一种生命体征监测组件、装置以及系统

摘要

本发明实施例涉及医疗监测技术领域，公开了一种生命体征监测组件、装置以及系统，所述生命体征监测组件包括传感垫、光纤、光发送模块和光接收模块。所述传感垫包括至少两个弹性凸起；所述光纤绕设于所述至少两个弹性凸起，且所述光纤沿所述弹性凸起的外侧壁绕设所述弹性凸起至少一圈；所述光发送模块与所述光纤的一端连接，所述光发送模块用于向所述光纤发送光信号；所述光接收模块与所述光纤的另一端连接，所述光接收模块用于接收返回的光信号并转换成电信号并放大。通过以上设置，可提高生命体征监测组件的监测灵敏度以及抗破坏能力。

说明书

技术领域

本发明实施方式涉及医疗监测技术领域，特别是涉及一种生命体征监测组件、装置以及系统。

背景技术

家庭健康监护，不仅是对于医院专业医学监护的一种延伸和补充，还能为医学提供一些病症的长时间诊断依据，及一些突发性疾病的预警。与此同时，人们的健康意识也越来越强烈，对于家庭自我监护的需求也与日俱增。其中，对于心率失常，过缓或过慢等一些心血管病症，通过心率的监测可提供参考依据；而呼吸的实时监测，对于呼吸暂停综合征等呼吸类疾病及呼吸暂停、阻塞等突发情况也是必须的。心率、呼吸的监测对于一些自主能力衰弱的老人来说，尤为重要。

现有的光纤类监测手段主要有光纤光栅类、光纤相干类、光纤强度类等解决方案，由于光纤光栅类和光纤相干类成本较贵，解调复杂，在实际应用中不易实现，市场上普遍是光纤强度调制类解决方案。

光纤强度调制类监测手段主要原理是：生理的微弱运动作用与光纤材料，使光纤发生弯曲形变，不满足全反射定律，使得传输的光强度发生变化，用光探测器监测光强的变化。其中，光纤容易受到外界扰动影响、灵敏度低等问题，且光纤容易受到外界的破坏。

发明内容

本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种监测灵敏度较高、抗破坏能力较好的生命体征监测组件、装置以及系统。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一个技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种生命体征监测组件，所述生命体征监测组件包括：

传感垫，包括至少两个弹性凸起；

光纤，绕设于所述至少两个弹性凸起，且所述光纤沿所述弹性凸起的外侧壁绕设所述弹性凸起至少一圈；

光发送模块，与所述光纤的一端连接，所述光发送模块用于向所述光纤发送光信号；

光接收模块，与所述光纤的另一端连接，所述光接收模块用于接收返回的光信号并转换成电信号并放大。

在一些实施例中，所述传感垫还包括垫板，所述至少两个弹性凸起安装于所述垫板。

在一些实施例中，所述垫板由柔性或弹性材料制成。

在一些实施例中，所述弹性凸起呈圆柱状。

在一些实施例中，所述光纤为多模光纤。

在一些实施例中，所述光纤沿所述弹性凸起的外侧壁绕设所述弹性凸起至少两圈。

在一些实施例中，其特征在于，还包括：

第一通信模块，连接所述光接收模块，所述第一通信模块用于接收所述电信号并将所述电信号发送至外部设备。

又一方面，本发明实施例还提供一种生命体征监测装置，所述生命体征监测装置包括：

载体，用于承载人体或人体部位；以及

如上所述的生命体征监测组件，其中，所述生命体征监测组件安装于所述载体。

在一些实施例中，所述载体为座垫、枕头或床垫。

另一方面，本发明实施例还提供一种生命体征监测系统，所述生命体征监测系统包括：

第二通信模块、云服务器和智能终端；以及

如上所述的生命体征监测装置，其中，所述第一通信模块、第二通信模块、云服务器和智能终端依次连接，所述第二通信模块用于接收、处理所述电信号生成数据结果并发送至所述云服务器，所述云服务器用于对所述数据结果进行储存和分析，生成分析报告并推送至所述智能终端，所述智能终端用于接收所述云服务器推送的分析报告。

与现有技术相比，本发明实施例通过设置所述至少两个弹性凸起，以及绕设于所述至少两个弹性凸起的所述光纤，其中，所述光纤沿所述弹性凸起的外侧壁绕设所述弹性凸起至少一圈，一方面，通过使得所述弹性凸起发生变形而引起的所述光纤的光信号的变化，提高了所述生命体征监测组件监测的灵敏度，另一方面，通过所述弹性凸起作为媒介，外物不直接作用于所述光纤，可避免所述光纤受到外物破坏，例如尖锐物体的刺伤而导致所述光纤的断裂，提高了所述生命体征监测组件的抗破坏能力，此外，所述生命体征监测模块的成本较低且易于实现，且其通用性强，具有极大的可扩展性，便于植入各种载体中，具有广阔的市场。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明且不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明其中一实施例提供的一种生命体征监测系统的示意图；

图2是图1的光纤绕设于弹性凸起的结构示意图；

图3是本发明其中一实施例提供的一种生命体征监测装置的示意图；

图4是利用本发明提供的生命体征监测装置采集的信号时域波形；

图5是利用本发明提供的生命体征监测装置采集的信号频域波形。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”/“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“垂直的”、“水平的”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例所提供的一种生命体征监测组件1，所述生命体征监测组件1用于对人体生命体征进行监测，其中，生命体征的信息可以包括心率、脉搏、血压和呼吸的其中至少一者。

请参阅图1和图2，所述生命体征监测组件1包括传感垫11、光纤12、光发送模块13和光接收模块14。所述传感垫11包括至少两个弹性凸起111。所述光纤12绕设于所述至少两个弹性凸起111，且所述光纤12沿所述弹性凸起111的外侧壁绕设所述弹性凸起111至少一圈。所述光发送模块13与所述光纤12的一端连接，所述光发送模块13用于向所述光纤12发送光信号。所述光接收模块14与所述光纤12的另一端连接，所述光接收模块14用于接收返回的所述光信号并转换成电信号并放大。

其中，当所述弹性凸起111发生弹性形变时，绕设于所述弹性凸起111的所述光纤12受所述弹性凸起111作用，所述光纤12的曲率半径和折射率发生变化，从而反映至所述光接收模块14的光信号发生起伏变化，经过所述光接收模块14进行光电转换后为起伏的电信号变化。

本发明实施例提供的生命体征监测组件1，通过设置所述弹性凸起111，并将所述光纤12绕设于所述弹性凸起111，一方面，使得所述光纤12可通过所述弹性凸起111的弹性形变而发生光信号变化，提高了所述生命体征监测组件1监测的灵敏度，另一方面，通过所述弹性凸起111作为媒介，外物不直接作用于所述光纤12，可避免所述光纤12受到外物破坏，例如尖锐物体的刺伤而导致所述光纤12的断裂，提高了所述生命体征监测组件1的抗破坏能力，此外，所述生命体征监测组件1的成本较低且易于实现。

其中，将所述弹性凸起111的数量设置为至少两个，可增大所述传感垫11的受力范围，同时避免单一的所述弹性凸起111循环使用时出现疲劳破坏；同时，将所述光纤12绕设所述弹性凸起111至少一圈，可使得所述光纤12和所述至少两个弹性凸起111紧密连接，避免所述光纤12与所述弹性凸起111分离。

本发明实施例的生命体征监测组件1，通过采用光纤强度调制类监测手段，可实现对呼吸和心率的实时监测，抗电磁干扰能力强。其中，对于折射率突变的光纤，根据单位长度的宏弯损耗计算公式有：

其中，

式中，R为曲率半径，λ为光源工作波长，λ

从式(1),(2),(3)可以看出，宏弯损耗主要取决于曲率半径、折射率和

在选定光源工作波长和光纤的情况下，总的宏弯损耗L

为保证所述弹性凸起111对绕设于其上的所述光纤12的曲率半径的灵敏度的影响，所述弹性凸起111呈圆柱状，所述弹性凸起111具有弹性回复力，所述弹性凸起111沿其自身轴向方向受力时，其沿其自身轴向方向压缩同时沿其自身径向方向扩张。通过以上设置，使得所述弹性凸起111受压变形时，绕设于所述弹性凸起111的所述光纤12均匀受到所述弹性凸起111的向外扩张的作用，从而对所述光纤12的光强产生较好的影响，保证所述光纤12绕设于所述弹性凸起111部分的灵敏度。

在本发明的一些其他实施例中，所述弹性凸起111的形状可以根据实际需要设置，例如，多边形柱状。

所述弹性凸起111由橡胶材料制成，使得所述弹性凸起111具有良好的弹力性能，其迟滞现象不明显，使得所述生命体征监测组件1可在低频段幅频响应曲线平坦，有助于在叠加强呼吸信号中摄取微弱的心跳震动信号。

所述弹性凸起111和光纤12之间，可通过粘接材料相互粘合，以加强所述弹性凸起111和光纤12之间的连接，从而保证所述光纤12绕设于所述弹性凸起111部分的灵敏度。其中，所述粘接材料可以是环氧树脂，所述环氧树脂与所述橡胶材料可实现较好的粘合效果。

为了提高所述光纤12绕设于所述弹性凸起111的灵敏度，所述光纤12沿所述弹性凸起111的外侧壁绕设所述弹性凸起111至少两圈。通过增加所述光纤12于所述弹性凸起111的绕设的长度，从而增加了所述光纤12的总的宏弯损耗，使得最终反映为所述返回的所述光信号的具有较大的起伏变化，进而使得所述生命体征监测组件1具有较高的灵敏度。

在本发明的一些实施例中，所述光纤12绕设所述弹性凸起111，并自所述弹性凸起111的一端向所述弹性凸起的另一端分布，也即，所述光纤12绕设所述弹性凸起111的圈数大致沿所述弹性凸起111的轴向方向铺满所述弹性凸起。通过以上设置，进一步增加了所述光纤12于所述弹性凸起111的绕设的长度，从而增加了所述光纤12的总的宏弯损耗，使得最终反映为所述返回的所述光信号的具有更大的起伏变化，进而使得所述生命体征监测组件1具有较高的灵敏度。

可以理解的是，本发明实施例中的生命体征监测组件1，可分别通过设置所述弹性凸起111的初始半径以及绕设于所述弹性凸起111的所述光纤12的长度，实现对所述生命体征监测组件1的监测的灵敏度的调控。其中，所述初始半径是指，所述弹性凸起111在无外力作用下的半径。

所述传感垫11还包括垫板112，所述至少两个弹性凸起111安装于所述垫板112。如图1所示，所述至少两个弹性凸起111呈矩形阵列分布于所述垫板112的一面，其中，所述弹性凸起111的数量可以根据实际需要选择，只需至少为两个即可，以使得所述生命体征监测组件1可监测到较大范围的区域，此外，所述至少两个弹性凸起111的分别规律也可以根据实际需要设置，例如，呈圆形阵列分布、三角形阵列分布等。通过设置用于安装所述至少两个弹性凸起111的所述垫板112，一方面，可使得所述光纤12绕设于所述至少两个弹性凸起111后位于所述垫板112的同一面，避免光缆交缠，另一方面，可使得每个所述弹性凸起111相对位置固定，使得所述传感垫11整体便于安装于外部载体，从而便于所述生命体征监测组件1对人体进行监测。

在本发明其中一实施例中，所述垫板112由柔性或弹性材料制成，且所述垫板112具有一定的韧性，以提高所述传感垫11的耐使用性能。通过以上设置，使得所述垫板112可进行卷绕，从而方便对所述传感垫11进行收容，进而方便对所述生命体征监测组件1进行运输。其中，所述垫板112可以由橡胶材料制成。

对于上述的光纤12，所述光纤12为多模光纤12，所述多模光纤12的光缆较粗，可以存在多种光波模式在光缆中传播，当其曲率半径发生变化时，其更加敏感，有利于提高所述生命体征监测组件100对生命体征的监测。

在本发明其中一实施例中，所述生命体征监测组件1还包括第一通信模块15，所述第一通信模块15连接所述光接收模块14，所述第一通信模块15用于接收所述电信号并将所述电信号发送至外部设备，以实现所述生命体征监测组件1与外部设备的连接，从而使得生命体征监测组件1所获得的监测信息向外发送。在具体实施过程中，所述第一通信模块15、光接收模块14和光发送模块13可集成于同一模块中。

通过使用本发明实施例提供的生命体征监测组件100，可获得较高信噪比的信号，通过对时域信号进行频域分析，可以明显的获得呼吸和心跳的频段峰值范围，更加准确地实时提取呼吸以及心跳的生命体征信息。

请参阅图3，本发明实施例还提供一种生命体征监测装置2，所述生命体征监测装置2包括载体21，以及如上所述的生命体征监测组件1。所述生命体征监测组件1安装于所述载体21，所述载体21用于承载人体或人体部位。所述载体21作为与人体或人体部位直接接触的媒介，呼吸起伏、心肌搏动对所述载体21压力产生不同频率的激励，从而使得所述弹性凸起111向外扩张或收缩回复，进而影响绕设于所述弹性凸起111的部分所述光纤12的光强变化。

具体地，所述载体21为座垫、枕头或床垫，所述生命体征监测组件1设置于所述载体21的内部，其中，所述至少两个弹性凸起111的数量可以根据所述载体21的具体结构进行设置，例如，当所述载体21为床垫时，则所述弹性凸起111的数量可适当多，以获得一较大的监测区域。

如图4所示，图4示出了采样频率为50Hz，采用32位无符号整形量化数据，成年人躺在本发明实施例所提供的生命体征监测装置2的枕头上均匀呼吸采集获得的一段时域波形。如图5所示，图5示出了成年人呼吸的频率为0.2-0.4Hz(一分钟呼吸12-24次)，心跳的频率为0.6-2Hz(一分钟跳动36-120次)，将获得的时域信号进行傅里叶变换，得到的频域信号。如图5中标注所示，在0.18Hz和1.124Hz附近，有明显的峰值，分别对应呼吸信号和心跳信号。

请复参图1，本发明实施例还提供一种生命体征监测系统3，所述生命体征监测系统3包括第二通信模块31、云服务器32和智能终端33，以及如上所述的生命体征监测装置2。所述第一通信模块15、第二通信模块31、云服务器32和智能终端33依次连接，所述第二通信模块31用于接收、处理所述电信号生成数据结果并发送至所述云服务器32，所述云服务器32用于对所述数据结果进行储存和分析，生成分析报告并推送至所述智能终端33，所述智能终端33用于接收所述云服务器32推送的分析报告。

其中，通过将所述第一通信模块15和第二通信模块31进行分离设置，可降低系统的耦合，简化生命体征监测组件1的结构，提高安全性、稳定性。

其中，所述第一通信模块15和第二通信模块31之间可通过例如但不限于蓝牙、Wi-Fi等无线通信技术进行通信连接。所述第二通信模块31和云服务器32之间可通过例如但不限于Wi-Fi等无线通信技术进行通信连接。

其中，所述智能终端33可以是但不限于智能手机、可穿戴计设备、平板电脑、便携式电脑、其他便携式计算设备或者远程服务器。所述智能终端33可查收所述无服务器推送的分析报告，以查看结果，从而实现可视化监控。当出现分析报告中的生命体征数据信息存在异常情况时，可通过智能终端33进行警报，例如，通过振动、警铃等进行警报。

其中，监测所得的生命体征数据信息可储存于所述云服务器32，以便对后期医疗的诊断提供依据。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。