CN202198590U

CN202198590U - 可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置

Info

Publication number: CN202198590U
Application number: CN2011202915204U
Authority: CN
Inventors: 卓豫
Original assignee: CHONGQING KANGRULAI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHONGQING KANGRULAI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2021-08-12

Abstract

本实用新型涉及心电检测技术领域，提供一种可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，能在辨识佩戴者活动状态与姿态的基础上判断心电信号是否异常；本实用新型的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置包括胸带、加速度传感器、电极和处理电路，所述电极设置于胸带内侧，所述加速度传感器、电极与处理电路电连接；在进一步的技术方案中，采用双电极的心电检测电路，可以减少设备复杂度、功耗和体积；心电检测电路中具有积分反馈电路，能有效去除基线漂移；采用织物电极，使装置可长期连续使用，同时方便佩戴，降低使用成本；并能通过蓝牙模块将心电检测数据实时发送到手机上进行显示和处理，并在处理器报警时，通过手机向医疗中心进行报警。

Description

可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置

技术领域

本发明涉及心电检测技术领域，特别涉及一种心电监测装置。

背景技术

通信技术的发展为心脏病的快速救治带来了新的机遇。借助现代移动通信技术，人们可方便地实现人体心电信号随时随地的监护，及时发现心律失常、心肌梗塞等突发事件，通过采取预防、干预措施，降低心脏病的发生率和死亡率。近年来，国内外许多研究机构和企业已研究开发出多种远程心电监测设备，在心脏病的预防、救治中发挥了积极的作用。但对于日常工作生活动态环境，现有远程心电监测设备在方便性、舒适性、准确性等方面还存在较大不足，如：1)大部分设备仍采用粘贴电极、有线数据传输，导致使用不便，并容易产生皮肤过敏、瘙痒等，无法长时间使用；2)绝大部分设备仍沿用面向医院的传统医疗器械设计，只单纯检测心电生理信号，没有记录可能引起心电信号变化的人体活动状态和周围环境等情景参数。结果当心电信号发生变化时无法辩识它是人体活动或环境变化引起的正常生理响应还是对心脏自身健康状况变化的响应，进而容易产生误报、漏报监测错误。

发明内容

本发明的目的是，提供一种可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，能在辨识佩戴者活动状态的基础上判断心电信号是否异常。

本发明的目的是这样实现的：可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，包括胸带、加速度传感器、电极和处理电路，所述电极设置于胸带内侧，所述加速度传感器、电极与处理电路电连接。

进一步，还包括监测盒，处理电路设置于监测盒内，胸带与监测盒可拆卸式连接，所述加速度传感器设置于胸带上或监测盒内。

进一步，所述处理电路包括心电检测电路、加速度信号处理电路和处理器，加速度信号处理电路的信号输入端与加速度传感器电连接，心电检测电路和加速度信号处理电路的信号输出端和处理器电的信号输入端连接；所述心电检测电路包括放大电路和滤波电路，所述放大电路的信号输入端与电极电连接，所述放大电路的信号输出端与滤波电路的信号输入端电连接，所述滤波电路的信号输出端与处理器的数据输入端电连接。

进一步，所述电极包括电极J1和电极J2，放大电路包括放大器U4，所述电极J1和电极J2分别与放大器U4的两个信号输入端电连接，放大器U4的信号输出端与滤波电路的信号输入端电连接。

进一步，还包括积分电路，所述积分电路连接于放大器U4的信号输出端与信号反馈端之间，用于将放大器U4输出的数据信号积分并反馈回放大器U4。

进一步，所述积分电路包括并联的运算放大器U5和积分电容C12。

进一步，所述滤波电路包括相互并联的电阻R9和电容C13，还包括运算放大器U6，所述滤波电路连接于运算放大器的反相输入端与输出端之间，运算放大器的正向输入端与偏置电源电连接，运算放大器的反相输入端与放大器U4的信号输出端电连接。

进一步，所述所述心电检测电路还包括电池，所述放大器U4型号为INA321，电极J1和电极J2分别与INA321的VIN+引脚和VIN-引脚电连接，电极J1和电极J2还分别与电源电连接，INA321的VOUT引脚和RG引脚与运算放大器的反相输入端电连接，所述INA321的SHTDWN引脚和V+引脚与电池的输出端电连接，INA321的V-引脚接地，并与SHTDWN引脚电连接，INA321的REF引脚为信号反馈端。

进一步，所述电极为织物电极。

进一步，所述可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块的数据端口与处理器的数据端口电连接。

可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置还包括胸带和监测盒，所述电极设置于胸带内侧，加速度传感器设置于监测盒中央，心电检测电路和处理器设置于监测盒内，蓝牙模块设置于监测盒内，胸带与监测盒可拆卸式连接。

由于佩戴式心电检测装置通常在日常环境下使用，与医院病房环境不同，日常工作生活动态环境下，受试者将出现丰富的活动状态，包括静止(休息/睡眠)、坐下、站起、步行、跑动、跌倒等。本发明的心电监测装置可辨识受试者活动状态与姿态，排除人体活动的影响，准确掌握心脏健康状况。

附图说明

图1示出了可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置的电路功能模块示意图；

图2示出了心电检测电路的结构示意图；

图3示出了可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置的外形结构示意图；

图4示出了可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置中心电监测方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1、图3所示，本实施例的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，包括胸带1、监测盒2、加速度传感器、蓝牙模块、电极3和处理电路，所述电极3设置于胸带内侧1，所述加速度传感器、蓝牙模块、电极与处理电路电连接，蓝牙模块和处理电路设置于监测盒内，监测盒2可拆卸式连接在胸带1外侧，所述加速度传感器设置于胸带上或监测盒内，在使用时，使用者将胸带佩戴于胸部，电极贴于胸部皮肤，加速度传感器应当位于人体中线上，所以作为优选的方案，可将加速度传感器设置于监测盒中央，将监测盒设置于胸带的中央，以便于正确佩戴。

其中：

加速度传感器，用于获取加速度信号；本实施例选用Freescale公司的微型、低功耗、高灵敏MMA7260加速度传感器。该芯片能高精度测量X、Y、Z三轴方向上的加速度变化，并输出一个与加速度信号成正比的电压信号，加速度传感器检测到的加速度信号中包含直流和交流成分，其中直流成分由重力加速度产生，交流成分由运动加速度产生，两种信号在人体活动检测中都不可或缺。为此，需要同时检测加速度信号的直流和交流成分。

处理电路，包括心电检测电路、加速度信号处理电路和处理器，所述处理电路加速度信号处理电路的信号输入端与加速度传感器电连接，心电检测电路和加速度信号处理电路的信号输出端和处理器电的信号输入端连接；

心电检测电路，用于检测心电信号，包括放大电路、积分电路和滤波电路，所述电极与放大电路的信号输入端电连接，所述放大电路的信号输出端与滤波电路的信号输入端电连接，所述滤波电路的信号输出端与处理器的数据输入端电连接，所述积分电路的信号输入端与放大电路的信号输出端电连接，所述积分电路的信号输出端与放大电路的信号反馈端电连接。

本实施例采用双电极的心电检测电路，可以减少设备复杂度、功耗和体积。现有技术中，双电极的心电检测电路也可见于文献报道，但其实现存在较大问题，特别是应用于佩戴式心电监测装置或植入式心电监测装置时，由于对体积和功耗的要求，电路结构比较简单，不能使用复杂的电路去除基线漂移，因此信号的基线漂移严重，严重影响心电信号的分析与处理。而通常对于基线漂移采用RC滤波法或拟合法进行去除，但采用滤波法虽然电路结构简单，但容易产生阻塞，影响电路工作，而采用拟合法，则电路复杂，功耗较大。

所述电极为织物电极，包括电极J1和电极J2。长期以来，一次性粘贴电极是心电监测的首选传感器，但一次性电极也存在容易产生皮肤过敏、瘙痒，无法长时间使用的严重缺陷。近年来，随着穿戴式技术的发展，新型的织物电极日益受到青睐。目前织物电极的设计方法主要有两种：一是在普通的棉质面料表面用贵金属溶液(如银)浸镀固化形成一层导电层，二是将具有电传导特性的多芯金属纱线和棉纱线交织组成具有导电性的织物。织物电极易裁剪、导电性良好，相对于传统的心电电极具有更好的穿戴舒适性、低伤害性，能满足长时间心电监测的需要。为此，本发明采用银纤维布作为心电电极，将其缝制在胸带内侧，由其与皮肤接触检测心电信号。同时，采用织物电极增大了电极与人体的接触面积，可降低接触阻抗，减少工频干扰。

参见图2，心电检测电路使用电池作为电源，可使电路地与大地断开，减少工频干扰，采用型号为的INA321的放大器U4作为前置放大，其具有高共模抑制，可有效抑制工频干扰，所述滤波电路包括相互并联的电阻R9和电容C13，还包括运算放大器U6，所述滤波电路连接于运算放大器的反相输入端与输出端之间，运算放大器的正向输入端通过电阻R7与电源电连接，电极J1和电极J2分别通过电阻R2和电阻R3与INA321的VIN+引脚和VIN-引脚电连接，电阻R2与INA321的VIN+引脚之间还通过电阻R4连接电源，电阻R3与INA321的VIN-引脚之间还通过电阻R5连接电源，VIN+引脚和VIN-引脚作为INA321的信号输入端，INA321的VOUT引脚和RG引脚通过电阻R8与运算放大器的反相输入端电连接，所述INA321的SHTDWN引脚和V+引脚与电池的输出端电连接，INA321的V-引脚接地，并与SHTDWN引脚电连接，INA321的REF引脚为信号反馈端。所述积分电路由运算放大器U5和电容C12和R6组成，运算放大器U5和电容C12并联，并与R6一起串联于INA321的VOUT引脚与REF引脚之间，用于提取放大器U4输出信号中的低频成分，将其反馈回放大器U4，抵消原始信号中的低频基线漂移干扰。传统的心电检测电路一般采用RC高通滤波电路消除极化、低频干扰，但遇到大的干扰时，由于RC电路的作用，容易造成电路阻塞，无法检测心电信号。本发明采用反馈电路后，信号主通路采用直流偶合，较好解决了上述问题。

处理器，接收心电检测电路获取的心电信号和加速度传感器获取的加速度信号，判断心电信号是否正常，当心电信号异常时，根据加速度信号，判断佩戴者活动姿态及活动状态，再根据活动姿态及活动状态判断该情形下心电信号是否正常，具体的流程和阈值可根据实际需要设定，本实施例公开的一种判断流程可参见图4，一般认为安静状态下正常成年人心率在60-100次/分之间，超过100次/分为心率过速，可考虑受试者是否发烧或患有心肌炎等疾病，不足60次/分则为心率过缓，有可能是房室传导阻滞或其他病理原因引起，会出现患者晕厥的情况。当监测出有健康隐患时，做出报警，以便第一时间采取救治。但是人体在处于不同的体位及运动状态时，心率会有显著差异，单一以心率判断受试者是否处于危险当中则会出现假阳性的诊断结果。为了尽量减少假阳性诊断而发出错误警报，若人体在安静状态下监测到心率大于100次/分或小于60次/分，则认为心率过速或心率过缓，此时发出警报，以提醒受试者身体有异常。若系统识别人体处于运动中，则心率在小于180次/分的情况下属于正常状态，而不需发出警报。人体运动时心率大约在150-180次/分，若大于180次则认为心率过速，发出警报。在受试者停止运动后，心率需要一定时间恢复到平静状态，此时，系统若监测到受试者处于安静状态，而此前一状态为运动状态，则在运动心率范围内认为正常，不需报警，并且延时一段时间再进行心率异常判断。

由于需要采集的加速度信号和心电信号共有七路：交流加速度信号XOUT、YOUT、ZOUT，直流加速度信号XOUT_DC、YOUT_DC、ZOUT_DC，心电信号ECG。考虑到七通道模拟信号同步采集，对传输速度、缓存、FLASH存储器的要求都比较高，经比较最后选用TI公司的超低功耗MSP430FG439微处理器由其控制实现A/D转换、存储以及传输。每个通道信号的采样频率为200Hz。

所述蓝牙模块的数据端口与处理器的数据端口电连接，蓝牙模块可将心电检测数据实时发送到佩戴者的手机上，通过在手机中预制的软件进行显示和处理，并在处理器报警时，通过手机向医疗中心进行报警。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims

1.可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，其特征在于：包括胸带、加速度传感器、电极和处理电路，所述电极设置于胸带内侧，所述加速度传感器、电极与处理电路电连接。

2.如权利要求1所述的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，其特征在于：还包括监测盒，处理电路设置于监测盒内，胸带与监测盒可拆卸式连接，所述加速度传感器设置于胸带上或监测盒内。

3.如权利要求2所述的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，其特征在于：所述处理电路包括心电检测电路、加速度信号处理电路和处理器，加速度信号处理电路的信号输入端与加速度传感器电连接，心电检测电路和加速度信号处理电路的信号输出端和处理器电的信号输入端连接；所述心电检测电路包括放大电路和滤波电路，所述放大电路的信号输入端与电极电连接，所述放大电路的信号输出端与滤波电路的信号输入端电连接，所述滤波电路的信号输出端与处理器的数据输入端电连接。

4.如权利要求3所述的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，其特征在于：所述电极包括电极J1和电极J2，放大电路包括放大器U4，所述电极J1和电极J2分别与放大器U4的两个信号输入端电连接，放大器U4的信号输出端与滤波电路的信号输入端电连接。

5.如权利要求4所述的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，其特征在于：还包括积分电路，所述积分电路连接于放大器U4的信号输出端与信号反馈端之间，用于将放大器U4输出的数据信号积分并反馈回放大器U4。

6.如权利要求5所述的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，其特征在于：所述积分电路包括并联的运算放大器U5和积分电容C12。

7.如权利要求6所述的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，其特征在于：所述滤波电路包括相互并联的电阻R9和电容C13，还包括运算放大器U6，所述滤波电路连接于运算放大器的反相输入端与输出端之间，运算放大器的正向输入端与偏置电源电连接，运算放大器的反相输入端与放大器U4的信号输出端电连接。

8.如权利要求7所述的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，其特征在于：所述心电检测电路还包括电池，所述放大器U4型号为INA321，电极J1和电极J2分别与INA321的VIN+引脚和VIN-引脚电连接，电极J1和电极J2还分别与电源电连接，INA321的VOUT引脚和RG引脚与运算放大器的反相输入端电连接，所述INA321的SHTDWN引脚和V+引脚与电池的输出端电连接，INA321的V-引脚接地，并与SHTDWN引脚电连接，INA321的REF引脚为信号反馈端。

9.如权利要求1至8中任一项所述的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，其特征在于：所述电极为织物电极。

10.如权利要求9所述的可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置，其特征在于：所述可辨识人体活动状态与姿态的佩戴式心电监测装置还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块的数据端口与处理器的数据端口电连接。