CN202568243U - 基于体表空间电势的心电测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于体表空间电势的心电测量设备，设有可用于感应被测人体体表周围微弱电场大小及其变化的耦合电容中的一个或两个极板、用于将所述极板上聚集的电荷量转换为电压量并放大的电荷放大器、对所述电荷放大器输出的电压信号进行放大、滤波处理的信号调理电路、对信号进行数字化处理的信号处理模块和与所述信号处理模块连接的通信模块，所述信号调理电路经由模数转换器连接所述信号处理模块。利用本实用新型进行测量，可以摆脱意识影响，消除微小心理变化（如紧张等）对测量结果的影响，也使生理信号测量更为方便，尤其适用于日常自身慢性病监测及运动训练指导，也可以用于远程老年人健康监测，并且便于携带。

Description

基于体表空间电势的心电测量设备

技术领域

    本实用新型涉及一种心电测量设备，具体涉及一种基于体表空间电势的心电测量设备，属医疗技术领域。

背景技术

    心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成一个具有长、宽、厚三维空间的容积导体，心电是表征生命迹象的重要指标，现有的心电测量设备大都为基于导联法的测量设备，使用时需要将若干个电极分别置于人体上的特定位置，并需要将该测量设备与心电图机连接以描记出心电图，然而该种测量设备对电极位置要求非常严格，只有在专业的医师指导下才能找准测量位置，对于绝大部分人来说测量很不方便，而且设备昂贵，一般只有医院等医疗机构才会配有，不便于推广与应用，无法满足人们进行慢性病治疗时用于家庭监测的需要。

实用新型内容

    为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种基于体表空间电势的心电测量设备，不仅操作简便，测量数据准确、可靠，而且设备结构小巧、价格适宜、便于携带，可满足家庭护理中测量的需要。

为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种基于体表空间电势的心电测量设备，设有可用于感应被测人体体表周围微弱电场大小及其变化的耦合电容中的一个或两个极板、用于将所述极板上聚集的电荷量转换为电压量并放大的电荷放大器、对所述电荷放大器输出的电压信号进行放大、滤波处理的信号调理电路。

所述基于体表空间电势的心电测量设备还可以包括对信号调理电路输出的信号进行数字化处理的信号处理模块和与所述信号处理模块连接的通信模块，所述通信模块可包括有线和无线两种通信子模块，所述信号调理电路经由模数转换器连接所述信号处理模块。

所述信号调理电路优选为高输入阻抗、高共模抑制比的信号调理电路。

所述信号处理模块还可以连接有报警模块，其报警形式可以为声音、光亮和图文显示中的一种或多种的组合。

所述信号处理模块还可以连接有用于显示测量信息（包括测量结果）的显示模块。

所述显示模块可以包括显示屏，所述显示屏设置在该测量设备的外壳上。

对于上述任意一种所述的基于体表空间电势的心电测量设备，优选采用可穿戴式的外形结构。

对于上述任意一种所述的基于体表空间电势的心电测量设备，进一步优选采用可戴在被测人体的手腕上的腕式外形结构，具体结构可以为下列任意一种：

（1）设有绝缘外壳底板，外壳内部设有天线，所述天线和被测人体的体表皮肤分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘外壳底板构成所述耦合电容的介质；

（2）设有金属外壳底板，所述金属外壳底板的内面贴有绝缘薄膜，外壳内部设有天线，所述天线和金属外壳底板分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘薄膜构成所述耦合电容的介质；

（3）设有金属外壳底板，所述金属外壳底板的底面贴有绝缘薄膜，所述金属外壳底板和被测人体的体表皮肤分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘薄膜构成所述耦合电容的介质。

所述天线优选为微型天线，所述微型天线连接所述电荷放大器的输入端，所述微型天线还可以连接用于测量所述电荷放大器上电压量的微型灵敏电压表。

所述天线可以为矩形、圆形或环形天线。

本实用新型的有益效果是：

由于采用便携的可穿戴的结构，方便随身携带，不影响携带者的日常活动，特别适于家庭使用；

本设备基于体表空间电势原理，通过测量体表附近电场（电势），利用场强耦合（电荷耦合）方式，并结合设置了内置有信号处理算法的信号处理模块，相比于现有的基于导联法的测量设备，不仅测量操作方便快捷，无需与心电图机连接，因此设备投资小，还因省掉了由专业医生解读测量数据信息（如心电图）的步骤，扫除了实现家庭式心电测量的一大障碍，更重要的是可以摆脱意识影响，消除微小心理变化（如紧张等）对测量结果的影响，更加适用于日常自身慢性病监测及运动训练指导以及远程老年人健康监测。

由于设有通信模块，因此可以通过无线局域网或体域网将测量结果进行近距离或远距离传输，还可以通过家庭无线局域网（WLAN）或体域网（BAN）范围内具有相互通信能力的生理信息采集节点和具有网络通信能力的设备组成系统，随时随地了解到自身及家庭成员的健康状态。

附图说明

图1为本实用新型的一种实施例的原理框图；

图2为本实用新型的一种电容模型原理图；

图3为本实用新型的另一种电容模型原理图；

图4为本实用新型的空间场强测量原理图。

具体实施方式

生物电是生命体内生物化学反应造成的体内带电粒子数量、极性、位置等改变而引起其本身电磁场变化的一种物理现象，心电测量是了解心脏功能最为基本的途径。例如心电是心肌兴奋产生的生物电传到体表的宏观体现，而心电图则是心电作用于测量回路两个测量点形成的电位差在时间轴上的表达。

根据生物电原理和电磁场理论，人体的生理电活动会在人的体表形成微弱的电场分布，心脏在泵血的过程中不断地舒张和收缩，该过程中心电信号传到体表并影响体表附近空间电场分布。通过场强传感器检测体表附近空间在不同时刻和位置的空间电场的分布和变化，由于场强随时间的波动周期与心脏活动同步，因此可以方便地间接了解到心电信息，得知人体相关电活动的情况。比如心脏活动在身体周围形成电场，通过测量体表场强（等势面疏密）周期变化，可以得到心电信息（包括心率、波形等心脏活动的表征数据）。

基于以上原理，本实用新型提供了一种基于体表空间电势的心电测量设备，其原理如图1所示，其中设有可用于感应被测人体体表周围微弱电场变化的耦合电容中的一个或两个极板、用于将所述极板上聚集的电荷量转换为电压量并放大的电荷放大器和对所述电荷放大器输出的电压信号进行放大、滤波处理的信号调理电路。极板上电荷多少及其变化情况即反应了人体体表周围微弱电场的大小及其变化。当该测量设备内只设置一个极板时，被测人体的体表皮肤则充当另一个极板，二者构成耦合电容，从而实现电场耦合。由于心电信号为微弱的低频信号，为了便于后续信号处理，必须设计合适的信号调理电路，一方面它可以将微弱信号放大到适于A/D转换的信号范围，同时也要滤除一些与心电信号无关的空间电磁场（尤其是50Hz工频干扰）及其它生理信号的干扰噪声，使进入A/D转换器（即模数转换器）的信号更加稳定。采用积分运算电路可以充当所述电荷放大器，实现利用电荷放大原理获取生物信号的目的。

所述基于体表空间电势的心电测量设备还可以包括对信号进行数字化处理的信号处理模块和与所述信号处理模块连接的通信模块，信号处理模块中预设有信号处理算法，其中包括心率判别算法和波形处理算法等，通过这些算法可以对所获取的生理信号进行分析，得出测量结果，例如，信号调理电路的输出信号通过模数转换器进入信号处理模块，通过构建合适算法得出信号的变化周期，此即为心率值，这样可以省掉由专业医生解读测量数据信息（如心电图）的步骤，克服实现家庭式心电测量的一大障碍。所述通信模块可包括有线和无线两种通信子模块，所述信号调理电路经由模数转换器连接所述信号处理模块。所述无线通信子模块还可以包括实现远程无线通信（例如无线ip网络）和近距离无线通信（例如蓝牙通信）两个单元，通过所述通信模块，本实用新型的测量设备可以方便地实现与其他多种生理参数检测装置或系统的信息交互以及实现与用于健康监测和管理的系统之间的通信特别是信息上传。

例如，心率信息可以通过无线局域网或体域网范围内具有相互通信能力的节点进行近距离或远距离通信。这样，该测量设备既可用于日常自身慢性病监测及运动训练指导，也可以用于远程老年人健康监测。

另外，所述通信模块还使得本实用新型的所述测量设备可以与被测人体携带的其它生理检测设备构成体域网范围的多生理参数检测和传输系统。通过家庭无线局域网（WLAN）或体域网（BAN）范围内具有相互通信能力的生理信息采集节点和具有网络通信能力的设备，可以随时随地了解到自身及家庭成员的健康状态。

所述信号调理电路优选为高输入阻抗、高共模抑制比的信号调理电路，进一步优选采用还具有低噪声、低漂移等特性的信号调理电路，以更有效地获取生物低频信号。

所述信号处理模块还可以连接有报警模块，其报警形式可以为声音、光亮和图文显示中的一种或多种的组合。所述报警模块可以对超出正常值的数据适时报警，其报警与否决定于所述信号处理模块对数据的判断结果。

所述信号处理模块还可以连接有用于显示测量信息的显示模块，测量结果（例如心率信息）、报警信息等都可以通过所述显示模块直观地显示出来。所述显示模块可以包括显示屏，所述显示屏设置在该测量设备的外壳上，方便使用者随时随地察看。

对于上述任意一种所述的基于体表空间电势的心电测量设备，优选采用可穿戴式的外形结构，以方便随身携带。

对于上述任意一种所述的基于体表空间电势的心电测量设备，进一步优选采用可戴在被测人体的手腕上的腕式外形结构，精致小巧、携带方便，同时还可以用作装饰品，其信号采集部分的具体结构可以为下列任意一种：

（1）设有绝缘外壳底板，外壳内部设有天线，当被戴在手腕上后，所述天线和被测人体的体表皮肤分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘外壳底板构成所述耦合电容的介质，所组成的电容模型如图2所示；

（2）设有金属外壳底板，所述金属外壳底板的内面贴有绝缘薄膜，外壳内部设有天线，所述天线和金属外壳底板分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘薄膜构成所述耦合电容的介质；

（3）设有金属外壳底板，所述金属外壳底板的底面贴有绝缘薄膜，当被戴在手腕上后，所述金属外壳底板和被测人体的体表皮肤分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘薄膜构成所述耦合电容的介质，所组成的电容模型如图3所示。

所述天线、电荷放大器、信号调理电路、信号处理模块均封装于该测量设备的外壳内，所述通信模块的各类通信接口、报警模块的用于发出报警信号的硬件设置在所述外壳上，外壳上设有腕带，以便于将该腕式测量设备戴在手腕上。

所述耦合电容和电荷放大器组合相当于场强传感器的信号探测部，耦合电容的一个极板（如天线）在空间某点处感应电荷量的多少即表征该点的电场强度的大小。当天线与被测信号场强方向相同时取得最大感应信号。一般场强传感器可视为由电压表和天线（上述耦合电容中的一个极板就可视为场强传感器的天线）组成，其测量原理如图4所示，通过天线和合适的信号调理电路可以将场强量转换为电压量，该电压Er的大小可直接由电压表测量得到。

在平面行波状态，将所述两个极板置于因心脏电活动在体表形成的不同的等势面上，如图3所示，根据电容效应和电场的方向可知，体表皮肤将聚集正电荷，天线下表面聚集负电荷，两者构成容性传感器，并且天线下表面的总电荷量是根据体表电场变化而变化的。

因尽量缩小该测量设备的体积的需要，所述天线优选为微型天线，所述微型天线连接所述电荷放大器的输入端，所述微型天线还可以连接用于测量所述电荷放大器上电压量的微型灵敏电压表，利用微型灵敏电压表，可同时根据心电信号低频特性和所需增益来选取合适的天线。所述天线可以是各种演化形式天线，如矩形、圆形、环形及其它非规则形状和不同尺寸的天线，以兼顾各种使用场合中信号合适的增益和安放携带的方便性。此外，还须调整天线在该测量设备内部的位置，从而获得更大的信号响应。

如果在体表不同空间位置分别安放两个或多个场强传感器，就可以记录体表附近空间两点或若干点位置的电势差，通过相应的信号调理电路处理信息就能够得到心电图形。根据这个原理，可以在测量设备中设置两个或多个所述耦合电容或其各自的部分极板，对于受结构、形状、大小限制不便于在一个测量设置中安置多个场强传感器的情况，可以在人体不同部位穿戴多个所述测量设备。

上述测量体表空间电势的原理和方法同样适用于其它生理电信号的测量，如肌电、脑电等。这种测量方式的突出优点是可以摆脱意识影响，消除微小心理变化（如紧张等）对测量结果的影响，也使生理信号测量更为方便。

Claims (13)

1.一种基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于设有可用于感应被测人体体表周围微弱电场大小及其变化的耦合电容中的一个或两个极板、用于将所述极板上聚集的电荷量转换为电压量并放大的电荷放大器、对所述电荷放大器输出的电压信号进行放大、滤波处理的信号调理电路。

2.如权利要求1所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于还包括对信号进行数字化处理的信号处理模块和与所述信号处理模块连接的通信模块，所述通信模块包括有线和无线两种通信子模块，所述信号调理电路经由模数转换器连接所述信号处理模块。

3.如权利要求2所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于所述信号调理电路为高输入阻抗、高共模抑制比的信号调理电路。

4.如权利要求3所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于所述信号处理模块还连接有报警模块，其报警形式为声音、光亮和图文显示中的一种或多种的组合。

5.如权利要求4所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于所述信号处理模块还连接有用于显示测量结果的显示模块。

6.如权利要求5所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于所述显示模块包括显示屏，所述显示屏设置在该设备的外壳上。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于采用可穿戴式的外形结构。

8.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于采用可戴在被测人体的手腕上的腕式外形结构，具体为下列任意一种：

（1）设有绝缘外壳底板，外壳内部设有天线，所述天线和被测人体的体表皮肤分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘外壳底板构成所述耦合电容的介质；

（2）设有金属外壳底板，所述金属外壳底板的内面贴有绝缘薄膜，外壳内部设有天线，所述天线和金属外壳底板分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘薄膜构成所述耦合电容的介质；

（3）设有金属外壳底板，所述金属外壳底板的底面贴有绝缘薄膜，所述金属外壳底板和被测人体的体表皮肤分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘薄膜构成所述耦合电容的介质。

9.如权利要求8所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于所述天线为微型天线，所述微型天线连接所述电荷放大器的输入端，所述微型天线还连接有用于测量所述电荷放大器上电压量的微型灵敏电压表。

10.如权利要求9所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于所述天线为矩形、圆形或环形天线。

11.如权利要求7所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于采用可戴在被测人体的手腕上的腕式外形结构，具体为下列任意一种：

（1）设有绝缘外壳底板，外壳内部设有天线，所述天线和被测人体的体表皮肤分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘外壳底板构成所述耦合电容的介质；

（2）设有金属外壳底板，所述金属外壳底板的内面贴有绝缘薄膜，外壳内部设有天线，所述天线和金属外壳底板分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘薄膜构成所述耦合电容的介质；

（3）设有金属外壳底板，所述金属外壳底板的底面贴有绝缘薄膜，所述金属外壳底板和被测人体的体表皮肤分别构成所述耦合电容的两个极板，所述绝缘薄膜构成所述耦合电容的介质。

12.如权利要求11所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于所述天线为微型天线，所述微型天线连接所述电荷放大器的输入端，所述微型天线还连接有用于测量所述电荷放大器上电压量的微型灵敏电压表。

 

13.如权利要求12所述的基于体表空间电势的心电测量设备，其特征在于所述天线为矩形、圆形或环形天线。

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