CN113907764A - 一种穿戴式12导联心电仪的硬件系统 - Google Patents

一种穿戴式12导联心电仪的硬件系统 Download PDF

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韩志平
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Abstract

本发明涉及一种穿戴式12导联心电仪的硬件系统。属于心电仪技术领域。包括心电贴片装置、心电信号采集处理端、数据中转端，所述心电贴片装置包括10个电极片、心电贴片、纽扣电池，其中6个电极片直接固定在心电贴片上，其余4个通过软导联连接在心电贴片上。本发明采用12导联的形式对使用者的心电信号进行采集和分析，可以对心电信号进行全面和准确的采集与分析，提供科学的心脏活动状态数据，比现有的单导联和三导联形式提供的数据更加具备医学诊断价值。

Description

一种穿戴式12导联心电仪的硬件系统
技术领域
本发明涉及心电仪技术领域，具体涉及一种穿戴式12导联心电仪的硬件系统。
背景技术
现有的心电仪大多为单导联、三导联形式，这种形式的心电仪只能对心脏的活动状态进行简单的测量，不能够全面精准的显示心电节律搏动异常，医学诊断意义较小。本发明中采用12导联的形式对心脏的活动状态进行全面的测量和分析，采集的心电信号更全面，可以全面精准的反应自内脏的活动状态，具备的非常大的医学诊断意义。
现有的心电仪穿戴端大致有两种形式。一种是分离式电极，这种往往需要复杂的心电电极定位，并且各电极之间通过导线进行连接。使用者使用起来非常复杂繁琐，非常容易出现心电电极定位不准确的情况，从而导致不能正确测量心电波形，误诊或延误治疗。另一种是将电极做在衣服或粘扣带上，这种形式的设备往往穿戴在身上比较紧，使用者使用时非常不舒服，同时对平时正常生活带来较大影响，比如穿戴这种设备时洗澡非常不方便。本发明中心电电极采用一次性一体式电极贴片，可以解决各电极之间导线连接问题，同时各电极的位置相对固定，可以解决使用过程中复杂的电极定位问题，减少电极定位不准的情况，电极贴片自带防水医用3M胶贴，无需额外的固定结构，因此体积较小，重量轻，使用起来不会影响使用者正常生活。
现有的个人心电仪心电信号处理部分往往采用分离式元件，增加的设备的体积和重量，同时导致设备成本较高。本发明中心电信号处理部分采用集成IC取代传统的分离式元件，大大减小了设备的体积和重量，使佩戴者在使用过程更舒适、无异物感。同时也减少了设备的成本，更有利于进入需要者的家庭。
发明内容
本发明的目的在于提供一种穿戴式12导联心电仪的硬件系统。
本发明的技术方案包括：
一种穿戴式12导联心电仪的硬件系统，包括心电贴片装置、心电信号采集处理端、数据中转端，所述心电贴片装置包括10个电极片、心电贴片、纽扣电池，其中6个电极片直接固定在心电贴片上，其余4个通过软导联连接在心电贴片上。
进一步的，所述心电信号采集处理端包括心电采集IC、MCU、存储芯片、采集端蓝牙芯片，MCU分别连接心电采集IC、存储芯片、采集端蓝牙芯片，心电采集IC连接心电贴片，存储芯片连接数据导出线，采集端蓝牙芯片连接用户手机及数据中转端。
进一步的，所述心电采集IC为ADS1298，所述存储芯片为SD NAND，所述MCU为MLK26Z128。
进一步的，所述数据中转端包括中转端蓝牙芯片、锂电池、4G模块，中转端蓝牙芯片连接采集端蓝牙芯片及4G模块，4G模块连接服务器。
进一步的，所述中转端蓝牙芯片为nRF52832。
进一步的，所述电极片和纽扣电池使用FPC软排线连接。
进一步的，所述心电贴片为一次性一体化心电贴片。
本发明的技术效果包括：
采用12导联的形式对使用者的心电信号进行采集和分析，可以对心电信号进行全面和准确的采集与分析，提供科学的心脏活动状态数据，比现有的单导联和三导联形式提供的数据更加具备医学诊断价值。
心电电极采用一次性一体式心电贴片，各个电极在心电贴片内部与12pin触点进行连接，仅有4个电极通过软电线连接。因此没有传统分离电极的导联线，使用起来更舒服。更重要的是各个心电电极之间相对固定，减少的传统的心电电极不会贴、贴不准的问题。
传统的心电测量设备采用分离式元件的形式去进行滤波，放大。导致元器件非常多，占用的空间体积很大。本发明采用了集成IC的形式，内部集成了滤波电路，放大电路以及高精度ADC。减少了许多元器件，使设备的体积和重量更小，内部集成高精度ADC，对心电信号的处理更加准确，提高了医学参考价值。
附图说明
图1为本发明穿戴式12导联心电仪的硬件系统的整体结构图；
图2为心电贴片装置结构图；
图3为心电信号采集处理端结构图；
图4为心电信号采集处理端的信号流向图；
图5为数据中转端结构图；
图6为信号及电源流向图。
附图标记如下：
1-一次性纽扣电池
2-12pin触点
3-Type-C数据导出插座
4-12pin探针
5-DC-DC电源芯片
6-心电采集芯片
7-存储芯片
8-MCU
9-蓝牙芯片
10-Type-C锂电池充电口
11-锂电池插座
12-可充电锂电池
13-蓝牙芯片
14-4G模块
15-电源芯片
16-充电IC
具体实施方式
本发明为解决以下问题而设计：
1.现有的技术单导联和三导联较多，只能够提供简单的心电信号，不能够全面精准的反应使用者的心脏活动状态，医学诊断意义较小。本发明采用12导联的形式为了提供比较全面和精准的心电信号，为使用者就诊提供全面精准的数据，以便对自心脏健康状态进行科学的分析。
2.现有的个人心电测量设备穿戴端一部分为分离式电极，各个电极通过导联线进行连接，使用起来复杂繁琐，容易出现电极定位不准的情况。一部分将心电电极固定在衣服或粘扣带上的，使用者使用时对正常生活影响较大，穿戴后很不方便。本发明穿戴端电极采用一次性一体式心电贴片，将电极固定在一个贴片上，省去各电极之间的导联线。心电贴片自带防水型医用3M胶贴，不需要其他的固定结构，因此体积小巧轻便，使用简单方便，不会对使用者的正常生活造成太大的影响。
3.现有的部分个人心电检测设备采用分离元件，各个通道通过滤波电路，放大电路，ADC(或MCU内部ADC)，MCU实现心电信号的采集，其电子元器件比较多，需要占用比较大空间，导致设备以及往往比较大，使使用者非常不舒服，而且MCU内部的ADC精度往往比较低，致使测量出来的心电波形误差较大。本发明采用集成IC的形式，内部集成了滤波电路、可编程放大器、高精度ADC，设计时仅需要简单的滤波电路即可，可以大大减少元器件的数量，缩小设备的体积，使用者在使用时无不适感，不会影响其正常生活。
如图1所示，心电仪整体包含三部分结构，分别为一次性一体式心电贴片、心电信号采集处理端和数据中转端。一次性一体式心电贴片包含了一体式心电贴片和纽扣电池，使用时先将其贴在身上指定位置，其将原始心电信号传导至心电采集IC，同时为心电信号采集处理端供电。在心电信号采集处理端内，心电信号采集IC将原始心电信号经过放大，模数转换后转换为高精度的数字心电信号传输给MCU。MCU一方面将数据存储至存储芯片，可供用户使用数据线数据导出，另一方面将数据传输给蓝牙芯片。蓝牙芯片将数据传输至使用者手机，使用者可随时查看自己一些心电信息。同时蓝牙芯片将数据传输至数据中转端蓝牙芯片。数据中转端蓝牙芯片再将数据传输到4G模块，4G模块将数据传输至服务器，医院可以通过访问服务器查看使用者的心电信息，实现远程诊断使用者病情。
图2是一次性一体化心电贴片的结构图。其中包括12导联对应的10个电极片。12导联包括3个肢体导联、三个加压肢体导联、六个胸前导联。是指心电测量时心电电极的安放位置。因为其中的导联信号一部分是由相同电极的不同组合形式计算所得，所以只有10根信号线。
其中6个电极片直接固定在心电贴片上，其余4个通过软导联连接在贴片上。一次性纽扣电池1，用于给心电信号采集提供电源。10个电极片和纽扣电池使用FPC软排线在内部连接到12pin探针触片2上，用于和心电信号采集处理端连接。
图3是心电信号采集处理端的硬件部分，Type-C数据导出插座3，用于心电数据的导出。12pin探针4，与图2中12pin探针触片2连接。BL8536型DC-DC芯片5，将纽扣电池电压稳定在DC3.3V。ADS1298心电采集芯片6,实现心电信号的采集与处理。SD NAND型存储芯片7，对采集的心电信号进行储存。MLK26Z128型MCU8，对心电信号做进一步处理，并将数据存储到存储芯片内，同时传输给蓝牙芯片。nRF52832型蓝牙芯片9，将心电数据传输给数据中转端。其各个部分信号流向如图4所示。12pin的探针和探针触片配合连接，将采集的心电信号传输至心电采集芯片ADS1298，并将纽扣电池电源连接到DC-DC。DC-DC将电压稳定在DC3.3V，供系统用电。ADS1298通过SPI的通讯方式将采集处理后的心电数据发送到MCU内。MCU将数据进一步处理后，一方面通过UART(串口通讯)将数据发送给蓝牙芯片。另一方面通过SPI通讯方式发送到存储芯片进行储存。当用户使用Type-C数据导出插座进行数据导出时，MCU在将数据从存储芯片调取，并进行导出。
图5是数据中转端的硬件部分。Type-C锂电池充电口10用来给数据中转端的内部锂电池充电。锂电池插座11，与可充电锂电池连接。可充电锂电池12。nRF52832型蓝牙芯片13，用于接受来自心电信号采集处理端的心电信号。4G模块14用于将数据发送到服务器。JW5026型电源芯片15，将电压稳定在DC3.8V左右，供系统用电。TP5100充电IC16。其可以实现锂电池的充放电过程。信号及电源流向如图6所示。当Type-C锂电池充电口插上充电器时，将给可充电锂电池充电，同时给电源芯片供电，当未插充电器时可充电锂电池为电源芯片供电。电源芯片将电压稳定在DC3.8V,为系统供电。蓝牙芯片接受来自心电信号采集处理端的蓝牙信号，并将数据发送到4G模块。4G模块将数据发送到服务器。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种穿戴式12导联心电仪的硬件系统，包括心电贴片装置、心电信号采集处理端、数据中转端，其特征在于，所述心电贴片装置包括10个电极片、心电贴片、纽扣电池，其中6个电极片直接固定在心电贴片上，其余4个通过软导联连接在心电贴片上。
2.根据权利要求1所述的穿戴式12导联心电仪的硬件系统，其特征在于，所述心电信号采集处理端包括心电采集IC、MCU、存储芯片、采集端蓝牙芯片，MCU分别连接心电采集IC、存储芯片、采集端蓝牙芯片，心电采集IC连接心电贴片，存储芯片连接数据导出线，采集端蓝牙芯片连接用户手机及数据中转端。
3.根据权利要求2所述的穿戴式12导联心电仪的硬件系统，其特征在于，所述心电采集IC为ADS1298，所述存储芯片为SD NAND，所述MCU为MLK26Z128。
4.根据权利要求3所述的穿戴式12导联心电仪的硬件系统，其特征在于，所述数据中转端包括中转端蓝牙芯片、锂电池、4G模块，中转端蓝牙芯片连接采集端蓝牙芯片及4G模块，4G模块连接服务器。
5.根据权利要求4所述的穿戴式12导联心电仪的硬件系统，其特征在于，所述中转端蓝牙芯片为nRF52832。
6.根据权利要求1所述的穿戴式12导联心电仪的硬件系统，其特征在于，所述电极片和纽扣电池使用FPC软排线连接。
7.根据权利要求1所述的穿戴式12导联心电仪的硬件系统，其特征在于，所述心电贴片为一次性一体化心电贴片。
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