CN104398358A - 一种测量心脏生理参数的床垫 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测量心脏生理参数的床垫。该床垫包括床垫本体、传感器和信号处理器，其中：该传感器位于该床垫本体的上表面，且包括第一电极和第二电极,该第一电极和该第二电极之间具有间隔；该信号处理器与该第一电极和该第二电极相连接，用于处理来自该第一电极和该第二电极的心电信号并根据该心电信号生成该心脏生理参数。本发明所提供的上述床垫，在保证了心脏生理参数测量的准确性的同时，允许用户在床垫上任意活动身体，提高了用户体验。

Description

一种测量心脏生理参数的床垫

技术领域

本发明涉及医疗用品领域，具体地，涉及一种测量心脏生理参数的床垫。

背景技术

随着生活水平的日益提高，人们对于自身的健康状况越来越重视。特别是一些身体存在健康问题的人，其可能希望时时监测人体的一些生理参数。例如，对于心血管疾病的患者，其可能希望通过传感器时时监测心脏生理参数。

科技的发展，有力的支撑了人们的上述需求。目前，已经存在各种传感器，用于方便地测量人体的心脏生理参数。但是，这些传感器通常需要其中的多个电极经由导电膏与身体的持续接触。如果用户采用这种传感器测量睡眠时的心脏生理参数，不能随意变换睡姿，以避免电极从人体脱落。这极大地影响了用户睡眠的舒适度。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种测量心脏生理参数的床垫。该床垫包括床垫本体、传感器和信号处理器，其中：该传感器位于该床垫本体的上表面，且包括第一电极和第二电极,该第一电极和该第二电极之间具有间隔；该信号处理器与该第一电极和该第二电极相连接，用于处理来自该第一电极和该第二电极的心电信号并根据该心电信号生成该心脏生理参数。

根据本发明一个实施例，该第一电极和该第二电极是长方形且互相平行，并且该第一电极和该第二电极与该床垫的头部平行。

根据本发明一个实施例，该第一电极和该第二电极的宽度是7厘米至18厘米。更优地，该第一电极和该第二电极的宽度是9厘米至12厘米。

根据本发明一个实施例，该间隔是11厘米至25厘米。更优地，该间隔是13厘米至20厘米。

根据本发明一个实施例，该第一电极和该第二电极的长度是60厘米至85厘米。

根据本发明一个实施例，该第一电极和该第二电极包括导电织物。可选地，该导电织物的厚度是1毫米至1.8毫米。

根据本发明一个实施例，该信号处理器嵌入该床垫本体内。

根据本发明一个实施例，该床垫还包括扬声器，该信号处理器还用于基于该心脏生理参数驱动该扬声器发出警报。

本发明所提供的上述床垫，在保证了心脏生理参数测量的准确性的同时，允许用户在床垫上任意活动身体，提高了用户体验。

在发明内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1是根据本发明一个具体实施例的测量心脏生理参数的床垫的示意图；

图2是根据本发明另一个具体实施例的测量心脏生理参数的床垫的示意图

图3a至图3f分别示出了利用不同床垫所采集的用户A的心脏生理参数波形图；

图4a至图4f分别示出了利用不同床垫所采集的用户B的心脏生理参数波形图；

图5a至图5g分别示出了利用不同床垫所采集的用户A的心脏生理参数波形图；以及

图6a至图6g分别示出了利用不同床垫所采集的用户B的心脏生理参数波形图。

具体实施方式

在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

根据本发明的一个方面，提供了一种测量心脏生理参数的床垫。该床垫可以置于医院或家庭中的床上。用户可以穿着睡衣直接躺在上面或者隔一层床单躺在上面。该床垫可以测量躺卧在其上的用户的心脏生理参数。

图1示出了根据本发明一个具体实施例的测量心脏生理参数的床垫100。如图1所示，该床垫100包括床垫本体101、传感器102和信号处理器103。传感器102位于床垫本体101的上表面，且包括第一电极1021和第二电极1022。第一电极1021和第二电极1022之间具有间隔。信号处理器103与第一电极1021和第二电极1022相连接，用于处理来自第一电极1021和第二电极1022的心电信号并根据该心电信号生成心脏生理参数。

心电信号是典型的人体电信号，其是心脏的无数心肌细胞电活动的综合反映。心电信号在体表表现为电位差信号。在本发明的具体实施例中，利用第一电极1021和第二电极1022来测量人体的心电信号。第一电极1021和第二电极1022可以构成一个电容，二者容性耦合体表的心电电位。当床垫100在使用时，用户通常躺卧在使心脏位于第一电极1021和第二电极1022之间的位置，从而使第一电极1021和第二电极1022测量心脏上、下两个位置的电位差。第一电极1021可以具有较高输入阻抗。第二电极1022可以作为参考电极。

因为心电信号信号强度弱，易受干扰，所以，采用信号处理器103对心电信号进行进一步的处理。例如，首先，将来自第一电极1021和第二电极1022的心电信号进行放大。然后，将经放大的信号进行滤波，以去除干扰噪声并生成有效的心脏生理参数。

本领域普通技术人员可以理解，本发明中的术语“连接”可以是物理连接或逻辑连接，例如，有线连接和无线连接。例如，第一电极1021和第二电极1022可以通过蓝牙、射频等方式将心电信号传输到信号处理器103。

只要用户躺卧在上述床垫100上，即可方便且准确地监测用户的心脏生理参数，而无需将多个电极束缚到人体的各个部位。该床垫100在对用户进行心电监测过程中，没有对用户动作的束缚。其给用户带来了较好的用户体验，特别是对于睡眠中的用户。

根据本发明一个实施例，该第一电极1021和该第二电极1022可以是长方形且互相平行，并且该第一电极1021和该第二电极1022可以与该床垫100的头部平行。当床垫使用时，与床头相对应的部分称为床垫的头部。如上所述，人体心电信号是一种弱电信号。心电信号通常会受到各种噪声的干扰，例如人体运动的干扰。本实施例中，第一电极1021和第二电极1022是长方形并且分别是一个整体。这允许人体在床垫100上翻身，同时保持人体与第一电极1021和第二电极1022具有较大面积接触。第一电极1021和第二电极1022相互平行，并且第一电极1021和第二电极1022与床垫100的头部平行。这使得第一电极1021和第二电极1022之间的间隔保持不变。这样，人体在床垫100上的翻身动作不会影响心电参数的测量结果，有效保证了测量结果的准确性。

图2示出了根据本发明另一个具体实施例的测量血压的床垫200。该床垫200包括床垫本体201、传感器202和信号处理器203。其中，床垫本体201和信号处理器203的功能与结构分别与以上所详细描述的床垫本体101和信号处理器103的功能与结构类似。为了简洁，在此不再赘述。在床垫200中，传感器202包括第一电极2021和第二电极2022。第一电极2021和第二电极2022是电连接的多个子电极的阵列。因为电极面积的减小，使得床垫200的这种实现方式更加节省电极材料。

实验数据表明，第一电极的宽度Wa和第二电极的宽度Wb的数值对于心电信号的测量具有显著影响，在此仅以图3a至图3f以及图4a至图4f示出，其中Wa和Wb分别参考图1和图2。图3a至图3f分别示出了利用不同床垫所采集的用户A的心脏生理参数波形图；图4a至图4f分别示出了利用不同床垫所采集的用户B的心脏生理参数波形图。其中波形图的纵轴表示表征心脏生理参数大小的电压，波形图的横轴表示时间。床垫的不同在于床垫电极的宽度不同。图3a和图4a中所示的波形图是采用第一电极的宽度Wa和第二电极的宽度Wb均为18厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为2.8伏特。图3b和图4b中所示的波形图是采用第一电极的宽度Wa和第二电极的宽度Wb均为15厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为2.6伏特。图3c和图4c中所示的波形图是采用第一电极的宽度Wa和第二电极的宽度Wb均为12厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为2.0伏特。图3d和图4d中所示的波形图是采用第一电极的宽度Wa和第二电极的宽度Wb均为9厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为1.7伏特。图3e和图4e中所示的波形图是采用第一电极的宽度Wa和第二电极的宽度Wb均为7厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为1.0伏特。图3f和图4f中所示的波形图是采用第一电极的宽度Wa和第二电极的宽度Wb均为4.5厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为0.5伏特。

一方面，第一电极和第二电极在使用时需要分别位于用户心脏的两端，而心脏的上端与肩部的距离是有限的。所以，电极的宽度受到此距离的限制。另一方面，在一定范围内，电极的宽度越宽，则电极与人体的接触面积越大，波形越清晰，无杂波。例如，电极的宽度小于7厘米，则床垫所采集的波峰值可能小于1.0伏特，这将给心脏生理参数的测量有效性造成困扰。再一方面，电极的宽度越宽，则需要更多的材料来制造电极，这增加了床垫的制造成本。权衡测量结果与成本，第一电极的宽度Wa和第二电极的宽度Wb可选择为7厘米至18厘米。可选地，第一电极的宽度Wa和第二电极的宽度Wb相同。

从以上测量数据可以注意到，电极宽度为9厘米的床垫所采集的波峰值约为1.7伏特，而该值对于心脏生理参数的测量来说是足够的。此外，电极的宽度如果从12厘米继续增大，波峰值并没有相应地显著增加。基于此，优选地，第一电极的宽度Wa和第二电极的宽度Wb为9厘米至12厘米。

可选地，第一电极和第二电极之间的间隔可以是11厘米至25厘米，如图1和图2中Wi所示。优选地，该间隔Wi是13厘米至20厘米。

图5a至图5g分别示出了利用不同床垫所采集的用户A的心脏生理参数波形图；图6a至图6g分别示出了利用不同床垫所采集的用户B的心脏生理参数波形图。其中波形图的纵轴表示表征心脏生理参数大小的电压，波形图的横轴表示时间。床垫的不同在于床垫的电极之间的间隔Wi不同。图5a和图6a中所示的波形图是采用电极之间的间隔Wi为30厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为0.9伏特。图5b和图6b中所示的波形图是采用电极之间的间隔Wi为25厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为1.0伏特。图5c和图6c中所示的波形图是采用电极之间的间隔Wi为20厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为1.3伏特。图5d和图6d中所示的波形图是采用电极之间的间隔Wi为15厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为2.0伏特。图5e和图6e中所示的波形图是采用电极之间的间隔Wi为13厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为1.2伏特。图5f和图6f中所示的波形图是采用电极之间的间隔Wi为11厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为1.0伏特。图5g和图6g中所示的波形图是采用电极之间的间隔Wi为9厘米的床垫所采集的，其中波峰值约为0.9伏特。

实验数据表明，间隔Wi的数值对于所采集的心电信号的测量具有显著影响。采集心电信号的第一电极和第二电极分别位于心脏的上、下两端获得的信号质量最好。间隔Wi过宽或者过窄会导致信号杂波太多或者波幅太小。床垫的电极之间的间隔Wi优选距离为15CM，其采集的波形图如图5d和图6d所示，其波形的波峰明显，信噪比大。

可选地，第一电极和第二电极的长度可以是60厘米至85厘米。此长度的电极能够保证即使人体在床垫上翻身，仍能够与人体保持适当的接触面积。进而，保证了心脏生理参数的测量的准确性。

根据本发明一个具体实施例，第一电极和第二电极可以包括导电织物，例如导电布。导电织物是导体，可以起到电位差信号测量的作用。导电织物不仅可以与人体容性耦合；而且因为导电织物相对较薄，并且具有韧性，其还可以在物理上与床垫本体较好地贴合，可以使得床垫更具舒适性。可选地，该导电织物的材料包括铜镍合金。铜和镍之间彼此可无限固溶，形成铜镍合金。铜镍合金延展性好，适于用作导电织物中的金属导体。

可选地，该导电织物的厚度可以是1毫米至1.8毫米。该厚度即保证了导电织物中包含适量的金属导体，进而确保了测量的准确度；又兼顾了床垫的舒适度和成本。

根据本发明一个具体实施例，信号处理器可以嵌入床垫本体内。例如，紧邻床垫本体的侧边嵌入床垫本体。在本发明中，床垫本体的侧边是指当床垫使用时与床的侧部相对应的边。将信号处理器嵌入床垫本体内，不会因为信号处理器的存在给用户躺卧时舒适度造成不良影响，保证了用户体验良好。

根据本发明一个具体实施例，该床垫还包括扬声器，信号处理器还用于基于心脏生理参数驱动该扬声器发出警报。当心脏生理参数低于第一阈值或高于第二阈值的状态持续固定时间，例如30秒，信号处理器可以驱动扬声器发出蜂鸣声，以提示用户以及其他人该用户的心脏可能处于异常状态。该扬声器的存在，能够使患病用户得到及时救治，避免悲剧发生。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (11)

1.一种测量心脏生理参数的床垫，包括床垫本体、传感器和信号处理器，其中：

所述传感器位于所述床垫本体的上表面，且包括第一电极和第二电极,所述第一电极和所述第二电极之间具有间隔；

所述信号处理器与所述第一电极和所述第二电极相连接，用于处理来自所述第一电极和所述第二电极的心电信号并根据所述心电信号生成所述心脏生理参数。

2.如权利要求1所述的床垫，其中，所述第一电极和所述第二电极是长方形且互相平行，并且所述第一电极和所述第二电极与所述床垫的头部平行。

3.如权利要求2所述的床垫，其中，所述第一电极和所述第二电极的宽度是7厘米至18厘米。

4.如权利要求3所述的床垫，其中，所述第一电极和所述第二电极的宽度是9厘米至12厘米。

5.如权利要求2所述的床垫，其中，所述间隔是11厘米至25厘米。

6.如权利要求5所述的床垫，其中，所述间隔是13厘米至20厘米。

7.如权利要求2所述的床垫，其中，所述第一电极和所述第二电极的长度是60厘米至85厘米。

8.如权利要求1所述的床垫，其中，所述第一电极和所述第二电极包括导电织物。

9.如权利要求8所述的床垫，其中，所述导电织物的厚度是1毫米至1.8毫米。

10.如权利要求1所述的床垫，其中，所述信号处理器嵌入所述床垫本体内。

11.如权利要求1所述的床垫，其中，所述床垫还包括扬声器，所述信号处理器还用于基于所述心脏生理参数驱动所述扬声器发出警报。