一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法及装置。现有睡眠呼吸检测没有结合心率和血氧。本发明专利技术包括支持蓝牙5.0的心率血氧检测模块和温湿度检测模块，并具有配套的手机终端软件接收温湿度、反射红光和反射红外光数据，检测呼吸情况，并将反射红外光数据进行滤波和寻峰计算出心率值，同时分别对反射红外光数据和反射红光数据进行FFT变换，结合Beer‑Lambert Model模型得出血氧浓度值；本发明专利技术还支持储存数据，并导出CSV格式文件以供二次研究。本发明专利技术集成在一块柔性电路板上，粘贴在鼻子下方的皮肤上，佩戴方便，具有极低的有源RF和MCU电流，功耗低，适合长时间监测。

A Flexible and Wearable Sleep Physiological Parameter Detection Method and Device

【技术实现步骤摘要】
一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法及装置
本专利技术属于可穿戴设备
，具体涉及一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法及装置，用于人体睡眠时呼吸、心率和血氧变化情况检测，并及时反馈人体睡眠时呼吸暂停情况。
技术介绍
随着社会人口老龄化，中国中老年人心脑血管病的发病率逐年增加，并且这种趋势越来越趋向于年轻人。而睡眠呼吸暂停是导致心脑血管病发生的重要因素之一，呼吸暂停引起反复发作的夜间低氧，长此以往，容易导致高血压，冠心病，糖尿病和脑血管疾病等并发症，甚至出现夜间猝死。柔性可穿戴装置属于可延展柔性电子器件与健康检测领域。现相关检测呼吸暂停的装置一般是单一检测呼吸情况，缺乏一种可以与睡眠时的心率和血氧情况结合起来检测人体睡眠时伴随呼吸产生的生理参数变化情况的小型装置。其中针对呼吸的检测，多导睡眠监测仪是目前研究和监测睡眠呼吸暂停的有效仪器，这种仪器通过连续的呼吸、血氧饱和度、心电图、脑电图等指标的监测，可以判断出在睡眠期间有无呼吸暂停，以及呼吸暂停的次数、暂停的持续时间、发生呼吸暂停时对身体影响的程度大小，但是由于多导睡眠监测仪采用大量传感器，且传感器基本置于头面部，被测者的舒适度不高。另外设备体积较大且不便于移动，被试者必须接受大约8小时的观察。同时多导睡眠监测仪价格高昂，操作复杂，无法推广使用。另外一种由压电材料构成检测系统，该系统的检测方法分为胸式呼吸检测法和腹式呼吸检测法，原理为将被测者的胸部或者腹部的运动产生的压力信号以电信号的形式输出，但分析胸腹运动的局限性较大，压电材料的安装位置及朝向将对采集结果造成一定影响。再加上睡眠过程中存在体动的干扰，会引入噪声信号。而呼吸面罩检测气流的方法可靠但是整体测量面积较大且不便携带，而且将呼吸罩与外置的呼吸机连接，患者在睡眠时经常会因为翻身等动作，将呼吸罩扯离口鼻，对被试者而言佩戴较为不便。关于心率和血氧检测常见的一种方案是使用心电监护仪，通过导联电极测量人体体表特定两点间的电位差变化反应心脏的工作状态，再通过光学指夹式探头来测量血氧饱和度，这种方法虽然精确高，但集成度低，佩戴舒适度低，同时整体测量面积较大，不够便携。另外一种是使用集成光电传感器的智能手环或手表，这种方法较为便携且能够测量睡眠时的心率和血氧情况的变化，但是无法检测被测者睡眠时的呼吸情况，无法进行呼吸暂停检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法及装置，该装置一种小型的、采用锂电池供电、可贴在鼻翼下方的柔性可穿戴呼吸及心率血氧检测装置，以及对应的接收处理手机终端。为了达到上述目的,本专利技术的技术方案是：本专利技术一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法，具体如下：步骤一、心率血氧检测模块放置在柔性电路板的背面与皮肤直接接触，温湿度检测模块放置在柔性电路板的正面与呼吸气流相接触。步骤二、蓝牙模块将采集到的心率血氧检测模块的反射红光和反射红外光数据，以及温湿度检测模块检测到的温湿度数据通过特征值更新后发送给手机终端软件；手机终端软件通过检测特征值的变化，得到温湿度数据、反射红光数据和反射红外光数据；当手机终端软件得到的反射红外光数据对应的光强度小于阈值时，判定心率血氧检测模块没有贴在皮肤上。步骤三、手机终端软件将温湿度数据、反射红光数据和反射红外光数据存入手机终端软件对应的SQL数据库；同时，手机终端软件进行呼吸情况的检测：当温度和湿度同时上升超过1.6s时，则判定产生了一个呼吸周期；当温度和湿度没有同时上升超过10s时，则判定使用者产生了呼吸暂停现象。然后，手机终端软件通过AndroidStudio的多线程AynscTask库在手机终端软件后台将心率血氧检测模块采集的当前反射红外光数据依次进行波形上下翻转、中值滤波、巴特沃斯低通滤波和寻峰计算出心率值，同时分别对反射红外光数据和反射红光数据进行FFT变换提取频谱，提取频谱后得到反射红外光的0Hz直流分量和1～3Hz交流分量以及反射红光的0Hz直流分量和1～3Hz交流分量，进而得到血液对红光吸收量和红外光吸收量的比例R：R＝(ACir/DCir)/(ACred/DCred)其中，ACir是反射红外光的1～3Hz交流分量，DCir是反射红外光的0Hz直流分量，ACred是反射红光的1～3Hz交流分量，DCred是反射红光的0Hz直流分量。最后，根据Beer-LambertModel模型得出血氧浓度值：S＝108-25*R步骤四、更新手机终端软件的主界面，在主界面上显示出当前鼻息处气流的温湿度以及当前心率值和血氧浓度值，并显示根据当前反射红外光数据通过MPAndroidChart绘图库绘制的PPG波形图。进一步，所述的反射红光数据、反射红外光数据和温湿度数据通过特征值更新后以Notify通知的方式发送给手机终端软件。进一步，所述的温湿度检测模块每200ms采集一次，心率血氧检测模块每30ms采集一次。进一步，手机与蓝牙模块通过蓝牙5.0协议连接，手机通过搜寻蓝牙模块的广播标识名称完成一键式连接。进一步，在手机终端软件的主界面上通过选择历史采集时间，来查看SQL数据库保存的温湿度数据、反射红光数据和反射红外光数据并导出为CSV文件。进一步，进行巴特沃斯低通滤波的前处理为设定采样率Fs和截止频率Fc，采样率Fs＝100Hz，截止频率Fc＝3.66Hz。进一步，寻峰计算出心率值的过程如下：使用一个宽度随波峰间隔动态变化的窗，该窗每次向右移动一个采样点，在移动之前，先找出窗内波形的波峰处，判断当前波峰处是否在窗的正中心，若是则记录当前波峰对应的数据点，否则该窗继续向右移动。窗的宽度在每次寻峰后变化为该波峰与前一波峰之间宽度的1/2；在4s内找寻的所有波峰中，计算每相邻两个波峰之间的宽度，宽度单位为采样点个数，然后求这些宽度的均值a；最后，计算心率值H：H＝60/(a/Fs)本专利技术一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测装置，包括蓝牙模块、温湿度检测模块、心率血氧检测模块、电源模块和程序下载接口；所述的电源模块为蓝牙模块、温湿度检测模块、心率血氧检测模块和程序下载接口供电；程序下载接口的数据输出口接蓝牙模块的数据导入口。所述的温湿度检测模块将检测到的鼻息处气流温湿度数据经蓝牙模块传给手机终端软件；所述的心率血氧检测模块同时将入射红光和入射红外光发射到鼻翼下方的皮肤处，并接收经人体反射的反射红光和反射红外光，然后将反射红光和反射红外光数据经蓝牙模块传给手机终端软件。所述的蓝牙模块包括中央处理器M1、第七电容C7和第八电容C8；第七电容C7的一端接中央处理器M1的VCC引脚、第八电容C8的一端和第八电阻R8的一端；中央处理器M1的GND引脚、第七电容C7的另一端和第八电容C8的另一端均接地；第八电阻R8的另一端接开关S1的一端；开关S1的另一端接中央处理器M1的nRESET引脚；中央处理器M1的VCC引脚接电源模块提供的3.3V电源；中央处理器M1的DIO1引脚接程序下载接口P1的TX_X引脚，DIO2引脚接程序下载接口P1的RX_X引脚，TMS引脚接程序下载接口P1的TMS引脚，TCK引脚接程序下载接口P1的TCK引脚，DIO3引脚接程序下载接口P1的TDO引脚，DIO4引脚接程序下载接口P1的TDI引脚；程序下载接口P1的VCC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法，其特征在于：该方法具体如下：步骤一、心率血氧检测模块放置在柔性电路板的背面与皮肤直接接触，温湿度检测模块放置在柔性电路板的正面与呼吸气流相接触；步骤二、蓝牙模块将采集到的心率血氧检测模块的反射红光和反射红外光数据，以及温湿度检测模块检测到的温湿度数据通过特征值更新后发送给手机终端软件；手机终端软件通过检测特征值的变化，得到温湿度数据、反射红光数据和反射红外光数据；当手机终端软件得到的反射红外光数据对应的光强度小于阈值时，判定心率血氧检测模块没有贴在皮肤上；步骤三、手机终端软件将温湿度数据、反射红光数据和反射红外光数据存入手机终端软件对应的SQL数据库；同时，手机终端软件进行呼吸情况的检测：当温度和湿度同时上升超过1.6s时，则判定产生了一个呼吸周期；当温度和湿度没有同时上升超过10s时，则判定使用者产生了呼吸暂停现象；然后，手机终端软件通过Android Studio的多线程AynscTask库在手机终端软件后台将心率血氧检测模块采集的当前反射红外光数据依次进行波形上下翻转、中值滤波、巴特沃斯低通滤波和寻峰计算出心率值，同时分别对反射红外光数据和反射红光数据进行FFT变换提取频谱，提取频谱后得到反射红外光的0Hz直流分量和1～3Hz交流分量以及反射红光的0Hz直流分量和1～3Hz交流分量，进而得到血液对红光吸收量和红外光吸收量的比例R：R＝(ACir/DCir)/(ACred/DCred)其中，ACir是反射红外光的1～3Hz交流分量，DCir是反射红外光的0Hz直流分量，ACred是反射红光的1～3Hz交流分量，DCred是反射红光的0Hz直流分量；最后，根据Beer‑Lambert Model模型得出血氧浓度值：S＝108‑25*R步骤四、更新手机终端软件的主界面，在主界面上显示出当前鼻息处气流的温湿度以及当前心率值和血氧浓度值，并显示根据当前反射红外光数据通过MPAndroidChart绘图库绘制的PPG波形图。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法，其特征在于：该方法具体如下：步骤一、心率血氧检测模块放置在柔性电路板的背面与皮肤直接接触，温湿度检测模块放置在柔性电路板的正面与呼吸气流相接触；步骤二、蓝牙模块将采集到的心率血氧检测模块的反射红光和反射红外光数据，以及温湿度检测模块检测到的温湿度数据通过特征值更新后发送给手机终端软件；手机终端软件通过检测特征值的变化，得到温湿度数据、反射红光数据和反射红外光数据；当手机终端软件得到的反射红外光数据对应的光强度小于阈值时，判定心率血氧检测模块没有贴在皮肤上；步骤三、手机终端软件将温湿度数据、反射红光数据和反射红外光数据存入手机终端软件对应的SQL数据库；同时，手机终端软件进行呼吸情况的检测：当温度和湿度同时上升超过1.6s时，则判定产生了一个呼吸周期；当温度和湿度没有同时上升超过10s时，则判定使用者产生了呼吸暂停现象；然后，手机终端软件通过AndroidStudio的多线程AynscTask库在手机终端软件后台将心率血氧检测模块采集的当前反射红外光数据依次进行波形上下翻转、中值滤波、巴特沃斯低通滤波和寻峰计算出心率值，同时分别对反射红外光数据和反射红光数据进行FFT变换提取频谱，提取频谱后得到反射红外光的0Hz直流分量和1～3Hz交流分量以及反射红光的0Hz直流分量和1～3Hz交流分量，进而得到血液对红光吸收量和红外光吸收量的比例R：R＝(ACir/DCir)/(ACred/DCred)其中，ACir是反射红外光的1～3Hz交流分量，DCir是反射红外光的0Hz直流分量，ACred是反射红光的1～3Hz交流分量，DCred是反射红光的0Hz直流分量；最后，根据Beer-LambertModel模型得出血氧浓度值：S＝108-25*R步骤四、更新手机终端软件的主界面，在主界面上显示出当前鼻息处气流的温湿度以及当前心率值和血氧浓度值，并显示根据当前反射红外光数据通过MPAndroidChart绘图库绘制的PPG波形图。2.根据权利要求1所述的一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法，其特征在于：所述的反射红光数据、反射红外光数据和温湿度数据通过特征值更新后以Notify通知的方式发送给手机终端软件。3.根据权利要求1所述的一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法，其特征在于：所述的温湿度检测模块每200ms采集一次，心率血氧检测模块每30ms采集一次。4.根据权利要求1所述的一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法，其特征在于：手机与蓝牙模块通过蓝牙5.0协议连接，手机通过搜寻蓝牙模块的广播标识名称完成一键式连接。5.根据权利要求1所述的一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法，其特征在于：在手机终端软件的主界面上通过选择历史采集时间，来查看SQL数据库保存的温湿度数据、反射红光数据和反射红外光数据并导出为CSV文件。6.根据权利要求1所述的一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法，其特征在于：进行巴特沃斯低通滤波的前处理为设定采样率Fs和截止频率Fc，采样率Fs＝100Hz，截止频率Fc＝3.66Hz。7.根据权利要求1～6中任一项所述的一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测方法，其特征在于：寻峰计算出心率值的过程如下：使用一个宽度随波峰间隔动态变化的窗，该窗每次向右移动一个采样点，在移动之前，先找出窗内波形的波峰处，判断当前波峰处是否在窗的正中心，若是则记录当前波峰对应的数据点，否则该窗继续向右移动；窗的宽度在每次寻峰后变化为该波峰与前一波峰之间宽度的1/2；在4s内找寻的所有波峰中，计算每相邻两个波峰之间的宽度，宽度单位为采样点个数，然后求这些宽度的均值a；最后，计算心率值H：H＝60/(a/Fs)。8.一种柔性可穿戴睡眠生理参数检测装置，包括蓝牙模块、温湿度检测模块、心率血氧检测模块、电源模块和程序下载接口；其特征在于：所述的电源模块为蓝牙模块、温湿度检测模块、心率血氧检测模块和程序下载接口供电；程序下载接口的数据输出口接蓝牙模块的数据导入口；所述的温湿度检测模块将检测到的鼻息处气流温湿度数据经蓝牙模块传给手机终端软件；所述的心率血氧检测模块同时将入射红光和入射红外光发射到鼻翼下方的皮肤处，并接收经人体反射的反射红光和反射红外光，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：轩伟鹏，胡志伟，陈金凯，骆季奎，董树荣，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33