CN106308788A - 便携式心电监测设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式心电监测设备，包括：多个采集电极，用于采集用户的心电图ECG数据；用户状态传感单元，用于采集该用户的用户状态数据；以及过滤单元，该过滤单元与该多个采集电极和该用户状态传感单元耦接，以根据该用户状态数据对该ECG数据进行过滤，从而提供经过滤的ECG数据。

Description

便携式心电监测设备

技术领域

本发明涉及心电监测领域，尤其涉及一种便携式心电监测设备。

背景技术

体表心电信号是人体重要的基本生理参数，心电信号的监测对心血管疾病的诊断有重要的意义。传统的心电信号监测主要是进行短程的心电图检测，其监测时间短，对心血管疾病的诊断率低。由于心血管疾病具有突发性，在发病时的心电数据具有重大的意义，但传统的方式往往难以捕捉。

目前，发展有动态心电记录仪(Holter)，其可以监测24小时的心电数据，提高疾病的诊断率。使用时，用户需要24小时佩戴心电记录仪。然而，用户在24小时内难免会有剧烈运动或者情绪波动，此时得到的ECG数据可能会影响病情的判断。例如，由于用户在运动的情况下，心电图会受到肌电信号，运动伪影等干扰，从而引起失真，难以得到具有准确诊断功能的心电图，影响之后的医生判断。而且，在用户运动时、甚至在用户情绪紧张时，心跳会突然加速，也有可能会引起ECG数据异常，这也会影响医生的判断。

因此，需要开发出一种便携式心电监测设备，不仅能满足长期的远程监控，也能提供可靠的ECG数据，来满足对疾病有效的诊断。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种便携式心电监测设备，包括：

多个采集电极，用于采集用户的心电图ECG数据；

用户状态传感单元，用于采集该用户的用户状态数据；以及

过滤单元，该过滤单元与该多个采集电极和该用户状态传感单元耦接，以根据该用户状态数据对该ECG数据进行过滤，从而提供经过滤的ECG数据。

在一实例中，该用户状态数据与该ECG数据在时序上具有对应关系，并且该用户状态数据包括指示该用户处于正常状态的正常用户状态数据部分和指示该用户处于异常状态的异常用户状态数据部分，该过滤单元用于滤除该ECG数据中与该异常用户状态数据部分相对应的ECG数据部分。

在一实例中，该过滤单元包括逻辑与电路，该异常用户状态数据部分用第一逻辑表示，该正常用户状态数据部分用第二逻辑表示，该逻辑与电路将该用户状态数据与该ECG数据进行逻辑与运算以执行过滤。

在一实例中，该用户状态传感单元包括运动传感器，以用于获得指示该用户的运动状态的运动状态数据，该运动状态数据包括指示该用户处于运动中的动态数据部分和指示该用户处于静止中的静态数据部分，该过滤单元滤除该ECG数据中与该动态数据部分相对应的ECG数据部分。

在一实例中，该用户状态传感单元还包括呼吸频率传感器，以用于获得指示该用户的呼吸状态的呼吸状态数据，该呼吸状态数据包括指示该用户处于急促呼吸中的急促呼吸数据部分和指示该用户处于平稳呼吸中的平稳呼吸数据部分，该过滤单元在滤除所述ECG数据中与所述动态数据部分相对应的ECG数据部分后，进一步滤除该ECG数据中与该急促呼吸数据部分相对应的ECG数据部分。

在一实例中，该运动传感器包括三轴陀螺仪、或三轴加速度计、或三轴地磁传感器、或者前述的任意组合。

在一实例中，该用户状态传感单元包括呼吸频率传感器，以用于获得指示该用户的呼吸状态的呼吸状态数据，该呼吸状态数据包括指示该用户处于急促呼吸中的急促呼吸数据部分和指示该用户处于平稳呼吸中的平稳呼吸数据部分，该过滤单元滤除该ECG数据中与该急促呼吸数据部分相对应的ECG数据部分。

在一实例中，该用户处于急促呼吸中的呼吸频率为大于24次/分钟。

在一实例中，还包括耦接于该多个采集电极与该过滤单元之间的放大电路、滤波电路、A/D转换电路，用于对该多个采集电极采集的该ECG数据依次执行放大、滤波和A/D转换以提供经处理的ECG数据，其中该过滤单元根据该用户状态数据对该经处理的ECG数据进行过滤以提供该经过滤的ECG数据。

在一实例中，还包括与该过滤单元耦接的本地存储单元，用于存储该经过滤的ECG数据。

在一实例中，还包括与该过滤单元耦接的无线通信单元，用于传送该经过滤的ECG数据。

根据本发明的便携式心电监测设备，可以过滤掉不符合要求的ECG数据，提供更可靠的ECG数据。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1是示出了根据本发明的一方面的便携式心电监测设备的框图；

图2是示出了根据本发明的第一实施例的便携式心电监测设备的框图；

图3是示出了根据本发明的第二实施例的便携式心电监测设备的框图；以及

图4是示出了根据本发明的一方面的采集到的ECG数据、用户状态数据、以及经过滤的ECG数据的时序图。

符号说明：

100、200、300：便携式心电监测设备

101、201、301：采集电极

102、202、302：放大/滤波/AD转换单元

103：用户状态传感单元 203：运动传感器 303：呼吸频率传感器

104、204、304：过滤单元

106、206、306：无线通信单元

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

图1是示出了根据本发明的一方面的便携式心电监测设备100的框图。设备100可以在使用时贴在人体的身上，采集人体体表的心电信号。由于需要长时间监测人体的心电图(ECG)数据，所以监测设备100可以例如通过电极贴片贴附在人体体表上。监测设备100可更换电池，以起到反复使用的目的，满足了连续大体量ECG数据的采集要求，也满足了作为家庭监护设备可持续使用的要求。

尽管设备100可能包括各种功能性组件，例如电源模块、用户接口模块等等，然而，为了突出本发明的主题，仅在图中以及说明书中描述与本发明相关的功能模块。

如图1所示，设备100可包括采集电极101，用于采集用户的ECG数据。采集电极一般包括多个电极，例如可以是两个，也可以是更多个，组成单导联或至多三导联的心电检测设备。

人体心电信号非常的微弱，一般只有0.05mV～5mV。频谱范围主要集中在0.05～100Hz，分布的带宽范围有限，频率比较低。由于心电信号具有微弱、低频、和高阻抗等特性，极其容易受到干扰。为此，设备100可包括用于对采集到的初始的心电信号进行处理的放大/滤波/A/D转换单元102。

具体地，放大电路可对心电信号进行前置放大处理，从而使得放大后的心电信号具有低噪声、低漂移、高共模抑制比等性能。然后，由滤波电路对心电信号进行滤波处理，例如包括50Hz的陷波处理。这是因为由于供电网络无所不在，因此50Hz的工频干扰是最普遍的，也是心电信号的主要干扰来源。它主要通过人体和测量系统的输入导线的电容性耦合，以位移电流的形式引入，其强度足以淹没有用的心电信号。另外，因为心电信号的频率较低，滤波电路还可执行低通滤波，以滤除高频干扰噪声。此外，A/D转换电路可执行A/D转换，以得到数字化的ECG数据。

另外，根据本发明的一方面，设备100可包括用户状态传感单元103，以采集用户的用户状态数据。这里的用户状态可以表示用户的生理状态，例如是否处在运动中或静止中，是否处在急促的呼吸状态等等。因为除了上述常见的心电干扰噪声外，用户本身的生理状态也可能对ECG数据的准确性有影响。例如用户在运动的情况下，心电图会受到肌电信号，运动伪影等干扰，从而引起失真，难以得到具有准确诊断功能的心电图，影响之后的医生判断。因此，在本发明中，当用户处在这些异常的生理状态下所采集的ECG数据将被滤除，以不反映在最终的ECG输出中，从而不干扰医生的专业判断。ECG输出中只包含在用户处在正常状态下测得的ECG数据。

为此，设备100还可包括过滤单元104，后者接收初始测得的ECG数据，以及测得的用户状态数据，以根据该用户状态数据对ECG数据进行过滤以提供经过滤的ECG数据。

在设备100被佩戴于用户身上工作时，采集电极101和用户状态传感单元103是同步工作的，即在随时间采集输出ECG数据的同时，也同步地随时间得到用户的状态数据，因此，用户状态数据和ECG数据在时序上具有对应关系。图4是示出了根据本发明的一方面的采集到的ECG数据ECG1和用户状态数据US的时序图。

用户状态数据包括正常用户状态数据部分以及异常用户状态数据部分，前一部分指示用户当前处于正常状态，后一部分指示用户当前处于非正常状态，例如剧烈运动中、急促呼吸中等等。由于用户状态数据与ECG数据在时序上具有对应关系，因此，ECG数据中存在与正常用户状态数据部分对应的部分，以及与异常用户状态数据部分对应的部分。过滤单元104负责过滤掉ECG数据中与异常用户状态数据部分相对应的ECG数据部分。

如图4所示，x轴表示时间轴，随时间的流逝，图4中绘出了采集到的初始ECG数据ECG1以及由用户状态传感单元103采集到的指示用户状态的用户状态数据US。用户状态数据用于指示用户状态，当用户状态传感单元103感测到用户处在正常的生理状态时，输出例如逻辑1，当感测到用户处在异常的生理状态时，输出例如逻辑0。

从图4中可见，对应时间段t0-t1、t2-t3、t4-t5、t6-t7的US部分为正常用户状态数据部分，用N表示；对应时间段t1-t2、t3-t4、t5-t6的US部分为异常用户状态数据部分，用A表示。

用于在时间段t1-t2、t3-t4、t5-t6，用户处在异常状态下，此时测得的ECG数据可能会对医生的判断造成干扰，因此，在本发明中，由过滤单元104将ECG1中与异常用户状态数据部分A相对应的部分过滤掉，从而仅剩下与正常用户状态数据部分N相对应的部分，从而得到ECG2。

实践中，过滤单元104可以实现成逻辑与电路。例如，异常用户状态数据部分为逻辑0，正常用户状态数据部分为逻辑1，则用户状态数据与ECG1在过滤单元104中进行逻辑与运算，可以直接将ECG1中与异常用户状态数据部分对应的部分滤除。

再请参考图1，设备100还可包括本地存储单元105，例如可移动的存储介质，诸如SD卡、闪存等等。另外，设备100还可包括无线通信单元106，例如无线蓝牙通信模块诸如TI的低功耗蓝牙CC2540，或者也可采用RFID模块等等。例如，设备100可将获得的ECG数据传送至用户身上携带的其他移动设备，例如智能手机等。

图2是示出了根据本发明的第一实施例的便携式心电监测设备200的框图。如图2所示，设备200可包括采集电极201，用于采集用户的ECG数据。采集电极一般包括多个电极，例如可以是两个，也可以是更多个，组成单导联或至多三导联的心电检测设备。

设备200还可包括用于对采集到的初始的心电信号进行处理的放大/滤波/A/D转换单元202。具体地，放大电路可对心电信号进行前置放大处理，从而使得放大后的心电信号具有低噪声、低漂移、高共模抑制比等性能。然后，由滤波电路对心电信号进行滤波处理，例如包括50Hz的陷波处理。这是因为由于供电网络无所不在，因此50Hz的工频干扰是最普遍的，也是心电信号的主要干扰来源。它主要通过人体和测量系统的输入导线的电容性耦合，以位移电流的形式引入，其强度足以淹没有用的心电信号。另外，因为心电信号的频率较低，滤波电路还可执行低通滤波，以滤除高频干扰噪声。此外，A/D转换电路可执行A/D转换，以得到数字化的ECG数据。

特别地，作为用户状态传感单元的特定实例，设备200可包括运动传感器203，常用的运动传感器203可包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器等等。通过这些传感器，可以获悉用户处在例如走，跑，躺，坐等各种状态。从而，运动传感器203可获得指示用户的运动状态的运动状态数据。

设备200还可包括过滤单元204，后者接收初始测得的ECG数据，以及测得的运动状态数据，以根据该运动状态数据对ECG数据进行过滤以提供经过滤的ECG数据。

在设备200被佩戴于用户身上工作时，采集电极201和运动传感器203是同步工作的，即在随时间采集输出ECG数据的同时，也同步地随时间得到用户的运动状态数据，因此，运动状态数据和ECG数据在时序上具有对应关系。

运动状态数据包括动态数据部分以及静态数据部分，前一部分指示用户当前处于运动中，后一部分指示用户当前处于静止中。当用户处于运动中时，可以认为用户处在异常生理状态，当用户处于静止中时，可以认为用户处在正常生理状态。注意，这里的“运动中”和“静止中”仅仅是在相对意义上而言的，并非一定是绝对的运动或静止。例如可将用户小于一定速度的行走也认为是处在“静止中”。

由于运动状态数据与ECG数据在时序上具有对应关系，因此，ECG数据中存在与动态数据部分对应的部分，以及与静态数据部分对应的部分。过滤单元204负责过滤掉ECG数据中与动态数据部分相对应的ECG数据部分。

类似地在实践中，当运动传感器203感测到用户处在静止中时，输出例如逻辑1，当感测到用户处在运动中时，输出例如逻辑0。过滤单元204可以实现成逻辑与电路。例如，动态数据部分为逻辑0，静态数据部分为逻辑1，则运动状态数据与ECG数据在过滤单元204中进行逻辑与运算，可以直接将ECG数据中与动态数据部分对应的部分滤除。

设备200还可包括本地存储单元205，例如可移动的存储介质，诸如SD卡、闪存等等。另外，设备200还可包括无线通信单元206，例如无线蓝牙通信模块诸如TI的低功耗蓝牙CC 2540，或者也可采用RFID模块等等。例如，设备200可将获得的ECG数据传送至用户身上携带的其他移动设备，例如智能手机等。

图3是示出了根据本发明的第二实施例的便携式心电监测设备300的框图。如图3所示，设备300可包括采集电极301，用于采集用户的ECG数据。采集电极一般包括多个电极，例如可以是两个，也可以是更多个，组成单导联或至多三导联的心电检测设备。

设备300还可包括用于对采集到的初始的心电信号进行处理的放大/滤波/A/D转换单元302。具体地，放大电路可对心电信号进行前置放大处理，从而使得放大后的心电信号具有低噪声、低漂移、低共模抑制比等性能。然后，由滤波电路对心电信号进行滤波处理，例如包括50Hz的陷波处理。这是因为由于供电网络无所不在，因此50Hz的工频干扰是最普遍的，也是心电信号的主要干扰来源。它主要通过人体和测量系统的输入导线的电容性耦合，以位移电流的形式引入，其强度足以淹没有用的心电信号。另外，因为心电信号的频率较低，滤波电路还可执行低通滤波，以滤除高频干扰噪声。此外，A/D转换电路可执行A/D转换，以得到数字化的ECG数据。

特别地，作为用户状态传感单元的特定实例，设备300可包括呼吸频率传感器303，以测量用户的呼吸频率。通过判断用户的呼吸频率范围，可以得知用户是处在呼吸平稳状态还是呼吸急促状态。从而，呼吸频率传感器303可获得指示用户的呼吸状态的呼吸状态数据。

实践中，呼吸频率传感器303可以是各种类型的呼吸频率传感器，例如阻抗型呼吸频率传感器。阻抗型呼吸频率传感器的原理是基于人体在呼吸时，由于胸腔体积变化，会导致人体电阻发生变化，根据电阻变化可以得知人体的呼吸状态。因此，阻抗型呼吸频率传感器可对胸腔输入一定频率、一定大小值得恒定电流，检测出两端电压的变化，即可得到对应的呼吸阻抗变化信号。在设备300中，可利用采集电极301来向人体施加该恒定电流。

设备300还可包括过滤单元304，后者接收初始测得的ECG数据，以及测得的呼吸状态数据，以根据该呼吸状态数据对ECG数据进行过滤以提供经过滤的ECG数据。

在设备300被佩戴于用户身上工作时，采集电极301和呼吸频率传感器303是同步工作的，即在随时间采集输出ECG数据的同时，也同步地随时间得到用户的呼吸状态数据，因此，呼吸状态数据和ECG数据在时序上具有对应关系。

呼吸状态数据包括平稳呼吸数据部分以及急促呼吸数据部分，前一部分指示用户当前处于平稳呼吸中，后一部分指示用户当前处于急促呼吸中。当用户处于急促呼吸中时，可以认为用户处在异常生理状态，当用户处于平稳呼吸中时，可以认为用户处在正常生理状态。例如，当测得的用户呼吸频率大于24次/分钟时，可以认为用户处在急促呼吸中。

由于呼吸状态数据与ECG数据在时序上具有对应关系，因此，ECG数据中存在与急促呼吸数据部分对应的部分，以及与平稳呼吸数据部分对应的部分。过滤单元304负责过滤掉ECG数据中与急促呼吸数据部分相对应的ECG数据部分。

类似地在实践中，当呼吸频率传感器303感测到用户处在平稳呼吸中时，输出呼吸状态数据为例如逻辑1，当感测到用户处在急促呼吸中时，输出例如逻辑0。过滤单元304可以实现成逻辑与电路。例如，急促呼吸数据部分为逻辑0，平稳呼吸数据部分为逻辑1，则呼吸状态数据与ECG数据在过滤单元304中进行逻辑与运算，可以直接将ECG数据中与急促呼吸数据部分对应的部分滤除。

设备300还可包括本地存储单元305，例如可移动的存储介质，诸如SD卡、闪存等等。另外，设备300还可包括无线通信单元306，例如无线蓝牙通信模块诸如TI的低功耗蓝牙CC 2540，或者也可采用RFID模块等等。例如，设备300可将获得的ECG数据传送至用户身上携带的其他移动设备，例如智能手机等。

在其他实施例中，用户状态传感单元可同时包括运动传感器和呼吸频率传感器，两者分别耦接过滤单元，过滤单元对初始测得的ECG数据进行多级过滤。例如，先根据运动传感器获得的运动状态数据对ECG数据进行过滤，再根据呼吸频率传感器获得的呼吸状态数据，对前次过滤后的ECG数据进行过滤，以提供最终经过滤的ECG数据。在实际生活中，有些异常的心电图可能是由用户剧烈运动后坐下产生，如仅仅采用运动传感器进行过滤，类似情景的变态心电图即会进入诊断环节，从而引起误诊。因此，在运动传感器的基础上，增加呼吸频率传感器，可以有效避免上述误诊。

通过本发明的便携式心电检测设备，可以过滤掉不符合要求的ECG数据，提供更可靠的ECG数据。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (11)

1.一种便携式心电监测设备，包括：

多个采集电极，用于采集用户的心电图ECG数据；

用户状态传感单元，用于采集所述用户的用户状态数据；以及

过滤单元，所述过滤单元与所述多个采集电极和所述用户状态传感单元耦接，以根据所述用户状态数据对所述ECG数据进行过滤，从而提供经过滤的ECG数据。

2.如权利要求1所述的便携式心电监测设备，其特征在于，所述用户状态数据与所述ECG数据在时序上具有对应关系，并且所述用户状态数据包括指示所述用户处于正常状态的正常用户状态数据部分和指示所述用户处于异常状态的异常用户状态数据部分，所述过滤单元用于滤除所述ECG数据中与所述异常用户状态数据部分相对应的ECG数据部分。

3.如权利要求2所述的便携式心电监测设备，其特征在于，所述过滤单元包括逻辑与电路，所述异常用户状态数据部分用第一逻辑表示，所述正常用户状态数据部分用第二逻辑表示，所述逻辑与电路将所述用户状态数据与所述ECG数据进行逻辑与运算以执行过滤。

4.如权利要求2所述的便携式心电监测设备，其特征在于，所述用户状态传感单元包括运动传感器，以用于获得指示所述用户的运动状态的运动状态数据，所述运动状态数据包括指示所述用户处于运动中的动态数据部分和指示所述用户处于静止中的静态数据部分，所述过滤单元滤除所述ECG数据中与所述动态数据部分相对应的ECG数据部分。

5.如权利要求4所述的便携式心电监测设备，其特征在于，所述用户状态传感单元还包括呼吸频率传感器，以用于获得指示所述用户的呼吸状态的呼吸状态数据，所述呼吸状态数据包括指示所述用户处于急促呼吸中的急促呼吸数据部分和指示所述用户处于平稳呼吸中的平稳呼吸数据部分，所述过滤单元在滤除所述ECG数据中与所述动态数据部分相对应的ECG数据部分后，进一步滤除所述ECG数据中与所述急促呼吸数据部分相对应的ECG数据部分。

6.如权利要求4所述的便携式心电监测设备，其特征在于，所述运动传感器包括三轴陀螺仪、或三轴加速度计、或三轴地磁传感器、或者前述的任意组合。

7.如权利要求2所述的便携式心电监测设备，其特征在于，所述用户状态传感单元包括呼吸频率传感器，以用于获得指示所述用户的呼吸状态的呼吸状态数据，所述呼吸状态数据包括指示所述用户处于急促呼吸中的急促呼吸数据部分和指示所述用户处于平稳呼吸中的平稳呼吸数据部分，所述过滤单元滤除所述ECG数据中与所述急促呼吸数据部分相对应的ECG数据部分。

8.如权利要求7所述的便携式心电监测设备，其特征在于，所述用户处于急促呼吸中的呼吸频率为大于24次/分钟。

9.如权利要求1所述的便携式心电监测设备，其特征在于，还包括耦接于所述多个采集电极与所述过滤单元之间的放大电路、滤波电路、A/D转换电路，用于对所述多个采集电极采集的所述ECG数据依次执行放大、滤波和A/D转换以提供经处理的ECG数据，其中所述过滤单元根据所述用户状态数据对所述经处理的ECG数据进行过滤以提供所述经过滤的ECG数据。

10.如权利要求1所述的便携式心电监测设备，其特征在于，还包括与所述过滤单元耦接的本地存储单元，用于存储所述经过滤的ECG数据。

11.如权利要求1所述的便携式心电监测设备，其特征在于，还包括与所述过滤单元耦接的无线通信单元，用于传送所述经过滤的ECG数据。