一种远程监测生理参数手表的实现方法与流程

1.本发明属于功能性手表等相关领域，具体涉及一种远程监测生理参数手 表的实现方法。


背景技术：

2.随着互联网设备和数字医疗产业的到来，健康和健康监测已成为一个日 益关注的领域。监控生命体征诸如心率、心冲击信号以及呼吸率，在医疗保 健机构内外都是需要的。在医疗机构内，生命体征跟踪可能是必不可少的： 对于医疗服务提供者不在床边时确保患者安全、诊断疾病、监测病人的进展、 规划病人的护理。在医疗机构外，跟踪生命体征及姿态使个人能将他们的健 康状况量化和概念化，因此，帮助个人保持关注他们的健康和健康需要、明 确进度、保持实现健康和健身目标所需的动力。
3.同时，随着人口老龄化程度加剧，慢性病患者数量增多，而老年人对电 子设备操作困难。如何实现子女对慢性病患者病情的实时监测是亟须解决的 问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种远程监测生理参数手表的实现方法，以解决 上述背景技术中提出的问题，形成一种用于远程健康监护的低成本、便携的 多生理参数监测手表，采用高集成化设计，可独立完成多种生理参数的测量 和结果显示。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种远程监测生理参数手表的实现方法，包括如下步骤：
7.s1、心电信号采集单元将采集的体表电动势信号经放大和a/d转换后通 过spi接口发送至微处理器单元进行分析处理；
8.s2、滤波降噪，对原始血氧信号进行5点滑动平均滤波处理，其计算公 式为：
9.s3、光电容积脉搏波信号处理，首先对滤波降噪后的光电容脉搏波 (photoplethysmography，ppg)信号进行一阶微分，然后结合微分后所得波形 中的过零点与可自适应调整的阈值确定ppg的波峰a和波谷b所对应的 采样点，由此得到ppg的交流分量i
ac
和直流分量i
dc
，并通过相邻波峰间的 采样点数和采样率可得到脉率；
10.s4、生理参数解析，利用已得到的i
ac
、i
dc
和血氧饱和度(surplus pulse o2， spo2)，通过计算，得出呼吸通过改变胸腔膜内压来影响心脏泵血量，而心 脏泵血量的改变会通过ppg表现出来，通过ppg波形的改变来推算出呼吸率 参数；
11.s5、远程监控，进行数据同步，集成两套生理信号采集方案，使用蓝牙 数据传输方式，将设备信息上传手机app，app将数据上传服务器储存于数 据库，监测者通过app应用扫描手表二维码，关联手表数据，监测数据程现 在应用上，实现远程监测。
12.优选的，心电信号采集单元可以通过3个心电干电极或5根心电导联线 采集体表电动势信号，以上两种方式通过3路cmos单刀双掷开关进行切换。
13.优选的，所述步骤s2中的血氧信号采集单元经4路cmos单刀双掷开 关控制，通过反射式血氧传感器或透射式血氧传感器采集血氧信息，终端设 备以arm微处理器stm32f405为控制与信号处理核心，兼容蓝牙和zigbee两种无线通信方式，通过i2c总线控制一个8路单刀双掷cmos开关来 动态管理各功能模块供电，通过4.3in lcd触控屏实现人机交互功能。
14.优选的，所述步骤s2中原始的所述血氧信号的采集单元由光信号控制和 电流信号处理两部分电路组成，由于两种信号的采样率均为250hz，5点滑动 平均滤波器不仅可以削弱高频噪声干扰，而且对于50hz工频干扰及其谐波 分量也有极大衰减作用，经滑动平均滤波后，ecg信号依然受基线漂移噪声 影响较大，需通过中值滤波器和savitzky-golay平滑滤波器去除基线漂移噪声 滤波降噪后的波形通过液晶屏显示。
15.优选的，所述光信号控制电路用于控制血氧传感器上660nm红光和940 nm红外光led灯的发光强度、周期和占空比；所述电流信号处理电路接收 血氧传感器上的光敏二极管产生的电流信号，经过跨阻放大器和a/d转换后 通过spi接口发送至微处理器单元。
16.优选的，所述步骤s4中的计算公式为：
17.(1)spo2＝a-br-cr2；
18.(2)式中a，b和c为常量，可通过标定得到：λ1和λ2 分别代表660nm红光和940nm红外光。
19.优选的，所述步骤s5中的远程控制包括危险主动报警单元，所述危险主 动报警单元的执行方法包括：
20.①
通过所述手机app设置至少3个紧急通话号码；
21.②
监测的生理参数异常时，启动预设的3个号码轮循拨打。
22.优选的，所述ppg信号的特征波形的提取系统包括输入单元、预处理单 元以及分析单元，所述ppg信号中的波段需要进行筛选，去除掉错误码为非 零的波段，以获得ppg信号中的正确波段，用于获得指端光电容积脉搏波检 测设备采集到的ppg信号。
23.优选的，利用所述输入单元获得指端光电容积脉搏波检测设备采集到的 ppg信号；
24.利用预处理单元对所述ppg信号进行预处理，以获得ppg信号中的正确 波段；
25.利用所述分析单元分别计算各个正确波段的特征量；
26.利用所述聚类单元利用聚类运算，根据所述特征量提取出所述ppg信号 的特征波形。
27.本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种远程监测生理参数手表的 实现方法，与现有技术相比，具有以下优点：
28.1.本发明基于ppg信号的交流分量的幅度随呼吸呈周期性变化，最终通 过计算iac分量的变化周期可以得到呼吸率参数，被监测者只需将手表带在 手腕上，信号采集单元与心电干电极连接，即可获得单导联心电 (electrocardiogram，ecg)。
29.2.本发明提供的这种测量方式无需外接电极线，简单、快捷，方便每日例 行健康监测的用户，当信号采集单元与心电电极线相连时，用户通过5根心 电电极线和传统湿电
极可以获得7导联ecg；这种测量方式稳定、可靠，适 于需要长时间健康监测的用户，且本发明利用计算公式，保证远程监测生理 参数的收集精准度。
附图说明
30.图1为本发明的ppg信号的特征波形的提取系统框图；
31.图2为本发明的信号处理及分析流程图；
32.图3为本发明的ppg信号特征值提取示意图；
33.图4为本发明的数据同步流程图；
34.图5为本发明的主动报警流程图；
35.图6为本发明的检测生理参数异常处理流程图；
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不 是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.根据附图1-6所示的一种远程监测生理参数手表的实现方法，包括如下步 骤：
38.s1、心电信号采集单元将采集的体表电动势信号经放大和a/d转换后通 过spi接口发送至微处理器单元进行分析处理；
39.s2、滤波降噪，对原始血氧信号进行5点滑动平均滤波处理，其计算公 式为：
40.s3、光电容积脉搏波信号处理，首先对滤波降噪后的光电容脉搏波 (photoplethysmography，ppg)信号进行一阶微分，然后结合微分后所得波形 中的过零点与可自适应调整的阈值确定ppg的波峰a和波谷b所对应的 采样点，由此得到ppg的交流分量i
ac
和直流分量i
dc
，并通过相邻波峰间的 采样点数和采样率可得到脉率；
41.s4、生理参数解析，利用已得到的i
ac
、i
dc
和血氧饱和度(surplus pulse o2， spo2)，通过计算，得出呼吸通过改变胸腔膜内压来影响心脏泵血量，而心 脏泵血量的改变会通过ppg表现出来，通过ppg波形的改变来推算出呼吸率 参数；
42.s5、远程监控，进行数据同步，集成两套生理信号采集方案，使用蓝牙 数据传输方式，将设备信息上传手机app，app将数据上传服务器储存于数 据库，监测者通过app应用扫描手表二维码，关联手表数据，监测数据程现 在应用上，实现远程监测。
43.其中，所述心电信号采集单元可以通过3个心电干电极或5根心电导联 线采集体表电动势信号，以上两种方式通过3路cmos单刀双掷开关进行切 换，当信号采集单元与心电电极线相连时，用户通过5根心电电极线和传统 湿电极可以获得7导联ecg；这种测量方式稳定、可靠，适于需要长时间健 康监测的用户，且本发明利用计算公式，保证远程监测生理参数的收集精准 度。
44.其中，所述步骤s2中的原始血氧信号采集单元经4路cmos单刀双掷开 关控制，通
过反射式血氧传感器或透射式血氧传感器采集血氧信息，终端设 备以arm微处理器stm32f405为控制与信号处理核心，兼容蓝牙和zigbee两种无线通信方式，通过i2c总线控制一个8路单刀双掷cmos开关来 动态管理各功能模块供电，通过4.3in lcd触控屏实现人机交互功能。
45.其中，所述步骤s2中原始的所述血氧信号的采集单元由光信号控制和电 流信号处理两部分电路组成，由于两种信号的采样率均为250hz，5点滑动平 均滤波器不仅可以削弱高频噪声干扰，而且对于50hz工频干扰及其谐波分 量也有极大衰减作用，经滑动平均滤波后，ecg信号依然受基线漂移噪声影 响较大，需通过中值滤波器和savitzky-golay平滑滤波器去除基线漂移噪声滤 波降噪后的波形通过液晶屏显示。
46.其中，所述光信号控制电路用于控制血氧传感器上660nm红光和940nm 红外光led灯的发光强度、周期和占空比；所述电流信号处理电路接收血氧 传感器上的光敏二极管产生的电流信号，经过跨阻放大器和a/d转换后通过 spi接口发送至微处理器单元。
47.其中，所述步骤s4中的计算公式为：
48.(1)spo2＝a-br-cr2；
49.(2)式中a，b和c为常量，可通过标定得到：λ1和λ2 分别代表660nm红光和940nm红外光。
50.其中，所述步骤s5中的远程控制包括危险主动报警单元，所述危险主动 报警单元的执行方法包括：
51.①
通过所述手机app设置至少3个紧急通话号码；
52.②
监测的生理参数异常时，启动预设的3个号码轮循拨打。
53.其中，所述ppg信号的特征波形的提取系统包括输入单元、预处理单元 以及分析单元，所述ppg信号中的波段需要进行筛选，去除掉错误码为非零 的波段，以获得ppg信号中的正确波段，用于获得指端光电容积脉搏波检测 设备采集到的ppg信号。
54.其中，ppg信号的特征波形的提取方法如下：
55.利用所述输入单元获得指端光电容积脉搏波检测设备采集到的ppg信号；
56.利用预处理单元对所述ppg信号进行预处理，以获得ppg信号中的正确 波段；
57.利用所述分析单元分别计算各个正确波段的特征量；
58.利用所述聚类单元利用聚类运算，根据所述特征量提取出所述ppg信号 的特征波形。
59.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限 制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技 术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对 其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任 何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。