具有自适应恒压接触结构的可穿戴心血管压力监测预警器的制作方法

本发明属于可穿戴医疗健康监测，具体涉及具有自适应恒压接触结构的可穿戴心血管压力监测预警器。

背景技术：

1、现有可穿戴血压设备在帕金森患者中应用困难：示波法依赖微弱振荡波，震颤导致信号提取失败；基于脉搏波传播时间的连续测量法易受运动伪影干扰，震颤使脉搏波特征点提取不准。传统设备采用刚性安装结构，无隔振机制，震颤能量直接传递至传感器，造成传感器-皮肤接触状态持续波动；且缺乏根据震颤状态自适应切换测量模式的能力，导致震颤发作时测量失败率高；为维持接触稳定而施加过大压力，则会加剧不适感，影响长期佩戴依从性。因此，亟需一种能有效隔离震颤干扰、自适应切换测量模式且兼顾佩戴舒适性的可穿戴心血管压力监测预警器。

技术实现思路

1、本发明旨在针对帕金森患者因静止性震颤导致的血压测量失败率高、佩戴不舒适、无法实现长期实时连续监测等临床痛点，设计一种集被动隔振、双气囊独立调压、多传感器冗余融合及震颤感知自适应切换于一体的腕带式监测设备，从而兼顾“舒适佩戴”与“精准实时检测”。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种具有自适应恒压接触结构的可穿戴心血管压力监测预警器，包括腕带式主体和设置于所述腕带式主体内侧的监测模组，所述监测模组包括传感器模块和设置于所述腕带式主体与所述传感器模块之间的被动隔振单元。

4、所述被动隔振单元包括质量块、弹性悬吊元件和阻尼介质，所述质量块通过所述弹性悬吊元件悬挂，所述质量块的固有频率为1~3hz。根据隔振理论，被动隔振系统的振动传递率由激振频率

f与隔振系统固有频率

fn之比（

f/fn）以及阻尼比共同决定。具体而言，隔振系统仅在频率比

λ=

f/fn>（≈1.414）时进入隔振区，工程上推荐λ=2.5~5以获得良好隔振效果。帕金森患者静止性震颤的主频率成分典型为4~6hz，将固有频率设定为1~3hz，使得质量块的固有频率与帕金森震颤主频处于同一频带内。当固有频率设定为2hz时，4~6hz震颤对应的频率比为2.0~3.0，全部处于有效隔振区。当腕部发生震颤时，质量块在该频率范围内产生反向振动，配合阻尼介质的粘滞耗能作用，形成具有高衰减比的陷波滤波效应，能够有效吸收和耗散震颤能量，从物理层面显著衰减传递至传感器模块的周期性运动干扰，确保即使在帕金森患者重度震颤状态下，传感器模块仍能保持相对稳定的接触姿态。

5、所述传感器模块包括安装基座、设置于所述安装基座上的第一调压囊和第二按压囊、与第一调压囊和第二按压囊分别连通的微型气泵和气压传感器、以及脉搏波传感器；所述第一调压囊和所述第二按压囊分别通过独立气路与所述微型气泵连通，所述气压传感器用于检测所述第一调压囊和/或所述第二按压囊的内部压力；所述监测模组还包括震颤检测模块，所述震颤检测模块包括三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。传统设备缺乏根据震颤状态自动切换测量模式的能力，严重震颤时测量失败率高。本发明突破上述技术局限：第一调压囊充压时独立执行示波法测量，第二按压囊独立调节脉搏波传感器的接触压力以优化脉搏波传播时间（pulse transit time，ptt）测量。传感器模块采用第一调压囊与第二按压囊的双气囊分层布局，通过独立气路分别与微型气泵连通，将示波法加压测量与ptt法恒压贴合两种功能集成于同一设备中，二者根据震颤检测模块的实时感知结果分时独立工作。双气囊独立气路设计实现了血压测量模式的灵活切换，解决了帕金森患者因静止性震颤导致接触状态不稳定、传统设备难以兼顾佩戴舒适性和测量精度的技术难题。

6、具体地，所述第一调压囊被配置为通过流体的充放转变为加压状态或非加压状态，以在加压状态下进行示波法血压测量，在非加压状态下为基于脉搏波传播时间的血压测量提供测量通道；所述第二按压囊被配置为通过流体的充放膨胀或收缩，以调节所述脉搏波传感器与测量部位的接触压力。

7、优选的，所述脉搏波传感器为三个，分别设置于与人体手腕“寸”位、“关”位和“尺”位相对应的位置；所述第二按压囊为三个，分别设置于所述安装基座上与三个所述脉搏波传感器对应的位置；所述第一调压囊在所述腕带式主体的宽度方向上的覆盖范围大于各所述第二按压囊的覆盖范围。

8、优选的，所述被动隔振单元还包括腔体，所述质量块、所述弹性悬吊元件和所述阻尼介质均设置于所述腔体内，所述阻尼介质为填充于所述腔体内的硅油。腔体内填充的硅油作为阻尼介质，当质量块因腕部震颤而相对腔体运动时，硅油产生与相对速度成正比的粘滞阻力，将质量块的机械振动能量转化为热能耗散，有效抑制共振峰幅值。帕金森患者的静止性震颤发生在三维空间中，且震颤方向随手臂姿态变化而变化。硅油充满整个腔体，质量块浸没于硅油中，无论震颤方向如何，硅油均能对质量块的任意方向运动提供全向阻尼耗散，确保在不同手臂姿态下均能有效衰减传递至传感器模块的振动干扰。

9、具体地，所述传感器模块还包括设置于所述安装基座与所述脉搏波传感器之间的弹性随动贴合机构；所述弹性随动贴合机构包括与各脉搏波传感器对应的弹性支撑片和连接各弹性支撑片的传感器支架，各脉搏波传感器通过所述弹性支撑片连接于所述传感器支架。本发明中，弹性支撑片的弹性变形使脉搏波传感器在垂直于皮肤表面方向上具有0.5mm~2mm的随动行程，当震颤导致传感器与皮肤之间的相对距离发生变化时，传感器可在随动行程范围内跟随皮肤表面起伏，始终与皮肤保持贴合，避免了传统刚性安装中传感器脱离或压力突变的问题。同时，脉搏波传感器在平行于皮肤表面方向上具有5°~8°的自适应偏转范围，当传感器与皮肤表面之间存在角度偏差时，传感器可自动偏转至与皮肤表面平行，使传感器的检测面与皮肤之间形成均匀的面接触，避免因角度偏差导致的局部压力集中或接触不良。

10、具体地，还包括压力控制单元，所述压力控制单元与各所述气压传感器信号连接，并根据所述气压传感器的反馈信号控制所述微型气泵充放气。

11、作为一种优选的方式，还包括信号处理模块和控制器；控制器被配置为：基于所述震颤检测模块的输出信号获取震颤幅度，测量时，若所述震颤幅度低于设定值，则控制各所述第二按压囊膨胀以将对应的所述脉搏波传感器按压于测量部位，并基于所述脉搏波传感器检测到的脉搏波传播时间计算血压值；若震颤幅度超过所述设定值，则控制所述第一调压囊加压，并基于所述气压传感器检测到的所述第一调压囊内的压力变化进行示波法血压测量，而不使用所述脉搏波传感器。

12、作为另一种优选的方式，所述控制器被配置为：分别计算寸-关、关-尺、寸-尺互相关系数，当至少两组超过第一预设阈值时采用基于脉搏波传播时间的血压测量模式，否则采用示波法血压测量模式。三组传感器对——寸-关、关-尺、寸-尺——各自对应的互相关系数分别反映桡动脉不同节段上两路脉搏波信号的波形相似程度。互相关系数用于衡量两路波形形状相似程度，采用皮尔逊相关系数，按以下公式计算：

13、

14、其中，

r为互相关系数；

ai和

bi分别为

a传感器和

b传感器在第

i个采样点的脉搏波信号幅值；和分别为对应传感器在时间窗口内的信号均值；

n为采样点数。根据上式依次计算寸-关、关-尺和寸-尺三组互相关系数。所述第一预设阈值为0.85~0.95，优选为0.90。需要说明的是，寸-尺这对传感器跨距最大，沿传播路径的信号衰减与波形形变可能使其互相关系数略低于寸-关和关-尺两组。为此，控制器被配置为：当三组互相关系数中至少两组超过第一预设阈值时，表明多数测量通道信号质量良好，采用基于ptt的血压测量模式；否则切换至示波法血压测量模式。该三取二冗余判断机制有效避免了因单一路径衰减导致的模式误切换。

15、进一步的，所述信号处理模块与所述脉搏波传感器及所述气压传感器电连接，用于对所述脉搏波传感器和所述气压传感器的输出信号进行放大、滤波和模数转换处理；所述信号处理模块还被配置为：基于所述三轴加速度传感器和所述三轴陀螺仪的输出信号，对所述脉搏波传感器检测到的脉搏波信号进行自适应滤波处理，以滤除由震颤引起的周期性运动干扰分量；所述自适应滤波处理的滤波参数根据所述三轴加速度传感器和所述三轴陀螺仪实时检测到的震颤频率和震颤幅度动态调整，且所述自适应滤波处理采用最小均方算法或递归最小二乘算法；所述信号处理模块还根据经滤波处理后的脉搏波信号的信噪比，动态调整滤波器的阶数或收敛因子。

16、进一步的，所述控制器还被配置为：在使用所述脉搏波传感器测量期间，控制所述微型气泵以步进方式逐级增加第二按压囊的充气压力，每一步进阶段维持预定持续时间，待气压稳定后，实时获取所述脉搏波传感器输出的第一脉搏波信号和第二脉搏波信号，利用三轴加速度传感器和三轴陀螺仪的输出信号对脉搏波信号进行自适应滤波预处理，滤除与震颤频率相关的周期性运动干扰分量，计算所述第一脉搏波信号与所述第二脉搏波信号的波形之间的互相关系数；比较当前互相关系数与第二预设阈值，若所述互相关系数未超过所述第二预设阈值，则继续增加充气压力并重复上述计算；若所述互相关系数超过所述第二预设阈值，则停止增压并将当前充气压力设定为工作压力。所述控制器在所述互相关系数超过所述第二预设阈值时锁定第二按压囊的当前压力值，并以该压力值维持第二按压囊与皮肤表面的恒压接触状态，直至当前测量周期结束。所述互相关系数

r为：

17、

18、其中，

xi为第一脉搏波传感器（近端）输出的电压/阻抗值；

yi为第二脉搏波传感器（远端）输出的电压/阻抗值；为第一脉搏波传感器在该时间窗口内的直流分量；为第二脉搏波传感器在该时间窗口内的直流分量；

n为采样点数。所述第二预设阈值为0.95~0.98。当震颤检测模块检测到震颤幅度增大时，自动降低相关系数阈值要求；当震颤缓解时恢复至较高阈值，以在信号质量与测量可行性之间取得平衡。当互相关系数无法达到预设最低阈值（0.95）时，控制器切换至示波法血压测量模式，由第一调压囊加压进行示波法测量。

19、具体地，还包括预警单元，所述预警单元包括振动马达和/或扬声器和/或led指示灯。

20、本发明的核心优势在于：

21、本发明在腕带式主体与传感器模块之间设置固有频率为1~3hz的被动隔振单元，使4~6hz的帕金森静止性震颤全部落于有效隔振区（频率比λ=2.0~3.0），配合硅油全向阻尼耗散，从物理层面将震颤能量衰减40%~60%，确保传感器在重度震颤下仍保持稳定接触；本发明通过震颤检测模块实时感知震颤状态，控制器根据震颤幅度在ptt法与示波法之间自适应智能切换——震颤轻时以ptt法实现实时连续监测，震颤重时切换至示波法确保精准测量，有效兼顾了监测的实时性与准确性；本发明采用第一调压囊与第二按压囊的双气囊分层独立气路设计，通过互相关系数引导的步进增压寻优策略自动锁定最优工作压力，在确保信号质量的前提下将接触压力降至最低，显著提升长期佩戴舒适性；三路脉搏波传感器对应“寸”、“关”、“尺”三位同步检测，通过三取二冗余判断与基于震颤信号的自适应滤波，有效消除运动伪影干扰，大幅提高测量可靠性与抗干扰能力。