CN104287721A - 车载多参数生理监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载多参数生理监测装置，该装置集成在方向盘保护套上，包括容性检测模块、心电采集模块、血氧采集模块以及电路装置，该容性检测模块在检测到用户手掌皮肤与该车载多参数生理监测装置接触良好后，启动该车载多参数生理监测装置，该心电采集模块采集心电信号，该血氧采集模块采集脉搏血氧数据，该电路装置连接于该容性检测模块、该心电采集模块和该血氧采集模块，接收心电信号和脉搏血氧数据，并在心电信号和脉搏血氧数据出现异常时向用户本人以及其他有关人员或机构报警并建立通信。该车载多参数生理监测装置能够保证用户在驾车过程中若生理发生异常时及时得到警示和救治,并且不影响用户的驾车活动。

Description

车载多参数生理监测装置

技术领域

本发明涉及无创监测技术领域，特别是涉及到一种车载多参数生理监测装置。

背景技术

心血管疾病是危害世界各国人群的流行性疾病，死亡患者中大部分是在医院之外突然发生急性事件，失去了宝贵的早期诊断和救治导致死亡。心脏疾病属于慢性突发性疾病，如果能够把心脏疾病的救治改变为患者日常生活中的监测，将大大降低心脏疾病的死亡率。同时，由于现代社会节奏加快，人们压力比较大，常常处于亚健康状态或高强度劳动造成的疲劳之中。

随着汽车的日益普及，驾车时突发心血管疾病或因疲劳驾驶造成车祸的情况也常有发生，这不仅影响到驾车人的安危，也对其他路面车辆和行人构成严重的威胁。因此，急需一种能够在驾车时对驾车人的生理指标进行连续监测的装置，既能够不影响驾车，又随时随地监测患者的生理状况，从而及时发现患者的生理异常。

以往车载心跳监测的专利大多采用在座椅内安置振动传感器的方案。由于衣裤的隔离以及车辆自身的噪声和振动，振动传感器的信号出错率较高，影响信号采集精度和可靠性，即使采用容错处理算法也很难防止误报、漏报。为此我们发明了一种新的车载多参数生理监测装置，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成在方向盘包套上、利用驾车人手紧握方向盘的特点进行数据采集的车载多参数生理监测装置。   

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：车载多参数生理监测装置，该车载多参数生理监测装置集成在方向盘保护套上，包括容性检测模块、心电采集模块、血氧采集模块以及电路装置，该容性检测模块采集手掌皮肤触碰该容性检测模块产生的小电容变化数据，并在检测到用户手掌皮肤与该车载多参数生理监测装置接触良好后，启动该车载多参数生理监测装置，该心电采集模块采集心电信号，该血氧采集模块采集脉搏血氧数据，该电路装置连接于该容性检测模块、该心电采集模块和该血氧采集模块，接收心电信号和脉搏血氧数据，并在心电信号和脉搏血氧数据出现异常时向用户本人以及其他有关人员或机构报警并建立通信。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该电路装置包括放大滤波A/D转换电路、微处理器、存储器、报警及语音电路和无线通讯模块，该放大滤波A/D转换电路连接于该容性检测模块、该心电采集模块和该血氧采集模块，并将心电信号和脉搏血氧数据进行放大滤波A/D转换，该存储器存储典型心电信号波形，该微处理器连接于该信号放大滤波A/D转换电路和该存储器，接收该信号放大滤波A/D转换电路处理后的心电信号和脉搏血氧数据，并将处理后的心电信号和脉搏血氧数据传输给该存储器储存，该微处理器将该信号放大滤波A/D转换电路处理后的心电信号与事先存储在该存储器中的典型心电信号波形与进行比对，实时监测生理参数是否正常，并在监测到生理参数异常时，该微处理器根据不同病情发出不同报警信号给该报警及语音电路和该无线通信模块，该报警及语音电路连接于该微处理器以接收该微处理器发出的报警信号，并根据不同报警信号，发出不同的提示、问询、蜂鸣、报警声，使用户以及救治人员及时了解病情的紧急程度，该无线通讯模块连接于该微处理器以接收该微处理器发出的不同报警信号，并在接收到不同报警信号时，向基站发出病情诊断信号，向使用者的家人或朋友以及医护人员报警。

该微处理器将该信号放大滤波A/D转换电路处理后的脉搏血氧数据与某一特定指标相比，当脉搏血氧数据低于该特定指标时，该微处理器判定驾驶员产生疲劳，将发出疲劳报警信号给该报警及语言电路，该报警及语言电路提醒驾驶员及时停车休息。

该报警及语音电路包括可接收用户语音的麦克风和扬声器，接收基站发来的语音，实现双向通话，该报警及语音电路上还设置提示按钮，当出现心脏异常、报警发生时按下该按钮即可停止报警声，并针对不同病情的处置方法提示在场人员救治的正确方法；该无线通讯模块还接受远程指令上传相关数据，帮助远程确诊、救治。

该电路装置还包括电容数字控制器，该电容数字控制器包括存储该容性检测模块采集的小电容变化数据的状态寄存器，用以表征该容性检测模块与皮肤的距离，该电容数字控制器读取该状态寄存器内存储的小电容变化数据，以确定用户手掌皮肤与该车载多参数生理监测装置接触是否良好。

该微处理器为16位单核微处理器，该存储器为512MB闪存，并采用先进先出的管理方式，该电容数字控制器为16位或更高位的高灵敏度模拟前端控制器。

该电路装置还包括显示屏，该显示屏连接于该微处理器，并实时显示该微处理器监测的生理参数，显示的信息包括：心电及心率波形、血氧饱和度、脉率和灌注指数。

该电路装置还包括电源电路和充电电池，该电源电路为该车载多参数生理监测装置提供直流电源，该充电电池连接于该电源电路，为该电源电路供电。

该电路装置还包括充电器和12V直流电源，该充电器连接于该充电电池，该12V直流电源连接于该充电器，当该充电电池电压偏低、即将耗尽时会发出蜂鸣音，提示应及时充电，也可采用该充电器将该充电电池连接到车内该12V直流电源，对该充电电池进行充电。

该容性检测模块包括一个或多个容性检测电极，该心电采集模块包括两个心电电极，该血氧采集模块包括发光驱动器、发光管和光敏传感器，脉搏血氧数据通过该发光驱动器驱动该发光管，照射到动脉上，用该光敏传感器接收反射光数据进行采集。

所述的两个心电电极和容性检测电极采用长条形、圆弧状电极嵌入在该方向盘包套上，分别位于方向盘两侧，成对称分布，并相互平行，它们的外径与该方向盘包套的外径相等，并且互不接触，电极外表面覆盖固体导电硅胶，该血氧采集模块内置于左侧心电电极，该发光管和该光敏传感器设置在被测部位的同侧，位于左侧心电电极的表面，并且该发光管和该光敏传感器之间形成0 ~ 180度的夹角。

该车载多参数生理监测装置还包括导联线，该容性检测模块、该心电采集模块、该血氧采集模块分别与该电路装置之间以该导联线相连，该导联线布置在该方向盘包套的内侧。

该电路装置为圆弧形薄片状，封装在外径接近该方向盘包套外径的圆弧状外壳之中，并置于该方向盘包套的最下方。

本发明中的车载多参数生理监测装置，适应现代人群健康需求，解决目前缺乏实时方便地监测驾车人生理状况产品的问题，可以在驾车时人手紧握方向盘与容性检测电极接触良好的前提下开始实时监测心电、血氧等参数，并在出现异常时向用户本人以及其他有关人员或机构报警并建立通信,该***能够完成数据采集、处理、存储、分析、诊断、报警、通讯、数据传输、显示、人机互动等功能，满足用户在驾车时连续监测生理参数的需求，从而保证其在驾车过程中若生理发生异常时及时得到警示和救治, 并且不影响用户的驾车活动。 

附图说明

图1为本发明的车载多参数生理监测装置的一具体实施例的结构图；

图2为方向盘包套示意图以及镶嵌在方向盘包套上的容性检测模块，心电采集模块，血氧采集模块以及电路装置放置位置的示意图；

图3为集成在方向盘包套上的车载多参数生理实时监测装置安装在方向盘上的外观示意图；

图4为方向盘包套内侧，连接容性检测模块、心电采集模块和血氧采集模块以及电路装置的导联线分布示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的车载多参数生理监测装置的结构图。该车载多参数生理监测装置由镶嵌在方向盘包套上的容性检测模块1、心电采集模块2、血氧采集模块3以及电路装置9构成。

容性检测模块1包括容性检测电极4，通过抓握方向盘的手掌皮肤触碰容性检测电极4产生的小电容变化进行检测，当所述的容性检测模块1检测到用户手掌皮肤与装置接触良好后，才开始启动装置，对心电、血氧等参数进行实时监测。在一实施例中，容性检测模块1通过电容数字控制器12读取状态寄存器13内存储的来自容性检测电极的信号来检测手掌皮肤与装置的接触是否良好。手掌皮肤与装置接触后产生的小电容变化判定驾车人与方向盘包套22接触良好后才开始启动装置，对心电、血氧等参数进行实时监测。容性检测模块1的存在避免了双手离开方向盘包套22引起信号消失而产生的误判。所述的小电容变化一般为小于50pF。容性检测电极4数量共为一个或多个，为条状圆弧形电极。

心电采集模块2由两个心电电极5构成，用于采集心电信号。

血氧采集模块3采集脉搏血氧数据。血氧采集模块3由发光驱动器6、发光管7和光敏传感器8构成。脉搏血氧数据通过发光驱动器6驱动发光管7，照射到动脉上，用光敏传感器8接收反射光数据进行采集。所述的发光管7和光敏传感器8之间形成0 ~ 180度的夹角。在一实施例中，血氧采集模块内置于左侧心电电极。所述的发光管7和光敏传感器8设置在被测部位的同侧，位于左侧心电电极的表面，并且发光管和光敏传感器之间形成0 ~ 180度的夹角。

所述的电路装置9连接于容性检测模块1、心电采集模块2、血氧采集模块3，并将心电和脉搏血氧数据存储在存储器中，并且保存最新的数据，舍弃最早的数据，同时根据实测波形与存储器中预置的波形进行识别、比对，对生理参数是否异常以及是何种异常做出诊断。所述的电路装置9能够在发现生理异常时及时发出报警声，并通过无线通讯网络将驾车人的病情实时通知基站的有关医疗救护人员，必要时可支持双向语音和数据通讯。当血氧饱和度的实时监测所得数据低于预先设定的指标，疲劳监测报警功能据此自动发出疲劳警告，提示驾驶员停车休息。

在一实施例中，电路装置9由信号放大滤波A/D转换电路10、微处理器11、电容数字控制器12、存储器14、电源电路15、充电电池19、报警及语音电路17、显示屏16、无线通讯模块18、充电器20和12V直流电源21构成。

信号放大滤波A/D转换电路10连接于容性检测模块1、心电采集模块2、血氧采集模块3，并将心电和脉搏血氧数据进行放大滤波A/D转换。在一实施例中，信号放大滤波A/D转换电路10通过电路装置的前置放大电路将信号进行差分放大，增益不小于5。然后经过滤波器将信号进行带通滤波，通带频率一般为0.5~40Hz。再经过主放大电路放大，增益不小于200。至此，将mV级的心电信号放大到V级。然后，A/D转换电路将信号数字化，采样频率500Hz以上，提高信号传输的抗干扰能力。信号放大滤波A/D转换电路10将信号滤波并转换成数字信号再发射，提高了信号传输过程的抗干扰性、电磁兼容性以及信号质量。

存储器14用于存储典型心电信号波形和采集的心电和脉搏血氧数据。在一实施例中，存储器14采用先进先出的管理方式，仅保存最新一段时间的数据，比如说最近24小时的，并采用512MB闪存。

微处理器11连接于信号放大滤波A/D转换电路10和存储器14，接收该信号放大滤波A/D转换电路10处理后的心电和脉搏血氧数据，并将处理后的心电和脉搏血氧数据传输给存储器14储存。微处理器11将该信号放大滤波A/D转换电路10处理后的心电信号与事先存储在存储器14中的典型心电信号波形与进行比对，实时监测生理参数是否正常，进行实时分析、诊断、记录，可以判断心肌梗塞、心脏骤停、心率不齐等生理异常。微处理器11的波形比对、识别功能可以初步诊断生理参数是否正常，为针对不同情况采取适当应对措施提供了根据。当监测到生理参数异常时，微处理器11根据不同病情发出不同报警信号给报警及语音电路17和无线通信模块18。在一实施例中，疲劳与血氧饱和度降低有密切关系，因此疲劳监测报警功能主要依据血氧饱和度指数，当该指数降低到某一特定指标时，微处理器11判定驾驶员产生疲劳，将发出疲劳报警信号给报警及语言电路17，报警及语言电路17提醒驾驶员及时停车休息。在一实施例中，微处理器11为16位单核微处理器。

显示屏16连接于微处理器11，并实时显示微处理器11监测的生理参数。显示屏16显示的信息包括：心电及心率波形、血氧饱和度、脉率和灌注指数。优选地显示屏16为触摸屏。

报警及语音电路17连接于微处理器11以接收微处理器11发出的报警信号。在一实施例中，为了便于通话和监控，报警及语音电路17包括可接收用户语音的麦克风和扬声器，接收基站发来的语音，实现双向通话功能。当监测到参数异常时，根据依据病情的严重程度发来的不同报警信号，报警及语音电路17可以发出不同的提示、问询、蜂鸣、报警声，使用户以及救治人员及时了解病情的紧急程度。报警及语音电路17上还可以设置提示按钮，当出现心脏异常、报警发生时按下此按钮即可停止报警声，并针对不同病情的处置方法提示在场人员救治的正确方法。

无线通讯模块18连接于微处理器11以接收微处理器11发出的报警信号。无线通讯模块18在接收到报警信号时，向基站发出病情诊断信号，向使用者的家人或朋友以及医护人员报警，需要时还可以接受远程指令上传相关数据，帮助远程确诊、救治。

电容数字控制器12集成有状态寄存器13，用来控制容性检测电极4的参数设置和信号读取，状态寄存器13内存储来自容性检测电极4的信号，用以表征与皮肤的距离，从而判定手掌皮肤与装置的接触是否良好。电容数字控制器12读取状态寄存器13内存储的容性检测电极采集的数据，以确定装置与皮肤的接触是否良好。所述的电容数字控制器12为16位或更高位的高灵敏度模拟前端控制器。

所述的电源电路15采用直流电源供电，更准确地说是采用充电电池19供电。所述的充电电池19置于同一壳体中，可以更换。当充电电池19电压偏低、即将耗尽时电路会发出蜂鸣音，提示应及时充电。这时也可以采用一个充电器20将充电电池19连接到车内12V直流电源21，对充电电池19进行充电。

电路装置9采用充电电池19供电，不需要外部接线，避免了电源接线导致的干扰驾驶人操作的问题，提高了使用的安全性。采用直流电源供电有效地避免了交流电共模电压干扰的难题，不必采用常见的“右脚驱动”方法来消除，使得仅采用两个电极即可得到一个导联的心电信号。当充电电池19耗尽时，采用车内12V直流电源21为其可充电，方便易行。低电压提示可以防止因电池耗尽导致的漏报，进一步提高了***可靠性。

电路装置9上可设置电源开关，开启后即进入使用状态。

如图2和图3所示，图2为方向盘包套22示意图以及镶嵌在方向盘包套22上的容性检测模块1，心电采集模块2，血氧采集模块3以及电路装置9放置位置的示意图，图3为集成在方向盘包套22上的车载多参数生理实时监测装置安装在方向盘上的外观示意图。所述的两个心电电极5和容性检测电极4采用长条形、圆弧状电极嵌入在方向盘包套22上，分别位于方向盘两侧，成对称分布，并相互平行，它们的外径与方向盘包套22的外径相等，在方向盘上呈左右对称布置，并且互不接触，符合人体工学原理，能够适应每个人不同的抓握位置，无论两手的抓握的位置如何变化，都可以启动装置对心电信号进行采集。电极外表面可覆盖固体导电硅胶，以降低电极与人体的接触阻抗差，改善信号的传导性，大大改善信号采集的质量，并进一步提高了抓握的舒适性。利用驾车人驾车时双手紧握方向盘左右两侧的特点，可以保证电极与双手皮肤的高度贴合，提高了信号采集的可靠性和信噪比。

为了普适于各种车型，容性检测模块1、心电采集模块2和血氧采集模块3巧妙地结合在方向盘包套22上而不是方向盘上，因此无需对原车的方向盘做任何改造，避免了因此出现的安全隐患以及说服整车厂修改方向盘设计等难题。避免了对原车方向盘设计的影响，无需整车厂介入，集成有多参数生理监测模块的方向盘包套在售后市场获得并提供安装。方向盘包套22由非导电材料制成，例如皮革、人造革、塑料、橡胶等。

如图4所示，图4为方向盘包套22内侧，连接容性检测模块1、心电采集模块2和血氧采集模块3以及电路装置9的导联线23分布示意图。所述的电路装置9为圆弧形薄片状，封装在外径接近该方向盘包套外径的圆弧状外壳之中，它置于方向盘包套22的最下方，减小了因其外径与方向盘包套22不同导致的抓握舒适性差的问题，因为一般驾驶人不会长时间抓握这个位置，也减小了对方向盘操控的影响。容性检测模块1、心电采集模块2和血氧采集模块3与电路装置9之间以导联线23相连，导联线23布置在方向盘包套的内侧，隐蔽性好，美观，不易被钩断。

Claims (13)

1.车载多参数生理监测装置，其特征在于，该车载多参数生理监测装置集成在方向盘保护套上，包括容性检测模块、心电采集模块、血氧采集模块以及电路装置，该容性检测模块采集手掌皮肤触碰该容性检测模块产生的小电容变化数据，并在检测到用户手掌皮肤与该车载多参数生理监测装置接触良好后，启动该车载多参数生理监测装置，该心电采集模块采集心电信号，该血氧采集模块采集脉搏血氧数据，该电路装置连接于该容性检测模块、该心电采集模块和该血氧采集模块，接收心电信号和脉搏血氧数据，并在心电信号和脉搏血氧数据出现异常时向用户本人以及其他有关人员或机构报警并建立通信。

2.根据权利要求1所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该电路装置包括放大滤波A/D转换电路、微处理器、存储器、报警及语音电路和无线通讯模块，该放大滤波A/D转换电路连接于该容性检测模块、该心电采集模块和该血氧采集模块，并将心电信号和脉搏血氧数据进行放大滤波A/D转换，该存储器存储典型心电信号波形，该微处理器连接于该信号放大滤波A/D转换电路和该存储器，接收该信号放大滤波A/D转换电路处理后的心电信号和脉搏血氧数据，并将处理后的心电信号和脉搏血氧数据传输给该存储器储存，该微处理器将该信号放大滤波A/D转换电路处理后的心电信号与事先存储在该存储器中的典型心电信号波形与进行比对，实时监测生理参数是否正常，并在监测到生理参数异常时，该微处理器根据不同病情发出不同报警信号给该报警及语音电路和该无线通信模块，该报警及语音电路连接于该微处理器以接收该微处理器发出的报警信号，并根据不同报警信号，发出不同的提示、问询、蜂鸣、报警声，使用户以及救治人员及时了解病情的紧急程度，该无线通讯模块连接于该微处理器以接收该微处理器发出的不同报警信号，并在接收到不同报警信号时，向基站发出病情诊断信号，向使用者的家人或朋友以及医护人员报警。

3.根据权利要求2所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该微处理器将该信号放大滤波A/D转换电路处理后的脉搏血氧数据与某一特定指标相比，当脉搏血氧数据低于该特定指标时，该微处理器判定驾驶员产生疲劳，将发出疲劳报警信号给该报警及语言电路，该报警及语言电路提醒驾驶员及时停车休息。

4.根据权利要求2或3所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该报警及语音电路包括可接收用户语音的麦克风和扬声器，接收基站发来的语音，实现双向通话，该报警及语音电路上还设置提示按钮，当出现心脏异常、报警发生时按下该按钮即可停止报警声，并针对不同病情的处置方法提示在场人员救治的正确方法；该无线通讯模块还接受远程指令上传相关数据，帮助远程确诊、救治。

5.根据权利要求2所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该电路装置还包括电容数字控制器，该电容数字控制器包括存储该容性检测模块采集的小电容变化数据的状态寄存器，用以表征该容性检测模块与皮肤的距离，该电容数字控制器读取该状态寄存器内存储的小电容变化数据，以确定用户手掌皮肤与该车载多参数生理监测装置接触是否良好。

6.根据权利要求5所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该微处理器为16位单核微处理器，该存储器为512MB闪存，并采用先进先出的管理方式，该电容数字控制器为16位或更高位的高灵敏度模拟前端控制器。

7.根据权利要求2或3或5所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该电路装置还包括显示屏，该显示屏连接于该微处理器，并实时显示该微处理器监测的生理参数，显示的信息包括：心电及心率波形、血氧饱和度、脉率和灌注指数。

8.根据权利要求2所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该电路装置还包括电源电路和充电电池，该电源电路为该车载多参数生理监测装置提供直流电源，该充电电池连接于该电源电路，为该电源电路供电。

9.根据权利要求8所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该电路装置还包括充电器和12V直流电源，该充电器连接于该充电电池，该12V直流电源连接于该充电器，当该充电电池电压偏低、即将耗尽时会发出蜂鸣音，提示应及时充电，也可采用该充电器将该充电电池连接到车内该12V直流电源，对该充电电池进行充电。

10.根据权利要求1所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该容性检测模块包括一个或多个容性检测电极，该心电采集模块包括两个心电电极，该血氧采集模块包括发光驱动器、发光管和光敏传感器，脉搏血氧数据通过该发光驱动器驱动该发光管，照射到动脉上，用该光敏传感器接收反射光数据进行采集。

11.根据权利要求10所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，所述的两个心电电极和容性检测电极采用长条形、圆弧状电极嵌入在该方向盘包套上，分别位于方向盘两侧，成对称分布，并相互平行，它们的外径与该方向盘包套的外径相等，并且互不接触，电极外表面覆盖固体导电硅胶，该血氧采集模块内置于左侧心电电极，该发光管和该光敏传感器设置在被测部位的同侧，位于左侧心电电极的表面，并且该发光管和该光敏传感器之间形成0 ~ 180度的夹角。

12.根据权利要求10所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该车载多参数生理监测装置还包括导联线，该容性检测模块、该心电采集模块、该血氧采集模块分别与该电路装置之间以该导联线相连，该导联线布置在该方向盘包套的内侧。

13.根据权利要求1或12所述的车载多参数生理监测装置，其特征在于，该电路装置为圆弧形薄片状，封装在外径接近该方向盘包套外径的圆弧状外壳之中，并置于该方向盘包套的最下方。