一种基于表皮电子的健康监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于表皮电子的健康监测系统，包括传感单元和便携式信号处理单元，其中传感单元呈现表皮电子贴片的形式，其粘合在监测对象的皮肤表面，用于采集监测对象的生理参数数据并予以存储；便携式信号处理单元与传感单元信号连接，用于读取和显示存储在传感单元中的生理参数数据，并当生理参数数据超出预设的阈值时，进行报警提示或呼叫协助。本发明还公开了该健康监测系统的其他一些实施方式。通过本发明，可成功解决传统可穿戴式健康监测系统所存在的各种问题，并具备成本低廉、便于操控和实时监测、携带方便，以及测量精度高和多点测量等优点。
【专利说明】—种基于表皮电子的健康监测系统
【技术领域】
[0001]本发明属于医疗设备领域，更具体地，涉及ー种基于表皮电子的健康监测系统。【背景技术】
[0002]在医学应用中，健康监测系统作为监测人体健康有关的重要医疗设备，针对病人、老人、孕妇等对象而开发的可穿戴式健康监测系统越来越成熟，它以简单易用和便携性而被越来越多的人采用。传统的穿戴式监护系统中，通常采用硅PCB板作为载体，采用刚性传感器采集生理參数，用单片机、ARM等微处理器等进行处理，最終将生理參数记录在仪器内存当中并显示或报警及上传至服务器(如參考文献:“穿戴式多生理參数监测系统的研究”，《中国医疗设备》，2008年23卷11期；“可穿戴实时诊断、报警、移动健康监护系统”，中国人民解放军军事医学科学院，军事预防医学专业博士论文2008年；“智能化微型肌监控仪的研制”，《口腔颌面修复学》，2002年01期)。
[0003]然而，进一歩的研究表明，现有技术中的这些穿戴式健康监测系统仍然存在诸多不足:首先，传统的可穿戴式健康监测系统包含了电源、采集、处理、存储、显示的所有部件，采用硅基板和刚性传感器及微控制器如单片机、ARM等，体积大，重量重，便携性不佳；其次，由于传感器和皮肤表面贴合性较差，采集信号较弱，造成后续的运算放大电路庞大，测量不准确且不便于穿戴；最后，由于制造成本较高，传统可穿戴健康监测系统普及率不高，并存在难以推广等问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于表皮电子的健康监测系统，其目的在于通过将传感単元设置为表皮电子贴片的形式，并结合应用特点对其具体构造和规格类型进行设计，相应可`成功解决传统可穿戴式健康监测系统所存在的各种问题，并具备成本低廉、便于操控和实时监测、携帯方便，以及测量精度高和多点測量等优点。
[0005]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于表皮电子的健康监测系统，该健康监测系统包括传感单元和便携式信号处理单元，其特征在于:
[0006]所述传感単元呈现表皮电子贴片的形式，其粘合在监测对象的皮肤表面，用于采集监测对象的生理參数数据并予以存储；
[0007]所述便携式信号处理单元与传感单元信号连接，用于读取和显示存储在传感单元中的生理參数数据，并当生理參数数据超出预设的阈值时，进行报警提示或呼叫协助。
[0008]作为进ー步优选地，该健康监测系统还包括中心监测基站，其用于接收便携式信号处理单元中的生理參数数据，并进行实时监測。
[0009]作为进ー步优选地，所述传感単元包括位于外层的封装层、以及依次设置在封装层内的柔性基板、柔性传感电路层、隔离层和保护层，其中柔性传感器电路层承载在柔性基板上，用于采集监测对象的生理參数数据并将其转换为相应的电信号予以存储；隔离层用于防止柔性传感电路层的电信号泄露或损失；保护层则对柔性传感电路层起保护和支撑作用，避免外界压カ对电路的影响。
[0010]作为进ー步优选地，所述柔性传感电路层包括电源模块、柔性传感器、信号处理模块、柔性存储模块、定位模块和通讯模块，其中电源模块用于为柔性传感电路层的其他元件提供工作电源；柔性传感器用来实时采集监测对象的生理參数数据并将其转换为相应的电信号；信号处理模块用于对柔性传感器所获得的电信号进行放大和滤波去噪处理；柔性存储模块用于将信号处理后的数据予以存储，以便供便携式信号处理单元读取；定位模块用于确定每次采集生理信号时监测对象所处的位置，同时将此位置信息存储在柔性存储模块中；通讯模块则提供与便携式信号处理单元进行通讯的接ロ，以使便携式信号处理单元读取柔性存储模块中反映生理參数和位置的相关信息。
[0011]作为进ー步优选地，组成所述柔性传感电路层的所有模块均为柔性电路，且采用静电纺丝方式在所述柔性基板直接制备而成。
[0012]作为进ー步优选地，所述电源模块优选为无线电源模块、压电自充电模块或柔性太阳能电源模块，所述所述通讯模块优选基于蓝牙或RFID的通讯模块。
[0013]作为进ー步优选地，所述柔性基板由聚ニ甲基硅氧烷、甲基丙烯酸甲酷、丙烯腈、丁ニ烯及苯こ烯聚合物中的任一种构成；所述隔离层的材料为绝缘聚合物；所述保护层的材料为聚酯泡沫；所述封装层的材料为橡胶，譬如超薄弾性橡胶。
[0014]作为进ー步优选地，所述传感単元通过静电カ而粘贴于监测对象的皮肤表面。
[0015]作为进ー步优选地，所述便携式信号处理单元包括手机、Ipad或笔记本电脑。
[0016]总体而言，通 过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点:
[0017]1、轻便性和实时性:本系统将数据采集和处理显示分离，将传统的处理显示任务交由常见的便携设备处理，通过新エ艺制造的柔性传感器主要负责数据的采集和暂存，这样整个表皮电子系统轻、薄、小，増加了便携性，由于人们习惯随身携帯便携设备，故可以持续不断实时采集和上传需要的生理參数数据；
[0018]2、高精确度和多点測量:柔性传感器可直接紧密贴合在人体表面，直接測量信号，易弯曲，可在大运动大形变条件下，实现信号的连续测量，测量结果精确，也可以在人体设置多个采集点即在不同的人体位置贴表皮电子系统以实现同时采集和处理多个信号；
[0019]3、价格低廉且易用:采用易于快速制造的柔性电路和借助人们常用的便携设备来处理显示和上传数据，大大降低成本，同时运行在便携设备上的程序和普通程序操作一祥，便于人们迅速上手操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是按照本发明优选实施方式所构建的健康监测系统的组成示意图；
[0021]图2是按照本发明优选实施例的传感单元的结构示意图；
[0022]图3是沿着图2中A-A’线的横截面视图；
[0023]图4是按照本发明优选实施例的柔性传感电路层的构造示意图；
[0024]图5是用于构成柔性传感电路层的波纹电路示意图；
[0025]图6是作为示范性举例、用于监测人体脉搏的健康监测系统的工作流程图；
[0026]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:[0027]101-传感单元 102-便携式信号处理单元 103-中心监测基站 201-封装层 202-柔性基板 203-柔性传感电路层 204-隔离层 205-保护层301-电源模块302-柔性传感器303-信号处理模块304-柔性存储模块305-定位模块306-通讯模块
【具体实施方式】
[0028]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进ー步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]图1是按照本发明ー个优选实施方式的健康监测系统的组成示意图。如图1中所示，该基于表皮电子的健康监测系统主要包括传感单元101和便携式信号处理单元102，其中传感单元呈现表皮电子贴片的形式，其粘合在监测对象譬如人体的皮肤表面，用于采集监测对象的生理參数数据(譬如，体温、心跳、血压和脑电波等)并予以存储；便携式信号处理单元102与传感单元信号连接，用于读取和显示存储在传感单元中的生理參数数据，井当生理參数数据超出预设的阈值时，进行报警提示或呼叫协助。
[0030]除了上述组成部分之外，上述健康监测系统优选还可以包括中心监测基站103，便携式信号处理单元102将读取的生理參数数据实时上传到中心监测基站103，便携式信号处理单元102上传的时间间隔可以设置为使用者手动操作或自动等间隔时间读取数据并处理和上传；中心监测基站103 —般设置在医疗中心，主要是由大型服务器主机构成，便于医护人员实时监测每个监测对象的生理參数数据和记录每个人的历史健康情況，并及时反馈给监测对象当前的身体状况和应该采取的措施，例如当脉搏不正常或超出正常范围时会报警，并当脉搏微弱时或停止时会提醒医护人员第一时间赶到现场救护。
[0031]按照本发明的ー个优选实施例，如图2和图3中所示，所述传感単元101包括位于外层的封装层201、以及依次设置在封`装层201内的柔性基板202、柔性传感电路层203、隔离层204和保护层205，其中柔性传感器电路层203承载在柔性基板202上，用于采集监测对象的生理參数数据并将其转换为相应的电信号予以存储；隔离层204用于防止柔性传感电路层203的电信号泄露或损失；保护层205则对柔性传感电路层203起保护和支撑作用，避免外界压カ对电路的影响。
[0032]具体而言，封装层201的材料可选用橡胶譬如超薄弾性橡胶；柔性基板202用于承载柔性电路，其材料由聚ニ甲基硅氧烷、甲基丙烯酸甲酷、丙烯腈、丁ニ烯及苯こ烯聚合物中的任一种构成；隔离层204的材料为绝缘聚合物，以便防止柔性传感电路层203电信号的泄露或损失；保护层205的材料可选用聚酯泡沫等，以便对柔性传感电路层203起良好的保护和支撑作用。
[0033]按照本发明的另ー优选实施例，如图4和图5中所示，所述柔性传感电路层203包括电源模块301、柔性传感器302、信号处理模块303、柔性存储模块304、定位模块305和通讯模块306，其中电源模块301用于为柔性传感电路层的其他元件提供工作电源，其具体形式优选为无线电源模块、压电自充电模块或柔性太阳能电源模块；柔性传感器302用来实时采集监测对象的生理參数数据并将其转换为相应的电信号；信号处理模块303用于对柔性传感器302所获得的电信号进行放大和滤波去噪处理；柔性存储模块304用于将信号处理后的数据予以存储，以便供便携式信号处理单元102读取；定位模块305譬如为GPS定位模块，用于确定每次采集生理信号时监测对象所处的具体位置，同时将此位置信息存储在柔性存储模块304中；通讯模块306则提供与便携式信号处理单元(102)进行通讯的接ロ，其譬如为基于蓝牙或RFID的通讯模块，以使便携式信号处理单元102读取柔性存储模块304中反映生理參数和位置的相关信息。
[0034]下面以监测人体脉搏的健康监测系统为例来进ー步解释说明按照本发明的健康监控系统的工作流程。如图6所示，该监测人体脉搏的健康监测系统包括传感单元101、便携式信号处理单元102和中心监测基站103，其中，组成传感单元101的部件自下而上依次为柔性基板202、柔性传感电路层203、隔离层204、保护层205，它们的外面包裹ー层封装层201。而柔性传感电路层203包括电源模块301、柔性传感器302、信号处理模块303、柔性存储模块304、定位模块305以及通讯模块306，其中，电源模块301在本实施例中优选柔性太阳能电源，定位模块305优选GPS定位模块，通讯模块306优选蓝牙通讯模块。便携式设备102在本实施例中选取常用且携带方便的智能手机。
[0035]该健康监测系统工作过程为:将对应的监测脉搏的传感单元101紧密贴在人体手腕处，柔性传感电路层203中的柔性太阳能电源给其它组成电路供电，柔性传感器302采集人体脉搏信号，再经由信号处理模块303运放、滤波、去噪处理后存储在柔性存储模块304，同时由当前的GPS位置模块获得当前的位置也存储在柔性存储模块304中；在智能手上安装有事先编写好的程序，由此可通过柔性传感电路层203中的蓝牙通讯模块读取当前脉搏数据和位置数据并上传至中心监测基站103，也可设置为等间隔时间实时采集和上传以便于持续监测脉搏，为当前监测的生理參数设置正常范围，当脉搏不正常或超出正常范围时会报警提醒穿戴者，当脉搏微弱时或停止时呼叫指定号码；在中心监测基站103，医护人员通过监测系统可实时监测每个人的生理參数，监测系统会对传回来的每个人的生理数据进行分析，当脉搏不正常吋，当脉搏不正常或超出正常范围时会报警，当脉搏微弱时或停止时会提醒医护人员第一时间赶到现场救护。
`[0036]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于表皮电子的健康监测系统，该健康监测系统包括传感单元(101)和便携式信号处理单元(102)，其特征在于: 所述传感単元(101)呈现表皮电子贴片的形式，其粘合在监测对象的皮肤表面，用于采集监测对象的生理參数数据并予以存储； 所述便携式信号处理单元(102)与传感单元(101)信号连接，用于读取和显示存储在传感单元(101)中的生理參数数据，并当生理參数数据超出预设的阈值时，进行报警提示或呼叫协助。
2.如权利要求1所述的基于表皮电子的健康监测系统，其特征在于，该健康监测系统还包括中心监测基站(103)，其用于接收便携式信号处理单元(102)中的生理參数数据，井进行实时监測。
3.如权利要求1或2所述的基于表皮电子的健康监测系统，其特征在于，所述传感单元(101)优选包括位于外层的封装层(201)、以及依次设置在封装层(201)内的柔性基板(202)、柔性传感电路层(203)、隔离层(204)和保护层(205)，其中柔性传感器电路层(203)承载在柔性基板( 202)上，用于采集监测对象的生理參数数据并将其转换为相应的电信号予以存储；隔离层(204)用于防止柔性传感电路层(203)的电信号泄露或损失；保护层(205)则对柔性传感电路层(203)起保护和支撑作用，避免外界压カ对电路的影响。
4.如权利要求3所述的基于表皮电子的健康监测系统，其特征在于:所述柔性传感电路层(203)优选包括电源模块(301)、柔性传感器(302)、信号处理模块(303)、柔性存储模块(304 )、定位模块(305 )和通讯模块(306 )，其中电源模块(301)用于为柔性传感电路层的其他元件提供工作电源；柔性传感器(302)用来实时采集监测对象的生理參数数据并将其转换为相应的电信号；信号处理模块(303)用于对柔性传感器(302)所获得的电信号进行放大和滤波去噪处理；柔性存储模块(304)用于将信号处理后的数据予以存储，以便供便携式信号处理单元(102)读取；定位模块(305)用于确定每次采集生理信号时监测对象所处的位置，同时将此位置信息存储在柔性存储模块(304)中；通讯模块(306)则提供与便携式信号处理单元(102)进行通讯的接ロ，以使便携式信号处理单元(102)读取柔性存储模块(304)中反映生理參数和位置的相关信息。
5.如权利要求3或4所述的基于表皮电子的健康监测系统，其特征在于，组成所述柔性传感电路层(203)的所有模块均为柔性电路，且采用静电纺丝方式在所述柔性基板(202)直接制备而成。
6.如权利要求4所述的基于表皮电子的健康监测系统,其特征在于，所述电源模块(301)优选为无线电源模块、压电自充电模块或柔性太阳能电源模块，所述所述通讯模块(306)优选基于蓝牙或RFID的通讯模块。
7.如权利要求3-6任意一项所述的基于表皮电子的健康监测系统,其特征在于,所述柔性基板(202)由聚ニ甲基硅氧烷、甲基丙烯酸甲酷、丙烯腈、丁ニ烯及苯こ烯聚合物中的任一种构成；所述隔离层(204)的材料为绝缘聚合物；所述保护层(205)的材料为聚酯泡沫；所述封装层(201)的材料为橡胶。
8.如权利要求1-7任意一项所述的基于表皮电子的健康监测系统,其特征在于,所述传感单元(101)通过静电カ而粘贴于监测对象的皮肤表面。
9.根据权利要求8所述的基于表皮电子的健康监测系统，其特征在于，所述便携式信号处理单元(1 02)包括手机、Ipad或笔记本电脑。
【文档编号】A61B5/0245GK103445763SQ201310375468
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】黄永安, 尹周平, 文洲, 陈建魁, 刘慧敏, 熊有伦 申请人:华中科技大学