專利名稱：基于音頻口的個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于個(gè)人醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，具體是基于音頻口提供個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法。
背景技術(shù)：
目前，社會(huì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注自身的健康，隨之出現(xiàn)了許多基于生命體征采集設(shè)備類的個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品，如便攜式的血氧儀、血糖儀、胎心儀和心電儀等。目前的個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品主要由數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)算模塊、顯示模塊和電源模塊等組成，存在不足主要包括:首先，成本較高。其次，體積較大；再者，缺乏數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和分析功能；還有，缺乏遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能。同時(shí)，目前以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)設(shè)備日益普及，而且移動(dòng)設(shè)備具備很強(qiáng)的計(jì)算和顯示能力，并具備電源提供，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析和遠(yuǎn)程傳輸功能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的上述不足，本發(fā)明提出一種基于音頻口提供個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，從而降低產(chǎn)品成本，減小產(chǎn)品體積，并提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析和遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓}(cāng)泛。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其設(shè)計(jì)思想是，利用通用的移動(dòng)終端(例如智能手機(jī)、PDA和便攜電腦等)和生命體征的采集裝置(可以由現(xiàn)有的生命體征的采集裝置改裝而成)，由移動(dòng)終端給采集裝置供電，并且驅(qū)動(dòng)采集裝置進(jìn)行生命體征信號(hào)采集，然后接收生命體征的信號(hào)并進(jìn)行計(jì)算、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和遠(yuǎn)程傳輸處理；
在采集裝置上加裝標(biāo)準(zhǔn)音頻接口的物理硬件，把采集裝置的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端子、控制信號(hào)輸入端子和電源輸入端子分別連接至標(biāo)準(zhǔn)音頻口的接線端子上；
采集裝置與移動(dòng)終端通過標(biāo)準(zhǔn)音頻口進(jìn)行物理連接，由音頻口的左聲道信號(hào)傳輸線路、右聲道信號(hào)傳輸線路和麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸以及信號(hào)傳輸?；谏鲜鲈O(shè)計(jì)思想，本方法的具體技術(shù)方案如下:(這一段可以不與權(quán)力書描述的內(nèi)容完全一致)
所述移動(dòng)終端載有音頻口硬件和應(yīng)用軟件，該應(yīng)用軟件包括電源驅(qū)動(dòng)模塊、傳感驅(qū)動(dòng)模塊、采樣濾波模塊、計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、顯示模塊和遠(yuǎn)程通信模塊；步驟一是電源供電:
由移動(dòng)終端的電源驅(qū)動(dòng)模塊通過移動(dòng)終端的聲卡的左或右聲道向采集裝置輸出某一頻率的正弦波，該正弦波有對(duì)應(yīng)正弦波頻率的音頻文件；采集裝置中的電源模塊將正弦波處理后提供穩(wěn)定的功率輸出；
步驟二是采集裝置的采集工作控制: 由移動(dòng)終端的傳感驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生方波，該方波有對(duì)應(yīng)方波的音頻文件；方波通過與電源驅(qū)動(dòng)模塊輸出相異的聲道傳輸?shù)讲杉b置的控制信號(hào)輸入端；
步驟三是生命體征數(shù)據(jù)信號(hào)的采集:
由采集裝置的控制模塊利用方波的上升沿或下降沿來(lái)控制采集工作；
步驟四是生命體征數(shù)據(jù)信號(hào)的處理:
經(jīng)采集裝置采集的生命體征數(shù)據(jù)信號(hào)通過麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路送入移動(dòng)終端的麥克風(fēng)信號(hào)的輸入端；
步驟五是生命體征數(shù)據(jù)信號(hào)的采樣濾波:
由移動(dòng)終端的采樣濾波模塊對(duì)來(lái)自麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采樣處理，得到所需信號(hào)；
步驟六是數(shù)值計(jì)算:
由移動(dòng)終端的計(jì)算模塊對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到反映生命體征的數(shù)值；
步驟七是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存:
由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)數(shù)值計(jì)算得到的數(shù)據(jù)；
步驟八是數(shù)據(jù)分析:
由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的歷史數(shù)據(jù)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，再對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后將分析結(jié)果通過存儲(chǔ)模塊送到移動(dòng)終端的存儲(chǔ)空間里；
步驟九是數(shù)據(jù)顯示:
由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)顯示模塊到移動(dòng)終端的存儲(chǔ)空間取出數(shù)據(jù)，將當(dāng)前采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示到移動(dòng)終端的屏幕上，并將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以報(bào)表或圖形的方式顯示到屏幕上；
步驟十是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸:
由移動(dòng)終端遠(yuǎn)程通信模塊是利用移動(dòng)終端的gprs模塊、3G模塊或wifi模塊連入互聯(lián)網(wǎng)，將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)或批量傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的服務(wù)器。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟一中，采集裝置中的電源模塊的處理過程為:首先正弦波通過升壓變壓器進(jìn)行升壓，然后進(jìn)行FET整流，最后經(jīng)過阻塞二極管和濾波電容進(jìn)行穩(wěn)壓后實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定功率輸出，為采集裝置供電；
其中整流電路在低壓的系統(tǒng)中的死區(qū)壓降是電源模塊的關(guān)鍵問題，如果在整流處理中使用低壓二極管，在實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，整流中多數(shù)功率已經(jīng)損耗，只有少部分傳送到負(fù)載。如果用FET代替二極管，同步整流通常會(huì)用在減少損耗。所述步驟五中，由移動(dòng)終端的采樣濾波模塊對(duì)來(lái)自麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采樣處理，步驟如下:
首先對(duì)從麥克風(fēng)通道輸入的生命體征數(shù)據(jù)的信號(hào)以一定采樣率進(jìn)行采樣；然后進(jìn)行信號(hào)處理，此處的信號(hào)處理采用IIR濾波器和/或FIR濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波；對(duì)于提取采樣結(jié)果的直流分量和交流分量，采用一個(gè)IIR濾波器來(lái)跟蹤直流分量；接著從輸入的生命體征數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)中減去直流分量得到交流分量；對(duì)于對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，可采用帶通FIR濾波器；也可根據(jù)實(shí)際需求，采用傅里葉變換或小波變換復(fù)雜算法進(jìn)行處理。所述步驟七中，由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)壓縮算法為:如果在一段時(shí)間內(nèi)的測(cè)量值相同，將被以開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、測(cè)量次數(shù)和測(cè)量值等屬性的一個(gè)記錄來(lái)存儲(chǔ)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于音頻接口提供血氧生命體征測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的血氧生命體征測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的血氧生命體征測(cè)量系統(tǒng)的基本流程 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的血氧生命體征測(cè)量系統(tǒng)的電源模塊的電路原理 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的血氧生命體征測(cè)量系統(tǒng)的LED控制模塊電路原理 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的血氧生命體征測(cè)量系統(tǒng)的PIN信號(hào)處理模塊電路原理圖。
具體實(shí)施例方式一種基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，利用通用的移動(dòng)終端和生命體征的采集裝置，由移動(dòng)終端給采集裝置供電，并且驅(qū)動(dòng)采集裝置進(jìn)行生命體征信號(hào)采集，然后接收生命體征的信號(hào)并進(jìn)行后續(xù)處理；在采集裝置上加裝標(biāo)準(zhǔn)音頻接口的物理硬件，把采集裝置的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端子、控制信號(hào)輸入端子和電源輸入端子分別連接至標(biāo)準(zhǔn)音頻口的接線端子上；移動(dòng)終端輸出音頻信號(hào)的功率滿足采集裝置的工作功率要求，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端給采集裝置供電；采集裝置與移動(dòng)終端通過標(biāo)準(zhǔn)音頻口進(jìn)行物理連接，由音頻口的左聲道信號(hào)傳輸線路、右聲道信號(hào)傳輸線路和麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸以及信號(hào)傳輸。所述移動(dòng)終端接收生命體征的信號(hào)后進(jìn)行后續(xù)的處理包括收生命體征的信號(hào)的計(jì)算、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和遠(yuǎn)程傳輸處理。所述采集裝置包括電源模塊、傳感器控制模塊、傳感器、傳感器信號(hào)處理模塊；所述移動(dòng)終端載有音頻口硬件和應(yīng)用軟件，該應(yīng)用軟件包括電源驅(qū)動(dòng)模塊、傳感驅(qū)動(dòng)模塊、采樣濾波模塊、計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、顯示模塊和遠(yuǎn)程通信模塊；
步驟一是電源供電:
由移動(dòng)終端的電源驅(qū)動(dòng)模塊通過移動(dòng)終端的聲卡的左或右聲道向采集裝置輸出某一頻率的波，該信號(hào)波有對(duì)應(yīng)頻率的音頻文件；采集裝置中的電源模塊將信號(hào)波處理后提供穩(wěn)定的功率輸出；
步驟二是采集裝置的采集工作控制:
方式I (模擬信號(hào)方式):由移動(dòng)終端的傳感驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)為方波，該方波有對(duì)應(yīng)方波的音頻文件；方波通過與電源驅(qū)動(dòng)模塊輸出相異的聲道傳輸?shù)讲杉b置的控制信號(hào)輸入端；
或者，方式2 (即數(shù)字信號(hào)方式):移動(dòng)終端的傳感驅(qū)動(dòng)模塊采用串口通信方式傳輸控制命令，其作用等同于方式I中的控制信號(hào)，在數(shù)字電路中，一般用術(shù)語(yǔ)“命令”；(復(fù)雜控制的情況是指例如需要進(jìn)行信息通信情況)。步驟三是生命體征數(shù)據(jù)信號(hào)的采集:
對(duì)應(yīng)步驟二的方式1，由采集裝置的傳感器控制模塊利用方波的上升沿或下降沿來(lái)控制傳感器工作；
對(duì)應(yīng)步驟二的方式2，采用串口通信的方式接收控制命令，通過微處理器來(lái)控制傳感器的工作；
步驟四是生命體征數(shù)據(jù)信號(hào)的處理:
傳感器采集的生命體征信號(hào)經(jīng)過采集裝置的傳感器信號(hào)處理模塊進(jìn)行信號(hào)處理后，通過麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路送入移動(dòng)終端的麥克風(fēng)信號(hào)的輸入端；
步驟五是生命體征數(shù)據(jù)信號(hào)的采樣濾波:
由移動(dòng)終端的采樣濾波模塊對(duì)來(lái)自麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，得到所需 目號(hào);
步驟六是數(shù)值計(jì)算:
由移動(dòng)終端的計(jì)算模塊對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到反映生命體征的數(shù)值；
步驟七是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存:
由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)數(shù)值計(jì)算得到的數(shù)據(jù)；
步驟八是數(shù)據(jù)分析:
由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的歷史數(shù)據(jù)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，再對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后將分析結(jié)果通過存儲(chǔ)模塊送到移動(dòng)終端的存儲(chǔ)空間里；
步驟九是數(shù)據(jù)顯示:
由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)顯示模塊到移動(dòng)終端的存儲(chǔ)空間取出數(shù)據(jù)，將當(dāng)前采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示到移動(dòng)終端的屏幕上，并將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以報(bào)表或圖形的方式顯示到屏幕上；
步驟十是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸:
由移動(dòng)終端遠(yuǎn)程通信模塊是利用移動(dòng)終端的gprs模塊、3G模塊或wifi模塊連入互聯(lián)網(wǎng)，將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)或批量傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的服務(wù)器。所述步驟一中的信號(hào)波是正弦波或方波。所述步驟四中，對(duì)應(yīng)步驟二和步驟三中的兩種方式，信號(hào)處理有三種方式:
a)對(duì)應(yīng)方式1:進(jìn)行模擬信號(hào)處理后，直接將模擬信號(hào)傳輸給移動(dòng)終端；
b)對(duì)應(yīng)方式2:通過微處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)傳輸給移動(dòng)終端；
c)對(duì)應(yīng)方式2:通過微處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行計(jì)算后將計(jì)算結(jié)果傳輸給移動(dòng)終端。此時(shí)，移動(dòng)終端的處理器中的濾波及數(shù)值計(jì)算的工作就移至采集裝置中。所述步驟一中，采集裝置中的電源模塊的處理過程為:首先正弦波或方波通過升壓變壓器進(jìn)行升壓，然后進(jìn)行FET整流，最后經(jīng)過阻塞二極管和濾波電容進(jìn)行穩(wěn)壓后實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定功率輸出，為采集裝置供電。所述采集裝置中的電源模塊還包括法拉電容，該法拉電容與阻塞二極管和濾波電容構(gòu)成的Π形電路并聯(lián)。采用法拉電容的原因是能更好地滿足采集裝置的功率需求，在大功率元器件工作間隙給法拉電容充電，在大功率元器件工作的時(shí)候，由法拉電容和Π形電路一起進(jìn)行功率輸出，使整個(gè)采集裝置處于良好的功率供給狀態(tài)。所述步驟五中，由移動(dòng)終端的采樣濾波模塊對(duì)來(lái)自麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采樣處理，步驟如下:
首先對(duì)從麥克風(fēng)通道輸入的生命體征數(shù)據(jù)的信號(hào)以一定采樣率進(jìn)行采樣；然后進(jìn)行信號(hào)處理，此處的信號(hào)處理采用IIR濾波器和/或FIR濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波；
對(duì)于提取采樣結(jié)果的直流分量和交流分量， 采用一個(gè)IIR濾波器來(lái)跟蹤直流分量；接著從輸入的生命體征數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)中減去直流分量得到交流分量； 對(duì)于對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，可采用帶通FIR濾波器；
針對(duì)步驟二中方式2情況，采用傅里葉變換或小波變換復(fù)雜算法進(jìn)行處理。所述步驟七中，由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)壓縮算法為:如果在一段時(shí)間內(nèi)的測(cè)量值相同，將被以開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、測(cè)量次數(shù)和測(cè)量值等屬性的一個(gè)記錄來(lái)存儲(chǔ)。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明方法基于生命體征采集裝置(以下簡(jiǎn)稱采集裝置)。采集裝置通過音頻接口接入移動(dòng)設(shè)備，通過音頻接口供電并傳輸數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)編碼為音頻信號(hào)，用戶啟用移動(dòng)設(shè)備上的個(gè)人醫(yī)療應(yīng)用軟件，個(gè)人醫(yī)療應(yīng)用軟件會(huì)通過音頻接口與采集裝置進(jìn)行通訊握手，在發(fā)現(xiàn)裝置接入后允許用戶進(jìn)行生命體征測(cè)量。用戶進(jìn)行生命體征測(cè)量時(shí)，應(yīng)用軟件通過音頻口控制采集裝置進(jìn)行信號(hào)采集并接收采集信號(hào)，經(jīng)過采樣，濾波，數(shù)值計(jì)算等處理后得到生命體征數(shù)值，生命體征數(shù)值可實(shí)時(shí)顯示到移動(dòng)終端屏幕上并可存儲(chǔ)到移動(dòng)終端的持久化存儲(chǔ)空間，從而建立個(gè)人醫(yī)療數(shù)據(jù)庫(kù)并根據(jù)各種應(yīng)用需求進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。同時(shí)可利用移動(dòng)終端的遠(yuǎn)程通信模塊把數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌胤?，以滿足遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程健康分析等需求。下面以血氧生命體征測(cè)量為例進(jìn)行進(jìn)一步說明?！N基于音頻口通信的血氧儀，包括電源模塊、傳感器控制模塊、傳感器、傳感器信號(hào)處理模塊和標(biāo)準(zhǔn)音頻接口的物理硬件；
由音頻接口的左聲道信號(hào)傳輸線路、右聲道信號(hào)傳輸線路和麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸、控制信號(hào)輸入和采集信號(hào)輸出；
傳感器控制模塊的控制信號(hào)輸入端連接音頻接口的控制信號(hào)輸入線路；
電源模塊的輸入端連接音頻接口的電源傳輸線路；
傳感器信號(hào)處理模塊的輸出端連接音頻接口的采集信號(hào)輸出線路；
所述傳感器控制模塊的控制信號(hào)輸出端連接傳感器的控制信號(hào)輸入端；
所述傳感器的信號(hào)輸出端連接傳感器信號(hào)處理模塊的輸入端。所述電源模塊包括升壓變壓器、FET整流電路、阻塞二極管和濾波電容；所述升壓變壓器的初級(jí)側(cè)為電源模塊的輸入端；升壓變壓器的次級(jí)側(cè)連接FET整流電路的輸入端；FET整流電路的輸出端連接由阻塞二極管和濾波電容構(gòu)成的Π形電路的輸入端，Π形電路的輸出端即為電源模塊的輸出端。所述傳感器控制模塊為微處理器或模擬電路。所述傳感器包括PIN 二極管、紅光LED和紅外光LED ;所述PIN 二極管接收來(lái)自紅光LED和紅外光LED的光；PIN 二極管的一端連接電源，即為傳感器的輸出端；
一、傳感器控制模塊為微處理器，微處理器的控制信號(hào)輸出端分別通過驅(qū)動(dòng)電路連接驅(qū)動(dòng)紅光LED和紅外光LED ;同時(shí),該微處理器作為傳感器信號(hào)處理模塊,傳感器的輸出端連接微處理的信號(hào)輸入端；
或者，
二、傳感器控制模塊為模擬電路，該模擬電路包括:
a)由D觸發(fā)器和反相器構(gòu)成的I位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端連接音頻接口的控制信號(hào)輸入線路，D觸發(fā)器的輸出端連接反相器兩個(gè)輸入端；紅光LED和紅外光LED的陽(yáng)極分別連接在反相器的輸入端和輸出端；D觸發(fā)器的D端連接反相器的輸出端；
b)由運(yùn)算放大器與三級(jí)管構(gòu)成的壓控恒流電路；運(yùn)算放大器的高電平輸入端連接音頻接口的控制信號(hào)輸入線路；運(yùn)算放大器的輸出端連接三極管的基極，三極管的集電極連接紅光LED和紅外光LED的陰極；運(yùn)算放大器的低電平輸入端連接三極管的發(fā)射極；
PIN 二極管的一端的另一端連接放大電路的輸入端，該放大電路的輸出端連接音頻接口的采集信號(hào)輸出線路，該放大電路作為傳感器信號(hào)處理模塊。微處理器輸出端還包括血氧值輸出端。由于微處理的運(yùn)算功能能滿足血氧信號(hào)一>血氧值的運(yùn)算，所以，可以在血氧儀內(nèi)完成運(yùn)算。所述電源模塊還包括法拉電容，該法拉電容與Π形電路并聯(lián)。采用法拉電容的原因是能更好地滿足采集裝置的功率需求，在LED這樣功率較大的元器件工作間隙給法拉電容充電，在LED工作的時(shí)候，由法拉電容和Π形電路一起進(jìn)行功率輸出，使整個(gè)采集裝置處于良好的功率供給狀態(tài)。具體如下:
圖1為本發(fā)明提出的一種基于音頻接口提供血氧生命體征測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。如圖1所示，該系統(tǒng)包括血氧生命體征采集裝置和移動(dòng)設(shè)備；血氧生命體征采集裝置(以下簡(jiǎn)稱血氧采集裝置)通過移動(dòng)設(shè)備的音頻口與移動(dòng)設(shè)備相連，移動(dòng)設(shè)備上安裝有血氧測(cè)量應(yīng)用軟件(以下簡(jiǎn)稱血氧應(yīng)用軟件)。圖2為血氧生命體征測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示，血氧采集裝置包括電源模塊、LED控制模塊、PIN信號(hào)處理模塊、LED和PIN 二極管。其中電源模塊與移動(dòng)終端音頻口的左聲道相連，負(fù)責(zé)將移動(dòng)終端通過音頻口輸出的正弦波電信號(hào)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電壓輸出，為其它模塊提供電源輸出。LED控制模塊和移動(dòng)終端的右聲道相連，負(fù)責(zé)利用移動(dòng)終端輸出的方波信號(hào)來(lái)控制兩個(gè)LED的切換和電流大小，從而控制紅光與紅外光的切換和光強(qiáng)。PIN信號(hào)處理模塊負(fù)責(zé)將PIN 二極管產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換放大后輸出到移動(dòng)終端音頻口的麥克風(fēng)通道。血氧應(yīng)用軟件包括電源驅(qū)動(dòng)模塊、傳感驅(qū)動(dòng)模塊、采樣濾波模塊、計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和遠(yuǎn)程通信模塊。其中電源驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)產(chǎn)生固定頻率的正弦波音頻信號(hào)，并通過音頻口的左聲道輸出到采集裝置的電源模塊。傳感驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)產(chǎn)生方波信號(hào)并通過音頻口的右聲道輸送到采集裝置的LED控制模塊，驅(qū)動(dòng)LED產(chǎn)生紅光和紅外光。采樣濾波模塊負(fù)責(zé)將音頻口麥克風(fēng)通道輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，然后將其濾波，去除噪音，并將其直流分量和交流分量分量分離。計(jì)算模塊負(fù)責(zé)根據(jù)直流分量計(jì)算出血氧飽和度數(shù)值，根據(jù)交流分量計(jì)算出脈搏數(shù)值。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊負(fù)責(zé)將計(jì)算的數(shù)值儲(chǔ)存到移動(dòng)終端的持久化儲(chǔ)存空間。數(shù)據(jù)分析模塊負(fù)責(zé)分析采集到的歷史數(shù)據(jù)，并生成相應(yīng)報(bào)表。遠(yuǎn)程通信模塊負(fù)責(zé)將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌胤?，以滿足遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程健康分析等需求。圖3為血氧生命體征測(cè)量系統(tǒng)的基本流程圖。如圖3所示:
步驟一是電源供電。血氧應(yīng)用軟件的電源驅(qū)動(dòng)模塊通過移動(dòng)設(shè)備聲卡的左聲道向血氧采集裝置輸出22kHz的方波，具體實(shí)現(xiàn)就是播放22kHz的方波音頻文件。血氧采集裝置中的電源模塊將方波進(jìn)行一系列處理后提供穩(wěn)定的功率輸出。電源模塊的具體處理過程為:首先22kHz的方波通過升壓變壓器進(jìn)行升壓，然后進(jìn)行FET整流，最后經(jīng)過阻塞二極管和濾波電容進(jìn)行穩(wěn)壓后實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定功率輸出，為其他處理電路供電。其中整流電路在低壓的系統(tǒng)有著死區(qū)壓降是電源模塊的關(guān)鍵問題。想要最大功率的傳輸，如果在整流處理中使用像DFLS120L這樣的低壓二極管，在實(shí)際測(cè)量中發(fā)現(xiàn)，整流中80%的功率已經(jīng)損耗，只有20%傳送到負(fù)載。如果用FET代替二極管，同步整理通常會(huì)用在減少損耗。(電源模塊的電路原理圖見圖4。)
步驟二是LED的驅(qū)動(dòng)和控制。血氧應(yīng)用軟件的傳感驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生方波，具體實(shí)現(xiàn)就是播放方波音頻文件。方波通過音頻口右聲道傳輸?shù)窖醪杉b置的LED控制模塊。LED控制模塊利用方波的上升沿來(lái)控制紅光與紅外光的切換，方波的高電平的電壓控制傳感器的兩發(fā)光管激勵(lì)電流大小。LED控制模塊的電路由D觸發(fā)器，反相器組成I位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩發(fā)光管的切換。運(yùn)放與三級(jí)管構(gòu)成壓控恒流電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩發(fā)光管激勵(lì)電流大小的控制。電路原理圖見圖5。(更優(yōu)方案，即采用數(shù)字信號(hào)方式，利用mcu進(jìn)行控制)
步驟三是血氧生命體征的采集。LED模塊由兩個(gè)發(fā)光管組成。一個(gè)發(fā)出紅光(波長(zhǎng)660nm)。一個(gè)發(fā)出紅外光(波長(zhǎng)940nm)。兩個(gè)LED在LED控制模塊的控制下以500次每秒時(shí)分復(fù)用。PIN 二極管被兩個(gè)不同的LED透過身體后交替激活，產(chǎn)生包含血氧信息的電信號(hào)。步驟四是PIN血氧信號(hào)處理。PIN信號(hào)處理模塊通過PIN傳感器上取下電流信號(hào)，通過運(yùn)放構(gòu)成的電流放大器，放大后以電壓信號(hào)送入移動(dòng)終端的MIC的輸入端。其中放大器是將AC與DC同時(shí)放大，DC可能很大，AC可能很小，這時(shí)放大倍數(shù)如果過高時(shí)信號(hào)會(huì)進(jìn)入飽和，這時(shí)應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)，通過控制激勵(lì)電流給予適當(dāng)?shù)幕叶?。PIN信號(hào)處理模塊的電路原理圖見圖6。(更優(yōu)方案即采用數(shù)字信號(hào)方式，采用mcu轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行初步處理后傳輸移動(dòng)終端)
步驟五是血氧信號(hào)的采樣濾波。血氧應(yīng)用軟件的采樣濾波模塊首先對(duì)從麥克風(fēng)通道輸入的血氧模擬信號(hào)以lOOOsps進(jìn)行采樣。然后提取采樣結(jié)果的直流分量，由于要求的截止頻率非常低，我們采用一個(gè)IIR濾波器來(lái)跟蹤直流分量。然后通過從輸入信號(hào)中減去直流分量就得到交流分量。然后我們采用一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率為6Hz和50Hz及以上頻率，有一 50dB衰減的低通FIR濾波器來(lái)去掉交流分量中50Hz以上的環(huán)境噪音。這時(shí)交流分量信號(hào)就類似通過動(dòng)脈的心跳脈沖。步驟六是數(shù)值計(jì)算。首先對(duì)紅光和紅外光的血氧信號(hào)的直流分量計(jì)算RMS值，血氧飽和度通過對(duì)RMS值取對(duì)數(shù)相除得到。脈搏是通過對(duì)3節(jié)拍內(nèi)的樣本數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)得到。步驟七是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存。我們將通過數(shù)值計(jì)算得到的血氧飽和度和脈搏數(shù)值儲(chǔ)存到移動(dòng)終端自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)里。由于血氧采集生成數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)會(huì)很快，特別是長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量的情況下，而移動(dòng)終端的儲(chǔ)存空間是比較有限的，所以數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的關(guān)鍵問題是數(shù)據(jù)的壓縮算法。我們采用的算法為:如果在一段時(shí)間內(nèi)的測(cè)量值相同，將被以開始時(shí)間，結(jié)束時(shí)間，測(cè)量次數(shù)，測(cè)量值等屬性的一個(gè)記錄來(lái)存儲(chǔ)，這樣則能以一個(gè)數(shù)據(jù)記錄來(lái)存儲(chǔ)多次測(cè)量結(jié)果。步驟八是數(shù)據(jù)分析。首先是對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其次可以根據(jù)特定的要求進(jìn)行分析，如睡眠分析。然后將分析結(jié)果通過存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)到移動(dòng)終端的存儲(chǔ)空間里。步驟九是數(shù)據(jù)顯示。由數(shù)據(jù)顯示模塊到移動(dòng)終端的存儲(chǔ)空間取出數(shù)據(jù)，將當(dāng)前采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示到移動(dòng)終端的屏幕上，并將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以報(bào)表和圖形的方式顯示到屏幕上。步驟十是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。遠(yuǎn)程通信模塊利用移動(dòng)終端的gprs模塊、3G模塊或wif i模塊連入互聯(lián)網(wǎng)，將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)或批量傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)健康監(jiān)控，遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程健康分析，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份等功能。更優(yōu)的方案,步驟五和步驟六可由mcu來(lái)完成,然后mcu將計(jì)算結(jié)果通過串口通信的方式傳輸給移動(dòng)終端。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其特征是利用通用的移動(dòng)終端和生命體征的采集裝置，由移動(dòng)終端給采集裝置供電，并且驅(qū)動(dòng)采集裝置進(jìn)行生命體征信號(hào)采集，然后接收生命體征的信號(hào)并進(jìn)行后續(xù)處理； 在采集裝置上加裝標(biāo)準(zhǔn)音頻接口的物理硬件，把采集裝置的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端子、控制信號(hào)輸入端子和電源輸入端子分別連接至標(biāo)準(zhǔn)音頻口的接線端子上； 移動(dòng)終端輸出音頻信號(hào)的功率滿足采集裝置的工作功率要求，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端給采集裝置供電； 采集裝置與移動(dòng)終端通過標(biāo)準(zhǔn)音頻口進(jìn)行物理連接，由音頻口的左聲道信號(hào)傳輸線路、右聲道信號(hào)傳輸線路和麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸以及信號(hào)傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其特征是所述移動(dòng)終端接收生命體征的信號(hào)后進(jìn)行后續(xù)的處理包括收生命體征的信號(hào)的計(jì)算、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和遠(yuǎn)程傳輸處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其特征是所述采集裝置包括電源模塊、傳感器控制模塊、傳感器、傳感器信號(hào)處理模塊； 所述移動(dòng)終端載有音頻口硬件和應(yīng)用軟件，該應(yīng)用軟件包括電源驅(qū)動(dòng)模塊、傳感驅(qū)動(dòng)模塊、采樣濾波模塊、計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、顯示模塊和遠(yuǎn)程通信模塊； 步驟一是電源供電: 由移動(dòng)終端的電源驅(qū)動(dòng)模塊通過移動(dòng)終端的聲卡的左或右聲道向采集裝置輸出某一頻率的信號(hào)波，該信號(hào)波有對(duì)應(yīng)頻率的音頻文件；采集裝置中的電源模塊將信號(hào)波處理后提供穩(wěn)定的功率輸出； 步驟二是采集裝置的采集工作控制: 方式1:由移動(dòng)終端的傳感驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)為方波，該方波有對(duì)應(yīng)方波的音頻文件；方波通過與電源驅(qū)動(dòng)模塊輸出相異的聲道傳輸?shù)讲杉b置的控制信號(hào)輸入端; 或者，方式2:移動(dòng)終端的傳感驅(qū)動(dòng)模塊采用串口通信方式傳輸控制命令； 步驟三是生命體征數(shù)據(jù)信號(hào)的采集: 對(duì)應(yīng)步驟二的方式1，由采集裝置的傳感器控制模塊利用方波的上升沿或下降沿來(lái)控制傳感器工作； 對(duì)應(yīng)步驟二的方式2，采用串口通信的方式接收控制命令，通過微處理器來(lái)控制傳感器的工作； 步驟四是生命體征數(shù)據(jù)信號(hào)的處理: 傳感器采集的生命體征信號(hào)經(jīng)過采集裝置的傳感器信號(hào)處理模塊進(jìn)行信號(hào)處理后，通過麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路送入移動(dòng)終端的麥克風(fēng)信號(hào)的輸入端； 步驟五是生命體征數(shù)據(jù)信號(hào)的采樣濾波: 由移動(dòng)終端的采樣濾波模塊對(duì)來(lái)自麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，得到所需 目號(hào); 步驟六是數(shù)值計(jì)算:由移動(dòng)終端的計(jì)算模塊對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到反映生命體征的數(shù)值； 步驟七是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存: 由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)數(shù)值計(jì)算得到的數(shù)據(jù)； 步驟八是數(shù)據(jù)分析: 由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的歷史數(shù)據(jù)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，再對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后將分析結(jié)果通過存儲(chǔ)模塊送到移動(dòng)終端的存儲(chǔ)空間里； 步驟九是數(shù)據(jù)顯示: 由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)顯示模塊到移動(dòng)終端的存儲(chǔ)空間取出數(shù)據(jù)，將當(dāng)前采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示到移動(dòng)終端的屏幕上，并將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以報(bào)表或圖形的方式顯示到屏幕上； 步驟十是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸: 由移動(dòng)終端遠(yuǎn)程通信模塊是利用移動(dòng)終端的gprs模塊、3G模塊或wifi模塊連入互聯(lián)網(wǎng)，將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)或批量傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的服務(wù)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其特征是所述步驟一中的信號(hào)波是正弦波或方波。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其特征是所述步驟五中，由移動(dòng)終端的采樣濾波模塊對(duì)來(lái)自麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采樣處理，步驟如下: 首先對(duì)從麥克風(fēng)通道輸入的生命體征數(shù)據(jù)的信號(hào)以一定采樣率進(jìn)行采樣；然后進(jìn)行信號(hào)處理，此處的信號(hào)處理采用IIR濾波器和/或FIR濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波； 對(duì)于提取采樣結(jié)果的直流分量和交流分量，采用一個(gè)IIR濾波器來(lái)跟蹤直流分量；接著從輸入的生命體征數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)中減去直流分量得到交流分量； 對(duì)于對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，可采用帶通FIR濾波器； 針對(duì)步驟二中方式2情況，采用傅里葉變換或小波變換復(fù)雜算法進(jìn)行處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其特征是所述步驟四中，對(duì)應(yīng)步驟二和步驟三中的兩種方式，信號(hào)處理有三種方式: a)對(duì)應(yīng)方式1:進(jìn)行模擬信號(hào)處理后，直接將模擬信號(hào)傳輸給移動(dòng)終端； b)對(duì)應(yīng)方式2:通過微處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)傳輸給移動(dòng)終端； c)對(duì)應(yīng)方式2:通過微處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行計(jì)算后將計(jì)算結(jié)果傳輸給移動(dòng)終端；此時(shí)，步驟五中，由移動(dòng)終端的采樣濾波模塊對(duì)來(lái)自麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采樣濾波處理的工作就移至采集裝置中。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其特征是所述步驟一中，采集裝置中的電源模塊的處理過程為:首先正弦波或方波通過升壓變壓器進(jìn)行升壓，然后進(jìn)行FET整流，最后經(jīng)過阻塞二極管和濾波電容進(jìn)行穩(wěn)壓后實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定功率輸出，為采集裝置供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其特征是所述步驟七中，由移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)壓縮算法為:如果在一段時(shí)間內(nèi)的測(cè)量值相同，將被以開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、測(cè)量次數(shù)和測(cè)量值等屬性的一個(gè)記錄來(lái)存儲(chǔ)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，其特征是所述采集裝置中的電源模塊還包括 法拉電容，該法拉電容與阻塞二極管和濾波電容構(gòu)成的Π形電路并聯(lián)。
全文摘要
一種基于音頻口設(shè)計(jì)個(gè)人醫(yī)療產(chǎn)品的方法，利用通用的移動(dòng)終端和生命體征的采集裝置，由移動(dòng)終端給采集裝置供電，并且驅(qū)動(dòng)采集裝置進(jìn)行生命體征信號(hào)采集，然后接收生命體征的信號(hào)并進(jìn)行后續(xù)處理；在采集裝置上加裝標(biāo)準(zhǔn)音頻接口的物理硬件，把采集裝置的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端子、控制信號(hào)輸入端子和電源輸入端子分別連接至標(biāo)準(zhǔn)音頻口的接線端子上；移動(dòng)終端輸出音頻信號(hào)的功率滿足采集裝置的工作功率要求，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端給采集裝置供電；采集裝置與移動(dòng)終端通過標(biāo)準(zhǔn)音頻口進(jìn)行物理連接，由音頻口的左聲道信號(hào)傳輸線路、右聲道信號(hào)傳輸線路和麥克風(fēng)信號(hào)傳輸線路分別承擔(dān)電源傳輸以及信號(hào)傳輸。
文檔編號(hào)H04M1/725GK103118203SQ201310077759
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
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