一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及其監(jiān)護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括穿戴設(shè)備用于采集人體的表征信息以及周圍環(huán)境信息；穿戴設(shè)備信號(hào)連接于數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；警報(bào)器信號(hào)連接于數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，當(dāng)人體的表征信息出現(xiàn)異常或穿戴設(shè)備與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)發(fā)生斷連狀態(tài)，報(bào)警器報(bào)警；云端平臺(tái)信號(hào)連接于數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)信息；至少一客戶端信號(hào)連接于云端平臺(tái)，用于獲取云端平臺(tái)上的各種數(shù)據(jù)信息。本發(fā)明還公開了一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)方法。本發(fā)明能夠適用老人、小孩的穿戴，其監(jiān)護(hù)方法能夠精確的通過人體的呼吸頻率監(jiān)控穿戴者的實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)時(shí)的了解穿戴者的病情等信息，安全可靠，實(shí)用性能高，使用簡(jiǎn)單，穿戴方便。
【專利說明】
一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及其監(jiān)護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及呼吸監(jiān)護(hù)領(lǐng)域，特別是一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及其監(jiān)護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于嬰兒會(huì)因長(zhǎng)期俯臥或者早產(chǎn)等原因停止呼吸而猝死，老人如果有心臟病或中 風(fēng)等疾病，也可能會(huì)停止呼吸突然死亡。因此市面上出現(xiàn)了多種呼吸監(jiān)測(cè)設(shè)備。
[0003] 如針對(duì)普通人的健身用的可穿戴設(shè)備，但其適用的人群有限，不能適用于小孩或 老人，而且這種設(shè)備精確度不高，不能用于醫(yī)療監(jiān)護(hù)。比如手環(huán)等，只能紀(jì)錄穿戴者的活動(dòng) 數(shù)據(jù)，不能有效測(cè)量穿戴者的呼吸狀況。這樣就不能有效的區(qū)分真正的危險(xiǎn)和睡眠狀態(tài)。 [0004] 而通常醫(yī)院里使用的專業(yè)呼吸監(jiān)護(hù)儀，通過連接在病人身上的探頭，測(cè)量病人胸 腔阻抗的變化從而得到呼吸的數(shù)據(jù)。這樣的設(shè)備一般較笨重，價(jià)格昂貴，無法穿戴，缺乏活 動(dòng)性。
[0005] 另外市場(chǎng)上還有一種基于壓力傳感原理的可以感知嬰兒呼吸狀況的產(chǎn)品。但這類 產(chǎn)品把壓力傳感器安置在床墊之下，因此只能在嬰兒床上適用，不適用于老人使用。在現(xiàn)有 的嬰兒監(jiān)測(cè)器中，有音頻監(jiān)測(cè)器，視頻監(jiān)測(cè)器以及壓力監(jiān)測(cè)器。音頻監(jiān)測(cè)器和視頻監(jiān)測(cè)器可 以幫助父母監(jiān)測(cè)嬰兒是否哭鬧，但不能監(jiān)測(cè)嬰兒是否有猝死的危險(xiǎn)。這是因?yàn)檫@些監(jiān)控器 不能區(qū)分嬰兒正常睡眠和呼氣停止的狀況。壓力監(jiān)測(cè)器一般是做成嬰兒床的墊子，這樣只 能監(jiān)測(cè)嬰兒躺在床上時(shí)的狀況。另外壓力監(jiān)測(cè)器的敏感度不高，對(duì)呼吸的監(jiān)測(cè)不是特別敏 感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是:提供了一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，能夠適用于各種人群的穿 戴，通過人體的呼吸頻率精確的監(jiān)控穿戴者的實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)時(shí)的了解穿戴者的病情等信息， 包括因呼吸而導(dǎo)致的猝死等狀況、睡眠狀況、運(yùn)動(dòng)狀況等。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是:提供一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)方法。
[0008] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一個(gè)目的的的技術(shù)方案是:一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括
[0009] 至少一穿戴設(shè)備，穿戴于人體的胸部位置，用于采集人體的表征信息以及周圍環(huán) 境信息，所述表征信息包括呼吸信息；
[0010] -數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，每一所述穿戴設(shè)備信號(hào)連接于所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)分 析系統(tǒng)用于分析所述穿戴設(shè)備所采集的人體的表征信息以及周圍環(huán)境信息；
[0011] -警報(bào)器，信號(hào)連接于所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，當(dāng)人體的表征信息出現(xiàn)異?；蛩龃?戴設(shè)備與所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)發(fā)生斷連狀態(tài)，所述報(bào)警器報(bào)警；
[0012] -云端平臺(tái)，信號(hào)連接于所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的各種 數(shù)據(jù)信息；
[0013] 至少一客戶端，信號(hào)連接于所述云端平臺(tái)，用于獲取云端平臺(tái)上的各種數(shù)據(jù)信息。
[0014] 每一所述穿戴設(shè)備包括
[0015] 一傳感器單元，包括三軸加速度傳感器，所述三軸加速度傳感器用于采集人體的 呼吸彳目息；
[0016] -貼片，所述傳感器單元通過貼片貼附于人體的胸部位置；
[0017] -微控制單元，連接于所述傳感器單元，用于讀取以及傳輸所述傳感器單元所采 集的人體表征信息。
[0018] 每一所述傳感器單元還包括一聲音傳感器，所述聲音傳感器用于采集穿戴者以及 周圍環(huán)境的聲音信息。
[0019] 所述傳感器單元和所述微控制單元安裝在一圓形薄片內(nèi)，所述圓形薄片的一表面 設(shè)有至少一扣槽;所述貼片一表面設(shè)有至少一扣頭，所述扣槽與所述扣頭位置相對(duì)應(yīng)，所述 扣頭扣接于所述扣槽內(nèi)。
[0020] 所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括
[0021] 一數(shù)據(jù)接收模塊；用于接收所述穿戴設(shè)備所才采集的表征信息以及周圍環(huán)境信 息；
[0022] 一呼吸信息分析模塊，用于分析三軸加速度傳感器所采集的呼吸信息；
[0023] 所述呼吸信息分析模塊包括
[0024] 一數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊，用于對(duì)所述三軸加速度傳感器每一軸所采集的呼吸信息進(jìn)行數(shù) 據(jù)校準(zhǔn)；
[0025] 一呼吸頻率計(jì)算模塊，用于處理經(jīng)過所述數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊校準(zhǔn)后的呼吸信息；以及 獲取呼吸頻率；
[0026] -閥值對(duì)比模塊，用于預(yù)設(shè)呼吸頻率的閥值；以及用于對(duì)比獲取的呼吸頻率是否 超出所預(yù)設(shè)的閥值。
[0027] 所述呼吸信息分析模塊還包括一濾波模塊，所述濾波模塊連接于所述呼吸信息分 析模塊與所述呼吸頻率計(jì)算模塊之間。
[0028] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第二個(gè)目的的技術(shù)方案是：一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)方法， 包括以下步驟：
[0029] S01:將穿戴設(shè)備貼附于人體的胸部位置；
[0030] S02:利用穿戴設(shè)備采集以及傳輸人體的表征信息以及周圍環(huán)境信息；
[0031] S03:利用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析所述穿戴設(shè)備所采集的人體的表征信息以及周圍環(huán) 境信息；
[0032] S04:對(duì)比判斷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)所分析的表征信息以及周圍環(huán)境信息；當(dāng)人體的表征 信息出現(xiàn)異?；蛩龃┐髟O(shè)備與所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)發(fā)生斷連狀態(tài)，所述報(bào)警器報(bào)警；
[0033] S05:將數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析后的人體的表征信息存儲(chǔ)至云端平臺(tái)；
[0034] S06,利用客戶端查看以及下載云端平臺(tái)中的數(shù)據(jù)信息。
[0035] 所述步驟S02還包括以下步驟：
[0036] S021:利用傳感器單元獲取人體的表征信息以及周圍環(huán)境信息，其中，利用三軸加 速度傳感器采集人體的呼吸信息，利用聲音傳感器用于采集穿戴者以及周圍環(huán)境的聲音信 息；
[0037] S022:利用微控制單元獲取以及傳遞傳感器單元獲取人體的表征信息以及周圍環(huán) 境信息。
[0038] 所述步驟S03還包括以下步驟：
[0039] S031:利用數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊對(duì)三軸加速度傳感器每一軸所采集的呼吸信息進(jìn)行數(shù)據(jù) 校準(zhǔn)；
[0040] S032:利用濾波模塊過濾數(shù)據(jù)校準(zhǔn)后的噪音數(shù)據(jù)；
[0041] S033:利用呼吸頻率計(jì)算模塊處理經(jīng)過所述數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊校準(zhǔn)后或?yàn)V波模塊過濾 后的呼吸信息；以及獲取呼吸頻率；
[0042] S034:利用閥值對(duì)比模塊預(yù)設(shè)呼吸頻率的閥值；以及對(duì)比獲取的呼吸頻率是否超 出所預(yù)設(shè)的閥值;當(dāng)呼吸頻率超出所預(yù)設(shè)的閥值時(shí)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警指令至報(bào)警器； 當(dāng)呼吸頻率超出所預(yù)設(shè)的閥值時(shí)，則返回步驟S02。
[0043]所述步驟S034中利用所述閥值對(duì)比模塊對(duì)比呼吸頻率的閥值時(shí)，根據(jù)穿戴設(shè)備所 采集的除呼吸信息外的其他人體表征信息以及周圍環(huán)境信息，進(jìn)行比對(duì)，其他的所述人體 表征信息包括穿戴者的聲音信息、人體的體溫信息、運(yùn)動(dòng)信息;周圍環(huán)境信息包括空氣溫度 信息、濕度信息、聲音信息。
[0044]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明的一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)能夠適用老人、小孩的穿 戴，其監(jiān)護(hù)方法能夠精確的通過人體的呼吸頻率監(jiān)控穿戴者的實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)時(shí)的了解穿戴 者的病情等信息;大數(shù)據(jù)的方式分析穿戴者的移動(dòng)和呼吸數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，預(yù)測(cè)穿戴者 可能發(fā)生的危險(xiǎn)，從而達(dá)到提前報(bào)警的作用；也可以對(duì)健康狀況進(jìn)行分析，比如對(duì)睡眠時(shí) 間、活動(dòng)時(shí)間等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;安全可靠，實(shí)用性能高，使用簡(jiǎn)單，穿戴方便。
【附圖說明】
[0045]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0046] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的穿戴設(shè)備側(cè)視圖。
[0048] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的穿戴設(shè)備俯視圖。
[0049] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的穿戴設(shè)備內(nèi)部單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的模塊示意圖。
[0051] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例1的呼吸信息分析模塊的模塊示意圖。
[0052]圖7為本發(fā)明實(shí)施例2的可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控步驟流程圖。
[0053]圖8為本發(fā)明實(shí)施例1的Bessel帶通濾波器的頻率響應(yīng)分析圖。
[0054]圖9為本發(fā)明實(shí)施例1的Z軸原始加速度數(shù)據(jù)分析圖。
[0055] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例1的濾波后的Z軸加速度數(shù)據(jù)分析圖。
[0056] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例1的原始數(shù)據(jù)FFT變換后Z軸頻域絕對(duì)值數(shù)據(jù)分析圖。
[0057] 其中。
[0058] 1穿戴設(shè)備； 2數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)； 3云端平臺(tái)；
[0059] 4客戶端； 11圓形薄片； 12貼片；
[0060] 13傳感器單元； 14微控制單元； 111扣槽；
[00611 121扣頭； 131三軸加速度傳感器；132聲音傳感器；
[0062] 21數(shù)據(jù)接收模塊；22呼吸信息分析模塊；23溫度分析模塊；
[0063] 24體溫分析模塊；25空氣濕度分析模塊；26聲音分析模塊；
[0064] 221數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊；222濾波模塊； 223呼吸頻率計(jì)算模塊；
[0065] 224閥值對(duì)比模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0066] 實(shí)施例1:如圖1所示，一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括至少一穿戴設(shè)備1、一數(shù)據(jù) 分析系統(tǒng)2、一警報(bào)器、一云端平臺(tái)3以及至少一客戶端4。警報(bào)器信號(hào)連接于數(shù)據(jù)分析系統(tǒng) 2,當(dāng)人體的表征信息出現(xiàn)異?；蛩龃┐髟O(shè)備1與所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2發(fā)生斷連狀態(tài)，報(bào)警 器報(bào)警。云端平臺(tái)3信號(hào)連接于數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2的各種數(shù)據(jù)信息。至 少一客戶端4信號(hào)連接于云端平臺(tái)3,用于獲取云端平臺(tái)3上的各種數(shù)據(jù)信息。
[0067] 其中，穿戴設(shè)備1穿戴于人體的胸部位置，可直接貼附于皮膚表面，也可以選擇貼 附在衣服的表面。穿戴設(shè)備1用于采集人體的表征信息以及周圍環(huán)境信息，表征信息包括呼 吸信息、穿戴者的聲音信息、人體的體溫信息、運(yùn)動(dòng)信息等等；周圍環(huán)境信息包括空氣溫度 信息、濕度信息、聲音信息等等。
[0068] 具體的，如圖2、圖3、圖4所示，每一穿戴設(shè)備1包括一傳感器單元13、一微控制單元 14以及一貼片12。
[0069]傳感器單元13貼附于人體的胸部位置。傳感器單元13包括三軸加速度傳感器131、 聲音傳感器132、溫度傳感器濕度傳感器等等。其中，三軸加速度傳感器131基于MEMS且具有 高精度（14bit以上）、如Kionix的KXTJ9等，用于采集人體的呼吸信息；聲音傳感器132基于 MEMS且具有低功耗，用于采集穿戴者以及周圍環(huán)境的聲音信息。微控制單元14連接于傳感 器單元13，微控制單元14的核心芯片支持BLE傳輸和12C總線及A/D接口傳輸?shù)男酒ū确秸f 德州儀器的CC2541);微控制單元14用于讀取以及傳輸傳感器單元13所采集的人體表征信 息。微控制單元14定期通過I2C總線接口讀取加速度傳感器的三軸加速度數(shù)據(jù)，如果聲音采 樣功能開啟，微控制單元14也通過A/D接口讀取聲音傳感器132的數(shù)據(jù);微控制單元14再將 這些數(shù)據(jù)通過BLE傳送給移動(dòng)設(shè)備，BLE為低功耗藍(lán)牙設(shè)備。也就是說，數(shù)據(jù)接收模塊可以為 低功耗藍(lán)牙設(shè)備的一個(gè)傳輸端。
[0070] 傳感器單元13和微控制單元14安裝在一圓形薄片11內(nèi)，圓形薄片11的一表面設(shè)有 3個(gè)扣槽111 ;3個(gè)扣槽111成品字形均勻分布在圓形薄片11的表面。貼片12-表面設(shè)有3個(gè)扣 頭121，扣槽111與扣頭121位置相對(duì)應(yīng)，扣頭121扣接于扣槽111內(nèi)。貼片12上涂有醫(yī)用可重 用硅膠，粘貼到穿戴者的胸部。這樣的設(shè)計(jì)保證傳感器單元13可以貼身穿戴，這樣呼吸產(chǎn)生 的身體震動(dòng)才可以被無缺失地監(jiān)測(cè)到，從而精確地監(jiān)測(cè)呼吸狀況。通過扣接的連接方式，能 夠?qū)崟r(shí)的更換傳感器、更換圓形薄片11，方便清洗消毒，可以多次利用。而且這樣的設(shè)計(jì)幾 乎沒有什么重量，穿戴者穿戴方便，不妨礙穿戴者的正?；顒?dòng)。這對(duì)于嬰兒的呼吸監(jiān)護(hù)非常 重要，因?yàn)閶雰旱暮粑饎?dòng)往往較弱。另外當(dāng)穿戴者衣物較多時(shí)，也只有貼身穿戴才可以保 證呼吸數(shù)據(jù)的精確采集。同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)也方便穿戴，不會(huì)給穿戴者帶來任何不適。這樣的 設(shè)計(jì)既適用于嬰兒，也適用于老人。貼片12材料可以采用是醫(yī)用物理治療無紡布電極貼片 12材料。貼片12上醫(yī)用硅膠可以把貼片12粘連在皮膚上。貼片12的上面有三個(gè)扣頭121可以 把貼片12和傳感器模塊扣合。這樣的設(shè)計(jì)保證貼身穿戴，同時(shí)也可以在貼片12粘貼失效時(shí) 更換新的貼片12。
[0071] 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2用于分析所述穿戴設(shè)備1所采集的人體的表征信息以及周圍環(huán)境 信息;每一穿戴設(shè)備1信號(hào)連接于數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2可以是移動(dòng)平板電腦、移 動(dòng)手機(jī)、臺(tái)式電腦等。
[0072] 如圖5所示，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2包括一數(shù)據(jù)接收模塊21、一呼吸信息分析模塊22、一溫 度分析模塊23、一體溫分析模塊24、一空氣濕度分析模塊25以及一聲音分析模塊26等。
[0073] 數(shù)據(jù)接收模塊21用于接收穿戴設(shè)備1所才采集的表征信息以及周圍環(huán)境信息。呼 吸信息分析模塊22,用于分析三軸加速度傳感器131所采集的呼吸信息;溫度分析模塊23、 空氣濕度分析模塊25用于分析空氣中的溫度和濕度;體溫分析模塊24用于分析人體溫度； 聲音分析模塊26用于分析穿戴者所發(fā)出的聲音信息以及周圍環(huán)境中的聲音信息等等。 [00 74]如圖6所不，呼吸信息分析模塊22包括一數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊221、一濾波模塊222、一呼 吸頻率計(jì)算模塊223以及一閥值對(duì)比模塊224。
[0075]其中，數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊221用于對(duì)三軸加速度傳感器131每一軸所采集的呼吸信息進(jìn) 行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)。呼吸頻率計(jì)算模塊223,用于處理經(jīng)過所述數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊221校準(zhǔn)后的呼吸信 息；以及獲取呼吸頻率；閥值對(duì)比模塊224,用于預(yù)設(shè)呼吸頻率的閥值；以及用于對(duì)比獲取的 呼吸頻率是否超出所預(yù)設(shè)的閥值。濾波模塊222為帶通濾波器，濾波模塊222連接于所述呼 吸信息分析模塊22與所述呼吸頻率計(jì)算模塊223之間。
[0076]具體的：移動(dòng)設(shè)備收到的三軸加速度傳感器131數(shù)據(jù)經(jīng)過四個(gè)步驟計(jì)算出呼吸頻 率和報(bào)警信號(hào)。首先移動(dòng)設(shè)備通過BLE通訊協(xié)議得到穿戴設(shè)備1上的加速度傳感器數(shù)據(jù)。每 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都有3個(gè)數(shù)據(jù)。這三個(gè)數(shù)據(jù)第一步通過數(shù)據(jù)校準(zhǔn)算法來得到校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)。校準(zhǔn)的 作用是將傳感器的raw數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成后期計(jì)算所需要的數(shù)據(jù)，其具體算法根據(jù)采用的傳感器 而定。經(jīng)過校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)可以遞交給帶通濾波器。這里需要過濾掉直流和高頻的數(shù)據(jù)，從而 得到和呼吸節(jié)奏相應(yīng)的數(shù)據(jù)。一般可以將帶通濾波的截止頻率設(shè)置在(0.3HZ，2HZ)區(qū)間。帶 通濾波器可以采用Bessel算法。經(jīng)過濾波后的數(shù)據(jù)將遞交給傅立葉變換(FFT)環(huán)節(jié)。FFT將 時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號(hào)，可以有效的提取呼吸的頻率。經(jīng)過FFT后系統(tǒng)將提取最大的頻域 幅度值的對(duì)應(yīng)頻率作為呼吸頻率。在計(jì)算呼吸頻率的同時(shí)，閾值檢查環(huán)節(jié)將所有頻域數(shù)字 絕對(duì)值進(jìn)行積分，得到的數(shù)值和預(yù)先設(shè)置的閾值進(jìn)行比較。如果低于閾值，就表示沒有監(jiān)測(cè) 到足夠的呼吸運(yùn)動(dòng)，可以報(bào)警。
[0077]下面給出各個(gè)模塊的一種具體實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)步驟。
[0078] KXTJ9加速度傳感器每一維度可以設(shè)置成輸出12比特?cái)?shù)據(jù)(XQUT，Yout，ZQUT)，代表(-2G，+2G)的加速度數(shù)值。每一維的12比特?cái)?shù)據(jù)由兩個(gè)8比特寄存器表示，分別是X QUT_dP Xout_h，Yqut_l和Yqut_h，Zqut_l和Zqut_h。低位寄存器(Xqut_l)的高4位代表12比特的低4位數(shù)據(jù);高 位寄存器(X QUT_H)的8位代表12比特的高8位數(shù)據(jù)。如表1所示:表1為KXTJ9加速度傳感器的寄 存器結(jié)構(gòu)。

[0083] 每軸的加速度值具體的計(jì)算公式如下。
[0084] Xacc = ( Xout_h < < 4+Xout_l >>4)/4096*4G
[0085] Yacc = ( Yqut-h < < 4+Yqut-l >>4)/4096*4G
[0086] Zacc= (Zout-h< <4+Zout-l> >4)/4096*4G
[0087] 其中，Xacc、Yacc、Zacc為各個(gè)軸的加速度值;Xqut_l和Xqut_h、Yqut_l和 Yqut_h、Zqut_l和Zqut_h 分別表示每一軸的由兩個(gè)8比特寄存器表示的12比特?cái)?shù)據(jù);G為地球引力值。
[0088] 如圖8所示，為Bessel帶通濾波器的頻率響應(yīng)。Bessel帶通濾波器可以采用如下二 階算法。
[0089] Y[n]=l/39.407(x[n]-2x[n-2]+x[n-4])-0.605y[n-4]+2.677y[n-3]-4.53y[n-2]+3.457y[n-l]
[0090] 經(jīng)過數(shù)字濾波后的數(shù)據(jù)將提交快速傅立葉變換(FFT)以計(jì)算呼吸頻率。為了恰當(dāng) 評(píng)估呼吸頻率，我們需要分析20秒鐘左右的采樣數(shù)據(jù)。如果采樣頻率是10HZ，對(duì)于每一維數(shù) 據(jù)我們需要分析200個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在全部三軸數(shù)據(jù)的FFT生成的頻域數(shù)據(jù)中，我們找到最大的 絕對(duì)值對(duì)應(yīng)的頻率就是呼吸的頻率。
[0091]舉例來說，圖9顯示了 Z軸加速度的200個(gè)原始數(shù)據(jù)。圖10顯示了經(jīng)過帶通濾波的Z 軸加速度數(shù)據(jù)。圖7顯示了 FFT變換后的Z軸頻域絕對(duì)值數(shù)據(jù)。其中在第8個(gè)頻域數(shù)據(jù)點(diǎn)上達(dá) 到了最大，相應(yīng)的呼吸頻率是(8/200) *采樣頻率(10HZ) = 0.4HZ，也就是24次/分鐘。
[0092]此外，呼吸信息分析模塊22也可以省略濾波環(huán)節(jié)，在原始加速度數(shù)據(jù)上直接進(jìn)行 FFT計(jì)算呼吸頻率和閾值報(bào)警。圖11顯示了在原始數(shù)據(jù)上直接FFT的結(jié)果?？梢钥吹紽FT頻域 仍然在第8個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)上達(dá)到最大。所以也可以監(jiān)測(cè)出呼吸頻率。當(dāng)然省略濾波環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的 抗干擾性較差。
[0093]為了監(jiān)測(cè)是否有呼吸停止的狀況，閾值報(bào)警步驟將所有已經(jīng)計(jì)算得到三軸FFT頻 域響應(yīng)的絕對(duì)值累積起來，如果這個(gè)總絕對(duì)值小于預(yù)先給定的閾值，就證明有呼吸停止的 情況發(fā)生，系統(tǒng)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
[0094] 以上的FFT和閾值報(bào)警計(jì)算可以每5秒鐘進(jìn)行一次。這個(gè)時(shí)間間隔可以由系統(tǒng)根據(jù) 移動(dòng)設(shè)備的硬件計(jì)算能力來調(diào)節(jié)。也可以采用滑動(dòng)數(shù)字傅立葉變換(SDFT)的算法來減少每 次FFT運(yùn)算的運(yùn)算時(shí)間。
[0095] 另外為了節(jié)省BLE通訊的能耗，通常穿戴設(shè)備1累積多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)再一次性發(fā)送給數(shù) 據(jù)分析系統(tǒng)2,數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2必須有相應(yīng)的緩沖來接收這些數(shù)據(jù)。這里就不再詳述。
[0096] 除了呼吸監(jiān)測(cè)外，系統(tǒng)從加速度傳感器的數(shù)據(jù)中也可以分析出穿戴者是否在睡眠 狀態(tài)，以及睡眠的身體朝向，如果嬰兒長(zhǎng)期處于俯臥狀態(tài)，系統(tǒng)可以報(bào)警。如果穿戴者摔跤 了，也可以從加速度數(shù)據(jù)中計(jì)算出來。這些計(jì)算比較簡(jiǎn)單直接，這里就不再詳述。
[0097] 實(shí)施例2，如圖7所示，一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)方法，其特征在于，包括 以下步驟：
[0098] S01:將穿戴設(shè)備1貼附于人體的胸部位置；
[0099] S02:利用穿戴設(shè)備1采集以及傳輸人體的表征信息以及周圍環(huán)境信息；
[0100] S03:利用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2分析所述穿戴設(shè)備1所采集的人體的表征信息以及周圍 環(huán)境信息；
[0101] S04:對(duì)比判斷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2所分析的表征信息以及周圍環(huán)境信息；當(dāng)人體的表 征信息出現(xiàn)異常或所述穿戴設(shè)備1與所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2發(fā)生斷連狀態(tài)，報(bào)警器報(bào)警；
[0102] S05:將數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2分析后的人體的表征信息存儲(chǔ)至云端平臺(tái)3;
[0103] S06,利用客戶端4查看以及下載云端平臺(tái)3中的數(shù)據(jù)信息。
[0104] 所述步驟S02還包括以下步驟。
[0105] S021:利用傳感器單元13獲取人體的表征信息以及周圍環(huán)境信息，其中，利用三軸 加速度傳感器131采集人體的呼吸信息，利用聲音傳感器132用于采集穿戴者以及周圍環(huán)境 的聲音信息。
[0106] S022。利用微控制單元14獲取以及傳遞傳感器單元13獲取人體的表征信息以及周 圍環(huán)境信息。
[0107] 所述步驟S03還包括以下步驟。
[0108] S031:利用數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊221對(duì)三軸加速度傳感器131每一軸所采集的呼吸信息進(jìn) 行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)。所述步驟S031中包括三軸加速度傳感器131每一軸的加速度值的計(jì)算公式。
[0109] Xacc = (X0UT_H<<4+X0UT_L>>4)/4096*4G
[0110] Yacc = (Y0UT_H< <4+Y0UT_L> >4)/4096*4G
[0111] Zacc = (Z0UT_H< <4+Z0UT_L> >4)/4096*4G
[0112] 其中，Xacc、Yacc、Zacc 為各個(gè)軸的加速度值；XOUIU^PXOUTJKYOUTJJPYOUTJI、 ZOUTJ^PZOUTJl分別表示每一軸的由兩個(gè)8比特寄存器表示的12比特?cái)?shù)據(jù);G為地球引力 值。
[0113] S032:利用濾波模塊222過濾數(shù)據(jù)校準(zhǔn)后的噪音數(shù)據(jù)。
[0114] S033:利用呼吸頻率計(jì)算模塊223處理經(jīng)過所述數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊221校準(zhǔn)后或?yàn)V波模 塊222過濾后的呼吸信息；以及獲取呼吸頻率。
[0115] S034:利用閥值對(duì)比模塊224預(yù)設(shè)呼吸頻率的閥值；以及對(duì)比獲取的呼吸頻率是否 超出所預(yù)設(shè)的閥值;當(dāng)呼吸頻率超出所預(yù)設(shè)的閥值時(shí)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)2發(fā)出報(bào)警指令至報(bào)警 器；當(dāng)呼吸頻率超出所預(yù)設(shè)的閥值時(shí)，則返回步驟S02。所述步驟S034中利用所述閥值對(duì)比 模塊對(duì)比呼吸頻率的閥值時(shí)，根據(jù)穿戴設(shè)備所采集的除呼吸信息外其他的人體表征信息以 及周圍環(huán)境信息，進(jìn)行比對(duì)，其他的所述人體表征信息包括穿戴者的聲音信息、人體的體溫 信息、運(yùn)動(dòng)信息等等;周圍環(huán)境信息包括空氣溫度信息、濕度信息、聲音信息等等。判斷人體 是否處于正常情況或狀態(tài)，如沒有進(jìn)行過劇烈運(yùn)動(dòng)等等，因此，結(jié)合人體所處的環(huán)境以及人 體所處的狀態(tài)進(jìn)行呼吸頻率比對(duì)，才能給得出更精確的呼吸頻率判斷的信息。當(dāng)判斷人體 處于異常狀態(tài)：如劇烈運(yùn)動(dòng)或者處于非正常環(huán)境:如高溫環(huán)境、低壓環(huán)境時(shí)，則數(shù)據(jù)分析系 統(tǒng)2發(fā)出提醒信息。
[0116] 本系統(tǒng)能夠達(dá)到提前報(bào)警的作用，也可以對(duì)健康狀況進(jìn)行分析，比如對(duì)睡眠時(shí)間、 活動(dòng)時(shí)間等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;比如說嬰兒是否翻轉(zhuǎn)壓到肚子了、或者是否摔跤了、系統(tǒng)也可以 紀(jì)錄嬰兒老人的睡眠時(shí)間。
[0117] 應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于經(jīng)充分說明的本發(fā)明來說，還可具有多種變換及改型的實(shí)施方案， 并不局限于上述實(shí)施方式的具體實(shí)施例。上述實(shí)施例僅僅作為本發(fā)明的說明，而不是對(duì)本 發(fā)明的限制?？傊景l(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括那些對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見 的變換或替代以及改型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括 至少一穿戴設(shè)備，穿戴于人體的胸部位置，用于采集人體的表征信息以及周圍環(huán)境信 息，所述表征信息包括呼吸信息； 一數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，每一所述穿戴設(shè)備信號(hào)連接于所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)分析系 統(tǒng)用于分析所述穿戴設(shè)備所采集的人體的表征信息以及周圍環(huán)境信息； 一警報(bào)器，信號(hào)連接于所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，當(dāng)人體的表征信息出現(xiàn)異常或所述穿戴設(shè) 備與所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)發(fā)生斷連狀態(tài)，所述報(bào)警器報(bào)警； 一云端平臺(tái)，信號(hào)連接于所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù) 信息； 至少一客戶端，信號(hào)連接于所述云端平臺(tái)，用于獲取云端平臺(tái)上的各種數(shù)據(jù)信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，每一所述穿戴設(shè)備包括 一傳感器單元，包括三軸加速度傳感器，所述三軸加速度傳感器用于采集人體的呼吸 信息； 一貼片，所述傳感器單元通過貼片貼附于人體的胸部位置； 一微控制單元，連接于所述傳感器單元，用于讀取以及傳輸所述傳感器單元所采集的 人體表征信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，每一所述傳感器單元還 包括一聲音傳感器，所述聲音傳感器用于采集穿戴者以及周圍環(huán)境的聲音信息。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器單元和 所述微控制單元安裝在一圓形薄片內(nèi)，所述圓形薄片的一表面設(shè)有至少一扣槽;所述貼片 一表面設(shè)有至少一扣頭，所述扣槽與所述扣頭位置相對(duì)應(yīng)，所述扣頭扣接于所述扣槽內(nèi)。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括 一數(shù)據(jù)接收模塊;用于接收所述穿戴設(shè)備所才采集的表征信息以及周圍環(huán)境信息； 一呼吸信息分析模塊，用于分析三軸加速度傳感器所采集的呼吸信息； 所述呼吸信息分析模塊包括 一數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊，用于對(duì)所述三軸加速度傳感器每一軸所采集的呼吸信息進(jìn)行數(shù)據(jù)校 準(zhǔn)； 一呼吸頻率計(jì)算模塊，用于處理經(jīng)過所述數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊校準(zhǔn)后的呼吸信息；以及獲取 呼吸頻率； 一閥值對(duì)比模塊，用于預(yù)設(shè)呼吸頻率的閥值；以及用于對(duì)比獲取的呼吸頻率是否超出 所預(yù)設(shè)的閥值。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述呼吸信息分析模塊 還包括一濾波模塊，所述濾波模塊連接于所述呼吸信息分析模塊與所述呼吸頻率計(jì)算模塊 之間。7. -種可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)方法，其特征在于，包括以下步驟： SOI:將穿戴設(shè)備貼附于人體的胸部位置； S02:利用穿戴設(shè)備采集以及傳輸人體的表征信息以及周圍環(huán)境信息； S03:利用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析所述穿戴設(shè)備所采集的人體的表征信息以及周圍環(huán)境信 息； S04:對(duì)比判斷數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)所分析的表征信息以及周圍環(huán)境信息；當(dāng)人體的表征信息 出現(xiàn)異?；蛩龃┐髟O(shè)備與所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)發(fā)生斷連狀態(tài)，所述報(bào)警器報(bào)警； S05:將數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析后的人體的表征信息存儲(chǔ)至云端平臺(tái)； S06，利用客戶端查看以及下載云端平臺(tái)中的數(shù)據(jù)信息。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)方法，其特征在于，所述步驟 S02還包括以下步驟： S021:利用傳感器單元獲取人體的表征信息以及周圍環(huán)境信息，其中，利用三軸加速度 傳感器采集人體的呼吸信息，利用聲音傳感器用于采集穿戴者以及周圍環(huán)境的聲音信息； S022:利用微控制單元獲取以及傳遞傳感器單元獲取的人體的表征信息以及周圍環(huán)境 信息。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)方法，其特征在于，所述步驟 S03還包括以下步驟： S031:利用數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊對(duì)三軸加速度傳感器每一軸所采集的呼吸信息進(jìn)行數(shù)據(jù)校 準(zhǔn)； S032:利用濾波模塊過濾數(shù)據(jù)校準(zhǔn)后的噪音數(shù)據(jù)； S033:利用呼吸頻率計(jì)算模塊處理經(jīng)過所述數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊校準(zhǔn)后或?yàn)V波模塊過濾后的 呼吸信息；以及獲取呼吸頻率； S034:利用閥值對(duì)比模塊預(yù)設(shè)呼吸頻率的閥值；以及對(duì)比獲取的呼吸頻率是否超出所 預(yù)設(shè)的閥值;當(dāng)呼吸頻率超出所預(yù)設(shè)的閥值時(shí)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警指令至報(bào)警器;當(dāng)呼 吸頻率超出所預(yù)設(shè)的閥值時(shí)，則返回步驟S02。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的可穿戴式呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)方法，其特征在于，所述步驟 S034中利用所述閥值對(duì)比模塊對(duì)比呼吸頻率的閥值時(shí)，根據(jù)穿戴設(shè)備所采集的除呼吸信息 外的其他人體表征信息以及周圍環(huán)境信息，進(jìn)行比對(duì)，其他的所述人體表征信息包括穿戴 者的聲音信息、人體的體溫信息、運(yùn)動(dòng)信息；周圍環(huán)境信息包括空氣溫度信息、濕度信息、聲 音信息。
【文檔編號(hào)】A61B5/11GK105852864SQ201610410590
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】任昊星
【申請(qǐng)人】任昊星