連續監控人體生理體征的可穿戴式智能手環及方法
【專利摘要】本發明公開了一種連續監控人體生理體征的可穿戴式智能手環及方法，該智能手環包括手環本體，手環本體內部嵌設有監控電路；監控電路包括主控制單元及多種監測單元。各監測單元同時檢測各類人體生理體征數據，由主控制單元進行并行處理。本發明具有以下有益效果：集成了多種傳感電路，可對多種人體生理體征進行采集，并實現各類采集數據的并行處理；采用獨特的數據分析方法對采集到的人體生理體征進行分析，能夠獲得全面、準確的人體健康狀況；用戶可單手觸發啟動或由主控制單元控制定時啟動監測功能，滿足用戶24小時隨時隨地監控人體生理體征需求；設有無線通信單元，能夠與移動終端進行數據同步，用戶能夠實時了解人體生理體征及健康狀況。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明屬于人體生理體征監測【技術領域】，具體涉及一種連續監控人體生理體征的 可穿戴式智能手環及方法。 連續監控人體生理體征的可穿戴式智能手環及方法
【背景技術】
[0002] 目前，市面上針對健康保健相關功能的產品，如需測量人體生理體征參數多由多 種獨立醫療或保健設備分別測試完成。比如水銀或電子體溫表測體溫，聽診器測心跳，上臂 或腕式血壓計測血壓，手指血氧儀測血氧，心電圖機測ECG心電全圖，H0LTER24小時動態心 電圖儀或24小時動態血壓計。上述每種設備均是完成單一功能，形態偏大，笨重，測量操作 復雜，且測量結果無法轉換為統一格式的電子化數據，不能通過便捷的聯網手段傳至云端 數據庫存儲并進行進一步的分析處理。
[0003] 另一方面，市面上的可穿戴式產品主要是針對健康運動相關功能的產品，且小型 化、便攜的特點極大地方便了人們的生活。但是關于人體健康方面的人體生理體征監測，例 如采集心率、心電圖、血壓、血氧，呼吸頻率等人體生理體征，以及對這些人體生理體征數據 進行分析的功能，現有的相關產品均無法實現。因此，有必要提供一種能全面監測人體生理 體征，并進一步分析獲得人體健康狀況的可穿戴式產品。
【發明內容】
[0004] 為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種連續監控人體生理體征的可穿 戴式智能手環及方法。具體的技術方案如下：
[0005] -種用于連續監控人體生理體征的可穿戴式智能手環，包括一手環本體，手環本 體的內部嵌設有監控電路；監控電路包括一主控制單元，以及分別與主控制單元連接的：
[0006] 血氧濃度監測單元，包括LED光電傳感器以及第一匹配電路；LED光電傳感器用于 與人體皮膚接觸，向人體皮膚發射紅光與紅外光，并接收反射后的光強，再將接收到的光強 轉變為反映光強變化的電信號，第一匹配電路用于對反應光強變化的電信號進行適當的濾 波、放大和模數轉換，獲得光強變化數據，然后將光強變化數據發送至主控制單元；
[0007] 血壓心率監測單元，包括柔性天線組以及第二匹配電路；柔性天線組用于與人體 皮膚接觸，通過感測獲取反映量測點血管微震動的無線信號，第二匹配電路用于將記錄血 管微震動的無線信號還原為電信號數據，并將血管微震動的電信號數據發送至主控制單 元；
[0008] 心電信號監測單元，包括正負干電極和心電信號檢測處理芯片；心電信號檢測處 理芯片通過正負干電極與人體皮膚接觸，感測人體電位細微差異并做進一步處理獲得心電 信號，再將心電信號發送至主控制單元；
[0009] 其中，主控制單元用于接收光強變化數據并進行分析、處理，獲得人體血氧濃度和 呼吸狀態參數；主控制單元還用于接收血管微震動數據，并進行分析、處理，獲得人體動態 血壓和動態心率參數；主控制單元還用于接收心電信號并進行分析、處理，獲得人體心電圖 以及疲勞和放松程度參數。
[0010] 作為優化方案，LED光電傳感器突設于手環本體的外側表面；
[0011] 心電信號檢測處理芯片包括內側心電電極和外側心電電極，外側心電電極設置在 LED光電傳感器的周圍，且外側心電電極突出于手環本體的高度大于LED光電傳感器突出 于手環本體的高度；內側心電電極設置在手環本體的內側表面，且位置與外側心電電極相 對應；
[0012] 柔性天線組嵌入在手環本體內，且靠近手環本體的內側表面；所述柔性天線組的 位置，當使用者佩戴手環時正好與人體手腕橈動脈的位置交叉。
[0013] 作為優化方案，手環本體的外側表面嵌設有一顯示屏，顯示屏與主控制單元連接， 用于顯示監測到的數據。
[0014] 作為優化方案，監控電路還包括與主控制單元連接的通信單元，通信單元包括一 藍牙芯片以及通信天線組，用于將主控制單元獲取的數據同步至外部的移動終端。
[0015] 作為優化方案，監控電路還包括分別與主控制單元連接的溫度傳感單元以及六軸 運動傳感單元；
[0016] 溫度傳感單元包括溫度傳感器以及第三匹配電路；溫度傳感器突設于手環本體的 內側表面，用于與人體皮膚接觸采集溫度數據，并將溫度數據發送至主控制單元；
[0017] 六軸運動傳感單元包括一 Xyz加速度和角速度傳感器，用于采集人體運動數據， 并將人體運動數據發送至主控制單元。
[0018] 作為優化方案，主控制單元包括一微型控制器單元（MCU)，MCU內集成有浮點運算 單元（FPU)提高對連續生理數據的實時處理能力。
[0019] 一種連續監控人體生理體征的方法，包括如下步驟：
[0020] 步驟S101，同時執行血氧濃度監測、血壓心率監測以及心電信號監測；
[0021] 血氧濃度監測具體為：利用血氧濃度監測單元向人體皮膚發射紅光與紅外光，并 接收反射后的光強，再將接收到的光強轉變為反映光強變化的電信號，然后對該電信號進 行適當的濾波、放大和模數轉換，獲得光強變化數據，最后將光強變化數據發送至主控制單 元；
[0022] 血壓心率監測具體為：利用血壓心率監測單元感測獲得血管微震動數據，并將血 管微震動數據發送至主控制單元；
[0023] 心電信號監測具體為：利用心電信號監測單元感測人體電位細微差異并做進一步 處理獲得心電信號，再將心電信號發送至主控制單元；
[0024] 步驟S102,同時執行血氧濃度分析、血壓心率分析以及心電信號分析；
[0025] 血氧濃度分析具體為：利用主控制單元接收光強變化數據并進行分析、處理，獲得 人體血氧濃度和呼吸狀態參數；
[0026] 血壓心率分析具體為：利用主控制單元接收血管微震動數據，并進行分析、處理， 獲得人體動態血壓和動態心率參數；
[0027] 心電信號分析具體為：利用主控制單元接收心電信號并進行分析、處理，獲得人體 心電圖以及疲勞和放松程度參數。
[0028] 作為優化方案，對光強變化數據進行分析、處理的方法具體為：
[0029] 步驟S201，根據光強變化數據計算得血液中氧合血紅蛋白（Hb02)和血紅蛋白 (Hb)的相對含量比；
[0030] 步驟S202,根據血氧飽和度的數學修正方程式，對相對含量比進行修正，獲得正確 的血氧飽和度值；
[0031] 步驟S203,跟蹤監測血氧飽和度值的長期連續變化，并記錄血氧飽和度值對應的 人體呼吸頻率和強度的變化規律，獲得人體呼吸狀態參數。
[0032] 作為優化方案，對血管微震動數據進行分析、處理的方法具體為：
[0033] 步驟S301，計算得出量測兩點之間的壓力差；
[0034] 步驟S302,根據流體波峰，通過量測兩點的時間差和距離計算出血流速度；
[0035] 步驟S303,根據壓力差和血流速度進行計算，獲得動態血壓；根據血管微震動數 據的連續兩個重復的峰值，計算得出動態心率；
[0036] 其中，量測兩點指的是柔性天線組的兩根柔性天線貼附在人體手腕上分別與橈動 脈構成交叉所確定的兩點。
[0037] 作為優化方案，對心電信號數據進行分析、處理的方法具體為：
[0038] 步驟S401，對采樣獲得的心電信號數據進行信號處理，還原出時域內的量測時間 段記錄下的連續心電圖信號；根據心電圖信號對應的波形計算出相鄰心電圖R波之間的時 間間隔，獲得一時間序列；
[0039] 步驟S402,對時間序列在時域或頻域進行分析，獲得心率變異率（HRV);
[0040] 步驟S403,計算心率變異率HRV中高頻信息與低頻信息之間的關系，獲得人體疲 勞和放松程度參數；其中，高頻指的是0. 15?0. 4赫茲，低頻指的是0. 04?0. 15赫茲。
[0041] 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0042] (1)本發明提供的智能手環集成了多種傳感電路，可對多種人體生理體征進行采 集，并實現各類采集數據的并行處理；
[0043] (2)本發明提供的監測方法采用獨特的數據分析方法對采集到的人體生理體征進 行分析，能夠獲得全面、準確的人體健康狀況；
[0044] (3)本發明提供的智能手環設有無線通信單元，能夠與移動終端進行數據同步，用 戶能夠實時了解人體生理體征及健康狀況；
[0045] (4)用戶可單手觸發啟動或由主控制單元控制定時啟動監測功能，滿足用戶24小 時隨時隨地監控人體生理體征需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0046] 圖1為本發明提供的智能手環的結構框圖；
[0047] 圖2為手環本體的外側表面的結構示意圖；
[0048] 圖3為手環本體的內側表面的結構示意圖；
[0049] 圖4為本發明提供的監控方法的總流程圖；
[0050] 圖5為光強變化數據的分析處理方法的流程圖；
[0051] 圖6為血管微震動數據的分析處理方法的流程圖；
[0052] 圖7為心電信號數據的分析處理方法的流程圖。
[0053] 上圖中序號為：1_手環本體、11-顯示屏、121-外側心電電極、122-內側心電電極、 2-監控電路、21-主控制單元、221-LED光電傳感器、222-第一匹配電路、231-柔性天線組、 232-第二匹配電路、24-心電信號監測單元、251-藍牙芯片、252-通信天線組、26-溫度傳感 單元、27-六軸運動傳感單元。
【具體實施方式】
[0054] 下面結合附圖以實施例的方式詳細描述本發明。
[0055] 實施例1 :
[0056] -種用于連續監控人體生理體征的可穿戴式智能手環，包括一手環本體1，手環本 體1的內部嵌設有監控電路2。在本實施例中，該智能手環用于套在人體手腕處，通過與人 體皮膚的接觸，獲取人體生理體征。
[0057] 如圖1所示，監控電路2包括一主控制單元21，以及分別與主控制單元21連接的 血氧濃度監測單元、血壓心率監測單元以及心電信號監測單元24。其中：
[0058] 血氧濃度監測單元包括LED光電傳感器221以及第一匹配電路222。LED光電傳 感器221包括一雙波長光源，用于發射雙波長光束，包括紅光（RED)和紅外光（IR)。在進 行血氧濃度監測時，LED光電傳感器221用于與人體皮膚接觸，將光束射入人體（如人體手 指）的皮下毛細血管。LED光電傳感器221還包括一光電二極管（photodiode)，由于血液 中Hb02和HbO對不同光譜的光會有不同程度的吸收，造成光電二極管（photodiode)接收 到對應光譜的反射光光強也會發生相應變化，該光電二極管將相應的光信號轉換為能夠反 映細微光強變化的電信號，第一匹配電路222 (SP02AFE模塊）對接收到的光強變化電信號 進行濾波、放大和模數轉換（ADC)，從而獲得光強變化數據，并將光強變化數據發送至主控 制單元21。
[0059] 血壓心率監測單元包括柔性天線組231以及第二匹配電路232 ;其中，柔性天線組 231包括兩根柔性天線，兩條柔性天線貼附在手腕上分別與橈動脈構成交叉所確定的兩點 稱為量測兩點。柔性天線組231用于與人體皮膚接觸（如貼附在手腕半周），對手腕部動脈 血管壁選定的量測兩點，在受流體壓力時所產生的細微震動位移和頻率進行量測，從而獲 取記錄有該處細微的血管微震動的無線信號，第二匹配電路用于將記錄有血管微震動的無 線信號依次進行高通濾波、信號放大、低通濾波以及數模轉換成電信號，再將血管微震動的 電信號數據發送至主控制單元21。
[0060] 心電信號監測單元24包括心電信號檢測處理芯片。在本實施例中，該心電信號檢 測處理芯片的型號為BMD101，該芯片體積較小，尺寸僅有3mmX3mm，適于與本發明提供智 能手環；但芯片的具體型號不限于此，也可以采用其他類似的集成電路芯片。心電信號檢測 處理芯片用于處理與人體皮膚接觸的電極采集到的uA?mA生物電流信號，通過集成的內 置信號濾波，調制和放大電路來采樣記錄測量時間段里的人體動態心電信號，并將心電數 據發送至主控制單元21。
[0061] 主控制單元21包括一微處理器（MCU)，該MCU內集成有浮點運算單元FPU。在本 實施例中，該MCU選用低功耗、高效能的ARM-Cortex M4系列微處理器（MCU)作為集中控制 單元，管理各項測量任務，通過SPI或I2C接口與各監測單元電路相連，從各監測單元獲得 的各類原始數據，借助該微處理器的專有浮點運算單元（FPU)可實時并行處理各項測量獲 得的原始數據，并計算轉化為有意義的人體體征生理指標。
[0062] 主控制單元21執行的具體工作主要包括：
[0063] 接收血氧相關光強變化數據并進行分析、處理，獲得人體血氧濃度SP02和呼吸狀 態參數；接收血管微震動數據，并進行分析、處理，獲得人體動態血壓和動態心率參數；接 收心電數據并進行分析、處理，獲得人體心電圖信號以及疲勞和放松程度參數。
[0064] 此外，主控制單元21還調度管理多項任務包括數據通信、屏幕顯示、電池和時間 管理等。
[0065] 為了顯示監測到的數據，為了提升客戶的使用體驗，在本實施例中，手環本體1的 外側表面嵌設有一顯示屏11，顯示屏11與主控制單元21連接，用戶通過顯示屏可實時了解 監測情況。
[0066] 為了實現智能手環的功能擴展，便于監測數據的顯示和進一步處理，在本實施例 中，監控電路2還包括與主控制單元21連接的通信單元，通信單元包括一藍牙芯片251以 及通信天線組252,用于將主控制單元21獲取的數據同步至外部的移動終端。其中，藍牙 芯片251可采用型號為CC2541的低功耗藍牙芯片，此僅為舉例，也可采用其他的類似芯片。 這里的移動終端可以是手機、平板電腦、PDA、筆記本電腦等，但不限于此。移動終端可將接 收到的監測數據通過多種直觀的方式顯示給用戶，進一步提升客戶的使用體驗；另外還可 通過移動終端進一步將監測數據上傳至云端，由云端對監測數據做更加全面、智能的分析。 [0067] 為了提供類型更豐富的監測數據，利于進一步的數據分析，在本實施例中，監控電 路2還包括分別與主控制單元21連接的溫度傳感單元26以及六軸運動傳感單元27。其 中：
[0068] 溫度傳感單元26包括溫度傳感器261以及第三匹配電路。溫度傳感器261突設 于手環本體1的內側表面，用于與人體皮膚接觸采集溫度數據，并將溫度數據發送至主控 制單元21。在本實施例中，溫度傳感器261可選用誤差精度為0. 1°C的高靈敏度薄膜鉬電 阻式溫度傳感器261，其與第三匹配電路（TEMP)配合工作，進行溫度監測。
[0069] 六軸運動傳感單元27包括一 xyz加速度和角速度傳感器，可采用型號為MPU6050 的六軸運動傳感器，用于采集人體活動數據，并將人體運動數據發送至主控制單元21。
[0070] 本實施例提供的智能手環的工作流程具體為：
[0071] 首先，各監測單元同步對各類人體生理體征和活動數據進行檢測，并將檢測到的 人體生理體征和活動數據發送到主控制單元。
[0072] 然后，主控制單元并行對各類人體生理體征數據和活動數據進行接收和分析處 理，獲得人體健康狀況數據。
[0073] 最后，主控制單元將所有人體生理體征以及人體健康狀況的相關數據顯示在顯示 屏上；同時，相關數據也可通過通信單元發送到移動終端上，由移動終端進行顯示或上傳至 云端進行有關健康大數據的深度分析。
[0074] 實施例2 :
[0075] 如圖2和圖3所示，本實施例與實施例1的區別在于：本實施例提供了傳感點的在 手環本體1上的位置設計，能夠使得數據的采集更加自然和準確，具體包括如下內容：
[0076] LED光電傳感器221突設于手環本體1的外側表面；在本實施例中，該LED光電傳 感器221的觸摸部分設計為方形。
[0077] 心電信號檢測處理芯片包括用于接觸人體皮膚進行感測的內側心電電極122和 外側心電電極121，即包括一正極和一負極；若內側心電電極122為正極，貝U外側心電電極 121為負極；若內側心電電極122為負極，則外側心電電極121為正極。其中，外側心電電 極121設置在LED光電傳感器221的周圍，在本實施例中，外側心電電極121呈圓環狀，包 裹在LED光電傳感器221的外圍；且外側心電電極121突出于手環本體1的高度大于LED 光電傳感器221突出于手環本體1的高度。內側心電電極122設置在手環本體1的內側表 面，且位置與外側心電電極121相對應。只有當內側心電電極122和外側心電電極121同 時接觸人體皮膚時，才能接通心電信號檢測處理芯片，開始進行心電信號檢測。
[0078] 在本實施例中，通過傳感器的精密排列放置，實現所有測量靠單手單次觸發，即可 啟動所有工作。如圖2和圖3所示，在一般情況下，僅有內側心電電極122接觸人體皮膚 (手腕處），外側心電電極121并不接觸人體皮膚，無法產生有效的心電信號輸入。當需要 產生有效的心電信號時用戶需將手指完全覆蓋住心電電極121的表面，借此內側心電電極 122受力也同時與人體皮膚接觸，即可觸發系統檢測到心電信號。系統通過監測到有效的 心電信號輸入，判斷用戶已經有單手觸摸在觸發啟動，即刻再開啟血氧濃度監測所用的LED 發光二極管，動態血壓和心率監測所用的柔性天線和體表溫度監測所用的溫度傳感器的量 測工作。由于血氧濃度的檢測要求人體皮膚完全遮蓋LED光電傳感器221的發光區域，因 此，將外側心電電極121設計為圓環狀，且其突出于手環本體1外表面的高度大于LED光電 傳感器221突出于手環本體1外表面的高度，這樣，當人體皮膚在接觸外側心電電極121的 同時即滿足血氧量測要求的將LED光電傳感器221的發光區域完全遮蓋。
[0079] 柔性天線組231嵌入在手環本體1內，且靠近手環本體1的內側表面。這樣設計 的理由在于：柔性天線組231是用于感知人體脈搏（如橈動脈）震動的，并以此計算人體的 血壓和心率。用戶在自然佩戴手環時，柔性天線組231已處在對應于橈動脈的最佳位置，可 保證監測數據的準確性。
[0080] 溫度傳感器261突設于手環本體1的內側表面，與顯示屏11的位置相對應，當用 戶在自然佩戴手環時，借助顯示屏11居于手腕正上方便于日常查看，與其位置相對應的溫 度傳感器261就能夠保證接觸到人體皮膚。
[0081] 本實施例的其他技術特征均與實施例1相同，在此不再贅述。
[0082] 實施例3 :
[0083] 如圖4所示，本實施例提供了一種實現連續監控人體生理體征的方法，該方法可 利用實施例1提供可穿戴式智能手環實現，具體包括如下步驟：
[0084] 步驟S101，同時執行血氧濃度監測、血壓心率監測以及心電信號監測；
[0085] 血氧濃度監測具體為：利用血氧濃度監測單元向人體皮膚發射紅光與紅外光，并 接收反射后的光強，再將接收到的光強轉變為電信號，然后對反映光強變化的該電信號進 行適當的濾波、放大和模數轉換，獲得光強變化數據，最后將光強變化數據發送至主控制單 元21 ;
[0086] 血壓心率監測具體為：利用血壓心率監測單元感測獲得血管微震動數據，并將血 管微震動數據發送至主控制單元21 ;
[0087] 心電信號監測具體為：利用心電信號監測單元感測人體電位細微差異并做進一步 處理獲得心電信號，再將心電數據發送至主控制單元21 ;
[0088] 步驟S102,同時執行血氧濃度分析、血壓心率分析以及心電信號分析；
[0089] 血氧濃度分析具體為：利用主控制單元21接收光強變化數據并進行分析、處理， 獲得人體血氧濃度和呼吸狀態參數；
[0090] 血壓心率分析具體為：利用主控制單元21接收血管微震動數據，并進行分析、處 理，獲得人體動態血壓和動態心率參數；
[0091] 心電信號分析具體為：利用主控制單元21接收心電數據并進行分析、處理，獲得 心電圖，心率變異性以及人體疲勞和放松程度參數。
[0092] 如圖5所示，在本實施例中，對光強變化數據進行分析、處理的方法具體為：
[0093] 步驟S201，根據光強變化數據計算得血液中氧合血紅蛋白（Hb02)和血紅蛋白 (Hb)的相對含量比R ;
[0094] 步驟S202,根據血氧飽和度的數學修正方程式[SP02] = a*R+b對相對含量比R進 行修正，可計算獲得正確的血氧飽和度值。其中公式中的a和b為已知常量，他們可由前期 數學統計方式擬合或專用血氧定標儀定標獲得；
[0095] 步驟S203,跟蹤監測血氧飽和度值的長期連續變化，并記錄血氧飽和度值對應的 人體呼吸頻率和強度的變化規律，獲得人體呼吸狀態參數。
[0096] 本實施例公開的血氧濃度數據分析、處理方法相應的技術原理在于：血液中氧合 血紅蛋白（Hb〇2)和血紅蛋白（Hb)對紅光（如波長為660nm)與紅外光（如波長為990nm) 吸收不同，通過反射光強的變化能夠反映出血液中Hb〇2和Hb的含量，因此，由對應光強變 化的電信號可計算得血液中Hb〇2和Hb的相對含量比。根據人體呼吸所攝入的氧氣在人體 肺部進入人體的血管合紅血球結合形成氧合血紅蛋白Hb〇2, Hb02的變化直接影響血氧飽 和度SP02的變化的原理，通過檢測跟蹤SP02的長期連續變化，可分析得到人體呼吸行為 (頻率和強度）的變化規律，從而實現分辨出異常呼吸狀況。
[0097] 如圖6所示，在本實施例中，對血管微震動數據進行分析、處理的方法具體為：
[0098] 步驟S301，計算得出量測兩點之間的壓力差；
[0099] 步驟S302,根據流體波峰，通過量測兩點的時間差和距離計算出血流速度；
[0100] 步驟S303,根據壓力差和血流速度進行計算，獲得動態血壓；根據血管微震動數 據的連續兩個重復的峰值可計算得出動態心率。
[0101] 其中，量測兩點的定義已在實施例1中進行了說明，指的是柔性天線組的兩條柔 性天線貼附在手腕上分別與橈動脈構成交叉所確定的兩點。
[0102] 相應的技術原理在于：根據牛頓第二定律物體隨時間變化之動量變化率和所受外 力之和成正比，可從兩處量測點得到的血管微震動數據計算得出量測兩點的壓力差。再根 據血流動力學原理，人體每次心房收縮會壓縮血液流向全身，腕部血管的血流也會表現出 周期性被擠壓而流動。在一個收縮周期中，根據對應最大血流量（流體波峰）通過量測點 的時間，可計算出血流波峰通過兩個量測點的時間差，再已知距離的條件下可計算出血流 速度。進而根據流體流動時候的能量守恒原理，由血流壓力差和血流速度即可計算出動態 血壓。
[0103] 如圖7所示，在本實施例中，對心電信號數據進行分析、處理的方法具體為：
[0104] 步驟S401，對采樣的心電信號數據進行信號處理，還原出時域內的量測時間段記 錄下的連續心電圖信號；根據心電圖信號對應的波形計算出相鄰心電圖R波之間的時間間 隔，獲得一時間序列；
[0105] 步驟S402,對時間序列在時域或頻域進行分析，獲得心率變異率（HRV);
[0106] 步驟S403,計算心率變異率HRV中高頻信息與低頻信息之間的關系，獲得人體疲 勞和放松程度參數；其中，高頻指的是0. 15?0. 4赫茲，低頻指的是0. 04?0. 15赫茲。
[0107] 其中，心電圖（Electrocardiography, ECG或者EKG)是利用心電圖機從體表記錄 心臟每一心動周期所產生的電活動變化圖形的技術。心電圖記錄的是電壓隨時間變化的曲 線，輸出是一張坐標圖（或者幾張坐標圖，每張代表一個導聯的圖像），橫坐標（X軸）表示 時間，縱坐標（Y軸）表示電壓。如下圖所示在一個正常心動周期中，一個典型的ECG波形 是由一個P波，一個QRS波群（包含R波），一個T波，以及在50%?75%的ECG中可能見 到的U波構成。心率變異性（HRV)是反映自主神經系統活性和定量評估心臟交感神經與迷 走神經張力及其平衡性，從而判斷其對心血管疾病的病情及預防，也是預測心臟性猝死和 心律失常性事件的一個有價值的指標。心率變異（HRV)代表了這樣一種量化標測。
[0108] 以上公開的僅為本申請的幾個具體實施例，但本申請并非局限于此，任何本領域 的技術人員能思之變化，都應落在本申請的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種用于連續監控人體生理體征的可穿戴式智能手環，其特征在于，包括一手環本 體，所述手環本體的內部嵌設有監控電路；所述監控電路包括一主控制單元，以及分別與所 述主控制單元連接的： 血氧濃度監測單元，包括LED光電傳感器以及第一匹配電路；所述LED光電傳感器貼近 人體皮膚處，定向向人體皮膚表層發射紅光與紅外光，并感應接收人體皮膚反射回來的光 信號，再將接收到的光信號強度轉變為對應的電信號，所述第一匹配電路用于對所述反映 光強變化的電信號進行濾波、放大和模數轉換，獲得光強變化的數據，然后將所述光強變化 數據發送至所述主控制單元； 血壓心率監測單元，包括柔性天線組以及第二匹配電路；所述柔性天線組用于與人體 皮膚接觸，向人體皮膚內的動脈血管發射并接收反射回來的無線信號來感測獲取量測點處 的血管因血液流動所產生的細微震動，所述第二匹配電路用于將記錄有血管震動的無線信 號進行調制解調，濾波、放大和模數轉換分離出記錄血管震動的電信號數據，并將所述電信 號發送至所述主控制單元； 心電信號監測單元，包括正負干電極和心電信號檢測處理芯片；所述心電信號檢測處 理芯片通過正負干電極與人體皮膚接觸，感測人體電位細微差異并做進一步處理獲得心電 信號，再將所述心電信號發送至所述主控制單元； 其中，所述主控制單元用于接收所述光強變化數據并進行分析、處理，獲得人體血氧濃 度和呼吸狀態參數；所述主控制單元還用于接收所述血管微震動數據，并進行分析、處理， 獲得人體動態血壓和動態心率參數；所述主控制單元還用于接收所述心電信號并進行分 析、處理，獲得人體心電圖，心率變異性以及疲勞和放松程度參數。
2. 根據權利要求1所述的可穿戴式智能手環，其特征在于， 所述LED光電傳感器突設于所述手環本體的外側表面； 所述心電信號監測單元的正負干電極分別位于手環本體的內側和外側，外側心電電極 設置在所述LED光電傳感器的周圍，且所述外側心電電極突出于所述手環本體的高度大于 所述LED光電傳感器突出于所述手環本體的高度；所述內側心電電極設置在所述手環本體 的內側表面，且位置與所述外側心電電極相對應； 所述血壓心率監測單元的柔性天線組嵌入在所述手環本體內，且靠近所述手環本體的 內側表面；當使用者佩戴手環時，所述柔性天線組的位置環繞人體手腕半圈，與人體手腕橈 動脈走向的位置交叉。
3. 根據權利要求1所述的可穿戴式智能手環，其特征在于，所述手環本體的外側表面 嵌設有一顯示屏，所述顯示屏與所述主控制單元連接，用于顯示監測到的數據。
4. 根據權利要求1所述的可穿戴式智能手環，其特征在于，所述監控電路還包括與所 述主控制單元連接的通信單元，所述通信單元包括一藍牙芯片以及通信天線組，用于將所 述主控制單元獲取的數據同步至外部的移動終端。
5. 根據權利要求1或4所述的可穿戴式智能手環，其特征在于，所述監控電路還包括分 別與所述主控制單元連接的溫度傳感單元以及六軸運動傳感單元； 所述溫度傳感單元包括溫度傳感器以及第三匹配電路；所述溫度傳感器突設于所述手 環本體的內側表面，用于與人體皮膚接觸采集溫度數據，并將所述溫度數據發送至所述主 控制單元； 所述六軸運動傳感單元包括一六軸運動傳感器，用于采集人體運動數據，并將所述人 體運動數據發送至所述主控制單元。
6. 根據權利要求1所述的可穿戴式智能手環，其特征在于，所述主控制單元包括一微 型控制器單元MCU，所述MCU內集成有浮點運算單元FPU。
7. 利用權利要求1所述的可穿戴式智能手環進行連續監控人體生理體征的方法，其特 征在于，包括如下步驟： 步驟S101，同時執行血氧濃度監測、血壓心率監測以及心電信號監測； 所述血氧濃度監測具體為：利用所述血氧濃度監測單元向人體皮膚發射紅光與紅外 光，并接收反射后的光強，再將接收到的光強轉變為電信號，然后對所述反映光強變化的電 信號進行濾波、放大和模數轉換，獲得光強變化的數據，最后將所述光強變化數據發送至所 述主控制單元； 所述血壓心率監測具體為：利用所述血壓心率監測單元向人體皮膚內的動脈血管發 射并接收反射回來的無線信號來感測獲取量測點處的血管因血液流動所導致的管壁細微 震動，并將記錄有血管震動的無線信號進行調制解調，濾波、放大和模數轉換分離出震動數 據，并將所述震動數據發送至所述主控制單元； 所述心電信號監測具體為：利用所述心電信號監測單元感測人體電位細微差異并做進 一步處理獲得心電信號，再將所述心電信號發送至所述主控制單元； 步驟S102,同時執行血氧濃度分析、血壓心率分析以及心電信號分析； 所述血氧濃度分析具體為：利用所述主控制單元接收所述光強變化數據并進行分析、 處理，獲得人體血氧濃度和呼吸狀態參數； 所述血壓心率分析具體為：利用所述主控制單元接收所述血管微震動數據，并進行分 析、處理，獲得人體動態血壓和動態心率參數； 所述心電信號分析具體為：利用所述主控制單元接收所述心電信號并進行分析、處理， 獲得人體心電圖，心率變異性以及疲勞和放松程度參數。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，對所述光強變化數據進行分析、處理的方 法具體為： 步驟S201，根據光強變化數據計算得血液中氧合血紅蛋白（Hb02)和血紅蛋白（Hb)的 相對含量比； 步驟S202,據血氧飽和度的數學修正方程式，對相對含量比進行修正，獲得正確的血氧 飽和度值； 步驟S203,跟蹤監測血氧飽和度值的長期連續變化，并記錄血氧飽和度值對應的人體 呼吸頻率和強度的變化規律，獲得人體呼吸狀態參數。
9. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于，對所述量測點血管微震動數據進行分析、 處理的方法具體為： 步驟S301，計算得出量測兩點之間的壓力差； 步驟S302,根據流體波峰，通過量測兩點的時間差和距離計算出血流速度； 步驟S303,根據所述壓力差和所述血流速度進行計算，獲得動態血壓；根據血管微震 動數據的連續兩個重復的峰值，計算得出動態心率； 其中，量測兩點指的是柔性天線組的兩根柔性天線貼附在人體手腕上分別與橈動脈構 成交叉所確定的兩點。
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，對所述心電信號數據進行分析、處理的 方法具體為： 步驟S401，對采樣獲得的心電信號數據進行信號處理，還原出時域內的量測時間段記 錄下的連續心電圖信號；根據心電圖信號對應的波形計算出相鄰心電圖R波之間的時間間 隔，獲得一時間序列； 步驟S402,對所述時間序列在時域或頻域進行分析，獲得心率變異率HRV ; 步驟S403,計算心率變異率HRV中高頻信息與低頻信息之間的關系，獲得人體疲勞和 放松程度參數；其中，高頻指的是0. 15?0. 4赫茲，低頻指的是0. 04?0. 15赫茲。
【文檔編號】A61B5/0402GK104055499SQ201410267577
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】朱宇東 申請人:朱宇東