用于测量多个生物信号的可穿戴设备以及使用该设备的基于人工智能的远程监测系统的制作方法

1.本发明涉及一种可由用户直接穿戴的多生物信号测量设备以及使用该设备的基于人工智能(ai)的远程监测设备。


背景技术：

2.最近，用于测量生物信号的各种生物传感器的技术已经变得非常复杂和小型化。此外，能够高速传输数据的通信技术和室内外定位技术存在发展，并且出现了能够利用积累的先前医院病历或生物特征(biometric)信息通过人工智能(ai)使用大数据进行分析和诊断的医疗设备。
3.然而，由于目前医院使用的患者监测设备是固定类型并且具有复杂的功能，因此这些设备仅能供具有相关知识的专家使用和分析。
4.因此，本发明涉及一种可穿戴多生物特征测量设备以及使用该设备的基于ai的远程监测系统，其中该设备能够在有意识状态和无意识状态下利用小型传感器技术、通信技术和ai技术在远程站点测量生物特征信息，并且通过测量数据监测异常情况并处理异常情况。
5.作为相关技术，公开了韩国注册专利第10-2210242号(2021年1月26日)、韩国注册专利第10-2210215号(2021年1月26日)、韩国注册专利第10-2197112号(2020年12月31日)、韩国注册专利第10-2208759号(2021年1月22日)等。


技术实现要素：

6.技术问题
7.通过测量患者当前的生物特征数据，可以确定患者当前症状的严重程度或治疗后的预后趋势。一般而言，医疗机构的护士定期测量患者的血压、脉搏率、体温、心电图(ecg)、氧饱和度等以测量生物特征数据，并手动写入测量值。为了测量患者的生物特征数据，需要护理人员和专业检查人员，并且需要较长的时间来测量和分析生物特征数据，特别是对于需要预后管理的出院患者，只有通过再访医院才能进行预后管理。
8.此外，对于某些生物特征数据(例如，用于确定是否存在心脏病的ecg)，除大型医院外，缺乏读取ecg数据的专家，这导致长时间花费在读取和分析数据上。
9.在诸如医院的心脏病科候诊室和急诊室、筛查诊所、生命治疗中心/检疫设施、传染病控制场所、医疗盲点之类的各种场所，生命体征(血压、脉搏率、呼吸速率和体温)测试是必不可少的。对于重度或中重度症状的患者，还需要进行氧饱和度测试和ecg。
10.新发传染病，例如中东呼吸综合征(mers)或冠状病毒疾病(covid-19)正在全球范围内传播。传染病的传播导致医务工作者极度疲劳，并且医疗器械严重短缺。在这种情况下，生物特征数据的重复测试对医务人员来说造成疲劳累积和感染暴露事故的风险很高。
11.目前医院广泛使用的患者监测器是固定类型，其体积大、重量重、不便于携带、并
且价格昂贵，因此在使用中存在诸多限制。对于住院患者来说，当患者离开病房时(即使暂时离开)，很难对患者进行测量，特别是对于需要预后监测的出院患者，只能通过再访医院来进行测量和诊断，这造成极大的不便。
12.因此，本发明涉及一种可穿戴多生物信号测量设备以及使用该可穿戴多生物信号测量设备的远程监测系统，该可穿戴多生物信号测量设备被提供来解决相关技术的问题，并且具有以下功能：在有意识状态和无意识状态下以可穿戴形式测量多个生物信号(不仅针对住院患者还针对需要预后管理的出院患者)，实时远程监测测量结果，并且响应于检测到异常情况，允许发出警报，使得采取即时响应。
13.根据本发明的可穿戴多生物信号测量设备由住院患者和出院患者单独穿戴，使得多个生物信号在有意识状态和无意识状态下被测量并且被传输以进行远程监测，因而可以实时监测患者的生物信号变化趋势，并且根据症状或严重程度，选择性地扩展到外部高精度传感器并穿戴外部高精度传感器，从而获取和监测住院患者或出院患者的高质量生物信号。
14.根据本发明的可穿戴多生物信号测量设备允许远程监测系统自动或手动控制可穿戴多生物测量设备的传感器或测量周期，从而可以测量根据患者状况定制的生物特征信息。
15.根据本发明的远程监测系统被实现为，当通过预后预测分析服务器检测到偏离正常参考或检测到危险时，预后预测分析服务器使用通过ai ecg分析服务器的心脏病分析结果和医院信息系统的病史以及多条生物特征信息，发出警报，并向医务人员或患者发送警报信号。
16.本发明的技术目标不限于上述内容，并且基于以下描述，上面未描述的其他目标对于本领域普通技术人员来说可以变得显而易见。
17.技术方案
18.根据本发明的实施例的一种用于测量多个生物信号的可穿戴设备包括：主体，具有一个或多个外部端口；腕带，连接到主体并缠绕在用户的手腕上；以及一个或多个外部传感器，连接到外部端口。
19.主体包括：一个或多个内置传感器，被配置为测量生物信号；无线通信单元，被配置为将从内置传感器或外部传感器获得的多个生物信号发送到外部；用户接口单元，被配置为显示指示多个生物信号的测量的通知消息并接收用户数据；传感器控制单元，被配置为放大内置传感器的输出信号并将放大后的信号转换为数字信号，检测外部传感器是否连接到外部端口，并且当外部传感器连接到外部端口时，禁用与外部端口测量相同生物信号的内置传感器；以及中央控制单元，被配置为将来自传感器控制单元的多生物信号数据提供给无线通信单元，并且将从无线通信单元接收到的通知消息发送给用户接口单元的显示器。
20.根据本发明的实施例的远程监测系统通过无线通信网络连接到可穿戴多生物信号测量设备。当远程监测系统向可穿戴多生物信号测量设备发送生物信号测量简档消息时，可穿戴多生物信号测量设备通过网关将与传感器的类型和测量周期相关联的多生物特征信息、根据生物信号测量简档消息的内容的隔离区离开信息等发送到远程监测系统。
21.远程监测系统使能实时监测接收到的多个生物信号，经由心脏病分析服务器和预
后预测分析服务器通过深度学习人工智能进行请求读取，以进行心脏病或预后分析，并响应于与警报参考值的预设范围的偏离，向医院的监测系统以及医务人员和患者的移动终端发送警报消息。
22.有益效果
23.本发明可以使用单独提供给重病住院患者或需要预后管理的出院患者的可穿戴多生物信号测量设备在无意识的状态下测量多个生物信号，并允许患者他自己/她自己测量所需的生物信号。另外，远程监测系统通过无线通信网络连接到可穿戴多生物信号测量设备，以连续实时地监测从可穿戴多生物信号测量设备接收到的多个生物信号，从而对于重病住院患者，可以通过非接触方式进行对多个生物信号的测量和监测，并且对于需要预后管理的出院患者，无需前往医院即可远程进行预后管理。
24.本发明可以显著减轻需要定期重复测试普通患者的四种生命体征(血压、脉搏率、呼吸速率和体温)以及定期重复测试有重度或中度症状的患者的氧饱和度和心电图(ecg)的医务人员的疲劳，还可以最大限度地减少患者与医务人员之间的接触，从而最小化中东呼吸综合征(mers)、冠状病毒疾病(covid-19)等的感染风险。
25.本发明可以通过住院患者和出院患者的多生物信号测量和记录任务的自动化来改善护理工作。
26.本发明可以实现对出院患者的远程监测，从而由于减少了就诊次数而节省了时间和金钱，并且还可以防止传染病的继发感染。
27.根据本发明的远程监测系统可以允许医务人员在连续远程监测住院患者和出院患者的基本生物信号的状态和变化时，使用外部高精度传感器或者自动或手动改变和设置测量传感器或测量周期，从而实现密切的患者定制监测。
28.根据本发明的远程监测系统可以在超过每个患者/生物特征数据的警报参考值时在监测系统终端中发出警报，并将警报信息发送给负责的医务人员和值班医生，从而对因恶化的状况而需要紧急治疗的出院患者进行即时响应。
29.根据本发明的远程监测系统可以提供服务，例如使用可穿戴多生物信号测量设备评估睡眠状态、检查运动量、通知跌倒和分析打鼾，还可以提供各种附加服务，例如通过监测运动量信息来检查被安排运动的患者是否正在适当地进行治疗工作、通过患者的位置信息来实时检查是否遵守自我隔离等。
30.本发明的效果不限于上面描述的那些，并且上面没有描述的其他效果将从上面的详细描述中被本领域技术人员清楚地理解。
附图说明
31.图1是根据本发明的实施例的可穿戴多生物信号测量设备和远程监测系统的服务概念图。
32.图2是示出根据本发明的实施例的可穿戴多生物信号测量设备的硬件配置的框图。
33.图3是示出根据本发明的实施例的带状物形式的可穿戴多生物信号测量设备的图。
34.图4是示出紧接在向图3所示的可穿戴多生物信号测量设备施加电力之后的通电
序列的流程图。
35.图5a和图5b是示出取决于是否连接外部传感器的中断服务例程的流程图。
36.图6是详细示出远程监测系统的配置的图。
37.图7是示出用于内部或外部心电图(ecg)数据的基于人工智能的诊断算法的图。
38.图8是示出通过学习多个生物信号、心脏病分析结果和病史来通知疾病的预后预测结果的预后预测服务器的配置的图。
具体实施方式
39.在下文中，当结合附图考虑时，参考以下实施例的详细描述，优点、特征和实现它们的方法将变得显而易见。本发明不限于下面公开的实施例，而且可以以各种形式体现。下面要描述的实施例仅为完成本发明的公开和帮助本领域技术人员完全理解本发明的范围而提供的实施例，并且本发明仅由所附权利要求书的范围来定义。
40.由于用于描述本发明的实施例的附图中公开的形状、尺寸、比例、角度、数量等是示例性的，因此本发明不限于附图中所示的细节。在整个说明书中，相似的附图标记指代基本相似的元素。另外，在本发明的描述中，当确定已知相关技术的详细描述不必要地模糊本发明的主题时，将省略该详细描述。
41.当使用本说明书中提到的“被提供有”、“包括”、“具有”、“由......组成”等时，除非使用“～仅”，否则可以添加其他部分。当元素以单数表示时，除非另有说明，否则可以用复数解释。
42.在解释构成元素时，在没有任何明确的描述的情况下，解释为它们包括误差范围。
43.在描述位置关系的情况下，例如，当两个部分之间的位置关系被描述为“在
……
上”、“在
……
上面”、“在
……
下面”或“靠近”时，不与术语“紧接地”或“直接”一起使用的元素可以在其间具有一个或多个其他中间元素。
44.尽管可以使用第一、第二等来区分元素，但是元素的功能或结构不限于附加在元素前面的序号或名称。
45.以下实施例可以部分或全部彼此组合，并在技术上实现各种互通(interworking)和驱动操作。每个实施例可以彼此独立地实现，或者可以以关联关系一起实现。
46.根据本发明的可穿戴多生物信号测量设备能够测量各种生物信号，例如脉搏波、体温、血压和运动量以及心电图(ecg)，并且能够选择性地通过可扩展的ecg电极或高精度外部传感器根据患者的症状或疾病严重程度收集更复杂的生物信号。
47.另外，远程监测系统是一种系统，该系统通过自动测量设置功能自动设置可穿戴多生物特征信息测量设备的传感器或测量周期以使得生物信号通过网关在有意识状态或无意识状态下被接收并被远程监测，或者通过心脏病分析服务器或预后预测分析服务器提供实时警报。
48.因此，通过根据本发明的可穿戴多生物信号测量设备和远程监测系统，可以对重病住院患者或需要预后监测的出院患者进行生物信号的实时监测，并且在生成异常信号时，可采取即时响应，并且可以检查患者的跌倒、睡眠量、睡眠呼吸暂停、以及运动量，并且自我隔离人员离开隔离区可以被监测。
49.下面，将参照附图详细描述本发明的各种实施例。
50.图1是根据本发明的实施例的可穿戴多生物信号测量设备1000和远程监测系统2000的服务概念图。
51.参照图1，本发明可以向重病住院患者或需要预后管理的出院患者提供可穿戴多生物信号测量设备1000。可穿戴多生物信号测量设备1000在有意识状态和无意识状态下测量生物信号(例如血压、心率、呼吸速率、体温、ecg、氧饱和度和运动量)或者位置信息，并且将生物信号或位置信息通过网关4000发送至远程监测系统2000。
52.可穿戴多生物信号测量设备1000基于根据远程监测系统2000设置和发送的生物信号测量简档消息的内容设置的传感器、测量周期和隔离范围来操作，并且测量生物信号以及是否已离开隔离区并发送结果。
53.在远程监测系统2000中，可穿戴多生物信号测量设备1000通过近场通信(nfc)/射频识别(rfid)读取器被设备登记到重病住院患者或需要预后监测的出院患者，并且在这种情况下，根据疾病的生物信号测量简档消息被初始化并被发送，并且关于患者的信息被记录在可穿戴多生物信号测量设备1000中。
54.当需要根据预后或医务人员的请求改变与各个生物信号的测量相关联的细节时，远程监测系统2000更新多信号测量简档消息并向可穿戴多生物信号测量设备1000发送更新的多信号测量简档消息。
55.多信号测量简档消息包括与针对每个患者需要测量的生物信号的类型、每个测量周期以及隔离区的范围有关的信息，并且在设备被登记时设置为初始值，但是可以后期根据预后或医务人员的判断进行改变。
56.远程监测系统2000可以包括心脏病诊断服务器2200、预后预测分析服务器2300和生物特征监测服务器2100。
57.心脏病诊断服务器2200使用通过从可穿戴多生物信号测量设备1000接收的ecg信号的波形分析获得的信息和通过深度学习的图像学习获得的学习数据来诊断各种心脏病，并将结果发送到生物特征监测服务器2100。
58.预后预测分析服务器2300基于通过深度学习从患者的来自医院信息系统(his)3000的病史、疾病、治疗和生物特征信息学习的内容，向生物特征监测服务器2100发送对应于当前生物特征信息的预后预测分析结果。
59.远程监测系统2000的生物特征监测服务器2100执行显示生物特征信息的功能以使得能够实时监测来自可穿戴多生物信号测量设备1000的生物特征信息，并将这样的生物信号发送到心脏病分析服务器2200以及预后预测分析服务器2300。
60.另外，远程监测系统2000的生物特征监测服务器2100分别从心脏病分析服务器2200和预后预测分析服务器2300接收心脏病分析结果和预后预测结果，并响应于偏离正常参考值而发出各种警报。
61.警报可以直接呈现在远程监测系统2000的生物特征监测服务器2100上或发送给医务人员或值班医生以及患者穿戴的可穿戴多生物信号测量设备1000，以迅速告知患者的危险情况。
62.另外，根据本发明的远程监测系统允许在用于医务人员的应用或用于患者的应用中检查患者的生物特征信息测量历史，提供各种类型的诊断信息，例如活动水平、睡眠时间、是否存在睡眠呼吸暂停症状、通过基于ai的ecg读取结果的心脏病预测信息等，并且还
提供消息传递功能，允许医务人员输入的消息或患者的响应消息患者被接收和发送。
63.在本发明中，可以使用每个患者穿戴的可穿戴多生物信号测量设备1000和远程监测系统2000，使得自动重复测量和记录每个患者的生物特征信息，并提供实时监测和警报服务，从而提高医院运营效率，减少出院后需要预后管理的患者不必要的就诊，大幅改善护理工作，并且防止传染病发生时的继发感染和传播。
64.远程监测系统2000可以实时分析从可穿戴多生物信号测量设备1000接收的数据以监测每个患者的活动水平、睡眠、睡眠呼吸暂停或跌倒，或者可以使用位置信息来识别患者的位置并提供关于离开隔离区的监测服务。
65.当可穿戴多生物信号测量设备1000从内置或外部传感器获取数据并通过网关4000将数据发送到远程监测系统2000时，远程监测系统2000的生物特征监测服务器2100可以实时监测生物信号趋势，并且通过心脏病分析服务器2200和预后预测分析服务器2300的分析结果确定存在异常时，发出警报，并将结果立即传递给医务人员和患者以便了解情况并采取适当措施。
66.图2是示出根据本发明的实施例的可穿戴多生物测量设备1000、网关和远程监测系统的硬件配置的框图。
67.参照图2，可穿戴多生物信号测量设备1000包括连接到内置传感器单元202至210的传感器控制单元200、中央控制单元100、用户接口单元101、位置确定接收单元301、第一至第三无线通信单元302至304和电源单元500。外部传感器211至213可以选择性地可拆卸地连接到可穿戴多生物信号测量设备1000。
68.可穿戴多生物信号测量设备1000的内置传感器单元202至205和209包括一个或多个内置传感器202至210。
69.内置传感器包括内置ecg传感器。内置ecg传感器可以通过暴露于可穿戴多生物信号测量设备1000的外部的第一ecg电极202和第二ecg电极203来测量患者的导联(lead)i的ecg。ecg电极可以被解释为ecg电极。第一ecg电极202是与患者的左手接触的左手电极la。第二ecg电极203是与患者的右手接触的右手电极ra。
70.当患者穿戴可穿戴多生物信号测量设备1000时，患者的手腕与第一ecg电极202接触。第一ecg电极202具有两个电极表面，这两个电极表面是连接在电路中的相同电极表面，使得在测量期间手腕上的接触更可靠。当患者在穿戴可穿戴多生物信号测量设备1000的同时用另一只手的手指触摸第二ecg电极203时，可以通过内置ecg电极202和203获得导线i的ecg信号。
71.可穿戴多生物信号测量设备1000的内置传感器204至210可以包括光电体积描记法(ppg)传感器204、呼吸速率传感器205、加速度传感器(加速器)206和陀螺仪传感器(陀螺仪)内置传感器207、气压传感器(气压计)208、体温传感器209和温度传感器210。内置传感器不限于图2，并且可以省略一些传感器或者可以添加其他传感器。
72.当患者在手腕上穿戴可穿戴多生物信号测量设备时，ppg传感器204使用面向患者的手腕的光发射器(发光二极管，led)和光接收器测量它是否被穿戴、脉冲波信号和氧饱和度。在测量血压的情况下，可以使用从ppg传感器204输出的ppg信号和从ecg电极202和203测量的ecg信号来测量。
73.当患者在手腕上穿戴可穿戴多生物信号测量设备1000时，呼吸速率传感器205通
过患者的身体阻抗的变化来测量呼吸速率。
74.体温传感器209通过向患者的前额发射红外线，利用可穿戴多生物信号测量设备测量患者的皮肤温度。
75.加速度传感器206和陀螺仪传感器207识别穿戴可穿戴多生物信号测量设备1000的患者的运动量、姿势变化和睡眠状态。例如，远程监测系统2000可以检测患者的状态，基于加速度传感器206和陀螺仪传感器207的输出信号来检测患者是否正在行走、运动、睡眠或静止，并生成通知紧急情况(例如跌倒)的通知消息。
76.气压传感器208测量穿戴可穿戴多生物信号测量设备1000的患者附近的气压水平。温度传感器210测量患者周围环境的温度。
77.传感器控制单元200将从ecg电极202和203接收的信号以及传感器204至210的输出信号转换为将由中央控制单元100处理的数字信号的传感器值，并将转换后的信号发送到中央控制单元100。传感器控制单元200包括模拟前端(afe)201。
78.afe 201包括内置ecg测量单元(以下称为“内置ecg afe”)和内置氧饱和度测量单元(以下称为“内置ppg afe”)，这些内置的测量单元在图4和图4a和图4b所示的外部电极/传感器未被连接到可穿戴多生物信号测量设备1000时被初始化并被驱动，并且afe 201还包括外部ecg测量单元(以下称为“外部ecg afe”)和外部ppg测量单元(以下称为“外部ppg afe”)，这些外部测量单元在外部传感器连接到可穿戴多生物信号测量设备1000时被初始化并被驱动。
79.内置ecg afe放大从内置ecg电极202和203接收的模拟信号(ecg测量信号)，从信号中去除噪声，并通过模拟/数字(a/d)转换器将信号转换为数字信号。外部ecg afe放大从外部ecg电极221至224接收的模拟信号(ecg测量信号)，从信号中去除噪声，并将信号转换为数字信号。
80.内置ppg afe放大光接收器的输出信号(流经血管的血液的血流测量信号)(该信号是在从内置ppg传感器204的led生成的光发射到患者的手腕时生成的)，从信号中去除噪声，然后将信号转换为数字信号。外部ppg afe放大光接收器的输出信号(流经血管的血液的血流测量信号)(该信号是在从外部ppg传感器225的led生成的光发射到患者的指尖时生成的)，从信号中去除噪声，然后将信号转换为数字信号。
81.从传感器控制单元200输出的数字信号是多生物信号测量数据，包括ecg测量数据、氧饱和度测量数据和四种生命体征(血压、脉搏率、呼吸率和体温)的测量数据。
82.中央控制单元100可以包括用于控制信号处理和输入/输出的微控制单元(mcu)、定时器和存储器。
83.中央控制单元100控制可穿戴多生物信号测量设备1000的所有组件。中央控制单元100处理通过用户接口单元101接收的用户输入数据。中央控制单元100通过无线通信单元302至304经由网关将从传感器控制单元200接收到的多生物信号测量数据发送到远程监测系统2000，如图2所示。中央控制单元100可以向用户接口单元101的数据输出部件提供从远程监测系统2000接收到的数据，例如消息数据，如指示生物信号测量周期的控制命令或通知、使用基于ai的诊断算法得出的诊断结果等等，使得数据被显示在显示器上。指示生物信号的测量的控制命令可以从远程监测系统2000生成。
84.用户接口单元101连接到中央控制单元100。用户接口单元101包括用户数据输入
部件和数据输出部件。用户数据输入部件通过用户数据输入部件(例如按钮或触摸屏)接收用户输入。数据输出部件可以实时显示可穿戴多生物信号测量设备1000的操作状态和患者的生物信号测量值，并且可以输出警报信号或消息作为声音信号。生物信号测量值可以以预设图表的形式显示。数据输出部件可以包括被实现为液晶显示器(lcd)或有机发光二极管(oled)显示器的显示器。另外，数据输出部件可以包括输出声音信号的扬声器、振动发生器等。
85.位置确定接收单元301从多生物信号测量器接收位置信号。中央控制单元100通过无线通信单元302至304将多生物信号测量设备1000的位置信息从位置确定接收单元301发送到远程监测系统2000。位置确定接收单元301在室外的情况下通过全球定位系统(gps)接收位置信息，并且在无法接收gps的室内的情况下接收基于室内的位置信息。远程监测系统2000可以接收坐标信号并实时监测医院中患者的位置或出院患者的位置。在使用智能手机作为网关的情况下，可以利用智能手机的位置信息来获得位置信息，并且上述过程可以省略。
86.无线通信单元302至304连接到中央控制单元100，并通过网关4000将从中央控制单元100接收到的生物信号测量信号发送到远程监测系统2000。第一无线通信单元302是用于在不通过用户的智能手机的情况下访问远程监测系统2000的通信单元，并且可以包括例如无线保真(wifi)网络、窄带物联网(nb-iot)网络或长期演进(lte)网络。第二无线通信单元303是当用户的智能手机用作网关时的通信单元，并且在这种情况下通过蓝牙低功耗(ble)通信进行访问。为了在住院或出院时在远程监测系统2000中登记或取消多生物信号测量设备1000，第三无线通信单元304可以使用nfc或rfid通信。在这种情况下，远程监测系统2000的患者信息和测量周期设置数据被发送到多生物信号测量设备1000，并且多生物信号测量设备1000的唯一识别(id)码被发送到远程监测系统2000。
87.电源单元500连接到内置传感器单元221至210、传感器控制单元200、中央控制单元100、用户接口单元101、位置确定接收单元301和无线通信单元302至304，并提供驱动这些驱动元件所需的电力。电源单元500可以包括电池、电池充电电路、dc适配器和通用串行总线(usb)端口。
88.当外部传感器221至226连接到多生物信号测量设备1000时，传感器控制单元200检测与外部传感器221至226连接的端口的电势变化，并生成中断信号以确定是否连接外部传感器221至226。与外部传感器221至226连接的一个或多个外部端口以插孔或usb连接器的形式暴露在多生物信号测量设备1000的一侧，并且多个外部传感器共享同一端口。
89.另外，外部ecg电极211可以包括根据可测量的导联的唯一识别(id)码。外部ecg电极211可以包括n个(n是大于或等于2的自然数)外部信道电极。中央控制单元100可以根据唯一的id码区分外部ecg电极211的类型并识别不同的外部ecg信道。
90.中央控制单元100响应于外部ecg电极211或外部ppg传感器212连接到多生物信号测量设备1000，禁用与其相对应的内置传感器，并将从外部传感器211或212接收的信号转换为数字信号。
91.外部传感器211至213不是为疾病严重程度较低的普通患者提供的，而是在根据患者的病变或预后需要更精确的生物特征测量时使用。
92.与只能测量导联i的ecg信号的内置ecg电极相比，外部ecg电极不仅能够选择性地
启用肢体导联(导联i、ii、iii或avr、avl和avf)，而且还能够根据外部ecg电极的类型选择性地启用胸导联v1至v6，因此可以获得更广泛的ecg数据，并且可以区分广泛范围的心脏病。
93.与在手腕上进行测量的内置ppg传感器(其中，难以阻挡环境光，并且会生成大量导致测量结果误差的噪声成分)相比，外部ppg传感器使用手指夹，因此，可以有效阻挡环境光，并且可以获得高质量的脉搏波信号。
94.用户接口单元101的显示器可以采用有机发光二极管(oled)显示器。用户接口单元101还可以包括用于用户输入的触摸屏、内部扬声器和振动器。
95.图3是示出根据本发明的实施例的可穿戴形式的多生物信号测量设备1000的图。
96.参照图3，多生物信号测量设备1000可以实现在主体1010中。带状物1020可以连接到主体1010并且缠绕在用户的手腕上。
97.主体1010包括设备下部(或后侧)和设备上部(或前侧)，其中，当腕带缠绕在用户的手腕上时，设备下部(或后侧)面向用户的手腕，并且内置氧饱和度传感器204和内置ecg传感器的左手电极(或第一电极202)在设备下部(或后侧)暴露，并且内置体温传感器209、内置ecg传感器的右手电极(或第二电极203)以及用户接口单元101的显示器在设备上部(或前侧)暴露。
98.内置传感器可以包括可用作红外(ir)温度计的内置体温传感器209、加速度传感器206、陀螺仪传感器207、气压传感器208、环境温度传感器210等。
99.内置ecg电极202至203设置有位于设备的下部(后侧)的右手(右脚踝；ra)电极203以及位于设备的上部(前侧)的左手(左脚踝；la)电极202，使得导联i信号是可测量的。左手(左脚踝)电极202在内置ppg传感器的两侧具有分开的两个电极表面，这两个电极表面是连接在电路中的相同电极表面，使得在测量ecg时可以稳定测量。
100.另外，还可以从ecg电极202至203测量生物阻抗，从而可以通过在吸气和呼气期间改变的生物阻抗来测量呼吸速率。
101.内置ppg传感器204以凹入设备的结构设置在设备的下部(后侧)，以尽可能防止环境光的穿透，并且可以采用包括ir led的传感器，用于确定穿戴状态，以确定可穿戴多生物信号测量设备1000是否正在被穿戴。
102.外部ecg电极211是使用5极耳插孔型连接器的示例，其用于右脚踝(ra)信号、左脚踝(la)信号、左腿(ll)信号、连接/分离信号和唯一id码。因此，可以读取三种类型的肢体导联信号，从导联i到导联iii。
103.外部ppg传感器212是允许有效阻挡环境光的手指夹结构形式的示例。在这种情况下，使用usb c型连接器，这是设计为与充电器共享连接器的示例。
104.外部血压监测器213被示出为无线袖带型血压监测器，其中多生物信号测量设备能够通过ble通信接收测量结果。
105.图4是示出紧接在图3所示的可穿戴多生物信号测量设备1000通电之后的通电序列的流程图。
106.当用户选择用户接口单元101中的电源开启按钮时，从电源单元500向中央控制单元100供电，并且mcu开始操作。首先，mcu初始化mcu本身的各种内部寄存器或mcu的内部设备(s201)，并生成和初始化系统操作所需的各种定时器(s202)。另外，mcu初始化控制板中
的各种外围设备(s203)并初始化用于定位的设备(s204)，并初始化无线通信功能，例如ble、wifi和nfc/rfid(s205)。此后，mcu确定当前连接到系统的外部扩展传感器是否被插入(s206和s209)，以对内置或外部传感器执行初始化(s207、s208、s210和s211)，并进入无限循环。在无限循环中，mcu以连续检查当前要处理的事件(s212)并且当事件发生时调用相应的事件处理程序(s213)并处理事件的结构进行操作。
107.图5a和图5b是示出取决于是否连接外部传感器的中断服务例程的流程图。
108.响应于外部ecg电极被插入，用于检测外部ecg电极的通用输入输出(gpio)端口从电平“h”改变为“l”，并且传感器控制单元200检测该改变并生成中断。在这种情况下，调用并执行图5a所示的中断处理程序，该中断处理程序检查外部ecg电极的插入状态，并且由于其处于插入状态，因此禁用当前的内置ecg并启用外部ecg。此外，中断处理程序读取插入的外部ecg电极的唯一id码，并分配ra、la和ll的ecg信道。响应于插入的外部ecg被移除，用于检测外部ecg传感器的gpio端口从电平“l”改变为“h”并生成中断，因此以相同的方式执行图5a所示的中断处理程序，并且由于外部ecg电极处于移除状态，因此当前的外部ecg被禁用，并且内置ecg被启用。在这种情况下，ecg信道被分配用于ra和la的两个信道。
109.充电器和外部传感器的接口引脚均设有id码，用于区分插入的外部设备。id码是用于区分每个外部传感器的值，并且被预设在每个充电器和外部传感器中以区分外部传感器。当充电器连接到外部ppg端口时，通过外部ppg端口的引脚读取充电器的id码。传感器控制单元200检测外部ppg端口的引脚的电压变化并生成中断，并且中央控制单元将通过外部ppg端口的引脚接收到的id与预设id进行比较，以确定是否连接到充电器，以及连接的外部传感器的类型。
110.响应于充电器或外部ppg传感器212被插入外部ppg端口，用于检测外部ppg传感器212的gpio端口从电平“h”改变为“l”，从而从传感器控制单元200生成中断。
111.在这种情况下，调用并执行图5b所示的中断处理程序。中断处理程序检查外部ppg传感器212的插入状态，并且由于其处于插入状态，因此读取所读取的唯一id码，并且在电平为“h”的情况下，执行充电进行中指示，并且处理程序结束。然而，当唯一id码为“l”时，这表示处于外部ppg的插入状态，则当前的内置ppg传感器204被禁用，而外部ppg传感器212被启用。响应于充电器或插入的外部ppg传感器212的移除，用于检测外部ppg传感器212的gpio端口从电平“l”改变为“h”，并且生成中断，因此执行图5b所示的中断处理程序。由于其是外部ppg传感器212或充电器的移除状态，因此外部ppg传感器212(如果启用的话)被禁用，而内置ppg传感器204被启用，并且充电进行中指示被关闭。
112.具有不同导联信号的外部ecg电极具有唯一的id码以及通知外部电极的连接和分离的信号，因此id码在肢体导联lead i～iii、avr、avl和avf以及胸导联v1～v6中识别各信道信号源自哪一个导联。下面的表1是外部ecg电极的id码的示例。需要说明的是，id码并不限于表1。
113.表1
[0114][0115]
图6是详细示出远程监测系统2000的配置的图。
[0116]
参照图6，远程监测系统2000包括生物特征监测服务器2100、心脏病分析服务器2200和预后预测分析服务器2300。
[0117]
生物特征监测服务器2100执行以下功能：实时呈现通过网关发送的生物特征数据的趋势变化，从预后预测分析服务器2300接收预后预测分析结果(其是通过结合心脏病分析结果对生物特征数据的分析而获得的，心脏病分析结果是经由心脏病分析服务器2200和his接收的)，或发送预后预测分析结果。
[0118]
生物特征监测服务器2100执行显示已登记患者的生物特征信息的变化以使得医务人员能够监测生物特征数据趋势变化的功能，还可以执行登记需要监测的患者或登记患者的设备的功能，并且执行登录管理或向多生物信号测量设备1000发送或从多生物信号测量设备1000接收各种设置值的功能。生物特征监测服务器2100可以包括监测/通知系统和管理员系统。监测/通知系统可用于执行数据收集、用户位置跟踪、消息推送服务、测量周期设置、预后预测服务器互通和心脏病服务器互通。管理员系统可用于执行患者登记、设备登记、权限管理、登录、设置管理和db管理。
[0119]
心脏病分析服务器2200通过以下操作来执行心脏病分析功能：通过生物特征监测服务器2100基于ecg信号运行导联i波形分析算法以分析ecg数据波形，并且运行ai ecg图像分析的冗余算法来分析心脏病，其中ecg信号是通过网关4000从多生物信号测量设备1000接收的。插入有外部ecg电极211的多生物信号测量设备1000执行与外部ecg电极的信道相对应的多信道心脏病分析功能。
[0120]
预后预测分析服务器2300与his 3000互通以检查患者的病史或治疗历史，并且基于来自心脏病分析服务器2200的心脏病信息以及来自生物特征监测服务器2100的实时生物特征信息执行疾病的预后预测分析功能和风险预测功能。
[0121]
心脏病分析服务器2200和预后预测分析服务器2300可以与远程监测系统2000分离并存在于云中。
[0122]
图7是示出针对内置或外部ecg传感器数据的基于人工智能的诊断算法的图。心脏病分析服务器2200可以通过驱动基于ai的诊断算法来预测心脏病。心脏病分析服务器2200可以包括在远程监测系统2000中或与远程监测系统2000分离。
[0123]
图8是示出通过学习多个生物信号、心脏病分析结果和病史来通知疾病的预后预测结果的预后预测服务器的配置的框图。预后预测服务器可以包括在远程监测系统2000中或者与远程监测系统2000分开安装。
[0124]
使用普通患者设备的多生物信号测量方法
[0125]
对于用于普通患者的设备，当患者将多生物信号测量设备1000穿戴在手腕上时，可以根据由生物特征监测服务器2100提供的测量周期以非侵入性方式在无意识状态下自动测量多个生物信号。当根据测量周期从可穿戴多生物信号测量设备1000输出通知声音或从可穿戴多生物信号测量设备1000接收通知消息时，可以由用户(患者)直接测量呼吸速率、单信道(或导联i)ecg和体温。
[0126]
为了通过在无意识测量期间保持患者的姿势稳定来提高测试精度，预设测量时间的通知消息与通知声音一起显示在多生物信号测量设备1000的显示器上，并且当患者的稳定姿势保持预定时间或更长时间时，自动执行无意识测量。可以通过加速度传感器206和陀螺仪传感器207实时检测患者的姿势。
[0127]
当多生物信号测量设备1000接收到请求测量体温的通知消息时，将用于测量前额的温度的外部温度计(例如非接触式温度计)放置在患者的前额上允许使用ir传感器自动测量温度并将其记录在服务器中。当接收到ecg或呼吸速率测量通知消息时，将与穿戴多生物信号测量设备1000的手相对的手的手指放置在第二ecg电极203上持续30秒允许自动测量单信道ecg和呼吸速率并将其记录在服务器中。
[0128]
使用加速度传感器206和陀螺仪传感器207实时检查有关患者的运动量和睡眠的信息，并通过预先安装在患者的移动终端上的专用应用(app)提供每日活动统计和睡眠信息，使得每日活动统计和睡眠信息以及多个生物信号的测量结果实时提供给患者和医务人员的移动终端以及医院的监测系统。
[0129]
使用用于具有中度或重度症状的患者的设备的多生物信号测量方法
[0130]
对于用于具有中度或重度症状的患者的设备，可以根据具有普通患者设备的患者的症状的严重程度提供连接外部ecg电极和/或外部ppg传感器的3导联ecg贴片。
[0131]
在用于具有中度或重度症状的患者的设备中，基本的多生物信号以与用于普通患者的设备中相同的方式以预设的间隔进行测量。另外，当多生物信号测量设备1000根据生物信号测量设置时间接收到ecg测量通知消息时，将连接到外部ecg电极的ecg贴片附接到胸部允许3导联ecg测量数据自动记录在服务器中。另外，当外部ecg电极多生物信号测量设备1000接收到氧饱和度测量消息时，将外部ppg传感器附接到手指允许外部ppg传感器测量的氧饱和度测量数据自动记录在服务器中。
[0132]
已经参照附图更详细地描述了本发明的实施例，但是本发明不必限于这些实施例，并且可以在不脱离本发明的技术精神的情况下进行各种修改。因此，本发明所公开的实施例并非旨在限制本发明的技术精神，而是用于解释，并且本发明的技术精神的范围不限于这些实施例。因此，应当理解，上述实施例在所有方面都是示例性的而不是限制性的。本发明的范围应由所附权利要求书来解释，并且等同范围内的所有技术精神应被解释为包括
在本发明的范围内。
[0133]
工业适用性
[0134]
根据本发明，使用单独提供给重病住院患者或需要预后管理的出院患者的可穿戴多生物信号测量设备，可以在无意识的状态下测量多个生物信号，并且患者可以他自己/她自己测量所需的生物信号。此外，远程监测系统通过无线通信网络连接到可穿戴多生物信号测量设备，从而连续实时地监测从可穿戴多生物信号测量设备接收的多个生物信号。因此，对于重病住院患者，可以以非接触的方式进行多个生物信号的测量和监测，并且对于需要预后管理的出院患者，可以远程进行预后管理，而无需到访医院。

技术特征：
1.一种用于测量多个生物信号的可穿戴设备，包括：主体，具有一个或多个外部端口；腕带，连接到所述主体并缠绕在用户的手腕上；以及一个或多个外部传感器，连接到所述外部端口，其中，所述主体包括：一个或多个内置传感器，被配置为测量生物信号；无线通信单元，被配置为将从所述内置传感器或所述外部传感器获得的多个生物信号发送到外部；用户接口单元，被配置为显示指示所述多个生物信号的测量的通知消息并接收用户数据；传感器控制单元，被配置为放大所述内置传感器的输出信号并将放大后的信号转换为数字信号，检测所述外部传感器是否连接到所述外部端口，并且当所述外部传感器连接到所述外部端口时，禁用与所述外部端口测量相同生物信号的内置传感器；以及中央控制单元，被配置为将来自所述传感器控制单元的多生物信号数据提供给所述无线通信单元，并且将从所述无线通信单元接收到的通知消息发送给所述用户接口单元的显示器。2.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其中：所述内置传感器包括内置心电图(ecg)传感器、内置氧饱和度传感器、内置呼吸速率传感器、内置加速度传感器、内置陀螺仪传感器、内置气压传感、内置体温传感器、以及内置温度传感器；并且所述外部传感器包括以下项中的一个或多个：与外部ecg电极连接的外部心电图贴片、外部氧饱和度传感器、外部血压监测器和外部体温传感器。3.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其中，所述主体包括：后表面，所述后表面在所述腕带缠绕在所述用户的手腕上时面向所述用户的手腕，并且通过所述后表面暴露所述内置氧饱和度传感器和所述内置ecg传感器的第一电极；以及前表面，所述内置体温传感器、所述内置ecg传感器的第二电极和所述用户接口单元的显示器在所述前表面处暴露。4.根据权利要求2或3所述的可穿戴设备，其中，所述传感器控制单元被配置为：当所述外部ecg电极连接到所述外部端口时，禁用与所述内置ecg电极连接的内置ecg测量单元，并启用与所述外部ecg电极连接的外部ecg测量单元；以及当所述ppg传感器连接到所述外部端口时，禁用与所述内置ppg传感器连接的内置ppg测量单元，并启用与所述外部ppg传感器连接的内置ppg测量单元。5.一种通过无线通信网络连接到多生物信号测量设备的远程监测系统，所述多生物信号测量设备包括具有一个或多个外部端口的主体、连接到所述主体并缠绕在用户的手腕上的腕带、以及连接到所述外部端口的一个或多个外部传感器，其中所述远程监测系统被配置为：在生物特征监测服务器中使用图表按时间序列显示从所述多生物信号测量设备接收到的多个生物信号；将接收到的心电图(ecg)信号发送至基于人工智能(ai)的心脏病分析服务器，并接收
心脏病的分析结果；接收基于以下项通过ai学习获得的预后预测分析结果：接收到的多个生物信号、所述心脏病分析服务器的分析结果以及医院信息系统的病史；以及分析从所述多生物信号测量设备接收到的数据，以实时监测穿戴所述多生物信号测量设备的用户的活动水平、睡眠、睡眠呼吸暂停和跌倒，并确定所述用户的位置以及所述用户是否离开隔离区。6.根据权利要求5所述的远程监测系统，其中，所述远程监测系统响应于所述多生物信号测量设备与近场通信(nfc)/射频识别(rfid)读取器接触，发送简档消息，所述简档消息包括患者信息、生物信号的类型、生物信号的测量周期以及多生物信号测量设备的隔离范围。7.根据权利要求5所述的远程监测系统，其中，所述远程监测系统响应于预后预测的结果超过为每个患者设置的参考值而发出警报，将所述结果的警报消息发送至医务人员的移动终端或患者的多生物信号测量设备，并允许在所述医务人员和所述患者之间发送或接收消息。8.根据权利要求5所述的远程监测系统，其中，所述远程监测系统向所述多生物信号测量设备发送位置的定位请求信号，以监测患者是否已经离开预定位置范围。9.根据权利要求5所述的远程监测系统，其中，所述多生物信号测量设备的生物信号的类型或测量周期根据患者的症状严重程度或预后以手动或自动方式远程设置。

技术总结
本发明涉及一种用于测量多个生物信号的可穿戴设备以及使用该可穿戴设备的远程监测系统，并且用于测量多个生物信号的可穿戴设备涉及一种生物特征数据测量系统，且包括：具有一个或多个外部端口的主体；腕带，连接到主体并缠绕在用户的手腕上；以及连接到外部端口的一个或多个外部传感器。用于测量多个生物信号的可穿戴设备包括：一个或多个内部传感器，用于测量多个生物信号；无线通信单元，用于将从内部传感器或外部传感器获得的多个生物信号发送到外部；用户接口单元，用于显示指示多生物信号测量的通知消息并接收用户数据的输入；传感器控制单元，其放大内部传感器的输出信号，将放大后的信号转换为数字信号，并检测外部传感器是否连接到外部端口，以在外部传感器连接到外部端口时停用用于测量与外部端口测量的生物信号相同的生物信号的内部传感器；以及中央控制单元，用于将来自传感器控制单元的多生物信号数据提供给无线通信单元，并且将从无线通信单元接收到的通知消息发送给用户接口单元的显示器。口单元的显示器。口单元的显示器。


技术研发人员：全才厚
受保护的技术使用者：麦迪法默索芙特有限公司
技术研发日：2021.12.14
技术公布日：2023/10/7