CN105286909B - 一种可穿戴心音和心电特征信息采集及监控系统 - Google Patents
一种可穿戴心音和心电特征信息采集及监控系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种可穿戴心音和心电特征信息采集及监控系统，包括与心音信号采集装置，用以采集心电与心音信号，并通过无线网络进行数据传输；终端设备，用以接收所述心音和心电采集装置采集并通过无线网络发送的心电与心音信号，并将所述心电与心音信号转换为波形存贮并上传至远端数据中心；以及远程数据中心，用以接收所述终端设备发送的心电与心音信号以及其波形进行存档，并通过数据分析及特征提取算法对数据进行分析处理后生成报告发送给用户。本发明通过对海量人体特征的采集及特征提取，可以有效发现各种心脏疾病在各个阶段的特征，通过和用户日常心脏特征的对比，提示用户注意自己的心脏变化。
Description
技术领域
本发明涉及心脏信息采集与监测领域，特别是一种可穿戴心音和心电特征信息采集及监控系统。
背景技术
心脏病已成为人类社会的一大杀手。根据数据显示，在中国五分之二的死亡原因，在美国四分之一的死亡原因是由心脏病造成。数据同时显示，新生婴儿中患有先天性心脏病的只有1%。由此我们可以看出心脏的病变是一个后天的长期的过程。然而我们一直以来都缺乏一种方便快捷的监测手段。在现阶段，人们还只能依靠医院每年的体检对心脏情况做基本了解及疾病预防；或有明显症状后，如胸闷、心痛等，再去医院就诊，但此时病人可能已错过了最好的治疗时机。更为重要的是，由于缺乏有效的监测手段，我们还无法把心脏的长期的慢性病变与人们的日常生活方式联系起来，比如: 饮食、睡眠、体重等等。所以如果我们能够提供一种家用的可穿戴的设备用于心脏的日常监测，能使人们对自己心脏状况有更好的了解及关注。也可以对心脏疾病早期预警起到一定到作用。
心音(听诊器)和心电作为重要的心脏监测手段已广泛的用于临床，但这两种方法又各自存在着不同的缺点。使用听诊器来听取心音，需要训练有素的医务人员，而且长期的经验对于判读的准确率有很大的影响；对于心电而言，医疗机构通常使用12导联。心电图；这些要求都限制了它们在日常生活中的应用。
听诊器作为医生的标准设备，已经有两百年的历史了。今天听诊器依然是一种不可缺少的诊断手段。比起心电、彩超及血检等其他方式，听诊器提供了一种快捷、廉价的手段。但是它也存在着不足，比如使用和判断需要人耳的灵敏度和经验。因此近几十年来，人们一直在用新的技术改进它，使它更易于使用并提高判读的准确性。比如Erik et al。(美国专利No 6,134,331 and 7,006,638) 发明的数字听诊器，可以把心音变成数字信号储存下来，帮助医生更好的分析信号并显著的提高诊断成功率。Kapoor (美国专利 No20150065814) 展示了一种新的听诊器，Kapoor在听诊头上集成了心音和心电等多种传感器，同时此设备可以通过蓝牙把数据实时传到移动设备上。但是所有这些发明体积较大，最终使用者都是医院里具有专业知识的医务人员。
如果能发明一种小型抗外界干扰并且用户可以自己读取结果的设备，这样一来就可以帮助普通用户随时监控日常生活中自己心脏活动状况并对于自己心脏机能有更好的了解。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可穿戴心音和心电特征信息采集及监控系统，本发明通过对海量人体特征的采集及特征提取，可以有效发现各种心脏疾病在各个阶段的特征，通过和用户日常心脏特征的对比，提示用户注意自己的心脏变化。
本发明采用以下方案实现：一种可穿戴心音和心电特征信息采集及监控系统，包括
心电与心音信号采集装置，用以采集心电与心音信号，并通过无线网络进行数据传输；
终端设备，用以接收所述心音和心电采集装置采集并通过无线网络发送的心电与心音信号，并将所述心电与心音信号转换为波形存贮并上传至远端数据中心；
以及远程数据中心，用以接收所述终端设备发送的心电与心音信号以及其波形进行存档，并通过数据分析及特征提取算法对数据进行分析处理后生成报告发送给用户。
进一步地，所述心音与心电信号采集装置包括粘贴片、声音传感器、复数个电极、电路模块；所述粘贴片为医疗级别的硅胶材料，用以将所述心音与心电信号采集装置固定于人体皮肤，所述声音传感器用以采集身体的声音信号，所述电极用以采集身体的心电信号，所述声音传感器与所述电极均与所述电路模块相连，将采集到的声音信号与心电信号传输至所述电路模块进行处理获得稳定的声音信号与心电信号。
较佳的，用户可使用多个声学传感器从不同的方向收集不同的声，以加强对噪声免疫力。
进一步地，所述电路模块包括微处理器、复数个滤波器电路、复数个放大器电路、复数个模数转换电路、供电电路、存储芯片以及无线通信电路；所述声音传感器的输出端依次经一滤波器电路、一放大器电路以及另一滤波器电路后连接至一模数转换电路的输入端，所述模数转换电路的输出端与所述微处理器的输入端相连；每个电极均经一滤波器电路、一放大器电路以及一模数转换电路与所述微处理器的另一输入端相连；所述微处理器的输出端与所述存储芯片相连，用以将处理获得稳定的声音信号与心电信号存储至所述存储芯片中；所述微处理器还与所述无线通信电路相连，用以将处理获得稳定的声音信号与心电信号头通过无线网络传输至终端设备中；所述存储芯片为非易失性存储器。
较佳的，其中与所述声音传感器的输出端依次连接的一滤波器电路、一放大器电路以及另一滤波器电路，所述滤波器电路与放大器电路作为噪声消除和增益控制电路，用以降低环境噪声和增强来自体内信号；所述噪声消除及增益控制电路能够根据不同用户的皮肤状况、身体姿态、身体移动状况及环境噪声状况进行参数调节，从而达到消除或减少环境噪声，增强所采集的人体特征信号强度的作用。所述微处理器作为中心控制单元，通过所述模数字转换电路收集从传感器采集的信号，并将波形存储到非易失性存储，使用无线通信电路与智能终端设备、计算机或嵌入式的系统进行通信、 还可监视电池的状态，并根据心电图波形及心音强度监控心音与心电信号采集装置和心脏的相对位置。
进一步地，所述无线通信电路包括蓝牙通信电路、低功耗蓝牙通信电路、Wifi通信电路、ZigBee通信电路以及ANT通信电路。
进一步地，所述供电电路包括电池、充电电路以及微型USB连接器；所述的微型USB连接器用以连接外部电源设备进行充电并与终端设备进行有线通信，所述微型USB连接器的输出端与所述充电电路的输入端相连，所述充电电路的输出端与所述电池相连。
较佳的，所述的电池为锂充电电池。
进一步地，所述心音与心电信号采集装置为一矩形壳体，所述矩形壳体的宽度小于35mm，长度小于35mm，高度小于10mm；所述所述心音与心电信号采集装置的重量小于40g。
较佳的，所述心音与心电信号采集装置可以通过配套的粘贴片固定在身体上，同时也可以携带在钱包里或挂在项链上。由于装置需要粘贴在人体上，可保证装置正常使用并对用户的日常生活工作影响最小。
进一步地，所述终端设备包括智能手机、智能手表、电脑以及嵌入式系统。
进一步地，所述智能手机、智能手表、电脑以及嵌入式系统均能实现以下功能：设置和控制所述心音与心电信号采集装置；实时查看心音和心电图、浏览存储在非易失性存储器的波形；传输存储的心音和心电波形到远程数据中心；接收和查看分析报告和从远程数据中心浏览历史波形档案和报告；提出问题，对算法提出要求；对远程数据中心、第三方医疗专业人士、数据分析人员提供的服务支付报酬。
较佳的，用户可通过手机或电脑等智能终端，对采集的心音图 (PCG) 和心电图(ECG) 数据进一步分析和比对。比如与用户先前的测量数据和已知疾病的数据模型。与此同时智能终端还可自动根据比对结果向用户提供反馈，提醒用户去进行进一步的医疗检查。
进一步地，专业医护人员或其他机构可利用已保存下来的用户数据和波形进行进一步的分析和研究。与此同时用户可自主选择更适宜他们的分析方法，而这些新方法的发明者或机构也可根据用户人群的大小获得相应的补偿。
进一步地，所述远程数字中心包括：
复数个网络服务器，所述网络服务器通过与智能设备，电脑以及嵌入式系统进行通信，接收采集来的心音和心电波形，生成分析报告并通知用户，对用户的档案及隐私信息进行管理，支持第三方算法选择、建立心脏病模型；
复数个数据库，用来存储波形，分析报告，用户账户信息，心脏病学模型参数，第三方算法和其他信息；
复数个后端服务器，用以执行所有波形数据的处理算法，所述波形数据的处理算法包括预处理，特征提取，第三方的分析及特征提取算法及心脏病预测模型的构建；
所述复数个网络服务器、复数个数据库以及复数个后端服务器之间通过高速网络进行通信。
较佳的，所述网络服务器提供了一个交流平台；用户可与其他个人或机构分享或讨论自己的数据；或者分享自己使用设备及系统的体验。用户还可通过网站控制自己的私人信息、采集的数据和波形的访问权限。比如，用户可已通过修改权限允许第三方(配偶、父母、子女或其它医疗机构)访问自己的信息、数据和结果。所述后端服务器先通过交互比对来确定有效数据并标注出无效数据，与此同时对有效数据进行进一步的分析，比如与已知疾病、同龄人群和自身历史数据进行横向及纵向比对，最后自动将处理后的波形、数据和结果生成报告后反馈给用户。
进一步地，所述心音和心电的数据分析及特征提取算法包括用以确定所述心音与心电信号采集装置与用户胸部的接触状态的算法，用以确定有效的心音和心电波形节的算法；用来滤除背景噪声并增强人体特征信号的强度的算法；用来对波形进行特征提取的算法，可计算心率并发现不正常的心跳间隔、心跳异常波形以及呼吸异常波形；用以比较当前数据与已存档历史的数据的算法；用来与相似人群心音和心电比对的算法。
在本发明中，智能手机、手表或其它智能设备用于模块的设置、控制以及数据传输。与此同时它们通过无线或有线网络把用户实测数据上传至数据中心进行分析及备份。用户可通过这些智能设备显示屏看到基本波形情况，以确认数据采集及传输状态正常。用户也可以通过智能设备了解电池状态以及从远程数字中心传回的分析结果等信息。
在本发明中，笔记本、台式机或专用设备可用于模块的设置、控制以及数据传输。与此同时它们可以作为本地服务器储存数据，也可通过无线或有线网络与远程数字中心进行数据交换；把用户实测数据上传并下载分析/统计结果，用户可同过这些设备的显示屏看到模块的基本信息，比如电池状态、实时测试波形和数据已及从远程数字中心传回的分析结果。
在本发明中，系统还可包含了其它医疗监测设备，比如血糖仪、血压计等。系统可自动记录并把这些数据和信息与心音、心电信息一起传回数据中心并保存下来已供专业医疗人员或机构进行进一步的分析。
与现有技术相比，本发明采用心音与心电信号采集装置实时持续采集人体心音和心电信号，并通过智能设备将所采集的数据传送到远程数据处理中心进行数据分析和特征提取，再将分析的结果传送回智能设备供用户浏览。本发明通过这种可穿戴心音和心电特征信息采集及监控系统，普通用户可方便监控心脏的活动及状况，从而第一次解决了心脏的日常监控问题，同时远程数据中心通过对海量人体特征的采集及特征提取，可以有效发现各种心脏疾病在各个阶段的特征，通过和用户日常心脏特征的对比，提示用户注意自己的心脏变化。
附图说明
图1为本发明中可穿戴心音和心电特征信息采集及监控系统的原理框图。
图2 为本发明心电与心音信号采集装置的底视图。
图3 为本发明心音和心电波形。
图4 为本发明心电与心音信号采集装置的内部电路模块。
图5 为本发明数据采集、传输、分析的流程图。
图6 为本发明三级数据处理/分析架构。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本实施例提供一种可穿戴心音和心电特征信息采集及监控系统，包括
心电与心音信号采集装置，用以采集心电与心音信号，并通过无线网络进行数据传输；
终端设备，用以接收所述心音和心电采集装置采集并通过无线网络发送的心电与心音信号，并将所述心电与心音信号转换为波形存贮并上传至远端数据中心；
以及远程数据中心，用以接收所述终端设备发送的心电与心音信号以及其波形进行存档，并通过数据分析及特征提取算法对数据进行分析处理后生成报告发送给用户。
如图1 所示，整个系统包含了心音和心电信息采集装置(100)、局域无线网络(104)、智能终端和本地存储器(105)、互联网(108)、远程数据中心(109)。心音和心电信息采集装置(100)，为了便于穿戴，设备可通过粘贴贴在用户的胸口。它通过内置的声学传感器和电传感器阵列感知人体的声/电信号。声学传感器可以是压电传感器，麦克风，加速度计或其他类型的声电传感器。系统首先把这些微弱、干扰大的模拟信号通过一系列的滤波器和放大器电路并由微处理器（100）将模拟信号转换成数字信号。可穿戴心音和心电信息采集装置（100）可以根据不同的应用而采用不同地无线网络电路(103)，通过如局域无线网，蓝牙，低工耗蓝牙，Wifi，ZigBee，ANT等无线通信方式，与智能设备 (105)，如智能设备，智能手表，掌上电脑等，进行通讯；或与计算机（105），如笔记本电脑，台式电脑或平板电脑进行通讯。可穿戴心音和心电信息采集装置（100）可把通过处理器采集来的数字信号储存到存储器中(103)。智能设备或计算机可以用来设置和控制模块，随时进行波形监测，浏览存储的波形，并将这些数据通过移动或有线互联网（108）传送到运程数据中心(109)。用户可以用智能设备或电脑接收从远程数据中心(109)返回的分析报告，健康建议，疾病预警并利用应用软件或通过互联网浏览器浏览远程数据中心（109）所存储的数据及分析报告。远程数据中心（109）可以从一个或多个可穿戴心音和心电数据采集及传输模块（100）获取数据。这些数据在远程数据中心（109）自动存储，归档，自动进行分析及特征提取。所提取的特征数据会自动与多种数据进行比对，如和用户历史特征数据进行比对，和各种疾病的特征数据或和用户具有相似性人群进行比对并给出相应的分析报告。用户同时可以用互联网登陆远程数据中心(109)获得更详细的报告。在用户许可的前提下，所采集的数据及分析结果可以通过远程数据中心(109)与他人分享 。这些数据还可以用于监测其它人体特征信号，例如，监测肺部的声音或胎音。
在本实施例中，所述心音与心电信号采集装置包括粘贴片、声音传感器、复数个电极、电路模块；所述粘贴片为医疗级别的硅胶材料，用以将所述心音与心电信号采集装置固定于人体皮肤，所述声音传感器用以采集身体的声音信号，所述电极用以采集身体的心电信号，所述声音传感器与所述电极均与所述电路模块相连，将采集到的声音信号与心电信号传输至所述电路模块进行处理获得稳定的声音信号与心电信号。
在本实施例中，如图2所示，所述心音与心电信号采集装置为一矩形壳体，声音传感器（203)、复数个电极(202)、电路模块(204)安装于一电路与传感器容器(201)内，整个设备有四个电压探头电极(202)，根据不同的应用，设备可以利用不同的探头以达到最优的效果。因为可穿戴的要求，所述矩形壳体的宽度小于35mm，长度小于35mm，高度小于10mm；所述所述心音与心电信号采集装置的重量小于40g。所述粘贴片(200) 需要提供足够的机械力学支持，以使设备可以与皮肤有良好的接触，还可以减轻由身体的运动而引起的燥声。在电极的处理上，还有另外一种选择是在粘贴片添加更多的电极(205)，这样可以在不增加设备的尺寸的前提下，增加更多的测试电极或在保持测试电极数量的前提下减小设备的体积。
在本实施例中，较佳的，用户可使用多个声学传感器从不同的方向收集不同的声，以加强对噪声免疫力。
在本实施例中，如图4所示，所述电路模块包括微处理器、复数个滤波器电路、复数个放大器电路、复数个模数转换电路、供电电路、存储芯片以及无线通信电路；所述声音传感器的输出端依次经一滤波器电路、一放大器电路以及另一滤波器电路后连接至一模数转换电路的输入端，所述模数转换电路的输出端与所述微处理器的输入端相连；每个电极均经一滤波器电路、一放大器电路以及一模数转换电路与所述微处理器的另一输入端相连；所述微处理器的输出端与所述存储芯片相连，用以将处理获得稳定的声音信号与心电信号存储至所述存储芯片中；所述微处理器还与所述无线通信电路相连，用以将处理获得稳定的声音信号与心电信号头通过无线网络传输至终端设备中；所述存储芯片为非易失性存储器。
较佳的，其中与所述声音传感器的输出端依次连接的一滤波器电路、一放大器电路以及另一滤波器电路，所述滤波器电路与放大器电路作为噪声消除和增益控制电路，用以降低环境噪声和增强来自体内信号；所述噪声消除及增益控制电路能够根据不同用户的皮肤状况、身体姿态、身体移动状况及环境噪声状况进行参数调节，从而达到消除或减少环境噪声，增强所采集的人体特征信号强度的作用。所述微处理器作为中心控制单元，通过所述模数字转换电路收集从传感器采集的信号，并将波形存储到非易失性存储，使用无线通信电路与智能终端设备、计算机或嵌入式的系统进行通信、 还可监视电池的状态，并根据心电图波形及心音强度监控心音与心电信号采集装置和心脏的相对位置。
在本实施例中，所述无线通信电路包括蓝牙通信电路、低功耗蓝牙通信电路、Wifi通信电路、ZigBee通信电路以及ANT通信电路。
在本实施例中，所述供电电路包括电池、充电电路以及微型USB连接器；所述的微型USB连接器用以连接外部电源设备进行充电并与终端设备进行有线通信，所述微型USB连接器的输出端与所述充电电路的输入端相连，所述充电电路的输出端与所述电池相连。
较佳的，所述的电池为锂充电电池。
在本实施例中，该电路模块如图4 所示，供电模块包括一个紧凑的锂充电电池或其他电池 (406)，充电电路 (405) 和微型 USB 连接器 (421)；微型 USB 连接器 (421)可以通过任何 USB 端口充电，充电电路课由电源开关，电流的控制电路，过流、过压保护电路组成吗，同时采用微型处理器 (407) 监测 (406) 电池的电压水平，计算电池的电量并避免过高或过低的电流和电压；声音传感器 (400) 可以是一个简单的震动传感器（如压电传感器或麦克风或加速计）或由几个传感器的阵列组成而达到更好的噪声屏蔽效果。从声音传感器 (400)同时把测出的信号连接到过滤器 (401)，放大器 (402) 和另一滤波(403)电路；微处理器 (407) 用来控制和调整滤波器和放大器来实现最佳信号噪声比；模数转换电路 (404) 将经过滤波器和放大器优化过的模拟信号转换为数字数据并发送到微型处理器 (407) 。所述心音与心电信号采集装置利用数组低接触电阻电压探头电极 (409,410，411)来采集心电信号。为了减少噪音并增减心电信号的信噪比，探头利用电极阵列（412，415，416）将小信号差分放大以获得稳定的信号，并经过滤波电路(412，415，416) 和放大电路(413，417，418)之后，经过优化过的模拟信号经过模数转换电路(414，419，420)转换为数字数据并发送到微处理器 (407)。微处理器可以将所有采集来的数据保存在存储芯片(422)，也可通过无线通信电路(408)可以是蓝牙，低功耗蓝牙，ZigBee，或ANT协议将数据发送到终端设备进行保存和进一步处理。
在本实施例中，所述心音与心电信号采集装置可以通过配套的粘贴片固定在身体上，可保证装置正常使用并对用户的日常生活工作影响最小，并方便用户长期配戴及测试。同时为了方便携带，也可以由一条项链或在钱包中进行携带。另外，所述心音与心电信号采集装置可以集成在智能手机或其他智能设备内部，这样可方便用户携带，设备可利用智能手机或智能设备进行充电，用户只须在需要时取出。
在本实施例中，所述终端设备包括智能手机、智能手表、电脑以及嵌入式系统；所述智能手机、智能手表、电脑以及嵌入式系统均能实现以下功能：设置和控制所述心音与心电信号采集装置；实时查看心音和心电图、浏览存储在非易失性存储器的波形；传输存储的心音和心电波形到远程数据中心；接收和查看分析报告和从远程数据中心浏览历史波形档案和报告；提出问题，对算法提出要求；对远程数据中心、第三方医疗专业人士、数据分析人员提供的服务支付报酬。
较佳的，用户可通过手机或电脑等智能终端，对采集的心音图 (PCG) 和心电图(ECG) 数据进一步分析和比对。比如与用户先前的测量数据和已知疾病的数据模型。与此同时智能终端还可自动根据比对结果向用户提供反馈，提醒用户去进行进一步的医疗检查。专业医护人员或其他机构可利用已保存下来的用户数据和波形进行进一步的分析和研究。与此同时用户可自主选择更适宜他们的分析方法，而这些新方法的发明者或机构也可根据用户人群的大小获得相应的补偿。
在本实施例中，所述终端设备显示的波形如图3所示，心电波形(310)和心音(311) 波形。在不同电极位置组合的情况下，终端设备可以在用户界面同时显示多通路的心电图信号。心音图中的噪音反映了心脏杂音，两个波形之间特定波的相对位置体现了心跳的动力学特征。
在本实施例中，所述远程数字中心包括：
复数个网络服务器，所述网络服务器通过与智能设备，电脑以及嵌入式系统进行通信，接收采集来的心音和心电波形，生成分析报告并通知用户，对用户的档案及隐私信息进行管理，支持第三方算法选择、建立心脏病模型；
复数个数据库，用来存储波形，分析报告，用户账户信息，心脏病学模型参数，第三方算法和其他信息；
复数个后端服务器，用以执行所有波形数据的处理算法，所述波形数据的处理算法包括预处理，特征提取，第三方的分析及特征提取算法及心脏病预测模型的构建；
所述复数个网络服务器、复数个数据库以及复数个后端服务器之间通过高速网络进行通信。
较佳的，所述网络服务器提供了一个交流平台；用户可与其他个人或机构分享或讨论自己的数据；或者分享自己使用设备及系统的体验。用户还可通过网站控制自己的私人信息、采集的数据和波形的访问权限。比如，用户可已通过修改权限允许第三方(配偶、父母、子女或其它医疗机构)访问自己的信息、数据和结果。所述后端服务器先通过交互比对来确定有效数据并标注出无效数据，与此同时对有效数据进行进一步的分析，比如与已知疾病、同龄人群和自身历史数据进行横向及纵向比对，最后自动将处理后的波形、数据和结果生成报告后反馈给用户。
在本实施例中，所述心音和心电的数据分析及特征提取算法包括用以确定所述心音与心电信号采集装置与用户胸部的接触状态的算法，用以确定有效的心音和心电波形节的算法；用来滤除背景噪声并增强人体特征信号的强度的算法；用来对波形进行特征提取的算法，可计算心率并发现不正常的心跳间隔、心跳异常波形以及呼吸异常波形；用以比较当前数据与已存档历史的数据的算法；用来与相似人群心音和心电比对的算法。
在本实施例中，进一步说明一种可穿戴心音和心电特征信息采集及监控系统的实现方法：通过粘贴片把可穿戴的心音和心电信号采集装置固定在胸口，可通过内衣或有弹性的胸带把心音和心电信号采集装置固定在胸口。所述心音和心电信号采集装置通过短距离无线通讯协议与终端设备交换数据，所述终端设备通过无线或有线网络与远程数据中心进行数据交换。远程数据中心会自动对收集来的数据进行分类、存储、归档、分析及特征提取，并将特征分析的结果和用户的以往特征数据进行比对，同时也会对特征数据中的异常数据与各种已知疾病的特征数据进行比对。在用户许可的前提下，所采集的数据和分析结果可以被医疗专业人士或机构调用，作为进一步医学检查或诊断的参考。同样在用户许可前提下，医疗专家或数据和统计专家可以对数据进行进一步的分析和挖掘。所述心音和心电信号采集装置也可结合在其它医疗设备或系统里。例如，所述心音和心电信号采集装置可与血糖仪，血压计，体温计，智能体重秤或胰岛素泵同时使用。所述心音和心电信号采集装置提供了一种有效的心脏监测手段，同时可利用无线通讯通道把其它的医疗设备的数据与心音和心电数据一起传送到数据中心。
在本实施例中，如图5所示的系统的数据流程，所述心音和心电信号采集装置把采集来的数据传递给终端设备的用户界面，用户可以通过互联网访问数据中心对数据进行分析和存储。如图6所述，所述心音和心电信号采集装置把采集来的数据传给终端设备时，用户也可利用终端设备的用户界面去设置与检测所述心音和心电信号采集装置，这时用户界面同时可用来显示实从设备传来的实时数据，设备状态，数据的基本分析，比如心率，心脏收缩期，舒张期，心脏杂音。这个报告只限于可以通过相对简单的算法来导出的参数，先通过使用小波变换，自相关运算来确定有效数据或无效数据，在有效数据被识别完成后计算出一些基本的时间参数。另一方面终端设备可以关闭实时采集功能，在关闭实时采集功能后，终端设备会有更多的资源采用更复杂的算法对历史数据进行进一步分析或回播。同时在这一模式下,可以采用时域和频域的算法来得出心音S1/S2的上升和下降时间，发现心脏杂音的频率和强度。用户界面也可以将存储在本地的数据进行压缩加密并上传到数据中心进行进一步的统计分析。用户界面也可显示从数据中心返回的更详细的数据分析报告。用户界面支持用户通过支付费用的办法，选择和订制不同的数据分析及提取算法或要求医学专家和其它的专业机构对数据进行进一步的分析。用户界面也被用来管理用户的档案、账户和系统设置，比如采取何种算法。运程数据中心在收到可穿戴设备所采集的数据后，先将其存储到数据库中。一般说来，人体内的声音信号相对于外部环境噪声是很弱的信号。环境噪声可能是背景音乐，他人讲话，车辆噪声，设备噪声等等。通过所述心音和心电信号采集装置所采集的数据很可能含有大量环境噪声，另外所述心音和心电信号采集装置由于放置位置不当或未与身体有效接触，可能导致所采集的信号非常微弱，甚至是无效信号。远程数据中心数据处理的下一步是确定所采集的数据中的无效数据，并将其剔除。对于有效数据，通过噪声滤波消除人体和环境噪声，然后进行特征提取。特征分析的结果将和用户的以往特征数据进行比对，并确定现在的特征数据的发展趋势。这一分析结果也将存储到数据库中。特征分析中的异常数据将用来和各种疾病的特征数据进行比对，以便确定是否与某些疾病的特征一致或近似。这一分析结果也将存入数据库中。计算采用心脏病模型作为用户的人体特征波形。所采集到的有效数据将与预测的数据进行比对。如果二者不一致，后端数据处理服务器会调整计算用心脏模型的参数，重新预测及比对使二者匹配。参数的调整可以朝着健康方向也可能朝着疾病方向。后端数据处理服务器会把匹配的结果及参数调整的方向自动生成报告并存入数据库中。如果经过多轮调整，始终无法达到匹配，后端数据处理服务器会把匹配失败和失败的原因存入数据库中。用户可以选择多家第三方提供的分析及特征提取算法。后端数据处理服务器会利用第三方提供的分析及特征提取算法来分析用户的数据并将结果存入数据库集群中。如果第三方提供的算法是有偿服务，后端数据处理服务器会自动向用户收取使用费用并支付给第三方，并将这一过程记录到数据库集群中。最后，后端数据处理服务器会汇总各个阶段的分析及特征提取结果生成总结性报告并通过互联网服务器集群通知用户。通知用户的方式由用户来指定，可以通过电子邮件，短信，微信或其他方法。用户也可以网络服务器的互联网页来查询浏览所采集的数据及分析报告。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (14)
1.一种心音和心电特征信息采集装置，其特征在于，包括：
声音传感器，用以采集身体的心音信号，
多个电极，用以采集身体的心电信号，
电路模块，分别与所述声音传感器和所述电极相连，用以对采集到的所述声音信号和所述心电信号进行处理而获得稳定的心音信号与心电信号，并通过其所具备的无线通信电路，将所获得的该心音信号和心电信号通过无线网络传输至外部的终端设备，以及
粘贴片，用于在使用时将所述心音与心电信号采集装置固定于人体胸口处的皮肤上；
其中，所述电路模块还包括电池，提供所述心音和心电特征信息采集装置的电源；
所述声音传感器、所述电极、以及所述电路模块被安装于同一电路与传感器容器内，使得所述心音和心电特征信息采集装置具备可穿戴性；
在所述电路与传感器容器之外，在所述粘贴片上还设置有与所述多个电极一同采集身体的心电信号的电极。
2.如权利要求1所述的心音和心电特征信息采集装置，其特征在于，所述多个电极是由数组低接触电阻电压探头电极构成的电极阵列，以小信号差分放大的方式采集身体的心电信号。
3.如权利要求1所述的心音和心电特征信息采集装置，其特征在于，
所述电路模块还包括微处理器，监测所述电池的电压水平，计算电池的电量并避免过高或过低的电流和电压；
所述微处理器根据所述心音信号和心电信号监控所述心音和心电特征信息采集装置与心脏的相对位置。
4.如权利要求3所述的心音和心电特征信息采集装置，其特征在于，
所述电路模块还包括多个滤波器电路、多个放大器电路、多个模数转换电路、以及存储芯片；
所述声音传感器的输出端依次经一滤波器电路、一放大器电路以及另一滤波器电路后连接至一模数转换电路的输入端；
所述模数转换电路的输出端与所述微处理器的输入端相连；
每个所述电极均经一滤波器电路、一放大器电路以及一模数转换电路与所述微处理器的另一输入端相连；
所述微处理器的输出端与所述存储芯片相连，用以将所述心音信号和心电信号存储至所述存储芯片中。
5.如权利要求1所述的心音和心电特征信息采集装置，其特征在于，
所述无线通信电路可以是蓝牙通信电路、Wifi通信电路、ZigBee通信电路以及ANT通信电路。
6.如权利要求1至5的任一项所述的心音和心电特征信息采集装置，其特征在于，
所述心音和心电特征信息采集装置为一矩形壳体，所述矩形壳体的宽度小于35mm，长度小于35mm，高度小于10mm；
所述心音和心电特征信息采集装置的重量小于40g。
7.一种心音和心电特征信息采集及监控系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至6的任一项所述的心音和心电特征信息采集装置，
终端设备，用以接收所述心音和心电特征信息采集装置采集并通过无线网络发送的所述心电信号与心音信号，并将所述心电与心音信号转换为波形存贮并上传至远端数据中心，以及
远程数据中心，用以接收所述终端设备发送的所述心电信号与心音信号、以及其波形进行存档，并通过数据分析及特征提取算法对数据进行分析处理后生成报告发送给用户。
8.如权利要求7所述的心音和心电特征信息采集及监控系统，其特征在于，
所述终端设备能够对所述心音和心电特征信息采集装置进行设置和检测，此时该终端设备的用户界面上可同时显示从所述心音和心电特征信息采集装置传来的实时数据、设备状态、数据的基本分析；
所述终端设备能够关闭所述心音和心电特征信息采集装置的实时采集功能。
9.如权利要求7所述的心音和心电特征信息采集及监控系统，其特征在于，
所述终端设备同步显示从所述心音和心电特征信息采集装置传送来的心电波形和心音波形。
10.如权利要求7所述的心音和心电特征信息采集及监控系统，其特征在于，
在不同电极位置组合的情况下，所述终端设备在用户界面同时显示多通路的心电图信号。
11.如权利要求7所述的心音和心电特征信息采集及监控系统，其特征在于，
所述终端设备包括智能手机、智能手表、电脑以及嵌入式系统。
12.如权利要求7所述的心音和心电特征信息采集及监控系统，其特征在于，
所述远程数字中心包括：
复数个网络服务器，所述网络服务器通过与所述终端设备进行通信，接收其传送来的心音和心电波形，生成分析报告并通知用户，对用户的档案及隐私信息进行管理，支持第三方算法选择、建立心脏病模型；
复数个数据库，用来存储波形，分析报告，用户账户信息，心脏病学模型参数，第三方算法；
复数个后端服务器，用以执行所有波形数据的处理算法，所述波形数据的处理算法包括预处理，特征提取，第三方的分析及特征提取算法及心脏病预测模型的构建；
所述复数个网络服务器、复数个数据库以及复数个后端服务器之间通过高速网络进行通信。
13.如权利要求12所述的心音和心电特征信息采集及监控系统，其特征在于，
所述远程数据中心接收到所述终端设备发送来的所述心电信号与心音信号后，先确定所采集的数据中的无效数据，并将其剔除，对于有效数据，通过噪声滤波消除人体和环境噪声，然后进行特征提取。
14.如权利要求12所述的心音和心电特征信息采集及监控系统，其特征在于，
所述心音和心电的数据分析及特征提取算法包括用以确定所述心音与心电信号采集装置与用户胸部的接触状态的算法，用以确定有效的心音和心电波形节的算法；用来滤除背景噪声并增强人体特征信号的强度的算法；用来对波形进行特征提取的算法，可计算心率并发现不正常的心跳间隔、心跳异常波形以及呼吸异常波形；用以比较当前数据与已存档历史的数据的算法；用来与相似人群心音和心电比对的算法。
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