一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法及系统

技术领域

本发明涉及温度测量技术领域，具体来说，涉及一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法及系统。

背景技术

目前，对人体核心体温的检测，通常使用接触式的舌温、腋温、直肠温测量或非接触式的额温、耳温测量等方法，而前者需要较长的测量时间来等待温度计与人体之间达到传导式的热平衡状态，后者大多建立在红外热电堆技术之上，其测量精度尤其不适用于被测者从高温场合进入低温场合，或从低温场合进入高温场合的情况。此外，以上两种检测方法都需要被测者的配合，无法做到持续、非介入式的检测。

根据相关论文以及其它文献显示，如图11所示为实际腋温与额温和腕温(内关温)的偏差比较，腕部温度平均比腋温低2.6℃，但可以通过合理的补偿算法解决，而腕温与实际腋温偏差的变异系数为0.35，小于额温与实际腋温偏差的变异系数0.50，在临床实际应用中有更大的应用价值，因此本发明提供了一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法及系统。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法及系统，通过穿戴设备对被测者进行持续、非介入式的等效核心体温检测，可以在大流行病期间快速、简易地筛查体温异常状况，也可以为体温快速流失(感冒风险)、生理期或孕期、长期体温异常等状况提供医学依据，等效核心体温算法的精度在实际验证中可以达到±0.2℃的典型精度，优于非接触式的额温、耳温测量方法，同时也不需要接触式测量方法的热平衡时间(一般为5-10分钟)，从而克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法，该方法包括以下步骤：

S1、利用预设的数据采集设备获取环境温度及用户的腕部温度和腋部温度；

S2、基于充分的用户数据分析并归纳环境温度、腕部温度与腋部温度之间的关联性，建立等效核心体温算法模型；

S3、利用等效核心体温算法模型计算得到相应用户的等效核心体温；

其中，所述S2中基于充分的用户数据分析并归纳环境温度、腕部温度与腋部温度之间的关联性，建立等效核心体温算法模型包括以下步骤：

S21、基于充分的用户数据构建多组用户关于环境温度、腕部温度及腋部温度的温度数据点云；

S22、对所述温度数据点云进行权重配比分析，归纳环境温度、腕部温度与腋部温度之间的关联性，建立等效核心体温算法模型如下：

进一步的，所述数据采集设备包括穿戴设备及核心体温测量设备；

所述穿戴设备为带有环境温度传感器和皮肤温度传感器的手环，所述环境温度传感器通过手环上的开孔测量环境温度，所述皮肤温度传感器通过接触式热传导测量用户的腕部皮肤温度；

所述核心体温测量设备为带有腋下温度传感器的紧凑设备，所述腋下温度传感器通过接触式热传导测量用户的腋部温度。

进一步的，所述S1利用预设的数据采集设备获取环境温度及用户的腕部温度和腋部温度包括以下步骤：

S11、启动所述穿戴设备及核心体温测量设备；

S12、所述穿戴设备及核心体温测量设备进行蓝牙通讯自检；

S13、通过所述穿戴设备中的环境温度传感器和皮肤温度传感器分别获取环境温度和用户的腕部温度，并通过所述核心体温测量设备中的腋下温度传感器获取用户的腋部温度；

S14、利用预设数据校验方法分别对环境温度、腕部温度及腋部温度的数据进行校验；

S15、所述穿戴设备对校验后的温度数据进行储存，同时所述核心体温测量设备通过蓝牙将腋部温度同步至穿戴设备；

S16、对所述穿戴设备中存储的环境温度、腕部温度及腋部温度的数据进行数据清洗及算法平滑处理。

进一步的，所述S11中启动所述穿戴设备及核心体温测量设备之前还包括：用户佩戴预先准备的所述穿戴设备及核心体温测量设备。

进一步的，所述S13中皮肤温度传感器与腕部皮肤的接触方式为通过PCB软板及导热接触引脚、通过接触弹簧及导热接触引脚或通过导热焊盘及接触引脚中的任意一种。

进一步的，所述S14中数据校验方法通过均值回归算法进行，且该数据校验方法包括通过均值回归算法分别对环境温度、腕部温度及腋部温度的数据进行校验。

进一步的，采用均值回归算法对腕部温度进行校验包括以下步骤：

首先设定温度场的变化在秒级的时域内为平滑连续的，接着计算第一个温度点T

进一步的，所述S16中数据清洗的过程主要依赖时间戳、佩戴解除记录与充电记录的辅助信息，将异常数据的权重配置为0，进而获得可以高度置信的数据集。

进一步的，所述S3中利用等效核心体温算法模型计算得到相应用户的等效核心体温应与该用户实际腋部温度之间的偏差保持在预设的合理范围内。

根据本发明的另一个方面，提供了一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取系统，该系统包括用于温度采集的数据采集设备和用于等效核心体温算法模型构建的模型构建模块；

其中，所述数据采集设备包括穿戴设备和核心体温测量设备；

所述穿戴设备包含但不限于佩戴于用户腕部的智能手环或智能手表的智能设备中的任意一种，所述穿戴设备上分别设置有环境温度传感器和皮肤温度传感器，且所述环境温度传感器通过穿戴设备上的开孔测量环境温度，所述皮肤温度传感器通过接触式热传导测量用户的腕部皮肤温度；

所述核心体温测量设备为带有腋下温度传感器的紧凑设备，且所述腋下温度传感器通过接触式热传导测量用户的腋部温度，

所述穿戴设备及核心体温测量设备的内部均设置有主芯片及电源管理单元，且所述穿戴设备的内部还设置有显示通讯模块。

本发明的有益效果为：

1)、本发明相对于当下主流的两类体温检测方式，通过建立的等效核心体温算法，可以支持普及率较高的穿戴设备持续、非介入的进行体温检测，既解决了非接触式红外热电堆方式的精度偏差问题，又解决了接触式水银或电子温度计的测量准备时间过长问题，为大流行病期间实现快速、高效、无感的体温异常筛查提供了极具经济性的选择，同时也可以为感冒发烧提供预警，为生理周期、孕期基础体温等提供持续、精确的医学参考。

2)、相较于非接触式的额温或耳温测量，本发明可以实现±0.2℃的典型精度和±0.1℃的最高精度；相较于接触式的舌温、腋温或直肠温测量，本发明几乎完全“无感”，不需要被测者的高度配合意愿，更不需要长达5-10分钟的准备时间。

3)、与传统的两类体温测量方式的单点数据相比，本发明持续体温测量还可以通过大数据进行用户画像，对短周期内的异常体温变化进行感冒发烧等预警，对长周期内的异常体温变化进行进一步的医学分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法中穿戴设备的电路架构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法中穿戴设备的电路架构示意图；

图4是根据本发明实施例的一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法中核心体温测量设备的电路架构示意图；

图5是根据本发明实施例的一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法中温度传感器与腕部皮肤的接触方式一的示意图；

图6是根据本发明实施例的一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法中温度传感器与腕部皮肤的接触方式二的示意图；

图7是根据本发明实施例的一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法中温度传感器与腕部皮肤的接触方式三的示意图；

图8是根据本发明实施例的一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法中等效核心体温算法数据采集设备的工作流程图；

图9是根据本发明实施例的一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法中被测用户A的环境、腕部皮肤与腋下温度数据点云示意图；

图10是根据本发明实施例的一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法中被测用户B的环境、腕部皮肤与腋下温度数据点云示意图；

图11是现有技术中实际腋温与额温和腕温(内关温)的偏差比较示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法及系统，该方法为热传导式的数字温度传感器在持续、非介入式人体核心体温监测中的操作方法，其通过一套初始设备(包含一个腕部设备，一个腋下设备)在充分范围(性别、区域、季节、昼夜、身体状态)内获取用户数据，基于相对充分的用户数据分析并归纳环境温度(T

基于这样一套等效核心体温算法T

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-10所示，根据本发明的一个实施例，提供了一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取方法，目的是通过穿戴设备持续检测环境和腕部皮肤温度，并经算法推导出人体核心体温，达到±0.2℃的典型精度，具体的，该方法包括以下步骤：

S1、利用预设的数据采集设备获取环境温度及用户的腕部温度和腋部温度；具体的，所述数据采集设备包括穿戴设备及核心体温测量设备；如图2所示，为可穿戴设备的环境温度与腕温获取示意图，所述穿戴设备为带有两组数字测温单元(环境温度传感器和皮肤温度传感器)的手环，一组(环境温度传感器)通过开孔测量空气温度，另一组(皮肤温度传感器)通过接触式热传导测量腕部皮肤温度，两组单元都需要合理的空间结构及PCB设计来避免发热器件以及彼此之间的影响。通过蓝牙模块进行数据同步。所述穿戴设备的电路架构如图3所示。

所述核心体温测量设备为带有一组数字测温单元(腋下温度传感器)的紧凑设备，通过接触式热传导测量腋温，测量结果通过蓝牙模块同步至穿戴设备，为建立算法提供完备的数据集。所述核心体温测量设备的电路架构如图4所示。

数字温度传感器选用在体温范围内精度高达±0.1℃的产品，其启动时间典型值为1毫秒，转换时间典型值为104毫秒，可以实现较高的采样频率。

与水银温度计相同，该数字温度传感器通过热传导方式进行温度测量，考虑到温度场的连续性，0.1秒左右的转换时间完全可以覆盖等效核心体温测量的需求。但环境温度、腕部温度传感器获取数据的物理过程，以及在系统与PCB设计上的关键点如下。

数字温度传感器与腕部皮肤的接触方式一，通过PCB软板及导热接触引脚如图5所示；

数字温度传感器与腕部皮肤的接触方式二，通过接触弹簧及导热接触引脚如图6所示；

温度传感器与腕部皮肤的接触方式三，通过导热焊盘及接触引脚如图7所示。

由于温度场的变化具有极佳的连续性，在较高采样频率下获取的数据畸变，大多可以被认为是佩戴张弛或其它异常热传导模式带来的，通过算法调整畸变数据的权重能够较好的解决这一问题。如图8为整个数据采集设备的工作流程图；

具体的，所述S1包括以下步骤：

S11、启动所述穿戴设备及核心体温测量设备；具体的，所述S11之前还包括：用户佩戴预先准备的所述穿戴设备及核心体温测量设备。

S12、所述穿戴设备及核心体温测量设备进行蓝牙通讯自检；

S13、通过所述穿戴设备中的环境温度传感器和皮肤温度传感器分别获取环境温度和用户的腕部温度，并通过所述核心体温测量设备中的腋下温度传感器获取用户的腋部温度；

S14、利用预设数据校验方法分别对环境温度、腕部温度及腋部温度的数据进行校验；具体的，所述S14中数据校验方法通过均值回归算法进行，且该数据校验方法包括通过均值回归算法分别对环境温度、腕部温度及腋部温度的数据进行校验。

采用均值回归算法对腕部温度进行校验包括以下步骤：

首先设定温度场的变化在秒级的时域内为平滑连续的，接着计算第一个温度点T

S15、所述穿戴设备对校验后的温度数据进行储存，同时所述核心体温测量设备通过蓝牙将腋部温度同步至穿戴设备；

S16、对所述穿戴设备中存储的环境温度、腕部温度及腋部温度的数据进行数据清洗及算法平滑处理。具体的，所述S16中数据清洗的过程主要依赖时间戳、佩戴解除记录与充电记录的辅助信息，将异常数据的权重配置为0，进而获得可以高度置信的数据集。

等效核心体温算法的精度及柔性，由采集设备获取的数据完备性决定。为了尽可能的覆盖以下长尾场景如：性别、年龄、地域、气候、昼夜节律、生理周期、高烧低烧、服用退烧药物等，数据采集的志愿用户需要分布在不同的年龄、不同地域的两性之间，需要尽可能低功耗以满足较长的采集时段。如图9和图10所示，为通过上述采集设备获取的两组温度数据示意图。

S2、基于充分的用户数据分析并归纳环境温度、腕部温度与腋部温度之间的关联性，建立等效核心体温算法模型；

其中，所述S2包括以下步骤：

S21、通过较长的时间和地域覆盖范围进行采样，基于充分的用户数据构建多组用户关于环境温度、腕部温度及腋部温度的温度数据点云；

S22、对所述温度数据点云进行权重配比等分析，归纳环境温度、腕部温度与腋部温度之间的关联性，建立一套典型精度高达±0.2℃的等效核心体温算法模型如下：

用于可穿戴设备的等效核心体温算法模型，参考了公开的额温与核心体温间的相关性公式如下：

其中，T

S3、利用等效核心体温算法模型计算得到相应用户的等效核心体温；

其中，所述S3中利用等效核心体温算法模型计算得到相应用户的等效核心体温应与该用户实际腋部温度之间的偏差保持在预设的合理范围内，比如±0.2℃。

基于本发明的一套等效核心体温算法，穿戴设备可以持续、非介入的检测佩戴者的核心体温，经过水银温度计测量的腋温进行比对，证实该算法可以实现±0.2℃的典型精度，在体温平稳的情况下甚至可以达到±0.1℃的最高精度。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种适用于穿戴设备的等效核心体温获取系统，该系统包括用于温度采集的数据采集设备和用于等效核心体温算法模型构建的模型构建模块；

其中，所述数据采集设备包括穿戴设备和核心体温测量设备；

所述穿戴设备包含但不限于佩戴于用户腕部的智能手环或智能手表的智能设备中的任意一种，所述穿戴设备上分别设置有环境温度传感器和皮肤温度传感器，且所述环境温度传感器通过穿戴设备上的开孔测量环境温度，所述皮肤温度传感器通过接触式热传导测量用户的腕部皮肤温度；

所述核心体温测量设备为带有腋下温度传感器的紧凑设备，且所述腋下温度传感器通过接触式热传导测量用户的腋部温度，

所述穿戴设备及核心体温测量设备的内部均设置有主芯片及电源管理单元，且所述穿戴设备的内部还设置有显示通讯模块。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明相对于当下最主流的两类体温检测方式，通过建立的等效核心体温算法，可以支持普及率较高的穿戴设备持续、非介入的进行体温检测，既解决了非接触式红外热电堆方式的精度偏差问题，又解决了接触式水银或电子温度计的测量准备时间过长问题，为大流行病期间实现快速、高效、无感的体温异常筛查提供了极具经济性的选择，同时也可以为感冒发烧提供预警，为生理周期、孕期基础体温等提供持续、精确的医学参考。

此外，相较于非接触式的额温或耳温测量，本发明可以实现±0.2℃的典型精度和±0.1℃的最高精度；相较于接触式的舌温、腋温或直肠温测量，本发明几乎完全“无感”，不需要被测者的高度配合意愿，更不需要长达5-10分钟的准备时间。

此外，与传统的两类体温测量方式的单点数据相比，持续体温测量还可以通过大数据进行用户画像，对短周期内的异常体温变化进行感冒发烧等预警，对长周期内的异常体温变化进行进一步的医学分析。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。