CN108693228A - 一种穿戴式心电电极性能评价测试平台 - Google Patents

一种穿戴式心电电极性能评价测试平台 Download PDF

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CN108693228A CN201810297962.6A CN201810297962A CN108693228A CN 108693228 A CN108693228 A CN 108693228A CN 201810297962 A CN201810297962 A CN 201810297962A CN 108693228 A CN108693228 A CN 108693228A
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谢军
陈雨
左召光
宋晋忠
李莎
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Abstract

本发明公开了穿戴式心电电极性能评价测试平台，依次安装在底座上的主机支架、第一仿真器支架、第二仿真器支架和测控系统；主机支架上固定安装有二维运动平台，二维运动平台上安装一顶端压力调整装置；第一仿真器支架和第二仿真器支架的顶部安装有皮肤仿真模块，第二仿真器支架的中下部可拆卸的安装有底端压力调整装置；测控系统包括信号调理模块、电机控制器、电压采集模块、电化学工作站和计算机。本发明的有益效果是测试系统可测量无人体心电信号时心电电极之间的开路电压，模拟人体真实心电信号来评价测试心电电极的性能，计算机显示电极与仿真皮肤之间的压力变化、开路电压变化、电化学阻抗曲线、心电信号变化曲线等，并能保存测试数据。

Description

一种穿戴式心电电极性能评价测试平台
技术领域
本发明属于生物电电极性能检测技术领域，具体涉及一种穿戴式心电电极性能评价测试平台。
背景技术
心电图检查是疾病诊断和抢救中常用的医疗措施，通过心电图的观测可以对各种心率市场、心室心房肥大、心肌梗塞、心肌缺血等病症进行判断，心电监护是各种监护室和临床诊疗操作条件下广泛采用的诊断手段。要达到心电监护的目的，除了要具备心电监护设备外，还需要在患者身体不同部位粘贴心电电极片用于采集患者的心电图信号，而心电电极自身的性能指标则关系到心电图的检查结果是否准确。
目前，我国所使用的评价穿戴式心电电极的性能检测仪器具有以下缺点：
(1)心电电极与仿真皮肤之间的压力不可调；
(2)心电电极与仿真皮肤之间不能够相对运动；
(3)不具有模拟人体真实生理电信号的功能；
(4)不能模拟人体体液流动的情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实现电极与仿真皮肤做不同压力、速度和轨迹的相对运动，从而对电极与仿真皮肤之间的动态噪声进行分析的穿戴式心电电极性能评价测试平台。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种穿戴式心电电极性能评价测试平台，包括底座以及安装在底座上的主机支架、仿真器支架和测控系统；
所述主机支架上固定安装有二维运动平台，所述二维运动平台上安装一顶端压力调整装置；
所述仿真器支架的顶部设有皮肤仿真模块，所述仿真器支架的下部安装有可移动的底端压力调整装置，所述皮肤仿真模块的上方与下方分别对应设置顶端压力调整装置和底端压力调整装置，所述顶端压力调整装置和底端压力调整装置上均设有心电电极，所述心电电极分别与皮肤仿真模块上设置的仿真皮肤接触，所述顶端压力调整装置、底端压力调整装置均与用于采集皮肤仿真模块数据的测控系统电连接。
进一步，所述测控系统包括信号调理模块、电机控制器、电压采集模块、电化学工作站和计算机；
所述电机控制器用于控制二维运动平台的运动；
所述电压采集模块用于采集无源桶体两端的电压；
所述电化学工作站用于测试心电电极的电化学性能；
所述信号调理模块用于处理电压采集模块采集到的电压信号；
所述计算机用于信号调理模块、电机控制器、电压采集模块、电化学工作站的总体控制和数据分析。
进一步，所述皮肤仿真模块为无源皮肤仿真模块，所述仿真器支架设置有一个，所述无源皮肤仿真模块包括无源桶体、填充在无源桶体内的电解质和设置在无源桶体的上下两端的两个仿真皮肤，所述顶端压力调整装置的底端设置有第一电极夹头，所述底端压力调整装置的顶端设置有第二电极夹头，所述第一电极夹头的底端、第二电极夹头的顶端分别安装有第一心电电极和第二心电电极，所述第一心电电极和第二心电电极分别与两个所述仿真皮肤相接触，所述第一电极夹头、第二电极夹头与测控系统的接口电连接，用于采集两个所述仿真皮肤之间的开路电压和测量心电电极的电化学性能。
进一步，所述仿真皮肤水平设置。
进一步，所述仿真器支架包括第一仿真器支架和第二仿真器支架，所述第一仿真器支架的顶部对应安装有顶端压力调整装置，所述第二仿真器支架的下部安装底端压力调整装置，所述有源皮肤仿真模块包括第一有源皮肤仿真模块和第二有源皮肤仿真模块，所述第一仿真器支架、第二仿真器支架的顶部分别安装有第一有源皮肤仿真模块和第二有源皮肤仿真模块，所述第一有源皮肤仿真模块、第二有源皮肤仿真模块分别包括第一有源桶体、第二有源桶体、填充在第一有源桶体及第二有源桶体内的电解质和分别设置在第一有源桶体的顶部、第二有源桶体底部上的仿真皮肤，所述顶端压力调整装置的底端设有第三电极夹头，所述底端压力调整装置的顶端设有第四电极夹头，所述第三电极夹头的底端和第四电极夹头的顶端分别连接第三心电电极和第四心电电极，所述第三心电电极、第四心电电极分别与仿真皮肤相接触，所述第一有源桶体的底部插设有第一参比电极，所述第二有源桶体的顶部插设有第二参比电极，所述第三电极夹头、第四电极夹头与多导生理记录仪电连接，所述第一参比电极和第二参比电极与心电信号发生器电连接，所述心电信号发生器并联接入多导生理记录仪。
进一步，所述仿真器支架包括第一仿真器支架和第二仿真器支架，所述第一仿真器支架的顶部对应安装有顶端压力调整装置，所述第二仿真器支架的顶部对应安装底端压力调整装置，所述有源皮肤仿真模块包括第一有源皮肤仿真模块和第二有源皮肤仿真模块，所述第一仿真器支架、第二仿真器支架的顶部分别安装有第一有源皮肤仿真模块和第二有源皮肤仿真模块，所述第一有源皮肤仿真模块、第二有源皮肤仿真模块分别包括第一有源桶体、第二有源桶体和分别设置在第一有源桶体的顶部、第二有源桶体顶部上的仿真皮肤，所述顶端压力调整装置的底端设有第三电极夹头，所述底端压力调整装置的底端设有第四电极夹头，所述第三电极夹头的底端和第四电极夹头的底端分别连接第三心电电极和第四心电电极，所述第三心电电极、第四心电电极分别与相应的仿真皮肤相接触，所述第一有源桶体的底部插设有第一参比电极，所述第二有源桶体的底部插设有第二参比电极，所述第三电极夹头、第四电极夹头与多导生理记录仪电连接，所述第一参比电极和第二参比电极与心电信号发生器电连接，所述心电信号发生器并联接入多导生理记录仪。
进一步，所述底端压力调整装置在仿真器支架上进行竖直方向的移动。
进一步，所述电解质为琼脂、心电图导电膏或质量比为0.9％的液态NaCl。
进一步，所述仿真器支架的顶端内设有用于安装皮肤仿真模块的U型插槽。
进一步，所述底座为铝合金的矩形底座。
本发明的优点和有益效果为：
1.测控系统中通过电压采集模块，可以采集到无源皮肤仿真模块两端的仿真皮肤，得出无人体心电信号时心电电极之间的开路电压，即模拟出无人体生理电信号时的皮肤状态。
2.通过有源皮肤仿真模块，可模拟出有人体生理电信号时的皮肤状态，利用多导生理记录仪与心电信号发生器来记录标准心电信号通过心电电极的衰减情况，以便于测量并评价测试心电电极的性能。
3.二维运动平台为两个垂直交叉布置的电动平移台构成，可以进行位置移动，调节电极与仿真皮肤之间的相对运动速度、轨迹和位移。
4.顶端压力调节装置和底端压力调节装置与仿真皮肤接触，并与仿真皮肤之间产生压力，可以精确调整其之间的压力。
5.测控系统通过电化学工作站与心电电极连接，可在无源皮肤仿真模块上直接测量心电电极的电化学性能。
6.计算机可实时显示电极与仿真皮肤之间的压力变化、开路电压变化、电化学阻抗曲线、心电信号变化曲线等，并能保存测试数据。
附图说明
图1是本发明评价测试平台的无源皮肤仿真模块测试结构示意图；
图2是本发明评价测试平台的有源皮肤仿真模块测试结构示意图；
图3是本发明评价测试平台的无源皮肤仿真模块的电路连接示意图；
图4是本发明评价测试平台的有源皮肤仿真模块的电路连接示意图；
图5是本发明评价测试平台的无源皮肤仿真模块测试的实施例四的结构示意图。
其中：
1、底座 2、主机支架 3、仿真器支架
301、第一仿真器支架 302、第二仿真器支架 4、测控系统
5、二维运动平台 6、顶端压力调整装置 7、底端压力调整装置
8、无源皮肤仿真模块 9、有源皮肤仿真模块 901、第一有源皮肤仿真模块
902、第二有源皮肤仿真模块 10、信号调理模块 11、电机控制器
12、电压采集模块 13、电化学工作站 14、计算机
15、无源桶体 16、仿真皮肤 17、第一电极夹头
18、第二电极夹头 19、第一心电电极 20、第二心电电极
21、第一有源桶体 22、第二有源桶体
24、第三电极夹头 25、第四电极夹头 26、第三心电电极
27、第四心电电极 28、第一参比电极 29、第二参比电极
30、多导生理记录仪 31、心电信号发生器 32、顶部容器
33、加热器 34、流量计 35、水泵
36、缓冲容器 37、底部容器
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
如图1和图3所示，无源皮肤仿真模块8包括无源桶体15、填充在无源桶体15内的电解质和设置在无源桶体15两端的仿真皮肤16，在无源桶体15内填充固态的琼脂电解质；在测量时，顶端压力调整装置6通过二维运动平台进行位置移动调节，调节第一电极夹头17与仿真皮肤之间的接触位置，第一电极夹头17和第二电极夹头18上分别连接第一心电电极19和第二心电电极20，第一心电电极19和第二心电电极20分别与仿真皮肤16接触，并与仿真皮肤16之间保持10cN的压力；第一电极夹头17和第二电极夹头18分别与测控系统4的两端接口电连接，测控系统4的电压采集模块12工作时，电压采集模块12可以通过与第一心电电极19和第二心电电极20连接，采集到无源桶体15两端的仿真皮肤16之间的开路电压，在测控系统4的电化学工作站13工作时，可以测量心电电极的电化学性能，测控系统4将采集到的开路电压信号、电化学阻抗性能数据进行数据分析处理，并作出变化曲线，以电子表格的文件格式进行存储。
实施例二
如图2和图4所示，第一有源皮肤仿真模块901和第二有源皮肤仿真模块902分别安装在第一仿真器支架301和第二仿真器支架302上，第一有源皮肤模块901中的第一有源桶体21和第二有源桶体22上均设置仿真皮肤16，第一有源桶体21与第二有源桶体22内均填充有心电图导电膏，第一有源桶体21的顶部设有仿真皮肤16，第二有源桶体22的底部设有仿真皮肤16，顶端压力调整装置6对应安装在了第一有源桶体21的上方，底端压力调整装置7对应安装在了第二有源桶体22的下方，顶端压力调整装置6的底端设置的第三电极夹头24与第三心电电极26连接，底端压力调整装置7的顶端设置的第四电极夹头25与第四心电电极27连接，第三心电电极26、第四心电电极27分别与仿真皮肤16之间紧密接触，并保持60cN的压力。第一有源桶体21的底部插设有第一参比电极28，第二有源桶体22的顶部插设有第二参比电极29，第一参比电极28、第二参比电极29与心电信号发生器31电连接形成回路，顶端压力调整装置6和底端压力调整装置7包括手轮、丝杠、滑动轴、弹簧和压力传感器，在进行测试时，有源皮肤仿真模块9用来模拟有人体生理电信号时的皮肤状态，第一仿真器支架301上安装的顶端压力调整装置6在竖直方向上移动，第二仿真器支架302上安装的底端压力调整装置7在竖直方向上移动，压力调整装置可以在旋转手轮带动下使得滑动轴运动，从而调节心电电极与仿真皮肤16之间的压力，并通过与弹簧连接的压力传感器测得压力值，第三心电电极26、第四心电电极27与多导生理记录仪30电连接，第一参比电极28、第二参比电极29与心电信号发生器31电连接，心电信号发生器31与多导生理记录仪30通过电线并联，多导生理记录仪30是能够记录各项生理指标的仪器，可以记录标准心电信号通过第三心电电极26和第四心电电极27的衰减情况，通过第三心电电极26和第四心电电极27采集到的心电信号反馈到测控系统4，测控系统4将采集到的心电信号进行数据分析处理，并作出变化曲线，以电子表格的文件格式进行储存。
实施例三
该实施例的结构与实施例略有不同。第一有源皮肤仿真模块901和第二有源皮肤仿真模块902分别安装在第一仿真器支架301和第二仿真器支架302上，第一有源皮肤模块901中的第一有源桶体21和第二有源桶体22上均设置仿真皮肤16，第一有源桶体21、第二有源桶体22内填充有心电图导电膏，第一有源桶体21的顶部设有仿真皮肤16，第二有源桶体22的顶部设有仿真皮肤16，在第一仿真器支架301上对应安装一顶端压力调整装置6，顶端压力调整装置6的底端设置的第三电极夹头24与第三心电电极26连接，第二仿真器支架302上对应安装一底端压力调整装置7，底端压力调整装置7的底端设置的第四电极夹头25与第四心电电极27连接，第三心电电极26、第四心电电极27分别与仿真皮肤16之间紧密接触，并保持60cN的压力。第一有源桶体21的底部插设有第一参比电极28，第二有源桶体22的底部插设有第二参比电极29，第一参比电极28、第二参比电极29与心电信号发生器31电连接形成回路，心电信号发生器31并联接入多导生理记录仪30。顶端压力调整装置6和底端压力调整装置7包括手轮、丝杠、滑动轴、弹簧和压力传感器，在进行测试时，有源皮肤仿真模块9用来模拟有人体生理电信号时的皮肤状态，顶端压力调整装置6进行竖直方向的移动，第二仿真器支架302上安装的底端压力调整装置7也进行竖直方向的移动，两个压力调整装置可以在旋转手轮带动下使得滑动轴运动，从而调节心电电极与仿真皮肤16之间的压力，并通过与弹簧连接的压力传感器测得压力值，第三心电电极26、第四心电电极27与多导生理记录仪30电连接，第一参比电极28、第二参比电极29与心电信号发生器31电连接，心电信号发生器31与多导生理记录仪30通过电线并联，多导生理记录仪30是能够记录各项生理指标的仪器，可以记录标准心电信号通过第三心电电极26和第四心电电极27的衰减情况，通过第三心电电极26和第四心电电极27采集到的心电信号反馈到测控系统4，测控系统4将采集到的心电信号进行数据分析处理，并作出变化曲线，以电子表格的文件格式进行储存。
实施例四
如图5所示，无源皮肤仿真模块8的无源桶体15内装有质量比为0.9％NaCl液态电解质，其在无源皮肤仿真模块8中通过循环机构进行液态电解质的循环，无源桶体15上设有电解质入口和电解质出口，循环机构包括顶部容器32、加热器33、流量计34、水泵35、缓冲容器36和底部容器37，顶部容器32内储存有液态电解质，加热器33设置在顶部容器32的底部，顶部容器32的底部出水口与流量计34的入口连接，流量计34的出口与电解质入口连接，电解质出口与缓冲容器36的入口连接，缓冲容器36的出口与底部容器37的入口连接，水泵35设置在顶部容器32与底部容器37连接的管道上，底部容器37中储存的液态电解质在水泵的作用下泵入到顶部容器32中，液态电解质在顶部容器32中的加热器33作用下加热，并经过流量计输送到无源桶体15中，顶端压力调整装置6与底端压力调整装置7测量仿真皮肤模仿人体温度时的压力变化等数据，之后液态电解质通过电解质出口经缓冲容器36再循环流回底部容器37中，从而能够模拟人体体液流动的情况，对其采集到的电化学阻抗性能数据、心电信号进行数据分析处理，并作出变化曲线，以电子表格的文件格式进行储存。
以上对本发明/发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明/发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明/发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种穿戴式心电电极性能评价测试平台，其特征在于：包括底座(1)以及安装在底座(1)上的主机支架(2)、仿真器支架(3)和测控系统(4)；
所述主机支架(2)上固定安装有二维运动平台(5)，所述二维运动平台(5)上安装一顶端压力调整装置(6)；
所述仿真器支架(3)的顶部设有皮肤仿真模块，所述仿真器支架(3)的下部安装有可移动的底端压力调整装置(7)，所述皮肤仿真模块的上方与下方分别对应设置顶端压力调整装置(6)和底端压力调整装置(7)，所述顶端压力调整装置(6)和底端压力调整装置(7)上均设有心电电极，所述心电电极分别与皮肤仿真模块上设置的仿真皮肤接触，所述顶端压力调整装置(6)、底端压力调整装置(7)均与用于采集皮肤仿真模块数据的测控系统(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的评价测试平台，其特征在于：所述测控系统(4)包括信号调理模块(10)、电机控制器(11)、电压采集模块(12)、电化学工作站(13)和计算机(14)；
所述电机控制器(11)用于控制二维运动平台(5)的运动；
所述电压采集模块(12)用于采集无源桶体(15)两端的电压；
所述电化学工作站(13)用于测试心电电极的电化学性能；
所述信号调理模块(10)用于处理电压采集模块(12)采集到的电压信号；
所述计算机用于信号调理模块(10)、电机控制器(11)、电压采集模块(12)、电化学工作站(13)的总体控制和数据分析。
3.根据权利要求2所述的评价测试平台，其特征在于：所述皮肤仿真模块为无源皮肤仿真模块(8)，所述仿真器支架(3)设置有一个，所述无源皮肤仿真模块(8)包括无源桶体(15)、填充在无源桶体(15)内的电解质和设置在无源桶体(15)的上下两端的两个仿真皮肤(16)，所述顶端压力调整装置(6)的底端设置有第一电极夹头(17)，所述底端压力调整装置(7)的顶端设置有第二电极夹头(18)，所述第一电极夹头(17)的底端、第二电极夹头(18)的顶端分别安装有第一心电电极(19)和第二心电电极(20)，所述第一心电电极(19)和第二心电电极(20)分别与两个所述仿真皮肤(16)相接触，所述第一电极夹头(17)、第二电极夹头(19)与测控系统(4)的接口电连接，用于采集两个所述仿真皮肤(16)之间的开路电压和测量心电电极的电化学性能。
4.根据权利要求3所述的评价测试平台，其特征在于：所述仿真皮肤(16)水平设置。
5.根据权利要求2所述的评价测试平台，其特征在于：所述仿真器支架(3)包括第一仿真器支架(301)和第二仿真器支架(302)，所述第一仿真器支架(301)的顶部对应安装有顶端压力调整装置(6)，所述第二仿真器支架(302)的下部安装底端压力调整装置(7)，所述有源皮肤仿真模块(9)包括第一有源皮肤仿真模块(901)和第二有源皮肤仿真模块(902)，所述第一仿真器支架(301)、第二仿真器支架(302)的顶部分别安装有第一有源皮肤仿真模块(901)和第二有源皮肤仿真模块(902)，所述第一有源皮肤仿真模块(901)、第二有源皮肤仿真模块(902)分别包括第一有源桶体(21)、第二有源桶体(22)、填充在第一有源桶体(21)及第二有源桶体(22)内的电解质和分别设置在第一有源桶体(21)的顶部、第二有源桶体(22)底部上的仿真皮肤(16)，所述顶端压力调整装置(6)的底端设有第三电极夹头(24)，所述底端压力调整装置(7)的顶端设有第四电极夹头(25)，所述第三电极夹头(24)的底端和第四电极夹头(25)的顶端分别连接第三心电电极(26)和第四心电电极(27)，所述第三心电电极(26)、第四心电电极(27)分别与仿真皮肤(16)相接触，所述第一有源桶体(21)的底部插设有第一参比电极(28)，所述第二有源桶体(22)的顶部插设有第二参比电极(29)，所述第三电极夹头(24)、第四电极夹头(25)与多导生理记录仪(30)电连接，所述第一参比电极(28)和第二参比电极(29)与心电信号发生器(31)电连接，所述心电信号发生器(31)并联接入多导生理记录仪(30)。
6.根据权利要求2所述的评价测试平台，其特征在于：所述仿真器支架(3)包括第一仿真器支架(301)和第二仿真器支架(302)，所述第一仿真器支架(301)的顶部对应安装有顶端压力调整装置(6)，所述第二仿真器支架(302)的顶部对应安装底端压力调整装置(7)，所述有源皮肤仿真模块(9)包括第一有源皮肤仿真模块(901)和第二有源皮肤仿真模块(902)，所述第一仿真器支架(301)、第二仿真器支架(302)的顶部分别安装有第一有源皮肤仿真模块(901)和第二有源皮肤仿真模块(902)，所述第一有源皮肤仿真模块(901)、第二有源皮肤仿真模块(902)分别包括第一有源桶体(21)、第二有源桶体(22)和分别设置在第一有源桶体(21)的顶部、第二有源桶体(22)顶部上的仿真皮肤(16)，所述顶端压力调整装置(6)的底端设有第三电极夹头(24)，所述底端压力调整装置(7)的底端设有第四电极夹头(25)，所述第三电极夹头(24)的底端和第四电极夹头(25)的底端分别连接第三心电电极(26)和第四心电电极(27)，所述第三心电电极(26)、第四心电电极(27)分别与相应的仿真皮肤(16)相接触，所述第一有源桶体(21)的底部插设有第一参比电极(28)，所述第二有源桶体(22)的底部插设有第二参比电极(29)，所述第三电极夹头(24)、第四电极夹头(25)与多导生理记录仪(30)电连接，所述第一参比电极(28)和第二参比电极(29)与心电信号发生器(31)电连接，所述心电信号发生器(31)并联接入多导生理记录仪(30)。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的评价测试平台，其特征在于：所述底端压力调整装置(7)在仿真器支架(3)上进行竖直方向的移动。
8.根据权利要求7所述的评价测试平台，其特征在于：所述电解质为琼脂、心电图导电膏或质量比为0.9％的液态NaCl。
9.根据权利要求8所述的评价测试平台，其特征在于：所述仿真器支架(3)的顶端内设有用于安装皮肤仿真模块的U型插槽。
10.根据权利要求9所述的评价测试平台，其特征在于：所述底座(1)为铝合金的矩形底座。
CN201810297962.6A 2018-03-30 2018-03-30 一种穿戴式心电电极性能评价测试平台 Pending CN108693228A (zh)

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