CN109846498B - 用于精神状态监测的穿戴式装置及监测数据的采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于精神状态监测的穿戴式装置及监测数据的采集方法。主机部分与电极部分连接，电极部分的多个电极分别与手少阴心经的其中一个穴位连接，主机固定在人体手臂，主机部分由差分放大模块、有源低通滤波模块、升压模块、AD转换模块依次连接构成。穿戴式装置通过绑带固定在手臂上以对手少阴心经的穴位进行测量，高电位电极接少海穴，低电位电极接神门穴，利用导联线将电极部分与穿戴式装置接通，即可进行实时监测，主机采集等间隔时间段的两个穴位间的电位差，根据多次采集到的电位差形成数据图表，并通过蓝牙模块发送至手机终端设备进行显示。本发明结构紧凑，***小巧，便于佩戴。
Description
技术领域
本发明属于精神状态监测领域，具体涉及一种用于精神状态监测的穿戴式装置及监测数据的采集方法。
背景技术
大量现代科学实验结果表明，生物体的信号传递有两类途径，一是依赖信号分子结合目标细胞膜蛋白，从而引起的一系列反应过程，但往往不够迅速，且特异性比较差；二是依赖生物电网络***来实现信号传递。而经络则是连接生物体脏腑与肢体之间的网络***。
生物电信号对生命体具有重大的意义，如生物体赖以生存的呼吸电子传递链，其本质就是通过大量电子的传递释放和储存。细胞也正是通过这种反应储存电能，并且与环境进行能量交换和信息转导。细胞电位变化也是通过经络和人体的其他部分产生关联。
研究证明，在人体皮肤上存在许多低阻抗的点与传统经络中的穴位点相符合，穴位电学特性能够传递和反馈机体器官、组织的信息。在中医理论中，手少阴心经方向上的穴位与心神有关。心神即现在所说的精神状态，所以通过检测手少阴经方向上的特定穴位间的电位差可以反映人的精神状态。传统的精神状态检测方法步骤繁琐、仪器庞大，无法提供实时监测，不能很好地匹配当代人对精神状态监测的需要。
发明内容
为了实时监测人体的精神状态并实时收集精神状态的监测数据，本发明佩戴于人体手臂上合适的部位，通过获取手少阴心经上的穴位电位差来监测人体精神状态，并能够实现实时收集手少阴心经上的穴位间电位差数据。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一、一种用于精神状态监测的穿戴式装置
装置包括主机部分以及与主机连接的电极部分，电极部分包括两个及以上的多个电极，多个电极分别与手少阴心经的其中一个穴位连接，多个电极中与最靠近心脏的穴位相连的电极作为高电位电极，与最远离心脏的穴位相连的电极作为低电位电极。
主机固定在人体手臂，主机部分包括差分放大模块、有源低通滤波模块、升压模块、AD转换模块以及蓝牙模块；差分放大模块包括运算放大器U3，运算放大器U3的型号为AD620，运算放大器U3的同向输入端和反向输入端分别连接高电位电极和低电位电极；运算放大器U3的引脚1和引脚8之间通过电阻R1连接，运算放大器U3的引脚5接地，运算放大器U3的输出端与差分放大模块连接。
有源低通滤波模块包括运算放大器U4，运算放大器U4的型号为OP07；运算放大器U3的输出端依次经电阻R2和电阻R3连接到运算放大器U4的同向输入端，电阻R3与运算放大器U4的同向输入端之间通过电容C4接地，电阻R2和电阻R3之间通过电容C5连接到运算放大器U4的反向输入端，运算放大器U4的反向输入端与运算放大器U4的输出端相连，运算放大器U4的输出端与升压模块连接。
升压模块包括运算放大器U17，运算放大器U17的型号为OP07；运算放大器U4的输出端经电阻R31连接到运算放大器U17的同向输入端，电阻R31与运算放大器U17的同向输入端之间通过电阻R30接地，运算放大器U17的反向输入端与运算放大器U17的输出端相连，运算放大器U17的输出端连接AD转换模块。
AD转换模块包括单片机U6，单片机U6的型号为STM32F103RET6，单片机U6的PA0/ADC0脚与运算放大器U17的输出端相连，单片机U6的PA0/ADC0脚OOT0脚经电阻R14接地，单片机U6的PA10/U1_RX脚和PA9/U1_TX脚与蓝牙模块连接。
电极部分的多个电极作为输入信号经差分放大模块差分放大后输入到有源低通滤波模块进行低通滤波获得模拟电位差信号，升压模块抬高模拟电位差信号的电位得到正的模拟电位差信号，AD转化模块将模拟电位差信号转化为数字电位差信号，并且将得到的数字电位差信号减去升压模块抬高的电位后再除以差分放大倍数，得到输出电位差信号，再将输出电位差信号输出到蓝牙模块。
优选的，主机部分还包括电池供电模块，电池供电模块包括芯片U2和芯片U10，芯片U2的型号为ICL7660，芯片U10的型号为ADP7118，芯片U2的CAP+脚和CAP-脚之间通过电容C3相连，芯片U2的LV脚接地，芯片U2的VOUT脚经电容C8接地，芯片U2的V+脚与芯片U10的VOUT脚相连；芯片U10的VIN脚和GND脚之间通过电容C23相连，芯片U10的VIN脚和EN脚共同连接外接电源，芯片U10的GND脚接地，芯片U10的VOUT脚和SENSE脚之间相连并通过电容C25接地。
芯片U10的VOUT脚分别与运算放大器U3的引脚7(正电源端)、运算放大器U4的引脚7(正电源端)相连，运算放大器U4的引脚7与运算放大器U17的引脚7(正电源端)相连；电阻R31与运算放大器U17的同向输入端之间通过电阻R32连接到芯片U10的VOUT脚；芯片U2的VOUT脚分别与运算放大器U3的引脚4(负电源端)、运算放大器U4的引脚4(负电源端)相连，运算放大器U4的引脚4(负电源端)与运算放大器U17的经脚4(负电源端)相连。
电池供电模块将外接电源转化为±3.3V电压，电池供电模块为差分放大模块、有源低通滤波模块、升压模块提供±3.3V的电压，为AD转换模块以及蓝牙模块提供+3.3V的电压。
优选的，电极部分采用两个电极，主机通过接口J6与两个电极连接，运算放大器U3的同向输入端和反向输入端分别与接口J6的脚1和脚3相连，接口J6的脚1和脚3作为输入信号的端口，两个输入信号的端口分别和两个电极相连。
优选的，电极部分采用两个电极，两个电极分别与少海穴和神门穴连接，由于少海穴相对神门穴的位置更靠近心脏，因此与少海穴连接的电极为高电位电极，与神门穴连接的电极为低电位电极。
二、一种监测数据的采集方法，包括以下步骤：
步骤1)穿戴式装置的主机部分通过绑带固定在手臂上以对手少阴心经的穴位进行测量，将电极部分的两个电极分别接少海穴与神门穴，利用导联线将电极部分通过接口J6与主机部分接通，从而进行对两个穴位间的电位差实时测量；
步骤2)主机采集等间隔时间段的两个穴位间的电位差，根据多次采集到的电位差形成数据图表，并通过蓝牙模块发送至手机终端设备进行显示。
优选的，电极部分采用贴附式电极或针式电极；若采用贴附式电极，将贴附式电极的每个电极分别粘贴在对应的穴位处，若采用针式电极电极，将针式电极的每个电极分别刺入对应的穴位处。
本发明的有益效果如下：
本发明基于经络穴位的电学特性，发明了一种穿戴式的精神监测装置，结构简单小巧，便于携带，监测方便，可实现实时监测，从而满足人们对精神状态监测的需求。
本发明通过对监测数据的实时收集，可以获取大量反映精神状态的数据，利用收集到的监测数据可以用于对所处精神状态进行判断，并根据采取措施加以调节。
附图说明
图1是手少阴心经前臂经穴图。
图2是本发明的***整体结构框图。
图3是电池供电模块、差分放大模块、有源低通滤波模块和升压模块的电路图。
图4是AD转换模块的电路图。
图5为实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图2所示，本发明包括电池供电模块、差分放大模块、有源低通滤波模块、升压模块、AD转换模块以及蓝牙模块，电池供电模块为差分放大模块、有源低通滤波模块、升压模块提供±3.3V的电压，为AD转换模块以及蓝牙模块提供+3.3V的电压；由电极读入的穴位电位信号进入差分放大模块放大5-100倍；由差分放大模块输出的放大信号进入有源低通滤波模块滤除信号中大于20Hz的噪声，获得接近直流的穴位间电位差信号；滤除噪声后的近直流信号通过升压模块抬高信号电位以保证输入AD转化模块的电位差信号为正；升压模块输出的信号进入AD转换模块使得原来的模拟电位差信号转化为数字电位差信号，然后在其中减去升压模块抬高的电位后除以差分放大倍数即得到实际的穴位间直流电位差，将结果输出；最后AD转化模块输出的结果通过蓝牙模块显示在手机上。
如图3所示，差分放大模块、有源低通滤波模块与升压模块都是由运算放大器与其***的电阻电容构成；电池供电模块由ICL7660芯片与ADP7118芯片及其***的电容构成。
如图4所示，在AD转化模块中编有控制程序，可保证按照设定的时间间隔读取电位差数据，其余时间装置处于休眠状态，保证了低功耗。AD转化模块由STM32单片机提供AD转化功能以及信号运算和控制功能，信号从任意ADC串口输入，利用STM32单片机中的ADC将模拟信号转化为数字信号，再通过运算处理得到实际的穴位间的直流电位差，以及读取信号的时间间隔设置。
关于精神状态监测方法的实施例及其实施过程如下：
实施例一
图1标注了手少阴心经前臂的全部经穴，这些经穴的电学特性与人体的精神状态有关。将穿戴式装置固定在佩戴者的手腕上方，如图5所示，将伸出的两个电极贴在手少阴心经中的两个穴位上，这里选取在少海穴和神门穴进行说明。
以使用粘贴式电极为例，首先修剪少海穴与神门穴附近的毛发，然后用医用酒精进行擦拭，等其挥发后，根据图1找到手少阴心经中待测穴位的准确位置，将粘贴式电极的高电位电极准确粘贴在少海穴，将低电位电极准确粘贴在神门穴，此时人体便与穿戴式装置接通，就可以正式开始监测精神状态，可设定间隔15分钟采集一次电位差数据。
主机将采集到的每一次电位差数据以动态图表的形式通过蓝牙模块上传到手机或云端。佩戴者便可在手机上通过对动态图表的分析实现对精神状态的监测。本专利包括但不限于通过获取上述两个穴位的电位差监测人体的精神状态，还可以监测手少阴心经上的其他穴位，并可以利用多对穴位间的电位差数据排除异常情况，提升监测准确率。
实施例二
实施例二选取三个电极进行测量。根据图1选取在少海穴、神门穴和灵道穴进行说明。接口J6的三个引脚分别与三个电极连接，主机通过接口J6分别与三个电极连接，以其中最远离心脏的神门穴为低电位电极，少海穴与灵道穴为高电位电极，将少海穴和神门穴的电位作为一对信号输入主机，而灵道穴与神门穴的电位作为另一对信号输入主机，主机就会通过蓝牙模块将监测结果(两对穴位的穴位间电位差)形成动态图表，并发送到手机端，佩戴者便可在手机上查看动态图表，实现对精神状态的实时监测。
其他大于三个电极中的其他电极的连接以及监测数据采集方法与上述相同。
利用本发明的监测装置和方法对人体精神状态进行监测十分快速方便，可以实现佩戴者全天实时的精神状态监测，这是传统精神状态检测方法所做不到的，同时装置对人体没有任何伤害，无副作用。本发明通过监测手少阴心经方向上的多个穴位间的电位差，能够用于判断人的精神状态。穴位间电位差的测量结果还可以作为精神状态或精神疾病初筛的依据。
通过电位差判断人的精神状态具体如下：可以将少海穴与神门穴之间的电位差从低到高分为几种不同程度：30mV可以判断为正常，良好；30mV-50mV可以判断为微高，表现形式为精神紧张；50mV-70mV可以判断为稍高，表现形式为精神焦虑；70mV以上则判断为较高。
正常人在认真紧张的工作以及仔细思考或推敲计算的情况下可到30-50mV。佩戴者结合手机显示的动态图表结果并根据以上分类对自身精神状态进行判断。若电位差处于较高程度，可以采取介入干预等措施加以调节精神状态。
Claims (6)
1.一种用于精神状态监测的穿戴式装置，其特征在于：包括主机部分以及与主机部分连接的电极部分，电极部分包括两个及以上的多个电极，多个电极分别与手少阴心经的其中一个穴位连接，多个电极中与最靠近心脏的穴位相连的电极作为高电位电极，与最远离心脏的穴位相连的电极作为低电位电极；
主机固定在人体手臂，主机部分包括差分放大模块、有源低通滤波模块、升压模块、AD转换模块以及蓝牙模块；差分放大模块包括运算放大器U3，运算放大器U3的型号为AD620，运算放大器U3的同向输入端和反向输入端分别连接高电位电极和低电位电极；运算放大器U3的引脚1和引脚8之间通过电阻R1连接，运算放大器U3的引脚5接地，运算放大器U3的输出端与有源低通滤波模块连接；
有源低通滤波模块包括运算放大器U4，运算放大器U4的型号为OP07；运算放大器U3的输出端依次经电阻R2和电阻R3连接到运算放大器U4的同向输入端，电阻R3与运算放大器U4的同向输入端之间通过电容C4接地，电阻R2和电阻R3之间通过电容C5连接到运算放大器U4的反向输入端，运算放大器U4的反向输入端与运算放大器U4的输出端相连，运算放大器U4的输出端与升压模块连接；
升压模块包括运算放大器U17，运算放大器U17的型号为OP07；运算放大器U4的输出端经电阻R31连接到运算放大器U17的同向输入端，电阻R31与运算放大器U17的同向输入端之间通过电阻R30接地，运算放大器U17的反向输入端与运算放大器U17的输出端相连，运算放大器U17的输出端连接AD转换模块；
AD转换模块包括单片机U6，单片机U6的型号为STM32F103RET6，单片机U6的PA0/ADC0脚与运算放大器U17的输出端相连，单片机U6的PA0/ADC0脚OOT0脚经电阻R14接地，单片机U6的PA10/U1_RX脚和PA9/U1_TX脚与蓝牙模块连接；
电极部分的多个电极作为输入信号经差分放大模块差分放大后输入到有源低通滤波模块进行低通滤波获得模拟电位差信号，升压模块抬高模拟电位差信号的电位得到正的模拟电位差信号，AD转化模块将模拟电位差信号转化为数字电位差信号，并且将得到的数字电位差信号减去升压模块抬高的电位后再除以差分放大倍数，得到输出电位差信号，再将输出电位差信号输出到蓝牙模块。
2.根据权利要求1所述的一种用于精神状态监测的穿戴式装置，其特征在于：所述的主机部分还包括电池供电模块，电池供电模块包括芯片U2和芯片U10，芯片U2的型号为ICL7660，芯片U10的型号为ADP7118，芯片U2的CAP+脚和CAP-脚之间通过电容C3相连，芯片U2的LV脚接地，芯片U2的VOUT脚经电容C8接地，芯片U2的V+脚与芯片U10的VOUT脚相连；芯片U10的VIN脚和GND脚之间通过电容C23相连，芯片U10的VIN脚和EN脚共同连接外接电源，芯片U10的GND脚接地，芯片U10的VOUT脚和SENSE脚之间相连并通过电容C25接地；
芯片U10的VOUT脚分别与运算放大器U3的引脚7、运算放大器U4的引脚7相连，运算放大器U4的引脚7与运算放大器U17的引脚7相连；电阻R31与运算放大器U17的同向输入端之间通过电阻R32连接到芯片U10的VOUT脚；芯片U2的VOUT脚分别与运算放大器U3的引脚4、运算放大器U4的引脚4相连，运算放大器U4的引脚4与运算放大器U17的经脚4相连；
电池供电模块将外接电源转化为±3.3V电压，电池供电模块为差分放大模块、有源低通滤波模块、升压模块提供±3.3V的电压，为AD转换模块以及蓝牙模块提供+3.3V的电压。
3.根据权利要求1所述的一种用于精神状态监测的穿戴式装置，其特征在于：所述电极部分采用两个电极，主机通过接口J6与电极连接，运算放大器U3的同向输入端和反向输入端分别与接口J6的脚1和脚3相连，接口J6的脚1和脚3作为输入信号的端口，两个输入信号的端口分别和两个电极相连。
4.根据权利要求1所述的一种用于精神状态监测的穿戴式装置，其特征在于：所述电极部分采用两个电极，两个电极分别与少海穴和神门穴连接，与少海穴连接的电极为高电位电极，与神门穴连接的电极为低电位电极。
5.采用权利要求1-4任一所述的穿戴式装置的监测数据的采集方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1)穿戴式装置的主机部分通过绑带固定在手臂上以对手少阴心经的穴位进行测量，将电极部分的两个电极分别接少海穴与神门穴，利用导联线将电极部分通过接口J6与主机部分接通；
步骤2)主机采集等间隔时间段的两个穴位间的电位差，根据多次采集到的电位差形成数据图表，并通过蓝牙模块发送至手机终端设备进行显示。
6.根据权利要求5所述的监测数据的采集方法，其特征在于，所述的电极部分采用贴附式电极或针式电极；若采用贴附式电极，将贴附式电极的每个电极分别粘贴在对应的穴位处，若采用针式电极，将针式电极的每个电极分别刺入对应的穴位处。
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