一种脉搏波及血氧检测装置、系统及其方法与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种脉搏波及血氧检测装置、系统及其方法。


背景技术：

2.头部表层有很多血液流量大的血管，伴随心脏跳动的增减幅度，将大量的营养物质及携氧血红蛋白输送往脑部。脉搏波是由心脏跳动将血液通过血管传送到全身所产生一种周期性的信号，在传递过程中若受到多种生理或病理因素的影响，例如血管发生严重粥样硬化或痉挛，使血管狭窄或血管阻塞形成血栓，导致面部缺血缺氧或梗塞，在临床上主要表现为面瘫或脑卒中。
3.目前作为医疗器械利用脉搏波参数进行心血管特征诊断使用的技术多为柯式听音法，通过阻断血流来测量血压，佩戴者会有较为强烈的紧束感，无法对脉搏波的位数形势属性等进行分析。还有一种诊断技术是将采集信号的位置主要佩戴在在手腕桡动脉或指尖，而该装置离心脏位置较远，且只采集单边信息无法比较左右两侧差异且检测数据不准确。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种脉搏波及血氧检测装置、系统及其方法，用于解决上述柯式听音法，通过阻断血流来测量血压，佩戴者会有较为强烈的紧束感，无法对脉搏波的位数形势属性等进行准确分析，检测数据不准确的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供一种脉搏波及血氧检测装置，包括：
6.头部穿戴主体、采集模块和微处理器；所述采集模块和所述微处理器均设置在所述头部穿戴主体上；
7.其中，所述采集模块用于采集穿戴用户的心率、脉搏波数据及耳膜温度数据，并转换成心率信号、脉搏波信号和温度信号；
8.所述微处理器用于接收所述心率信号、所述脉搏波信号和温度信号，并分别检测所述心率信号、所述脉搏波信号和所述温度信号的峰值，以根据所述心率信号计算瞬时心率、三维立体震荡频率及呼吸速率，根据所述脉搏波信号计算出血液流量平均值及脉搏波，根据所述温度信号计算出人体耳膜温度数据值，同时根据所述心率信号和所述脉搏波信号计算出血氧浓度。
9.作为优选方案，所述的一种脉搏波及血氧检测装置，还包括唤醒装置，所述唤醒装置设置在所述头部穿戴主体上并与所述微处理器连接，在所述微处理器判断所述脉搏波与所述血氧浓度低于设定条件或耳膜温度数据值高于设定条件时，将用户唤醒。
10.作为优选方案，所述的一种脉搏波及血氧检测装置，还包括无线通信装置和gps定位装置；所述无线通信装置设置在所述头部穿戴主体上并与所述微处理器连接，用于在所述微处理器判断单位时间内所述脉搏波及血氧没有优化趋势，并产生求救信号后，发送所
述求救信号到监控终端；所述gps定位装置设置在所述无线通信装置的接收端并用于在所述无线通信装置发送所述求救信号时，发送定位信号到所述监控终端。
11.作为优选方案，所述的一种脉搏波及血氧检测装置，还包括区块链通信模块；所述区块链通信模块与所述微处理器连接，用于将所述心率信号、所述脉搏波信号、所述温度信号以及所述微处理器的计算结果进行加密并传输至云端服务器，以使所述云端服务器保存经过所述区块链通信模块加密后的数据。
12.作为优选方案，所述的一种脉搏波及血氧检测装置，还包括卡尔曼滤波器和光疗模块，所述卡尔曼滤波器和所述光疗模块均设置在所述头部穿戴主体上；所述卡尔曼滤波器用于对所述采集模块的脉搏波信号进行放大；所述光疗模块用于产生光疗信号。
13.为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种脉搏波及血氧检测系统，包括分析装置以及所述的脉搏波及血氧检测装置；所述脉搏波及血氧检测装置与所述分析装置连接，所述分析装置用于根据所述脉搏波信号获得对应的谐波数据。
14.本发明实施例提供的脉搏波及血氧检测方法，应用于上述实施例中的一种脉搏波及血氧检测装置，所述方法包括：采集穿戴用户的心率、脉搏波数据及耳膜温度数据，并转换成心率信号、脉搏波信号和温度信号；接收所述心率信号、所述脉搏波信号和温度信号，并分别检测所述心率信号、所述脉搏波信号和温度信号的峰值，以根据所述心率信号计算瞬时心率、三维立体震荡频率及呼吸速率，根据所述脉搏波信号计算出血液流量平均值及脉搏波，根据所述温度信号计算出人体耳膜温度数据值，同时根据所述心率信号和所述脉搏波信号计算出血氧浓度。
15.作为优选方案，所述的脉搏波及血氧检测方法，还包括在判断所述脉搏波与所述血氧浓度低于设定条件或耳膜温度数据值高于设定条件时，将用户唤醒；在判断单位时间内所述脉搏波及血氧没有优化趋势，产生求救信号和定位信号，并将所述求救信号和所述定位信号发送到监控终端。
16.作为优选方案，所述的脉搏波及血氧检测方法，包括：通过所述区块链通信模块将所述心率信号、所述脉搏波信号、所述温度信号以及所述微处理器的计算结果进行加密并传输至所述云端服务器；通过所述云端服务器保存经过所述区块链通信模块加密后的数据。
17.本发明实施例提供的脉搏波及血氧检测方法，应用于上述实施例中的一种脉搏波及血氧检测系统，所述方法包括：采集穿戴用户的心率、脉搏波数据及耳膜温度数据，并转换成心率信号、脉搏波信号和温度信号；接收所述心率信号、所述脉搏波信号和温度信号，并分别检测所述心率信号、所述脉搏波信号和温度信号的峰值，以根据所述心率信号计算瞬时心率、三维立体震荡频率及呼吸速率，根据所述脉搏波信号计算出血液流量平均值及脉搏波，根据所述温度信号计算出人体耳膜温度数据值，同时根据所述心率信号和所述脉搏波信号计算出血氧浓度；根据所述脉搏波信号获得对应的谐波数据。
18.综上所述，本发明的有益效果为：本发明提供一种脉搏波及血氧检测装置、系统及其方法，头部穿戴主体可以穿戴在用户的头部，头部靠近颈动脉，离心脏的位置比手桡动脉、足背动脉等位置近，能较为精确的采集心率及血管容积脉搏波等数据，而且不用通过阻断血流来测量血压，佩戴者不会有较为强烈的紧束感，使用舒适度较好。
附图说明
19.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
20.图1是本发明实施例中的一种脉搏波及血氧检测装置的结构示意图；
21.图2是本发明实施例中的一种脉搏波及血氧检测方法的流程示意图；
22.图3是本发明实施例中的一种脉搏波及血氧检测方法的脉搏波波形信号放大处理流程示意图；
23.图4是本发明实施例中的一种脉搏波及血氧检测方法的傅立叶转换谐波的流程示意图。
24.其中，1、头部穿戴主体；2、唤醒装置；21、脉冲电流电极；22、马达；23、扬声器；3、区块链通信模块；4、光疗模块；5、采集模块。
具体实施方式
25.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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
26.请参阅图1，本发明实施例提供一种脉搏波及血氧检测装置，脉搏波及血氧检测装置包括头部穿戴主体1、采集模块5和微处理器(图未示)；所述采集模块5和所述微处理器均设置在所述头部穿戴主体1上；
27.其中，所述采集模块5用于采集穿戴用户的心率、脉搏波数据及耳膜温度数据，并转换成心率信号、脉搏波信号和温度信号；
28.所述微处理器用于接收所述心率信号、所述脉搏波信号和温度信号，并分别检测所述心率信号、所述脉搏波信号和所述温度信号的峰值，以根据所述心率信号计算瞬时心率、三维立体震荡频率及呼吸速率，根据所述脉搏波信号计算出血液流量平均值及脉搏波，根据所述温度信号计算出人体耳膜温度数据值，同时根据所述心率信号和所述脉搏波信号计算出血氧浓度。
29.具体地，脉搏波及血氧检测装置包括头部穿戴主体1、采集模块5和微处理器，采集模块5和微处理器均设置在头部穿戴主体1上。采集模块5用于采集穿戴用户的心率、脉搏波数据和温度值，穿戴用户的心率、脉搏波数据转换成心率信号和脉搏波信号以供微处理器检测，根据心率信号计算瞬时心率、三维立体震荡频率及呼吸速率，根据脉搏波信号计算出血液流量平均值及脉搏波，同时根据心率信号和脉搏波信号计算出血氧浓度，根据所述温度信号计算出人体耳膜温度数据值。从而能精确评估并比较头部左右两侧脉搏波及血氧差异，测评早期的动脉硬化等心血管病变的危险程度、器质性病变、功能性改变或代谢异常，用于预测脑梗、脑卒中、冠心病、心肌梗塞、高血压等，提早防治心血管等疾病。
30.头部穿戴主体1用于穿戴在用户上，以较低程度干扰日常生活、运动及睡眠。在一个实施例中，如图1所示，头部穿戴主体1为耳机或耳塞装置的形状。在其他实施例中，头部穿戴主体1还可以以其他耳罩式耳机、耳掛式耳机、耳机麦克风、助听器、耳塞、脖子带、眼
镜、护目镜、头戴式显示器、帽子、头盔、口罩、衣服等形状呈现，在此不作具体限定。
31.本发明提供一种脉搏波及血氧检测装置，头部穿戴主体1可以穿戴在用户的头部，头部靠近颈动脉，离心脏的位置比手桡动脉、足背动脉等位置近，能较为精确的采集心率及血管容积脉搏波等数据，而且不用通过阻断血流来测量血压，佩戴者不会有较为强烈的紧束感，使用舒适度较好。
32.可选地，一种脉搏波及血氧检测装置还包括唤醒装置2，所述唤醒装置2设置在所述头部穿戴主体1上并与所述微处理器连接，用于：
33.在所述微处理器判断所述脉搏波与所述血氧浓度低于设定条件或耳膜温度数据值高于设定条件时，将用户唤醒。
34.可选地，唤醒装置2包括脉冲电流电极21、马达22和扬声器23中的一种或多种，也可包括其他种类，在此不一一举例。当需要唤醒患有睡眠呼吸暂停综合症的用户时，马达22可震动来唤醒用户或脉冲电流电极21刺激用户神经肌肉收缩以唤醒睡眠呼吸暂停的用户，或透过耳机扬声器23转变为心率、脉搏波或谐波同频共振的声音、音乐或颂钵，以刺激或舒缓外耳道的血管脉动与自律神经系统，从而达到唤醒用户或引导用户降低呼吸频率入睡。入睡时系统则切换到降噪模式防止外部干扰，中途清醒则重启流程。在接近起床闹铃前的最后一个浅睡眠时期使用红光兴奋中枢神经，并缓慢增加音量及增加频率直至唤醒。
35.可选地，一种脉搏波及血氧检测装置还包括无线通信装置和gps定位装置；
36.所述无线通信装置设置在所述头部穿戴主体1上并与所述微处理器连接，用于在所述微处理器判断单位时间内所述脉搏波及血氧没有优化趋势，并产生求救信号后，发送所述求救信号到监控终端；
37.所述gps定位装置设置在所述无线通信装置的接收端并用于在所述无线通信装置发送所述求救信号时，发送定位信号到所述监控终端。
38.具体地，一种脉搏波及血氧检测装置还包括无线通信装置和gps定位装置，无线通信装置设置在头部穿戴主体1上并与微处理器连接，用于在微处理器判断单位时间内脉搏波及血氧没有优化趋势，并产生求救信号后，发送所述求救信号到预先指定的监控人员或中心可以持有监控终端，方便监控人员采取必要的救援措施。本发明可用于评估使用者或运动员平时畜氧能力，在有氧健身、水下运动、高原吸氧、户外活动时动态提示缺氧并降低或提高声光电力等频率，另可外接端口使用高频电用于治疗损伤、炎症疼痛症候群等加强血液循环及调整用于运动康复方案器械。在运动状态的变化下可对应不同的心率区间播放不同节拍数(bpm)的数字疗法音乐处方，刺激大脑前岛叶的与迷走神经，阶段性调节或降低心率及呼吸以提高运动表现。
39.请参阅图1，可选地，一种脉搏波及血氧检测装置还包括区块链通信模块3；
40.所述区块链通信模块3与所述微处理器连接，用于将所述心率信号、所述脉搏波信号、所述温度信号以及所述微处理器的计算结果进行加密并传输至云端服务器，以使所述云端服务器保存经过所述区块链通信模块3加密后的数据。
41.具体地，区块链通信模块3，用于将心率信号、脉搏波信号、以及微处理器的计算结果进行加密并传输至云端服务器，以使云端服务器保存经过区块链通信模块3加密后的数据，云端服务器的区块链数据具有隐私保密的优点。云端服务器能够根据所述加密后的数据进行大数据分析，最后得出分析后的结果。区块链通信模块3采用区块链技术，由数据层、
网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成，是一种分布式去中心化的数据存储，由一串使用密码学方法相关联产生的数据块，其中包含了网络交易的信息，用于验证其信息的有效性和生成下一个区块。通过区块链通信模块3发往传输至云端服务器保存数据，用户和授权的医疗机构可根据特定专属的设备共享数据及分案报告。
42.请参阅图1，可选地，一种脉搏波及血氧检测装置还包括卡尔曼滤波器和光疗模块4，所述卡尔曼滤波器和所述光疗模块4均设置在所述头部穿戴主体1上；
43.所述卡尔曼滤波器用于对所述采集模块5的脉搏波信号进行放大；
44.所述光疗模块4用于产生光疗信号。
45.请参阅图3，通过卡尔曼滤波器使脉搏波波形信号放大处理，使脉搏波0.1～10hz的低频区域的agc增益上升，进而计算血液流量平均值及脉搏波。卡尔曼滤波器可同时测量左右两边颈动脉的波动差异：20％以内差异为正常，20％-30％为轻度，30％-50％为中度，高出50％以上为重度等，评估左右两侧的脉搏波及血氧差异，预测单侧面瘫及脑卒中风险。
46.所述光疗信号用于刺激耳道附近对光敏感的脑部细胞以增强其活性。光疗信号中的蓝紫光对新生儿胆红素性脑病有效，紫外光可消炎、止痛，红外光可以热辐射作用于耳道，受热后局部循环改善水肿。在一个应用场景中，用户可在睡眠期间穿戴本发明的脉搏波及血氧检测装置，可用心率变异分析持续评估睡眠中脑神经的运作情况，呼吸频率及深度、血氧饱和浓度、血压与姿态变化来评估睡眠品质。
47.本发明实施例的一种脉搏波及血氧检测系统，包括分析装置和如上述任一项所述的脉搏波及血氧检测装置；
48.所述脉搏波及血氧检测装置与所述分析装置连接，所述分析装置用于根据所述脉搏波信号获得对应的谐波数据。
49.请参阅图4，在获得心率信号和脉搏波信号后，分析装置对血液压力脉搏波进行快速傅立叶变换得到波形的谐波分量组成，将正弦函数拟合频谱中的基频即可推算出平均心率，对应谐波频率为基频频率的整数倍。脉搏波中之各共振谐波频率之振幅、相角及左右脉搏波中各谐波之强弱标准差，依据此标准差来与正常频谱进行辩证分析，判断心梗、糖尿病血糖水平、尿酸、晚期肾衰、酒精水平、脂肪酸含量、胆固醇水平、血红蛋白浓度、关节炎、女性生理周期、男性性功能障碍等特异信号及器官健康状态进行评估。
50.在一个实施例中，心率信号和脉搏波信号还能发往云端服务器，云端服务器采用谐波智能算法大数据对11个谐波的强弱进行分析，分析结果可作为中医临床上的参考依据：心包、肝、肾、脾、肺、胆、膀胱、大肠、三焦、小肠、心经等。若第一、第二谐波增高，有冠状动脉阻塞的高风险。第三谐波若低于35％，有较高的机率得到二型糖尿病及免疫疾病，第四谐波低表示有胆固醇过高的风险。若第一谐波同时增高，则表示有高血压心血管病变的风险。第二谐波的强弱与受孕机率成正相关等。
51.请参阅图2，本发明实施例的一种脉搏波及血氧检测方法应用于上述任一项所述的一种脉搏波及血氧检测装置，所述方法包括：
52.s100、采集穿戴用户的心率、脉搏波数据及耳膜温度数据，并转换成心率信号、脉搏波信号和温度信号；
53.s200、接收所述心率信号、所述脉搏波信号和温度信号，并分别检测所述心率信号、所述脉搏波信号和温度信号的峰值，以根据所述心率信号计算瞬时心率、三维立体震荡
频率及呼吸速率，根据所述脉搏波信号计算出血液流量平均值及脉搏波，根据所述温度信号计算出人体耳膜温度数据值，同时根据所述心率信号和所述脉搏波信号计算出血氧浓度。
54.具体地，可以通过采集模块5采集穿戴用户的心率及脉搏波数据，并转换成心率信号和脉搏波信号以供微处理器检测，根据心率信号计算瞬时心率、三维立体震荡频率及呼吸速率，根据脉搏波信号计算出血液流量平均值及脉搏波，同时根据心率信号和脉搏波信号计算出血氧浓度，从而能精确评估脉搏波及血氧差异，测评早期的动脉硬化等心血管病变的危险程度、器质性病变、功能性改变或代谢异常，用于预测脑梗、脑卒中、冠心病、心肌梗塞、高血压等，提早防治心血管等疾病。
55.具体地，脉搏波及血氧检测方法还包括：
56.在判断所述脉搏波与所述血氧浓度低于设定条件或耳膜温度数据值高于设定条件时，将用户唤醒；
57.在判断单位时间内所述脉搏波及血氧没有优化趋势，产生求救信号和定位信号，并将所述求救信号和所述定位信号发送到监控终端。
58.具体地，无线通信装置设置在头部穿戴主体1上并与微处理器连接，可以在微处理器判断单位时间内脉搏波及血氧没有优化趋势，并产生求救信号后，发送所述求救信号到预先指定的监控人员或中心。gps定位装置向预先指定的监控人员或中心发送定位信号，方便监控人员采取必要的救援措施。本发明可用于评估使用者或运动员平时畜氧能力，在有氧健身、水下运动、高原吸氧、户外活动时动态提示缺氧并降低或提高声光电力等频率，另可外接端口使用高频电用于治疗损伤、炎症疼痛症候群等加强血液循环及调整用于运动康复方案器械。
59.具体地，脉搏波及血氧检测方法包括：
60.通过所述区块链通信模块3将所述心率信号、所述脉搏波信号、所述温度信号以及所述微处理器的计算结果进行加密并传输至所述云端服务器；
61.通过所述云端服务器保存经过所述区块链通信模块3加密后的数据。
62.具体地，脉搏波及血氧检测方法用于将心率信号、脉搏波信号、以及微处理器的计算结果进行加密并传输至云端服务器，以使云端服务器保存经过区块链通信模块3加密后的数据，云服务区块链数据具有隐私保密的优点。通过移动区块链通信设备端发往传输至云端区块链网络保存数据，用户和授权的医疗机构可根据特定专属的设备共享数据及分案报告。点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式，任何人无法修改以确保个人隐私安全及数据完整性。
63.本发明实施例的一种脉搏波及血氧检测方法，应用于所述的一种脉搏波及血氧检测系统，所述方法包括：
64.采集穿戴用户的心率、脉搏波数据及耳膜温度数据，并转换成心率信号、脉搏波信号和温度信号；
65.接收所述心率信号、所述脉搏波信号和温度信号，并分别检测所述心率信号、所述脉搏波信号和温度信号的峰值，以根据所述心率信号计算瞬时心率、三维立体震荡频率及呼吸速率，根据所述脉搏波信号计算出血液流量平均值及脉搏波，根据所述温度信号计算出人体耳膜温度数据值，同时根据所述心率信号和所述脉搏波信号计算出血氧浓度；
66.根据所述脉搏波信号获得对应的谐波数据。
67.在获得心率信号和脉搏波信号后，分析装置对血液压力脉搏波进行快速傅立叶变换得到波形的谐波分量组成，将正弦函数拟合频谱中的基频即可推算出平均心率，对应谐波频率为基频频率的整数倍。脉搏波中之各共振谐波频率之振幅、相角及左右脉搏波中各谐波之强弱标准差，依据此标准差来与正常频谱进行辩证分析，判断心梗、糖尿病血糖水平、尿酸、晚期肾衰、酒精水平、脂肪酸含量、胆固醇水平、血红蛋白浓度、关节炎、女性生理周期、男性性功能障碍等特异信号及器官健康状态进行评估。
68.在一个实施例中，心率信号和脉搏波信号还能发往云端服务器，云端服务器采用谐波智能算法大数据对11个谐波的强弱进行分析，分析结果可作为中医临床上的参考依据：心包、肝、肾、脾、肺、胆、膀胱、大肠、三焦、小肠、心经等。若第一、第二谐波增高，有冠状动脉阻塞的高风险。第三谐波若低于35％，有较高的机率得到二型糖尿病及免疫疾病，第四谐波低表示有胆固醇过高的风险。若第一谐波同时增高，则表示有高血压心血管病变的风险。第二谐波的强弱与受孕机率成正相关等。
69.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。