CN106725423A - 一种检测人体心电信号的可穿戴设备 - Google Patents

一种检测人体心电信号的可穿戴设备 Download PDF

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周佩如
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Abstract

本发明提供了一种检测人体心电信号的可穿戴设备，其特征在于：包括柔性环带和防水外壳；防水外壳的内侧和外侧分别设有一个干电极；防水外壳内部形成密封腔，密封腔中设有处理模块和电源模块；处理模块包括依次连接的差分放大电路、模拟滤波电路、模数转换电路、主控电路和无线信号传输电路；两个干电极分别与差分放大电路连接。该可穿戴设备结构简单，体积小，使用便捷，可防潮、防汗、防水，穿戴舒适，可高精度地还原人体心电图以随时监测人体状况。

Description

一种检测人体心电信号的可穿戴设备
技术领域
本发明涉及心电信号检测技术领域，更具体地说，涉及一种检测人体心电信号的可穿戴设备。
背景技术
随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快，心血管疾病的发病率迅速上升，已成为威胁人类身体健康的主要因素之一。由于心血管事件发生的隐匿性、突然性、变化快、死亡率高，常常使患者不能得到及时救治。而心电图则是治疗此类疾病的主要依据，具有诊断可靠，方法简便，对病人无损害的优点，在现代医学中，变得越来越重要。因此，心电监测对于人们的健康与生命安全具有重要意义。
目前医院采用的心电检测多采用大型心电检测设备，体积大，价格昂贵，而且需要专业的医护人员才能看懂，难以做到智能自动监护，只能在医院内部使用，不便于患者的日常使用。而现有的可穿戴心电设备，更多是基于光学检测的原理，干扰大，医疗参考意义不大，且一般只能获取到心率数据，难以获取完整的心电图信息，难以满足医护人员的诊断需求。
因此，急需设计出一种可检测人体心电信号、可穿戴、体积小、使用便捷的设备。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种检测人体心电信号、结构简单、体积小、使用便捷、防潮、防汗、防水、穿戴舒适、可高精度地还原人体心电图以随时监测人体状况的可穿戴设备。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种检测人体心电信号的可穿戴设备，其特征在于：包括柔性环带和防水外壳；所述防水外壳的内侧和外侧分别设有一个干电极；防水外壳内部形成密封腔，密封腔中设有处理模块和用于向处理模块供电的电源模块；
所述处理模块包括：
用于采集两个干电极的输出信号，且对两个干电极的输出信号进行比较并放大得到差分放大心电信号的差分放大电路；
用于对差分放大心电信号进行滤波的模拟滤波电路；
用于将滤波后的差分放大心电信号从模拟信号转换成数字信号得到数字心电信号的模数转换电路；
用于对数字心电信号进行处理得到心电信息的主控电路；
以及用于将心电信息向外部设备传输的无线信号传输电路；
两个干电极分别与差分放大电路连接；所述差分放大电路、模拟滤波电路、模数转换电路、主控电路和无线信号传输电路依次连接。
本发明可穿戴设备的工作原理是：使用者通过柔性环带将可穿戴设备戴在左手或右手手腕上，位于防水外壳内侧的干电极与手腕皮肤接触；当另一只手手指接触位于防水外壳外侧的干电极时，形成了经过人体心脏的测量回路；两个干电极分别输出信号，差分放大电路将两个干电极的输出信号进行比较并放大，得到差分放大心电信号，差分放大心电信号经过滤波-模数转换输入到主控电路中形成心电信息，通过无线信号传输电路向外部设备传输。心电信息在外部设备进行处理分析，可简化可穿戴设备结构，缩小体积。
本发明可穿戴设备高精度地还原人体心电图，结构简单，体积小，使用便捷；具有良好的防潮、防汗、防水性能，便于使用者在任何场合、任何时刻进行穿戴，随时监测心电信息，以确保能及时发现异常状态使使用者得到及时救治；本发明可穿戴设备采用柔性环带，可更好地贴合人体皮肤，还可提高使用者穿戴时的舒适度。
优选地，所述防水外壳的内侧和外侧分别设有一个干电极是指，密封腔腔壁上开设有两个安装孔，且两个安装孔分别位于防水外壳的内侧和外侧；两个干电极分别设置在两个安装孔中，且干电极与安装孔孔壁之间设有密封结构。该设计的好处是，可防止水分从干电极与安装孔孔壁之间的间隙渗入，进一步提高防水性能，使可穿戴设备具有良好的可靠性和安全性。
优选地，位于防水外壳内侧的干电极凸出于防水外壳表面，以确保与人体皮肤充分接触。
优选地，两个干电极分别呈圆柱状，干电极底面直径≥10mm。该设计的好处是，既方便使用者接触干电极，确保了干电极与皮肤有足够的接触面积，使可穿戴设备可稳定地采集用户体表生物电信；又可缩小体积，便于设备穿戴。
优选地，两个干电极分别是指阻抗式干电极。
优选地，所述电源模块包括：
用于向处理模块供电的锂电池；
用于在充电线连接时为锂电池充电，在充电线未连接时利用锂电池为处理模块供电的充电控制模块；
用于标识锂电池正处于充电状态/电量已充满的充电指示灯；
以及用于标识锂电池正处于低电量状态/电量充足的电量指示灯。电源模块设有充电指示灯和电量指示灯，便于使用者获取锂电池的充电状态和电量状态，进一步提高使用便捷程度。
优选地，所述无线信号传输电路是指蓝牙传输电路；蓝牙传输电路包括：
用于主控电路处理得出的心电信息发送至外部蓝牙设备的数据传输单元；
以及用于标识数据传输单元正处于已连接/等待连接状态的状态指示灯。
优选地，所述防水外壳内部形成密封腔是指，防水外壳包括安装台和透明密封层，透明密封层密封设置在安装台外侧以形成密封腔；所述安装台上设有用于安装充电指示灯、电量指示灯和状态指示灯的镂空区域。充电指示灯、电量指示灯和状态指示灯，既可实现密封，又可透射出光线标识电源模块和蓝牙传输电路的状态。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明可穿戴设备高精度地还原人体心电图，结构简单，体积小，使用便捷；具有良好的防潮、防汗、防水性能，便于使用者在任何场合、任何时刻进行穿戴，随时监测心电信息，以确保能及时发现异常状态使使用者得到及时救治；本发明可穿戴设备采用柔性环带，可更好地贴合人体皮肤，还可提高使用者穿戴时的舒适度；
2、本发明可穿戴设备可防止水分渗入，具有良好的防水性能，具有良好的可靠性和安全性；
3、本发明可穿戴设备既方便使用者接触干电极，确保了干电极与皮肤有足够的接触面积，使可穿戴设备可稳定地采集用户体表生物电信；又可缩小体积，便于设备穿戴。
附图说明
图1是本发明可穿戴设备的电路结构框图；
图2是本发明可穿戴设备的结构示意图；
图3是本发明可穿戴设备的应用示意图；
其中，1为防水外壳、2为干电极、3为镂空区域、4为柔性环带。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
如图1和图2所示，本实施例检测人体心电信号的可穿戴设备，包括柔性环带和防水外壳；所述防水外壳的内侧和外侧分别设有一个干电极；防水外壳内部形成密封腔，密封腔中设有处理模块和用于向处理模块供电的电源模块；
所述处理模块包括差分放大电路、模拟滤波电路、模数转换电路、主控电路和无线信号传输电路。
差分放大电路用于采集两个干电极的输出信号，且对两个干电极的输出信号进行比较并放大得到差分放大心电信号；
模拟滤波电路用于对差分放大心电信号进行滤波；
模数转换电路用于将滤波后的差分放大心电信号从模拟信号转换成数字信号得到数字心电信号；
主控电路用于对数字心电信号进行处理得到心电信息；
无线信号传输电路用于将心电信息向外部设备传输。
两个干电极分别与差分放大电路连接；所述差分放大电路、模拟滤波电路、模数转换电路、主控电路和无线信号传输电路依次连接。
本发明可穿戴设备的工作原理是：使用者通过柔性环带将可穿戴设备戴在左手或右手手腕上，位于防水外壳内侧的干电极与手腕皮肤接触；当另一只手手指接触位于防水外壳外侧的干电极时，形成了经过人体心脏的测量回路，如图3所示；两个干电极分别输出信号，差分放大电路将两个干电极的输出信号进行比较并放大，得到差分放大心电信号，差分放大心电信号经过滤波-模数转换输入到主控电路中形成心电信息，通过无线信号传输电路向外部设备传输。心电信息在外部设备进行处理分析，可简化可穿戴设备结构，缩小体积。
本发明可穿戴设备高精度地还原人体心电图，结构简单，体积小，使用便捷；具有良好的防潮、防汗、防水性能，便于使用者在任何场合、任何时刻进行穿戴，随时监测心电信息，以确保能及时发现异常状态使使用者得到及时救治；本发明可穿戴设备采用柔性环带，可更好地贴合人体皮肤，还可提高使用者穿戴时的舒适度。
差分放大电路提取了两个干电极的输出信号之间的差值进行处理，简化了处理模块的结构，并且解决了干电极的输出信号弱且干扰信号大的问题，从信号获取的源头上保证信号的完整性。模数转换电路优选采用高精度模数转换电路，通过提高采样的数模转换器的位数提高获取到的数据精度同时，另一方面，提高采样的速率以减少失真，从而确保获取到的数字信号的高精度性。
本发明中，差分放大电路、模拟滤波电路、模数转换电路、主控电路和无线信号传输电路均可采用现有电路。
电源模块包括：
用于向处理模块供电的锂电池；
用于在充电线连接时为锂电池充电，在充电线未连接时利用锂电池为处理模块供电的充电控制模块；
用于标识锂电池正处于充电状态/电量已充满的充电指示灯；
以及用于标识锂电池正处于低电量状态/电量充足的电量指示灯。电源模块设有充电指示灯和电量指示灯，便于使用者获取锂电池的充电状态和电量状态，进一步提高使用便捷程度。
无线信号传输电路是指蓝牙传输电路；蓝牙传输电路包括：
用于主控电路处理得出的心电信息发送至外部蓝牙设备的数据传输单元；
以及用于标识数据传输单元正处于已连接/等待连接状态的状态指示灯。
在外部设备中，可通过相关的算法分析各种心电参数，如：R间间隔、实时心率、平均心率、呼吸频率等数据以及心脏年龄等。其中，R间间隔的获取原理是：利用采集的心电数据，根据波形的幅度值利用算法智能计算出R间间隔。实时心率的获取原理是：利用算法计算一个R间间隔的时间(单位为秒)，然后除以60，即可得到。平均心率的获取原理是：对实时心率取平均值。呼吸频率的获取原理是：利用心电数据估计呼吸频率。
防水外壳1的内侧和外侧分别设有一个干电极2是指，密封腔腔壁上开设有两个安装孔，且两个安装孔分别位于防水外壳1的内侧和外侧；两个干电极2分别设置在两个安装孔中，且干电极2与安装孔孔壁之间设有密封结构。该设计的好处是，可防止水分从干电极2与安装孔孔壁之间的间隙渗入，进一步提高防水性能，使可穿戴设备具有良好的可靠性和安全性。位于防水外壳1内侧的干电极2凸出于防水外壳1表面，以确保与人体皮肤充分接触。
防水外壳内部形成密封腔是指，防水外壳1包括安装台和透明密封层，透明密封层密封设置在安装台外侧以形成密封腔；安装台上设有用于安装充电指示灯、电量指示灯和状态指示灯的镂空区域3。充电指示灯、电量指示灯和状态指示灯，既可实现密封，又可透射出光线标识电源模块和蓝牙传输电路的状态。
实施例二
本实施例检测人体心电信号的可穿戴设备，与实施例一的区别在于：本实施例中，两个干电极分别是指阻抗式干电极；两个干电极分别呈圆柱状，干电极底面直径≥10mm。该设计的好处是，既方便使用者接触干电极，确保了干电极与皮肤有足够的接触面积，使可穿戴设备可稳定地采集用户体表生物电信；又可缩小体积，便于设备穿戴。
本实施例的其余结构与实施例一相同。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种检测人体心电信号的可穿戴设备，其特征在于：包括柔性环带和防水外壳；所述防水外壳的内侧和外侧分别设有一个干电极；防水外壳内部形成密封腔，密封腔中设有处理模块和用于向处理模块供电的电源模块；
所述处理模块包括：
用于采集两个干电极的输出信号，且对两个干电极的输出信号进行比较并放大得到差分放大心电信号的差分放大电路；
用于对差分放大心电信号进行滤波的模拟滤波电路；
用于将滤波后的差分放大心电信号从模拟信号转换成数字信号得到数字心电信号的模数转换电路；
用于对数字心电信号进行处理得到心电信息的主控电路；
以及用于将心电信息向外部设备传输的无线信号传输电路；
两个干电极分别与差分放大电路连接；所述差分放大电路、模拟滤波电路、模数转换电路、主控电路和无线信号传输电路依次连接。
2.根据权利要求1所述的检测人体心电信号的可穿戴设备，其特征在于：所述防水外壳的内侧和外侧分别设有一个干电极是指，密封腔腔壁上开设有两个安装孔，且两个安装孔分别位于防水外壳的内侧和外侧；两个干电极分别设置在两个安装孔中，且干电极与安装孔孔壁之间设有密封结构。
3.根据权利要求2所述的检测人体心电信号的可穿戴设备，其特征在于：位于防水外壳内侧的干电极凸出于防水外壳表面，以确保与人体皮肤充分接触。
4.根据权利要求1所述的检测人体心电信号的可穿戴设备，其特征在于：两个干电极分别呈圆柱状，干电极底面直径≥10mm。
5.根据权利要求1所述的检测人体心电信号的可穿戴设备，其特征在于：两个干电极分别是指阻抗式干电极。
6.根据权利要求1所述的检测人体心电信号的可穿戴设备，其特征在于：所述电源模块包括：
用于向处理模块供电的锂电池；
用于在充电线连接时为锂电池充电，在充电线未连接时利用锂电池为处理模块供电的充电控制模块；
用于标识锂电池正处于充电状态/电量已充满的充电指示灯；
以及用于标识锂电池正处于低电量状态/电量充足的电量指示灯。
7.根据权利要求6所述的检测人体心电信号的可穿戴设备，其特征在于：所述无线信号传输电路是指蓝牙传输电路；蓝牙传输电路包括：
用于主控电路处理得出的心电信息发送至外部蓝牙设备的数据传输单元；
以及用于标识数据传输单元正处于已连接/等待连接状态的状态指示灯。
8.根据权利要求7所述的检测人体心电信号的可穿戴设备，其特征在于：所述防水外壳内部形成密封腔是指，防水外壳包括安装台和透明密封层，透明密封层密封设置在安装台外侧以形成密封腔；所述安装台上设有用于安装充电指示灯、电量指示灯和状态指示灯的镂空区域。
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