CN106214144B - 远程心电监控系统 - Google Patents

Abstract

为了提高心电远程采集方案的无线可靠性，为心电信号的准确处理提供坚实的基础和可靠的保证，本发明提供了一种远程心电监控系统，包括信号采集单元和远程信号处理单元，所述信号采集单元和所述远程信号处理单元之间通过无线的方式进行通信。根据本发明独创的辅助心电信号传感器，结合无线传输单元发送的心电信号，能够高速、有效率地处理必须处理的心电信号，使待分析的心电信号的信噪比提高30％‑40％，使心电信号采集可靠性平均提高约40％‑55％。

Description

远程心电监控系统

技术领域

本发明涉及心电信号采集技术，更具体地，涉及一种远程心电监控系统。

背景技术

目前，中国的医疗体制存在着以下的问题：一是我国医疗资源总体严重不足，且分布极不均衡，中国人口占世界的22％，但医疗卫生资源仅占世界的2％，并且这仅有的2％的医疗资源的80％都集中在城市，而在城市中又有80％的资源集中在大医院；二是由于我国医疗资源存在配置不合理的问题，因此导致看病难、看病贵的问题普遍存在。一方面是不少人长途跋涉，异地就医，既增加了就医的困难，又加大了经济负担，另一方面也造成了大医院人满为患。

在人类的各种疾病中，心脏病是严重威胁人类健康和生命的主要疾病之一，心脏病的发病率在我国居第三位，在有的国家甚至居第一位。心脏病的发作具有很大的偶然性和突发性，因此，需要对心脏病人进行实时监护，以保证在最佳时间实施心电信号的检测与诊断，并提供有效的治疗方案。这就要求在病人稍有不适感如心悸、心律不齐等的时候，就能及时记录心电信号并将数据交至医生分析诊断，这样才不会延误最佳治疗时间。

然而，心电监控期间的心电信号采集准确度和可靠性存在受周围环境影响而降低的问题。

发明内容

为了提高心电远程采集方案的无线可靠性，为心电信号的准确处理提供坚实的基础和可靠的保证，本发明提供了一种远程心电监控系统，包括信号采集单元和远程信号处理单元，所述信号采集单元和所述远程信号处理单元之间通过无线的方式进行通信。

进一步地，所述信号采集单元包括：

心电采集模块，用于采集心电信号；

心电放大模块，用于对所述心电采集模块采集到的信号进行可编程放大；

无线心电信号传输模块，用于将经过放大的心电信号传输给远程心电信号控制模块。

进一步地，所述远程信号处理单元包括：

远程心电信号控制模块，用于根据接收到的心电信号调整所述心电放大模块的放大倍数。

进一步地，所述心电采集模块包括：

多个心电信号传感器，用于检测心电信号。

进一步地，所述心电放大模块包括：

多个可编程放大器，所述各个可编程放大器与所述各个心电信号传感器一一对应地连接，以根据各个可编程放大器的放大倍数放大各个心电信号传感器输出的信号；

多个计数器，所述各个计数器与所述可编程放大器一一对应，各个计数器的计数值为固定值且该固定值与其对应的可编程放大器的序号。

进一步地，所述无线心电信号传输模块被设置成：将所述可编程放大器输出的信号以及与该可编程放大器相对应的计数器的计数值以第一数组的形式无线地发送给远程心电信号控制模块。

进一步地，所述远程心电信号控制模块包括：

心电信号传感器状态确定模块，用于根据不同的第零时刻T0和第一时刻T1，确定各个心电信号传感器的工作状态，并设置与各个心电信号传感器相对应的可编程放大器的放大倍数为第二放大倍数的集合；

工作正常状态次数计算模块，用于根据第一时刻T1至第二时刻T2期间心电信号传感器的工作状态信息，确定心电信号传感器处于工作正常状态次数，进而确定T2时刻开始的下一个与T0至T2相等的时间段内的各可编程放大器的放大倍数。

进一步地，所述心电信号传感器状态确定模块被设置成：

在第零时刻T0，假设各可编程放大器的放大倍数为第一放大倍数的集合；

在所述第零时刻T0之后，经过多个工作周期，当到达第一时刻T1时，远程心电信号控制模块存储在第零时刻T0及其后的所述多个工作周期内的初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列中各个心电信号传感器的输出经过与其相对应的可编程放大器的放大后的输出值，并根据这些输出值确定各心电信号传感器的工作状态，然后根据所述心电信号传感器工作状态，设置与各个心电信号传感器相对应的可编程放大器的放大倍数为第二放大倍数的集合；

其中1个工作周期包括：所述无线传输单元将所述可编程放大器输出的信号以及与该可编程放大器相对应的计数器的计数值以第一数组的形式无线地发送给远程心电信号控制模块。

进一步地，所述工作正常状态次数计算模块被设置成：在第一时刻T1之后又经历多个工作周期后到达的第二时刻T2，所述心电信号控制模块根据心电信号传感器的工作状态信息，设置各个所述可编程放大器的放大倍数，使之在下一个与T0至T2相等的时间段内不变，其中T2>T1。

进一步地，所述可编程放大器的放大倍数为0-99。

本发明的有益效果包括：

(1)根据本发明独创的辅助心电信号传感器，结合无线传输单元发送的心电信号，能够高速、有效率地处理必须处理的心电信号，其中根据自主研发的心电信号可靠性处理算法，相比直接处理包括噪声信号在内的现有技术的各种算法，能够使待分析的心电信号的信噪比提高30％-40％；

(2)能够基于使用者信息以及实时采集到的心电信号，周期性地鉴别哪些心电信号传感器采集到的心电信号是有用信号；

(3)能够根据心电信号的处理结果进行反馈，从而调整发送心电信号的心电信号传感器的工作状态，使得心电信号处理效率得以大幅度增加。

附图说明

图1示出了根据本发明的远程心电监控系统的组成框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种远程心电监控系统，包括信号采集单元和远程信号处理单元，所述信号采集单元和所述远程信号处理单元之间通过无线的方式进行通信。

优选地，所述信号采集单元包括：

心电采集模块，用于采集心电信号；

心电放大模块，用于对所述心电采集模块采集到的信号进行可编程放大；

无线心电信号传输模块，用于将经过放大的心电信号传输给远程心电信号控制模块。

优选地，所述远程信号处理单元包括：

远程心电信号控制模块，用于根据接收到的心电信号调整所述心电放大模块的放大倍数。

优选地，所述心电采集模块包括：

多个心电信号传感器，用于检测心电信号。所述心电信号传感器被包括在初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列这两个阵列中，具体而言：

首先，设置初始心电信号传感器阵列：将i×j个所述心电信号传感器设置成i行×j列(例如，像现有技术中通常使用的、用于覆盖使用者心脏部位的传感器阵列那样)，其中i和j均为大于1的自然数，其中j列心电信号传感器表示心电信号传感器被设置在沿着使用者心脏部位轮廓的上方至下方的方向上的、多个彼此电连接的心电信号传感器，i行表示沿着使用者心脏部位轮廓的左方至右方的方向上的、多个彼此没有电连接的心电信号传感器，每一列心电信号传感器彼此之间通过信号总线和电力总线连接在一起；本领域技术人员应当知晓：在上述各“列”上，相邻心电信号传感器之间的距离并不相同，除非使用者的心脏部位轮廓接近半球形。本发明中，使用者表示待采集心电信号的对象，使用者心脏部位指的是使用者一般佩戴或穿戴干电极传感器的区域，例如心脏部位轮廓线的区域。

其次，设置辅助心电信号传感器阵列：测量使用者心脏部位轮廓的上方至下方的方向上的、沿着使用者心脏部位的最长距离L_max和最短距离L_min；在第j列上的第i个所述心电信号传感器上，以朝向使用者心脏中心的方向、距离为的位置，设置辅助心电信号传感器，其中与所述第j列上的第i个所述心电信号传感器相对应的所述辅助心电信号传感器也被连接到所述信号总线上，L_j为第j列在沿着使用者心脏部位轮廓的上方至下方的方向上的长度，“||”表示取绝对值运算，表示取上整数值；

所述初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列中的各个心电信号传感器被通过硅胶定型成适合使用者戴在心脏部位的结构。

设所述初始心电信号传感器阵列中的位于第i行第j列的心电信号传感器的输出电压为V_i,j(t)，t表示采集涉及的时间信息。

设所述初始心电信号传感器阵列中的位于第i行第j列的心电信号传感器对应的辅助心电信号传感器的输出电压为V′_i,j(t)。

优选地，所述心电放大模块包括：

多个可编程放大器，所述各个可编程放大器与所述各个心电信号传感器一一对应地连接，以根据各个可编程放大器的放大倍数放大各个心电信号传感器输出的信号；根据本发明的优选实施例，所述初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列中的每一个心电信号传感器均被设置有可编程放大器。

多个计数器，所述各个计数器与所述可编程放大器一一对应，各个计数器的计数值为固定值且该固定值与其对应的可编程放大器的序号。具体地，为所述初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列中的每一个心电信号传感器设置计数器，以标识该心电信号传感器在整个初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列中的所有心电信号传感器中的序号，该序号在整个初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列中的所有心电信号传感器中为唯一值。为便于描述，将初始心电信号传感器阵列中心电信号传感器的总个数记作i×j，所述辅助心电信号传感器阵列中心电信号传感器的总个数记作i×j，则所述初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列中心电信号传感器的总个数为2×i×j。

优选地，所述无线心电信号传输模块被设置成：将所述可编程放大器输出的信号以及与该可编程放大器相对应的计数器的计数值以第一数组的形式无线地发送给远程心电信号控制模块。其中，所述无线传输单元与各个所述可编程放大器的输出端以及各个计数器的输出端相连接。根据本发明的优选实施例，所述可编程放大器可以包括阻值可编程的电阻器以及仪用放大器，其中阻值可编程的电阻器用于根据所述无线传输单元接收到的信号断开或闭合，从而相应地产生对输入该可编程放大器的信号产生0倍放大(即该可编程放大器输出端无输出信号)或产生根据所述无线传输单元接收到的信号进行指定倍数的放大。根据本发明的优选实施例，所述阻值可编程的电阻器通过数字电路实现，然后通过数模转换电路再连接仪用放大器。

优选地，所述远程心电信号控制模块包括：

心电信号传感器状态确定模块，用于根据不同的第零时刻T0和第一时刻T1，确定各个心电信号传感器的工作状态，并设置与各个心电信号传感器相对应的可编程放大器的放大倍数为第二放大倍数的集合；

工作正常状态次数计算模块，用于根据第一时刻T1至第二时刻T2期间心电信号传感器的工作状态信息，确定心电信号传感器处于工作正常状态次数，进而确定T2时刻开始的下一个与T0至T2相等的时间段内的各可编程放大器的放大倍数。

优选地，所述心电信号传感器状态确定模块被设置成：

在第零时刻T0，假设各可编程放大器的放大倍数为第一放大倍数的集合；

在所述第零时刻T0之后，经过多个工作周期，当到达第一时刻T1时，远程心电信号控制模块存储在第零时刻T0及其后的所述多个工作周期内的初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列中各个心电信号传感器的输出经过与其相对应的可编程放大器的放大后的输出值，并根据这些输出值确定各心电信号传感器的工作状态，然后根据所述心电信号传感器工作状态，设置与各个心电信号传感器相对应的可编程放大器的放大倍数为第二放大倍数的集合。

在该第一时刻T1，所述心电信号传感器状态确定模块被设置成：首先，设在第零时刻T0之后到第一时刻T1之前共经历M个工作周期(例如，M＝3)，对于第零时刻T0之后的第T个工作周期，其中T大于1且T<M，所述初始心电信号传感器阵列中的位于第i行第j列的心电信号传感器的输出电压为所述初始心电信号传感器阵列中的位于第i行第j列的心电信号传感器对应的辅助心电信号传感器的输出电压为

然后，根据经验公式与之间的关系，确定第i行第j列的心电信号传感器的工作状态；若则认为第i行第j列的心电信号传感器的工作状态为工作正常状态；否则为工作异常状态，将第i行第j列的心电信号传感器相应的可编程放大器的放大倍数设置为A'_k，此后该心电信号传感器的工作状态确定方式为：判断

其中1个工作周期包括：所述无线传输单元将所述可编程放大器输出的信号以及与该可编程放大器相对应的计数器的计数值以第一数组的形式无线地发送给远程心电信号控制模块。

优选地，所述工作正常状态次数计算模块被设置成：在第一时刻T1之后又经历多个工作周期后到达的第二时刻T2，所述心电信号控制模块根据心电信号传感器的工作状态信息，设置各个所述可编程放大器的放大倍数，使之在下一个与T0至T2相等的时间段内不变，其中T2>T1。

根据本发明的优选实施例，所述工作正常状态次数计算模块被设置成：

然后重复步骤(6)-(8)，直到接收到心电信号采集终止信号为止，其中T2>T1，且P为M的正整数倍。具体而言，该步骤包括：

若到达T2之前，每隔M个工作周期计算上述第i行第j列心电信号传感器的工作状态，若到达第二时刻T2时，第i行第j列心电信号传感器的工作状态为工作正常状态的次数与之间的大小关系，若前者等于后者，则将第i行第j列的心电信号传感器对应的可编程放大器的放大倍数恢复为T0时刻存储的放大倍数；否则，将此心电信号传感器对应的可编程放大器的放大倍数设置为0；

在上述设置可编程放大器的放大倍数期间，心电信号控制模块向所述无线传输单元发送这样的第二数组，该第二数组包括多对数据，每对数据均包括以下两部分数据：

(1)第一部分数据：心电信号传感器编号；

(2)第二部分数据：与此编号对应的心电信号传感器相对应的可编程放大器的放大倍数。

当所述无线传输单元接收到上述第二数组后，分别对其中的每一对数据进行如下处理：根据其中第一部分数据，设置与该第一部分数据对应的心电信号传感器相对应的可编程放大器的放大倍数为所述的一对数据中的第二部分数据。

所述可编程放大器的放大倍数为0-99。

以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让所属领域的技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求及其均等来决定。

Claims (2)

1.一种远程心电监控系统，包括信号采集单元和远程信号处理单元，所述信号采集单元和所述远程信号处理单元之间通过无线的方式进行通信，所述信号采集单元包括：

心电采集模块，用于采集心电信号，其中，设置初始心电信号传感器阵列：将i×j个所述初始心电信号传感器设置成i行×j列，其中i和j均为大于1的自然数，其中j列初始心电信号传感器表示心电信号传感器被设置在沿着使用者心脏部位轮廓的上方至下方的方向上的、多个彼此电连接的心电信号传感器，i行初始心电信号传感器表示沿着使用者心脏部位轮廓的左方至右方的方向上的、多个彼此没有电连接的心电信号传感器；其次，设置辅助心电信号传感器阵列：测量使用者心脏部位轮廓的上方至下方的方向上的、沿着使用者心脏部位的最长距离L_max和最短距离L_min；在第j列上的第i个所述初始心电信号传感器上，以朝向使用者心脏中心的方向、距离为的位置，设置辅助心电信号传感器，其中与所述第j列上的第i个所述初始心电信号传感器相对应的所述辅助心电信号传感器也被连接到所述信号总线上，L_j为第j列在沿着使用者心脏部位轮廓的上方至下方的方向上的长度，“||”表示取绝对值运算，表示取上整数值；

心电放大模块，用于对所述心电采集模块采集到的信号进行可编程放大；

无线心电信号传输模块，用于将经过放大的心电信号传输给远程心电信号控制模块；

所述远程信号处理单元包括：

远程心电信号控制模块，用于根据接收到的心电信号调整所述心电放大模块的放大倍数；

所述心电采集模块包括：

多个心电信号传感器，用于检测心电信号，所述心电信号传感器被包括在初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列这两个阵列中；

所述心电放大模块包括：

多个可编程放大器，各个所述可编程放大器与各个心电信号传感器一一对应地连接，以根据各个可编程放大器的放大倍数放大各个心电信号传感器输出的信号；

多个计数器，各个所述计数器与所述可编程放大器一一对应，各个计数器的计数值为固定值且该固定值与其对应的可编程放大器的序号；

所述无线心电信号传输模块被设置成：将所述可编程放大器输出的信号以及与该可编程放大器相对应的计数器的计数值以第一数组的形式无线地发送给远程心电信号控制模块；

其特征在于，所述远程心电信号控制模块包括：

心电信号传感器状态确定模块，用于根据不同的第零时刻T0和第一时刻T1，确定各个心电信号传感器的工作状态，并设置与各个心电信号传感器相对应的可编程放大器的放大倍数为第二放大倍数的集合；

工作正常状态次数计算模块，用于根据第一时刻T1至第二时刻T2期间心电信号传感器的工作状态信息，确定心电信号传感器处于工作正常状态次数，进而确定T2时刻开始的下一个与T0至T2相等的时间段内第零时刻时各可编程放大器的第一放大倍数；

所述心电信号传感器状态确定模块被设置成：

在第零时刻T0，假设各可编程放大器的放大倍数为第一放大倍数的集合，设序号为第k个心电信号传感器对应相连的可编程放大器在该集合中的第一放大倍数为A_k；

在所述第零时刻T0之后，经过M个工作周期，其中M＝3，当到达第一时刻T1时，远程心电信号控制模块存储在第零时刻T0及其后的所述M个工作周期内的初始心电信号传感器阵列和辅助心电信号传感器阵列中各个心电信号传感器的输出经过与其相对应的可编程放大器的放大后的输出值，并根据这些输出值确定各初始心电信号传感器的工作状态，然后根据所述初始心电信号传感器工作状态，设置与各个初始心电信号传感器相对应的可编程放大器的放大倍数为第二放大倍数的集合，设序号为第k个心电信号传感器对应相连的可编程放大器在该集合中的第二放大倍数为A'_k，具体包括：在该第一时刻T1，所述初始心电信号传感器状态确定模块被设置成：首先，设在第零时刻T0之后到第一时刻T1之前共经历M个工作周期，对于第零时刻T0之后的第T个工作周期，其中T大于1且T<M，所述初始心电信号传感器阵列中的位于第i行第j列的初始心电信号传感器的输出电压为所述初始心电信号传感器阵列中的位于第i行第j列的初始心电信号传感器对应的辅助心电信号传感器的输出电压为然后，根据经验公式与之间的关系，确定第i行第j列的初始心电信号传感器的工作状态；若则认为第i行第j列的初始心电信号传感器的工作状态为工作正常状态；否则为工作异常状态，将第i行第j列的初始心电信号传感器相应的可编程放大器的放大倍数设置为A'_k，此后该初始心电信号传感器的工作状态确定方式为：判断

其中1个工作周期包括：所述无线传输单元将所述可编程放大器输出的信号以及与该可编程放大器相对应的计数器的计数值以第一数组的形式无线地发送给远程心电信号控制模块。

2.根据权利要求1所述的远程心电监控系统，其特征在于，所述可编程放大器的放大倍数为0-99。