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CN112426137A - 一种基于脉搏和血压的健康检测仪及系统 - Google Patents

一种基于脉搏和血压的健康检测仪及系统 Download PDF

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CN112426137A
CN112426137A CN202011204330.4A CN202011204330A CN112426137A CN 112426137 A CN112426137 A CN 112426137A CN 202011204330 A CN202011204330 A CN 202011204330A CN 112426137 A CN112426137 A CN 112426137A
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李秋平
王新安
周炳
朱玉博
邱常沛
王虎
赵天夏
何春舅
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Peking University Shenzhen Graduate School
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Abstract

本发明公开了一种基于脉搏和血压的健康检测仪，包括：信号采集装置，所述信号采集装置采集用户血压值和在变化压力激励下的脉搏信号，所述信号采集装置包括内嵌PVDF压电薄膜传感器的血压袖带、以及信号预处理电路；充放气模块，所述充放气模块用于对所述血压袖带进行充放气；控制模块，所述控制模块包括用于控制所述充放气模块的充放气控制单元，所述充放气控制单元控制所述充放气模块使所述信号采集装置在进行血压值和脉搏信号采集时对人体产生变化压力的激励；信号输出模块，与所述信号预处理电路连接，用于将所述信号预处理电路处理后的电信号转化为数据信息并输出。

Description

一种基于脉搏和血压的健康检测仪及系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，更具体的是涉及一种基于脉搏和血压的健康检测仪及系统。
背景技术
中医看病的基本技能—望闻问切，以“切脉象”最基本、最具特色、也最难，所以中医又称为“把脉医生”。脉象是内在的血液.血管系统中传播的脉搏波之外在反映。按照我们基于中医整体观的脉搏波模型，脉搏现象包含着血液的流动和在血液中传播的携带能量和信息的脉搏波。前者是人眼易见的实体血液的“物质流”，我们把它解释为中医所谓的“血”；而后者是人眼不易见、以波的形式传播的“信息.能量流”，我们把它解释为中医所谓的“气”。两者既密切相关不可分，又互有区别不可混。血(有形有质)是气(无形有质)传播的物质载体(媒介)，而气是以波形式传播的推动血运行并携带整体信息的能量。这与中医“气为血之帅，血为气之母”观点一致。
血压计是应用最广泛得医疗设备之一，用以检测人体血压和脉搏信息，但是，其所提供的信息相对较少，并不能很好的反映人体的健康状态。
发明内容
本发明的目的是在于解决上述的技术问题。
针对上述技术问题,本发明提出了一种基于脉搏和血压的健康检测仪，包括：
信号采集装置，所述信号采集装置采集用户血压值和在变化压力激励下的脉搏信号，所述信号采集装置包括内嵌PVDF压电薄膜传感器的血压袖带、以及信号预处理电路；
充放气模块，所述充放气模块用于对所述血压袖带进行充放气；
控制模块，所述控制模块包括用于控制所述充放气模块的充放气控制单元，所述充放气控制单元控制所述充放气模块使所述信号采集装置在进行血压值和脉搏信号采集时对人体产生变化压力的激励；
信号输出模块，与所述信号预处理电路连接，用于将所述信号预处理电路处理后的电信号转化为数据信息并输出。
优选的，所述信号预处理电路包括：电荷放大器、低通滤波器，二级放大器、电压跟随器和ADC。
优选的，所述低通滤波器的截止频率为30Hz。
优选的，所述低通滤波器为4阶巴特沃斯低通滤波器。
优选的，所述检测仪还包括：
显示装置，所述显示装置与所述信号输出模块连接，用于显示所述信号输出模块输出的数据信息。
优选的，所述检测仪还包括：
数据缓存模块、以及将数据上传至云端存储模块的数据上传模块；
所述数据缓存模块用于缓存所述信号输出模块输出的数据信息；
所述数据上传模块用于将所述数据信息上传至所述云端存储模块。
优选的，所述检测仪还包括：
用户端，用于输入存储用户个人信息，从云平台调用历史数据、以及专业健康诊疗报告。
优选的，所述用户端包括：
个人信息编辑模块，用于存储用户基本信息；
数据传输与控制模块，用于连接开启和关闭数据传输。
本发明同时提供一种基于脉搏和血压的健康检测系统，包括：
信号采集装置，所述信号采集装置采集用户血压值和在变化压力激励下的脉搏信号，所述信号采集装置包括内嵌PVDF压电薄膜传感器的血压袖带、以及信号预处理电路；
充放气模块，所述充放气模块用于对所述血压袖带进行充放气；
控制模块，所述控制模块包括用于控制所述充放气模块的充放气控制单元，所述充放气控制单元控制所述充放气模块使所述信号采集装置在进行血压值和脉搏信号采集时对人体产生变化压力的激励；
信号输出模块，与所述信号预处理电路连接，用于将所述信号预处理电路处理后的电信号转化为可视化信息并输出；
显示装置，所述显示装置与所述信号输出模块连接，用于显示所述信号输出模块输出的可视化信息；以及
云平台，所述云平台包括数据分析模块和云端存储模块，所述数据分析模块用于分析所述信号采集装置上传的数据信息，所述云端存储模块用于存储用户基本信息和基于所述数据信息分析得到的健康信息。
优选的，所述系统还包括：
信息管理模块，用于管理所述用户端和所述云平台的数据通信和交互，并获取专业人员的诊疗分析结果报告，将所述诊疗分析结果报告反馈至用户端。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明通过控制血压袖带充放气来施加变化压力的激励，在变化压力激励下人体就会发生“气”和“血”的变化，这时采集到的脉搏波形所蕴含的信息更为丰富。本系统再附加采集到的用户血压信息，对用户的健康分析具有重要的价值。。
附图说明
图1为本发明实施例中健康检测仪的结构示意图。
图2为本发明实施例中信号预处理电路的结构示意图。
图3为本发明实施例中电荷放大器原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例一
如图1-2所示，本发明提供了一种基于脉搏和血压的健康检测系统，该系统包括健康检测仪、云平台3、以及用户端4，其中，该健康检测仪包括：
信号采集装置1，所述信号采集装置1采集用户血压值和在变化压力激励下的脉搏信号，所述信号采集装置1包括内嵌PVDF压电薄膜传感器的血压袖带11、以及信号预处理电路12；
充放气模块25，所述充放气模块25用于对所述血压袖带11进行充放气,充放气模块包含压力泵、压力传感器和排气阀等装置，用以对内嵌PVDF压电薄膜的血压袖带11充放气以及检测压力值；
控制模块24，所述控制模块24包括用于控制所述充放气模块的充放气控制单元(图中未示出)，所述充放气控制单元控制所述充放气模块25使所述信号采集装置1在进行血压值和脉搏信号采集时对人体产生变化压力的激励；
信号输出模块13，与所述信号预处理电路12连接，用于将所述信号预处理电路12处理后的电信号转化为数据信息并输出。
本实施例中，内嵌PVDF压电薄膜的血压袖带，其结构是在传统血压袖带的中间层内嵌并固定PVDF压电薄膜，此血压袖带采用稍硬材质的，这样PVDF压电薄膜才能较少被袖带的充放气这种外在因素所干扰。这样血压袖带能够用来测量血压，也能够感应脉搏的跳动。PVDF压电薄膜作为一种新兴的高分子材料，经处理后，压力效果明显，且频响宽，动态范围大，灵敏度高，机械性能强度高。当作用在PVDF微单元上的应力发生变化时，传感器两极产生的电荷为：
Figure BDA0002756542360000051
式中，Δq为单位面积上电荷变化；d3j为微单元各方向的压电常数矩阵；j为各方向施加的作用力；Δσj为各方向应力变化。
如图2所示，本实施例中，所述信号预处理电路12包括：电荷放大器121、低通滤波器122，二级放大器123、电压跟随器124和ADC125。
如图3所示为电荷放大器原理图，它的核心部件是反馈电容Cf，因此电荷放大器起到电流积分器的作用。PVDF压电薄膜受到振动时，其表面出现与应力成比例的电荷，电荷通过电荷放大器的积分与放大转换为与其成正比的电压。
人体脉搏信号频率约为0.2Hz-45Hz，大部分有用信号频率低，集中在0.5-4Hz之间。而且当采集微弱信号时，信号会受到50Hz工频干扰影响，且其能量不仅局限于50Hz，往往还成倍频干扰出现。因此本系统采用截止频率为30Hz的低通滤波器来过滤掉50Hz工频干扰以及它的倍频干扰。采用30Hz低通滤波器能有效滤除干扰，还能保留脉搏信号的大多数信息。巴特沃斯(Butterworth)低通滤波器具有最大平坦幅频响应的特性，且具有良好的线性相位特性等优点，因此本实施例采用4阶巴特沃斯低通滤波器。4阶低通滤波器可由2个2阶低通滤波器级联而成。
本实施例中，ADC(数/模转换器)为16为逐次逼近型，如MAX195。它将高精度、高速度、低电源功耗等性能结合在一起。内部校准电路对线性度与偏置误差进行校正，所以无需外部调整便可达到全部额定的性能指标。可广泛应用于便携式仪表、医用信号采集及多传感器测量等系统中。
进一步的，所述检测仪还包括：显示装置2，所述显示装置2与所述信号输出模块13连接，用于显示所述信号输出模块输出的数据信息。
进一步的，所述检测仪还包括：
数据缓存模块26、以及将数据上传至云端存储模块的数据上传模块23；所述数据缓存模块26用于缓存所述信号输出模块13输出的数据信息；所述数据上传模块23用于将所述数据信息上传至所述云端存储模块(云平台3上)。本实施例中数据上传模块23可以是4G传输模块或5G传输模块或其他无线传输模块。
进一步的，所述检测仪还包括：用户端4，用于输入存储用户个人信息，从云平台3调用调用历史数据、以及专业健康诊疗报告。
具体的，所述用户端包括：
个人信息编辑模块，用于存储用户基本信息；
数据传输与控制模块，用于连接开启和关闭数据传输。
进一步的，本实施例中，检测仪还包括电源模块21以及实时显示模块22，电源模块21用以提供电力支持，实时显示模块22将获取的数据信息进行实时显示，实时显示模块将血压、脉搏数据以数字和波形的形式显示于用户实时显示装置上。控制模块还用于管理信号采集装置、显示装置、电源模块、数据上传模块等。
本实施例中，电源模块21、实时显示模块22、数据上传模块23、控制模块24、充放气模块25、以及缓存模块26均设置于显示装置内，与信号采集装置1通过线路连接。
本实施例检查仪的信号来源包括两个，一个是用户的血压数据；另一个是在变化压力激励下的脉搏信号。
血压袖带的压力不断变化，就对脉搏采集这一过程施加了压力的激励，且这种激励是不断变化的。加入激励后，采集到的脉搏信号就蕴含了更为丰富的关于人体健康的信息。
本发明系统除了采集变化压力激励下的脉搏信号，还采集了用户的血压值。两种信息相结合进行分析，使得分析能够更加准确。这两种维度的信息就作为本发明系统的信号来源。
本实施例中，血压和有激励下的脉搏信号蕴藏了关于人体健康的丰富信息。利用本发明系统所采集的信号，可进行大病筛查、慢病管理和风险预警。
大病筛查，主要包括恶性肿瘤、急性心肌梗塞、脑卒中、帕金森等疾病的初步筛查。慢病管理是指糖尿病、高血压，心脏类疾病等慢性病的日常管理。风险预警，发生疾病的风险，或者已患病人群的疾病恶化等风险预警提示。
实施例二
如图1所述，本实施例提供一种基于脉搏和血压的健康检测系统，其包括：信号采集装置1、显示装置2、云平台3、以及用户端4。
其中，信号采集装置1采集用户血压值和在变化压力激励下的脉搏信号，所述信号采集装置包括内嵌PVDF压电薄膜传感器的血压袖带11、以及信号预处理电路12；
具体的，显示装置2内还设置有充放气模块25，充放气模块25用于对所述血压袖带进行充放气；
具体的，显示装置2内还设置有控制模块24，所述控制模块24包括用于控制所述充放气模块25的充放气控制单元，所述充放气控制单元控制所述充放气模块25使所述信号采集装置1在进行血压值和脉搏信号采集时对人体产生变化压力的激励；
具体的，信号采集装置1内还设置有信号输出模块13，与所述信号预处理电路12连接，用于将所述信号预处理电路12处理后的电信号转化为可视化信息并输出；
显示装置2，所述显示装置与所述信号输出模块连接，用于显示所述信号输出模块输出的可视化信息；以及
云平台3，所述云平台3包括数据分析模块(图中未示出)和云端存储模块(图中未示出)，所述数据分析模块用于分析所述信号采集装置上传的数据信息，所述云端存储模块用于存储用户基本信息和基于所述数据信息分析得到的健康信息。
进一步的，云平台3还包括信息管理模块，用于管理所述用户端和所述云平台的数据通信和交互，并获取专业人员的诊疗分析结果报告，将所述诊疗分析结果报告反馈至用户端。
本实施例中，用户端4用于输入存储用户个人信息，从云平台3查看历史数据，以及专业健康诊疗报告。个人信息编辑模块用于存储用户基本信息，所述用户基本信息包括姓名、性别、体重、身高、年龄、平时是否高血压，以及是否有其他疾病情况、家族病史。
上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于脉搏和血压的健康检测仪，其特征在于，包括：
信号采集装置，所述信号采集装置采集用户血压值和在变化压力激励下的脉搏信号，所述信号采集装置包括内嵌PVDF压电薄膜传感器的血压袖带、以及信号预处理电路；
充放气模块，所述充放气模块用于对所述血压袖带进行充放气；
控制模块，所述控制模块包括用于控制所述充放气模块的充放气控制单元，所述充放气控制单元控制所述充放气模块使所述信号采集装置在进行血压值和脉搏信号采集时对人体产生变化压力的激励；
信号输出模块，与所述信号预处理电路连接，用于将所述信号预处理电路处理后的电信号转化为数据信息并输出。
2.按照权利要求1所述的基于脉搏和血压的健康检测仪，其特征在于，所述信号预处理电路包括：电荷放大器、低通滤波器，二级放大器、电压跟随器和ADC。
3.按照权利要求2所述的基于脉搏和血压的健康检测仪，其特征在于，所述低通滤波器的截止频率为30Hz。
4.按照权利要求3所述的基于脉搏和血压的健康检测仪，其特征在于，所述低通滤波器为4阶巴特沃斯低通滤波器。
5.按照权利要求1所述的基于脉搏和血压的健康检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括：
显示装置，所述显示装置与所述信号输出模块连接，用于显示所述信号输出模块输出的数据信息。
6.按照权利要求2所述的基于脉搏和血压的健康检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括：
数据缓存模块、以及将数据上传至云端存储模块的数据上传模块；
所述数据缓存模块用于缓存所述信号输出模块输出的数据信息；
所述数据上传模块用于将所述数据信息上传至所述云端存储模块。
7.按照权利要求4所述的基于脉搏和血压的健康检测仪，其特征在于，所述检测仪还包括：
用户端，用于输入存储用户个人信息，从云平台调用历史数据、以及专业健康诊疗报告。
8.按照权利要求7所述的基于脉搏和血压的健康检测仪，其特征在于，所述用户端包括：
个人信息编辑模块，用于存储用户基本信息；
数据传输与控制模块，用于连接开启和关闭数据传输。
9.一种基于脉搏和血压的健康检测系统，其特征在于，包括：
信号采集装置，所述信号采集装置采集用户血压值和在变化压力激励下的脉搏信号，所述信号采集装置包括内嵌PVDF压电薄膜传感器的血压袖带、以及信号预处理电路；
充放气模块，所述充放气模块用于对所述血压袖带进行充放气；
控制模块，所述控制模块包括用于控制所述充放气模块的充放气控制单元，所述充放气控制单元控制所述充放气模块使所述信号采集装置在进行血压值和脉搏信号采集时对人体产生变化压力的激励；
信号输出模块，与所述信号预处理电路连接，用于将所述信号预处理电路处理后的电信号转化为可视化信息并输出；
显示装置，所述显示装置与所述信号输出模块连接，用于显示所述信号输出模块输出的可视化信息；以及
云平台，所述云平台包括数据分析模块和云端存储模块，所述数据分析模块用于分析所述信号采集装置上传的数据信息，所述云端存储模块用于存储用户基本信息和基于所述数据信息分析得到的健康信息。
10.按照权利要求9所述的基于脉搏和血压的健康检测系统，其特征在于，所述系统还包括：
信息管理模块，用于管理所述用户端和所述云平台的数据通信和交互，并获取专业人员的诊疗分析结果报告，将所述诊疗分析结果报告反馈至用户端。
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