CN114732414A - 一种用于心电图成像的采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于心电图成像的采集装置。该装置包括弹性束带、电极卡扣、束线带、气囊柱层和心电电极，其中弹性束带设有均匀分布的透气小孔；电极卡扣以预定的分布设置在弹性束带的透气小孔；束线带设为引导并固定电极卡扣引出槽处的电极导联线，使电极导联线与弹性束带贴合；气囊柱层中的每一个气囊柱对准相应的电极卡扣，充气增压后的气囊柱用于压迫心电电极贴合被测者的皮肤；弹性束带末端设置第一固定结构以调节与被测者皮肤之间的贴合程度；在气囊柱层末端设置第二固定结构以将气囊柱层固定在弹性束带上。本发明能够保证导联电极与皮肤接触良好，并且支持电极数量及位置的随意更换，可快速便捷地完成体表多位点心电信号的测量。

Description

一种用于心电图成像的采集装置

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，更具体地，涉及一种用于心电图成像的采集装置。

背景技术

心电图成像技术是一种可以无创标测心脏电活动、检测心脏功能状态、辅助进行心脏病灶定位的技术。该技术首先需要采集多个位置的体表心电信号，随后根据构造出的心脏表面电活动到体表电活动的数学传递关系逆运算求解出心脏表面电活动。

体表心电信号的采集是心电图成像技术中最为关键的步骤之一。目前，对体表心电信号采集的研究多集中于对体表电极数量和电极分布方案的研究。已有研究表明，不同的电极数量影响心电逆运算的计算结果的精度。一般情况下，体表电极数量越多，逆运算结果越准确，但是当电极个数超过一定数量时，逆运算效果并不会明显提升。对于不同心律失常类型来说，在求解逆问题过程时要求的最佳电极数量也不尽相同。此外，体表电极分布会影响心电逆问题求解结果的准确性，但目前没有明确的电极分布参考标准。目前，较多研究者采用在躯干前侧、后侧或侧面均匀排列电极，也有研究者选择在体表前侧、后侧及侧面分别选择不同位置放置不同数量的电极进行体表信号的采集。因此，在对体表电极数量和分布方案的研究中，需要一套可以灵活更改电极数量及位置的心电信号采集装置。

受人体体态差异的影响，不同位置处的体表曲度不一致。这使得电极与皮肤之间的接触容易松动，导致体表心电信号被噪声严重污染，甚至无法采集到体表心电信号。诸多研究探索了在缺失电极或心电信号质量差的情况下维持逆运算效果的方法，例如插值或直接移除等。但现有方法不能很好地实现提升心电图成像中逆运算效果的目的。因此，需要一套可以保证电极和皮肤完美贴合，并方便穿戴的心电信号采集装置。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于心电图成像的采集装置。该装置包括弹性束带、电极卡扣、束线带、气囊柱层和心电电极，其中弹性束带设有均匀分布的透气小孔；电极卡扣以预定的分布设置在弹性束带的透气小孔中，用于承载心电电极；束线带设置为引导并固定电极卡扣引出槽处的电极导联线，使电极导联线与弹性束带贴合；气囊柱层中的每一个气囊柱对准相应的电极卡扣，充气增压后的气囊柱用于压迫心电电极贴合被测者的皮肤；在弹性束带末端设置第一固定结构用于调节与被测者皮肤之间的贴合程度；在气囊柱层末端设置第二固定结构用于将气囊柱层固定在弹性束带上。

与现有技术相比，本发明的优点在于，提供了一种用于心电图成像的采集装置，例如是用于采集体表多位点心电信号的电极衣。该采集装置可以一次性采集上几十个到几百个导联心电，能够保证导联电极与皮肤接触良好，并且支持电极数量及位置的随意更换，使用时可快速便捷地完成体表多位点心电信号的测量。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明一个实施例的用于心电图成像的采集装置的整体结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的弹性束带结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的电极卡扣结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的束线带结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参见图1所示，所提供的用于心电图成像的采集装置设计为电极衣形式，该装置包括弹性束带、电极卡扣、束线带、气囊柱层、心电电极和固定结构。弹性束带是电极卡扣和束线带的载体，弹性束带具备一定弹力且分布有均匀的透气小孔，用于固定电极卡扣和束线带，弹性束带末端通过固定结构(如排扣)固定在人体上躯干上。电极卡扣是心电电极的容纳装置，电极卡扣的尺寸与心电电极相符，可以方便地在弹性束带上固定电极或拆卸电极。束线带用于规整电极导联线，可以引导并固定电极卡扣引出槽处的导联线，使其可以紧贴在弹性束带上。气囊柱层位于弹性束带的上层，用于自适应压迫心电电极贴紧人体皮肤，其末端通过固定结构(如魔术贴)固定在弹性束带上，用来调节并固定弹性束带的尺寸大小。气囊柱层中的每一个气囊柱都对准相应的电极卡扣，充气增压后的气囊柱可以压迫电极紧贴皮肤。在弹性束带末端缝制的固定结构(如排扣)用来调节并固定弹性束带的尺寸大小，在气囊柱层末端缝制的固定结构(如魔术贴)用来将自身固定在弹性束带上。

具体地，参见图2所示，在一个实施例中，弹性束带由一段高弹力布料制成，其尺寸可按照3种不同形态(如胖、中、瘦)的人体模型分别定制，末端使用一组加长固定结构(如排扣)灵活固定。弹性束带上遍布均匀的透气小孔，可用于携带并固定电极卡扣。弹性束带在受力的状态下，透气小孔的大小及位置发生改变，电极卡扣随之发生轻微位移，体现对同种体态人群的自适应性。反之，在不受力的状态下，透气小孔无变化。弹性束带可以由任何带有弹性的衣物进行替换，如塑身衣、健身衣、绷带等。固定结构可以替换为纽扣、按扣、磁扣、搭扣、插扣等具有固定功能的配件。

电极卡扣可根据心电电极的形态需求专属定制。电极卡扣既可以固定电极，又方便在其上拆卸电极。在固定卡扣、流动电极的方式下，使用者可以根据自身意图随意修改电极位置和数量，必要时也可以采用流动卡扣。

电极卡扣的结构如图3所示，其中图3(a)是前视图，图3(b)是侧视图，图3(c)是后视图。参见图3(a)所示，“葫芦”状凹槽是根据电极形态设计的卡孔，“葫芦”底部圆型凹槽的侧壁上设计有3个小突起，可以紧紧卡住电极防止其脱落。“葫芦”顶部的条状凹槽是电极导联线引出槽，用于放置引导电极线，避免电极线因翘起而阻挡电极与皮肤的接触。

进一步地，如图3(b)所示，电极卡扣背部设计有4个孔柱，其穿过弹性束带的透气小孔后能够与弹性束带完美地结合在一起。4个柱体之间的中心间距与透气小孔相符。柱体设计为“窄-宽-窄”的圆台体，顶部窄圆的直径略大于透气小孔的大小，中间宽圆的直径是透气小孔大小的2倍，底部窄圆的直径与透气小孔的大小相当。这种设计能够在安装电极卡扣时使顶部窄圆轻松穿过透气小孔，中间宽圆在外力的协助下勉强穿过透气小孔，从而将透气小孔稳定地卡在底部的窄圆柱体上。

进一步地，如图3(a)和图3(c)所示，电极卡扣镂空的圆形位于“葫芦”底部的圆形凹槽内，用于展示电极的标签信息，也可用于从另一侧施加外力拆卸电极。

在另外的实施例中，电极卡扣可替换为直接加工在衣物上的硅胶穿孔、衣物上可放置电极的精巧口袋等能固定和拆卸电极的便携设计。

综上，电极卡扣可用于有效固定几十至几百个心电电极，保证本发明的电极衣在采集心电信号的过程中，各个电极的分布位置不仅可根据实际需求实现调整，而且还可以帮助提高心电信号的采集的抗干扰性。

参见图4所示，束线带为3D打印制品，材质柔软，用于规整诸多电极的导联线。例如，束线带由对称的内孔绊和外孔绊构成，内外孔绊的长度均为透气小孔大小的2倍。在该实施例中，外孔绊的设计主要用于穿过透气小孔并阻挡其原路返回；内孔绊主要与外孔绊配合来保持束线带的有效范围，以防止其向另一侧滑脱。内外孔绊皆为短条状，用于固定束线带的位置，从而固定束线带体下的电极线。具体地，在使用束线带时，应将束线带两侧的外孔绊分别插入间隔一定距离的透气小孔中，依靠外孔绊和内孔绊将束线带固定在弹性束带上。电极导联线被固定在两个内孔绊之间，紧贴束带，以保证测量信号时整个电极衣束带的平整、舒适。需说明的是，束线带可替换为魔术贴理线带、可调式扎带固定座等便于管理电极导联线的衣物配件。

气囊柱层位于弹性束带的上层，通过末端的魔术贴固定在弹性束带上。所述气囊柱层由多个间隔固定且连通的气囊柱组成，在气囊柱层的边缘设置有充气口。正确使用时每个气囊柱的中心位置均与弹性束带上电极卡扣的位置对应，气囊柱层末端使用可调节大小的魔术贴或排扣灵活固定。相比于大面积气囊，本发明提供的气囊柱或气囊块等小面积气囊能够将气压集中在小范围内，更适合点对点的按压操作。

具体地，使用气囊柱层时，应先将带有电极卡扣的弹性束带固定在躯干指定位置，然后将空瘪的气囊柱层对准电极卡扣覆盖且固定在弹性束带上。接着使用打气管对准充气口充气，让各个气囊柱逐渐膨胀，使得电极在气囊柱下的压力作用下紧贴皮肤，保证心电电极与皮肤有效接触。例如，部分电极会在人体表面曲度较大的地方悬空，无法与体表紧密接触。气囊柱内持续上升的压力会迫使气囊向尽可能空旷的地方扩张，从而挤压悬空电极向体表靠近直至贴紧皮肤，由此保证各个电极与对应位置的皮肤都能完美接触。

在一些实施例中，气囊柱层中的气囊柱可以替换成气囊块、气囊条等任何有效的形状，整个气囊柱层可以加工成坎肩等可穿戴装置。此外，电极卡扣可以直接加工在气囊柱的中心受力位置，与弹性束带的载体功能融为一体。

综上，可充放气的气囊柱放置在电极衣的外层，可自适应调节压力大小，该气囊柱抵靠在心电电极的背部，根据不同用户的体态，可选择充入不同量的气体，让气囊柱的表面膨胀，在各个电极上方产生不同的压力，从而保证电极和皮肤的紧密贴靠，从而帮助解决采集多位点心电信号时，电极和皮肤无法紧密贴靠造成的采集到的体表信号质量差或采集无效的问题。

对于心电电极，可以是干电极或湿电极。湿电极需要借助导电膏来完成信号的获取。例如，心电电极的大小控制在16mm*10mm*5mm内，完全由透明树脂灌注而成，仅裸露导电区域。心电电极的内部集成了信号调理电路，避免原始信号在处理前就受到传输损失。心电电极的导联线长度在1.5m左右，给予受测者充分的活动空间。在一个实施例中，弹性束带支持超过200个心电电极同时遍布人体上躯干表面。由于弹性束带及气囊柱层均可以帮助电极紧贴皮肤，因此，心电电极无需使用医用胶粘贴。

需说明的是，心电电极可以更换成任意符合上述要求的湿电极，也可以更换成干电极(如金属电极等)，弹性束带可根据电极数量的需求进行更改。

本发明所提供的用于心电成像的采集装置能够实现多导联心电测量。具体地，测量过程包括以下步骤：

步骤S110，规划电极卡扣在弹性束带上的分布，将电极卡扣的4个孔柱分别穿过弹性束带上对应的透气小孔，从而将电极卡扣安装固定在弹性束带上；

步骤S120，按照测量需求确定电极的数量及位置，将可拆卸的心电电极依次放入指定的电极卡扣中，利用束线带规整各个电极的导联线；

步骤S130，使用75％的酒精棉片擦拭受测者的上躯干皮肤，去除皮肤表面多余的皮屑及油脂。同样使用75％的酒精棉片擦拭电极表面进行消毒，之后在每个电极的导电区域上涂抹适量的导电膏；

步骤S140，将带有诸多电极的弹性束带缠绕在人体上躯干表面，根据不同受测者的体态调节固定结构(如排扣)的松紧度。将参考电极和右腿驱动电极分别贴在受测者的左右脚踝处；

步骤S150，将气囊柱层对准电极位置覆盖在弹性束带的上层，通过魔术贴固定在弹性束带上，保证每个气囊柱都能接触到对应的电极卡扣，根据不同受测者的体态调节固定结构(如魔术贴或排扣)的松紧度；

步骤S160，使用打气管或者电动充气器向气囊柱层充气，在受测者没有明显不适的基础上，充气加压到体表不同曲度位置处的各个电极都能在压力作用下紧贴皮肤，以此保证测量信号的准确度；

步骤S170，将电极导联线接入后续的控制电路中进行采集传输。

综上所述，本发明的有益效果至少体现在以下方面：

1)、弹性束带有助于多个电极一次性定位贴放。心电图成像通常需要几十至几百不等的导联数量，逐个或逐条贴放电极耗时费力，受测者体验感较差。本发明以弹性束带为载体，将所需电极一次性贴放在人体上躯干表面，快速便捷且实现了电极对同种体态人群的位置自适应性。

2)、电极卡扣有助于电极数量及位置随意更换。本发明通过固定卡扣、流动电极的方式支持电极数量及位置随意更换，不需要安放电极的卡扣空缺即可。在必要情况下，也可以通过流动卡扣来满足流动电极的需求，显著增加了测量的灵活性和可操作性。

3)、气囊柱层有助于电极贴紧人体各处表面。人体躯干表面受骨骼影响形成诸多曲面(如肩胛骨中间)，这使得该曲面上的电极无法完全贴合皮肤。本发明利用气体容易变形的性质设计了气囊柱层，通过加压气囊使其自适应压紧各处曲面上的电极，从而保证信号的采集质量。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于心电图成像的采集装置，包括弹性束带、电极卡扣、束线带、气囊柱层和心电电极，其中弹性束带设有均匀分布的透气小孔；电极卡扣以预定的分布设置在弹性束带的透气小孔中，用于承载心电电极；束线带设置为引导并固定电极卡扣引出槽处的电极导联线，使电极导联线与弹性束带贴合；气囊柱层中的每一个气囊柱对准相应的电极卡扣，充气增压后的气囊柱用于压迫心电电极贴合被测者的皮肤；在弹性束带末端设置第一固定结构用于调节与被测者皮肤之间的贴合程度；在气囊柱层末端设置第二固定结构用于将气囊柱层固定在弹性束带上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极卡扣设有电极凹槽、电极线引出槽和4个孔柱，其中，电极凹槽根据电极尺寸设计；4个孔柱设置在所述电极卡扣的背部，用于与所述弹性束带上的4个透气小孔相连，并且该4个孔柱以中间增大的直径牵绊固定在所述弹性束带上；所述弹性束带通过上下左右的牵拉使透气小孔尺寸变化，以将孔柱固定或取出；电极线引出槽用于固定电极导联线的走向。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电极凹槽设置为葫芦状，葫芦底部的圆形凹槽设置为镂空结构，葫芦底部圆型凹槽的侧壁上设有3个突起，用于卡住心电电极防止其脱落，葫芦顶部的条状凹槽是电极导联线引出槽，用于放置引导电极线。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述孔柱的柱体设计为“窄-宽-窄”的圆台体，顶部窄圆的直径大于透气小孔的大小，中间宽圆的直径是透气小孔大小的2倍，底部窄圆的直径与透气小孔的大小匹配。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述束线带用于固定电极导联线，使电极导联线从束线带的下方通过，并与所述弹性束带贴合，所述束线带两端分别设有孔绊，每侧的内外孔绊之间卡着透气小孔。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述气囊柱层中的气囊柱用于使心电电极与被测者皮肤贴合，所述气囊柱在无气体注入时处于干瘪状态；当有气体注入时，气囊柱随着压力的增加向外扩张，以使下方电极卡扣中的心电电极紧贴被测者的皮肤。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二固定结构采用魔术贴或排扣来固定所述弹性束带和所述气囊柱层，用于调节弹性束带的长度。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述束线带由对称的内孔绊、外孔绊和两内孔绊之间的束线带体构成，内外孔绊的长度是透气小孔大小的2倍，内外孔绊皆为短条状，用于固定束线带的位置，从而固定束线带体下的电极线。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹性束带是塑身衣、健身衣或绷带。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一固定结构是纽扣、按扣、磁扣、搭扣或插扣。

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