人体健康信息实时测量显示系统的制作方法

本发明涉及人体健康监测领域，检测人体生理参数，利用人体活动特征监测人体的运动行为的监测装置。特别是关于综合使用心率的变异性和脉搏的算法来实现对人体健康情况进行测量的显示系统。

背景技术：

近年来，随着人们物质生活条件的改善，健康意识的逐渐增强，人们对自身健康的关注度大为提高，健康问题已经成为人们关注的焦点。传统功能单一、可操作性差，而且难以做到实时有效人的体健康监护模式已不能满足需求。随着现代医学科学技术的发展与进步以及对健康概念内容的研究不断深入，人体健康测量评价指标体系的研究与应用近年来也取得了很大进展。健康概念的提出和表述在不同历史时期、文化背景、社会经济及科技发展水平有着很大的不同或差异，人类对健康的认识与研究大体经历了初始期、初始发展期、成熟发展期、创新发展期四个历史阶段。当前更加强调健康能力的维护、心理与社会生活态度的完好以及“幸福感”的保持等多维度健康概念及指标体系。健康概念的一般定义与公众理解在美国和大多数发达国家认为在《简明不列颠百科全书》中给健康下的定义最简单和实用。即健康是“身体与心理完好”、“没有疾病、疼痛或身体缺陷”，具有“正常的生理与心理功能”以及“完美状态”等。我国《辞海》1999年版中健康的概念是：“人体各器官系统发育良好、功能正常、体质健壮精力充沛并具有良好劳动效能的状态。通常用人体测量、体格检侧和各种健康指标来衡量。”如何区别健康、疾病，按照1985年出版的《简明不列颠百科全书》中文版的界定是：“健康是个体能长时期地适应环境的身体、情绪、精神及社交方面的能力。”“疾病是人生理或心理状态的异常表现”，是人体在致病因素的影响下，组织器官的形态，功能偏离正常标准的状态。健康为没有疾病或通过身体健康检查排除疾病，这种医学模式定义的健康是一种生物学、解剖学和生理功能方面的解释，即身体的结构和功能正常，而身体偏离这种正常状态就视为疾病或处于病理状态，只要个体没有生理异常就可以考虑为健康。有些个体虽然功能正常，或者看似生理功能正常，但实际存在有某些潜在的疾病或隐患。健康用可测量的数值(如身高、体重、体温、脉搏、血压、视力等)来衡量，但其标准难掌握。健康测量的一般概念是指通过医学技术方法和手段对健康进行主观和客观检测评价的过程。健康维度测量是按照健康的多维度概念及内涵要素进行相关指标量化评价的过程，即依据一定的规则，根据被测对象的性质或特征，用数字来反映健康维度及健康相 关因素或现象。健康指标是关于人的健康的监测与评价信息交流的有效工具。个体健康测量指标：如心率、血压、肺活量等生理、生化指标以及在这些健康测量指标基础上演变的指标(如期望寿命)。由于健康概念内涵涉及多种维度、不同模式、复杂的指标体系及判别标准，因此人体健康测量是一种非常复杂的事情，一方面测量健康首先应该明确健康的概念与内涵，另一方面还必须了解和掌握构成健康的维度及指标体系，因为任何影响健康的因素(包括有利因素、不利因素以及健康风险因素等)均可以影响到具体的主客观指标测量与评价结果。因此，在选择具体的人体健康测量评价方法与指标时，必须依据科学的临床循证医学研究结果与大量的流行病学调查数据。

人类健康是当前许多人非常关注的重要问题。但人们对健康的认识仍然有很多误区。最常见的现象是人们往往将健康理解成一个静态指标，即在很长的时间内比如一周甚至一月都是基本不变的。因此，市场上出现了以所谓的健康秤等工具来评估人体健康水平。实际上，人体健康的波动是非常大的。诸多因素常常时刻影响人体的健康状况。比如饥饿、劳累、运动、饮食等等因素常常时刻影响人体的健康水平。使用动态的数据来衡量人体在各种活动状态下的健康才能提供人体健康情况变化最准确的衡量。传统测量方法尤其是血压的测量，即使用血压计的测量，操作过程比较复杂需要有专业人士完成，不能完全满足对人体基本健康动态的一个随时掌握的要求。现有的人体健康监测系统定位精确度偏低，且服务提供的灵活性、实时性和智能化程度不能很好地满足医疗监测和医疗护理的核心需求。

随着人口老龄化进程的加速和亚健人群的增多，慢性疾病患者数量急剧增长，这为有限的医疗资源带来很大的压力。也给医疗带来了沉重负担。医院仅有的资源面对病人要求的及时、高质量救护不能达到满足。对于治疗那些急性的或者突发性的疾病患者，医疗体系勉强能够应对。但是对于那些患有慢性病的病人，他们的病情需要中长期治疗才能维持正常的生活，这样的疾病就很难得到足够医生的救治和获得较好的医疗条件。随着社会的进步与科学技术的发展，年轻人的生活节奏加快，老年人和残障人士独居或独自在家的情况越来越多，他们的身体健康状况成了在外工作的家人最担心的问题。

自1903年，einthoven第一次记录人体的心电图已经一百多年。关于心电信号的处理，人类的研究取得了长足的进展。1965年，妇产科医生hon和lee在产程检测的时候，发现胎儿的心率的节拍变化减少，揭示胎儿受迫，并据此进行助产的选择。

二十世纪70年代，ewing等人通过测量不同的r-r间隔来检测糖尿病人的自主神经病变。发现糖尿病与自主神经病变的患者，心率的变化明显减少。1978年，wolf等人最早发现并报道了急性心肌梗塞患者的死亡率与hrv降低有关。hrv研究因此开始在医学临床 上得到重视。目前，hrv已经在国际上形成统一的标准和算法模型，形成了包括sdnn(全部窦性心搏rr间期的标准差)、sdann(rr间期平均值标准差)、sdnnindex(每5分钟正常r-r间期标准差的平均值)、rmssd(:相邻rr间期差值的均方根)、pnn50(相邻r-r之差>50ms的个数占总窦性心搏个数的百分比)等各种时域分析指标和频域分析方法。

目前已广泛应用于国际临床应用中检测冠心病、糖尿病、心率衰竭、甲亢、高血压、心脏移植、肾病和肝病变等诸多疾病无创检测中的心率变异性(heartratevariability,hrv)hrv是指逐次心跳周期的差异，也称r—r间隔。hrv检测实际上代表了对人体五脏六腑和内分泌系统健康的综合衡量。这与中国传承几千年的脉搏理论是一脉相承的。心率变异性分析(hrv)算法。可用信号小波变换的模极值与奇异性的对应的关系来确定信号奇异点的位置,使用一次微分小波和二次微分小波检测r波的原理和特点基于rr间期序列的心率变异性分析(hrv)是近20年发展起来的定量评估心脏自主神经调节功能的无创性检测方法。hrv可以反映自主神经系统活性和定量评估心脏交感神经与迷走神经张力及其平衡性,是预测及判断心血管疾病的一个有价值的指标,并在人群健康评估,运动员、飞行员以及航天员的生理状况监测上得到了有效应用。hrv检测与中医的脉搏测量有所不同。hrv指标并不能明确定位人体疾病的种类。hrv指标衡量的是人体各种器官的疾病风险程度，是指常识中的健康水平。实际应用中hrv的检测仍然有很大的局限性。主要体现在

1)目前的hrv检测必须要求在相对安静状态下测量才比较准确。在睡眠、活动状态下的hrv检测则容易产生一定的数据误差。

2)西医心率变异性算法虽然也包含了心、肾、胰、肝等五脏六腑器官，但与中医的五脏六腑和内分泌系统所包含的可探测器官而言，数量仍然偏少。

中医的脉搏理论在中国已经使用了一千多年了。在古代，中医作为中国最主要的疾病治疗手段，形成了以对应阴阳五行的人体五脏六腑的脉搏和脉象测量理论和方法，直到今天仍然广泛的服务于人们的健康生活。心脏的每一次跳动都对应着一次脉搏的跳动。但是，脉搏包括脉搏强度强弱、大小波形等其他心率所未包含的可测量指标。其中，脉搏大小可以评测心血管的健康与通畅程度。脉搏越大，说明心血管健康良好，血管病没有太多的血脂。脉搏强弱可以评测人体心脏机能和输出能力的强弱。脉搏越强，说明心脏机能强大，身体强健，体能充沛；脉搏越弱，说明心脏机能削弱，身体虚弱，体能衰退等。人体在运动前后，脉搏的强弱变化是非常明显的。脉搏的波形通常又被称为脉象。中医理论中，对应于人体五脏六腑的各种病症描述了18种脉象。因此，将心率变异性算法和中医脉搏理论相结合，将脉搏变化的大小、强弱、波形等因素与心率变异性的各项指标综合计算，即可改善原本心率 变异性只能针对人体安静状态的测量，以新的指标可以全面衡量人体在睡眠、运动等各种状态下的健康情况，为人体健康管理提供科学的测量依据。

现有技术可穿戴式健康监测系统(wearablehealthmonitoringsystem,wmhs)不仅需要满足严格的医学标准，而且要考虑到穿戴性能标准，例如测量节点的质量和尺寸应该保持在很小，且不得阻碍使用者的运动与正常生活行为。此外，系统的整体电磁辐射、使用者的安全与隐私以及系统的电源功耗都要遵循严格的标准。总的来说，这些设备还不能实现24小时对人的安全监控，并且对人们的正常生活有一定的影响，携带仍然不是非常方便。

技术实现要素：

为满足实时测量人体健康的水平要求，本发明提供一种硬件结构简单、体积小、便于携带，人体健康信息一目了然，能够随时随地实时监测个人健康状态的人体健康信息实时测量显示系统。

本发明的上述目的可以通过以下措施来得到，一种人体健康信息实时测量显示系统，包括心率采集模块、脉搏采集模块、cpu单元和电源模块，其特征在于：心率采集模块和脉搏采集模块将实时采集的心率数据和脉搏数据传输到cpu单元数据中心，cpu单元使用西医心率变异性hrv测量方法与中医脉搏测量方法18种脉象相结合的模式，对监测到的数据进行分析，根据采集到的心率和脉搏数据，将二者数据进行比对，应用心率变异性算法和脉搏算法别运算心率变异性数据和不大于18种脉象脉搏数，根据设置的健康、亚健康、虚弱、不健康和危重状态门限综合运算出健康数值，利用不大于18种疾病脉象的频谱或波形的振幅来区别人体健康与否的门限指标，输出西医心率变异性数据模式的健康数值图形显示结果。

本发明具有如下有益效果：

功耗小、携带方便。本发明采用心率采集模块、脉搏采集模块、cpu单元和电源模块组成人体健康信息实时测量显示系统，使用西医hrv测量方法与中医脉搏测量方法相结合的模式，cpu单元对监测到的数据进行分析，使采集数据能够及时地传送到小巧的可视化显示模块实时显示，实现了一个基于西医心率变异性和中医脉搏理论为基础的人体健康参数测量模型，并以新的指标来全面衡量人体健康情况。硬件结构简单、体积小、功耗低，摒弃了传统医疗电子设备功能单一、难于携带的缺陷，给患者带来较大便利，携带方便、活动自由。只需一块5v电池供电，使用方便。不仅能够克服传统的发病后诊疗的缺点，普通人群都可以方便使用，而不需要具备专业的医疗知识，能够做到健康与疾病变化的实时监控以及治疗后的效果评估，为解决广大社区和偏远山区看病难、看病贵等社会问题提供了简便的解决方 法，为群体提供了一个粗略的健康状态评价指数，为个体提供了一个简单的界定健康与否的基本判定依据和持续有效的健康服务、降低潜在的健康隐患。如果结合穿戴式低生理、心理负荷的优点及蓝牙实现呼吸数据短距离无线传输且方便与pda或智能手机的手持终端通信的特点，保证了对病人的连续实时监测。同时，设计的系统经过测试可以最大限度地降低系统功耗，硬件体积也得到最大限度的降低，可以较好地满足便携性和移动性要求。通过本发明指示的人体健康数值变化幅度，可以了解到更多身体的健康状态信息。弥补了传统监护仪检测在体积大、参数单一、携带不方便、附件多等方面的缺陷。

实时性。本发明安全可靠地从皮肤中获得人体的生理指标信息，通过脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体五脏六腑和内分泌系统各种靶器官的健康与疾病情况。将人体脉搏波转化为电信号进行测量和分析，使中医的脉象有了一个客观的分辨标准，便于揭开脉诊现代科学本质，为预防和治疗疾病提供参考。耽误最佳抢救时间的情况发生。

本发明利用生物医学传感器采集到信号后，把采集的信息传送至cpu单元数据中心，并将采集到的信息通过数据比对，24小时智能化自动检查并处理人体的生理信息，获得人体的健康状态，及时对不健康人体的情况做相应处理。快速反映个体当前的生理状况，评估生理参数，得出测试结果，并立即反馈诊断结果，实时显示用户健康状态并监督生理数据必要时进行报警，从而使个体实时了解自身健康状况。

本发明采用心率采集模块和脉搏采集模块将实时采集的心率数据和脉搏数据传入cpu单元，cpu单元根据采集到的心率和脉搏数据，将二者数据进行比对，应用心率变异性算法和脉搏算法别运算心率变异性数据和脉搏数，根据设置的健康、亚健康、虚弱、不健康和危重状态门限综合运算出健康数值，输出健康数值显示结果，对医院临床和个体在日常生活中尤其是中老年人及妇女儿童的健康信息的捕捉、提供图形化或提示音的数据读取服务，并将有关健康信息通过显示器实时显示监测人体健康信息，可用于人体多种疾病变化的长期监测和记录，具有十分现实的指导作用。特别是系统运行稳定，可以很好的通过显示屏或通过手机蓝牙传输实现实时监测和及时报警，可以连续长时间的采集信息。甚至还可以通过穿戴设备连接对心电和脉搏波参数进行回归分析，随时监测得到健康信息。

本发明具有很强的普适性，在应用中易于推广，通过实际监测样本数据测试和实时采集相关生理学体征参数，测量所涵盖的用户健康器官可以包括心、肺、肝、脾、肾、胆、胰、胃、肠、胸腺、甲状腺、乳腺、淋巴等多种器官。远比目前单纯的西医心率变异性的数据所监测的疾病种类要丰富。无创伤、无辐射、无痛苦、非侵入通过检测出的生物电流值的 异常变化，提示人体的健康状况的变化，有利于疾病的早期预防，早期诊断和早期治疗；在人体无明显症状体征的情况下，可以通过数据显示病变趋势与征兆。

本发明以西医理论中人体的心率变异性和中医理论中脉搏测量理论相结合的人体健康参数测量模型为出发点，从实用性、便携性、穿戴性、扩展性等多个角度设计的能够实时检测人体健康信息，采用心率变异性和脉搏进行健康测量人体健康信息量，可通过无线传输到云数据中心进行实时健康监护，输出结果使用的西医心率变异性数据模式，以健康、亚健康、虚弱、不健康和危重等五种健康状态来描述用户健康情况，远比中医诊断输出的传统术语更容易让用户理解明了，使用户了解身体的健康情况更及时。

本发明针对心率与脉搏的体征参数进行检测，在结构简单、功耗低的前提下实现连续、快速和准确的信号采集与处理的输出结果按照“简洁、实用、方便”的原则包含了危重状态，以描述用户各类疾病危重的情况，使得通过实时监测提供用户在疾病危重时的告警，增加了挽救用户生命概率。

附图说明

图1是本发明人体健康信息实时测量显示系统的电路原理示意图。

图2是图1的原理流程示意图。

图3是本发明心率采集模块、脉搏采集模块采用传感采集器实施例示意图。

图4是本发明采用可穿戴式健康监测设备的实施例系统结构示意图。

图5是图4实现危重告警的实施例系统结构示意图。

具体实施方式

参阅图1、图2。在以下实施例的一个最佳实施例中，使用心率变异性和脉搏指标进行人体健康测量的系统主要包括心率采集模块、脉搏采集模块、cpu单元和电源模块。心率采集模块和脉搏采集模块将实时采集的心率数据和脉搏数据传输到cpu单元数据中心，cpu单元使用西医心率变异性hrv测量方法与中医脉搏测量方法不大于18种脉象相结合的模式，对监测到的数据进行分析，根据采集到的心率和脉搏数据，将二者数据进行比对，应用心率变异性算法和脉搏算法分别运算心率变异性数据和脉搏数据，根据设置的健康、亚健康、虚弱、不健康和危重状态门限综合运算出健康数值，利用不大于18种疾病脉象的频谱或波形的振幅来区别人体健康与否的门限指标，输出西医心率变异性数据模式的健康数值图形显示结果。心率采集模块和脉搏采集模块对人体体表的毛细血管的血液流动进行信号采集，采集到的模拟信号经放大、滤波、陷波、整形、差分等各种电路调整，再通过a/d转换处理，实时获取人体脉搏和心率的参数信息，并将数据传入cpu单元数据中心，cpu单元根据采 集到的心率和脉搏数据，通过心率变异性和脉搏测量综合运算的计算单元，使用心率变异性算法和脉搏算法，综合运算心率变异性参数和脉搏参数值，并根据健康、亚健康、虚弱、不健康和危重的门限，使用心率的变异性指标、脉搏的强弱和/或脉搏波形振幅或频谱分量的节律三项指标至少一种来比对评估健康，给出用户的健康数值。

输出结果通过蓝牙将数据传送给手机进行显示或直接通过cpu单元串口输出到显示屏显示。

西医的心率变异性算法依据国际标准，利用hrv算法计算相应的sdnn、、sdann、sdnnindex、rmssd、pnn50等各种参数指标，并根据国际标准中的危险门限指标给出相应风险指数。

脉搏测量的主要依据是基于脉搏的强弱与18种脉象指标的计算。

脉搏的强弱可依据传感器电路中的差分电路的基准值设定，以标准值为参照，通过a/d转换确定强弱参数。脉搏强大越大，身体越健康，脉搏强度越低，身体越虚弱。

中医的18种脉象实际上对应的是人体疾病变化的18种特征，即符合18种脉象特征变化的心率变化即代表了人体的疾病。

传统中医所定义的18种脉象对应的是18种疾病的心率波形变化。

本发明将18种脉象的变化转换为心率振幅的变化或心率变化中基于频谱分析方法中低频分量与高频分量的变化。

本发明使用数字信号处理中常用的傅立叶变换方法提取符合中医18中脉象变化的心率变化的频谱分量，将其中的低频和高频分量的阈值建立与正常心率变化的差异门限。当心率变化的频谱变化中的低频分量与高频分量高于正常心率的门限，即认为属于疾病风险范畴，并依据高频与低频分量的多少来衡量疾病的严重程度。

本发明也可通过18种波形变化的振幅变化来设定疾病风险。中医18种脉象的振幅变化主要变量差在于疾病的振幅会低于或高于正常心率变化的振幅。当cpu单元监测到心率变化的整体振幅低于或高于正常门限时，即代表人体出现了疾病的症状。

由于心率振幅变化是一种模拟量计算方法，其计算精度低于频域分析的精度，但也可以作为疾病侦测的一种方法。

本发明的计算规则也可以通过加权平均的方式将心率变异性指标、脉搏强度和节律指标三者结合进行综合计算。

参阅图3。在上述实施例1中，所述的心率采集模块、脉搏采集模块可以是采集心率和脉搏数据的传感采集器。传感采集器可以是同时采集心率与脉搏数据的传感采集器。cpu 单元收到采集器的心率和脉搏数据后，先依据西医目前国际标准的心率变异性的算法定义，计算sdnn、、sdann、sdnnindex、rmssd、pnn50等各种时域分析指标并结合国际标准给出的疾病风险门限指标参数p<100中度风险，p<50重度危险等计算相应结果，同时使用中医脉搏理论计算脉搏的强弱、脉搏变化的节律包括波形振幅与频谱分量，给出相应计算结果，最后将疾病风险门限指标参数与中医脉搏理论计算的疾病脉搏参数二者进行比对依据二者数据的对应关系给出最终的健康结论。

参阅图4。在上述实施例中，心率采集模块、脉搏采集模块、cpu单元和电源模块集成在连续无创健康诊断监测的可穿戴式健康监测设备中。穿戴式健康监测设备利用穿戴式生物传感器采集人体运动与生理参数来实现对人体非介入，以此帮助穿戴者实现对运动与健康管理。心率变异性算法可以基于pic系列单片机的c语言编程，采用阈值法检测心电图qrs波群，并且将检测到的qrs波经过高低通滤波、微分、移动窗口积分后，通过检测两个相邻的峰值，计算出心率。正常成人qrs波群时间为0.06～0.10s，婴儿与幼童为0.04～0.08s，随年龄增长逐渐接近成人。脉搏波波速是评价心血管系统弹性的重要指标。为了简单、精确、准确地从实测的数字信号中提取波速特征点,在此提出了一种提取特征点的脉搏算法。该算法首先识别出动脉波形中最显著的共同点即上升沿部分,然后由上升沿两端的波峰点和波根点,利用插值算法计算出位于上升沿一定高度处的波速参考点。临床初步验证,利用该方法与交叉点法对比,其所计算的两列脉搏波时间差平均误差为0.078s,从而有效稳定地计算脉搏波波速。脉搏算法又称脉搏波算法。脉搏采集模块可以基于脉搏波的相关信号处理，算法设计和数据统计分析，实现可穿戴式的非臂带非加压式实时血压，血流流速等算法分析和实现。脉搏采集模块包含脉搏算法模块，脉搏算法模块可以由可穿戴式的医疗级传感器和云端生物信息大数据模型组成。脉搏算法模块可以针对人体脉搏信号进行连续精准的非接触式监测eg：把脉和个性化建模分析，输出对每个人的心血管健康数据的场景化解读，可以形成健康指数，活力指数，睡眠指数，情绪指数，诚实指数等若干数字化解读，并对异常情景(如高/低血压异常，心律异常，睡眠呼吸暂停，疲劳驾驶，情绪波动，生活趣味测谎等)进行个人和关爱人群的提醒和行为干预，并可进一步与人工智能服务相结合。

cpu单元心率变异性和脉搏测量综合运算的计算单元可以是可穿戴设备的cpu或移动终端，或手机或通过互联网连接的云服务器。cpu单元中设置的心率变异性和脉搏测量综合运算的计算单元可以通过蓝牙设备将人体健康分为5种状态，分别对应健康、亚健康、虚弱、不健康和危重五种表述在移动终端，手机或通过互联网连接的云服务器应用显示界面上，以多种颜色展现给用户。蓝牙具有相当低的功耗，可以确保监测系统长时间的连续监测，且在标 准状态下的发射功率很低，对医疗仪器与人体健康产生的影响微弱。另外，蓝牙的通信距离与传输网络的安全机制很好的保护了人体的隐私。目前，蓝牙主机控制接口hci(hostcontrollerinterface)主要是通用异步收发器(uart)和通信并行总线(usb)连接的。但是因为uart性能和数据吞吐率水平与usb接口相当，且传输协议较简单，减少了软件开销，所以基于蓝牙的可穿戴式人体健康参数监测系统的蓝牙模块的主机控制接口采用uart接口。且该系统通信模块采用的蓝牙通信芯片为jbm-141，jbm-141适用于各种近距离无线数据传输，采用uart/rs232接口，串口速率可调，可以实现点对点或点对多点的全透明数据传输。

参阅图5。在图4所述实施例中，当计算单元根据测量结果运算出危重状态时，可以在可穿戴设备和/或移动终端，手机和/或服务器向用户和/或亲友和/或医生发起危重告警信息。危重告警信息可以是文字和/或语音、文字和/或图示标识健康告警信息。健康信息可以包含定位数据等其他数据。

以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，比如所述程序可以存储于移动终端可读存储介质中，可选地，上述实施例终端各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合，亦属于本发明的范畴，这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。