温信号。 

同时，电极连续地测量心电信号。第一通讯模块把三个生物信号由测量位置传送到处理单元和通报单元，以进行信号处理及检测生理参数。在第一实施方式中，手表和耳夹以无线方式连接，而且在传感器单元和处理单元分别置有压电装置电源和电源。电源同时为处理单元和通报单元供电。在第二实施方式中，收听器的传感器单元和主体的处理单元可以是有线或无线通讯方式连接。若收听器和主体以有线通讯方式连接，传感器单元、处理单元和通报单元可共享电源、压电装置电源成为装置开关。如果收听器和主体以无线通讯方式连接，压电装置电源可以为部分或全部生理传感器供电，处理单元和通报单元可共享电源。 

当处理单元的第二通讯模块接收到生物信号后，该生物信号会经过集成电路以进行信号处理(包括信号放大及滤波，以去除噪声及改善信噪比)。第一通讯模块和第二通讯模块的有线通讯方式包括用电线作为物料，而无线通讯方式则可以是蓝牙、UWB、WiFi、ZigBee或WLAN等其它无线通讯方法。经过放大及滤波处理后的生物信号将由处理单元内的微处理器从检测到的生物信号测量各种生理参数(包括心率、心率变化率、血压、血压变化率、血氧饱和度及体温)。这些生理参数会在通报单元内的显示单元及发声单元以视觉或听觉 方式发布。显示单元包括一个显示屏、输入单元设有简单的按钮为用户提供输入功能。发声单元设有响闹装置，以通告测量生理参数的结果。此外，通报单元还包括预报单元，当被检测的一个或以上的生理参数出现不正常状况时，预报单元实时启动警报，以指示用户注意身体状况。 

本发明主要利用血容积信号、心电信号和体温信号计算各种不同的生理参数。例如，心率可以从心电信号R波的时间间隔算出。心率变化率可以在每个心动周期的心率统计，如一连数个心动周期的心率的标准差。血压可以由心电信号和血容积信号得到的脉搏波传输时间测量。脉搏波传输时间可以由心电信号上的参考点和同一个心动周期内血容积信号检测到的脉搏波上的参考点来确定。利用脉搏波传输时间测量血压前，用户需进行较准程序以得到一个或以上的个人系数。血压变化率可以是每搏血压的相差或是指定时间间隔内，如每一分钟数个心动周期的血压的标准差。血氧饱和度可以从血容积信号中测量到。 

上述生理参数监测装置以无损方式监测多项个人生理参数。上述生理参数监测装置优选从使用者耳门上检测所需要的生理信号，在使用时为用户带来方便，适合用于需要经常测量血压及特别照顾的人士(如年长老人、心血管疾病患者等)。此外，上述生理参数监测装置设有压电装置电源，可为部分或全部生理传感器供电及作为装置的开关，减少功耗及对电池的依赖。 

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 

Claims (6)

1.一种生理参数监测装置，其特征在于：包括传感器单元、处理单元和通报单元；所述传感器单元包括第一生理传感器、第二生理传感器、压电装置电源和第一通讯模块；所述第一生理传感器包括电极、光电传感器及温度传感器；所述第二生理传感器包括两个电极；所述光电传感器用于采集血容积信号；所述温度传感器用于采集体温信号；所述第二生理传感器结合第一生理传感器的电极用于采集心电信号；所述第一通讯模块用于向处理单元传送心电信号、血容积信号和体温信号；所述处理单元对所述心电信号、血容积信号和体温信号进行处理，输出生理参数；所述生理参数包括心率、心率变化率、血压、血压变化率、血氧饱和度及体温；其中，所述处理单元根据所述心电信号进行处理输出心率及心率变化率、根据所述心电信号和所述血容积信号进行处理输出血压及血压变化率、根据所述血容积信号进行处理输出血氧饱和度、根据所述体温信号输出体温；所述通报单元将生理参数以视觉或听觉的方式发布；所述压电装置电源用于将压力转化为电能，为生理参数监测装置供电及作为其开关；

所述第一生理传感器设置在左耳或右耳的耳门、耳垂、外耳道或耳壳部位，第一生理传感器的载体是耳夹；所述耳夹与皮肤两边接触面由海绵软垫铺成，第一生理传感器的电极设置在一个海绵软垫上，光电传感器及温度传感器设置在另一个海绵软垫上；

所述压电装置电源利用耳夹产生的压力转化为电能；所述耳夹中安装有小型电路板和第一通讯模块，所述耳夹还设有暗槽，用于收藏第一生理传感器的电极、小型电路板、第一通讯模块的电线；

所述第二生理传感器设置在左手或右手的手腕、手指、前臂或上臂部位，第二生理传感器的载体是手表；所述第二生理传感器的两个电极安置在手表的表背或表带的表面上，让两个电极与用户手腕皮肤互相紧贴；如果电极装在表背上，电极是两块金属电极，表背的其余部分为绝缘物料，两块金属电极与内藏在手表中的小型电路板连接；如果电极装在表带上，电极使用电子织物制作，表带的其余部分为绝缘物料，电极通过暗藏在表带中的电线连接手表中的小型电路板。

2.如权利要求1所述的生理参数监测装置，其特征在于：所述耳夹用于夹在用户的耳门位置。

3.如权利要求1所述的生理参数监测装置，其特征在于：所述处理单元包括电源、第二通讯模块、集成电路、微处理单元；所述电源为处理单元和通报单元供电；所述第二通讯模块用于接收生物信号；所述集成电路用于对生物信号进行信号处理；所述微处理单元根据生物信号测量生理参数。

4.如权利要求1所述的生理参数监测装置，其特征在于：所述通报单元包括显示单元、发声单元、输入单元和预报单元；所述显示单元以视觉的方式发布生理参数；所述发声单元以听觉的方式发布生理参数；所述输入单元为用户提供输入功能；所述预报单元用于实时启动警报。

5.如权利要求1所述的生理参数监测装置，其特征在于：所述处理单元和通报单元的载体是具有视觉或听觉通报功能的物品。

6.如权利要求5所述的生理参数监测装置，其特征在于：所述具有视觉或听觉通报功能的物品是手表、音频播放器、视频播放器、电子游戏机、手提电脑、掌上计算机、手机中的一种。

Images