本發(fā)明涉及測(cè)量人體心率及呼吸的裝置，尤其涉及連續(xù)測(cè)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(lái)判斷是否具有病灶或者病情的輕重和危急程度。常見(jiàn)的生命體征監(jiān)測(cè)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(cè)。呼吸監(jiān)測(cè)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(cè)可初步評(píng)價(jià)動(dòng)脈血管功能狀況，早期預(yù)警動(dòng)脈硬化、心肌梗死、腦卒中等常見(jiàn)心腦血管疾病等潛在危險(xiǎn)。

現(xiàn)有的生命體征監(jiān)測(cè)通常僅針對(duì)一項(xiàng)體征特征，且由于儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)復(fù)雜，無(wú)法在不影響人體正常生活的情況下完成長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決心率和呼吸同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可穿戴心率及呼吸監(jiān)測(cè)裝置，包括：心率信號(hào)采集單元，用于獲取心率信號(hào)；呼吸信號(hào)采集單元，用于獲取呼吸信號(hào)；信號(hào)處理單元，用于將所述心率信號(hào)和所述呼吸信號(hào)進(jìn)行處理；信號(hào)轉(zhuǎn)化單元，用于對(duì)所述處理后的心率信號(hào)和呼吸信號(hào)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(kāi)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(kāi)口位置，用于與皮膚接觸。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)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(hào)與呼吸信號(hào)依次通過(guò)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(dòng)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(cè)裝置，所述可穿戴心率及呼吸監(jiān)測(cè)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(yáng)能電池模塊，用于向可穿戴心率及呼吸監(jiān)測(cè)裝置提供電源，所述太陽(yáng)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(yáng)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(cè)裝置、太陽(yáng)能電池模塊采用防水處理。

一種心率及呼吸監(jiān)測(cè)方法，包括：獲取心率信號(hào)；獲取呼吸信號(hào)；將所述心率信號(hào)和所述呼吸信號(hào)進(jìn)行處理；對(duì)所述處理后的心率信號(hào)和呼吸信號(hào)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(dòng)終端、平板電腦、云服務(wù)器。

進(jìn)一步的，還包括對(duì)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(shí)現(xiàn)了心率和呼吸的同時(shí)監(jiān)控；心率和呼吸的監(jiān)控結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；在心率和呼吸監(jiān)控的同時(shí)不影響正常的活動(dòng)；提供了帶心率和呼吸監(jiān)測(cè)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(shuō)明

此處的附圖被并入說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，示出了符合本發(fā)明的實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)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(cè)裝置示意圖。

圖2是本發(fā)明可穿戴心率及呼吸監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)方法示意圖。

圖6是本發(fā)明智能上衣示意圖。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例執(zhí)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，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(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書(shū)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(gè)位于衣物內(nèi)側(cè)的可穿戴心率及呼吸監(jiān)測(cè)裝置。

如圖1所示，可穿戴心率及呼吸監(jiān)測(cè)裝置包括心率信號(hào)采集單元110，呼吸信號(hào)采集單元130，信號(hào)處理單元150，信號(hào)轉(zhuǎn)化單元170以及數(shù)據(jù)傳輸單元190。呼吸信號(hào)采集單元130用于獲取呼吸信號(hào)；信號(hào)處理單元150用于將心率信號(hào)和所述呼吸信號(hào)進(jìn)行處理；信號(hào)轉(zhuǎn)化單元170用于對(duì)處理后的心率信號(hào)和呼吸信號(hào)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(hào)。

心率信號(hào)采集單元110，呼吸信號(hào)采集單元130，信號(hào)處理單元150，信號(hào)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(cè)裝置包括一個(gè)雙面凸起結(jié)構(gòu)200，用于監(jiān)測(cè)呼吸，和一個(gè)“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(kāi)口處，用于傳遞信號(hào)。

可穿戴心率及呼吸監(jiān)測(cè)裝置位于左胸的位置，監(jiān)測(cè)裝置還包括一腔體300，腔體300具有一開(kāi)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(kāi)口位置。用戶在穿上智能上衣時(shí)，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(cè)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(guò)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(huì)產(chǎn)生彈力，壓電薄膜將傳遞的壓力波動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由兩個(gè)導(dǎo)線將電信號(hào)傳遞到控制電路當(dāng)中。

脈搏信號(hào)比呼吸信號(hào)要弱得多，對(duì)于傳感器的結(jié)構(gòu)重量要求要輕得多，靈敏度也要高。“薄殼”傳感器不僅結(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(shí)，用戶脈搏產(chǎn)生的壓力會(huì)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(hào)強(qiáng)度，尤其是在反復(fù)變形過(guò)程的薄膜，可以承受較大外力的同時(shí)，還能對(duì)微弱的脈搏信號(hào)反應(yīng)靈敏。

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

壓電薄膜傳感器的薄膜材料在接入控制板時(shí)需要接入濾波放大電路，以便過(guò)濾掉雜波。壓電薄膜接著一個(gè)線性電荷放大電路、一個(gè)帶通濾波器和50hz工頻陷波器、一個(gè)電壓放大電路，然后通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換后接入微處理器中。由于壓電薄膜要經(jīng)過(guò)一根較長(zhǎng)的電線接入控制電路板，這會(huì)給電路帶來(lái)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(guò)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(guò)太痛濾波器后的電壓信號(hào)在經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)監(jiān)測(cè)電壓的頻率和參數(shù)值的變換，可以計(jì)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(lái)過(guò)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(cè)到的256個(gè)數(shù)值作為一個(gè)數(shù)列，每當(dāng)測(cè)試到4個(gè)新的數(shù)值時(shí)，就把它放在數(shù)列的首位，然后去掉數(shù)列的最后4個(gè)值，使數(shù)列始終保持256個(gè)，每當(dāng)有新數(shù)值進(jìn)來(lái)時(shí)，數(shù)列當(dāng)中就去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，剩下的254個(gè)值進(jìn)行求平均值，求出來(lái)的平均值作為輸出值。這種濾波方法對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，還能濾除用戶身體抖動(dòng)產(chǎn)生的干擾。

如圖5所示，可穿戴心率及呼吸監(jiān)測(cè)方法包括獲取心率信號(hào)510，獲取呼吸信號(hào)530，心率信號(hào)和呼吸信號(hào)可以同時(shí)獲取，也可以分別獲取。將心率信號(hào)和呼吸信號(hào)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(dòng)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(yáng)能電池板630。控制電路板620包括微處理器621，藍(lán)牙模塊622。本實(shí)施例中太陽(yáng)能電池板630設(shè)置為多個(gè)。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(cè)時(shí)，控制電路板620上的藍(lán)牙模塊622會(huì)把監(jiān)測(cè)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(dòng)終端的app軟件上，移動(dòng)終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)保存下來(lái)，當(dāng)移動(dòng)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(shí)，移動(dòng)終端會(huì)發(fā)出一個(gè)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(wú)線wifi模塊可以直接將監(jiān)測(cè)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(cè)到的心率全波可以結(jié)合醫(yī)學(xué)方面的知識(shí)，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(yáng)能電池板630，控制電路板620和太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池板630進(jìn)行供電，太陽(yáng)能電池板630鑲嵌在衣物的衣領(lǐng)里面，分成若干個(gè)小塊，并且串聯(lián)起來(lái)連接到電路中，太陽(yáng)能電池板630為柔性電池板，具有防水、可彎曲的特性。太陽(yáng)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(guò)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(cè)日常行走、運(yùn)動(dòng)時(shí)心率的全波，也可以作為睡衣，監(jiān)測(cè)用戶睡眠時(shí)心率的全波。當(dāng)衣服被晾曬時(shí)，太陽(yáng)能電池板即自動(dòng)接收太陽(yáng)光進(jìn)行充電，以便使用戶即使在無(wú)太陽(yáng)光的環(huán)境下，或者夜晚睡眠時(shí)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(lái)限制。