CN114767119A - 一种心电采集床单系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种心电采集床单系统，其能够进行长程心电监测，包含心电采集衣和心电床单两部分。心电采集衣中嵌有电极片，可以从人体多个部位采集心电信号，并通过织物导电条将信号引导至合适的位置与心电床单贴合，将信号传至心电床单；心电床单将接收到的心电信号传输至采集电路，最后由采集电路对信号进行采样并将数据发送给上位机。本发明相对于传统心电设备和心电采集衣而言，患者身上无需连接任何导联线，无需佩戴任何电路，可以减轻患者检测时的负担，实现长程以及睡眠中的心电监测。

Description

一种心电采集床单系统
技术领域
本发明属于医学、普适计算、智能织物领域，具体涉及一种心电采集床单系统。
背景技术
心脏类疾病发病率高、危险性大，是人类最为关注的疾病之一。传统的心电图设备需要将多个电极片贴在人体上，并通过导联线将心电信号传至心电仪进行处理和显示。同时，心电信号非常微弱，幅度在10-4-10-3 V之间，非常容易被人体体表的工频干扰等噪声淹没，因此还需要有右腿驱动电路来去除干扰。右腿驱动电路的原理是：对人体多个位置电极片采集到的电压取平均值，得到噪声信号，然后通过对该信号进行反相放大，再输回到人体抵消噪声。传统心电仪能够得到质量较高的心电信号，但对人体活动制约较大，难以运用在睡眠心电检测中。
随着近年来织物电极技术的发展，将心电监测嵌入到纺织品中的应用也开始逐步发展。目前基于织物的心电监测系统有：
1、心电采集衣：将织物电极缝入到衣服当中，但同时也需要将检测电路嵌入到衣服当中，采集得到的信号质量较高，不过增加了患者的负担，并且难以在不干扰患者睡眠的情况下检测心电。
2、心电床单：采用非接触的方式，人体不用佩戴任何传感器，如中国发明专利“睡眠非接触式心电信号测量系统”（CN 113749663 A）公布了一种包含感应层、屏蔽层和绝缘层的心电床单，将由柔性的银纤维导电布做成的织物电极缝在床单当中，分别把2个条状感应电极放在人体肩胛骨下方和腰部位置，把右腿驱动电极置于臀部位置，使用电容耦合的方式感应信号，确保了使用者改变姿势后仍然可以采集心电信号。但电容耦合方式获得的信号质量差，并且只能采集与床单贴合部位的信号（如当人躺在床上时只能采集后背的信号）。
综上所述，接触式传感可以得到质量较好的信号，但会给患者带来负担，无法在睡眠中进行监测；非接触式传感不会限制患者活动，但难以得到高质量信号，也无法改变心电测量位置。因此，如何在保证不影响患者睡眠的同时，采集到高质量的心电信号，是一个尚待解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种心电采集床单系统，其将心电采集衣与心电床单结合起来，一方面心电采集衣上不嵌入任何检测电路，减轻患者负担；另一方面心电采集衣通过接触式传感获取人体心电信号，并通过与心电床单贴合传递信号。系统中的信号传输均采用接触的方式，不仅信号质量高于非接触式传感，而且内嵌于心电采集衣的电极片可以同时获取人体多个不同部位的信号。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种心电采集床单系统，包括心电采集衣和心电床单；所述心电采集衣在对应于人体胸部的位置嵌入多个电极片，所述电极片的一端贴合在人体胸部位置上采集心电信号，另一端接织物导电条，所述织物导电条通过纺织的方式嵌入在心电采集衣内部，将心电信号传导至对应于人体后背和肩膀的位置；在所述心电采集衣的后背和肩膀处嵌入电极片，电极片的一端与所述织物导电条相连，接收来自人体胸部位置的心电信号，另一端朝外与所述心电床单贴合，将信号传递至采集电路；所述心电床单自上而下至少包括采集层和绝缘层，所述采集层嵌有电极片，与所述心电采集衣上的后背和肩膀处的电极片贴合，采集心电信号；所述绝缘层采用绝缘织物制成，用于隔离所述心电床单下方的导体或干扰源。
进一步地，所述织物导电条和所述心电采集衣对应于人体胸部的位置嵌入的多个电极片的连接方式为焊接、打结、缝纫、绣花、四合扣、利用导电胶布或导电胶水黏贴。
进一步地，所述心电床单的采集层和绝缘层之间还具有传输层。
进一步地，所述采集层通过电极片采集心电信号，并利用导电织物将信号传至所述心电床单边缘；利用绝缘涂料或者绝缘织物覆盖所述导电织物。
进一步地，所述心电床单的采集层除电极片以外的部分使用绝缘织物，将人体、心电采集衣及心电床单上除电极片以外的导体或干扰源与所述传输层中的心电信号隔离；采集到的心电信号通过织物导电条引至所述传输层，并在所述传输层中将所有信号传至所述心电床单边缘。
进一步地，所述织物导电条为单层、双层或附着在某一绝缘织物上；所述单层的织物导电条使用针织或机织工艺，直接在选定区域或路线织造导电的单层织物；所述双层的织物导电条使用针织提花工艺或机织管状织物工艺，在选定区域或路线织造导电的双层织物；所述附着在某一绝缘织物上的织物导电条由导电纱以黏贴、缝纫或绣花的方式附着在绝缘织物上形成，或使用导电油墨印刷得到导电线路，或使用导电胶布黏贴在绝缘织物上形成导电线路。
进一步地，在所述心电床单边缘处用排线将信号引出，传输给采集电路。
进一步地，所述采集电路包括模数转换模块和信号采集与传输模块。
进一步地，所述模数转换模块将采集到的心电信号转换为被控制器读取的数字信号。
进一步地，所述信号采集与传输模块读取所述模数转换模块输出的数据并将其保存在内部的缓冲队列中，最后再将数据发送给上位机。
本发明的有益效果是：
1、本发明相对于传统心电设备和心电采集衣而言，患者身上无需连接任何导联线，无需佩戴任何电路，可以减轻患者检测时的负担，实现长程以及睡眠中的心电监测。
2、本发明相对于心电床单而言，采用了结合心电采集衣和心电床单的技术路线，使用接触式传感代替非接触式传感，使得信号质量更高、可以采集更多通道的有效心电信号。
附图说明
图1为心电采集衣结构图；
图2为3层心电床单结构图；
图3为2层心电床单结构图；
图4为使用条状电极的心电床单结构图；
图5为心电采集床单系统整体结构图。
其中：1-心电采集衣，2-第一电极片阵列，3-第二电极片阵列，4-织物导电条，5-采集层，6-传输层，7-绝缘层，8-条状电极，9-排线，10-模数转换模块，11-信号采集与传输模块，12-穿着心电采集衣的使用者，13-心电床单。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的心电采集床单系统，将心电采集衣与心电床单结合起来，一方面心电采集衣上不嵌入任何检测电路，减轻患者负担；另一方面心电采集衣通过接触式传感获取人体心电信号，并通过与心电床单贴合传递信号。系统中的信号传输均采用接触的方式，不仅信号质量高于非接触式传感，而且内嵌于心电采集衣的电极片可以同时获取人体多个不同部位的信号。
如图1所示，本发明的心电采集衣1在对应于人体胸部位置嵌入多个电极片，形成第一电极片阵列2，电极片的一端可以贴合在人体胸部上采集心电信号，另一端接织物导电条4，织物导电条4通过纺织的方式嵌入在心电采集衣1的内部，将心电信号传导至后背、肩膀等位置。在心电采集衣1的后背、肩膀等位置处同样嵌有电极片，其一端与织物导电条4相连，接收心电信号，另一端朝外，负责与心电床单贴合，将信号传递至采集电路。
如图2所示，心电床单在做成3层的情况下，自上而下分为采集层5、传输层6和绝缘层7。所述采集层5嵌有第二电极片阵列3，负责与心电采集衣1上后背和肩膀位置处的电极片贴合，采集心电信号；所述采集层5除电极片以外的部分使用绝缘织物，将人体、心电采集衣1及心电床单13上其它可能的导体或干扰源与传输层6中的心电信号隔离。采集到的心电信号通过织物导电条4引至传输层6，并在传输层6中将所有信号传至心电床单边缘。心电床单最下层的绝缘层7完全使用绝缘织物制成，用于隔离心电床单下方的导体或干扰源。
本发明中的电极片数量和形状并不仅限于图中所画出的数量，本发明中电极片采集心电信号的位置不仅限于胸部位置，心电采集衣上的电极片与心电床单上的电极片贴合的位置不仅限于背部和肩膀。
如图3所示，所述心电床单在做成2层的情况下，自上而下分为采集层5和绝缘层7。采集层5除了通过电极片采集心电信号之外，还需使用导电织物将信号传至心电床单边缘。为了防止传输心电的导电织物与外界导体接触或受外界干扰源影响，需要使用绝缘涂料或者绝缘织物覆盖导电织物。绝缘层7完全使用绝缘织物制成，用于隔离心电床单下方的导体或干扰源。所述第二电极片阵列3和织物导电条4均嵌入在采集层5中，每个织物导电条4均与一个电极片相连，负责将心电信号传至心电床单边缘；所述采集层5除第二电极片阵列3和织物导电条4之外的部分使用绝缘织物，将人体、心电采集衣1及心电床单上其它可能的导体或干扰源与采集层5中的心电信号隔离。所述绝缘层7完全绝缘，不负责传输任何信号，不与任何电极片或织物导电条4相连。
如图4所示，在使用条状电极8的情况下，心电床单可以做成2层，自上而下分为采集层5和绝缘层7，可以不需要额外使用织物导电条作为导线传递信号，每一层的功能与使用电极片阵列时一致。所述条状电极8嵌入在采集层5中，负责与心电采集衣1上后背和肩膀位置处的电极片贴合，采集心电信号，并将信号传至心电床单边缘；所述采集层5除条状电极8之外的部分使用绝缘织物，将人体、心电采集衣1及心电床单13上其它可能的导体或干扰源与采集层5中的心电信号隔离。所述绝缘层7完全绝缘，不负责传输任何信号，不与条状电极8相连。同样，在使用条状电极8时，床单也可以做成3层，具体可参考图2。
如图5所示，所述心电采集衣1与心电床单13采用接触式传感的方式采得心电信号，通过排线9传输至采集电路。采集电路包含模数转换模块10和信号采集与传输模块11。模数转换模块10可使用德州仪器公司的ADS1298或其它模数转换芯片，负责将采集到的心电信号转换为可以被控制器读取的数字信号。该模块也可以使用放大器等元件自行搭建。所述信号采集与传输模块11负责读取模数转换模块输出的数据并将其保存在内部的缓冲队列中，最后再将数据发送给上位机（电脑）。所述控制器可以采用单片机、DSP（数字信号处理器）或FPGA（现场可编程门阵列）；所述信号采集与传输模块11中加入通信模块，所述通信模块可以采用有线（串口、USB等）或者无线（千兆以太网等）的通信方式。使用单片机作为控制器，开发、维护简单，但难以实现并行化读取、处理数据，并且速度慢，难以提高数据速率。使用FPGA作为控制器，开发、维护难度高，但可以实现并行化读取、处理、传输数据，速度快，能最大限度地利用模数转换模块的数据速率。穿着心电采集衣的使用者12穿着心电采集衣1以任何常规姿势躺在心电床单13上，心电采集衣1和心电床单13上嵌有足够数量的电极片，保证患者在任何常规姿势下都可以采集到心电信号并经由心电采集衣1和心电床单13传至采集电路。
所述心电采集衣1和心电床单13上的电极片可以采用湿电极片，其为传统电极片，使用导电凝胶作为导电介质，也可采用织物电极形成的干电极或电容电极。其中心电床单13上的第二电极片阵列3的电极片形状可以是矩形、圆形或根据需要自行定制，可以通过绣花、嵌花、导电油墨印刷或对导电织物进行裁剪得到。
所述织物导电条4可以是单层、双层或附着在某一绝缘织物上。具体的，所述单层导电条使用针织或机织工艺，在指定行的某一段织造导电单层织物；所述双层导电条使用针织提花工艺或机织管状织物工艺，在指定行的某一段织造导电双层织物，可选定某一层为导电织物，另一层为绝缘织物，起到对导电织物的绝缘和保护作用；所述织物导电条也可以由导电纱以黏贴、缝纫或绣花的方式附着在绝缘织物上形成，或使用导电油墨印刷得到导电线路，或使用导电胶布黏贴在绝缘织物上形成。
所述织物导电条4和电极片采用一体化结构时，根据所选电极片形状，可通过绣花、嵌花、提花或导电油墨印刷获得。织物导电条4与电极片的织造方式也可以不同，根据不同的组合搭配，织物导电条4和电极片的连接方式可以是：焊接、打结、缝纫、绣花、利用导电胶布或导电胶水黏贴及四合扣。
优选地，可以在所述模数转换模块10之前加入滤波电路，对原始心电信号进行模拟滤波，去除部分噪声，提高信号质量。
优选地，可以在控制器中加入数字信号处理程序，对心电信号进行数字滤波，去除信号中的噪声，提高信号质量。
优选地，可以在控制器中加入调节采样频率的程序，可以让用户根据实际需要调整数据速率。
优选地，可以在采集电路中加入多种通信模块，如串口（CH340、PL2303）、蓝牙（FSC-BT836）、USB2.0（CY7C68013）、USB3.0（CYUSB3014）、千兆以太网（RTL8211）等，在实际应用中可以根据实际需求选择最方便的通信方式。
优选地，可以在采集电路中加入存储模块，如SD卡、硬盘等。
优选地，可以在采集电路中加入电池模块。
优选地，可以为采集电路添加电磁屏蔽外壳。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种心电采集床单系统，其特征在于：包括心电采集衣和心电床单；所述心电采集衣在对应于人体胸部的位置嵌入多个电极片，所述电极片的一端贴合在人体胸部位置上采集心电信号，另一端接织物导电条，所述织物导电条通过纺织的方式嵌入在心电采集衣内部，将心电信号传导至对应于人体后背和肩膀的位置；在所述心电采集衣的后背和肩膀处嵌入电极片，电极片的一端与所述织物导电条相连，接收来自人体胸部位置的心电信号，另一端朝外与所述心电床单贴合，将信号传递至采集电路；所述心电床单自上而下至少包括采集层和绝缘层，所述采集层嵌有电极片，与所述心电采集衣上的后背和肩膀处的电极片贴合，采集心电信号；所述绝缘层采用绝缘织物制成，用于隔离所述心电床单下方的导体或干扰源。
2.根据权利要求1所述的心电采集床单系统，其特征在于：所述织物导电条和所述心电采集衣在对应于人体胸部的位置嵌入的多个电极片的连接方式为焊接、打结、缝纫、绣花、四合扣、利用导电胶布或导电胶水黏贴。
3.根据权利要求1所述的心电采集床单系统，其特征在于：所述心电床单的采集层和绝缘层之间还具有传输层。
4.根据权利要求1所述的心电采集床单系统，其特征在于：所述采集层通过电极片采集心电信号，并利用导电织物将信号传至所述心电床单边缘；利用绝缘涂料或者绝缘织物覆盖所述导电织物。
5.根据权利要求3所述的心电采集床单系统，其特征在于：所述心电床单的采集层除电极片以外的部分使用绝缘织物，将人体、心电采集衣及心电床单上除电极片以外的导体或干扰源与所述传输层中的心电信号隔离；采集到的心电信号通过织物导电条引至所述传输层，并在所述传输层中将所有信号传至所述心电床单边缘。
6.根据权利要求1所述的心电采集床单系统，其特征在于：所述织物导电条为单层、双层或附着在某一绝缘织物上；所述单层的织物导电条使用针织或机织工艺，直接在选定区域或路线织造导电的单层织物；所述双层的织物导电条使用针织提花工艺或机织管状织物工艺，在选定区域或路线织造导电的双层织物；所述附着在某一绝缘织物上的织物导电条由导电纱以黏贴、缝纫或绣花的方式附着在绝缘织物上形成，或使用导电油墨印刷得到导电线路，或使用导电胶布黏贴在绝缘织物上形成导电线路。
7.根据权利要求4或5所述的心电采集床单系统，其特征在于：在所述心电床单边缘处用排线将信号引出，传输给采集电路。
8.根据权利要求7所述的心电采集床单系统，其特征在于：所述采集电路包括模数转换模块和信号采集与传输模块。
9.根据权利要求8所述的心电采集床单系统，其特征在于：所述模数转换模块将采集到的心电信号转换为被控制器读取的数字信号。
10.根据权利要求8所述的心电采集床单系统，其特征在于：所述信号采集与传输模块读取所述模数转换模块输出的数据并将其保存在内部的缓冲队列中，最后再将数据发送给上位机。
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Application publication date: 20220722

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