穿戴式血壓監測裝置的製作方法
2023-05-27 16:33:36
本發明涉及可穿戴產品領域，特別地，涉及一種可穿戴式血壓監測裝置。
背景技術：
近些年，隨著人們生活水平的提高和科技水平的進步，人們對醫療衛生水平的要求也日漸提高，用於隨時隨地監測血壓、心率的可穿戴設備成為市面上熱銷的產品，智能穿戴產品的不斷發展進步，讓人們能夠更加了解自己的身體，並且開展有針對性的治療和訓練，大大減小了大型醫院的工作負擔，提高了疾病診斷的準確率和效率，進而達到降低心血管疾病死亡率的目的。
目前市面上可以監測人體血壓、心率等一系列狀況的可穿戴產品的種類逐漸增多，外形、結構和功能等各方面都得到了很大的改善，現階段無創血壓測量方法主要包括聽診法、示波法、動脈張力法等，這些方法都有不利於實際使用的各種缺陷，如聽診法和示波法需要使用袖帶加壓，給測試者帶來很大的不適感，動脈張力法對測量裝備以及測量位置都很苛刻。
基於上述問題，怎麼提高監測的準確率，提高產品整體的抗幹擾能力，增強體驗度，保證全天24小時特別是睡眠時間都能進行心率、血壓的實時監測，現有技術尚未攻克，故亟需設計一種新型的可穿戴式血壓監測裝置。
技術實現要素：
本發明提供了一種可穿戴式血壓監測裝置，以解決現有的血壓監測無法實現連續監測且監測方式存在測量位置苛刻或者給測試者帶來不適等的技術問題。
本發明採用的技術方案如下：
一種穿戴式血壓監測裝置，包括帶顯示屏的本體及與本體相連的腕帶，本體上設有用於監測人體的心電ECG信號的第一檢測單元、用於監測人體的容積脈搏波PPG信號的第二檢測單元及用於接收第一檢測單元輸出的ECG信號及第二檢測單元輸出的PPG信號後處理生成血壓監測結果的處理單元；
第一檢測單元包括設置在本體背面上用於在穿戴時與人體體表接觸的第一電極、設於本體上用於按壓接觸的第二電極及與本體可拆卸連接的心電檢測貼片，心電檢測貼片用於貼覆在人體上以連續監測，心電檢測貼片連接用於與本體相連的電極線，本體上設有與電極線的接頭相配合的插孔。
進一步地，第一檢測單元還包括：預放大信號處理模塊、高通濾波處理模塊、雙轉單信號轉換模塊、帶通濾波處理模塊、後級信號放大處理模塊；預放大信號處理模塊對電極間探測迴路檢測的生物電信號進行第一級信號放大處理，處理完成後的信號傳輸給高通濾波處理模塊進行濾波處理，濾波處理後的信號再傳輸給雙轉單信號轉換模塊將雙端信號轉換為單端輸入信號，單端輸入信號經帶通濾波處理模塊的濾波處理後被傳輸至後級信號放大處理模塊進行信號的再次放大並輸出。
進一步地，第一檢測單元還包括：
右腿驅動電路，設於預放大信號處理模塊前端，用於在生物電信號放大處理時減少共模幹擾；和/或
導聯脫落檢測模塊，設於插孔與電極線的接頭之間，用於在電極線與插孔連接脫落時生成報警信息。
進一步地，第二檢測單元包括：
發光模塊，用於出射照射到皮膚表面的入射光；
光電二極體，用於接收透射光並將光信號轉換成為電信號；
放大模塊，用於對電信號進行放大處理；
模數轉換模塊，用於將放大後的電信號轉換為數位訊號；
數字主控模塊，用於對數位訊號進行脈搏波檢測的處理；
輸出接口，用於將經數字主控模塊處理後的信號傳遞給處理單元。
進一步地，處理單元包括：
數據編碼與組包模塊，用於接收ECG信號及PPG信號的原始數據並對數據進行編碼及打包處理；
數據分析處理模塊，用於根據ECG與PPG的原始數據進行分析與處理，得到血壓監測結果；
應用顯示模塊，用於將監測結果發送給顯示屏顯示輸出。
進一步地，數據分析處理模塊還用於根據接收的原始數據的質量生成採集控制信號，處理單元還包括：
ECG數據採集模塊，用於根據採集控制信號控制第一檢測單元進行數據採集；
PPG數據採集模塊，用於根據採集控制信號控制第二檢測單元進行數據採集。
進一步地，處理單元還包括：
無線收發模塊，用於將血壓監測結果發送至遠程終端和/或接收遠程終端的控制數據。
進一步地，本體背面設置防水錶蓋，和/或本體側邊設置有電源開關和用於緊急呼救的SOS鍵，本體內置有經SOS鍵觸發撥號至設定對象的通信模塊。
進一步地，本體上設有用於對供電的電源進行磁性無線充電的無線充電接口。
進一步地，顯示屏為觸控顯示屏。
本發明具有以下有益效果：
本發明穿戴式血壓監測裝置，通過在本體上設置採集ECG信號的第一檢測單元、採集PPG信號的第二檢測單元，且處理單元接收ECG信號及PPG信號，並基於脈搏波傳輸時間連續血壓監測法計算得出血壓監測結果，實現了對人體血壓的連續監測，且第一檢測單元具有經第一電極與第二電極間形成第一心電檢測迴路的第一監測模式及第一電極與心電檢測貼片間形成第二心電檢測迴路的第二監測模式，其中，第一監測模式便於平時的監測需求，第二監測模式便於用戶睡眠等狀態下的連續監測，提升了用戶使用的舒適性、便利性，利於全天24小時為用戶提供血壓監測，具有廣泛的推廣應用價值。
除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照附圖，對本發明作進一步詳細的說明。
附圖說明
構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1是本發明優選實施例穿戴式血壓監測裝置的結構示意圖；
圖2是本發明優選實施例穿戴式血壓監測裝置的另一結構示意圖；
圖3是本發明優選實施例穿戴式血壓監測裝置中本體的結構示意圖；
圖4是圖3中A處的局部放大示意圖；
圖5是本發明優選實施例穿戴式血壓監測裝置中本體集成電路的原理方框示意圖
圖6是本發明優選實施例穿戴式血壓監測裝置中第一檢測單元的原理方框示意圖；
圖7是本發明優選實施例穿戴式血壓監測裝置中第二檢測單元的原理方框示意圖；
圖8是本發明優選實施例穿戴式血壓監測裝置中處理單元的原理方框示意圖。
附圖標記說明：
1、本體；11、顯示屏；12、防水錶蓋；13、電源開關；
14、SOS鍵；15、無線充電接口；16、卡塊；
2、腕帶；
3、第一檢測單元；31、預放大信號處理模塊；
32、高通濾波處理模塊；33、雙轉單信號轉換模塊；
34、帶通濾波處理模塊；35、後級信號放大處理模塊；
36、輸入緩衝器；37、輸出緩衝器；38、右腿驅動電路；
39、導聯脫落檢測模塊；
4、第二檢測單元；41、發光模塊；42、光電二極體；
43、放大模塊；44、模數轉換模塊；45、數字主控模塊；46、輸出接口；
5、處理單元；51、數據編碼與組包模塊；52、數據分析處理模塊；
53、應用顯示模塊；54、ECG數據採集模塊；55、PPG數據採集模塊；
61、第一電極；62、第二電極；63、心電檢測貼片；64、電極線。
具體實施方式
需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
本發明的優選實施例提供一種穿戴式血壓監測裝置，參照圖1、圖2及圖5，本實施例穿戴式血壓監測裝置包括帶顯示屏11的本體1及與本體1相連的腕帶2，本體1上設有用於監測人體的心電ECG信號的第一檢測單元3、用於監測人體的容積脈搏波PPG信號的第二檢測單元4及用於接收第一檢測單元3輸出的ECG信號與第二檢測單元4輸出的PPG信號後處理生成血壓監測結果的處理單元5；本實施例中，第一檢測單元3包括設置在本體1背面上用於在穿戴時與人體體表接觸的第一電極61、設於本體1上用於按壓接觸的第二電極62及與本體1可拆卸連接的心電檢測貼片63，心電檢測貼片63用於貼覆在人體上以連續監測，心電檢測貼片63連接用於與本體1相連的電極線64，本體1上設有與電極線64的接頭相配合的插孔。
在實際使用時，用戶通過佩戴本實施例血壓監測裝置，本體1背面上的第一電極61與體表皮膚直接接觸形成觸點，用戶的另外一隻手通過手動按壓本體1上的第二電極62形成相對的觸點，從而使得第一電極與第二電極間形成第一心電檢測迴路，便於用戶在需要時快捷方便地進行血壓監測；此外，本實施例的本體上還可以外接心電檢測貼片63，其中，心電檢測貼片63優選地貼覆於人體的胸口處，使得第一電極與心電檢測貼片間形成第二心電檢測迴路，便於用戶睡眠等狀態下的連續監測。本實施例血壓監測裝置具備兩種監測模式，提升了用戶使用的舒適性、便利性，利於全天24小時為用戶提供血壓監測，具有廣泛的推廣應用價值。
參照圖3及圖4，優選地，本體1在與電極線64的接頭相配合的插孔處設有卡塊16，使得心電檢測貼片63經電極線64與本體1可靠穩固連接，避免了監測過程中因連接異常導致的監測數據失效的故障。
由於ECG信號是一種電生理活動的表現，檢測人體生理參數的一大難點在於人體上耦合的工頻噪聲，這些工頻噪聲隨著人體周圍環境而變化，有時會隨著環境變化而變得很大，而人體的生理信號本身非常微弱，甚至低於1mV，僅有幾百uV，因此很容易被工頻噪聲所淹沒。優選地，參照圖6，本實施例第一檢測單元3對應的ECG檢測晶片包括：預放大信號處理模塊31、高通濾波處理模塊32、雙轉單信號轉換模塊33、帶通濾波處理模塊34、後級信號放大處理模塊35；預放大信號處理模塊31對電極間探測迴路檢測的生物電信號進行第一級信號放大處理，處理完成後的信號傳輸給高通濾波處理模塊32進行濾波處理，濾波處理後的信號再傳輸給雙轉單信號轉換模塊33將雙端信號轉換為單端輸入信號，單端輸入信號經帶通濾波處理模塊34的濾波處理後被傳輸至後級信號放大處理模塊35進行信號的再次放大並輸出。本實施例通過在預放大信號處理模塊31之後引入高通濾波處理模塊32，有效地去除了傳統醫療傳感設備中的極化壓差影響，放寬了對預放大信號處理模塊31的放大倍數限制，大大提高了整體電路的抗噪聲性能。優選地，預放大信號處理模塊31選用全差分的前端放大電路，，進行高共模抑制比的設計，從而提高晶片整體的抗幹擾能力。
本實施例中，可選地，第一檢測單元3還包括：右腿驅動電路38，設於預放大信號處理模塊31前端，用於在生物電信號放大處理時減少共模幹擾；和/或導聯脫落檢測模塊39，設於插孔與電極線64的接頭之間，用於在電極線64與插孔連接脫落時生成報警信息，從而進一步提高連續監測的可靠性，便於在連接中途出現異常時及時提醒用戶。
優選地，本實施例第一檢測單元3還包括集成在晶片上的輸入緩衝器36及輸出緩衝器37，其中，電極上的信號通過輸入緩衝器36採集進入預放大信號處理模塊31進行第一級放大，同時經過截止頻率為0.05Hz的高通濾波處理模塊32；接著由雙轉單信號轉換模塊33將信號變為單端輸入信號後進入帶通濾波處理模塊34進行帶通濾波處理；接著送入後級信號放大處理模塊35做第二級放大；最後由輸出緩衝器37送出輸出信號。優選地，後級信號放大處理模塊35為增益可調的放大模塊，可以進行調整以提高數據採集質量。
本實施例中，第二檢測單元4的PPG檢測基於光電容積描記原理，即發光二極體LED發出一定波長的光照射到皮膚表面，發生透射而被光電接收器接收透光區域的動脈血搏動時，血紅蛋白的含量也隨之變化，動脈血對光的吸收量發生脈動的變化對應光電信號的交流分量，而皮膚、肌肉、骨胳、靜脈血等對光的吸收量是恆定的，對應光電信號的直流分量。用波長分別為紅光和紅外光照射手指運用Lambert-Beer定律即可得到PPG脈搏波。
參照圖7，本實施例第二檢測單元4包括：發光模塊41，用於出射照射到皮膚表面的入射光；光電二極體42，用於接收透射光並將光信號轉換成為電信號；放大模塊43，用於對電信號進行放大處理；模數轉換模塊44，用於將放大後的電信號轉換為數位訊號；數字主控模塊45，用於對數位訊號進行脈搏波檢測的處理；輸出接口46，用於將經數字主控模塊45處理後的信號傳遞給處理單元5。其中，光電二級管42的輸出端連接電流型開關並經電流型開關轉換為電信號輸出。發光模塊41包括發光二極體及相應的驅動電路，在驅動電路的作用下，發光二極體出射入射光。放大模塊43包括依次連接的單位增益放大器及可調增益放大器。本實施例模數轉換模塊44為高精度ADC，以實現微弱信號採集的高信噪比。經數字主控模塊45處理後的信號經I2C接口輸出至處理單元5。
本實施例的處理單元5用於接收採集的ECG信號和PPG信號，並經過運算處理得到血壓監測結果。參照圖8，處理單元5包括：數據編碼與組包模塊51，用於接收ECG信號及PPG信號的原始數據並對數據進行編碼及打包處理；數據分析處理模塊52，用於根據ECG與PPG的原始數據進行分析與處理，得到血壓監測結果；應用顯示模塊53，用於將監測結果發送給顯示屏11顯示輸出。其中，數據分析處理模塊52採用基於脈搏波傳輸時間連續血壓監測方法的原理，通過同時監測心電(ECG)和外周血管(如橈動脈)脈搏波，其中脈搏波用光電容積脈搏波描記法(PPG)檢測，計算它們之間的時間延遲，即動脈血從心臟噴出到傳輸至外周血管所需要的時間，通過定標技術來建立脈搏波傳輸時間和動脈血壓之間的模型，以此來計算血壓。此種方法測血壓無需袖帶加壓，可以實現逐拍的血壓測量，是真正意義上的連續性血壓測量。具體基於ECG與PPG信號融合的血壓監測方法可參考王靜，王慶，王震.基於ECG與PPG信號融合的血壓檢測方法研究[J]，中國信息化，2012(24)：395。在此不再贅述，單本領域技術人員應該理解，此處僅為對血壓監測方法的舉例，並非為對其實現方法的實質性限制。
優選地，為了提高監測的智能化及操作的人性化、監測數據的準確性，本實施例數據分析處理模塊52還用於根據接收的原始數據的質量生成採集控制信號，處理單元5還包括：ECG數據採集模塊54，用於根據採集控制信號控制第一檢測單元3進行數據採集；PPG數據採集模塊55，用於根據採集控制信號控制第二檢測單元4進行數據採集。譬如，數據分析處理模塊52還根據原始數據的質量自動控制ECG前端模擬放大器的增益及控制LED電流強度，還可預設或者根據接收的外界指令控制各個模塊的電源、數據的採樣率，開啟測量與結束測量的時間點。本實施例中，優選地，ECG數據採集模塊54包括提供晶片休眠與使能的接口、定時器接口、採樣率配置接口、信號增益控制接口等接口，PPG數據採集模塊55包括提供晶片休眠與使能的接口、定時器接口、電流控制接口、採樣率配置接口、信號增益控制接口等接口。
優選地，本實施例處理單元5還包括：無線收發模塊，用於將血壓監測結果發送至遠程終端和/或接收遠程終端的控制數據。如，經無線收發模塊將數據發送至健康大數據中心，以便於實現用戶健康數據的採集及後續管理。優選地，還可以經遠程終端接收調整指令以提高採集監控質量。優選地，還可以經遠程終端發送呼叫指令給本體，經本體端的用戶是否響應，進而判斷用戶的身體健康狀況。
優選地，本實施例中，本體1背面設置防水錶蓋12，和/或本體1側邊設置有電源開關13和用於緊急呼救的SOS鍵14，本體1內置有經SOS鍵14觸發撥號至設定對象的通信模塊。
優選地，本體1上設有用於對供電的電源進行磁性無線充電的無線充電接口15，通過採用無線充電接口15進行無線充電，進一步提高了該監測設備的使用舒適性及便利性。
優選地，顯示屏11為觸控顯示屏，更優選地為電容式觸控顯示屏，進一步提高設備的輸入輸出性能。
優選地，本實施例中，參照圖2，第二檢測單元4設置於本體背面兩第一電極61之間，使得整體結構緊湊，外形美觀。
從以上的描述可以得知，本實施例通過在本體上設置採集ECG信號的第一檢測單元、採集PPG信號的第二檢測單元，且處理單元接收ECG信號及PPG信號，並基於脈搏波傳輸時間連續血壓監測法計算得出血壓監測結果，實現了對人體血壓的連續監測，且第一檢測單元具有經第一電極與第二電極間形成第一心電檢測迴路的第一監測模式及第一電極與心電檢測貼片間形成第二心電檢測迴路的第二監測模式，其中，第一監測模式便於平時的監測需求，第二監測模式便於用戶睡眠等狀態下的連續監測，提升了用戶使用的舒適性、便利性，利於全天24小時為用戶提供血壓監測，具有廣泛的推廣應用價值。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。