CN107049301B - 一种可测标准心电的保健穿戴物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物电信号检测技术领域，特别涉及一种可测标准心电的保健穿戴物。该可测标准心电的保健穿戴物，适用于动态和长时间采集多路心电，可以把心电信号的检测结果实时传导到终端或显示单元，有效地提升心电信号采集的实时性和有效性。通过设置在衣服和裤子上的导电纤维线来连接电极和接口单元，裤子上的电极可以检测下肢部分的心电信号，确保采集的心电信号的准确度。使用导电纤维线提升了心电检测的便利性，并且可以减少对体表的影响，提升了舒适度，导电纤维线缝制在穿戴物本体上或者穿过绝缘管道，功能隐蔽且不影响穿戴物本体的外观，并且耐受折叠、搓柔和洗涤而不影响其功能。

Description

一种可测标准心电的保健穿戴物

技术领域

本发明涉及生物电信号检测技术领域，特别涉及一种可测标准心电的保健穿戴物。

背景技术

在生物医学上，生物电能够反映生物体的生命活动状态，常见的生物电主要有：心电、脑电、胃电等，这些电信号都是人体特定生物电信号源电磁场本质的反应，监测并理解这些电信号的物理特征，可以诊断各类生理疾病。例如，心电信号是心脏本身的生物电信号经过导电组织和体液，传递到身体表面皮肤，使身体各部位表皮在每一心动周期中也都发生有规律的电信号变化。将电极放置在人体表皮特定部位进行测量，记录心脏电信号的曲线从而得到直观的心电图，当心脏处于心跳正常、过快、过慢或心跳节律发生变化、心肌缺血、梗阻、受损、坏死等不同状况时，心电活动会相应地表现出正常或异常变化，并反映在心电图上，从而为医生提供分析或诊断正常心电图、心律失常、心室肥厚、心肌缺血、心肌梗塞等心脏健康或疾病的报告依据。因此，包括心电等生物电的实时监测在医学上对疾病筛查、早期检查与诊断与防控有重要意义。

目前普遍的使用的生物电监测仪存在体积大、不便随身携带的缺点，不利于对生物电的实时监测。随着智能设备的发展，运动手环、智能手表、ＶＲ眼镜等具备计步、心率/血氧检测、心电监测等功能的可穿戴设备相继问世，为生物电的实时监测提供了一种便捷有效的解决方案，但是，对一些需要实时监测且铺设面积较大的可穿戴设备，如缝制有检测装置和导线的衣物，存在不易洗涤的问题。而且，在现有经典心电图采集与测量仪器或装置中，包括临床常用的动态心电图仪或类似的改良装置，倘若以经典标准的心电图连接方式进行肢导联的连续和动态测量时，与放置于四肢远端部位电极连接的导线会给肢体活动造成很不方便，因而这类长时间动态的检测及装置会采用非经典标准的心电图连接方式将部分电极和导线贴附于躯体体表，包括将部分检测电极置于在躯体部而不是肢体部，以实现对心电信号的长时间动态监测，由于非下肢部分的心电信号与经典标准的连接肢体的肢导联以及胸导联所参照并基于肢导联构造的网络电位有所不同，会造成非经典标准的心电图连接方式采集获得的心电图信息比经典标准的心电图信息在准确度方面相对较弱，因而在非经典连接测量条件下作决策时不太宜用经典标准这种当前更为完善的心电图学知识作等同性分析与应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足提供一种便于实时监测生物电信号，检测准确度高且对肢体动作影响较小的可适用于测量经典标准心电图的保健穿戴物。

提供一种可测标准心电的保健穿戴物，包括穿戴物本体和安装在所述穿戴物本体上且依次连接的电极连接单元、导线单元、接口单元和信号选通单元；

所述电极连接单元包括胸部和/或腹部和/或上肢体和/或下肢体电极单元；

所述导线单元由至少两根导电纤维线组成，这些导电纤维线一端分别连接到所述接口单元的不同信号输入端，另一端分别连接到各个电极连接单元；

所述穿戴物本体上设有双层结构的绝缘管道，所述导电纤维线从这些绝缘管道中穿过从而连接所述电极连接单元和所述接口单元；

所述信号选通单元包括正信号选通芯片和负信号选通芯片，所述正信号选通芯片和所述负信号选通芯片的信号输入端都可选择地连接到所述接口单元的信号输出端。

优选地，所述绝缘管道以圆筒针法工艺用绝缘线织成。

优选地，所述绝缘管道在垂直走向上的运针数不少于2支，在水平走向上的运针数不少于2转，在斜行走向上运针数不少于2支且不少于2转。

优选地，每根所述导电纤维线包括多股并行或绞成锁环状的导电纤维。

优选地，所述每根导电纤维线的外部设有绝缘层。

优选地，接口单元的各个信号输出端和所述信号选通芯片的信号输入端之间配置有电阻，该电阻的阻值根据所在电路的阻抗进行调节。

优选地，所述信号选通单元的信号输出端连接有信号处理单元，所述信号处理单元包括差分运算放大器，所述差分运算放大器的两个信号输入端分别连接到所述正信号选通芯片和所述负信号选通芯片的信号输出端，所述信号处理单元包括还有线和/或无线通信模块。

优选地，所述穿戴物本体包括衣服和裤子，所述胸部电极单元固定在与胸腔部位对应的所述衣服位置，所述腹部电极单元固定在与腹部位置对应的所述衣服位置，所述上、下肢体电极单元分别固定在所述衣服的袖管和所述裤子的裤管上的远心端。

优选地，所述电极连接单元包括固定在衣服上的电极接口，所述电极接口通过导电纤维线可拆卸地连接到固定在裤管上的下肢体电极单元。

优选地，所述接口单元固定在衣服的左袖上。

优选地，包括选定端管脚与参考地连接的去极化选通芯片，该去极化选通芯片的信号输入端与信号选通芯片的信号输出端连接。

优选地，正信号选通芯片和去极化选通芯片是型号为74HC4051的单路模拟选通芯片，负信号选通芯片是型号为74HC4052的双路模拟选通芯片。

该可测标准心电的保健穿戴物，适用于动态和长时间采集多路心电，可以把心电信号的检测结果实时传导到终端或显示单元，有效地提升心电信号采集的实时性和有效性。通过设置在衣服和裤子上的导电纤维线来连接电极和接口单元，裤子上的电极可以检测下肢部分的心电信号，确保采集的心电信号的准确度。使用导电纤维线提升了心电检测的便利性，并且可以减少对体表的影响，提升了舒适度，导电纤维线缝制在穿戴物本体上或者穿过绝缘管道，功能隐蔽且不影响穿戴物本体的外观，并且耐受折叠、搓柔和洗涤而不影响其功能。

附图说明

图1是一种可测标准心电的保健穿戴物的正面结构示意图。

图2是一种可测标准心电的保健穿戴物的背面结构示意图。

图3是信号输入端口P的接口示意图。

图4是正信号选通芯片U1的电路示意图。

图5是正信号选通芯片U2的电路示意图。

图6是负信号选通芯片U3的电路示意图。

图7是负信号选通芯片U4的电路示意图。

图8是去极化选通芯片U5的电路示意图。

图9是补偿电阻的连接示意图。

具体实施方式

结合以下实施例对可测标准心电的保健穿戴物作进一步描述。

如图1和2所示，该可测标准心电的保健穿戴物包括作为穿戴物本体的衣服和裤子，衣服和裤子是由棉、毛（羊毛、兔毛）、丝、麻、化纤（涤纶、粘胶、氨纶、锦纶）或它们的混纺纱/交并纱等面料制成。实际生产中穿戴物本体还可以为帽、上衣、裙、裤、腰带、披肩、围巾、内衣、袜子、手套、胸罩、眼罩或耳罩等穿戴式部件。在衣服和裤子内侧与需要进行生物电监测的肢体部位和胸腔部位对应的位置都设有用于固定电极的电极连接单元，这些电极连接单元连接的电极可以是医用电极片或其他良导体，用于获取生物电信号。各个电极分别通过导线单元的导电纤维线连接到如图3所示的接口单元的信号输入端口P的信号输入端，从信号输入端口P输出的电信号经过如图4~7所示的信号选通单元选通后形成导联的电信号，该导联的电信号经过信号处理单元处理后得到标准心电信号，该标准心电信号通过有线/无线通信模块传输给终端设备或者显示单元，以心电图的形式显示出来，从而提供给穿戴者、穿戴者的健康管理从业者或医护工作者作为参考。

电极连接单元是铆于穿戴物本体上的电极母扣，电极母扣的帽内空间尺寸符合心电采集通用标准，与采集心电用的通行专用电极的扣式公头相匹配。如图1和2所示，固定在肢体部位对应位置的电极母扣都在远心端，包括：衣服左袖上的左上肢电极LA（也可以记为L），衣服右袖上的右上肢电极RA（也可以记为R），裤子左裤管上的左下肢电极LL（也可以记为F），裤子右裤管上固定的中性电极RL（也可以记为N），在衣服下摆的左右两边分别对应左下肢电极LL和中性电极RL固定有电极接口ELL和ERL。固定在胸腔部位对应位置的电极包括：可根据心电图学的胸导联定位法，在衣服前胸部内侧面沿胸腔壁固定电极V1~V6或/和衣服后背部内侧面的位置固定电极V7~V9。电极需要贴触于人体皮肤表面来检测心电信号等生物电信号，若需要对其他声、光、磁、压力、温度或湿度等传感器输出的电信号进行检测时，也可以把电极与相应的传感器输出端连接。

如图1所示信号输入端口P固定在衣服的左袖口或胸部位置，作为接口单元，便于供作对电极的连接进行切换操作。本实施例中有4根连接到该信号输入端口P的导电纤维线，其中两根分别固定连接到左上肢电极LA和右上肢电极RA，一根有选择地连接到电极接口ELL或电极接口ERL，一根有选择地连接到电极V1~V6和电极V7~V9中的一个。另外，有两根导电纤维线分别从左下肢电极LL和中性电极RL引出，这两根导电纤维线的另一端分别与电极接口ELL和电极接口ERL可拆卸连接。在实际检测过程中，为了同步检测多个胸部电极，也可以设置多根有选择地连接到电极V1~V6和电极V7~V9的导电纤维线。所述端口P可以不受限于上面所述的供连接用端口的数目。

导电纤维线可以直接由纤维线经金属化而成，这里的金属化包括非金属作导电涂料喷涂、金属液浸泡或金属成分添加复合，比如在纤维中加入导电粒子使其具有导电性，将纤维线浸泡至银水中或者在织物表面沉积导电金属或导电高聚物形成导电纤维线。相对而言，通过在织物表面沉积聚吡咯等导电高聚物的方法可以很好地保留织物的物理机械性能，而且制备过程较简单，比较适用于批量化生产。每根导电纤维线可由多股导电纤维并行或绞成锁环状，以此增加导电纤维线的拉伸强度，每根导电纤维线的股数和连接方法还可以根据其长度作调整，从而把各导电纤维线之间的电阻差异控制在预设的范围之内，如控制在2欧姆以内会相对地更优。

在衣服和裤子内侧以圆筒针法工艺用绝缘线织成双层结构的绝缘管道，导电纤维线从这些绝缘管道中穿过从而连接电极和信号输入端口P。圆筒针法工艺具体是在垂直走向上采用平针织法，在水平走向上采用转针织法，且每次在垂直走向上的运针数不少于2支，在水平走向上的运针数不少于2转，呈斜行走向时则运针数不少于2支且不少于2转，从而使绝缘管道紧密，起到良好的绝缘作用，导电纤维线在这些绝缘管道中穿过不会短路。为了保证导电纤维的绝缘性，也可以在每根或者每股导电纤维线的外部增加绝缘层，这样可以直接把导电纤维线粘附或缝制在衣服和裤子内侧，不需要使用圆筒针法工艺，不过这样在使用和清洗过程中容易引致导电纤维线结构或质材的损耗。还可以用外部增加有绝缘层的导电纤维线穿过绝缘管道，以此增加绝缘的可靠性。

信号选通单元包括如图4所示的正信号选通芯片U2、如图5所示的正信号选通芯片U1、如图6所示的负信号选通芯片U4以及如图7所示的负信号选通芯片U3。以电极LA、RA、LL和电极V1～V6的连接关系为例做出说明，上述9个电极的电位信号分别经由如图3所示的信号输入端口P的UL、UR、LL和CH/V1~CH/V6端口作输入，然后分别经过如图9所示的补偿电阻，连接到信号选通单元的正信号选通芯片U2、U1和负信号选通芯片U4、U3的信号输入端。所述端口P不限于图3所示的管脚数目，以供用于更多的电极作连接和输入,所述更多的电极包括电极V1-6或/和电极V7-12。

正信号选通芯片U2、U1和去极化选通芯片U5都是型号为74HC4051的单路模拟选通芯片，负信号选通芯片U4、U3都是型号为74HC4052的双路模拟选通芯片。电极LA经补偿电阻（阻值为零或为非零欧姆或作短路连接，以下类同）可选择地连接到各个信号选通芯片的UL、aVLp和aVLn引脚；电极RA经补偿电阻可选择地连接到各个信号选通芯片的UR、aVRp 和aVRn引脚；电极LL经补偿电阻可选择地连接到各个信号选通芯片的LL、aVFp和aVFn引脚；电极V1～V6分别可选择地连接到各个信号选通芯片的CH/V1~CH/V6引脚。补偿电阻可调阻值，以此确保选通后的输出阻抗相等，保证后续信号处理单元的输入阻抗作为差分输入连接时尽量对称性相等，以有利于输出的心电波形更具准确性。

如图3~9所示，电极LA、RA、LL任意两个分别作为正、负极可以构成三路标准双极导联：正信号选通芯片U2选通UL引脚，负信号选通芯片U4选通UR引脚，则电极LA作为正极与电极RA作为负极构成导联Ⅰ；正信号选通芯片U2选通LL引脚，负信号选通芯片U4选通UR引脚，则电极LL作为正极与电极RA作为负极构成导联Ⅱ；正信号选通芯片U2选通LL引脚，负信号选通芯片U4选通UL引脚，则电极LL作为正极与电极LA作为负极构成导联Ⅲ。电极LA、RA、LL中任意一个电极作为正极，余下两个电极联通后作为负极从而构成三组加压单极肢体导联：正信号选通芯片U2选通aVLp引脚，负信号选通芯片U4选通aVRn、aVFn引脚，则电极LA作为正极、电极RA、C联通作为负极构成导联aVL；正信号选通芯片U1选通aVRp引脚，负信号选通芯片U3选通aVLn、aVFn引脚，则电极RA作为正极、电极LA、C联通作为负极构成导联aVR；正信号选通芯片U1选通aVFp引脚，负信号选通芯片U3选通aVRn、aVFn引脚，则电极LL作为正极、电极LA、B联通作为负极构成导联aVF。把负信号选通芯片U4和U3的信号输出端MA-和MB-通过电阻连接，从而把电极LA、RA、LL联通后作为负极，电极V1～V6中的任意一个作为正极，可以构成六路单极胸导联V1~V6。

信号选通单元控制各个电极间的正、负极连接关系从而实现上述总计十二路导联间的切换。使用时可以根据实际需求选择导联的数量，精准度要求较高的心电测量通常使用十二路导联，可记录大部分的心脏电生理活动，充分反映心脏的健康状况，而家庭用一种可测标准心电的保健穿戴物可以采用三组标准双极导联，或者采用三路标准双极导联和三路加压单极肢体导联组成的六路导联。较少路的导联数量所反映的心脏活动信息量相应地或会较少，若能够满足基本的心脏活动检测需求的条件下，可以有效减少所述一种可测标准心电的保健穿戴物的复杂程度，亦可有助降低成本并且缓解设备耗电情况。

在对生物电进行实时监测的过程中，电极在长时间连续采样时容易发生极化，为此，目前在心电监测中，需要采用电极镀盐、涂敷电极糊等手段对电极加以处理，或者采用具有化学法抗电极极化的专用一次性电极。电极镀盐、涂敷电极糊的方法可能会引起皮肤过敏的问题，采用具有化学法抗电极极化的专用一次性电极则会增加成本。通过把四个信号选通芯片的信号输出端MA+、MA-、MB+、MB-分别连接到用作去极化的选通芯片或用作去极化的多路手动开关U5的相应选定端管脚，以备需要时通过选通操作连接至参考地的，可以通过对去极化选通芯片U5的位控端管脚发送程控指令，使得指定电极连接单元与去极化选通芯片U5的参考地接通而使电极获得等地电位，或者亦可以将所述手动多路开关的动选端管脚连接至相应的电极，需要时通过手动操作将各动选端管脚分别与连接于参考地的定选端管脚作连接，以使电极获得等地电位，从而对电极实施去极化操作。

该可测标准心电的保健穿戴物，适用于动态和长时间采集多路心电，可以把心电信号的检测结果实时传导到终端或显示单元，有效地提升心电信号采集的实时性、交互性和有效性。通过设置在衣服上衣或/和裤子上的导电纤维线来连接电极和接口单元，提升了心电检测的便利性和舒适度，导电纤维线缝制在穿戴物本体上或者穿过绝缘管道，功能隐蔽且不影响穿戴物本体的外观，并且耐受折叠、搓柔和洗涤而不影响其功能。

Claims (8)

1.一种可测标准心电的保健穿戴物，其特征在于，包括穿戴物本体和安装在所述穿戴物本体上且依次连接的电极连接单元、导线单元、接口单元和信号选通单元；

所述电极连接单元包括胸部电极单元和/或腹部电极单元和/或上肢体电极单元和/或下肢体电极单元；

所述导线单元由至少两根导电纤维线组成，这些导电纤维线一端分别连接到所述接口单元的不同信号输入端，另一端分别连接到各个电极连接单元；

所述穿戴物本体上设有双层结构的绝缘管道，所述绝缘管道以圆筒针法工艺用绝缘线织成，所述导电纤维线从这些绝缘管道中穿过从而连接所述电极连接单元和所述接口单元；所述绝缘管道在垂直走向上的运针数不少于2支，在水平走向上的运针数不少于2转，在斜行走向上运针数不少于2支且不少于2转；

所述信号选通单元包括正信号选通芯片和负信号选通芯片，所述正信号选通芯片和所述负信号选通芯片的信号输入端都可选择地连接到所述接口单元的信号输出端；接口单元的各个信号输出端和所述正信号选通芯片、所述负信号选通芯片的信号输入端之间配置有电阻，该电阻的阻值根据所在电路的阻抗进行调节；

还包括选定端管脚与参考地连接的去极化选通芯片，该去极化选通芯片的信号输入端与所述正信号选通芯片和所述负信号选通芯片的信号输出端连接。

2.根据权利要求1中所述的一种可测标准心电的保健穿戴物，其特征在于，每根所述导电纤维线包括多股并行或绞成锁环状的导电纤维。

3.根据权利要求1所述的一种可测标准心电的保健穿戴物，其特征在于，每根所述导电纤维线的外部设有绝缘层。

4.根据权利要求1所述的一种可测标准心电的保健穿戴物，其特征在于，所述信号选通单元的信号输出端连接有信号处理单元，所述信号处理单元包括差分运算放大器，所述差分运算放大器的两个信号输入端分别连接到所述正信号选通芯片和所述负信号选通芯片的信号输出端，所述信号处理单元还包括有线和/或无线通信模块。

5.根据权利要求1所述的一种可测标准心电的保健穿戴物，其特征在于，所述穿戴物本体包括衣服和裤子，所述胸部电极单元固定在与胸腔部位对应的所述衣服位置，所述腹部电极单元固定在与腹部位置对应的所述衣服位置，所述上肢体电极单元、所述下肢体电极单元分别固定在所述衣服的袖管和所述裤子的裤管上的远心端。

6.根据权利要求1所述的一种可测标准心电的保健穿戴物，其特征在于，所述电极连接单元包括固定在衣服上的电极接口，所述电极接口通过导电纤维线可拆卸地连接到固定在裤管上的下肢体电极单元。

7.根据权利要求1所述的一种可测标准心电的保健穿戴物，其特征在于，所述接口单元固定在衣服的左袖上。

8.根据权利要求1所述的一种可测标准心电的保健穿戴物，其特征在于，正信号选通芯片和去极化选通芯片是型号为74HC4051的单路模拟选通芯片，负信号选通芯片是型号为74HC4052的双路模拟选通芯片。

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