一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，由PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊組成。其中PPG傳感器用于采集人體脈搏波信號；PPG傳感器信號調(diào)理電路用于對PPG傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理；LED光源控制電路用于控制PPG傳感器中LED光源；SoC芯片用于輸出控制信號至LED光源控制電路，并用于對人體脈搏波信號進(jìn)行處理計算得到心率變異性監(jiān)測結(jié)果或僅用于將人體脈搏波信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述無線通信模塊將SoC得到的心率變異性監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到智能終端，或?qū)oC得到的人體脈搏波數(shù)字信號發(fā)送到智能終端由智能終端進(jìn)行心率變異性分析。本發(fā)明具有功耗低、體積小、成本低、量產(chǎn)良率高等優(yōu)點。
【專利說明】
一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于穿戴式設(shè)備，特別涉及一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]人體心臟由于交感和副交感神經(jīng)的交互作用，連續(xù)心搏間瞬時心率會產(chǎn)生微小漲落，這種現(xiàn)象稱之為心率變異性HRV。研究表明，HRV的變化與心血管疾病之間有著緊密的聯(lián)系，可以用于心血管疾病的早期預(yù)警或者輔助心血管疾病患者康復(fù)治療。同時HRV分析還可用于精神、疲勞狀態(tài)、睡眠質(zhì)量等的檢測或用于生物識別等領(lǐng)域。
[0003]目前主要通過ECG方法獲得心電圖再分析計算得到心率變異性結(jié)果，相關(guān)的測量裝置或者系統(tǒng)已有報道，例如發(fā)明專利0附041615098、0附00515327、0附00342820(:、及〇Ν1263419(λΕ06的測量方法較為準(zhǔn)確，但檢測ECG的穿戴式設(shè)備在用戶使用上仍存在諸多不便。另一種方法是采用PPG(PhotoPlethy smoGraphy)傳感器來檢測人體脈搏波信號，再通過計算分析脈搏波信號得到心率變異性，具有使用方便、可實時監(jiān)測的特點:如石磊等人[1]利用一個紅光LED、一個近紅外光LED以及光接收單元設(shè)計了一個PPG傳感器，并通過STM8L101F3P6單片機(jī)將脈搏波數(shù)據(jù)傳回PC計算機(jī)用于心率變異性分析;石波等人[2]利用NJL5303R PPG傳感器(由一個綠光LED和一個光電二級管組成)、Arduino開發(fā)板以及PC計算機(jī)設(shè)計了一套基于脈搏波的脈率變異性分析系統(tǒng)。此外，馬俊領(lǐng)等人[3]利用紅光LED與光敏三極管構(gòu)成的PPG傳感器測量人體心率和呼吸頻率，金凡等人[4]運用相同設(shè)計的PPG傳感器結(jié)合MSP430單片機(jī)和安卓手機(jī)設(shè)計了一種便攜式脈搏波監(jiān)測系統(tǒng)，但均未進(jìn)行心率變異性監(jiān)測。綜上可見，已有的基于PPG傳感器的心率變異性分析系統(tǒng)還存在體積較大、PPG傳感器中LED光源設(shè)計難以適用于各種環(huán)境等問題，同時在性能上仍有不少提升空間，如降低功耗、節(jié)省成本、提高量產(chǎn)良率等。
[0004]參考文獻(xiàn):
[0005][ I ]石磊，孫朋，龐宇，羅志勇，王偉，王延項.基于光電容積脈搏波描記法的心率變異性分析系統(tǒng)前端裝置設(shè)計[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2016,01:14-17。
[0006][2]石波，陳法圣，陳建方，曹陽.脈率變異性分析在穿戴式智能設(shè)備中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)療器械雜志，2015(2):95-97。
[0007][3]馬俊領(lǐng)，王成，李章俊，趙宏垚.基于PPG的心率和呼吸頻率的測量研究[J].光學(xué)技術(shù)，2011,37(3): 309-312。
[0008][4]金凡，王成，白麗紅，文苗，李章俊.基于Android平臺的脈搏波監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].計算機(jī)測量與控制,2014,22(4): 994-996 ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提出了一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，片上系統(tǒng)SoC將微處理器、存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、運算放大器等元件集成在一個芯片上，與采用分立元件組成的心率變異性監(jiān)測設(shè)備相比具有功耗更低、體積更小、集成度更高、成本更低、量產(chǎn)良率更高等優(yōu)勢，并且基于SoC的穿戴式監(jiān)測設(shè)備的離散性更小，獲取的數(shù)據(jù)重復(fù)性更高。
[0010]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0011 ] 一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，所述穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備包括PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊，其中:
[0012]所述PPG傳感器，由多個綠光LED光源和光電二極管組成，或由綠光LED與紅光LED的組合光源和光電二極管組成，用于采集人體脈搏波信號；
[0013]所述PPG傳感器信號調(diào)理電路，用于對PPG傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理；
[0014]所述LED光源控制電路，用于接收所述SoC芯片輸出的控制信號來控制PPG傳感器中LED光源的亮度或發(fā)光頻率或亮度與發(fā)光頻率；
[0015]所述SoC芯片的內(nèi)部含有D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器，所述D/A轉(zhuǎn)換器用于輸出控制信號至LED光源控制電路，所述A/D轉(zhuǎn)換器用于將經(jīng)PPG傳感器信號調(diào)理電路處理的人體脈搏波模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述微處理器為ARM或MCU，用于求出脈搏波數(shù)字信號相鄰P波峰值之間的時間間隔PPT序列并對其進(jìn)行時域與頻域分析得到心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果，或者用于把脈搏波數(shù)字信號發(fā)送給無線通信模塊；
[0016]所述無線通信模塊將上述SoC芯片獲得的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果或脈搏波數(shù)字信號通過無線方式進(jìn)行發(fā)送。發(fā)送的無線信號可以被安裝有應(yīng)用程序APP的智能終端或云服務(wù)器接收，智能終端或云服務(wù)器對用戶的健康狀況等做出評估或其他處理。
[0017]具體的本發(fā)明PPG傳感器信號調(diào)理電路具有以下兩種實現(xiàn)形式:
[0018]實現(xiàn)形式一、所述PPG傳感器信號調(diào)理電路包括接地電阻、緩沖放大器、高通濾波電路、低通濾波電路、增益放大電路，其中所述接地電阻用于將PPG傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，緩沖放大器由運算放大器組成，用于阻抗匹配以及提高負(fù)載驅(qū)動能力;所述高通濾波電路用于濾除脈搏波信號中的基線噪聲，由運算放大器、電阻及電容組成或單純由電阻、電容構(gòu)成;所述低通濾波電路用于濾除脈搏波信號中的高頻噪聲，由運算放大器、電阻及電容組成或單純由電阻、電容構(gòu)成;所述增益放大電路用于放大脈搏波信號，由運算放大器和電阻組成。。
[0019]實現(xiàn)形式二、所述PPG傳感器信號調(diào)理電路包括動I/V轉(zhuǎn)換電路、放大電路。其中所述Ι/v轉(zhuǎn)換電路由電阻、電容與運算放大器組成，用于將PPG傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，所述放大電路由電阻與運算放大器組成，用于將上述電壓信號放大。
[0020]本發(fā)明上述實現(xiàn)方式一或二中SoC芯片還包括運算放大器，所述PPG傳感器信號調(diào)理電路中的運算放大器為所述SoC芯片中的運算放大器。
[0021 ]進(jìn)一步地，所述SoC芯片和無線通信模塊還可由內(nèi)部自帶無線通信單元的SoC芯片代替。
[0022]進(jìn)一步的，上述實現(xiàn)形式中提到的PPG傳感器、SoC芯片、PPG傳感器信號調(diào)理電路、無線通信模塊均封裝在人體可穿戴物品中。用戶可將本發(fā)明佩戴在手腕部、手指端部、耳朵下部等。
[0023]進(jìn)一步的，本發(fā)明可封裝為手環(huán)、指環(huán)、耳夾等形式，其中部分實現(xiàn)形式，例如手環(huán)等，還包括顯示模塊，用于顯示上述由SoC芯片得到的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果。
[0024]進(jìn)一步的，所述穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備還包括安裝有應(yīng)用程序APP的智能終端，用于接收無線通信模塊發(fā)送過來的脈搏波數(shù)字信號，且對其進(jìn)行分析計算得到心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果，此情況下所述SoC只負(fù)責(zé)把脈搏波數(shù)字信號發(fā)送給無線通信模塊。
[0025]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述SoC芯片中的微處理器或者智能終端應(yīng)用程序APP對上述PPT序列進(jìn)行分析計算得到的心率變異性指標(biāo)包括:
[0026](I)、時域分析指標(biāo):相鄰P波峰值間隔PPT、相鄰P波峰值間隔標(biāo)準(zhǔn)差SDNN、相鄰P波峰值間隔均方差rMSSD、相鄰P波峰值間隔之差大于50ms的個數(shù)NN50以及NN50占相鄰P波峰值間隔總數(shù)的百分?jǐn)?shù)PNN50;
[0027](2)、頻域分析指標(biāo):頻率在0.03-0.04Hz的極低頻功率VLF、頻率在0.04-0.15Hz的低頻功率LF、頻率在0.15-0.40Hz的高頻功率HF以及低頻功率與高頻功率的比值LF/HF。
[0028]進(jìn)一步的，本發(fā)明可用于心血管疾病早期預(yù)警或者輔助心血管疾病患者康復(fù)治療:
[0029]I)針對上述的HRV分析指標(biāo)，判斷心血管疾病發(fā)生的可能性，并給出預(yù)警；
[0030]2)本發(fā)明可作為輔助心血管疾病患者康復(fù)治療的設(shè)備，通過分析各個時間段的HRV指標(biāo)，實時監(jiān)測心血管疾病患者情況，有助于康復(fù)治療，同時在病情有進(jìn)一步惡化的潛在可能時提前預(yù)警。
[0031]本發(fā)明提出的一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，提供了一種方便、隨時隨地、連續(xù)長時間監(jiān)測心率變異性的解決方案。可以用于心血管疾病早期預(yù)警或者輔助心血管疾病患者康復(fù)治療，與臨床上根據(jù)心電圖等專用儀器檢測的方案相比，具有功耗低、體積小、成本低、量產(chǎn)良率高等特點。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備的組成示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備實施例1的組成示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備實施例2的組成示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備實施例3的組成示意圖；
[0036]圖5-a、5_b為本發(fā)明一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備實施例4的組成示意圖；
[0037]圖6-a、6_b為本發(fā)明一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備實施例5的組成示意圖；
[0038]圖7為本發(fā)明中LED光源控制電路的一種實施例。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明，以下實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。
[0040]如圖1所示，一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，包括PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊，其中:
[0041 ] PPG傳感器，由多個綠光LED光源和光電二極管組成，或由綠光LED與紅光LED的組合光源和光電二極管組成，用于采集人體脈搏波信號；
[0042]PPG傳感器信號調(diào)理電路，用于對PPG傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理；
[0043]LED光源控制電路，用于接收所述SoC芯片輸出的控制信號來控制PPG傳感器中LED光源的亮度或發(fā)光頻率或亮度與發(fā)光頻率；
[0044]SoC芯片的內(nèi)部包括含有D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、運算放大器和微處理器，所述D/A轉(zhuǎn)換器用于輸出控制信號至LED光源控制電路，所述A/D轉(zhuǎn)換器用于將經(jīng)PPG傳感器信號調(diào)理電路處理輸出的脈搏波模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述微處理器為ARM或MCU，用于求出脈搏波數(shù)字信號相鄰P波峰值之間的時間間隔PPT序列并對其進(jìn)行時域與頻域分析得到心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果，或者用于把脈搏波數(shù)字信號發(fā)送給無線通信模塊；
[0045]無線通信模塊將上述SoC芯片得到的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果或脈搏波數(shù)字信號通過無線方式進(jìn)行發(fā)送。
[0046]優(yōu)選地，本發(fā)明中的SoC采用可編程片上系統(tǒng)，如Cypress公司生產(chǎn)的PSoC系列芯片。
[0047]實施例1:
[0048]如圖2所示，其中灰色部分為Soc芯片內(nèi)部資源，本實施例一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，包括PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊。本實施例PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊封裝在可穿戴物品中，不限于手環(huán)、指環(huán)等形式。
[0049]進(jìn)一步的，所述PPG傳感器信號調(diào)理電路包括接地電阻、緩沖放大器、高通濾波電路、低通濾波電路、增益放大電路，其中所述接地電阻用于將PPG傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，緩沖放大器由運算放大器組成，用于阻抗匹配以及提高負(fù)載驅(qū)動能力;所述高通濾波電路用于濾除脈搏波信號中的基線噪聲，由運算放大器、電阻及電容組成或單純由電阻、電容構(gòu)成;所述低通濾波電路用于濾除脈搏波信號中的高頻噪聲，由運算放大器、電阻及電容組成或單純由電阻、電容構(gòu)成;所述增益放大電路用于放大脈搏波信號，由運算放大器和電阻組成。上述運算放大器為SoC芯片中內(nèi)部自帶的運算放大器。
[0050]本實施例中所述SoC芯片采用Cypress公司生產(chǎn)的PSoC5芯片，內(nèi)部帶有A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、運算放大器、微處理器等，其中微處理器為ARM。其中所述A/D轉(zhuǎn)換器用于將PPG傳感器信號調(diào)理電路輸出的脈搏波模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，所述D/A轉(zhuǎn)換器用于輸出控制信號至LED光源控制電路。
[0051]進(jìn)一步的，所述SoC芯片中微處理器對獲得的脈搏波數(shù)字信號進(jìn)行計算得到用戶的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果，無線通信模塊將上述SoC芯片獲得的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果或脈搏波數(shù)字信號通過無線方式進(jìn)行發(fā)送。發(fā)送的的數(shù)據(jù)可以被安裝有應(yīng)用程序APP的智能終端、或云服務(wù)器接收，智能終端或云服務(wù)器對用戶的健康狀況等做出評估或其他處理。
[0052]進(jìn)一步的，上述無線通信模塊可以是藍(lán)牙、WIF1、NFC、GPRS或者其他通信方式。
[0053]實施例2:
[0054]如圖3所示，其中灰色部分為Soc芯片內(nèi)部資源，本實施例一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，包括PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊。本實施例PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊均封裝在可穿戴物品中，不限于手環(huán)、指環(huán)等形式。
[0055]進(jìn)一步的，所述PPG傳感器信號調(diào)理電路包括I/V轉(zhuǎn)換電路、放大電路。其中所述I/V轉(zhuǎn)換電路由電阻、電容與運算放大器組成，用于將PPG傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，所述放大電路由電阻與運算放大器組成，用于將上述電壓信號放大，上述運算放大器為SoC芯片中內(nèi)部自帶的運算放大器。
[0056]本實施例中所述SoC芯片采用Cypress公司生產(chǎn)的PSoC4100，內(nèi)部帶有A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、運算放大器、微處理器，其中微處理器為ARM。
[0057]進(jìn)一步的，所述A/D轉(zhuǎn)換器用于將PPG傳感器信號調(diào)理電路輸出的脈搏波模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，所述D/A轉(zhuǎn)換器用于輸出控制信號至LED光源控制電路。
[0058]進(jìn)一步的，所述微處理器對獲得的脈搏波數(shù)字信號進(jìn)行計算得到用戶的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果，無線通信模塊將上述SoC芯片獲得的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果或脈搏波數(shù)字信號通過無線方式進(jìn)行發(fā)送。發(fā)送的數(shù)據(jù)可以被安裝有應(yīng)用程序APP的智能終端、或云服務(wù)器接收，智能終端或云服務(wù)器對用戶的健康狀況等做出評估或其他處理。
[0059]進(jìn)一步的，上述無線通信模塊可以是藍(lán)牙、WIF1、NFC、GPRS或者其他的通信方式。
[0060]實施例3:
[0061]如圖4所示，其中灰色部分為Soc芯片內(nèi)部資源，本實施例一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，包括PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片。本實施例PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片封裝在可穿戴物品中，不限于手環(huán)、指環(huán)等形式。
[0062]本實施例中所述SoC采用了Cypress公司生產(chǎn)的PSoC 4XX7_BLE系列芯片，內(nèi)部帶有A/D與D/A轉(zhuǎn)換器、運算放大器、微處理器、藍(lán)牙模塊，其中微處理器為ARM。
[0063]本實施例中，由于采用的SoC芯片本身帶有無線通信模塊(藍(lán)牙模塊)，因此，在實施例I或者實施例2的基礎(chǔ)上，本實施例中不需要再提供外部的無線通信模塊，可直接使用SoC內(nèi)部中的藍(lán)牙模塊進(jìn)行無線通信。同時，該無線通信模塊還可以采用其他的藍(lán)牙、WIF1、NFC、GPRS等通信方式，具體由采用的SoC芯片內(nèi)部資源決定。
[0064]實施例4:
[0065]如圖5-a所示，本實施例一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，與實施例1或者實施例2相同，組成包括PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊，此外還增加了顯示模塊。所述顯示模塊同樣封裝在穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備當(dāng)中與SoC芯片連接。SoC芯片將心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果輸出至顯示模塊中顯示。顯示模塊可以采用OLED/VFD/IXD/TFT等顯示屏。
[0066]如圖5-b所示，本實施例一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，與實施例3相同，組成包括PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片，此外還增加了顯示模塊。所述顯示模塊同樣封裝在穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備當(dāng)中與SoC芯片連接。SoC芯片將心率變異性結(jié)果輸出至顯示模塊中顯示。顯示模塊可以采用OLED/VFD/LCD/TFT等顯示屏。
[0067]實施例5:
[0068]如圖6-a所示，本實施例一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，與實施例1或者實施例2相同，組成包括PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊，此外還增加了智能終端。所述智能終端用于接收本發(fā)明穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備中SoC芯片通過無線通信模塊發(fā)送過來的脈搏波數(shù)字信號，并對其進(jìn)行計算分析后將得到的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果輸出在智能終端的顯示屏上。
[0069]如圖6-b所示，本實施例一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，與實施例3相同，組成包括PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片，此外還增加了智能終端。所述智能終端用于接收本發(fā)明穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備通過SoC芯片內(nèi)部的無線通信單元發(fā)送過來的脈搏波數(shù)字信號，并對其進(jìn)行計算分析后將得到的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果輸出在智能終端的顯示屏上。
[0070]進(jìn)一步的智能終端可為安裝有應(yīng)用程序(APP)的智能平板或者手機(jī)。
[0071]進(jìn)一步的本發(fā)明中LED光源控制電路的一個實施例如圖7所示。其中SoC芯片中的微處理器通過控制GP1 口輸出高低電平的方式控制LED的導(dǎo)通與關(guān)閉調(diào)節(jié)其發(fā)光頻率，再通過控制D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號來調(diào)節(jié)LED的發(fā)光強(qiáng)度，以實現(xiàn)降低功耗或者提高LED光源的亮度。
[0072]容易理解的是，本實施例一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，還包括電源模塊，用于為上述其他電路和模塊供電，這里不再贅述。
[0073]進(jìn)一步的上述實施例1、2、3、4中SoC芯片中的微處理器或者是實施例5中的智能終端，在得到脈搏波數(shù)字信號之后，可以計算分析得到心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果。
[0074]在一種實施例中，進(jìn)一步地，對降噪后的脈搏波信號P波峰值進(jìn)行提取，并求出相鄰P波峰值對應(yīng)的時間間隔PPT序列。對上述計算得到的PPT序列進(jìn)行時域與頻域分析，得到心率變異性指標(biāo):
[0075](I)、時域分析指標(biāo):相鄰P波峰值間隔PPT、相鄰P波峰值間隔標(biāo)準(zhǔn)差SDNN、相鄰P波峰值間隔均方差rMSSD、相鄰P波峰值間隔之差大于50ms的個數(shù)NN50以及NN50占相鄰P波峰值間隔總數(shù)的百分?jǐn)?shù)PNN50;
[0076](2)、頻域分析指標(biāo):頻率在0.03-0.04Hz的極低頻功率VLF、頻率在0.04-0.15Hz的低頻功率LF、頻率在0.15-0.40Hz的高頻功率HF以及低頻功率與高頻功率的比值LF/HF。
[0077]進(jìn)一步的，本發(fā)明可用于心血管疾病例如心肌缺血、心率不齊、心室顫動、血管硬化等的預(yù)警或者輔助心血管疾病患者康復(fù)治療。
[0078]在一種實施例中，本發(fā)明用于心肌缺血癥狀的監(jiān)測:
[0079]進(jìn)一步的，心肌缺血癥狀的監(jiān)測主要包含兩方面a.實時心率變異性分析結(jié)果分析;b.晝夜心率變異性分析對比。
[0080]進(jìn)一步的，上述心肌缺血癥狀判斷標(biāo)準(zhǔn)如下:
[0081 ] (I)時域分析指標(biāo)(SDNN、RMSDNN、pNN5O)在一段時間內(nèi)顯著降低，其中S_N、RMSDNN下降30 %，pNN50下降50 %以上時判斷為具有患心肌缺血癥的可能；
[0082](2)在頻域分析中HF的值顯著下降(30%)，且LF/HF明顯增大，提示用戶有心肌缺血的可能；
[0083](3)夜間睡眠狀態(tài)下的HRV分析結(jié)果與白天活動時的HRV分析結(jié)果差異小于10%時，對用戶進(jìn)行心肌缺血預(yù)警提示。
[0084]進(jìn)一步的，本發(fā)明HRV分析結(jié)果還可以用于精神、疲勞及睡眠等的監(jiān)測以及用于生物識別等領(lǐng)域。
[0085]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備包括PPG傳感器、PPG傳感器信號調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊，其中: 所述PPG傳感器，由多個綠光LED光源和光電二極管組成，或由綠光LED與紅光LED的組合光源和光電二極管組成，用于采集人體脈搏波信號； 所述PPG傳感器信號調(diào)理電路，用于對PPG傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理； 所述LED光源控制電路，用于接收所述SoC芯片輸出的控制信號來控制PPG傳感器中LED光源的亮度或發(fā)光頻率或亮度與發(fā)光頻率； 所述SoC芯片的內(nèi)部含有D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器和微處理器，所述D/A轉(zhuǎn)換器用于輸出控制信號至LED光源控制電路，所述A/D轉(zhuǎn)換器用于將經(jīng)PPG傳感器信號調(diào)理電路處理的人體脈搏波模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述微處理器為ARM或MCU，用于求出脈搏波數(shù)字信號相鄰P波峰值之間的時間間隔PPT序列，并對其進(jìn)行時域與頻域分析得到心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果，或者用于把脈搏波數(shù)字信號發(fā)送給無線通信模塊； 所述無線通信模塊將上述SoC芯片獲得的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果或脈搏波數(shù)字信號通過無線方式進(jìn)行發(fā)送。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述PPG傳感器信號調(diào)理電路包括接地電阻、緩沖放大器、高通濾波電路、低通濾波電路、增益放大電路，其中所述接地電阻用于將PPG傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，緩沖放大器由運算放大器組成，用于阻抗匹配以及提高負(fù)載驅(qū)動能力；所述高通濾波電路用于濾除脈搏波信號中的基線噪聲，由運算放大器、電阻及電容組成或單純由電阻、電容構(gòu)成;所述低通濾波電路用于濾除脈搏波信號中的高頻噪聲，由運算放大器、電阻及電容組成或單純由電阻、電容構(gòu)成;所述增益放大電路用于放大脈搏波信號，由運算放大器和電阻組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述PPG傳感器信號調(diào)理電路包括I/V轉(zhuǎn)換電路、放大電路，其中所述I/V轉(zhuǎn)換電路由電阻、電容與運算放大器組成，用于將PPG傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，所述放大電路由電阻與運算放大器組成，用于將上述電壓信號放大。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述SoC芯片還包括運算放大器，所述PPG傳感器信號調(diào)理電路中的運算放大器為所述SoC芯片中的運算放大器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述SoC芯片和無線通信模塊由內(nèi)部自帶無線通信單元的SoC芯片代替。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備還包括顯示模塊，用于顯示所述SoC芯片得到的心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備還包括安裝有應(yīng)用程序APP的智能終端，用于接收無線通信模塊發(fā)送過來的脈搏波數(shù)字信號并對其進(jìn)行分析計算得到心率變異性指標(biāo)及監(jiān)測結(jié)果，此情況下所述SoC只負(fù)責(zé)把脈搏波數(shù)字信號發(fā)送給無線通信模塊。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述PPG傳感器、PPG傳感器調(diào)理電路、LED光源控制電路、SoC芯片、無線通信模塊均封裝在人體可穿戴物品中。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SoC的穿戴式心率變異性監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述SoC芯片中的微處理器對PPT序列進(jìn)行分析計算得到的心率變異性指標(biāo)包括: (1)、時域分析指標(biāo):相鄰P波峰值間隔PPT、相鄰P波峰值間隔標(biāo)準(zhǔn)差SDNN、相鄰P波峰值間隔均方差rMSSD、相鄰P波峰值間隔之差大于50ms的個數(shù)NN50以及NN50占相鄰P波峰值間隔總數(shù)的百分?jǐn)?shù)PNN50; (2)、頻域分析指標(biāo):頻率在0.03-0.04Hz的極低頻功率VLF、頻率在0.04-0.15Hz的低頻功率LF、頻率在0.15-0.40Hz的高頻功率HF以及低頻功率與高頻功率的比值LF/HF。
【文檔編號】A61B5/00GK105943014SQ201610393527
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月4日
【發(fā)明人】郭希山, 張京, 季嘉穎
【申請人】浙江大學(xué)