一種能采集多參數健康指標的手環的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種能采集多參數健康指標的手環，它包括主體和腕帶，其主體又包括殼體和設置在殼體內的顯示屏、電源、時鐘部件和主控系統，其主控系統包括主印制板和設置在主印制板上的微處理器、存儲器、模擬信號處理芯片和藍牙傳輸裝置，在主印制板上還設置了紅外溫度傳感器、報警裝置、計步用重力加速度傳感器和充電接口；在腕帶上設置了柔性連接線纜、測量印制板和集成在測量印制板上的體表溫度傳感器、光敏傳感器和光源，并在腕帶上設置了張緊裝置，本發明小巧輕便，佩戴和使用方便，能準確監測多種健康參數，并在位于掌心側的手腕下面的內關穴附近采集人體參數，手腕下面的血管豐富，脈博明顯，從而大大提升了本發明測取數據的準確度。
【專利說明】一種能采集多參數健康指標的手環
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可穿戴式多參數健康指標采集醫療器械，具體涉及一種戴在手腕上采集多參數健康指標的手環，屬于醫療電子【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的進步和人類生活水平的提高，人們對健康的重視程度已越來越高，常規體檢和治未病已得到了人們的廣泛認可，但由于現代社會人們的工作和生活節奏加快，人們忙于工作和其它事務，加之現今醫院中的醫療資源較為緊缺，人們便難以經常去醫院進行常態化的健康監測，況且醫院的醫療檢測設備通常體積大、價格貴、操作流程繁瑣且難以攜帶，并不適合家庭和個人購置，在缺乏常態化、快捷化健康檢測手段的環境中，人們不便于及時發現身體健康指標的早期變化，不利于及早實施糾正和預防方案，為日后釀成大病埋下了隱患。如何方便快捷的常態化監測個人的生理健康指標，已成為當今人們的迫切需要，為此可穿戴式多參數健康指標采集醫療器械便應運而生，如中國專利CN202600374U公開了一種測脈搏型的健康手表，但是其功能單一，僅能測量人體的脈博；中國專利CN102866619A公開了一種多功能手表，可實時監測佩帶者的血壓和心臟狀況，當佩戴者血壓升高或心動過速，蜂鳴器就響起不同的音樂，提醒佩帶者不要情緒激動、注意身體健康，但其缺乏對血氧、體溫等重要健康指標的監測。中國專利CN201519143U公開了一種便攜式一體化多參數生理檢測儀方法及結構，其中的多個檢測部件均設置在檢測盒中，其與不同人體之間的接觸性和匹配性不好。中國專利CN103720461A公開了一種可穿戴式多參數生理指標采集器，將所有的測量元器件都設置在了外殼內，可采集人體脈搏、血氧飽和度、體溫和心電圖，其采用的技術和結構只適合在手背側的手腕上面的外關穴附近進行測量，而手腕上面的血管并不豐富，脈博也十分微弱，導致其測得的數據誤差較大，很不準確，不能滿足人們對健康指標采集和顯示準確度的要求。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的上述不足，本發明提出一種能采集多參數健康指標的手環，它包括主體和腕帶，其主體又包括殼體和設置在殼體內的顯示屏、電源、時鐘部件和主控系統，其主控系統包括主印制板和設置在主印制板上的微處理器、存儲器、模擬信號處理芯片和藍牙傳輸裝置，在主印制板上還設置了紅外溫度傳感器、報警裝置、計步用重力加速度傳感器和充電接口 ；在腕帶上設置了柔性連接線纜、測量印制板和集成在測量印制板上的體表溫度傳感器、光敏傳感器和光源，并在腕帶上設置了張緊裝置，本發明小巧輕便，佩戴和使用方便，能準 確監測多種健康參數，并在位于掌心側的手腕下面的內關穴附近采集人體參數，手腕下面的血管豐富，脈博明顯，從而大大提升了本發明測取數據的準確度。
[0004]本發明解決其技術問題，所采用的技術方案是:一種能采集多參數健康指標的手環，包括主體和腕帶，其主體又包括殼體和設置在殼體內的顯示屏、電源、時鐘部件和主控系統，其結構特點為:主控系統包括主印制板和設置在主印制板上的微處理器、存儲器和模擬信號處理芯片，在主印制板上還設置了紅外溫度傳感器；在腕帶上設置了柔性連接線纜、測量印制板和設置在測量印制板上的體表溫度傳感器、光敏傳感器和光源，主體位于手環的上部，測量印制板位于手環的下部，測量印制板上的電子元器件通過腕帶上的柔性連接線纜從主體獲取電能和指令，并將測得的數據通過柔性連接線纜傳輸給主控系統，測量印制板上的光敏傳感器將接收到的反射光信號轉換為電信號，經過模擬信號處理芯片進行信號放大、信號濾波和信號模數變換處理后傳輸給微處理器。
[0005]上述采集多參數健康指標的手環，在主體內還設置有藍牙傳輸裝置，主體通過所述藍牙傳輸裝置而與外部設備進行無線連接。
[0006]上述采集多參數健康指標的手環，在主體的上方，對應紅外溫度傳感器的位置開設了紅外線的接收窗口。
[0007]上述采集多參數健康指標的手環，其測量印制板上的光敏傳感器、體表溫度傳感器和光源均位于腕帶的內側，并在其腕帶內側的相應位置開設了采集窗，在腕帶內側安裝體表溫度傳感器的位置還設置有金屬導熱材質，并通過該金屬導熱材質而讓溫度傳感器的測量探頭感知手腕下面的皮膚溫度；光源通過腕帶內側的采集窗向手腕下面的皮膚發送光信號，光敏傳感器也通過腕帶內側的采集窗接收手腕下面的皮膚反射回的光信號。
[0008]上述采集多參數健康指標的手環，其所述光源為發射紅光和紅外光雙色LED光源，其向手腕下面的皮膚發射紅色普通可見光和紅外不可見光，其手腕下面的皮膚反射回的可見光和不可見光信號均被光敏傳感器所接收。
[0009]上述采集多參數健康指標的手環，所述柔性連接線纜為扁平電纜或柔性電路板。 [0010]上述采集多參數健康指標的手環，主控系統中的微處理器和存儲器通過藍牙傳輸裝置與手持移動終端進行雙向數據傳輸，主控系統和手持移動終端匹配相同的傳輸協議，手持移動終端通過藍牙傳輸裝置向主控系統發送控制指令，主控系統也通過藍牙傳輸裝置向手持移動終端發送數據信息，并通過手持移動終端的APP系統而顯示在手持移動終端的界面上。
[0011]上述采集多參數健康指標的手環，在主體的主印制板上，還設置了計步用重力加速度傳感器，所述重力加速度傳感器與微處理器電連接。
[0012]上述采集多參數健康指標的手環，在主體的主印制板上，還設置了報警裝置、所述報警裝置與微處理器電連接。
[0013]上述采集多參數健康指標的手環，在主體上還為主體內的電源設置了充電接口。
[0014]上述采集多參數健康指標的手環，在腕帶上還設置了張緊裝置。
[0015]上述采集多參數健康指標的手環，在測量印制板上共設置了一個光源和多個光敏傳感器，經光源發射后從手腕下面的皮膚反射回的光信號被多個光敏傳感器所接收，將多個光敏傳感器所接收到的光信號進行疊加后作為微處理器的原始輸入值。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明提出的能采集多參數健康指標的手環，將包含微處理器、存儲器和模擬信號處理芯片的主控系統設置在了主體內，其主體位于手環的上部，在戴帶后即位于人體手背側的手腕上面的外關穴附近；將裝配有體表溫度傳感器、光敏傳感器和光源等測量部件的測量印制板設置在了腕帶上，測量印制板位于手環的下部，在戴帶后即位于人體掌心側的手腕下面的內關穴附近；測量印制板和主控系統通過設置在腕帶上的柔性連接線纜進行電連接，由于人體手腕下面的血管豐富，脈博明顯，此處反映的健康信息較為豐富，在此處采集人體信息，與現有技術在手腕上面采集信息相比，在手腕下面采集健康參數能大大提升測取數據的準確度。
[0017]在主體內設置時鐘部件的有益效果是可以使該手環兼具手表的功能，設置顯示屏的有益效果是能將測得的數據以可讀取的方式進行直觀顯示，設置電源和充電接口的有益效果是為各電子元器件提供電能；在主控系統中設置微處理器的有益效果是通過微處理器進行各相關運算和轉換，以將電子元器件測得的電信號準確的轉換為人們可讀取和識別的健康指標值，設置存儲器的有益效果是在存儲器內固設運算軟件和傳輸協議，以便為微處理器的運算提供規則和方法，同時還在存儲器內保存每次的測量值，以便用戶查詢、對比和追溯。在主控系統中設置模擬信號處理芯片的有益效果是為了對傳感器傳回的電信號進行信號放大、信號濾波和信號模數變換，識別和放大信號中的有效信息，去除信號中的雜質和無效信息，再將凈化過濾后的有效信息發送給微處理器，以提高信息的準確性進而提升測量值的準確度；在主控系統中設置紅外溫度傳感器的有益效果是通過紅外溫度傳感器可以以不接觸的方式采集和測得人體的體溫，一般是在3-5厘米的距離外測量，通常用于測量人體的額頭溫度，其測量方便，舉手即可完成，而且測量時間短。在主控系統中設置藍牙傳輸裝置的有益效果是可以實現主控系統與手機或平板電腦等手持移動終端進行雙向數據傳輸，將主控系統和手持移動終端匹配相同的傳輸協議，手持移動終端通過藍牙傳輸裝置向主控系統發送控制指令，主控系統也通過藍牙傳輸裝置向手持移動終端發送數據信息，并通過手持移動終端的APP系統而顯示在手持移動終端的界面上。
[0018]在腕帶上設置柔性連接線纜是為了方便測量印制板和主體之間的連接，柔性連接線纜可隨腕帶而任意彎折，其連接可靠且壽命長，通常的柔性連接線纜包括柔性印制板或扁平電纜。在腕帶上布設測量印制板并在測量印制板上設置體表溫度傳感器是為了采集人體的體表溫度，如將手環戴在手腕上，體表溫度傳感器的測量探頭透過腕帶內側的采集窗直接與手腕下面的皮 膚接觸，或者在腕帶內側安裝體表溫度傳感器的位置設置金屬導熱材質，并通過該金屬導熱材質而讓溫度傳感器的測量探頭與手腕下面的皮膚間接接觸，采集手腕下面皮膚的溫度；如將其腕帶夾在腋下則可采集人體腋窩部位的溫度，其使用方便，采集快捷，通常只需幾秒鐘即可測得所接觸部位的體表溫度值。在腕帶上設置光源和光敏傳感器是利用光反射的原理來測定心率和血氧飽和度，本發明的光源采用發射紅光和紅外光的雙色LED光源，其向手腕下面的皮膚發射紅色普通可見光和紅外不可見光，光敏傳感器接收皮膚反射回的可見光和不可見信號，并將該光信號轉變為電信號，經過模擬信號處理芯片將電信號中的雜質過濾掉以后再發送給微處理器，微處理器按照存儲器中固設的算法經過計算后即可將得到心率和血氧飽和度的具體值。
[0019]本發明在主體上對應紅外溫度傳感器的位置開設了紅外線的接收窗口，其有益效果是透過該窗口發送和接收反射回的紅外線，以測定人體指定部位的紅外溫度。
[0020]設置一個光源和多個光敏傳感器，將多個光敏傳感器所接收到的光信號進行疊加后作為微處理器的原始輸入值。是為了對反射回來的光進行更豐富的接收，通常情況下，一個光敏傳感器所能接受的反射光較為有限，根據其值計算得出的參數往往不夠準確，現有技術多是采用多個光源和一個光敏傳感器來修正光敏傳感器對反射光的接收值，但光源的體積較大，且能耗較多，而且這種方式的準確度也欠佳。
[0021]在主體中設置計步用重力加速傳感器是為了增加本發明的功能，使其能夠在用戶散步或跑步的過程中記錄其行經的步數，并根據其步長計算得出所行經的距離及體內熱量消耗。
[0022]在主體中設置了報警裝置，當測得值與存儲器內預設的標準值相比，已超出健康指標參數的范圍時，報警裝置便發出警報，提醒用戶注意健康并采取相應的措施。
[0023]在主體的主印制板上設置充電接口，是當采用充電電池作為電源的時候，方便通過該充電接口對殼體內的電源進行充電。
[0024]在腕帶上設置了張緊裝置，其有益效果是根據不同用戶的手腕粗細可以調整腕帶的長度以及腕帶對手腕部位的壓緊力，為了使其測量更加準確，需要在帶上手環后，使腕帶，尤其是腕帶處的測量印制板對手腕部位有一定的接觸壓力，通過該張緊裝置而能將其接觸壓力調至合適的范圍內。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]下面結合附圖對本發明的具體實施方案作詳細說明。
[0026]圖1是本發明的結構圖。
[0027]圖2是本發明主體的基本結構示意圖。
[0028]圖3是本發明在腕帶內側布置柔性連接線纜及測量印制板的結構示意圖。
[0029]圖4是本發明佩戴在人手腕上的示意圖。
[0030]圖中:1為主體、2為腕帶；11為殼體、12為顯示屏、13為電源、15為紅外溫度傳感器、16為計步用重力加速度傳感器、17為時鐘部件、18為報警裝置；141為主印制板、142為微處理器、143為存儲器、144為模擬信號處理芯片、145為藍牙傳輸裝置；21為柔性連接線纜、22為測量印制板、23為體表溫度傳感器、24為光敏傳感器、25為光源、26為腕帶的張緊
裝置
[0031]A為主體上開設的紅外線的接收窗口、B為腕帶內側上開設的采集窗、C為設置在腕帶內側的金屬導熱材質、E為人手腕上面的外關穴、F為人手腕下面的內關穴
具體實施方案
[0032]如圖1至圖3所示，本發明的第一種【具體實施方式】是，一種能采集多參數健康指標的手環，包括主體I和腕帶2，其主體I又包括殼體11和設置在殼體11內的顯示屏12、電源13、時鐘部件17和主控系統，主控系統包括主印制板141和設置在主印制板141上的微處理器142、存儲器143、模擬信號處理芯片144和藍牙傳輸裝置145，在主印制板141上還設置了紅外溫度傳感器15、計步用重力加速度傳感器16、報警裝置18，另外在主體I上還為電源13設置了充電接口(圖中未示出)，以方便通過該充電接口對殼體11內的電源13進行充電，當然，如果電源13采用一次性鈕扣電池時，便不需該充電接口，電能耗盡只需更換電池即可。其主印制板141上設置的各元器件均與微處理器142電連接，在存儲器143內固設了心率、血氧飽和度運算軟件、紅外體溫運算軟件、步行距離及熱量消耗運算軟件、以及與手持移動終端之間的傳輸協議，手持移動終端采用智能手機或平板電腦，主控系統中的微處理器142和存儲器143通過藍牙傳輸裝置145按照共同的協議與手持移動終端進行雙向數據傳輸，手持移動終端通過藍牙傳輸裝置145向主控系統發送控制指令，如可使用手機通過藍牙傳輸裝置145向手環主體I發送每半小時定時采集一次人體健康數據的指令，主控系統也通過藍牙傳輸裝置145向手持移動終端發送數據信息，并通過手持移動終端的APP系統而顯不在手持移動終纟而的界面上。
[0033]紅外溫度傳感器15設置在主體I內的顯示屏12的下方，并在主體I上對應紅外溫度傳感器15的位置開設了紅外線的接收窗口 A，以透過該窗口 A發送和接收反射回的紅外線，以測定人體指定部位的紅外溫度，如通過紅外溫度傳感器15以不接觸的方式采集和測量人體的額頭溫度，在使用本實施方式的手環時，在距被測部位3-5厘米的距離處停留2至5秒鐘，即可測得被測部位的準確溫度，其測量方便，舉手即可完成。
[0034]在腕帶2上設置了柔性連接線纜21、柔性連接線纜21可隨腕帶21而任意彎折，在本實施方式中，柔性連接線纜21采用了柔性電路板，當然其也可以采用扁平電纜代替。在腕帶2上還設置了測量印制板22，在測量印制板22上還設置了體表溫度傳感器23、光敏傳感器24和光源25，在本實施方式中，其光源25采用發射紅光和紅外光雙色LED光源，并均設置在腕帶2的內側，同時在其腕帶2內側的相應位置開設了采集窗B，光源25通過采集窗B向手腕下面的皮膚發送光信號，光敏傳感器24也通過采集窗B接收手腕下面的皮膚反射回的光信號，本實施方式的采集窗B采用透光玻璃構成。在本實施方式中，在測量印制板22上共設置了一個光源25和兩個光敏傳感器24，當然如果只設置一個光敏傳感器24也可實現數據采集和測量功能，但其誤差值較大。
[0035]本實施方式還在腕帶內側安裝體表溫度傳感器23的位置設置有金屬導熱材質C，通過金屬導熱材質C而讓溫度傳感器23的測量探頭與手腕下面的皮膚間接接觸，以采集手腕下面皮膚的溫 度，當然體表溫度傳感器23的測量探頭也可以直接與手腕下面的皮膚接觸，但這樣不利于保護探頭，也易引起皮膚過敏。如果將腕帶2設置有溫度傳感器23的部位夾在腋下則可采集人體腋窩部位的溫度，其使用方便，采集快捷，通常只需5至10秒鐘即可測得所接觸部位的體表溫度值。
[0036]測量印制板22位于手環的下部，在戴帶后即位于人體掌心側的手腕下面的內關穴F附近；主體I位于手環的上部，在戴帶后即位于人體手背側的手腕上面的外關穴E附近，測量印制板22上的電子元器件通過腕帶上的柔性連接線纜21從主體I獲取電能和指令，并將測得的數據通過柔性連接線纜21傳輸給主控系統，光源25向手腕下面的皮膚發射紅色普通可見光和紅外不可見光，其手腕下面的皮膚反射回的可見光和不可見光信號均被兩個光敏傳感器24所接收，兩個光敏傳感器24將所接收到的反射光信號分別轉換為電信號后，再將兩個光敏傳感器24轉換得到的電信號一起疊加合并后傳送給模擬信號處理芯片144進行信號放大、整流濾波和信號模數變換，識別和放大信號中的有效信息，去除信號中的雜質和無效信息，再將凈化過濾后的有效信息發送給微處理器142，由微處理器142根據存儲器143內已固設好的心率、血氧飽和度運算軟件所給定的運算方法，將此輸入的電信號計算轉換為標準格式的心率和血氧飽和度指標，并輸出給顯示屏12以及手持移動終端設備。
[0037]為了使其測量更加準確，需要在帶上手環后，使腕帶2，尤其是腕帶2處的測量印制板22對手腕部位有一定的接觸壓力，為此本實施方式還在腕帶2上設置了張緊裝置26，其張緊裝置26采用一個插銷配多個扣眼的可調節方式，根據佩戴者手腕粗細的不同，由用戶手動自行調整腕帶的張緊度，通過該張緊裝置26能將其接觸壓力調整至合適的范圍內，當然張緊裝置26還可以采用彈性材料制成，彈性材料能根據不同用戶的手腕粗細自動調整腕帶的長度以及腕帶對手腕部位的壓緊力。
[0038]本實施方式在主體I的主印制板141上設置了計步用重力加速度傳感器16，從而進一步增加了本實施方式的參數采集范圍，豐富了產品的功能，使其能夠在用戶散步或跑步的過程中記錄其行經的步數，依據用戶的步長由微處理器142根據存儲器143內已固設好的步行距離及熱量消耗運算軟件計算得出所行經的距離及用戶為此消耗的熱量。
[0039]本實施方式在主體I的主印制板141上還設置了報警裝置18，當各項測得值與存儲器143內預設的標準值相比，已超出健康指標參數的范圍時，微處理器142便指令報警裝置18發出警報，提醒用戶注意健康并采取相應的措施。
[0040]本實施方式將包含有微處理器142、存儲器143、模擬信號處理芯片144和藍牙傳輸裝置145的主控系統設置在了主體I內，又將主體I設置在手環的上部，在戴帶后即位于人體手背側的手腕上面的外關穴E附近；將裝配有體表溫度傳感器23、光敏傳感器24和光源25等測量部件的測量印制板22設置在了腕帶2上，并將測量印制板22設置在手環的下部，在戴帶后即位于人體掌心側的手腕下面的內關穴F附近；測量印制板22和主控系統通過設置在腕帶上的柔性連接線纜21進行電連接，由于人體手腕下面的血管豐富，脈博明顯，此處反映的健康信息較為豐富，在此處采集人體健康參數，能大大提升測取數據的準確度 。
【權利要求】
1.一種能采集多參數健康指標的手環，包括主體和腕帶，其主體又包括殼體和設置在殼體內的顯示屏、電源、時鐘部件和主控系統，其特征在于:主控系統包括主印制板和設置在主印制板上的微處理器、存儲器和模擬信號處理芯片，在主印制板上還設置了紅外溫度傳感器；在腕帶上設置了柔性連接線纜、測量印制板和設置在測量印制板上的體表溫度傳感器、光敏傳感器和光源，主體位于手環的上部，測量印制板位于手環的下部，測量印制板上的電子元器件通過腕帶上的柔性連接線纜從主體獲取電能和指令，并將測得的數據通過柔性連接線纜傳輸給主控系統，測量印制板上的光敏傳感器將接收到的反射光信號轉換為電信號，經過模擬信號處理芯片處理后傳輸給微處理器。
2.根據權利要求1所述的一種手環，其特征在于:在主體內還設置有藍牙傳輸裝置，主體通過所述藍牙傳輸裝置而與外部設備進行無線連接。
3.根據權利要求1或2所述的一種手環，其特征在于:在主體的上方，對應紅外溫度傳感器的位置開設了紅外線的接收窗口。
4.根據權利要求1所述的一種手環，其特征在于:測量印制板上的光敏傳感器、體表溫度傳感器和光源均位于腕帶的內側，并在其腕帶內側的相應位置開設了采集窗，在腕帶內側安裝體表溫度傳感器的位置還設置有金屬導熱材質，并通過該金屬導熱材質而讓溫度傳感器的測量探頭感知手腕下面的皮膚溫度；光源通過腕帶內側的采集窗向手腕下面的皮膚發送光信號，光敏傳感器也通過腕帶內側的采集窗接收手腕下面的皮膚反射回的光信號。
5.根據權利要求1或4所述的一種手環，其特征在于:所述光源為發射紅光和紅外光雙色LED光源，其向手腕下面的皮膚發射紅色普通可見光和紅外不可見光，其手腕下面的皮膚反射回的可見光和不可見光信號均被光敏傳感器所接收。
6.根據權利要求1或2所述的一種手環，其特征在于:所述柔性連接線纜為扁平電纜或柔性電路板。
7.根據權利要求2所述的一種手環，其特征在于:主控系統中的微處理器和存儲器通過藍牙傳輸裝置與手持移動終端進行雙向數據傳輸，手持移動終端通過藍牙傳輸裝置向主控系統發送控制指令；主控系統也通過藍牙傳輸裝置向手持移動終端發送數據信息，并通過手持移動終端的APP系統而顯示在手持移動終端的界面上。
8.根據權利要求1或2所述的一種手環，其特征在于:在主體的主印制板上，還設置了計步用重力加速度傳感器，所述重力加速度傳感器與微處理器電連接。
9.根據權利要求1或2所述的一種手環，其特征在于:在主體的主印制板上，還設置了報警裝置、所述報警裝置與微處理器電連接。
10.根據權利要求1或2所述的一種手環，其特征在于:在腕帶上還設置了張緊裝置。
【文檔編號】A61B5/0205GK104000571SQ201410259132
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】朱蕓, 陳志 , 章均 申請人:成都艾克爾特醫療科技有限公司