一种用于测量血压信号的可穿戴式设备的制作方法

1.本技术涉及血压测量技术领域，具体而言，本技术涉及一种用于测量血压信号的可穿戴式设备。


背景技术：

2.随着人们对于自身健康状况越来越关注，可穿戴式设备的应用也越来越受到用户的青睐，即用户可以通过可穿戴式设备对身体的各种生理参数(比如血压)进行实时监控和统计，以使用户能对自己的身体情况有直观的认识，进而及时做出相应的措施。考虑到血压是通过脉搏波传输时间计算得到，为了获得脉搏波传输时间，现有的可穿戴式设备通常需要同时监测身体的不同部位(比如手腕和手指)，从而导致穿戴不便，无法进行长时间的监测。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种用于测量血压信号的可穿戴式设备，可以解决无法进行长时间的血压监测的问题。所述技术方案如下：
4.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种用于测量血压信号的可穿戴式设备，该用于测量血压信号的可穿戴式设备包括耳机本体、光学传感器以及处理模块，所述光学传感器设置在所述耳机本体上，所述光学传感器用于获得耳朵上的多种波长的光电容积脉搏波ppg信号；各ppg信号的波长与所处位置的皮肤属性相关；
5.所述处理模块用于根据所述多种波长的ppg信号获得生理参数，所述生理参数包括血压信号。
6.作为一种用于测量血压信号的可穿戴式设备的可选方案，所述多种波长的ppg信号包括：
7.包括耳朵的毛细血管层的脉动信息的第一ppg信号；
8.包括耳朵的毛细血管层和小动脉层的脉动信息的第二ppg信号；
9.包括耳朵的毛细血管层、小动脉层和动脉层的脉动信息的第三ppg信号。
10.作为一种用于测量血压信号的可穿戴式设备的可选方案，所述处理模块包括：
11.预处理单元，用于对所述多种波长的ppg信号进行预处理，所述预处理包括滤波和降噪处理；
12.生理参数估计单元，用于将经过预处理的所述多种波长的ppg信号输入至预先构建的生理系统数学模型或深度学习模型以得到所述生理参数；所述深度学习模型是以所述多种波长的ppg信号为样本，以所述血压信号为标签训练而成。
13.作为一种用于测量血压信号的可穿戴式设备的可选方案，还包括加速度传感器，所述加速度传感器设置在所述耳机本体上，所述预处理单元用于根据所述加速度传感器采集的加速度信号进行降噪处理。
14.作为一种用于测量血压信号的可穿戴式设备的可选方案，还包括压力传感器，所
述压力传感器可选择地设置在所述耳机本体上，所述生理参数估计单元用于根据所述压力传感器采集采集用户在不同体位时的压力信号对所述生理系统数学模型进行校准。
15.作为一种用于测量血压信号的可穿戴式设备的可选方案，还包括生物传感器，所述生物传感器设置在所述耳机本体上，所述生理参数估计单元用于根据所述生物传感器采集的耳朵的生物电信号对所述生理系统数学模型进行校准。
16.作为一种用于测量血压信号的可穿戴式设备的可选方案，还包括通信模块，所述通信模块设置在所述耳机本体上，
17.当所述处理模块设置在所述耳机本体上时，所述通信模块用于将所述多种波长的ppg信号发送给所述处理模块，且所述通信模块用于输出所述处理模块获得的所述生理参数；
18.当所述处理模块与所述耳机本体分开设置时，所述通信模块用于将所述多种波长的ppg信号发送给所述处理模块。
19.作为一种用于测量血压信号的可穿戴式设备的可选方案，所述生理参数还包括心率和血氧饱和度；
20.所述血压信号包括平均血压、舒张压、收缩压、逐拍血压和动脉血压图。
21.作为一种用于测量血压信号的可穿戴式设备的可选方案，所述耳机本体为入耳式耳机本体和挂耳式耳机本体中的至少一种。
22.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本技术提供了一种用于检测生理参数的可穿戴式设备，利用耳机本体放置在耳朵上，方便用户穿戴的同时不影响用户的正常活动，进而能实现对用户进行长时间的监测。同时，由于ppg信号的波长与所处位置的皮肤属性相关，即不同波长的光能穿透至皮肤不同深度，通过设置光学传感器匹配测所处位置的皮肤属性，可以获得多种覆盖皮下不同血管层的ppg信号，能保证只需监测耳朵便可获得血压信号，穿戴方便。另外相较于人体的其他部位而言，耳朵不仅血管分布丰富，而且移动幅度较少、与心脏之间的位置相对固定，能提高监测精度。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对本技术实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
24.图1为本技术实施例提供的耳机本体安装位置的示意图；
25.图2为本技术实施例提供的用于测量血压信号的可穿戴式设备；
26.图3为本技术实施例提供的光学传感器的结构示意图；
27.图4为本技术实施例的光学传感器和耳机本体连接的结构示意图；
28.图5为本技术实施例的生物传感器和耳机本体连接的结构示意图；
29.图6为本技术实施例提供的耳机本体的结构示意图；
30.图7为本技术实施例提供的一种ppg信号的示意图；
31.图8为本技术实施例提供的用于测量血压信号的可穿戴式设备利用血压检测仪进行校准的结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合本技术中的附图描述本技术的实施例。应理解，下面结合附图所阐述的实施方式，是用于解释本技术实施例的技术方案的示例性描述，对本技术实施例的技术方案不构成限制。
33.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术实施例所使用的术语“包括”以及“包含”是指相应特征可以实现为所呈现的特征、信息、数据、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除实现为本技术领域所支持其他特征、信息、数据、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合等。应该理解，当我们称一个元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，该一个元件可以直接连接或耦接到另一元件，也可以指该一个元件和另一元件通过中间元件建立连接关系。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的术语“和/或”指示该术语所限定的项目中的至少一个，例如“a和/或b”可以实现为“a”，或者实现为“b”，或者实现为“a和b”。
34.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
35.本技术实施例中提供了一种用于测量血压信号的可穿戴式设备，如图1结合图2所示，图1示例性地示出了本技术实施例的耳机本体100的安装位置的示意图，图2示例性地示出了本技术实施例的用于测量血压信号的可穿戴式设备的结构示意图，该用于测量血压信号的可穿戴式设备包括耳机本体100、光学传感器101以及处理模块102，光学传感器101设置在耳机本体100上，光学传感器101用于获得耳朵上的多种波长的光电容积脉搏波ppg信号；各ppg信号的波长与所处位置的皮肤属性相关；处理模块102用于根据多种波长的ppg信号获得生理参数，生理参数包括血压信号。
36.可以理解的是，利用耳机本体100放置在耳朵上，方便用户穿戴的同时不影响用户的正常活动，进而能通过光学传感器101和处理模块102实现对用户进行长时间的监测，另外相较于人体的其他部位而言，耳朵不仅血管分布丰富，而且移动幅度较少、与心脏之间的位置相对固定，能提高监测精度。
37.可选地，当耳机本体100的数量为两个时，两个耳机本体100之间可无线连接，进而方便用户佩戴且降低用户正常生活的干扰。当然，在其它实施例中，两个耳机本体100之间也可通过链条或挂耳件连接，以便用户收纳两个耳机本体100。
38.其中，如图3所示，图3示例性地示出了本技术实施例的光学传感器的结构示意图，光学传感器101包括光电探测器1011和多个光发射器1012，光发射器1012用于发射能照射到耳朵上的单色光，光电探测器1011用于接收经过耳朵后的单色光以得到ppg信号，多个光发射器1012彼此之间发射的单色光的波长不同，以使光学传感器101能产生多波长复合光。
39.需要解释的是，ppg信号又称光电容积脉搏波波形图，其是通过光电容积脉搏波描记(photo plethysmography，ppg)法检测得到血液容积随时间的变化曲线。因为血液对每种波长的单色光的吸收、衰减等作用存在差异性，故当光学传感器101产生多波长复合光时便可获得多种波长的ppg信号。相较于现有技术中通过在用户的不同的身体部位均放置穿戴设备以测得血压信号，通过光学传感器101直接产生多波长复合光以获得血压信号能极大地减少零件数量，便于用户穿戴，提高用户的体验感。
40.示例性地，多个光发射器1012既可以间隔设置在光电探测器1011的一侧，也可以均匀分布在光电探测器1011的两侧，还可以环设在光电探测器1011外，本实施例对光发射器1012的具体分布方式不做限制。
41.示例性地，如图4所示，图4示例性地示出了本技术实施例的光学传感器和耳机本体连接的结构示意图，光学传感器101可设置在耳机本体100的导声管处，即耳机本体100为入耳式耳机本体时，用户佩戴耳机本体时光学传感器101位于耳朵的耳道处。
42.一方面，由于耳朵不同的位置(耳道、对耳轮、外耳以及耳后)，皮肤属性(皮肤厚度以及皮肤包含的血管层)有所区别，皮肤的厚度越薄皮肤包含的血管层越少，有的皮肤包含的血管层只存在毛细血管层，有的皮肤包含的血管层有毛细血管层和小动脉层，还有的皮肤包含的血管层有毛细血管层、小动脉层和动脉层，故而光学传感器101在耳朵上所处的位置不同，所获取的ppg信号也有所区别。
43.另一方面，由于不同波长的单色光能穿透的皮肤厚度不同，所获取的ppg信号也有所区别，比如，波长为460nm的蓝色光主要能穿透至毛细血管层，波长为593nm的黄色光能穿透至小动脉层，波长为940nm的近红外光能穿透至动脉层，故当光学传感器101包含的光发射器1012发射的单色光波长不同，所获取的ppg信号也有所区别。
44.示例性地，ppg信号和不同血管层的脉动信息关系如下：
45.b_ppg≈f(vc) f(vm)
46.其中，b_ppg表示波长为460nm的蓝色光对应的ppg信号，f(vc)表示毛细血管层脉动信息，f(vm)表示运动伪影(即ppg信号的噪声)。
47.y_ppg≈f(vc) f(vo) f(vm)
48.其中，y_ppg表示波长为593nm的黄色光对应的ppg信号，f(vc)表示毛细血管层的脉动信息，f(vo)表示小动脉层的脉动信息，f(vm)表示运动伪影(即ppg信号的噪声)。
49.ir_ppg≈f(vc) f(vo) f(va) f(vm)
50.其中，ip_ppg表示940nm的近红外光对应的ppg信号，f(vc)表示毛细血管层的脉动信息，f(vo)表示小动脉层的脉动信息，f(va)表示动脉层的脉动信息，f(vm)表示运动伪影(即ppg信号的噪声)。
51.可以理解的是，利用耳机本体100放置在耳朵上，方便用户穿戴的同时不影响用户的正常活动，进而能实现对用户进行长时间的监测。同时，由于ppg信号的波长与所处位置的皮肤属性相关，即不同波长的光能穿透至皮肤不同深度，通过设置光学传感器101匹配测所处位置的皮肤属性，可以获得多种覆盖皮下不同血管层的ppg信号，通过设置光学传感器101以获得的多种ppg信号，能保证只需监测耳朵便可获得血压信号，穿戴方便。另外相较于人体的其他部位而言，耳朵不仅血管分布丰富，而且移动幅度较少、与心脏之间的位置相对固定，能提高监测精度。
52.在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，多种波长的ppg信号包括：
53.包括耳朵的毛细血管层脉动信息的第一ppg信号；
54.包括耳朵的毛细血管层和小动脉层的脉动信息的第二ppg信号；
55.包括耳朵的毛细血管层、小动脉层和动脉层的脉动信息的第三ppg信号。
56.示例性地，波长为460nm的蓝色光主要能穿透至毛细血管层，故光学传感器通过蓝色光能获得包括毛细血管层脉动信息的第一ppg信号；波长为593nm的黄色光能穿透至小动
脉层，故光学传感器通过黄色光能获得包括毛细血管层和小动脉层的脉动信息的第二ppg信号；波长为940nm的近红外光能穿透至动脉层，故光学传感器通过近红外光能获得包括毛细血管层、小动脉层和动脉层的脉动信息的第三ppg信号，当光学传感器发射具有蓝光、黄光和近红外光的复合光时，获得的多种波长的ppg信号包括第一ppg信号、第二ppg信号和第三ppg信号。
57.在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，处理模块包括：
58.预处理单元，用于对多种波长的ppg信号进行预处理，预处理包括滤波和降噪处理；
59.生理参数估计单元，用于将经过预处理的多种波长的ppg信号输入至预先构建的生理系统数学模型或深度学习模型以得到生理参数；深度学习模型是以多种波长的ppg信号为样本，以血压信号为标签训练而成。
60.通过将预先构建的生理系统数学模型或者深度机器学习模型集成在生理参数估计单元中，能提高响应速度，加快处理模块的运算效率。
61.示例性地，预处理的方法包括但不限于重新采样、平滑滤波、高通滤波、低通滤波、陷波滤波、小波滤波以及机器学习算法，其中，机器学习算法有主成分分析、独立分量分析和卷积神经网络。
62.可选地，预处理单元包括控制器和信号处理器，控制器用于控制光学传感器的工作与否，信号处理器用于对多种波长的ppg信号进行预处理。
63.示例性地，信号处理器包括滤波器、放大器和模数转换器，滤波器用于对生物信号进行滤波降噪，放大器用于对生物信号进行放大以便模数转换器接收，模数转换器将生物信号转换成数字形式的信号进而方便输入生理系统模型或者深度机器学习模型进行计算。
64.在一个实施例中，生理参数估计单元设置在耳机本体上，以提高用于测量血压信号的可穿戴式设备的集成化。在其它实施例中，生理参数估计单元也可外置，即设置在其他穿戴式设备上，通过和其他可穿戴式设备交互能进一步地提高获得的血压信号的准确性。
65.在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，用于测量血压信号的可穿戴式设备还包括加速度传感器，加速度传感器设置在耳机本体上，预处理单元用于根据加速度传感器采集的加速度信号进行降噪处理。
66.需要解释的是，考虑到往往需要人体在静止状态下得到的生理参数更为准确，故而预处理单元通过获得的加速度信号能对当前获得的ppg信号进行对应的降噪处理，以使获得血压信号更为精准。
67.在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，用于测量血压信号的可穿戴式设备，还包括压力传感器，压力传感器可选择地设置在耳机本体上，生理参数估计单元用于根据压力传感器采集用户在不同体位时的压力信号对生理系统数学模型进行校准。
68.其中，体位变化包括用户站立、蹲下和坐下这三种体位之间的改变，由于体位变化会影响血压信号，故通过压力传感器采集用户在不同体位时的压力信号对生理系统数学模型进行校准，以保证所获得的血压信号准确。
69.在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，用于测量血压信号的可穿戴式设备，还包括生物传感器，生物传感器设置在耳机本体上，生理参数估计单元用于根据生物传感器采集的耳朵的生物电信号对生理系统数学模型进行校准。
70.示例性地，生物传感器为贴片式传感器和导电硅胶式传感器中的至少一种。
71.进一步地，处理模块的预处理单元根据生物电信号得到心电图(electrocardiogram，ecg)，生理参数估计单元通过ecg结合ppg信号能得到对应的脉搏波传导时间，以获得对应的血压信息，通过该血压信息对利用多种波长的ppg信号得到的血压信息进行校准，以保证生理系统数学模型能更加适应用户。
72.示例性地，如图5所示，图5示例性地示出了本技术实施例的生物传感器和耳机本体连接的结构示意图，耳机本体为入耳式耳机本体，生物传感器的电极201设置在耳机本体的硅胶头套200处。当然，在其它实施例中，耳机本体为挂耳式耳机本体时，生物传感器的电极可设置在耳机本体的鲨鱼鳍处或耳挂处。
73.可选地，由于耳机本体有两个，生物传感器的电极201既可以只设置在其中一种耳机本体上，也可在两个耳机本体上分别设置，本实施例不做具体限制。
74.在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，用于测量血压信号的可穿戴式设备还包括通信模块，通信模块设置在耳机本体上，
75.当处理模块设置在耳机本体上时，通信模块用于将多种波长的ppg信号发送给处理模块，且通信模块用于将输出处理模块获得的生理参数输出；
76.当处理模块与耳机本体分开设置时，通信模块用于将多种波长的ppg信号发送给处理模块。
77.示例性地，通信模块包括蓝牙主机，用于和外部显示设备无线连接以输出生理参数，外部显示设备可为手机、平板、电脑、手表等。
78.在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，用于测量血压信号的可穿戴式设备还包括供电模块，用于提供监测生理参数所需的电量，以使用于测量血压信号的可穿戴式设备能正常且长时间的使用。
79.在一个实施例中，当耳机本体的个数为两个时，供电模块设置有两个并分别与两个耳机本体连接；或供电模块设置在其中一个耳机本体上，且两个耳机本体之间通过导线连接。
80.可以理解的是，若耳机本体之间为无线连接，则供电模块也设置有两个以分别与两个耳机本体一一对应连接；若两个耳机本体之间通过链条或挂耳件连接，则即可以选择将供电模块设置在其中一个耳机本体上，并通过由导电材料制成链条或挂耳机(相当于导线)实现供电模块对另一个耳机本体的供电，也可选择设置两个供电模块与两个耳机本体一一对应，本实施例不做具体限制。
81.在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，生理参数还包括心率和血氧饱和度；血压信号包括平均血压(mean blood pressure，mbp)、舒张压(systolic blood pressure，dbp)、收缩压(systolic blood pressure，sbp)、逐拍血压(beat-to-beat blood pressure)和动脉血压图(tonoarteriogram，tag)。
82.其中，动脉血压图对用户心脑血管系统的评估更为精确，保证了对用户身体健康评估的准确性。
83.在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，耳机本体为入耳式耳机本体和挂耳式耳机本体中的至少一种。
84.即通过将耳机本体设置为入耳式还是挂耳式耳机以满足不同用户的穿戴需求。需
resistance，svr)和动脉顺应性(arterial compliance，ac)可由ppg信号获得，从而可得到时间常数(t
τ
)和舒张压(dbp)。在其它实施例中，t
τ
也可直接从近红外光对应的ppg信号中提取出来。
100.在一个实施例中，为了保证用于测量血压信号的可穿戴式设备在长时间使用仍然能获得精准的血压值，故需要定期对生理系统数学模型进行校准。如图8所示，其示例性地示出了用于测量血压信号的可穿戴式设备利用血压检测仪进行校准的结构示意图，通过通信模块连接现有的血压监测仪，血压监测仪在一段时间内进行随机的数次血压测量，并将测量的血压信号与ppg信号进行时间对齐，处理模块会将测量的血压信号为基准计算上述生理系统数学模型中需要校准的参数k1、k2、b1和b2。
101.在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，生理系统数学模型还包括以下公式：
[0102][0103]
其中：k和b为因变量，ptt可由ppg信号结合ecg得到。
[0104]
故而在通过ecg进行校准时，可以利用多种波长的ppg信号获得一个第一mbp，并利用ppg信号结合ecg获得一个第二mbp，通过比较第一mbp和第二mbp，来判断是否需要校准生理系统数学模型。当需要校准时，可通过第一mbp对k和b进行校准，通过第二mbp对k1、k2、b1和b2进行校准。
[0105]
在上述各实施例的基础上，作为一种可选实施例，生理系统数学模型还包括以下公式：
[0106]
mbp＝f(δptt)
[0107]
其中，δptt表示体位发生改变时ptt变化值。当发生体位改变时会产生高度差，高度差会影响瞬时压力，导致ptt发生改变，即δptt＝f(h)，高度差可通过加速度传感器获得。
[0108]
故而在通过压力信号进行校准时，可以利用多种波长的ppg信号获得一个第一mbp，并利用压力信号获得一个第三mbp，通过比较第一mbp和第三mbp，来判断是否需要校准生理系统数学模型。当需要校准时，可通过第三mbp对k1、k2、b1和b2进行校准。
[0109]
本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“1”、“2”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除图示或文字描述以外的顺序实施。
[0110]
应该理解的是，虽然本技术实施例的流程图中通过箭头指示各个操作步骤，但是这些步骤的实施顺序并不受限于箭头所指示的顺序。除非本文中有明确的说明，否则在本技术实施例的一些实施场景中，各流程图中的实施步骤可以按照需求以其他的顺序执行。此外，各流程图中的部分或全部步骤基于实际的实施场景，可以包括多个子步骤或者多个阶段。这些子步骤或者阶段中的部分或全部可以在同一时刻被执行，这些子步骤或者阶段中的每个子步骤或者阶段也可以分别在不同的时刻被执行。在执行时刻不同的场景下，这些子步骤或者阶段的执行顺序可以根据需求灵活配置，本技术实施例对此不限制。
[0111]
以上所述仅是本技术部分实施场景的可选实施方式，应当指出，对于本技术领域
的普通技术人员来说，在不脱离本技术的方案技术构思的前提下，采用基于本技术技术思想的其他类似实施手段，同样属于本技术实施例的保护范畴。