CN117653131A - 一种指环式微型心电仪及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种指环式微型心电仪及其使用方法，涉及医疗设备技术领域。本发明包括柔性电路板和与之通信连接的智能监测APP，所述的柔性电路板嵌入安装于安装环内且安装环嵌套于指环主体内，所述的柔性电路板上包括：PPG心电传感器和ECG传感器；天线射频芯片；PSR控制器；MCU。本发明采用柔性电路板将心电仪设计成可穿戴的指环，体积感弱，无感化强，减少用户长时间佩戴的不适感，低功耗，高集成，续航时间久，便于用户长期使用；本发明采用二维心率特异性的可视化信息采集处理方案，处理结果更符合长期监测要求，便于用户自行判断，同时也便于医师诊断和机器识别；本发明采用多PPG光电法互补采集模式配合ECG监测，避免监测结果受外部干扰。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体为一种指环式微型心电仪及其使用方法。
背景技术
心血管疾病80％可以预防，心悸、心慌、胸闷等心脏异常现象医院往往检查不出来；另外一些严重心脏不适的患者，持续几天，最后到医院还是检查不出来，以致最后猝死。绝大多数心脏类疾病都有一个逐步变化的过程，早期的症状隐匿性强，在医院的检查中难以捕捉。因此可穿戴心电设备应运而生。
传统的可穿戴心电设备无感化差、体积感强，例如指夹式、腕表式、手持式和胸贴式，用户长时间监测不适感强，无法满足患者长时间监测需求；其次传统的可穿戴心电设备专业依赖性强，直接显示心电图非专业人士难以判断，设备导联线多，无专业人士帮助难以使用；另外传统可穿戴设备实现检测时易受到很多外界干扰，如常见的腕表式设备，于手腕处穿戴准确性差、功耗大，未正确佩戴设备测量或在环境温度过低(＜15℃)或过高时测量不出值或测量结果异常，存在其他电子设备的辐射时也会出现测量结果异常，同时为了达到更好的信噪比，需要相对大的LED电流，即更大的功耗。
所以我们提出了一种指环式微型心电仪及其使用方法，以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种指环式微型心电仪及其使用方法，以解决上述背景技术提出的目前市场上的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种指环式微型心电仪，包括柔性电路板和与之通信连接的智能监测APP，所述的柔性电路板嵌入安装于安装环内且安装环嵌套于指环主体内，所述的柔性电路板上包括：
PPG心电传感器和ECG传感器，PPG心电传感器利用光电法检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度的不同，描记出血管容积在心动周期内的变化，从得到的脉搏波形中计算出心率，所述的PPG心电传感器和ECG传感器采用多PPG光电法互补采集模式配合ECG监测，将数据预处理后通过蓝牙传输至所述的智能监测APP，进行二维心率特异性的可视化信息采集处理；
天线射频芯片，所述的天线射频芯片用于将基带信号转换为指定频段的射频信号并发送至基站，并将天线接收到的特定频段的信号转换为基带信号传递至基带芯片；
PSR控制器，所述的PSR控制器用于电源控制，采用脉冲频率调制建立非连续导通模式反激式电源，提供精确的恒定电压和恒定电流，不需要光耦合器和二次控制电路调节；
MCU，所述的MCU用于读取PPG心电传感器和ECG传感器测量值，进行换算并将结果数据传到相关寄存器中。
优选的，所述的智能监测APP采用多阶巴特沃斯滤波、统计方法剔除异常值和时间戳匹配算法对齐时间，通过pan-Tompkins算法检测R峰并计算周期，运用PCA算法将特异性数据降维到二维空间，将连续的RR周期分别作XY轴制作Poincaré散点图。
优选的，所述的柔性电路板上还包括环形LiPo电池，所述的环形LiPo电池的厚度为1.6mm，总功率为76μA。
优选的，所述的柔性电路板上还包括无线充电芯片，所述的无线充电芯片集成无线充电收发模块及小信号解码电路，用于对环形LiPo电池进行无线磁吸充电。
优选的，所述的柔性电路板上还包括LDO芯片，所述的LDO芯片用于降压稳压、抑制电源噪音、过滤无用的变换信号以及保护电路。
优选的，所述的柔性电路板上还包括程序烧录接口，所述的程序烧录接口支持UART IIC通讯协议。
一种指环式微型心电仪的使用方法，包括如下步骤：
S1：首先将本装置与移动终端的智能监测APP进行无线连接，将指环主体戴在使用者手指上使之进入工作状态；
S2：PPG心电传感器和ECG传感器实时监测使用者的心率和心电，MCU读取PPG心电传感器和ECG传感器的测量值，进行换算并将结果数据传到相关寄存器中，由天线射频芯片发送至智能监测APP；
S3：智能监测APP采用多阶巴特沃斯滤波，按照统计方法剔除异常值，通过时间戳匹配算法对齐时间，通过pan-Tompkins算法检测R峰并计算周期，运用PCA算法将特异性数据降维到二维空间，将连续的RR周期分别作XY轴制作Poincaré散点图，实现二维心率特异性的可视化信息采集与处理；
S4：经过处理的结果通过智能监测APP直观展示，持续检测持续更新，使用者可自行判断心电状况；
S5：智能监测APP提供日常监测、运动监测和睡眠监测模式，通过不同模式的数据对比，给出医疗指导建议。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用柔性电路板将心电仪设计成可穿戴的指环，体积感弱，无感化强，减少用户长时间佩戴的不适感，低功耗，高集成，续航时间久，便于用户长期使用。
(2)本发明采用二维心率特异性的可视化信息采集处理方案，处理结果更符合长期监测要求，便于用户自行判断，同时也便于医师诊断和机器识别。
(3)本发明采用多PPG光电法互补采集模式配合ECG监测，避免监测结果受外部干扰，提升检测结果的稳定性和准确性。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
图1为本发明柔性电路板结构示意图一；
图2为本发明柔性电路板结构示意图二；
图3为本发明安装环、柔性电路板和指环主体结构示意图。
图中：1、柔性电路板；2、安装环；3、指环主体；4、控制器；5、MCU；6、无线充电芯片；7、LDO芯片；8、天线射频芯片；9、PPG心电传感器和ECG传感器；10、程序烧录接口；11、环形LiPo电池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图3，一种指环式微型心电仪，包括柔性电路板1和与之通信连接的智能监测APP，柔性电路板1嵌入安装于安装环2内且安装环2嵌套于指环主体3内，安装环2采用防水工艺，指环主体3可进行相应设计保留戒指的时尚特性，可根据用户手指尺寸定制，通过将心电仪设计成可穿戴的指环，体积感弱，无感化强，减少用户长时间佩戴的不适感，低功耗，高集成，续航时间久，便于用户长期使用。
柔性电路板1上包括：PPG心电传感器和ECG传感器9，该传感器的原理是利用光电法检测经过人体血液和组织吸收后的反射光强度的不同，描记出血管容积在心动周期内的变化，从得到的脉搏波形中计算出心率；天线射频芯片8，用于将基带信号转换为指定频段的射频信号，通过天线发送至基站，并将天线接收到的特定频段的信号转换为基带信号传递至基带芯片；
PSR控制器4，用于电池充电器和适配器的电源控制，采用脉冲频率调制的方法建立非连续导通模式反激式电源，提供精确的恒定电压和恒定电流，不需要光耦合器和二次控制电路调节；MCU5，用于读取PPG心电传感器和ECG传感器9测量值，进行换算并将结果数据传到相关寄存器中；
环形LiPo电池11，厚度为1.6mm，总功率为76μA；无线充电芯片6，无线充电芯片6集成无线充电收发模块及小信号解码电路，用于对环形LiPo电池11进行无线磁吸充电；LDO芯片7，LDO芯片7用于降压稳压、抑制电源噪音、过滤无用的变换信号以及保护电路；程序烧录接口10，支持UART IIC通讯协议。
PPG心电传感器和ECG传感器9采用多PPG光电法互补采集模式配合ECG监测，避免监测结果受外部干扰，提升检测结果的稳定性和准确性，将数据预处理后通过蓝牙传输至智能监测APP，进行二维心率特异性的可视化信息采集处理，处理结果更符合长期监测要求，便于用户自行判断，同时也便于医师诊断和机器识别。
本装置的柔性电路板1与相应的移动终端智能监测APP进行连接，可以实时了解自身健康情况。智能监测APP采用多阶巴特沃斯滤波、统计方法剔除异常值和时间戳匹配算法对齐时间，通过pan-Tompkins算法检测R峰并计算周期，运用PCA算法将特异性数据降维到二维空间，将连续的RR周期分别作XY轴制作Poincaré散点图。
一种指环式微型心电仪的使用方法，包括如下步骤：
S1：首先将本装置与移动终端的智能监测APP进行无线连接，将指环主体3戴在使用者手指上使之进入工作状态；
S2：PPG心电传感器和ECG传感器9实时监测使用者的心率和心电，MCU5读取PPG心电传感器和ECG传感器9的测量值，进行换算并将结果数据传到相关寄存器中，由天线射频芯片8发送至智能监测APP；
S3：智能监测APP采用多阶巴特沃斯滤波，按照统计方法剔除异常值，通过时间戳匹配算法对齐时间，通过pan-Tompkins算法检测R峰并计算周期，运用PCA算法将特异性数据降维到二维空间，将连续的RR周期分别作XY轴制作Poincaré散点图，实现二维心率特异性的可视化信息采集与处理；
S4：经过处理的结果通过智能监测APP直观展示，持续检测持续更新，使用者可自行判断心电状况；
S5：智能监测APP提供日常检测、运动检测和睡眠监测模式，通过不同模式的数据对比，给出医疗指导建议。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种指环式微型心电仪，其特征在于，包括柔性电路板(1)和与之通信连接的智能监测APP，所述的柔性电路板(1)嵌入安装于安装环(2)内且安装环(2)嵌套于指环主体(3)内，所述的柔性电路板(1)上包括：
PPG心电传感器和ECG传感器(9)，所述的PPG心电传感器和ECG传感器(9)采用多PPG光电法互补采集模式配合ECG监测，将数据预处理后通过蓝牙传输至所述的智能监测APP，进行二维心率特异性的可视化信息采集处理；
天线射频芯片(8)，所述的天线射频芯片(8)用于将基带信号转换为指定频段的射频信号并发送至基站，并将天线接收到的特定频段的信号转换为基带信号传递至基带芯片；
PSR控制器(4)，所述的PSR控制器(4)用于电源控制，采用脉冲频率调制建立非连续导通模式反激式电源，提供精确的恒定电压和恒定电流；
MCU(5)，所述的MCU(5)用于读取PPG心电传感器和ECG传感器(9)测量值，进行换算并将结果数据传到相关寄存器中。
2.根据权利要求1所述的一种指环式微型心电仪，其特征在于：所述的智能监测APP采用多阶巴特沃斯滤波、统计方法剔除异常值和时间戳匹配算法对齐时间，通过pan-Tompkins算法检测R峰并计算周期，运用PCA算法将特异性数据降维到二维空间，将连续的RR周期分别作XY轴制作Poincaré散点图。
3.根据权利要求1所述的一种指环式微型心电仪，其特征在于：所述的柔性电路板(1)上还包括环形LiPo电池(11)，所述的环形LiPo电池(11)的厚度为1.6mm，总功率为76μA。
4.根据权利要求3所述的一种指环式微型心电仪，其特征在于：所述的柔性电路板(1)上还包括无线充电芯片(6)，所述的无线充电芯片(6)集成无线充电收发模块及小信号解码电路，用于对环形LiPo电池(11)进行无线磁吸充电。
5.根据权利要求1所述的一种指环式微型心电仪，其特征在于：所述的柔性电路板(1)上还包括LDO芯片(7)，所述的LDO芯片(7)用于降压稳压、抑制电源噪音、过滤无用的变换信号以及保护电路。
6.根据权利要求1所述的一种指环式微型心电仪，其特征在于：所述的柔性电路板(1)上还包括程序烧录接口(10)，所述的程序烧录接口(10)支持UART IIC通讯协议。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种指环式微型心电仪的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：首先将本装置与移动终端的智能监测APP进行无线连接，将指环主体(3)戴在使用者手指上使之进入工作状态；
S2：PPG心电传感器和ECG传感器(9)实时监测使用者的心率和心电，MCU(5)读取PPG心电传感器和ECG传感器(9)的测量值，进行换算并将结果数据传到相关寄存器中，由天线射频芯片(8)发送至智能监测APP；
S3：智能监测APP采用多阶巴特沃斯滤波，按照统计方法剔除异常值，通过时间戳匹配算法对齐时间，通过pan-Tompkins算法检测R峰并计算周期，运用PCA算法将特异性数据降维到二维空间，将连续的RR周期分别作XY轴制作Poincaré散点图，实现二维心率特异性的可视化信息采集与处理；
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