CN106618532A - 一种用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，包括穿戴衣、心电电极、心电参数传感节点、脉搏参数传感节点、织物导线；穿戴衣对应的左胸锁骨下部、右胸锁骨下部、右腹部设有3个心电电极；3个心电电极分别通过织物导线与心电参数传感节点连接；心电参数传感节点通过若干根织物导线与位于穿戴衣对应腕部的脉搏参数传感节点连接。本发明提出一种对心电、血压和脉搏这三个生理参数进行实时动态测量及记录的用于多体征参数采集的穿戴装置。

Description

一种用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置

技术领域

本发明涉及穿戴装置，尤其涉及一种用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置。

背景技术

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人体健康监护越来越受到人们的关注。《2012中国城市居民健康白皮书》调查发现，35岁至65岁的人群正在成为慢性病大军，其中超重和肥胖、血脂异常和脂肪肝、高血压呈明显上升趋势，发病年龄日趋年轻化。疾病发生之前通常有“生理异常”，通过对亚健康指标的测量可以提早发现慢性病，有利于治疗。心血管疾病是威胁人类生命健康的主要的因素之一，心脏系统疾病的防治与诊断是人类健康面临的首要问题和人们关心的重点。心电作为心脏电活动在体表的综合表现，蕴含着丰富的能够反映心脏各部位功能的病生理信息，是评价心脏功能以及诊断心脏病的重要依据之一。此外，脉搏和血压信号也是人们关注的重要健康参数。高血压被称为人类健康的“无形杀手”，是多种疾病的导火索，会使脑卒、冠心病、心力衰竭及肾脏疾患等疾病的发病风险增高。提高对高血压病的认识，对早期预防、及时治疗有极其重要的意义。

传统的心电，血压监护仪器具有体积大，成本高，操作复杂，缺乏舒适性等缺点。近年来，随着材料、纺织技术进步，在智能织物材料和传感器集成技术研究上出现了各种穿戴式生理参数监测设备，主要有腕带、胸带、智能衣等。特别是对智能衣物而言，由于衣物是人们日常生活必备用品，不像腕带和胸带长时间佩戴会带来不便和不舒适的感觉，而且衣物贴身穿着，将其设计成传感器在信号采集上具有天然的优势。利用智能织物的物理、化学响应特性，智能衣物可以通过“隐形”的方式方便地收集如体表电势、体温以及压力等生理信号。其中就心电检测而言，就是利用湿性电极采集体表电势，经过处理而得到的。现有的湿性电极由于不能重复利用，属于一次性使用产品，而且长时间佩戴会刺激皮肤，容易引起过敏性皮炎，导致皮肤瘙痒甚至溃烂，其灵敏度和信噪比会随使用时间的增长或是汗液的分泌而下降。

现有血压测量方法可以分为有创测量和无创测量两类。动脉插管法是一种有创的连续血压测量方法，该方法是血压测量中的“金标准”，但是该测量方法准备时间长，容易引起并发症，所以除危重患者及大手术的血压测量外，一般不采用。无创血压测量法是临床应用和基础医学中常见的测量方法。无创血压测量的方法主要有听诊法，示波法，动脉张力法，容积补偿法等。其中绝大部分无偿血压测量方法都需要使用充气袖带。而使用充气袖带产生的不舒适感和充气时间则会给连续血压测量带来困难。

专利CN201510785492.4公布了一种“用于测量连续无创血压的体佩式系统”，其提供一种连续测量血压的技术，基于脉搏传导时间并且其不需要任何额外的校准。该技术(此处被称为‘复合方法’)利用体佩式监视器来执行，其测量血压和其它生命体征，并且将它们无线地传输到远距离监视器。典型地放置在患者右臂和胸部上的体佩式传感器网络与体佩式监视器连接，并且测量时间依赖性ECG、PPG、加速计、以及压力波形。一次性使用传感器可以包括袖带，所述袖带特征为与压力传感器耦合的可膨胀气囊、三个或者更多电传感器(例如，电极)、三个或者更多加速计、温度传感器、以及附着到患者拇指上的光传感器(例如，光源和光电二极管)。

上述专利存在以下缺陷：使用带有可膨胀气囊的袖带式，硬件设备复杂且不便携带，并且袖带以及充气压力给被测者带来的刺激及不适应感会影响血压测量结果。通过脉搏波信号计算血压的方法中包含繁琐的校正步骤和计算步骤，对硬件设备计算能力要求较高。

专利CN201010581424.3公开了一种“穿戴式多生理参数记录装置”，穿戴衣通过普通导线与控制盒连接，控制盒通过蓝牙与智能手机连接构成。该智能衣的4个心电电极均采用导电织物电极，由支撑垫向内粘有硬海绵和由导电织物包裹的软海绵构成，支撑垫缝在穿戴衣内里的相应处，导电织物通过导线与布线区连接，导线从布线区引出后与控制盒相连。

上述专利存在以下缺陷：导线单独引出，采用的是普通硬质导线，导线在智能衣上分布广且复杂，人在行动时容易受到拉扯，导线触感较硬使得在穿戴衣物时存在一定的异物感，舒适性较差。该导线没有屏蔽功能，易造成噪声干扰或各种信号之间相互干扰，从而降低信噪比。另外，控制盒较大且与衣服分离，通过导线连接放在衣服的口袋里，十分笨重，不便携带。

所以，现有技术中尚没有使用导电织物作为干性电极和导线代替传统湿性电极和普通导线的心电与脉搏检测装置，而且也没有将心电、脉搏和血压这三项重要体征参数一起集成到衣物上的穿戴式测量设备。

发明内容

发明目的：本发明的目的是一种基于以上不足，本发明提出一种对心电、血压和脉搏这三个生理参数进行实时动态测量及记录的用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置。

技术方案：本发明所述的一种用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，其特征在于：包括穿戴衣、心电电极、心电参数传感节点、脉搏参数传感节点、织物导线；所述的穿戴衣对应的左胸锁骨下部、右胸锁骨下部、右腹部设有3个心电电极；所述的3个心电电极分别通过织物导线与心电参数传感节点连接；所述的心电参数传感节点通过若干根织物导线与位于穿戴衣对应腕部的脉搏参数传感节点连接；

所述的心电参数传感节点设有若干个心电参数传感节点接口；所述的脉搏参数传感节点设有若干个脉搏参数传感节点接口并分别与心电参数传感节点接口通过单独的织物导线连接。

其中，所述的脉搏参数传感节点外部设有脉搏参数传感节点外壳，脉搏参数传感节点通过外凸卡槽与脉搏参数传感节点外壳的内凹卡槽活动连接；所述的脉搏参数传感节点外壳设有用于透光的进光孔。

其中，所述的心电电极包括依次重叠的弹性支撑层、基底层、导电织物传感层；所述的导电织物传感层通过导电织物传输线与外部的织物导线连接。

其中，所述的导电织物传输线外部包裹有棉布外层。

一种用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，其特征在于：所述的3个心电电极的LA电极、RA电极、RL电极分别采集左手、右手、右腿的心电信号，通过三根织物导线分别传送到心电参数传感节点，对心电信号进行放大处理以及生理参数微控制器的带通滤波处理后，由蓝牙通信模块上传至监控中心，对人体的心电参数进行实时的监控。

所述的脉搏参数传感节点由脉搏传感器信号采集电路与信号处理电路组成，从人体手腕处采集到脉搏信号后，通过信号调理电路获得适合A/D转化需要的电压信号，再通过织物导线传输至心电参数传感节点上的单片机中，对脉搏信号进行分析处理，由蓝牙通信模块上传至监控中心，对人体的脉搏参数进行实时的监控。

所述的监控中心为手机客户端；所述的手机客户端接收到心电信号及脉搏信号后，计算心电信号ECG和R波波峰值，计算光电容积脉搏波信号PPG波峰值；计算脉搏波传导时间PWTT值，并通过PWTT值计算得到血压收缩压SBP值，并通过脉搏波波形系数K、心跳周期T、心跳舒张期Td以及SBP计算得到血压舒张压DBP值。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明提供了以智能手机为平台的监护软件，可以实现心电数据和脉搏波数据的实时接收、血压值的实时计算、文件存储、信号波形显示、异常心电信号识别以及远程连接功能。通过对脉搏波传播时间参数进行拟合计算，得到血压值，降低了对硬件设施的需求。在不需要使用压力袖带的条件下，实现了对心电、血压和脉搏这三个重要生理参数的动态测量及记录，提供了既适用于医院也适用于个人使用的穿戴式生理参数监测记录装置。

同时，心电电极采用基底层、弹性支撑层和导电织物传感层三层结构，相比于现有的由支撑垫向内粘有硬海绵以及由导电织物包裹的软海绵构成的电极，明显降低了心电电极的厚度，有效提高了穿戴的舒适性，同时也降低了电极的生产成本；采用基底层能够方便将心电电极缝制在穿戴衣的内侧面上；采用弹性支撑层能够对导电织物传感层进行弹性支撑，使导电织物传感层能够始终紧贴人体皮肤表面，提高信号采集的可靠性和有效性。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的心电参数传感节点的结构示意图；

图3为本发明的脉搏参数传感节点的结构示意图；

图4为本发明的脉搏参数传感节点外壳的结构示意图；

图5为本发明的心电电极的剖视结构示意图；

图6为本发明的织物导线的端面结构示意图。

图中1为穿戴衣、2为心电电极、3为心电参数传感节点、4为脉搏参数传感节点、5为心电参数传感节点接口、6为脉搏参数传感节点接口、7为外凸卡槽、8为脉搏参数传感节点外壳、9为进光孔、10为内凹卡槽、11为基底层、12为弹性支撑层、13为导电织物传感层、14为导电织物传输线、15为棉布外层、16为织物导线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明的一种用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，包括穿戴衣1、心电电极2、心电参数传感节点3、脉搏参数传感节点4、织物导线16；穿戴衣1对应的左胸锁骨下部、右胸锁骨下部、右腹部设有3个心电电极2；3个心电电极2分别通过织物导线16与心电参数传感节点3连接，心电电极2包括依次重叠的弹性支撑层12、基底层11、导电织物传感层13；导电织物传感层13通过导电织物传输线14与外部的织物导线16连接；导电织物传输线14外部包裹有棉布外层15；心电参数传感节点3通过若干根织物导线16与位于穿戴衣1对应腕部的脉搏参数传感节点4连接；心电参数传感节点3设有若干个心电参数传感节点接口5；所述的脉搏参数传感节点4设有若干个脉搏参数传感节点接口6并分别与心电参数传感节点接口5通过单独的织物导线16连接，脉搏参数传感节点,4外部设有脉搏参数传感节点外壳8，脉搏参数传感节点4通过外凸卡槽7与脉搏参数传感节点外壳8的内凹卡槽10活动连接；脉搏参数传感节点外壳8设有用于透光的进光孔9。

实施例：

一种用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，包括穿戴衣1、3个心电电极2、心电参数传感节点3、脉搏参数传感节点4以及织物导线16；3个心电电极2均设置在穿戴衣1内，且分别位于左胸锁骨下、右胸锁骨下以及右腹部；心电信号模拟前端芯片的三个信号输入端通过三根织物导线16分别与三个心电电极2相连。采用在左胸锁骨下、右胸锁骨下和右腹部设置三个心电电极2分别采集代替左手、右手以及右腿的心电信号，并由心电信号模拟前端芯片进行放大处理以及生理参数微控制器的带通滤波处理，最终由生理参数蓝牙通信模块上传至监控中心，从而对人体的心电参数进行实时地监控。

其中，脉搏参数传感节点4主要由脉搏传感器信号采集电路与信号处理电路组成。本节点采用红外传感器作为激励，利用光电容积法测量脉搏波。光电容积脉搏波描记法(PhotoPlethysmoGraphy，PPG)是借光电手段检测血液容积变化从而得到脉搏波的一种无创检测方式。当一定波长的光束照射到皮肤表面时，受到皮肤、肌肉、组织和血液的吸收作用，并通过透射或反射方式传送到光电接收器。其中皮肤、肌肉、组织等对光的吸收在整个血液循环中是保持恒定不变的，而血管内的血液容积在心脏收缩和舒张作用下呈搏动性变化。

利用信号收集系统获取人体手腕处桡动脉的脉搏信号后，先将该信号通过信号调理电路来得到适合A/D转换需要的电压信号，再通过织物导线将其传输至心电参数传感节点3上的单片机中，利用单片机上的软件对脉搏数据进行所需要的处理、分析和参数计算。最后通过蓝牙与手机连接，可以实时收发与保存数据并将波形显示于手机客户端上。

所得到的心电信号及脉搏波信号通过蓝牙传输至手机端后，手机客户端将进行如下步骤，计算ECG信号和R波波峰值，计算PPG信号波峰值；计算PWTT值，并通过PWTT值计算得到SBP值，并通过K、T、Td以及SBP计算得到DBP值。其中ECG为心电，PPG为光电容积脉搏波，PWTT为脉搏波传导时间，SBP为血压收缩压，DBP为血压舒张压，K为脉搏波波形系数，T为心跳周期，Td为心跳舒张期，R为心电图中波峰值。得到的血压舒张压将与心电信号及脉搏波信号一起显示在手机端界面上。

Claims (7)

1.一种用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，其特征在于：包括穿戴衣(1)、心电电极(2)、心电参数传感节点(3)、脉搏参数传感节点(4)、织物导线(16)；所述的穿戴衣(1)对应的左胸锁骨下部、右胸锁骨下部、右腹部设有3个心电电极(2)；所述的3个心电电极(2)分别通过织物导线(16)与心电参数传感节点(3)连接；所述的心电参数传感节点(3)通过若干根织物导线(16)与位于穿戴衣(1)对应腕部的脉搏参数传感节点(4)连接；

所述的心电参数传感节点(3)设有若干个心电参数传感节点接口(5)；所述的脉搏参数传感节点(4)设有若干个脉搏参数传感节点接口(6)并分别与心电参数传感节点接口(5)通过单独的织物导线(16)连接。

2.根据权利要求1所述的用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，其特征在于：所述的脉搏参数传感节点(4)外部设有脉搏参数传感节点外壳(8)，脉搏参数传感节点(4)通过外凸卡槽(7)与脉搏参数传感节点外壳(8)的内凹卡槽(10)活动连接；所述的脉搏参数传感节点外壳(8)设有用于透光的进光孔(9)。

3.根据权利要求1所述的用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，其特征在于：所述的心电电极(2)包括依次重叠的弹性支撑层(12)、基底层(11)、导电织物传感层(13)；所述的导电织物传感层(13)通过导电织物传输线(14)与外部的织物导线(16)连接。

4.根据权利要求3所述的用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，其特征在于：所述的导电织物传输线(14)外部包裹有棉布外层(15)。

5.根据权利要求1所述的用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，其特征在于：所述的3个心电电极(2)的LA电极、RA电极、RL电极分别采集左手、右手、右腿的心电信号，通过三根织物导线(16)分别传送到心电参数传感节点(3)，对心电信号进行放大处理以及生理参数微控制器的带通滤波处理后，由蓝牙通信模块上传至监控中心，对人体的心电参数进行实时的监控。

6.根据权利要求1所述的用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，其特征在于：所述的脉搏参数传感节点(4)由脉搏传感器信号采集电路与信号处理电路组成，从人体手腕处采集到脉搏信号后，通过信号调理电路获得适合A/D转化需要的电压信号，再通过织物导线(16)传输至心电参数传感节点(3)上的单片机中，对脉搏信号进行分析处理，由蓝牙通信模块上传至监控中心，对人体的脉搏参数进行实时的监控。

7.根据权利要求5、6所述的用于心电与血压及脉搏特征参数采集的穿戴装置，其特征在于：所述的监控中心为手机客户端；所述的手机客户端接收到心电信号及脉搏信号后，计算心电信号ECG和R波波峰值，计算光电容积脉搏波信号PPG波峰值；计算脉搏波传导时间PWTT值，并通过PWTT值计算得到血压收缩压SBP值，并通过脉搏波波形系数K、心跳周期T、心跳舒张期Td以及SBP计算得到血压舒张压DBP值。