CN111904409A - 用于心电监测的柔性传感器及水凝胶柔性心电监测仪 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于心电监测的柔性传感器及水凝胶柔性心电监测仪，用于心电监测的柔性传感器中，第一水凝胶基底电极可贴合皮肤以采集正极电压信号，第一水凝胶柔性传导电路一端连接所述第一水凝胶基底电极，另一端连接信号处理模块，第二水凝胶基底电极可贴合皮肤以采集负极电压信号，第二水凝胶柔性传导电路一端连接所述第二水凝胶基底电极，另一端连接信号处理模块，第三水凝胶基底电极可贴合皮肤以采集参考极电压信号，第三水凝胶柔性传导电路一端连接所述第三水凝胶基底电极，另一端连接信号处理模块，5G模块连接信号处理模块以无线传输。

Description

用于心电监测的柔性传感器及水凝胶柔性心电监测仪

技术领域

本发明涉及医学心电监测技术领域，特别是一种用于心电监测的柔性传感器及水凝胶柔性心电监测仪。

背景技术

心电指标是医学领域一项重要的生命体征。心电监测是评价病情和发现心电事件的一个重要手段，在临床中应用广泛。目前临床应用的传统床旁监测仪多数为导线连接贴片电极，有接触不良、贴片易脱落等缺点。同时，基于铜导线电路的设备由于较为笨重，延展性差，长期佩戴监测时对于病人的负担较重。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于心电监测的柔性传感器及水凝胶柔性心电监测仪，其提升了用户体验，轻便便携、精度高，信号衰减小，传输距离远，可简化临床心电监测流程，解决电极接触不良或易脱落等问题，既可应用于医院抢救室等场景下病人的临床心电监测，也可应用于远程会诊、远程手术指导，为专家提供实时心电图谱。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

用于心电监测的柔性传感器包括，

第一水凝胶基底电极，其可贴合皮肤以采集正极电压信号，

第一水凝胶柔性传导电路，其一端连接所述第一水凝胶基底电极，另一端连接信号处理模块，

第二水凝胶基底电极，其可贴合皮肤以采集负极电压信号，

第二水凝胶柔性传导电路，其一端连接所述第二水凝胶基底电极，另一端连接信号处理模块，

第三水凝胶基底电极，其可贴合皮肤以采集参考极电压信号，其中，所述第一水凝胶基底电极、第二水凝胶基底电极和第三水凝胶基底电极的水凝胶中的各个聚合物链上的嵌段通过Ca²⁺形成离子交联，

第三水凝胶柔性传导电路，其一端连接所述第三水凝胶基底电极，另一端连接信号处理模块，

信号处理模块，其采样和放大所述正极电压信号、负极电压信号和参考极电压信号，

5G模块，其连接所述信号处理模块以无线传输。

所述的用于心电监测的柔性传感器中，第一水凝胶柔性传导电路、第二水凝胶柔性传导电路和第三水凝胶柔性传导电路由水凝胶离子导体制成。

所述的用于心电监测的柔性传感器中，所述水凝胶离子导体随着被拉伸而电阻率增大。

所述的用于心电监测的柔性传感器中，所述第一水凝胶基底电极、第二水凝胶基底电极和第三水凝胶基底电极均包括电极扣、导电水凝胶和离型膜。

所述的用于心电监测的柔性传感器中，导电水凝胶为海藻酸钠水凝胶。

所述的用于心电监测的柔性传感器中，信号处理模块包括存储单元。

所述的用于心电监测的柔性传感器中，柔性传感器还包括，

第一外壳，其具有容纳所述第一水凝胶基底电极、第二水凝胶基底电极和第三水凝胶基底电极的容纳槽使得所述第一水凝胶基底电极、第二水凝胶基底电极和第三水凝胶基底电极可紧密贴合皮肤，

第二外壳，其配合第一外壳以形成闭合结构。

所述的用于心电监测的柔性传感器中，所述第一外壳和第二外壳由聚二甲基硅氧烷材料制成。

一种水凝胶柔性心电监测仪包括所述的柔性传感器。

所述的水凝胶柔性心电监测仪中，水凝胶柔性心电监测仪包括显示单元。

技术效果

本发明简化临床心电监测流程，解决电极接触不良或易脱落等问题，提升病人的就医舒适度。既可应用于医院抢救室等场景下病人的临床心电监测，也可应用在专家远程会诊、远程手术指导中，为专家提供实时心电图谱。监测仪的前端传感器为水凝胶基底电极，可以与皮肤紧密贴合，前端传感器采集皮肤的电压差信号后，使用柔性的水凝胶离子导线传输电信号。水凝胶离子的传导电路具有很高的延展性和导电性能，可以提高设备的柔韧性，减轻设备重量，提升设备的用户体验。信号传输到信号处理模块，经过采样、放大、存储后，经5G模块将数据实时传输至远端设备。作为柔性设备，所述心电监测仪与传统的心电监测仪相比，经由5G模块无线输送数据，使得本发明具有柔软便携、精度高、信号衰减小、数据更为丰富、及时性实时性显著提高，传输距离远等优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是本发明的一个实施例的用于心电监测的柔性传感器的结构框图；

图2是本发明的一个实施例的用于心电监测的柔性传感器的结构示意图；

图3是本发明的一个实施例的用于心电监测的柔性传感器的分解结构示意图；

图4是本发明的一个实施例的用于心电监测的柔性传感器的信号处理模块的结构示意图；

图5是本发明的一个实施例的用于心电监测的柔性传感器的水凝胶离子导体的电阻率比较示意图；

图6是本发明的一个实施例的用于心电监测的柔性传感器的海藻酸钠水凝胶示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至附图6更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语，即使记载有“第一”、“第二”等，其仅仅是用于区别一些对象而已，而并非用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在/位于……之上/下”、“在/位于……上端/下端”、“在/位于……上表面”、“……上面的”等，用来描述一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在本发明所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在/位于……下端”可以包括“在……下端”和“在……上端”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、纵向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的、或者常规放置情况下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化此种描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；类似的，方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1至图4所示，一种用于心电监测的柔性传感器包括，

第一水凝胶基底电极1，其可贴合皮肤以采集正极电压信号，

第一水凝胶柔性传导电路4，其一端连接所述第一水凝胶基底电极1，另一端连接信号处理模块7，

第二水凝胶基底电极2，其可贴合皮肤以采集负极电压信号，

第二水凝胶柔性传导电路5，其一端连接所述第二水凝胶基底电极2，另一端连接信号处理模块7，

第三水凝胶基底电极3，其可贴合皮肤以采集参考极电压信号，

第三水凝胶柔性传导电路6，其一端连接所述第三水凝胶基底电极3，另一端连接信号处理模块7，

信号处理模块7，其采样和放大所述正极电压信号、负极电压信号和参考极电压信号，

5G模块，其连接所述信号处理模块7以无线传输。

所述用于心电监测的柔性传感器的优选实施例中，第一水凝胶柔性传导电路4、第二水凝胶柔性传导电路5和第三水凝胶柔性传导电路6由水凝胶离子导体制成。

所述用于心电监测的柔性传感器的优选实施例中，所述第一水凝胶基底电极1、第二水凝胶基底电极2和第三水凝胶基底电极3均包括电极扣、导电水凝胶和离型膜。

所述用于心电监测的柔性传感器的优选实施例中，导电水凝胶为多聚体材料。

所述用于心电监测的柔性传感器的优选实施例中，信号处理模块7包括存储单元。

所述用于心电监测的柔性传感器的优选实施例中，所述信息处理模块包括放大电路、低通滤波电路及微处理芯片。

所述用于心电监测的柔性传感器的优选实施例中，柔性传感器还包括，

第一外壳8，其具有容纳所述第一水凝胶基底电极1、第二水凝胶基底电极2和第三水凝胶基底电极3的容纳槽使得所述第一水凝胶基底电极1、第二水凝胶基底电极2和第三水凝胶基底电极3可紧密贴合皮肤，

第二外壳9，其配合第一外壳8以形成闭合结构。

所述用于心电监测的柔性传感器的优选实施例中，所述第一外壳8和第二外壳9由聚二甲基硅氧烷材料制成。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，所述用于心电监测的柔性传感器使用水凝胶基底电极采集电压信号，使用水凝胶作为离子导体传输信号，从而使得设备具有很高的延展性和生物亲和性。水凝胶基底电极采集的信号，经过采样、放大、存储后，经5G模块将数据实时传输至远端设备。所述的水凝胶基底电极及水凝胶离子导体的主要材料为水凝胶，水凝胶基底电极区别于传统的贴片电极，可以与皮肤紧密贴合。水凝胶离子导体电路区别于传统的金属导线电路，具有更强的延展性。

水凝胶是一种多聚体材料，90％以上成分由水构成，具有柔软，延展性强，同时具备卓越的导电性能。5g模块的类别为高可靠低时延连接，区别于WIFI模块、iBeacon模块，在传输距离和可靠性的优势更高。所述用于心电监测的柔性传感器没有传输范围限制，可应用于手术室的无线心电监测，亦可应用于远程手术心电监测等应用场景。

在一个实施例中，所述用于心电监测的柔性传感器的结构框图如图1所示。其中，水凝胶基底电极、传导电路与数据处理、传输、存储模块、电源管理模块集成在了一起，组成了无线柔性设备的主体。前端采集信号后，通过柔性电导电路传输到了信号处理模块7，最后通过5G模块进行数据传输。

在一个实施例中，如图2所示。前端信号传感器包括：三个水凝胶基底电极，分别采集正极、负极和参考级的电压信号；三根水凝胶离子导体，用于将电极采集的信号传输到用于数据采集和存储、传输的信号处理模块。如图3所示。设备的第一和第二外壳由聚二甲基硅氧烷组成，属于柔性绝缘的生物亲和材料。如图4所示，用于数据采集和存储、传输的信号处理模块7以及独立的电源管理模块以纽扣形式在所述用于心电监测的柔性传感器的背侧。

在一个实施例中，信号处理模块7基于所述正极电压信号、负极电压信号和参考极电压信号得到电压差数据。

在一个实施例中，所述用于心电监测的柔性传感器设有包括电源的电源管理系统。电源管理系统监测MCU和5G模块供电电池的电量，并通过指示灯进行充电提醒。

在一个实施例中，所述用于心电监测的柔性传感器包括水凝胶基底电极片、水凝胶离子导体、传感器外壳及填充介质10、数据处理模块、5G传输模块、电源管理模块。

在一个实施例中，水凝胶基底电极片由电极扣、固定壳板、导电水凝胶和离型膜组成。传导电路由高导电性的水凝胶离子导体制成，传导电路的阻抗与传感器相匹配。

在一个实施例中，传感器外壳及内部填充介质10使用的是聚二甲基硅氧烷，专利保护范围不限于聚二甲基硅氧烷，亦包括其他柔性生物亲和材料。

在一个实施例中，信号处理模块7由传统的放大电路、低通滤波电路及微处理芯片(MCU)组成，微处理芯片有数据接收、存储、输出功能。放大电路的放大值为50倍。

在一个实施例中，第一水凝胶柔性传导电路、第二水凝胶柔性传导电路和第三水凝胶柔性传导电路由水凝胶离子导体制成。离子导体，其电阻率随拉伸强度的关系如图5所示，当水凝胶不拉伸时，水凝胶的电阻率与含有相同NaCl的水的电阻率几乎相等，而当水凝胶拉伸时电阻率增大。

在一个实施例中，所述第一水凝胶基底电极、第二水凝胶基底电极和第三水凝胶基底电极均包括电极扣、导电水凝胶和离型膜，如图6所示，导电水凝胶中的各个聚合物链上的嵌段通过Ca²⁺形成离子交联。

一种水凝胶柔性心电监测仪包括所述的柔性传感器。

所述的水凝胶柔性心电监测仪包括显示单元。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开的各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于心电监测的柔性传感器，其特征在于，其包括，

第一水凝胶基底电极，其可贴合皮肤以采集正极电压信号，

第一水凝胶柔性传导电路，其一端连接所述第一水凝胶基底电极，另一端连接信号处理模块，

第二水凝胶基底电极，其可贴合皮肤以采集负极电压信号，

第二水凝胶柔性传导电路，其一端连接所述第二水凝胶基底电极，另一端连接信号处理模块，

第三水凝胶基底电极，其可贴合皮肤以采集参考极电压信号，其中，所述第一水凝胶基底电极、第二水凝胶基底电极和第三水凝胶基底电极的水凝胶中的各个聚合物链上的嵌段通过Ca²⁺形成离子交联，

第三水凝胶柔性传导电路，其一端连接所述第三水凝胶基底电极，另一端连接信号处理模块，

信号处理模块，其采样和放大所述正极电压信号、负极电压信号和参考极电压信号，

5G模块，其连接所述信号处理模块以无线传输。

2.如权利要求1所述的用于心电监测的柔性传感器，其中，优选的，第一水凝胶柔性传导电路、第二水凝胶柔性传导电路和第三水凝胶柔性传导电路由水凝胶离子导体制成。

3.如权利要求1所述的用于心电监测的柔性传感器，其中，所述水凝胶离子导体随着被拉伸而电阻率增大。

4.如权利要求1所述的用于心电监测的柔性传感器，其中，所述第一水凝胶基底电极、第二水凝胶基底电极和第三水凝胶基底电极均包括电极扣、导电水凝胶和离型膜。

5.如权利要求1所述的用于心电监测的柔性传感器，其中，导电水凝胶为海藻酸钠水凝胶。

6.如权利要求1所述的用于心电监测的柔性传感器，其中，信号处理模块包括存储单元。

7.如权利要求1所述的用于心电监测的柔性传感器，其中，柔性传感器还包括，

第一外壳，其具有容纳所述第一水凝胶基底电极、第二水凝胶基底电极和第三水凝胶基底电极的容纳槽使得所述第一水凝胶基底电极、第二水凝胶基底电极和第三水凝胶基底电极可紧密贴合皮肤，

第二外壳，其配合第一外壳以形成闭合结构。

8.如权利要求7所述的用于心电监测的柔性传感器，其中，所述第一外壳和第二外壳由聚二甲基硅氧烷材料制成。

9.一种水凝胶柔性心电监测仪，其特征在于，其包括如权利要求1-8中任一项所述的柔性传感器。

10.如权利要求9所述的水凝胶柔性心电监测仪，其中，其包括显示单元。

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