CN108175404B - 心电信号采集装置及抑制触摸干扰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种心电信号采集装置及抑制触摸干扰的方法。所述心电信号采集装置包括主控单元以及与主控单元电连接的触摸信号采集单元和心电信号采集单元；其中，触摸信号采集单元包括触摸电极和开关电路，触摸电极用于拾取人体手部的触摸信号，开关电路用于产生位于所述心电信号频带范围之外的脉冲信号以采集所述触摸信号；心电信号采集单元包括心电电极和滤波电路，心电电极用于拾取同一人体的心电信号，滤波电路用于滤除心电信号中因触摸引入的脉冲信号的干扰。本发明的心电信号采集装置，能够同时采集得到高质量的触摸信号和心电信号，适用于腕部心电信号采集装置。

Description

心电信号采集装置及抑制触摸干扰的方法
技术领域
本申请涉及心电信号采集技术领域，特别涉及一种穿戴式心电信号采集装置及采集过程中抑制触摸干扰的方法。
背景技术
电容式触摸传感技术现已广泛应用，它是通过检测人体电容的变化来检测传感器周围是否存在手指触摸。一般分为自电容和互电容两种方式实现，两种方式均需要先发射一定频率的信号到触摸电极，传导到手指电容平面，同时测量触摸电极上接收到的电荷来检测触摸/无触摸状态。
心电信号采集，是将人体体表生物电信号通过心电电极拾取，经适当的生物电放大器放大和记录而成为心电图。其主要特点为信号微弱，QRS波幅在1-5mV左右，希氏束电位在1μV，在测量时易受到噪声干扰和电极电位的影响，所以生物电放大器必须具有高输入阻抗，低噪声，高增益和合适的通频带。
上述两种检测技术的检测对象都是人体体表的信号，但由于触摸感应的检测必然要发射一定频率的信号，触摸接触时体表必然混入所述的发射信号，而心电信号又容易受到身体中其它信号的干扰，所以要在同一个人身上同时实现两种信号的良好采集存在相当大的难度。现有技术要么避免两种技术同时使用，而使用机械按键代替触摸按键；要么容许例如的心电信号混入一定的噪声，降低心电信号的采集标准。
发明内容
本申请公开心电信号采集装置和抑制触摸干扰的方法，能够适用同一个人同时采集触摸信号和心电信号，在确保触摸功能稳定可靠的基础上，又确保心电信号不受因触摸而引入的干扰信号的影响。
为实现上述目的，本申请公开技术方案如下：
一方面，本公开提出了一种心电信号采集装置，包括：主控单元以及与所述主控单元电连接的触摸信号采集单元和心电信号采集单元；所述触摸信号采集单元包括触摸电极和开关电路，所述触摸电极用于拾取人体的手部的触摸信号，所述开关电路用于产生频率位于心电信号的频带范围之外的脉冲信号以采集所述触摸信号；所述心电信号采集单元包括心电电极和滤波电路，所述心电电极用于拾取所述人体的心电信号，所述滤波电路用于滤除所述心电信号中因触摸引入的脉冲信号的干扰。
优选的，所述开关电路用于产生频率大于1MHz的高频脉冲信号，所述滤波电路用于滤除带通范围为0.05～100Hz之外的信号。
优选的，所述主控单元用于控制所述触摸信号采集单元和所述心电信号采集单元交错地采集所述触摸信号和所述心电信号。
优选的，所述触摸电极和所述心电电极位于所述心电信号采集装置的相隔较远的位置。
另一方面，本公开提出了一种用于在心电信号采集装置中抑制触摸干扰的方法，所述心电信号采集装置包括触摸信号采集单元和心电信号采集单元，所述触摸信号采集单元包括开关电路和触摸电极，所述心电信号采集单元包括滤波电路和心电电极，所述方法包括：采集所述触摸信号时，通过所述开关电路产生频率位于心电信号的频带范围之外的脉冲信号；采集所述心电信号时，通过所述滤波电路滤除因触摸引入的脉冲信号的干扰。
优选地，采集所述触摸信号和采集所述心电信号交错地进行。
优选地，连续采集若干次所述心电信号与采集一次所述触摸信号交错地进行。
优选地，所述触摸电极为绝缘触摸电极。
优选地，所述触摸电极和所述心电电极位于所述心电信号采集装置的相隔较远的位置。
优选地，所述脉冲信号的频率在1MHz～20MHz范围内随机改变。
设计或配置触摸信号采集单元中的开关电路使其产生的脉冲信号的频率位于心电信号频带之外，能够通过心电信号采集单元中的滤波电路滤除由于触摸引入的干扰信号，从而能够在实现触摸检测的同时采集得到高质量的心电信号。
附图说明
图1示出了示例的心电信号采集装置的模块示意图；
图2示出了示例的触摸信号采集单元的局部电路示意图；
图3示出了示例的抑制触摸干扰的方法的步骤示意图；
图4A示出了示例的采集心电信号和采集触摸信号的时间关系的示意图；
图4B示出了示例的组群脉冲信号的时间宽度的示意图；
图4C示出了示例的组群脉冲信号的频率变化的示意图；
图4D示出了示例的同步采集心电信号和采集触摸信号的控制方法的示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
本公开提供一种抑制触摸干扰的方法，该方法可应用于同时包括触摸电极和心点电极的心电信号采集装置中。所述心电信号采集装置同时包括触摸电极和心电电极，所述触摸电极用于拾取人体手部的触摸信号，所述心电电极用于拾取同一人体的心电信号。
在一示例的具体应用场景中，同一人体的同一只手同时接触所述触摸电极和所述心电电极，所述心电信号采集装置基于检测得到触摸信号的前提才检测心电信号；即，检测心电信号的同时需要检测触摸信号，以辨别用户是否停止触摸从而及时结束心电检测，避免采集无效的数据，节省装置的电量。
根据本公开示例的心电信号采集装置，如图1所示，包括主控单元110、触摸信号采集单元120和心电信号采集单元130；触摸信号采集单元120包括触摸电极121和开关电路122，心电信号采集单元130包括心电电极131和滤波电路132。
触摸电极121用于拾取人体的触摸信号，开关电路122用于发射一定频率的脉冲信号至触摸电极121，触摸信号采集单元120基于所述一定频率的脉冲信号检测由触摸产生的第一电容变化值和由无触摸产生的第二电容变化值，对应地，基于所述第一电容变化值输出“有触摸”信号，基于第二电容变化值输出“无触摸”信号。
主控单元110基于所述“有触摸”信号控制所述心电信号采集单元130采集心电信号，基于所述“无触摸”信号控制所述心电信号采集单元130不采集(或者结束采集)所述心电信号。其中，采集心电信号时，心电信号采集单元130通过心电电极131拾取同一人体(前述触摸信号发出者)的心电信号，经一定的放大处理后，通过滤波电路132(例如，带通滤波电路)对所述心电信号进行滤波处理，以滤除心电信号频带范围以外的干扰信号，再对滤波后的信号进行AD转换和信号调理，得到数字化的心电数据。
由于上述脉冲信号可经由所述触摸电极121传导到人体手指，因而采集同一人体的心电信号时可能会混入所述脉冲信号的干扰；较佳地，配置所述触摸电极121为绝缘触摸电极，在能够测量由于触摸产生的电容变化值的基础上，降低传导到人体的脉冲信号的幅度，从而降低混入心电信号中的干扰信号的幅度。
由于所述脉冲信号传导至触摸手指后，经过人体容抗和阻抗的调制，传至心电信号中的干扰信号的频率与所述脉冲信号的频率产生偏差，可能导致干扰信号中的部分信号的频带与心电信号的频带重叠；因此，较佳地，配置所述开关电路产生频率大于1MHz的高频脉冲信号，使干扰信号尽量地远离心电信号的频带，从而能够尽量彻底地通过所述滤波电路132滤除干扰信号。
更佳地，可将触摸电极121和心电电极131配置在装置表面的相距较远的位置，使得检测触摸信号时发出的脉冲干扰信号经过人体的衰减路径增大，降低混入心电信号中的干扰信号的幅度。
其中，所触摸信号采集单元120检测电容的原理是，将人体触摸电容转换为电压或电流的变化而进行采样；其触摸电容检测电路可以是基于张弛振荡器的检测、充电转换、CSA(CapSense Successive Approximation)等方式，详细可参考下述网页：
http://www.51touch.com/technology/principle/201309/11-24943.html
因此，触摸电容检测电路的具体实现方式并不限定。
示例的，参考图2所示的基于CSA原理的电容检测电路，该检测电路的工作过程为：SW2闭合，SW3断开，电源向CFINGER和CSENSOR充电；SW2断开，SW3闭合，CFINGER和CSENSOR向CHOLD进行充电；SW2断开，SW3断开，采样电路采集CHOLD的电压来检测有无触摸。其中，当有触摸时，并联电容CFINGER的值增大，采集的电压VADC减小。
本公开提出的一种抑制上述由于触摸引入的干扰信号的方法，参考图3，该方法包括：
S310：采集触摸信号时，通过开关电路122产生位于心电信号频带范围(0.05～100Hz)之外的脉冲信号；
S320：采集心电信号时，通过滤波电路132滤除因触摸引入的脉冲信号的干扰。
检测触摸信号时，使开关电路122输出的脉冲信号频率位于心电信号频带之外，可以通过心电信号采集单元中的滤波电路132将由于触摸引入的脉冲信号的干扰滤除，在实现触摸检测的同时能够采集得到较高质量的心电信号。
较佳地，参考图4A，交错地采集所述触摸信号和所述心电信号，例如在t1和t3时刻采集心电信号，在t2和t4时刻采集触摸信号(发射脉冲信号、检测电容变化)，能够减少混入心电信号中的来自触摸检测时发出的干扰脉冲信号的量。
示例的，可配置采集所述心电信号的时间间隔(示例的，t1与t3之间的间隔)为2ms，配置采集所述触摸信号的时间间隔(示例的，t2和t4之间的间隔)为20ms，即，采集10次心电信号与采集1次触摸信号交错进行；其中，可配置每次采集触摸信号时开关电路产生的脉冲信号的组群宽度(示例的，t2与t3之间的若干脉冲信号的时间长度)为410μs(如图4B所示)，使脉冲信号组群宽度小于相邻两次心电信号采集的时间间隔。通过前述方式，能够在降低触摸干扰信号量的基础上，进一步提高心电信号采集的效率。
优选地，可基于集成的触摸检测芯片，配置所述开关电路相关的寄存器使其产生的脉冲信号频率大于1MHz，且可在20MHz以内随机改变，如图4C所示，以提高触摸信号的采集质量，从而提高触摸检测的灵敏度。
具体地，可通过主控单元110控制触摸信号采集单元(电容检测)和心电信号采集单元(心电检测)的同步工作，在心电信号拾取的间隙控制触摸信号采集单元发出脉冲信号以及对触摸信号采样。
所述主控单元110可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
众所周知，前述的主控单元一般包括处理器、存储器、定时器、AD采样模块以及中断管理等硬件资源。示例的，参考图4D，一种以通用处理器作为主控单元实现上述同步的一种具体方式：在处理器内设置定时器，定时产生中断，在中断服务中实现两种信号的依次采集，从而实现交错地采集心电信号和触摸信号。具体步骤包括：
S410、进入定时中断程序；S420、通过心电信号采集单元130采集心电信号；S430、第一延时等待；S440、通过触摸信号采集单元120采集触摸信号，其中包括通过开关电路121发射脉冲信号群组；S450、第二延时等待；S460、退出定时中断程序。
其中，第一延时等待(S430)与第二延时等待(S450)的时间可以相同，也可以不同；采集心电信号(S420)和采集触摸信号(S440)的顺序可以交换，即，在中断服务程序中，可以先采集触摸信号，再采集心电信号。
特别地，本公开提出的心电信号采集装置适用于腕部心电信号采集装置，所述腕部心电信号采集装置包括装置本体和腕带，根据本公开的示例，可在装置本体的外侧设置所述触摸电极121和心电电极131(第一心电电极)，在装置本体的内侧设置第二心电电极以及驱动电极；本领域技术人员公知，所述驱动电极可用于提高采集的心电信号的共模抑制比。佩戴测量时，所述第二心电电极和所述驱动电极与受佩戴的一只手的腕部接触，另一只手的一根或多根手指同时接触触摸电极121和所述第一心电电极，通过前述的抑制触摸干扰的方法，能够采集获得高质量的双手回路的心电信号。
本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种心电信号采集装置，其特征在于，包括：主控单元以及与所述主控单元电连接的触摸信号采集单元和心电信号采集单元；
所述触摸信号采集单元包括触摸电极和开关电路，所述触摸电极用于拾取人体的手部的触摸信号，所述开关电路用于产生频率位于心电信号的频带范围之外的脉冲信号以采集所述触摸信号；
所述主控单元用于控制所述触摸信号采集单元和所述心电信号采集单元交错地采集所述触摸信号和所述心电信号，具体的，采集10次心电信号与采集1次触摸信号交错进行；
所述脉冲信号的组群宽度小于相邻两次心电信号采集的时间间隔；
所述心电信号采集单元包括心电电极和滤波电路，所述心电电极用于拾取所述人体的心电信号，所述滤波电路用于滤除所述心电信号中因触摸引入的脉冲信号的干扰。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关电路用于产生频率大于1MHz的高频脉冲信号，所述滤波电路用于滤除带通范围为0.05~100Hz之外的信号。
3.根据权利要求1~2任一项所述的装置，其特征在于，所述触摸电极和所述心电电极位于所述心电信号采集装置的相隔较远的位置。
4.一种用于在心电信号采集装置中抑制触摸干扰的方法，所述心电信号采集装置包括触摸信号采集单元和心电信号采集单元，所述触摸信号采集单元包括开关电路和触摸电极，所述心电信号采集单元包括滤波电路和心电电极，其特征在于，所述方法包括：
采集所述触摸信号时，通过所述开关电路产生频率位于心电信号的频带范围之外的脉冲信号；
采集所述心电信号时，通过所述滤波电路滤除因触摸引入的所述脉冲信号的干扰；
其中，采集所述触摸信号和采集所述心电信号交错地进行，具体的，连续采集若干次所述心电信号与采集一次所述触摸信号交错地进行；
所述脉冲信号的组群宽度小于相邻两次心电信号采集的时间间隔。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述触摸电极为绝缘触摸电极。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述触摸电极和所述心电电极位于所述心电信号采集装置的相隔较远的位置。
7.根据权利要求4~6任一项所述的方法，其特征在于，所述脉冲信号的频率在1MHz~20MHz范围内随机改变。
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