本發(fā)明涉及可穿戴健康生理信號檢測系統(tǒng)，特別是涉及監(jiān)測血氧和心電的健康手環(huán)。

背景技術(shù)：

血氧是指血液中的氧氣，氧氣從肺部吸入后氧從毛細血管進入到血液中，由血液傳送給身體各部位器官或細胞使用；血氧飽和度過低會造成機體供氧不足，過高會導(dǎo)致體內(nèi)細胞老化，在正常范圍內(nèi)，血氧飽和度越高，人的新陳代謝就越好。心電是指心臟在每個心動周期中，由起搏點、心房、心室相繼興奮，伴隨著生物電的變化；危重癥患者、心律失常患者、冠心病患者需進行長時間的實時心電監(jiān)測。

綜上可知，血氧和心電是體現(xiàn)人體健康狀況的兩個重要指標?，F(xiàn)有應(yīng)用于血氧檢測的血氧傳感器，檢測結(jié)果通常是直接輸入至控制器或者經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入至控制器進行數(shù)據(jù)處理，得到的血氧飽和度的準確度低，原因之一在于血氧檢測過程中，自然界的光、肌紅蛋白中的原紅血素、膽紅素等生物組織會影響待檢測部位的光吸收能里，影響血氧檢測輸出的電信號，使得獲取的血氧電信號含毛刺、基線漂移等噪聲，所獲取的生理信息有效性低、準確性低，血氧電信號需進行噪聲消除后再輸入至控制器中；現(xiàn)有應(yīng)用于心電檢測的心電傳感器，檢測結(jié)果通常也是直接輸入至控制器或者經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入至控制器進行數(shù)據(jù)處理，得到的心電信號的準確度低，原因之一在于心臟靠近肝、脾、胃，檢測信號容易受到生物信號的干擾，還容易受到來自檢測裝置本身、電網(wǎng)等細微干擾，干擾信號并沒有被濾除和處理掉。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種健康手環(huán)，解決現(xiàn)有檢測生理特征信號的可穿戴設(shè)備存在的檢測準確度低的問題。

健康手環(huán)，包括三軸加速度檢測模塊、血氧檢測模塊、血氧信號調(diào)理模塊、心電檢測模塊、心電信號調(diào)理模塊、控制器模塊以及無線傳輸模塊；

所述三軸加速度檢測模塊的輸出端與控制器模塊相連；所述血氧檢測模塊經(jīng)血氧信號調(diào)理模塊與控制器模塊相連，所述血氧檢測模塊的控制端與控制器模塊相連；所述心電檢測模塊經(jīng)心電信號調(diào)理模塊與控制器模塊相連；所述控制器模塊與無線傳輸模塊相連；所述無線傳輸模塊與外部監(jiān)控端相連；

所述血氧信號調(diào)理模塊包括血氧前置放大電路、信號分離電路、第一相敏檢波電路、第一低通濾波電路、第二相敏檢波電路和第二低通濾波電路；所述血氧前置放大電路的輸入端與血氧檢測模塊的輸出端相連，所述血氧前置放大電路的輸出端與信號分離電路的輸入端相連；所述信號分離電路的一路輸出端經(jīng)第一相敏檢波電路、第一低通濾波電路與控制器模塊相連，所述信號分離電路的另一路輸出端經(jīng)第二相敏檢波電路、第二低通濾波電路與控制器模塊相連；

所述心電信號調(diào)理模塊包括心電一級放大電路、陷波電路、心電低通濾波電路以及心電二級放大電路；所述心電一級放大電路的輸入端與心電檢測模塊的輸出端相連，所述心電一級放大電路的輸出端經(jīng)陷波電路、心電低通濾波電路以及心電二級放大電路與控制器模塊相連。

進一步地，所述第一相敏檢波電路和第二相敏檢波電路還含有一個共同輸入端，所述共同輸入端與控制器模塊相連；所述控制器模塊通過該共同輸入端為第一相敏檢波電路和第二相敏檢波電路提供參考信號。

進一步地，還包括有顯示模塊；所述顯示模塊與控制器模塊相連。

進一步地，所述無線傳輸模塊為wifi模塊和/或gprs模塊。

進一步地，所述血氧檢測模塊為血氧傳感器模組，所述血氧傳感器模組測量人體的光感信號，輸入至血氧信號調(diào)理模塊中。

本發(fā)明的優(yōu)點與效果是：

設(shè)置血氧信號調(diào)理模塊，對血氧數(shù)據(jù)進行前置放大、信號分離，分別對還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白的電信號進行相敏檢波和低通濾波，充分提取兩路信號的有用信息，經(jīng)處理后的兩路電信號輸入至控制器模塊中，結(jié)合三軸加速度檢測模塊的數(shù)據(jù)計算血氧飽和度，避免出現(xiàn)偽影，上述模塊的設(shè)置，提高了血氧飽和度數(shù)據(jù)的準確度；設(shè)置心電檢測模塊，對檢測到的心電數(shù)據(jù)進行一級放大、陷波處理、低通濾波以及二級放大，放大心電信號，并針對工頻信號及肌電信號特征頻率，濾除生物電信號頻率意外的干擾，消除偽跡，提高心電信號的有效性，提高心電數(shù)據(jù)的準確度；血氧以及心電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準確度的提高，有助于提高健康手環(huán)的檢測準確度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理框圖。

圖2為心電一級放大電路的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖3為陷波電路的電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。

健康手環(huán)，包括三軸加速度檢測模塊、血氧檢測模塊、血氧信號調(diào)理模塊、心電檢測模塊、心電信號調(diào)理模塊、控制器模塊以及無線傳輸模塊；所述三軸加速度檢測模塊的輸出端與控制器模塊相連；所述血氧檢測模塊經(jīng)血氧信號調(diào)理模塊與控制器模塊相連，所述血氧檢測模塊的控制端與控制器模塊相連；所述心電檢測模塊經(jīng)心電信號調(diào)理模塊與控制器模塊相連；所述控制器模塊與無線傳輸模塊相連；所述無線傳輸模塊與外部監(jiān)控端相連；所述血氧信號調(diào)理模塊包括血氧前置放大電路、信號分離電路、第一相敏檢波電路、第一低通濾波電路、第二相敏檢波電路和第二低通濾波電路；所述血氧前置放大電路的輸入端與血氧檢測模塊的輸出端相連，所述血氧前置放大電路的輸出端與信號分離電路的輸入端相連；所述信號分離電路的一路輸出端經(jīng)第一相敏檢波電路、第一低通濾波電路與控制器模塊相連，所述信號分離電路的另一路輸出端經(jīng)第二相敏檢波電路、第二低通濾波電路與控制器模塊相連；所述心電信號調(diào)理模塊包括心電一級放大電路、陷波電路、心電低通濾波電路以及心電二級放大電路；所述心電一級放大電路的輸入端與心電檢測模塊的輸出端相連，所述心電一級放大電路的輸出端經(jīng)陷波電路、心電低通濾波電路以及心電二級放大電路與控制器模塊相連。

所述血氧檢測模塊為血氧傳感器模組，所述血氧傳感器模組測量人體的光感信號，輸入至血氧信號調(diào)理模塊中。血氧檢測模塊為反射式血氧傳感器組，為至少1個反射式血氧傳感器。反射式血氧傳感器是一種能感受血液中氧分壓并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器，可檢測部位包括手指、面頰、手掌、耳垂等，克服測量部位受限的缺點。反射式血氧傳感器主要包括3個led發(fā)光二極管、光敏二極管和led驅(qū)動電路，在3個led發(fā)光二極管和光敏二極管之間設(shè)置有不透明的屏障，利于光敏二極管接收待檢測部位反射的光學(xué)信號，集成的光學(xué)屏障可阻擋3個led發(fā)光二極管發(fā)出的光線串?dāng)_到光敏二極管，防止干擾。led驅(qū)動電路接收控制器模塊的電流信號，驅(qū)動3個led發(fā)光二極管發(fā)光，發(fā)出的光經(jīng)待檢測部位后，一部分反射到光敏二極管，光敏二極管將接收的信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入至血氧信號調(diào)理模塊中。至少1個led發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，至少1個led發(fā)光二極管發(fā)出近紅外光。

所述血氧信號調(diào)理模塊接收到血氧電信號進行調(diào)理后，輸入至控制器模塊中。所述血氧信號調(diào)理模塊包括血氧前置放大電路、信號分離電路、第一相敏檢波電路、第一低通濾波電路、第二相敏檢波電路和第二低通濾波電路。血氧傳感器輸出的電信號為交流信號，血氧信號調(diào)理模塊對其進行放大、信號分離、相敏檢波以及低通濾波，響應(yīng)與被測信號同頻、同相的噪聲分量，大幅度抑制無用噪聲，改善信噪比。血氧傳感器檢測到的信號包含有還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白的檢測信號，因此在進行相敏檢波前需設(shè)置信號分離電路進行信號分離。

反射式血氧傳感器輸出的是攜帶紅外光和近紅外光的兩路電壓信號，包含有暗電流以及各種未知的噪聲，幅值微弱，因此需進行前置放大。本發(fā)明的利用低噪聲、高性能的前置放大電路對血氧傳感器的輸出電信號進行放大。

人體的還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白對近紅外光吸收光譜存在差異，血氧檢測是基于血液對近紅外光的吸收量隨著脈搏的波動而變化來進行的。動脈血液對紅外光的吸收量隨著心臟的搏動產(chǎn)生變化，為交流分量，而非血液組織，如皮膚、肌肉組織、骨骼等，對光的吸收量變化十分微小，為直流分量。為獲取不同波長的光通過待檢測部位后攜帶的電信號信息，需對兩個波長的信號進行分離。本發(fā)明設(shè)置信號分離電路，用于分離血氧傳感器輸出的還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白對應(yīng)的交流分量。信號分離電路主要使用模擬/數(shù)字開關(guān)max4066作為信號通道切換器，是一個集成四路雙向開關(guān)的芯片，將獲取的交流分量進行多路傳輸，每個開關(guān)可單獨控制，也可進行雙向傳輸。

分離出的兩路電信號，一路經(jīng)第一相敏檢波電路、第一低通濾波電路處理后輸入至控制器模塊中，另一路經(jīng)第二相敏檢波電路、第二低通濾波電路處理后輸入至控制器模塊中。第一相敏檢波電路將還原血紅蛋白電信號與控制器模塊給出的參考信號進行相乘操作，主要包括有高精度平衡調(diào)制解調(diào)芯片ad630brsz及外圍電路。第二相敏檢波電路對氧合血紅蛋白電信號進行相敏檢波，其電路結(jié)構(gòu)和組成與第一相敏檢波電路相同。第一低通濾波電路用于濾除和頻信號，提取二次諧波信號幅值，理論上應(yīng)當(dāng)將第一低通濾波電路的截止頻率設(shè)置得盡可能低，但截止頻率越底，時間常數(shù)越大，電路響應(yīng)時間越長，因此，本發(fā)明第一低通濾波器主要使用具備低噪聲、高轉(zhuǎn)換速率和低失調(diào)電壓特征的ne5532，解決響應(yīng)時間長的問題。第二低通濾波電路與第一低通濾波電路的結(jié)構(gòu)和組成相同。

所述第一相敏檢波電路和第二相敏檢波電路還含有一個共同輸入端，所述共同輸入端與控制器模塊相連；所述控制器模塊通過該共同輸入端為第一相敏檢波電路和第二相敏檢波電路提供參考信號。

三軸加速度檢測模塊為三軸加速度傳感器，用作運動校正時的參考信號。mma8451q三軸加速度具有體積小、功耗低的特性，芯片內(nèi)部集成有低通和高通濾波器，可以直接對加速度信號進行濾波處理。運動偽影是在進行檢測時，被檢測者的非靜止行為給檢測帶來的噪聲。由于運動偽影的頻率范圍與血氧信號的頻率范圍存在重疊，容易影響生理信息提取的有效性，為消除運動偽影的影響，設(shè)置三軸加速度傳感器檢測被檢測者的運動狀態(tài)，輸入至控制器模塊中，由控制器模塊運用自適應(yīng)濾波器算法計算血氧飽和度時以三軸加速度的信號作為參考，以消除運動偽影的影響。

心電檢測模塊為心電傳感器，主要包括傳感電極，用于檢測心臟電信號，心臟電信號十分微弱，為微伏級。本發(fā)明的傳感電極為非接觸式干電極，非接觸式干電極不需要直接接觸皮膚即可采集心電信號，在使用過程中具有便捷、舒適等優(yōu)點，但抗干擾性有待增強。非接觸式干電極利用電極、絕緣體、皮膚之間的容性耦合的電容，檢測變化的心電信號，其感應(yīng)面為金屬銅或傳導(dǎo)織物，傳導(dǎo)織物的可伸展性使其具備與相應(yīng)的耦合區(qū)域變形耦合的能力。非接觸式干電極通常包括有兩個感測電極。

由于心電傳感器輸出的信號非常微弱，又容易受衣物、毛發(fā)的影響，因此需將其輸出的信號進行放大和噪聲處理。本發(fā)明設(shè)置心電信號調(diào)理模塊對心電傳感器的輸出信號進行調(diào)理，心電信號調(diào)理模塊包括心電一級放大電路、陷波電路、心電低通濾波電路以及心電二級放大電路。

心電信號存在的干擾通常是以共模形式出現(xiàn)，因此心電一級放大電路應(yīng)當(dāng)具備高共模抑制比的特點，使用的運算放大器應(yīng)當(dāng)具備低噪聲的特點。由于被測試者與放大器之間的共模電壓會成為差分信號干擾源，因此非接觸式干電極設(shè)置了第三個感應(yīng)端子，三個電極分別為第一電極、第二電極、第三電極。心電一級放大電路主要包括第一放大單元、第二放大單元、第三放大單元、差分放大單元和第四放大單元；心電傳感器的第一電極輸出信號經(jīng)第一放大單元輸入至差分放大單元的一路輸入端，心電傳感器的第二電極輸出信號經(jīng)第二放大單元輸入至差分放大單元的另一路輸入端，差分放大單元的輸出信號經(jīng)第四放大單元輸入至陷波電路，第一電極和第二點擊的輸出信號經(jīng)第三放大單元反饋回第三電極。

在諸多噪聲源中，主要包括工頻50hz的電壓噪聲和35hz的肌電電壓噪聲，本發(fā)明設(shè)置陷波電路對其進行處理。陷波電路為帶阻濾波器，理想情況下陷波電路只有一個頻率點，為點阻濾波器，用于消除某個特定頻率的噪聲干擾。陷波電路包括一級陷波子電路和二級陷波子電路，二者串聯(lián)；二級陷波子電路與一級陷波子電路的結(jié)構(gòu)相同。一級陷波子電路由選頻單元、放大單元和反饋單元組成；選頻單元濾除50hz的電信號后，進行放大，反饋單元的信號提取放大單元的輸出信號，反饋至選頻單元。選頻單元的輸入端與心電一級放大電路的輸出端相連，選頻單元的輸出端經(jīng)放大單元與心電低通濾波電路相連，放大單元的輸出端還經(jīng)反饋單元與選頻單元相連。上述電路連接方式的設(shè)置，有助于提高選頻特性。

心電低通濾波電路為二階有源濾波器，由2個rc濾波器組成，其頻率選擇為200hz，用于濾除干擾。

心電二級放大電路為高阻抗差分放大電路，有助于提高輸入阻抗和信噪比。心電二級放大電路用于將心電一級放大電路、陷波電路、心電低通濾波電路處理后的信號進行差分放大，直至達到達到模數(shù)轉(zhuǎn)換的正常輸入范圍。

所述無線傳輸模塊為wifi模塊和/或gprs模塊?？筛鶕?jù)外部監(jiān)控端選擇通信方式。

進一步還包括有顯示模塊；所述顯示模塊與控制器模塊相連。顯示模塊用于顯示被檢測者當(dāng)前的血氧飽和度和心電曲線。

本發(fā)明的工作過程為：

控制器模塊向血氧檢測模塊發(fā)出控制信號，啟動血氧檢測，血氧電信號輸入至血氧信號調(diào)理模塊進行前置放大、信號分離、相敏檢波以及低通濾波后輸入至控制器模塊中，同時，心電檢測模塊檢測心電信號，在進行放大、陷波處理、低通濾波以及二級放大之后輸入至控制器模塊中，三軸加速度檢測到的信號也輸入至控制器模塊中，由控制器模塊進行血氧飽和度以及心電數(shù)據(jù)運算，運算結(jié)果通過無線傳輸模塊輸出至外部監(jiān)控端，還可通過顯示模塊進行顯示。