專利名稱：連續(xù)監(jiān)測(cè)人體壓力變化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人體生理信號(hào)的測(cè)量裝置，尤其是能通過測(cè)量人體表皮的生理信號(hào)改變，持續(xù)監(jiān)測(cè)人體壓力變化的人工智能型壓力監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
目前，已知的生理信號(hào)測(cè)試裝置是通過電極式傳感器，測(cè)量人體生理信號(hào)的測(cè)量裝置。由傳感器、導(dǎo)線、生物放大器、微電腦芯片、顯示裝置構(gòu)成。當(dāng)兩塊金屬電極放置在人體表面皮膚時(shí)，可以顯示人體的生理信號(hào)，測(cè)量的體表生理信號(hào)是絕對(duì)值。由于不同個(gè)體的生理信號(hào)各異，測(cè)量的個(gè)人生理信號(hào)絕對(duì)值不能幫助監(jiān)測(cè)人體壓力改變。
目前的研究表明，人體的生理信號(hào)改變與人體內(nèi)壓力改變成線性關(guān)系，人體壓力越大，生理信號(hào)改變?cè)酱蟆Ｓ捎谀壳吧硇盘?hào)測(cè)量裝置僅能測(cè)試人體生理信號(hào)絕對(duì)值，而不同人體的生理信號(hào)差異又極大，故無法應(yīng)用測(cè)量裝置通過測(cè)量人體生理信號(hào)的改變，而監(jiān)測(cè)人體內(nèi)壓力改變。而且目前的生理信號(hào)測(cè)量裝置多應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，體積龐大，金屬電極通常需用膠布固定，使用不方便。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的測(cè)量裝置不能通過監(jiān)測(cè)人體生理信號(hào)改變而監(jiān)測(cè)人體內(nèi)壓力變化的不足，本發(fā)明提出一種新型生理信號(hào)測(cè)量裝置，該種測(cè)量裝置不僅能夠測(cè)量人體生理信號(hào)絕對(duì)值，而且能測(cè)量被測(cè)者生理信號(hào)改變的相對(duì)值，還能通過持續(xù)監(jiān)測(cè)人體表面生理信號(hào)而連續(xù)監(jiān)控人體內(nèi)壓力改變，當(dāng)人體內(nèi)壓力改變明顯時(shí)，能自動(dòng)報(bào)警提醒使用者。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，在生理信號(hào)測(cè)試裝置中增加一個(gè)有記憶功能和運(yùn)算功能的電腦芯片或電腦裝置，在被測(cè)試者首次使用時(shí)，讓被測(cè)者處于安靜狀態(tài)，測(cè)量其規(guī)定的體表部位生理信號(hào)，將此測(cè)量數(shù)值作為基線值，貯存在微型電腦芯片內(nèi)，當(dāng)再次測(cè)量生理信號(hào)時(shí)，測(cè)試的數(shù)值自動(dòng)與基線值對(duì)比。當(dāng)所測(cè)數(shù)值低于基線數(shù)值時(shí)，證明人體內(nèi)壓力小于人體安靜狀態(tài)時(shí)，無需有任何進(jìn)一步動(dòng)作；而當(dāng)測(cè)試的生理信號(hào)數(shù)值大于基線值，證明人體內(nèi)壓力增加，當(dāng)有顯著改變時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)預(yù)先設(shè)置的警報(bào)系統(tǒng)，通過裝置內(nèi)的警報(bào)部件發(fā)出警報(bào)。
本發(fā)明的技術(shù)特征是，在能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)人體壓力變化的生理信號(hào)測(cè)試裝置內(nèi)增加的一個(gè)有記憶功能和運(yùn)算功能的電腦芯片或電腦裝置，可以是單片機(jī)、單扳機(jī)、單片電腦、微型電腦或其他類似電腦裝置，也可以是臺(tái)式電腦、筆記本電腦或手持式電腦裝置，也可以是手提電話型的微型電腦裝置。這種電腦芯片或電腦裝置能夠記憶和對(duì)比貯存的基線測(cè)試值，并根據(jù)基線值，計(jì)算生理信號(hào)的相對(duì)變化，從而監(jiān)測(cè)人體內(nèi)壓力改變。
本發(fā)明的技術(shù)特征是，這種能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)人體內(nèi)壓力變化的生理信號(hào)測(cè)試裝置內(nèi)，裝有警報(bào)部件，當(dāng)測(cè)試的生理信號(hào)數(shù)值大于基線值，并產(chǎn)生顯著改變時(shí)，警報(bào)部件會(huì)被觸發(fā)，并通過多種形式發(fā)出警報(bào)，可以是發(fā)聲作為警報(bào)，也可以是發(fā)光作為警報(bào)，或者振動(dòng)發(fā)出警報(bào)，還可以是上述警報(bào)形式的組合。
本發(fā)明的技術(shù)特征是，這種能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)人體內(nèi)壓力變化的生理信號(hào)測(cè)試裝置，設(shè)計(jì)成或放置于人體常用的物品內(nèi)，可以更方便，更好的監(jiān)測(cè)人體壓力變化。這些物品包括但不限于，手表、筆、計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、坐椅的扶手、辦公桌的臺(tái)面等。裝置金屬電極可以放置在人的手部經(jīng)常觸及的位置。
本發(fā)明的技術(shù)特征是，這種能持續(xù)監(jiān)測(cè)人體壓力變化的生理信號(hào)測(cè)量裝置，能自動(dòng)、定時(shí)測(cè)量表面生理信號(hào)，測(cè)量的間隙時(shí)間可以自由設(shè)定，不受限制，每次測(cè)量的時(shí)間，測(cè)量的生理信號(hào)數(shù)值，與基線值對(duì)比的數(shù)值，均貯存在電腦裝置內(nèi)，并可根據(jù)需要顯示。
本發(fā)明的技術(shù)特征是，這種能持續(xù)監(jiān)測(cè)人體壓力變化的生理信號(hào)測(cè)量裝置，由傳感器、放大器、模-數(shù)轉(zhuǎn)換部件、有記憶功能和運(yùn)算功能的電腦裝置、顯示部件、警報(bào)部件等模塊組成。各個(gè)模塊之間的連接可以是有線，也可以是無線，各個(gè)模塊既可組合，又可以分離。
本發(fā)明的技術(shù)特征是，本發(fā)明所稱的生理信號(hào)測(cè)試裝置可以是任何在人體表面，測(cè)試人體生理信號(hào)的測(cè)試裝置。這種裝置包括但不限于，脈搏測(cè)試裝置、心電測(cè)試裝置、肌電測(cè)試裝置、腦電測(cè)試裝置、皮電測(cè)試裝置、血氧飽和度測(cè)試裝置、血壓測(cè)試裝置、呼吸頻率及容量測(cè)試裝置等。
本發(fā)明的有益效果是，不僅能夠測(cè)量人體生理信號(hào)的絕對(duì)值，而且能夠測(cè)量被測(cè)者生理信號(hào)改變的相對(duì)值，還能通過持續(xù)監(jiān)測(cè)人體生理信號(hào)而連續(xù)監(jiān)測(cè)人體內(nèi)壓力改變，當(dāng)人體內(nèi)壓力改變明顯時(shí)，能自動(dòng)報(bào)警提醒使用者。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明光電傳感器結(jié)構(gòu)原理2是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框3是本發(fā)明透光式傳感器結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明信號(hào)調(diào)理電路結(jié)構(gòu)5是本發(fā)明電原理圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例光電脈搏式壓力監(jiān)測(cè)裝置圖1中光敏電阻(101)和一個(gè)光源(102)組成的光電脈搏傳感器的原理圖。光敏電阻與適當(dāng)?shù)钠胀娮璐?lián)后由電源供電，光源在加電時(shí)發(fā)光，光經(jīng)人的手指?jìng)鞑サ焦饷綦娮璧氖芄饷妫?dāng)人手指的微血管的血流隨微血管的脈壓變化時(shí)，對(duì)光的反射系數(shù)也發(fā)生變化，使光敏電阻接收到的光強(qiáng)也隨之改變。把光敏電阻被微血管反射的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，就可做成脈搏傳感器。
本發(fā)明的實(shí)施例是基于單片微處理器INTEL8098作為控制器，采用投射式光電傳感器提取手指末端的動(dòng)脈脈搏波，選用圖形式LCD作顯示器，實(shí)現(xiàn)脈搏波及脈率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示的袖珍式動(dòng)脈脈搏波監(jiān)測(cè)和生物反饋裝置。該儀器不僅能測(cè)量手指末端的動(dòng)脈脈搏波，而且能存儲(chǔ)脈搏波波形數(shù)據(jù)，分析脈搏波，自動(dòng)對(duì)比基線值與即時(shí)值的狀態(tài)，自動(dòng)產(chǎn)生語音提示，并對(duì)生理信號(hào)實(shí)時(shí)反饋。
●系統(tǒng)功能要求①實(shí)時(shí)顯示脈搏波波形及脈率；②采用液晶顯示，可顯示4個(gè)周期脈搏波；③能夠存儲(chǔ)3min的波形數(shù)據(jù)；④能重放存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，以供觀察診斷；⑤自動(dòng)對(duì)比基線值與即時(shí)值的結(jié)果，自動(dòng)生物反饋；⑥當(dāng)生理信號(hào)值超過閥值時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生語音提示；⑦自動(dòng)產(chǎn)生呼吸模擬信號(hào)，指導(dǎo)個(gè)人訓(xùn)練。
●系統(tǒng)原理和組成圖2中，系統(tǒng)主要由4個(gè)部分一是傳感器(201)，提取手指末端的動(dòng)脈脈搏信息；二是模擬電路部分即信號(hào)調(diào)理電路(202)；三是單片機(jī)系統(tǒng)，由INTEL8098微處理器，存儲(chǔ)器EPROM、RAM(203)；四是LCD顯示器(204)組成。
光電傳感器將動(dòng)脈脈搏波轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路調(diào)理，然后由8098單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)其采樣，采樣數(shù)據(jù)循環(huán)存儲(chǔ)在RAM中。8098處理采集的數(shù)據(jù)并在LCD上實(shí)時(shí)顯示脈搏波波形和脈率。8098在外部中斷的觸發(fā)下，可重放存儲(chǔ)的波形。8098在外部中斷觸發(fā)下，可自動(dòng)對(duì)比貯存在RAM中的基線值，與即時(shí)采集的生理信號(hào)對(duì)比，一旦兩者之間改變超過預(yù)置閥值，自動(dòng)聲光方式產(chǎn)生語音指導(dǎo)，同時(shí)產(chǎn)生呼吸模擬信號(hào)，指導(dǎo)個(gè)人訓(xùn)練。
●傳感器的設(shè)計(jì)制作設(shè)計(jì)的透射型指套式光電傳感器，原理結(jié)構(gòu)如圖3所示。傳感器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，其工作原理是發(fā)光二極管發(fā)出的光透射過手指，被手指組織的血液吸收和衰減，然后由光敏三極管接收。由于手指動(dòng)脈血在血液循環(huán)過程中呈周期性的脈動(dòng)變化，所以它對(duì)光的吸收和衰減也是周期性脈動(dòng)的，于是光敏三極管輸出信號(hào)的變化也就反映了動(dòng)脈血的脈動(dòng)變化。
發(fā)光二極管采用紅色單色光，穩(wěn)定性好。傳感器做成遮光指套式，減少了外界光的干擾。將傳感器套在手指上，就可以測(cè)量手指末端處的動(dòng)脈脈搏波，使用方便，靈敏度高，性能穩(wěn)定。
●單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)選用16位INTEL8098處理器，它的內(nèi)部帶有一個(gè)10位的A/D轉(zhuǎn)換器；8098可以管理64kB的存儲(chǔ)空間。將其中32kB作為EPROM區(qū)，用于存放系統(tǒng)程序，選用一片27256；另外的32kB空間作為RAM區(qū)，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，選用兩片6264組成。用HSO命令啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，由內(nèi)部軟件定時(shí)器控制采樣頻率為125Hz，用中斷法讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。
選用125Hz的采樣頻率在8位分辨率的條件下，32kB的空間可以存儲(chǔ)4min的采樣數(shù)據(jù)，滿足系統(tǒng)功能的要求。
●信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理部分包括低通濾波器、放大器和直流校正電路如圖4所示，目的是為A/D采集提供適當(dāng)幅度和極性的輸入信號(hào)。動(dòng)脈脈搏是低頻、微弱的生理信號(hào)，必須濾波和放大，以滿足8098數(shù)據(jù)采集的要求。動(dòng)脈脈搏信號(hào)頻率基本在0.1～20Hz以內(nèi)，為了去除高頻干擾，尤其是50Hz的工頻干擾，設(shè)計(jì)一個(gè)一階RC低通濾波器，其截止頻率為45Hz。對(duì)放大器電路，要求運(yùn)放具有較高的輸入阻抗，低輸入失調(diào)電壓，小的漂移。選用TL072(雙運(yùn)放)，可以較好地滿足要求。放大后的動(dòng)脈脈搏波是雙極性信號(hào)，8098內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器要求輸入信號(hào)是單極性的(0～5V)，將TL072的另一個(gè)放大器設(shè)計(jì)作加法器，對(duì)放大后的信號(hào)作直流校正，以滿足極性要求。
●顯示器設(shè)計(jì)為限制系統(tǒng)功耗，要求檢測(cè)結(jié)果用液晶顯示器顯示，設(shè)計(jì)選用圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，選用的型號(hào)是TM12864A。它是一種圖形LCD，采用HD61202作為顯示控制器，可直接同8098連接。TM12864A內(nèi)部帶有1kB的顯示RAM，不帶字符發(fā)生器，只適用于圖形工作方式，在顯示漢字及數(shù)字時(shí)，需要自己建立字模。
將32kB的數(shù)據(jù)區(qū)分為64個(gè)數(shù)據(jù)段，每段512個(gè)字節(jié)，每4點(diǎn)顯示1點(diǎn)，每一段數(shù)據(jù)可以同時(shí)顯示在一屏上，滿足系統(tǒng)顯示4個(gè)周期的波形的要求。64個(gè)數(shù)據(jù)段是循環(huán)利用的，當(dāng)前采集的數(shù)據(jù)將沖掉最早存儲(chǔ)的一段數(shù)據(jù)，LCD屏上顯示的總是最新采集的一段數(shù)據(jù)。
●脈率計(jì)算與顯示顯示波形的同時(shí)，要實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示當(dāng)前脈率。系統(tǒng)每4s計(jì)算一次脈率，所以此時(shí)脈率具有實(shí)時(shí)特性，能夠較精確地反映心臟的搏動(dòng)。脈率按如下公式計(jì)算脈率＝采樣頻率/相鄰兩波峰間點(diǎn)數(shù)×60采樣頻率確定為125Hz。波峰是這樣確定的首先設(shè)定門限。在每一數(shù)據(jù)段512個(gè)樣本數(shù)據(jù)中，尋找最大值Max，定義門限t＝0.8Max。如果某點(diǎn)滿足下面兩個(gè)條件，則認(rèn)為此點(diǎn)為波峰。
①此點(diǎn)及前后各5點(diǎn)，共11個(gè)樣本均值大于門限t。
②此點(diǎn)是11個(gè)樣本點(diǎn)中的局部最大值。
確定了波峰，就可按上面的公式計(jì)算出脈率。
●波形回放功能的實(shí)現(xiàn)波形回放功能是通過設(shè)計(jì)在面板上的回放鍵來實(shí)現(xiàn)。按下回放鍵產(chǎn)生外部中斷，發(fā)出8098停止數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，重復(fù)顯示存儲(chǔ)的64屏數(shù)據(jù)波形。再一次觸發(fā)外部中斷，8098就停止重放，重新開始采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
●語音提示功能的實(shí)現(xiàn)CPU將計(jì)算的脈搏值與當(dāng)前測(cè)量的從定時(shí)器中讀出的時(shí)鐘時(shí)間一起存儲(chǔ)在RAM中。如果存儲(chǔ)的脈搏值不是在使用者按下按鍵后獲得的第一個(gè)脈搏值，CPU比較當(dāng)前脈搏值是否比前一個(gè)測(cè)量所獲得的脈搏值有所減少(即CPU判定使用者是否進(jìn)入更放松的狀態(tài))。如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前脈搏值減少了，CPU向使用者提示該效果。如果這時(shí)使用者的眼睛為了有利于放松是閉上的，在這種情況下，有必要提供不依賴于視力的某種裝置來提示使用者。因此，CPU可以通過揚(yáng)聲器播放一段不會(huì)干擾使用者的放松訓(xùn)練的樂曲。
此外，CPU判斷使用者是否處于足夠放松的狀態(tài)。進(jìn)行該判斷的理由是相信對(duì)于放松狀態(tài)有一固定的極限。即，一旦使用者足夠地放松，在放松上不會(huì)超過這一點(diǎn)有進(jìn)一步的提高，脈搏值的改變也將飽和。反過來說，如果達(dá)到了這一飽和狀態(tài)，則可以認(rèn)為使用者已達(dá)到足夠放松的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種人體生理信號(hào)的測(cè)量裝置，尤其是能通過測(cè)量人體表皮的生理信號(hào)改變，持續(xù)監(jiān)測(cè)人體壓力變化的人工智能型壓力監(jiān)測(cè)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，在能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)人體壓力變化的生理信號(hào)測(cè)試裝置內(nèi)增加的一個(gè)有記憶功能和運(yùn)算功能的電腦芯片或電腦裝置，可以是單片機(jī)、單扳機(jī)、單片電腦、微型電腦或其他類似電腦裝置，也可以是臺(tái)式電腦、筆記本電腦或手持式電腦裝置，也可以是手提電話型的微型電腦裝置。這種電腦芯片或電腦裝置能夠記憶和對(duì)比貯存的基線測(cè)試值，并根據(jù)基線值，計(jì)算生理信號(hào)的相對(duì)變化，從而監(jiān)測(cè)人體內(nèi)壓力改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，這種能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)人體內(nèi)壓力變化的生理信號(hào)測(cè)試裝置內(nèi)，裝有警報(bào)部件，當(dāng)測(cè)試的生理信號(hào)數(shù)值大于基線值，并產(chǎn)生顯著改變時(shí)，警報(bào)部件會(huì)被觸發(fā)，并通過多種形式發(fā)出警報(bào)，可以是發(fā)聲作為警報(bào)，也可以是發(fā)光作為警報(bào)，或者振動(dòng)發(fā)出警報(bào)，還可以是上述警報(bào)形式的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，這種能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)人體內(nèi)壓力變化的生理信號(hào)測(cè)試裝置，設(shè)計(jì)成或放置于人體常用的物品內(nèi)，可以更方便，更好的監(jiān)測(cè)人體壓力變化。這些物品包括但不限于，手表、筆、計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、坐椅的扶手、辦公桌的臺(tái)面等。裝置金屬電極可以放置在人的手部經(jīng)常觸及的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，這種能持續(xù)監(jiān)測(cè)人體壓力變化的生理信號(hào)測(cè)量裝置，能自動(dòng)、定時(shí)測(cè)量表面生理信號(hào)，測(cè)量的間隙時(shí)間可以自由設(shè)定，不受限制，每次測(cè)量的時(shí)間，測(cè)量的生理信號(hào)數(shù)值，與基線值對(duì)比的數(shù)值，均貯存在電腦裝置內(nèi)，并可根據(jù)需要顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，這種能持續(xù)監(jiān)測(cè)人體壓力變化的生理信號(hào)測(cè)量裝置，由傳感器、放大器、模-數(shù)轉(zhuǎn)換部件、有記憶功能和運(yùn)算功能的電腦裝置、顯示部件、警報(bào)部件等模塊組成。各個(gè)模塊之間的連接可以是有線，也可以是無線，各個(gè)模塊既可組合，又可以分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，本發(fā)明所稱的生理信號(hào)測(cè)試裝置可以是任何在人體表面，測(cè)試人體生理信號(hào)的測(cè)試裝置。這種裝置包括但不限于，脈搏測(cè)試裝置、心電測(cè)試裝置、肌電測(cè)試裝置、腦電測(cè)試裝置、皮電測(cè)試裝置、血氧飽和度測(cè)試裝置、血壓測(cè)試裝置、呼吸頻率及容量測(cè)試裝置等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人體生理信號(hào)的測(cè)量裝置，尤其是能通過測(cè)量人體表皮的生理信號(hào)改變，持續(xù)監(jiān)測(cè)人體壓力變化的人工智能型壓力監(jiān)測(cè)裝置。該裝置能廣泛應(yīng)用于各種醫(yī)療及健康保健領(lǐng)域。
文檔編號(hào)A61B5/04GK1711963SQ200510027998
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者高春平 申請(qǐng)人:高春平