一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于多传感器阵列的监测睡卧人员呼吸与心率的装置及方法，所述装置本体包括主控制器和MEMS传感器阵列，所述MEMS传感器阵列由多种传感器组成，包括MEMS加速度传感器、心音传感器及MEMS麦克风传感器，各MEMS传感器通过通信电源电缆连接，并独立检测各自所在区域的信号，所述主控制器通过通信接口与各传感器进行数据通信并通过数据处理模块进行同种传感器的数据融合和不同种类传感器的数据融合得出病人的心率和呼吸率。本发明专利技术采用多种传感器检测局部的区域内的信号，然后进行同种传感器数据融合和不同种类传感器的数据融合，使监测数据跟监测结果更加准确。

A Vital Sign Monitoring Device and Method Based on Multi-Sensor Array

The invention discloses a device and method for monitoring breathing and heart rate of sleeping people based on multi-sensor array. The device body comprises a main controller and a sensor array of MEMS. The sensor array of the MEMS consists of a variety of sensors, including a micro-electromechanical acceleration sensor, a heart sound sensor and a micro-electromechanical microphone sensor. Each micro-electromechanical sensor is connected by a communication power cable and is independent. The main controller communicates with the sensors through the communication interface, and obtains the heart rate and respiratory rate of patients by data fusion of the same sensor and different sensors through data processing module. The invention uses a variety of sensors to detect signals in local areas, and then carries out data fusion of the same sensor and data fusion of different types of sensors, so as to make monitoring data and monitoring results more accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置及方法
本专利技术涉及术后恢复期病人或有心脏疾病的人睡卧或静坐时生命体征无电极连接的监测技术，具体而言，是涉及一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置及方法。
技术介绍
在医院病房，术后病人在麻醉苏醒期常常需要进行实时的心电、血压、血氧、呼吸等的检测，常使用有导联的便携式监护仪。此时病人因刚刚手术常常是无法行动的，所以，有导联连接的检测仪器，对病人并没有造成任何不适。在麻醉苏醒后，生命体征均恢复正常后，各种仪器逐渐撤离，这时病人已经可以在一定范围内活动了，但是，对病人生命体征的监控改为白天定时检测和夜间巡查，特别是对于有心脏疾史的病人、呼吸有困难的病人，巡查的时间间隔就更短。这样的夜间巡查，一方面会影响该病人和同病房病人的休息，另一方面，增加护士夜间值班的工作强度和工作压力，有时遇到脾气暴躁的病人，还会受不小的冤枉气。这样夜间巡查，不仅在外科病房，在呼吸科、心内科和其他科室病房，也会根据病人情况而进行的，只有病人有发生心脏、呼吸骤然停止的可能性，就需要夜间定时人工巡查。心脏、呼吸骤然停止抢救的成功率与发现是否及时有很大的相关性。因此，需要对康复期的病人和有发生心脏、呼吸骤然停止的可能性的病人，最好能进行实时监控其心率、呼吸率。目前，相当成熟的有电极或导联的监护仪，不仅会给病人带来不适给病人造成一定心理压力，而且，一定程度上会影响其休息，进而影响其康复进程，因此，在康复阶段，医院都不会采用有电极或导联的监护仪来监测病人的生命体征。目前使用穿戴式监护仪的情况越来越多，但是穿戴式设备从本质上说，仍是有电极或导联的监护仪，仪器外型实实在在，即使病人每天在家属和护士的提醒下，睡前能穿戴上监护设备，但这种不适和心理压力依旧存在。无电极导联接触的心率、呼吸率监测方法，主要有使用超声雷达、红外摄像系统和压电薄膜器件的三类检测方法。由于超声雷达发送和接收部件外型比较大，目前在医院几乎没有使用。使用红外摄像系统的监护系统，因为有可能会涉及病人隐私，也没有得到使用。利用压电薄膜器件制作的压力传感器，其目前制作形式有两种，一种是整体式的压力传感器，几乎和床一样大，测试者躺在上面只能接触其中一部分面积，使有效测量范围不大，为了达到足够的精度，要么提高AD位数，要么采用多量程程控放大器，在硬件制作上投入偏大成本高，同时，传感器感受的整个身体的震动，实质上是心脏的搏动和肺部的扩张收缩，被整个身体平均化了，对检测增加了难度降低了检测精度；另一种是模块化的压力传感器，将整个压电薄膜传感器分成若干个小型压电薄膜传感器，然后，拼接成一个大的检测传感器，每一个小型压电薄膜传感器都需要放大、调理和ADC，由于压电薄膜传感器输出的原始信号是微弱的模拟信号，所以，这给整个传感器信号的连接部分带来困难。在实际应用中两者难以取舍。目前这类无电极导联的监护仪，只通常采用整体式的压电薄膜压力传感器，其输出一路原始信息，从人体整个体躯的微小震动中提取心率和呼吸率。手术后进入康复期的有些病人、有心脏疾病的病人、有呼吸可能的病人，如果发生心脏骤停、呼吸停顿、体温下降等情况而未能及时发现，会丧失抢救的宝贵时间，因此，都需要经常查看他们的心率、呼吸率及体温变化趋势。由于这个阶段的病人能自由下床活动，有电极导联的监护设备，给监护带来不便的同时给病人心理带来压力。
技术实现思路
为解决上述临床监测上的技术问题，本专利技术旨在提供一种无电极连接的能在睡卧或静坐状态下的监测生命体征装置及方法；适合术后康复期病人和有心脏疾病的病人使用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：为解决上述临床监测上的技术问题，本专利技术旨在提供一种无电极连接的能在睡卧或静坐状态下的监测生命体征装置及方法；适合术后康复期病人和有心脏疾病的病人使用。本专利技术提供一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置及方法，它包括一个由多种MEMS传感器组成的MEMS传感器阵列、通信电源电缆和主控制器，其中的MEMS传感器阵列由多种MEMS传感器组成，外型可呈矩形、圆形、椭圆形或十字型，其包含的传感器种类有心音传感器、MEMS加速度传感器、MEMS麦克风传感器和MEMS温湿度传感器；其中的通信电源电缆是一组或几组有线的通信总线及电源线，其与主控制器中的通信接口相连，电源线接入主控制器中一组独立的电源电路；其中的主控制器包括数据处理模块、通信接口、电源模块、显示报警模块、无线通信模块，数据处理模块是以MCU或DSP处理器为核心的嵌入式硬件系统及其内部嵌入式程序，其显著效益和特点是整套检测生命体征的装置与人体没有电极连接。本专利技术中的传感器阵列由多种MEMS传感器构成，每一种传感器又有多个独立的传感器，在阵列中通过通信总线连接在一起，大部分传感器置于柔软材料的中间，其中MEMS麦克风传感器有开口露出。每一个传感器均独立地测量各自所在区域的信号，并在其内部进行放大处理及模数转换，独立输出各自的数字信号。其中的心音传感器用来检测由心肌收缩、瓣膜开与关和血流撞击心室壁大动脉壁等所产生的声音信号并记录下来成为心音图(PCG)；其中的MEMS加速度传感器检测的是身体不同部位的震动信号并记录下来成为心冲击图(BCG)，该信号主要包含心脏搏动引起的身体震动、呼吸时肺部扩张收缩运动引起的身体震动和环境干扰震动；其中的MEMS麦克风传感器布置在阵列的特定位置和朝向，用以检测呼吸音和环境噪声；其中的MEMS温湿度传感器用以检测身体与床接触部分区域的温度湿度和环境温湿度，根据环境温度和身体处的温度，智能预测围术期低体温发生的可能性，并协同加速度传感器监测寒颤的发生。其显著效益和特点是信号放大及AD转换在各自传感器内完成，传感器直接输出数字信号。本专利技术中的主控制器内部包括数据处理模块、通信接口模块、电源模块、显示报警模块、无线通信模块。其中的数据处理模块是以处理器为核心的嵌入式硬件系统及其内部嵌入式程序的统称；该处理器可以是各类32位MCU和DSP处理器以及FPGA器件，其内部写入用户程序完成传感器数据的读入、存储、处理和识别；其中的通信接口模块是主控制器与传感器阵列进行通信的多种总线接口的总称，实现处理器与传感器之间的数据通信，写出控制信息并读取传感器得道各种生理信息；其中的电源模块至少包含两个独立的稳压单元，一个给传感器阵列提供电源，一个给主控制器上的其他电路提供电源；其中的无线通信模块是用来发送处理识别后的心音图数据、心冲击图数据、呼吸数据和温度湿度传送给信息系统，信息系统在不同的工作终端上显示这些数据；其中的显示报警模块，对处理后的信息按预设的方式进行本地报警和远程报警。本专利技术的传感器阵列中的心音传感器和加速度传感器为心率计算提供信息，对这两种传感器数据进行滤波变换处理及融合计算得出心率；MEMS传感器阵列中的MEMS加速度传感器和MEMS麦克风传感器为呼吸率计算提供信息，对两种传感器数据进行滤波变换处理及融合计算得出呼吸率；同时对心音传感器数据，利用第一心音强度的变化趋势检测来实时监控心脏收缩能力的变化情况。其显著效益和特点是计算心率和呼吸率的信息源是多个两类不同传感器，使数据更可靠并相互验证，同时具有一个其他生命体征仪所不具有的功能对心脏收缩能力的监测。本专利技术中的主控制器，其数据处理模块功能主要表现为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置，包括装置本体，病人躺卧或坐靠在装置本体上，其特征在于：所述装置本体包括主控制器和MEMS传感器阵列，所述MEMS传感器阵列由多种传感器组成，包括MEMS加速度传感器、心音传感器及MEMS麦克风传感器，各MEMS传感器通过通信电源电缆连接，并独立检测各自所在区域的信号，所述主控制器通过通信接口与各传感器进行数据通信并通过数据处理模块进行同种传感器的数据融合和不同种类传感器的数据融合得出病人的心率和呼吸率。

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置，包括装置本体，病人躺卧或坐靠在装置本体上，其特征在于：所述装置本体包括主控制器和MEMS传感器阵列，所述MEMS传感器阵列由多种传感器组成，包括MEMS加速度传感器、心音传感器及MEMS麦克风传感器，各MEMS传感器通过通信电源电缆连接，并独立检测各自所在区域的信号，所述主控制器通过通信接口与各传感器进行数据通信并通过数据处理模块进行同种传感器的数据融合和不同种类传感器的数据融合得出病人的心率和呼吸率。2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置，其特征在于：不同种类传感器的数据融合包括：将所述心音传感器和所述MEMS加速度传感器两种传感器数据进行滤波变换处理及融合计算得出心率，将所述MEMS加速度传感器和MEMS麦克风传感器两种传感器数据进行滤波变换处理及融合计算得出呼吸率。3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置，其特征在于：所述MEMS传感器阵列中还包括MEMS温湿度传感器，所述MEMS温湿度传感器用以检测病人身体与床接触部分区域的温湿度和环境温湿度。4.根据权利要求3所述的一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置，其特征在于：所述MEMS温湿度传感器的温度精度优于0.5℃，湿度精度优于3％RH。5.根据权利要求1所述的一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置，其特征在于：所述MEMS加速度传感器的采样频率大于1KHz，灵敏度比例因子优于2048LSB/g。6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置，其特征在于：所述主控制器还包括电源模块、无线通信模块、显示报警模块，所述电源模块至少包括两个独立的稳压单元，一个给传感器阵列提供电源，一个给主控制器上的其他电路提供电源；所述无线通信模块将经主控制器处理后的数据传送给外部的信息系统，由信息系统发送至不同工作终端；所述显示报警模块用于本地报警和远程报警。7.根据权利要求6所述的一种基于多传感器阵列的生命体征监测装置，其特征在于：所述信息系统的服务器接收来自所述主控制器的各种数据信息，存储在服务器中并管理这些数据，同时建立预警模型进行智能判断，在人工值守的终端实时显示各类数据，供人工监测和监护。8.一种适用于权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的生命体征监测装置的生命体征监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)根据MEMS麦克...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐炜，徐胜彦，蔡序共，卢朝升，项健，
申请(专利权)人：温州医科大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33