一种人体成分、精神压力和动脉硬化同步检测装置制造方法及图纸

一种人体成分、精神压力和动脉硬化同步检测装置，包括生物电阻抗测量组件、光电容积脉搏波测量组件、体重测量模块、身高测量模块、信号处理单元和主控单元，信号处理单元向通过电流电极向人体四肢施加正弦波电流，同时采集由生物电阻抗测量组件、光电容积脉搏波测量组件、体重测量模块和身高测量模块同步测量获得的生物电阻抗信号、光电容积脉搏波信号、体重和身高信号，并对各信号进行处理，将处理后的各信号输送至主控单元；主控单元接收信号处理单元处理后的相应信号并进行分析，获得人体成分、精神压力量化值、动脉硬化程度和身高体重值。本发明专利技术一次测量即可获取受测者身体健康状态、心理健康状态和血管健康状态，快速而简便。

A Synchronized Detection Device for Human Composition, Mental Stress and Atherosclerosis

A synchronous detection device for human body composition, mental pressure and arteriosclerosis includes bioelectrical impedance measurement module, photoelectric volume pulse wave measurement module, weight measurement module, height measurement module, signal processing unit and main control unit. The signal processing unit applies sinusoidal wave current to human limbs through current electrodes, and collects bioelectrical impedance measurement module and photoelectricity simultaneously. Volumetric pulse wave measurement module, weight measurement module and height measurement module acquire bioelectrical impedance signal, photoelectric volume pulse wave signal, weight and height signal synchronously, and process each signal, then transmit the processed signal to the main control unit; the main control unit receives the corresponding signal processed by the signal processing unit and carries on the analysis, obtains the human body composition and the essence. Quantitative value of mental pressure, degree of arteriosclerosis and body weight and height. The method can obtain the physical health state, mental health state and vascular health state of the subject at one time, and is fast and simple.

【技术实现步骤摘要】
一种人体成分、精神压力和动脉硬化同步检测装置
本专利技术涉及用于对人体成分、精神压力和动脉硬化进行同步检测装置，属于全面评估人体亚健康状态的健康体检领域。
技术介绍
身体素质和心理状态的降低往往预示着亚健康的来临，进而导致各种慢性病(如心脑血管疾病)的发生。目前，医药卫生模式从传统的疾病诊治向健康管理转移，其重心也越来越着眼于人体的健康状态辨识和疾病的预警，这也是健康体检的发展趋势，因而国内外相关的人体成分分析、精神压力分析和动脉硬化检测设备应运而生。虽然人体成分检测仪器、精神压力检测仪器和动脉硬化检测仪器众多，但是同步检测上述三大项目的仪器或者装置非常少见。所能检索到的中国专利文献CN206700156U公开的《一种人体机能指标综合检测仪》可以测量上述二项功能(身体成分和精神压力)，但只是将上述二项检测模块组合在一个平台上，分时异步检测，耗费较多的测量时间；而且不能提供更有临床价值的动脉硬化测量功能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种人体成分、精神压力和动脉硬化的同步检测装置，采用同步检测分析，一次测量即可获取受测者身体健康状态、心理健康状态和血管健康状态。本专利技术的人体成分、精神压力和动脉硬化同步检测装置，采用以下技术方案：该检测装置，包括生物电阻抗测量组件、光电容积脉搏波测量组件、体重测量模块、身高测量模块、信号处理单元和主控单元；生物电阻抗测量组件，包括分别向左手、右手、左脚、右脚施加正弦波电流的电流电极，以及左手、右手、左脚和右脚的电压采集电极；各个电流电极和电压采集电极均与信号处理单元连接；光电容积脉搏波测量组件，包括用于分别采集左手大拇指、右手大拇指、左脚大拇指和右脚大拇指四处光电容积脉搏波信号的四个光电脉搏传感器；四个光电脉搏传感器均与信号处理单元连接；体重测量模块，包括固定在支架上的体重传感器，与信号处理单元连接，用于测量人体重量；身高测量模块，包括固定在支架上的超声波测量传感器，与信号处理单元连接，用于测量人体身高；信号处理单元，用于接收由生物电阻抗测量组件、光电容积脉搏波测量组件、体重测量模块和身高测量模块同步测量获得的生物电阻抗信号、光电容积脉搏波信号、体重和身高信号，并对各信号进行处理，将处理后的各信号输送至主控单元；信号处理单元向生物电阻抗测量组件中的电流电极施加正弦波电流，信号频率为6个频段(1kHz，5kHz，50kHz，250kHz，500kHz和1MHz)，同时采集电压采集电极的电压信号，然后将电压信号进行二阶巴特沃斯带通滤波(带通频率1kHz-1MHz)和放大处理，再经交直流转换电路转为直流信号进行模数转换；信号处理单元在采集上述生物电阻抗信号的同时，采集光电容积脉搏波组件中的四路脉搏波信号，再进行四阶巴特沃斯带通滤波(带通频率0.5Hz-25Hz)和放大处理，然后进行数模转换；同时信号处理单元对采集的身高和体重模块信号进行模数转换。主控单元，包括人体成分测量单元、精神压力测量单元、动脉硬化测量单元和身高体重测量单元，各单元分别接收信号处理单元处理后的相应信号并进行分析，获得人体成分、精神压力量化值、动脉硬化程度和身高体重值。所述人体成分测量单元，用于计算水分、体脂肪、蛋白质和无机盐四个人体成分量化值；具体过程如下所述：首先基于大样本的临床试验数据利用BP神经网络建立人体成分与身高H、体重W和生物电阻抗Z的模型，模型建立步骤为：(1)从样本集中取一个样本(Xp,Yp)，将Xp输入到BP神经网络中，其中Xp代表样本数组[H,W,Z]，Yp代表该样本p对应的体成分结果,其中p＝1，2，...，N，N为样本数；(2)计算相应的预测输出Op(具体输出为水分、体脂肪、蛋白质或无机盐)，在此阶段，结构化特征从输入层，经过中间层，传输到输出层，在此过程中，BP神经网络执行前向传播，如下计算：Op＝g(f(W′1j*Xp+b1j)*W′2j+b2j)，其中W′1j,b1j，W′2j,b2j为第j次迭代训练BP神经网络的系数向量和偏置向量，它们为模型的参数；f为中间层激励函数，g为输出层SoftMax函数；(3)计算预测输出Op和实际输出Yp的误差Errp：Errp＝Op-Yp；(4)按极小化误差的方向反向传播调整W′1j,b1j，W′2j,b2j,使得Errp最小；模型训练的过程就是反复执行上述四步的操作，当训练的误差Errp不再减小或者达到指定的训练次数时，停止训练，最后一次反向传播调整后的W′1j＝T,b1j＝T，W′2j＝T,b2j＝T即为模型的参数,其中T为模型训练误差达到最小的迭代次数或为指定的训练次数。模型训练过程中的前向传播过程，亦是在BP神经网络训练完毕后预测体成分结果的过程，计算公式如下：Op＝g(f(W′T*Xp+bT)*W′T+bT)，其中f为中间层激励函数，g为输出层SoftMax函数，Xp为数组[H,W,Z]。最后，利用上述公式计算人体成分的水分、脂肪、无机盐和蛋白质指标。所述精神压力测量单元，接收信号处理单元处理后的任意一路光电容积脉搏波信号，并计算精神压力指数；计算精神压力指数的具体过程如下所述：经数字滤波模块去除工频干扰、基线干扰及运动干扰后，提取采集时间段内脉搏波信号的峰值点位置，得到心动周期序列Rp，通过BP神经网络建立精神压力指数PSI与心动周期序列Rp的模型公式Op＝g(f(W′T*Rp+bT)*W′T+bT)，其中W＇T和bT为BP神经网络训练后的模型参数；f为中间层激励函数，g为输出层SoftMax函数；T为模型训练误差达到最小的迭代次数或为指定的训练次数；当采集到新时间段的脉搏波数据，提取相应的心动周期序列Rp后，带入上述公式，实时计算精神压力指数PSI。PSI数值越大，代表精神压力越大。所述动脉硬化测量单元，首先提取脉搏波信号的特征，然后计算双侧下肢外周动脉硬化程度，具体如下：提取四路光电脉搏波信号的起始点，形成四个起始点序列数组LPTbl、LPTal、RPTbl、RPTal,分别代表左手大拇指、左脚大拇指、右手大拇指和右脚大拇指的脉搏波起始点序列，使用如下脉搏波传播速度PWV的计算公式：分别计算左下肢外周动脉脉搏波传播速度LePWV和右下肢外周动脉脉搏波传播速度RePWV，其中D1为心脏到左脚大拇指减去心脏到左手大拇指的体表距离，D2为心脏到右脚大拇指减去心脏到右手大拇指的体表距离，通过实际测量或者根据经验公式获取；LPTbl，i，LPTal，i，RPTbl，i，RPTal，i分别表示四处光电脉搏波信号的第i个心动周期的起始点位置；N为采集一段时间内心脏正常搏动的个数。所述身高体重测量单元，接收信号处理单元发送的体重和身高信号，获得出身高和体重。本专利技术的上述装置，还包括：显示单元：与主控单元连接，用于显示测量界面，以及人体成分、精神压力量化值、动脉硬化程度和身高体重值；打印单元：与主控单元连接，用于检测结果的数据打印。本专利技术可同步采集生物电阻抗和四路光电容积脉搏波信号，实时显示人体成分、精神压力指数、动脉硬化指数、脉搏波、脉率，采用同步检测分析，一次测量即可评估受测者身体健康状态、心理健康状态和血管健康状态，解决了目前市场上相关仪器集成化低、异步分时检测的问题，大大节约受测者的检测时间。附图说明图1是本专利技术人体成分、精神本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.人体成分、精神压力和动脉硬化同步检测装置，其特征是：包括生物电阻抗测量组件、光电容积脉搏波测量组件、体重测量模块、身高测量模块、信号处理单元和主控单元；生物电阻抗测量组件，包括分别向左手、右手、左脚、右脚施加电流的电流电极，以及左手、右手、左脚和右脚的电压采集电极；各个电流电极和电压采集电极均与信号处理单元连接；光电容积脉搏波测量组件，包括用于分别采集左手大拇指、右手大拇指、左脚大拇指和右脚大拇指四处光电容积脉搏波信号的四个光电脉搏传感器；四个光电脉搏传感器均与信号处理单元连接；体重测量模块，包括体重传感器，与信号处理单元连接，用于测量人体重量；身高测量模块，包括超声波测量传感器，与信号处理单元连接，用于测量人体身高；信号处理单元，用于接收由生物电阻抗测量组件、光电容积脉搏波测量组件、体重测量模块和身高测量模块同步测量获得的生物电阻抗信号、光电容积脉搏波信号、体重和身高信号，并对各信号进行处理，将处理后的各信号输送至主控单元；主控单元，包括人体成分测量单元、精神压力测量单元、动脉硬化测量单元和身高体重测量单元，各单元分别接收信号处理单元处理后的相应信号并进行分析，获得人体成分、精神压力量化值、动脉硬化程度和身高体重值。...

【技术特征摘要】
1.人体成分、精神压力和动脉硬化同步检测装置，其特征是：包括生物电阻抗测量组件、光电容积脉搏波测量组件、体重测量模块、身高测量模块、信号处理单元和主控单元；生物电阻抗测量组件，包括分别向左手、右手、左脚、右脚施加电流的电流电极，以及左手、右手、左脚和右脚的电压采集电极；各个电流电极和电压采集电极均与信号处理单元连接；光电容积脉搏波测量组件，包括用于分别采集左手大拇指、右手大拇指、左脚大拇指和右脚大拇指四处光电容积脉搏波信号的四个光电脉搏传感器；四个光电脉搏传感器均与信号处理单元连接；体重测量模块，包括体重传感器，与信号处理单元连接，用于测量人体重量；身高测量模块，包括超声波测量传感器，与信号处理单元连接，用于测量人体身高；信号处理单元，用于接收由生物电阻抗测量组件、光电容积脉搏波测量组件、体重测量模块和身高测量模块同步测量获得的生物电阻抗信号、光电容积脉搏波信号、体重和身高信号，并对各信号进行处理，将处理后的各信号输送至主控单元；主控单元，包括人体成分测量单元、精神压力测量单元、动脉硬化测量单元和身高体重测量单元，各单元分别接收信号处理单元处理后的相应信号并进行分析，获得人体成分、精神压力量化值、动脉硬化程度和身高体重值。2.根据权利要求1所述的人体成分、精神压力和动脉硬化同步检测装置，其特征是：所述信号处理单元向生物电阻抗测量组件中的电流电极施加正弦波电流，信号频率为6个频段，同时采集电压采集电极的电压信号，然后将电压信号进行二阶巴特沃斯带通滤波和放大处理，再经交直流转换电路转为直流信号进行模数转换。3.根据权利要求1所述的人体成分、精神压力和动脉硬化同步检测装置，其特征是：所述信号处理单元在采集生物电阻抗信号的同时，采集光电容积脉搏波组件中的四路脉搏波信号，再进行四阶巴特沃斯带通滤波和放大处理，然后进行数模转换；同时对采集的身高和体重模块信号进行模数转换。4.根据权利要求1所述的人体成分、精神压力和动脉硬化同步检测装置，其特征是：所述人体成分测量单元用于计算水分、体脂肪、蛋白质和无机盐四个人体成分量化值；具体过程如下所述：首先基于大样本的临床试验数据利用BP神经网络建立人体成分与身高H、体重W和生物电阻抗Z的模型，模型建立步骤为：(1)从样本集中取一个样本(Xp,Yp)，将Xp输入到BP神经网络中，其中Xp代表样本数组[H,W,Z]，Yp代表该样本p对应的体成分结果,其中p＝1，2，...，N，N为样本数；(2)计算相应的预测输出Op，在此阶段，结构化特征从输入层，经过中间层，传输到输出层，在此过程中，BP神经网络执行前向传播，如下计算：Op＝g(f(W′1j*Xp+b1j)*W′2j+b2j)，其中W′1j,b1j，W′2j,b2j为第j次迭代训练BP神经网络的系数向量和偏置向量，它们为模型的参数；f为中间层激励函数，g为输出层SoftMax函数；(3)计算预测输出Op和实际输出Yp的误差Errp：Errp＝Op...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，刘常春，
申请(专利权)人：济南汇医融工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37