一種可穿戴的人體亞健康多元生理參數(shù)精神壓力分析儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種可穿戴的人體亞健康多元生理參數(shù)精神壓力分析儀，尤其涉 及可實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)設(shè)備上對人體血氧、血壓、呼吸、脈搏、心音（電）、肺音（電）、胃音（電）、 肝音（電）等生理參數(shù)的采集，并采用HRV分析法對人體亞健康精神壓力進(jìn)行綜合分析。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，高強(qiáng)度的工作和激烈的競爭給人們的生活帶來了極大 的壓力，導(dǎo)致很多人長期處于亞健康狀態(tài)。亞健康是介于健康和疾病之間的一種生理、心理 和代謝功能低下的綜合狀態(tài)，它是身體患病的臨界狀態(tài)，是許多疾病的前期征兆，如心血管 疾病、十二指腸潰瘍、肝炎、癌癥等。由于其潛伏期一般長達(dá)8到10年，所以大多數(shù)人對其 危害性認(rèn)識(shí)不足，進(jìn)而引發(fā)不可逆轉(zhuǎn)的惡性疾病。據(jù)統(tǒng)計(jì)，亞健康的易感人群主要集中在社 會(huì)的精英層，年齡范圍在40-59歲的人群中占到了 70%左右，其中在企事業(yè)管理人員、基層 公務(wù)員、白領(lǐng)階層、知識(shí)分子和某些特殊行業(yè)的人群中發(fā)病率更高。研究表明，亞健康的致 病成因與當(dāng)前環(huán)境的污染、緊張的生活節(jié)奏、心理承受的壓力過大、飲食不規(guī)律、過度的使 用電腦、睡眠時(shí)間減少、身體運(yùn)動(dòng)不足、體力透支等不良的生活習(xí)慣密切相關(guān)。這些直接導(dǎo) 致了時(shí)下的現(xiàn)代疾病（如：心腦血管疾病、腫瘤等疾病）不斷增加。臨床實(shí)驗(yàn)表明：這些疾 病在發(fā)病前人體在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)器質(zhì)性病變，但在功能上已經(jīng)發(fā)生了障礙，如 胸癖氣短、頭暈?zāi)垦?、失眠健忘、精神壓力增大等癥狀。防治亞健康的關(guān)鍵在于早診斷、早發(fā) 現(xiàn)，然后在專家的指導(dǎo)下，通過改善飲食結(jié)構(gòu)、平衡心理、動(dòng)靜結(jié)合、改善生活環(huán)境、以及處 理好生活和工作關(guān)系，經(jīng)過循序漸進(jìn)的積極治療，則身體逐步向健康方向轉(zhuǎn)化。鑒于此，本 專利旨在通過設(shè)計(jì)檢測人體各種生理信息的變化裝置，自動(dòng)測量人體的交感神經(jīng)和副交感 神經(jīng)的平衡度，采用HRV分析模型，并依據(jù)心率變異性的相關(guān)因素，計(jì)算分析人體當(dāng)前所承 受的精神壓力，從而為人體是否處于亞健康狀態(tài)提供診斷依據(jù)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的是提供一種可穿戴的人體亞健康多元生理參數(shù)精神壓力分析 儀器，該裝置通過固定在人體內(nèi)衣支架上的可穿戴人體多種生理信號的采集傳感器組（包 括：人體生物電傳感器組、心電傳感器組、MEMS人體組織生理波形傳感器組、血氧飽和度傳 感器和溫度傳感器）和三類不同信號通道的調(diào)理電路，再經(jīng)過基于壓縮感知的隨機(jī)A/D轉(zhuǎn) 換器輸入微處理器，微處理器把采集的信號作為原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過去噪、降噪和壓縮感知處理 后，分別實(shí)現(xiàn)人體生理健康常規(guī)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測和發(fā)送至云端。發(fā)送至云端的數(shù)據(jù)將根據(jù)終 端用戶的服務(wù)請求，通過云端Web服務(wù)模塊可以為終端用戶提供如下服務(wù)：①人體亞健康 HRV精神壓力分析；②建立人體健康檔案；③人體亞健康智能專家診斷分析；④個(gè)性化亞健 康生活指導(dǎo)；⑤多元亞健康關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)分析。見附圖1人體亞健康生理參數(shù)精神壓力分析儀 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0004] 本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：
[0005] -種可穿戴的人體亞健康多元生理參數(shù)精神壓力分析儀，包括固定在人體可穿 戴貼身內(nèi)衣支架上的傳感器組，即：人體生物電傳感器陣列、MEMS人體組織生理波形傳感 器陣列、血氧飽和度檢測傳感器陣列，通過固定在人體貼身部位的多組傳感器把包含人 體生理特征的信息轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過增益可控的寬帶生物電信號調(diào)離電路和多通道 壓縮感知隨機(jī)A/D轉(zhuǎn)換模塊，在微處理器的控制下，將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，同時(shí)通過 WIFI/3G/4G傳輸至云端。本地?cái)?shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測和顯示人體的包括心、肺、肝、胃部位的生 物電信息和人體組織器官的機(jī)械振動(dòng)生理特征信息。傳輸至云端的數(shù)據(jù)，經(jīng)過去噪、降噪和 壓縮感知處理后，通過云端Web服務(wù)模塊為終端用戶提供如下服務(wù)：①人體亞健康HRV精神 壓力分析；②建立人體健康檔案；③人體亞健康智能專家診斷分析；④個(gè)性化亞健康生活 指導(dǎo)；⑤多元亞健康關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)分析。并在終端顯示器顯示。見附圖2人體亞健康生理參數(shù) 精神壓力分析儀原理結(jié)構(gòu)圖。
[0006] 所述的固定在人體可穿戴貼身內(nèi)衣支架上的傳感器組，主要用于固定多個(gè)傳感 器，包括心、肺、肝、胃部位的生物電信息和基于MEMS的人體組織生理波形傳感器陣列。其 特征在于：心臟部位傳感器設(shè)置了心電傳感器和MEMS微機(jī)電生理波檢測傳感器，兩個(gè)傳感 器分別固定在貼身傳感器內(nèi)衣支架上，男士固定在胸前右側(cè)，女士固定在背部右側(cè)。肺部位 傳感器設(shè)置了生物電傳感器和MEMS微機(jī)電生理波檢測傳感器，兩個(gè)傳感器分別固定在貼 身傳感器內(nèi)衣支架上，男士固定在左胸前，女士固定在左后背部。肝部部位傳感器設(shè)置了生 物電傳感器和MEMS微機(jī)電生理波檢測傳感器，兩個(gè)傳感器分別固定在貼身傳感器內(nèi)衣支 架左下側(cè)，公用地線采用鍍銀導(dǎo)電網(wǎng)格線固定于人體背部。
[0007] 所述的人體生物電傳感器陣列主要把人體生物電信號通過固定的接口進(jìn)行放大： 采用多通道陣列超高輸入阻抗、低噪聲的精密運(yùn)算放大器TLV2254作為電壓跟隨器，電壓 跟隨器放置在緊靠被測傳感器的位置，以降低傳輸噪聲，每個(gè)通道的輸出信號用于驅(qū)動(dòng)保 護(hù)環(huán)，保護(hù)環(huán)形成等電位的低阻抗屏蔽，以保護(hù)各個(gè)輸入通路免受漏電流的影響。
[0008] 采用MEMS人體組織生理波形傳感器陣列，把人體組織的次聲波、聲波和超聲波轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娦盘?，并傳輸?shù)叫盘栒{(diào)理模塊。信號調(diào)理模塊包括：由初級運(yùn)算放大器TLV2254構(gòu)成 的電壓跟隨器，由次級AD603兩極放大電路和同步增益控制電路組成的信號放大器。所述 電路其特征在于把人體的器官組織由于病變后組織體密度或強(qiáng)度發(fā)生變化而產(chǎn)生的摩擦 聲波、血液流動(dòng)和血管壁的摩擦聲波轉(zhuǎn)變?yōu)閷掝l帶電信號，且把電信號進(jìn)行放大，為后極A/ D轉(zhuǎn)換提供信號源。
[0009] 所述的血氧飽和度檢測傳感器陣列，其特征在于通過外接導(dǎo)聯(lián)裝置設(shè)置SCM660 和SCM810兩個(gè)不同波段的發(fā)光二極管作為光電容積脈搏傳感器的光源，上下設(shè)置兩個(gè)光 電接收管作為透射和反射兩種監(jiān)測模式。所述的透射模式是指通過測試手指的光線透射度 進(jìn)行監(jiān)測脈搏血氧飽和度。所述的反射模式是指通過對固定在人體的某一皮膚位置的發(fā)光 二極管和接收光電管加電，并檢測皮下血管對不同波段光線的反射率的大小，以計(jì)算脈搏 血氧飽和度。
[0010] 所述的血氧飽和度監(jiān)測傳感器陣列包括SCM660和SCM810兩個(gè)不同波段的發(fā)光二 極管作為光電容積脈搏傳感器的光源，包括上下兩個(gè)光電接收管，使得該陣列即可工作在 透射模式，也可工作在反射模式。
[0011] 所述的血氧飽和度檢測傳感器陣列后續(xù)電路包括前置放大電路、信號分離電路以 及信號調(diào)理電路，其任務(wù)是將混疊在一起的雙波長透射光信號進(jìn)行分離，并通過信號調(diào)理 電路進(jìn)行放大濾波，提高信噪比，為后續(xù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供可靠的脈搏波模擬電信號。前置 放大器選用INA321儀表放大器，主要性能參數(shù)為：共模抑制比94dB，工作帶寬500KHz，輸入 失調(diào)電壓0. 2mV。前置放大器電壓放大倍數(shù)設(shè)計(jì)為5-10倍。前置放大器INA321輸出的信 號內(nèi)同時(shí)含有660nm和810nm的信號。以CD4066數(shù)控開關(guān)作為信號分離器，以發(fā)光管驅(qū)動(dòng) 時(shí)序信號1660和1810作為開關(guān)控制信號，將前置放大器輸出由單路混合信號變?yōu)橹缓?660nm光強(qiáng)信號