CN114557703A - 一种心电检测分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种心电检测分析装置，佩戴于用户的手腕上，包括：一装置本体，装置本体的朝向手腕的一侧设有一内侧极片；一导电腕带，导电腕带的背离手腕的一侧设有一外侧极片，内侧极片与外侧极片、导电腕带、用户的两手腕之间形成一电气回路，以采集用户的心电信号；一控制模块，设置于装置本体内部且连接内侧极片，控制模块包括：第一控制单元，用于接收心电信号，提取心电信号中的多个时间频率特征并将各时间频率特征输入一分类预测模型中处理得到一心电分析结果。有益效果是本装置采用统计数据分析和大数据学习的方法，冲破传统心电信号图形分析技术的壁障，心电信号采集方式与现有标准导联方式的肢体单导联一致，能有效提高心电检测准确率。

Description

一种心电检测分析装置

技术领域

本发明涉及心电检测技术领域，尤其涉及一种心电检测分析装置。

背景技术

目前主要采用腕带手表对用户进行心率等日常指标的采集，但由于极片采用金属的电阻率较大并采用手腕和手指与电极片接触的方式，导致心电信号质量较差，极大地降低心电敏感度，同时也影响了对心电信号数据的分析算法的适应性改进，使得应用空间受到极大限制。

少数设备采用腕带之外的额外添加设备，虽然在心电信号数据采集质量上得到提高，但这种方式并非标准导联方式，一方面难以借鉴已有病例的标记数据，对大数据的机器学习提高准确率形成阻碍，另一方面都是采用的心电图图形特征分析方法，分析质量本身不高，非标准导联又难以与传统标准导联互动参与人工意见，所以仍然难以发挥作用，再加上需要额外设备及贴片耗材的不便利性，更增加了普及应用难度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种心电检测装置，所述心电检测分析装置佩戴于用户的手腕上，包括：

一装置本体，所述装置本体的朝向所述手腕的一侧设有一内侧极片；

一导电腕带，所述导电腕带的背离所述手腕的一侧设有一外侧极片，所述内侧极片与所述外侧极片、所述导电腕带、所述用户的两手腕之间形成一电气回路，以采集所述用户的心电信号；

一控制模块，设置于所述装置本体内部且连接所述内侧极片，所述控制模块包括：

第一控制单元，用于接收所述心电信号，提取所述心电信号中的多个时间频率特征并将各所述时间频率特征输入一分类预测模型中处理得到一心电分析结果。

优选的，所述装置本体内部设置有一检波器，连接所述控制模块，用于采集所述用户的脉搏波信号并输出至所述控制模块。

优选的，所述控制模块包括一第二控制单元，用于接收所述脉搏波信号，根据所述脉搏波信号处理得到所述用户对应的一生物计量数据并在所述生物计量数据中的数值大于一预设阈值时输出一报警信息。

优选的，所述装置本体内部设有一发光二极管，连接所述检波器，用于在所述检波器采集所述脉搏波信号时对所述用户进行点亮提示。

优选的，所述控制模块连接所述用户对应的一移动终端，用于接收所述心电分析结果或所述报警信息并对所述用户进行可视化展示；以及

所述用户通过所述移动终端控制所述内侧极片和所述外侧极片采集所述心电信号或控制所述检波器采集所述脉搏波信号。

优选的，所述装置本体外部设有一显示屏，连接所述控制模块，用于显示所述心电分析结果或所述报警信息。

优选的，所述第二控制单元包括：

第一处理子单元，用于将所述脉搏波信号转换为对应的数字信号并将所述脉搏波信号和所述数字信号叠加得到所述用户的所述生物计量数据；

分析子单元，连接所述第一处理子单元，用于在一预设的时间频度内对所述生物计量数据进行脉搏波性特征量检测分析，并在所述生物计量数据中所述数字信号的数值大于所述预设阈值时输出所述报警信息。

优选的，所述所述内侧极片和所述外侧极片上分别设有多个凹点和多个凸点，通过各所述凹点和各所述凸点接触所述用户的手腕。

优选的，所述内侧极片、所述外侧极片和所述导电腕带通过一卡扣固定连接，以形成所述电气回路。

优选的，所述腕带的另一端和所述导电腕带的另一端通过一卡扣固定连接。

优选的，所述第一控制单元包括：

模型建立子单元，用于采集不同心脏异常特征的心脏病人的心电信号的历史时间频率特征，将各所述历史时间频率特征作为输入，将各所述历史时间频率特征对应的心脏病人的心脏异常特征作为输出，训练得到所述分类预测模型；

第二处理子单元，连接所述模型建立子单元，用于提取所述心电信号的多个时间频率特征并将各所述时间频率特征输入所述分类预测模型处理得到对应的所述心电分析结果。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

(1)本装置采用统计数据分析和大数据学习的方法，冲破传统心电信号图形分析技术的壁障，有效提高心电检测准确率；

(2)本装置将心电信号采集方式与现有标准导联方式的肢体单导联一致，使现有标准导联中的单项导联数据及其心电和血检等综合医疗诊断结果能够作为学习集的异常特征标记数据被直接引用，从而大大提高数据量和精准度，同时也使其具备了更广阔的的未来诊断拓展能力；

(3)本装置在不借助任何辅助器材和耗材的条件下能够完成检测工作，极大地便利用户，同时能够兼容其它一般性的功能要求，不影响装置融入其它综合产品利用。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，本装置的侧视图；

图2为本发明的较佳的实施例中，本装置的正视图；

图3为本发明的较佳的实施例中，控制模块的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种心电检测分析装置，佩戴于用户的手腕上，如图1-3所示，包括：

一装置本体1，装置本体1的朝向手腕的一侧设有一内侧极片2；

一导电腕带3，导电腕带3的背离手腕的一侧设有一外侧极片4，内侧极片2与外侧极片4、导电腕带3、用户的两手腕之间形成一电气回路，以采集用户的心电信号；

一控制模块5，设置于装置本体1内部且连接内侧极片2，控制模块5包括：

第一控制单元51，用于接收心电信号，提取心电信号中的多个时间频率特征并将各时间频率特征输入一分类预测模型中处理得到一心电分析结果。

本发明的较佳的实施例中，装置本体1内部设置有一检波器6，连接控制模块5，用于采集用户的脉搏波信号并输出至控制模块5。

本发明的较佳的实施例中，控制模块5包括一第二控制单元52，用于接收脉搏波信号，根据脉搏波信号处理得到用户对应的一生物计量数据并在生物计量数据中的数值大于一预设阈值时输出一报警信息。

本发明的较佳的实施例中，装置本体1内部设有一发光二极管7，连接检波器6，用于在检波器6采集脉搏波信号时对用户进行点亮提示。

具体地，本实施例中，装备本体1靠近用户手腕的一侧设有密封的透明玻璃壳，当检波器6采集脉搏波信号时发光二极管7进行点亮以提示用户检波器6处于工作状态，当检波器6未采集脉搏波信号时发光二极管7不进行点亮。

本发明的较佳的实施例中，控制模块5连接用户对应的一移动终端8，用于接收心电分析结果或报警信息并对用户进行可视化展示；以及

用户通过移动终端8控制内侧极片2和外侧极片4采集心电信号或控制检波器6采集脉搏波信号。

具体地，本实施例中，心电检测分析设备为腕式手环，能够与移动终端8(如智能手机等)建立无线通信，并将报警信息和心电分析结果发送至移动终端8以供用户进行查看。

本发明的较佳的实施例中，装置本体1外部设有一显示屏9，连接控制模块5，用于显示心电分析结果或报警信息。

具体地，本实施例中，显示屏9设置于装置本体1的外部，优选为OLED(OrganicLight-Emitting Diode有机发光半导体)显示屏。

本发明的较佳的实施例中，第二控制单元52包括：

第一处理子单元521，用于将脉搏波信号转换为对应的数字信号并将脉搏波信号和数字信号叠加得到用户的生物计量数据；

分析子单元522，连接第一处理子单元521，用于在一预设的时间频度内对生物计量数据进行脉搏波性特征量检测分析，并在生物计量数据中数字信号的数值大于预设阈值时输出报警信息。

本发明的较佳的实施例中，内侧极片2和外侧极片4上分别设有多个凹点和多个凸点，通过各凹点和各凸点接触用户的手腕。

具体地，本实施例中，内侧极片2和外侧极片4在材质以及与皮肤接触的形态上，采取相同的设计。

优选的，为消除人体皮肤表面的弹性、角质、汗毛及油脂的不均衡对心电信号质量的影响，内侧极片2和外侧极片4的形状设计采用多点连续凹凸设计，凸点处周边倒圆角以增加区域面积接触度并避免不适体感，采用的多点连续凹凸设计不限于具体的圆形或多边形凸点形态和凹点形态。

具体地，本实施例中，考虑到人体生物电信号弱，皮肤电压随内外环境或穿着衣物等影响，有着0.4-400V的显著差异和变化，会给心电信号采集带来噪声、干扰及漂移的影响，通常的材质如不锈钢、金属镀锌、金属镀镍，或者低电阻粉末冶金及PVD离子电镀工艺，均存在或阻抗增大、或耐腐及耐脂差等问题，经综合试验，内侧极片2和外侧极片4的材质优选为纯铜化学镀银，镀银厚度大于等于15μm，表面粗糙度质量达到Ra0.8以下。

具体地，本实施例中，导电腕带3采用硅橡胶或塑胶或皮质复合的非金属材质，优选为硅橡胶与皮质的复合材料，导电腕带3内部嵌接有由绞合铜导线外包聚乙烯绝缘护套组成的多股柔性电缆排线，排线一端的焊接端子与控制模块5的主电路板上的连接器插接，排线的另一端与外侧极片4焊接。

具体地，本实施例中，检波器6通过一背电极10与用户的手腕进行接触。

具体地，本实施例中，检波器6为光电二极管检波器，发光二极管7为红外与绿色发光二极管，光电二极管检波器、红外与绿色发光二极管、背电极10均与控制模块5的主电路板相连并嵌接于装置本体1内的凹槽中，通过密封的透明玻璃窗与皮肤直接接触。

本发明的较佳的实施例中，内侧极片2、外侧极片4和导电腕带3通过一卡扣11固定连接，以形成电气回路。

具体地，本实施例中，导电腕带3通过卡扣11与一不导电的普通腕带12进行连接，普通腕带12与导电腕带3分别位于卡扣12的两侧，普通腕带12与导电腕带3的端部附近设有外侧为非金属的卡扣11，通过卡扣11将两个腕带固定在手腕上，并能锁紧在不同长度位置。

本发明的较佳的实施例中，第一控制单元51包括：

模型建立子单元511，用于采集不同心脏异常特征的心脏病人的心电信号的历史时间频率特征，将各历史时间频率特征作为输入，将各历史时间频率特征对应的心脏病人的心脏异常特征作为输出，训练得到分类预测模型；

第二处理子单元512，连接模型建立子单元511，用于提取心电信号的多个时间频率特征并将各时间频率特征输入分类预测模型处理得到对应的心电分析结果。

具体地，本实施例中，将已被医学综合血检及临床确诊的不同心脏异常特征的人群的第1单导联数据进行提取和异常特征标记，再将标记好的单导联数据的心电图中的多个波段图形在心电信号中所对应的单组或多组信号数据进行截取、处理和分析，取得心电信号的多个时间频率特征，对群体的时间频率特征进行机器学习，将各时间频率特征作为输入，将各时间频率特征对应的心脏病人的心脏异常特征作为输出，训练得到分类预测模型。

优选的，取得不同心脏异常特征的人群的心电信号数据后，计算其心电信号的多个时间频率特征，从而对待测心电信号进行是否具有同类特征的异常特征分析。

具体地，本实施例中，装置本体1的一侧设有一充电接口13，通过充电接口13连接一外接电源进行充电。

优选的，充电接口13的同一侧还设置有一按键14，用户可通过按键14控制装置采集心电信号或脉搏波信号。

具体地，本实施例中，当进行脉搏波信号采集时，用户使背电极10接触皮肤并在开机和检查电量信号后通过按键14选择开启脉搏波信号采集功能(电力不足时需另行通过充电接口进行充电)，开启脉搏波信号采集功能后红外与绿色发光二极管和光电二极管检波器开始工作，控制模块5对光电二极管检波器采集到的脉搏波信号进行数字信号转换，将转换得到的数字信号叠加到脉搏波信号的波形上，生成并储存持续的生物计量数据。

优选的，在不需要外部设备的条件下，根据预先设定的时间频度对取得的生物计量数据进行脉搏波形特征量检测分析，当数字信号的数值达到设定阈值时，腕式手环自动报警，并在显示模块中显示报警信息及预警风险项目。

优选的，预警风险项目包括但不限于心律不齐、房颤、心动过速及过缓。

具体地，本实施例中，当进行心电信号采集时，需要实现单导联链路，用户需要保持坐姿检测，将双臂前后平置于桌面，将本装置戴在手心方向，使内侧极片2与手腕的心电敏感点接触，再将另一只手腕的手心方向与外侧极片4接触，保持两只手臂无接触，在两只手腕的心电敏感点与控制模块5之间，外侧极片4、导电腕带3与内侧极片2形成电气回路。

优选的，采用静息方式，开启显示屏9，将手机与本装置通信连接，选择心电信号采集模式，按照单导联链路的设计方式准备后，可语音指示开启心电信号采集，可选择暂时存储或同时通信传输心电信号数据至手机，采集时间可设定为10秒至24小时，优选为20秒至60秒钟。

优选的，单导联链路为国家标准12导联中的肢体第1导联，位置与国家标准12导联的双腕内侧皮肤表面心电敏感点完全一致。

优选的，本装置可以通过采集不同心脏病人的心电数据来对分类预测模型进行训练以增加分类预测模型输出的心脏异常特征的准确性，并能够通过分类预测模型输出的心脏异常特征辅助医生进行心脏疾病的分析，如辅助医生进行心肌缺血型冠心病的检测分析。

具体地，本实施例中，在实际训练分类预测模型时，可以对采集得到的心脏病人的心电信号进行滤波处理和片段截取，得到规范化的心电信号，并于规范化后的心电信号中提取傅里叶变化系数、奇异值熵、分形维数等历史时间频率特征。

优选的，同样可以对用户的心电信号进行滤波处理和片段截取，得到规范化的心电信号，并于规范化后的心电信号中提取傅里叶变化系数、奇异值熵、分形维数等时间频率特征，再将这些时间频率特征输入至分类预测模型当中。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种心电检测分析装置，其特征在于，所述心电检测分析装置佩戴于用户的手腕上，包括:

一装置本体，所述装置本体的朝向所述手腕的一侧设有一内侧极片；

一导电腕带，所述导电腕带的背离所述手腕的一侧设有一外侧极片，所述内侧极片与所述外侧极片、所述导电腕带、所述用户的两手腕之间形成一电气回路，以采集所述用户的心电信号；

一控制模块，设置于所述装置本体内部且连接所述内侧极片，所述控制模块包括：

第一控制单元，用于接收所述心电信号，提取所述心电信号中的多个时间频率特征并将各所述时间频率特征输入一分类预测模型中处理得到一心电分析结果。

2.根据权利要求1所述的心电检测分析装置，其特征在于，所述装置本体内部设置有一检波器，连接所述控制模块，用于采集所述用户的脉搏波信号并输出至所述控制模块。

3.根据权利要求2所述的心电检测分析装置，其特征在于，所述控制模块包括一第二控制单元，用于接收所述脉搏波信号，根据所述脉搏波信号处理得到所述用户对应的一生物计量数据并在所述生物计量数据中的数值大于一预设阈值时输出一报警信息。

4.根据权利要求2所述的心电检测分析装置，其特征在于，所述装置本体内部设有一发光二极管，连接所述检波器，用于在所述检波器采集所述脉搏波信号时对所述用户进行点亮提示。

5.根据权利要求3所述的心电检测分析装置，其特征在于，所述控制模块连接所述用户对应的一移动终端，用于接收所述心电分析结果或所述报警信息并对所述用户进行可视化展示；以及

所述用户通过所述移动终端控制所述内侧极片和所述外侧极片采集所述心电信号或控制所述检波器采集所述脉搏波信号。

6.根据权利要求3所述的心电检测分析装置，其特征在于，所述装置本体外部设有一显示屏，连接所述控制模块，用于显示所述心电分析结果或所述报警信息。

7.根据权利要求3所述的心电检测分析装置，其特征在于，所述第二控制单元包括：

第一处理子单元，用于将所述脉搏波信号转换为对应的数字信号并将所述脉搏波信号和所述数字信号叠加得到所述用户的所述生物计量数据；

分析子单元，连接所述第一处理子单元，用于在一预设的时间频度内对所述生物计量数据进行脉搏波性特征量检测分析，并在所述生物计量数据中所述数字信号的数值大于所述预设阈值时输出所述报警信息。

8.根据权利要求1所述的心电检测分析装置，其特征在于，所述内侧极片和所述外侧极片上分别设有多个凹点和多个凸点，通过各所述凹点和各所述凸点接触所述用户的手腕。

9.根据权利要求1所述的心电检测分析装置，其特征在于，所述内侧极片、所述外侧极片和所述导电腕带通过一卡扣固定连接，以形成所述电气回路。

10.根据权利要求1所述的心电检测分析装置，其特征在于，所述第一控制单元包括：

模型建立子单元，用于采集不同心脏异常特征的心脏病人的心电信号的历史时间频率特征，将各所述历史时间频率特征作为输入，将各所述历史时间频率特征对应的心脏病人的心脏异常特征作为输出，训练得到所述分类预测模型；

第二处理子单元，连接所述模型建立子单元，用于提取所述心电信号的多个时间频率特征并将各所述时间频率特征输入所述分类预测模型处理得到对应的所述心电分析结果。

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