一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测方法技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，具体地公开了一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测方法，主要是解决的技术问题是如何有效的捕捉桡动脉处的脉搏波、如何有效屏蔽干扰信号以及如何准确提取脉搏波特征值；包括用于穿戴于人体手腕部的穿戴式设备本体，所述穿戴式设备本体设置有用于采集脉搏波的脉搏波传感器，所述穿戴式设备本体上还设置有与所述脉搏波传感器电连接的电路模块，所述脉搏波传感器为1～3个，对应设置在手腕部的桡动脉处。

A wearable device and monitoring method for monitoring dynamic blood pressure based on pulse wave sensor

The present invention relates to the technical field of the sensor, and particularly discloses a pulse wave sensor for ambulatory blood pressure monitoring and monitoring method based on wearable devices, mainly solves the technical problem of how to effectively capture the radial artery pulse wave, how to effectively shield the interference signal and how to accurately extract the pulse wave characteristic value; including wearable equipment body worn on the wrist for the human body, the wearable device main body is provided with a pulse wave sensor to collect the pulse wave, the wearable device is also provided on the main body and the circuit module of the pulse wave sensor is electrically connected, the pulse wave sensor is 1 ~ 3, the corresponding set in the radial artery of the wrist.

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测方法
本专利技术涉及传感器
，特别是涉及一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测方法。
技术介绍
21世纪以来，心脑血管疾病逐渐取代常见的传染病成为危害人类的头号杀手。而高血压则是心脑血管疾病的罪魁祸首，具有高发病率、低控制率的特点。成年人的正常血压大约是120/80mmHg，过高或者过低都会有危险。据统计，全国高血压患者超过1亿人，而其中血压得到有效控制的在城市只有4.1％，农村只有1.2％。血压过高会损害心、脑、肾等重要器官，造成病变，发生中风、心肌梗塞等严重致死、致残事件发生。因此，能方便而准确地进行血压的实时动态监测，及时了解自身的身体状况并采取措施，是至关重要的事情。现今市面上常用的血压计有水银柱式血压计和电子血压计两种。基于柯氏音听诊法的水银柱式血压计测量准确性和稳定性较高，但由于使用时需要配合听诊器来监听声音，所以对使用者的技术要求较高；而基于示波法的电子血压计主要分为手腕式与手臂式，携带较方便，可自动一次性测量出心率和血压，但这种血压计会受到许多限制，周围环境的噪声、袖带的上下滑动及摩擦等，都可能对测量结果产生一定的影响。这些血压计共同的特点就是都是需要充气加压，很方便携带，对技术要求较高。因此无需充气加压、便于穿戴的高精度血压测量技术是动态血压的关键。现阶段，真正意义上的穿戴式血压计多以手表、手环或者指套形式呈现，而共性技术都包括对脉搏的采集。相应的血压监测模型与算法，包括ECG(心电)与脉搏波相结合的脉搏波波速传导法、多路脉搏波相结合的脉搏波传导法以及基于单点脉搏波的脉搏波特征值法。例如，专利201410537675.X、201611193082.1采用ECG+PPG，专利201110357862.6、201610860815.6采用多路脉搏波。其中，脉搏波传感器主要包括光电容积式脉搏波传感器和压力传感器。光电式脉搏波传感器采集的是血液流动的光学信息而非力学信息，面向穿戴式设备的ECG监测技术目前也不成熟，而多路PPG需要再人体相隔较远距离的位置分布脉搏波传感器不利于实际使用。血压是血管中血液流动过程中流速及压力的表现载体。因此，基于压力传感器的脉搏波特征值法是动态血压监测技术总最具应用前景的方法。压力传感器在脉搏波监测过程中面临的问题有：①桡动脉周围的骨骼、筋腱、肌肉等组织，而且不同人的手腕大小、形状不同，如何有效的捕捉桡动脉处的脉搏波；②手腕处的肌肉很多而且复杂，手指运动、手腕转动、手臂摆动等都会引起脉搏波传感器信号的变化，如何有效屏蔽干扰信号；③桡动脉脉搏波极其细微，如何准确提取脉搏波特征值。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术当中存在的问题，提供一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备及监测方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种脉搏传感器，包括设置有悬空孔的底座，所述底座下方敷设有一层石墨烯纳米墙，所述石墨烯纳米墙连接聚合物力敏薄膜，所述聚合物力敏薄膜底部连接压敏凸点，所述压敏凸点对应所述悬空孔位置设置，所述石墨烯纳米墙上周期性地设置有图形化条带，所述石墨烯纳米墙和聚合物力敏薄膜上设置有褶皱结构。进一步的，石墨烯纳米墙的图形化条带宽度为0.5mm～3mm，图形包括正弦波形、锯齿形波形、矩形波形。进一步的，所述褶皱结构的褶皱周期在1-12um，其褶皱深度在100-600nm。进一步的，所述聚合物力敏薄膜为PDMS薄膜。如上提到的脉搏传感器的制备方法如下：1)石墨烯纳米墙生长在石墨烯生长基底上；2)在石墨烯纳米墙上涂覆PDMS胶；3)在20℃或40℃或60℃或80℃或100℃或120℃温度下固化PDMS，形成PDMS薄膜；4)冷却至20℃，将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜从石墨烯生长基底上揭下来；5)将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜敷设于悬空孔底座上，其中石墨烯纳米墙图形化条带的两端与悬空孔底座上两个金属引脚分别相连；6)在PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜的PDMS面放置凸点模具，将PDMS胶浇注在凸点模具中，并在80℃下固化，PDMS凸点固化后将凸点模具取下，从而形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜与PDMS凸点一体化结构。一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，包括用于穿戴于人体手腕部的穿戴式设备本体，所述穿戴式设备本体设置有如上所述的脉搏传感器，所述穿戴式设备本体上还设置有与所述脉搏传感器电连接的电路模块，所述脉搏传感器为1～3个，对应设置在手腕部的桡动脉处。在桡动脉处设置1～3个脉搏波传感器，可以针对不用人的手腕情况，准确捕捉脉搏波；多个传感器方便滤除手动、肌肉动等背景噪声。图形化条带可以使得传感器能够承受比较大的形变，但应力、应变较小，从而提高传感器的稳定性和耐受性。作为一种改进，所述电路模块包括依次连接的滤波单元、信号放大单元、模/数转换单元、软件处理单元及显示单元，所述脉搏传感器与所述滤波单元连接。作为一种优选，所述滤波单元由依次连接的带通滤波器和梳妆滤波器组成。作为一种优选，所述带通滤波器频率在0.7-4HZ之间。一种基于脉搏波传感器的动态血压监测方法，包括以下步骤：(1)通过脉搏传感器采集得到桡动脉的脉搏波；(2)从步骤(1)得到的脉搏波中选取平稳的脉搏波；(3)在步骤(2)中得到的平稳的脉搏波中识别脉搏波特征参数；(4)以脉搏波特征参数为自变量，电子血压计测量相应脉搏周期的血压值作为因边量逐步进行回归分析；(5)选择与血压值最相关的特征参数建立回归方程。作为一种改进，步骤(2)通过带通滤波器滤除带外噪声，并结合小波变换和/或自适应滤波法和/或独立成分分析的方法，提取噪声参考信号，然后使用梳妆滤波器滤出该信号及其谐波成分，得到滤除噪声的脉搏波信号。作为一种改进，步骤(3)采用小波变换与微分法相结合的脉搏波特征点识别及提取的方法，在MATLAB下对微分法与小波变换法相结合的脉搏波分析方法进行仿真实验，并通过仿真实验进一步识别脉搏波特征参数。进一步的，在步骤(2)获得的脉搏波数据进行小波分解得到需要的小波系数，进而初始化阙值，检测模极大值和过零点，确定峰值存在范围，在原始信号中找到极值点，作信号周期判断，信号周期正常进行信号幅度判断，若不正常则重新初始化阙值，信号幅度判断若幅度正常则记录原始信号极值点，不正常则重新初始化阙值；以上述原始信号极值点为脉搏波基准点主波，从主波点往前找一次过微分零点，对应回原波形；从主波点往后找单个周期一次微分的最大值，最大值前过零点对应回原波形特征点降中峰谷，最大值后过零点对应回原波形特征点重博波峰，在二次微分中，在主波点和降中峰谷点之间找到过零点，对应回原波形、重博波峰，在原波形中寻找局部极值点，使识别更加准确，记录原始信号各特征值，通过原始信号各特征值计算脉搏波特征参数。作为一种优选，步骤(1)中的脉搏传感器设置为1～3个。进一步的，步骤(4)中采用最小二乘支持向量机(LSSVM)进行回归分析，LSSVM采用以下函数对未知函数进行估计，y(x)＝wTΦ(x)+b式中：非线性核函数Φ(x)、采用高斯核函数,将输入空间映射为高维的特征空间，给定一个含有N个样本的训练数据集其中输入为m维向量，输出y为一维向量，且所有样本都已全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉搏传感器，其特征在于：包括设置有悬空孔的底座，所述底座下方敷设有一层石墨烯纳米墙，所述石墨烯纳米墙连接聚合物力敏薄膜，所述聚合物力敏薄膜底部连接压敏凸点，所述压敏凸点对应所述悬空孔位置设置，所述石墨烯纳米墙上周期性地设置有图形化条带，所述石墨烯纳米墙图形化条带上设置有微米或纳米褶皱结构。

【技术特征摘要】
1.一种脉搏传感器，其特征在于：包括设置有悬空孔的底座，所述底座下方敷设有一层石墨烯纳米墙，所述石墨烯纳米墙连接聚合物力敏薄膜，所述聚合物力敏薄膜底部连接压敏凸点，所述压敏凸点对应所述悬空孔位置设置，所述石墨烯纳米墙上周期性地设置有图形化条带，所述石墨烯纳米墙图形化条带上设置有微米或纳米褶皱结构。2.如权利要求1所述的脉搏传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)石墨烯纳米墙生长在石墨烯生长基底上；2)在石墨烯纳米墙上涂覆PDMS胶；3)在20℃或40℃或60℃或80℃或100℃或120℃温度下固化PDMS，形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜；4)冷却至20℃，将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜从石墨烯生长基底上揭下来，在石墨烯纳米墙表面形成纳米或微米级褶皱结构；5)将PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜敷设于悬空孔底座上，其中石墨烯纳米墙图形化条带的两端与悬空孔底座上两个金属引脚分别相连；6)在PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜的PDMS面放置凸点模具，将PDMS胶浇注在凸点模具中，并在80℃下固化，PDMS凸点固化后将凸点模具取下，从而形成PDMS/石墨烯纳米墙复合力敏薄膜与PDMS凸点一体化结构。3.一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，包括用于穿戴于人体手腕部的穿戴式设备本体，其特征在于：所述穿戴式设备本体设置有如权利要求1所述的脉搏传感器，所述穿戴式设备本体上还设置有与所述脉搏传感器电连接的电路模块，所述脉搏传感器为1～3个，对应设置在手腕部的桡动脉处。4.根据权利要求1所述的一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，其特征在于：所述电路模块包括依次连接的滤波单元、信号放大单元、模/数转换单元、软件处理单元及显示单元，所述脉搏传感器与所述滤波单元连接。5.根据权利要求4所述的一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，其特征在于：所述滤波单元由依次连接的带通滤波器和梳妆滤波器组成。6.根据权利要求5所述的一种基于脉搏波传感器的动态血压监测穿戴式设备，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，张辉，魏大鹏，胡云，孙泰，于乐泳，魏兴战，史浩飞，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50