一种温差发电婴幼儿生命体征无线监护设备及方法

1.本发明涉及一种监护设备，尤其涉及一种温差发电婴幼儿生命体征无线监护设备及方法，属于新生儿及婴幼儿重症监护医疗技术领域。


背景技术：

2.随着医疗技术的快速发展，婴幼儿、早产儿的体征监护设备也得到了快速的普及，成为了高危新生儿及早产儿生命体征监护中必不可少的设备。传统的生命体征监护设备采用有线连接将监护探头粘贴在婴儿身上。在使用过程中，由于婴儿的无意识行为造成连接的松动，从而导致数据的丢失；且采用有线连接也间接增加医院内感染途径，同时也造成医疗诊察、护理、母乳喂养的不便。然而，无线监护设备的探头，大多采用电池供电。当电量不足时，需要对探头的电池进行更换，无法满足长时间监护的需求。给医护人员的工作带来极大的不便。目前现有的无线监护探头都采用电磁波进行数据的接收，容易受到外界电磁波的干扰，造成监护数据的丢失；且婴幼儿长时间的接触电磁波可能会对婴幼儿的免疫功能影响，抵抗力变差。
3.经检索，目前国内尚未有相关专利发明可有效解决以上问题。例如：公布号为cn106859619a的中国专利文献公开了一种早产儿及婴幼儿的多参数无线监护绑带。绑带本体中的呼吸检测传感器、体温检测传感器、心率检测传感器、无线传输模块和接触探头，绑带本体包括紧贴皮肤的内面和远离皮肤的外面，所述接触探头通过开孔接触皮肤，通过绑带克服现有早产儿及婴幼儿监护过程中存在的不足。公布号为cn111820885a的中国专利文献公开了一种有线无线一体化胎儿监护仪，其包括无线监护探头、监护主机以及插拔接头，该无线监护探头通过插拔接头与监护主机相连，插拔接头设有第一弹簧针，无线监护探头设有与第一弹簧针相对应的连接触点；监护主机设有若干个磁性连接座，磁性连接座设有与连接触点相对应的第二弹簧针，结构相对复杂，采用有线方式充电。


技术实现要素：

4.本发明为克服现有技术不足，提供一种温差发电婴幼儿生命体征无线监护设备及方法，该设备通过无线监护探头上的温差发电模块对探头进行自发电，解决无线监护探头长时间的供电问题，并通过超声波信号实现监护仪与无线监护探头之间数据的接收。
5.一种温差发电婴幼儿生命体征无线监护设备，包含监护仪和无线监护探头；所述无线监护探头包含机电组件和布置在机电组件内的信号处理单元，所述信号处理单元包含单片机和无线数据传输模块；所述机电组件包含温差发电模块和体征监测模块，温差发电模块给单片机供电，单片机的信号输入端与体征监测模块的信号输出端相连，单片机的信号输出端与无线数据传输模块相连，所述无线数据传输模块通过超声波信号与所述监护仪实现数据传输。
6.一种温差发电婴幼儿生命体征无线监护方法，包含：无线监护探头内的体征监测模块，对婴幼儿的体温、呼吸、心率、血压和/或血氧浓度数据进行采集，得到各项生命体征
的信号，无线监护探头中的振动监测模块采集婴幼儿的振动信号，对振动信号进行滤波后得到婴儿周期性的振动信号，将这两个信号送至a/d转换器b，随后将婴幼儿周期性的振动信号作为载波信号，监测的体征信号作为调制信号进行调制得到婴幼儿个性化的生命体征信号，通过单片机的i/o口送至d/a转换器将数字信号转换为模拟信号送入功率放大器d，功率放大器d的放大信号功率使之能够驱动发射端的超声波换能器，超声波信号随介质的传播被监护仪上接收端的超声波换能器接收；监护仪上的接收端的超声波换能器接收到的信号通过功率放大器c放大，对功率放大器c放大后的信号经滤波器进行滤波处理，再将信号送至a/d转换器c，对信号解调得到所检护婴幼儿的振动信号和生命体征信号，婴幼儿的振动信号用来识别所监护婴幼儿，生命体征信号通过中央数据处理器的分析，将信号通过波形显示在显示器上，并判断数据是否出现异常，若数据异常，蜂鸣器会发出警报，提醒医护人员，从而对婴幼儿的生命健康进行监护。
7.本发明相比现有技术的有益效果是：
8.1、本发明采用温差发电对无线监护探头进行供电，实现了无线监护探头边充电边用，为长时间不间断监护婴幼儿提供了保障。
9.2、该发明采用超声波信号无线传输数据，数据传输更稳定，最大的特点在于安全性，超声方法避免了电磁场的运用，对于有隔磁场要求的场合及人体使用有很明显的优势，不会对婴幼儿的身体健康造成影响。
10.3、该发明在超声波无线数据传输上，将采集到的婴幼儿周期性的振动信号作为载波信号进行传输，利用该方式可以将采集到的各项生命指标与特定的婴幼儿对应，避免数据产生差错。
11.4、该发明的无线监护探头没有导线，在使用过程中便于移动，医护人员在病房外也能实时监测到婴幼儿的各项生命体征。
12.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
13.图1为无线监控设备的立体图；
14.图2为监控仪的结构图；
15.图3为一个方向看的无线监护探头的机电组件的结构图；
16.图4为另一个方向看的无线监护探头的机电组件的结构图；
17.图5为导热硅胶片、无线发电片和探头壳体相互布置的示意图；
18.图6为散热组件与探头壳体相互布置关系图；
19.图7为无线监护探头的信号处理单元的电路图；
20.图8为监护仪的电路图。
具体实施方式
21.如图1、图7和图8所示，本实施方式的一种温差发电婴幼儿生命体征无线监护设备，包含监护仪1和无线监护探头2；所述无线监护探头2包含机电组件和布置在机电组件内的信号处理单元，所述信号处理单元包含单片机2a和无线数据传输模块2b；所述机电组件包含温差发电模块20和体征监测模块22，温差发电模块20给单片机2a供电，单片机2a的信
号输入端与体征监测模块22的信号输出端相连，单片机2a的信号输出端与无线数据传输模块2b相连，所述无线数据传输模块2b通过超声波信号与所述监护仪1实现数据传输。本实施例在使用过程中不需要用到导线，因此，监护设备的无线监护探头2方便在不同科室间转运，提高医护人员的工作效率。
22.一个实施例，所述温差发电模块20包含温差发电片21、导热硅胶片23、探头壳体24和散热组件25；导热硅胶片23的一端面与温差发电片21的热端面相连，温差发电片21的冷端面与探头壳体24相连，探头壳体24的中部安装有穿过温差发电片21和导热硅胶片23并可贴靠婴幼儿皮肤的体征监测模块22，探头壳体24内布置有可对温差发电片21冷端散热的散热组件25，电池28、单片机2a和无线数据传输模块2b布置在探头壳体24内，温差发电片21产生的电能储存在温差发电模块20自带的电池28中，电池28给单片机2a供电。
23.本实施例在婴幼儿无线监护探头2上安装半导体式温差发电片21，温差发电片21通过婴幼儿的体温与室温的温差，对无线监护探头2的单片机2a供电，可满足对婴幼儿的长时间监护，克服了现有监护设备需要频繁更换电池的缺点，减轻了医护人员的负担。
24.通常，单片机选用stm32单片机，为便于安装和使用，导热硅胶片23、温差发电片21均设置为圆环形结构，探头壳体24设置有凹槽结构，优选地，探头壳体24采用铜质壳体，分为上下两部分通过卡扣连接，中间可打开，壳体内部布置无线监护探头2的信号处理单元。
25.通常，体征监测模块22采用具有单一监护指标的监护传感器。
26.使用时温差发电片21的热端面的导热硅胶片23和体征监测模块22与婴幼儿的皮肤接触，冷端面通过散热组件25进行散热，使温差发电片21两个端面产生温差，进而产生电能并储存在电池28中，为无线监护探头2的供电提供保障。
27.使用过程中温差具有波动且温差不大，所以导致温差发电片21的电压有所波动也达不到工作要求，为避免电路损坏，并且达到所需的电压，所以在电路系统中加入升压稳压模块。所述温差发电片21的电压输出端通过升压稳压模块29与电池28相连。作为一个可选实施例中，升压稳压模块29采用一款ltc3108超低压升压转换器可将20mv的电压放大到3.3v，温差发电为无线监护探头2提供稳定的电源。
28.另一个实施例中，如图7所示，所述无线监护探头2还包含振动监测模块26，振动监护模块26与体征监测模块22并联设置，振动监护模块26的信号输出端与单片机2a的信号输入端相连。如此设置，是为避免采集的生命体征信号与婴幼儿的对应出现差错，在无线监护探头2的电路上安装振动监测模块26，通过调制得到婴幼儿个性化的生命体征的信号，确保所得到的生命体征信号与所监护的婴儿对应。
29.基于上述实施例中，如图5和图6所示，散热组件采用冷液循环方式冷却，所述散热组件25包含散热铜管25-1和微型泵25-2，散热铜管25-1嵌在探头壳体24内，微型水泵25-2的出口和进口分别与散热铜管25-1的两端相连，散热铜管25-1内部装有冷却液，冷却液通过微型泵25-2驱动在散热铜管25-1中循环。可选地，冷却液为水。散热铜管25-1以双排弧形管排布在探头壳体24内圈中，温差发电片21的冷端面通过散热铜管25-1进行散热，使温差发电片21两个端面产生温差，进而产生电能并储存在电池28中。由温差发电片21的工作原理可知，温差发电,21两侧的温差越大发电量越大，效率越高，则散热效果越好则温差越大，能产生更多的电能。
30.作为一个可选实施例，如图1和图8所示，所述监护仪1包含机身11和电路组件；所
述电路组件包含接收端超声波换能器12、功率放大器13、滤波器14、中央数据处理器15、显示器16和蜂鸣器17；
31.机身11内布置有电路组件，接收端超声波换能器12的信号输出端与功率放大器c18的信号输入端相连、功率放大器c18的信号输出端与滤波器14相连，滤波器14通过a/d转换器c19与中央数据处理器15相连，显示器16的体征显示信号输入端与中央数据处理器15的体征显示信号输出端相连，蜂鸣器17与中央数据处理器15相连，无线监护探头2布置在机身11的外侧。监控仪1的机身11上连接有电源插头9。
32.进一步地，所述无线数据传输模块2b包含a/d转换器b30、d/a转换器31、功率放大器d32和发射端的超声换能器12；体征监测模块22的信号输出端依次通过a/d转换器b30和d/a转换器31与功率放大器d32的信号输入端相连，功率放大器d32的信号输出端与发射端的超声波换能器12相连，发射端的超声波换能器12的超声信号被接收端的超声波换能器12接收。无线监护探头2利用贴在婴幼儿上的导热硅胶片23与铜质探头壳体24的温差，通过温差发电片21为无线监护探头提供电能，为长时间监护婴幼儿提供保障。无线监护探头2上的散热组件25可增大温差，产生更多的电能。
33.另一个实施方式还提供一种温差发电婴幼儿生命体征无线监护方法，包含：无线监护探头2内的体征监测模块22(例如，监护传感器)，对婴幼儿的体温、呼吸、心率、血压和/或血氧浓度数据进行采集，得到各项生命体征的信号，无线监护探头2中的振动监测模块26(例如加速度传感器)采集婴幼儿的振动信号，对振动信号进行滤波后得到婴幼儿周期性的振动信号，将这两个信号送至a/d转换器b30，随后将婴幼儿周期性的振动信号作为载波信号，监测的体征信号作为调制信号进行调制得到婴儿个性化的生命体征信号，通过单片机2a的i/o口送至d/a转换器31将数字信号转换为模拟信号送入功率放大器d32，功率放大器d32的放大信号功率驱动发射端的超声波换能器12，超声波信号随介质的传播被监护仪上接收端的超声波换能器12接收；
34.监护仪1上的接收端超声波换能器12接收到的信号微弱且有噪音，因此，得到的婴幼儿个性化的生命指标的信号先通过功率放大器c18放大，对功率放大器c18放大后的信号经滤波器14进行滤波处理，再将信号送至a/d转换器c19，对信号解调得到所检护婴幼儿的振动信号(振动监测模块监测)和生命体征信号(体征监测模块监测)，婴幼儿的振动信号用来识别所监护婴幼儿；生命体征信号通过中央数据处理器15的分析，将信号通过波形显示在显示器16上，并判断数据是否出现异常，若数据异常，蜂鸣器16会发出警报，提醒医护人员，从而对婴儿的生命健康进行监护。
35.如图1和图2所示，所述监控仪1的机身11外侧设置有卡槽11-8，卡槽11-8内安装有无线充电模块11-7，所述无线监控探头2布置在所述卡槽11-8内由无线充电模块充电。使用时将无线监护探头2放置在卡槽11-8中，无线充电模块为无线监护探头2充电。当无线监护探头2不使用时，可将其放置在监护仪1的卡槽11-8中无线充电，采用无线充电和温差发电两种供电模式，防止发生温差发电供能不足而造成无线探头无法使用的情况。
36.如图1所示，所述无线监护探头2为若干个，每个无线监护探头2内布置有可监护一项指标的体征监测模块22，所述指标为体温、心率频率、心率、血压和血氧浓度。如此设置，无线监护探头2通过安装不同的体征监测模块22(例如监护传感器)分别实现对体温、呼吸频率、心率、血压、血氧浓度的数据监护，每个无线监护探头2独立对应每一项监护指标。可
根据具体情况选用不同功能的无线监护探头2。
37.如图7和图8所示的监护设备的一个具体实施例，单片机采用stm32单片机，无线监护探头2和监护仪1通过发射端的超声波换能器和接收端的超声波换能器以超声波信号实现数据的传输。克服了现有监护设备的电磁波频繁受到干扰，造成数据丢失以及对婴幼儿健康造成影响的缺陷。
38.本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。