一種非固定的手環(huán)式脈搏采集系統(tǒng)及采集方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動醫(yī)療領域，具體涉及一種非固定的手環(huán)式脈搏采集系統(tǒng)及采集方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著現(xiàn)代醫(yī)療手段的進步W及移動醫(yī)療的飛速發(fā)展，便攜式的生理信號采集設備 成為了研究熱點，而該其中，生理信息量豐富的脈搏信號無疑成為人們關注的焦點。目前， 對脈搏信號的采集設備大多是基于壓力和光電容積描記的原理，而該兩種方法都要求裝置 與人體脈搏采集部位緊貼(接觸式)，且受人體運動的干擾特別大，無法檢測被測對象在非 靜止狀態(tài)下的脈搏信號；該個局限性大大限制了它在移動醫(yī)療方面的應用。
[0003] 要解決便攜W及被測對象任意狀態(tài)(包括靜止或任意運動狀態(tài)）下的脈搏信號采 集問題，脈搏采集系統(tǒng)必須要能克服被測對象的運動干擾，而傳統(tǒng)的基于壓電和光電容積 描記的設備都無法解決問題；同時傳統(tǒng)基于壓電和光電容積描記的設備都必須與被測對象 的檢測部位緊貼，即都是固定接觸式的檢測設備，因此給脈搏的檢測帶來很大的不便，目前 尚未有非接觸式、非固定的、便攜的、能克服被測對象運動干擾的脈搏信號的采集系統(tǒng)和采 集方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種非固定的、便攜的、能克服被測對象的運 動干擾的非接觸式脈搏信號的采集系統(tǒng)和采集方法，本發(fā)明的脈搏信號采集系統(tǒng)可采集人 體在靜止或任意運動狀態(tài)下任意時刻的脈搏信號。
[0005] 本發(fā)明采用的技術方案如下： 一種非固定的手環(huán)式脈搏采集系統(tǒng)，包括光采樣手環(huán)和智能終端，所述的光采樣手環(huán) 用于獲取手腕皮膚反射光對應的光數(shù)據(jù)并通過無線通信方式發(fā)送給智能終端；所述的光 數(shù)據(jù)是指由感光陣列對接收到的光信號進行轉換得到的數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)包含光信號的強 度、波長等光屬性，如RGB值、灰度值等。
[0006] 所述的光采樣手環(huán)具有發(fā)光和感光功能，光采樣手環(huán)內(nèi)側面是一個既能發(fā)光又能 采光的環(huán)形面，保證被測對象在靜止或運動過程中始終有光采樣手環(huán)內(nèi)側面發(fā)出的光照射 到手腕上的關注部位處，并且光采樣手環(huán)內(nèi)側面始終能夠接收到所述手腕上的關注部位的 反射光；所述的手腕上的關注部位是手腕上用來提取脈搏的皮膚部位，如燒動脈部位、尺動 脈部位等。
[0007] 所述的光采樣手環(huán)形狀為封閉式環(huán)狀，保證手環(huán)內(nèi)側面是一個完整環(huán)面，進而在 光采樣手環(huán)在手腕上發(fā)生轉動時，仍能保證手腕上的關注部位始終能被光采樣手環(huán)內(nèi)側面 發(fā)出的光照射到，并且光采樣手環(huán)的內(nèi)側面始終能夠接收到手腕上的關注部位的反射光。
[0008] 所述的光采樣手環(huán)與手腕為非固定式接觸；所述的非固定式接觸是指光采樣手環(huán) 可W與手腕發(fā)生相對運動，如沿手腕的上下移動，繞手腕的轉動等，也即本發(fā)明的光采樣手 環(huán)可w不用與被測對象手腕皮膚緊貼。
[0009] 所述的光采樣手環(huán)包括光纖和感光陣列；所述的光纖用于將光采樣手環(huán)內(nèi)側面接 收到的手腕皮膚反射光傳導至感光陣列；所述的感光陣列用于將光纖傳導過來的手腕皮膚 的反射光轉換為手腕皮膚反射光對應的光數(shù)據(jù)并記錄下來；所述的感光陣列由多個感光單 元組成，所述的感光單元能將光信號轉換為電信號；所述的光纖一端與感光陣列相連，另一 端與光采樣手環(huán)內(nèi)側面相連；每一根光纖的一個端口與感光陣列中的感光單元相連，另一 個端口連接到光采樣手環(huán)內(nèi)側面；所述的感光單元可W是一個能將光信號轉換為電信號的 傳感單元，如光電二極管、光電H極管；也可W是多個能將光信號轉換為電信號的元件的組 合。
[0010] 所述的智能終端對光采樣手環(huán)發(fā)送過來的手腕皮膚反射光對應的光數(shù)據(jù)進行分 析處理得到脈搏信號。
[0011] 所述的光采樣手環(huán)和智能終端之間采用無線通信方式進行數(shù)據(jù)交互。
[0012] 為了保證能夠提取出脈搏信號，光采樣手環(huán)的采樣頻率要滿足奈奎斯特采樣定 理，即光采樣手環(huán)記錄和發(fā)送的皮膚反射的光數(shù)據(jù)的頻率不低于脈搏頻率的2倍。
[0013] 進一步地，所述的光采樣手環(huán)可W采用物理加密，所述的物理加密是指同一根光 纖的兩個端口在感光陣列中的相對坐標位置和在光采樣手環(huán)內(nèi)側面的相對坐標位置隨機 對應(如圖6-1所示)，使感光陣列記錄的光數(shù)據(jù)的分布是打亂后的光采樣手環(huán)內(nèi)側面接收 到的手腕皮膚反射光實際對應的光數(shù)據(jù)的分布，形成自然加密； 所述的光采樣手環(huán)內(nèi)側面接收到的手腕皮膚反射光實際對應的光數(shù)據(jù)的分布是指光 采樣手環(huán)內(nèi)側面各進光的光纖端口接收到的手腕皮膚反射光對應的光數(shù)據(jù)的分布情況； 所述的感光陣列記錄的光數(shù)據(jù)的分布是指感光陣列上各感光單元對光信號轉換后得 到的光數(shù)據(jù)的分布情況。
[0014] 從感光陣列記錄的光數(shù)據(jù)的分布得到光采樣手環(huán)內(nèi)側面實際接收到的手腕皮膚 反射光分布的情況，需要利用光數(shù)據(jù)解密矩陣去對感光陣列記錄的光數(shù)據(jù)的分布進行解 密；智能終端利用獲取的光數(shù)據(jù)解密矩陣對感光陣列記錄的光數(shù)據(jù)的分布進行解密，得到 光采樣手環(huán)內(nèi)側面接收到的手腕皮膚反射光實際對應的光數(shù)據(jù)的分布，即手腕皮膚在感光 陣列上的成像圖，具體過程如圖7所示。
[0015] 所述的光數(shù)據(jù)解密矩陣表示連接感光陣列和光采樣手環(huán)內(nèi)側面的每根光纖的兩 個端口在感光陣列和光采樣手環(huán)內(nèi)側面位置的對應關系。
[0016] 進一步地，所述的獲取光數(shù)據(jù)解密矩陣的具體方法如下： (1) 用一張已知參數(shù)的測試圖片貼合在光采樣手環(huán)內(nèi)側面，獲取此時感光陣列上的記 錄的光數(shù)據(jù)分布矩陣A ; (2) 利用光數(shù)據(jù)分布矩陣A和光采樣手環(huán)內(nèi)側面的實際光數(shù)據(jù)的分布B(即測試圖片的 光數(shù)據(jù)參數(shù)，該里的參數(shù)可W是RGB值、灰度值等)，計算出二者之間的轉換矩陣T= A-1地， 即光數(shù)據(jù)解密矩陣。
[0017] 智能終端記錄下光數(shù)據(jù)解密矩陣T，利用光數(shù)據(jù)解密矩陣T對感光陣列記錄的手 腕皮膚反射光數(shù)據(jù)的分布進行處理，得到光采樣手環(huán)內(nèi)側面接收到的手腕皮膚反射光實際 對應的光數(shù)據(jù)的分布，即手腕皮膚在感光陣列上的成像圖。
[0018] 作為優(yōu)選，所述的光采樣手環(huán)包括機械支撐模塊、電源模塊、發(fā)光模塊、感光模塊， 信號處理模塊w及無線通信模塊； 所述的機械支撐模塊用于給所述的電源模塊、發(fā)光模塊、感光模塊，信號處理模塊W及 無線通信模塊提供搭載和保護平臺； 所述的電源模塊用于給所述的發(fā)光模塊、感光模塊、信號處理模塊W及無線通信模塊 供電； 所述的發(fā)光模塊用于發(fā)光并將發(fā)出的光照射到手腕皮膚上，所述的發(fā)光模塊包括發(fā)光 電路和出射光纖，出射光纖一端與發(fā)光電路相連，另一端連接到光采樣手環(huán)內(nèi)側面，發(fā)光電 路發(fā)出的光通過出射光纖引導至光采樣手環(huán)內(nèi)側面射出； 所述的感光模塊用于記錄手腕皮膚反射光對應的光數(shù)據(jù)，所述的感光模塊包括感光陣 列和入射光纖，入射光纖一端與感光陣列中的各感光單元相連，另一端連接到光采樣手環(huán) 內(nèi)側面，手腕皮膚反射光通過入射光纖傳導至感光陣列，感光陣列將光纖傳導過來的光轉 換為手腕皮膚反射光對應的光數(shù)據(jù)并記錄下來； 所述的入射光纖端口和出射光纖端口的分布繞光采樣手環(huán)內(nèi)側面一周，如圖4所示， 所述的入射光纖端口和出射光纖端口的分布展開為帶狀，可布滿整個光采樣手環(huán)內(nèi)側面， 也可只覆蓋光采樣手環(huán)內(nèi)側一部分。入射光纖端口和出射光纖端口的分布使所述的光采 樣手環(huán)內(nèi)側面構成一個既能發(fā)光又能采光的環(huán)形面，光采樣手環(huán)內(nèi)側面的寬度由光纖端的 覆蓋面積決定，光纖端的覆蓋面積要保證被測對象在靜止或任意運動狀態(tài)下，光采樣手環(huán) 內(nèi)側面始終能射出光照射到手腕上的關注部位處，同時能接收到手腕上的關注部位的反射 光，進而保證被測對象在靜止或任意運動狀態(tài)下脈搏信號的獲?。煌ㄟ^入射光纖的引導，手 環(huán)成為了一個"一元多頭"的環(huán)形光采樣手環(huán)，即一個感光陣列感光，多個環(huán)形分布的光纖 口進光，如圖3-2所示； 所述的信號處理模塊用于對感光陣列記錄的光數(shù)據(jù)進行處理； 所述的無線通信模塊用于與智能終端進行數(shù)據(jù)交互。
[0019] 所述的感光陣列可W是CCD感光元件、CMOS感光元件或其他感光單元組成的陣