CN202699135U

CN202699135U - 一种基于非接触式电极的无线可穿戴式心电测量胸带

Info

Publication number: CN202699135U
Application number: CN201220187164.6U
Authority: CN
Inventors: 周平; 刘梦星; 鲁豫杰; 吕菲; 汪丰
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-04-27

Abstract

一种基于非接触式电极的无线可穿戴式无线心电测量胸带，内侧的中心缝制参考电极，参考电极的两侧分别设有非接触式电极，电极为双面PCB板，一面上设有三个区，中心为感应片，依次向外设有屏蔽区及地线区，另一面上也设有三个区，中心圆为敷铜区，中心设有前置运算放大器的贴片区，敷铜区外围为地线区，前置运算放大器的输出与屏蔽区及敷铜区连接，前置运算放大器的地端与两个面上的地线区连接，前置运算放大器的输入连接感应片的输出；心电采集主板为双面PCB板，一面集成了仪表放大电路、滤波电路、二级放大电路以及右腿驱动电路，另一面集成了以单片机为主控器的模数转换、定时采样以及蓝牙无线传输模块，参考电极与右腿驱动电路输出连接。

Description

一种基于非接触式电极的无线可穿戴式心电测量胸带

技术领域

本实用新型涉及心电监测装置，尤其是涉及一种基于非接触式电极的无线可穿戴式心电测量胸带，属于生物电子技术领域。

背景技术

心血管疾病是威胁人类健康的主要疾病之一，心电图是检测心脏疾病的重要手段。对于某些具有突发性和随机性的病症(如心率失常、心肌缺血)，发展一种便携式、长期心电监护装置具有十分重要的意义。虽然心电Holter仪可以长时间记录心脏的活动信息，但对于患者来说携带不太方便，此外存在的更大问题是：传统检测体表电位的心电电极均使用粘有导电胶的Ag/AgCl一次性电极片或心电夹，这对于长期心电监护，导电胶的干化会使得电极脱落，电极与皮肤的长时间接触会给局部皮肤带来很大刺激，甚至将造成皮肤的过敏和溃烂，从而给患者带来极大的痛苦和不便。

因此，现有的心电检测手段中，尤其是长期动态心电监护，最大的问题在于电极。理论上，心电的频率范围集中在0.05～100Hz内，因此通过容性耦合的方式依然可以提取人体的心电信号。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种基于非接触式电极的无线可穿戴式心电测量胸带，可使患者在隔着一件内衣或T恤的情况下，进行无线非接触式心电监护，彻底克服任何接触式心电传感器给皮肤带来的不适，可舒适、灵活地进行长期、便携式、日常心电监护。

本实用新型采用如下技术方案：一种基于非接触式电极的无线可穿戴式心电测量胸带，其特征是：胸带为弹性体，胸带的两端分别设有尼龙粘贴扣，胸带内侧的中心缝制一块导电织物作为参考电极，参考电极的左右两侧分别设有一个固定在胸带上的非接触式电极，该电极为圆形双面PCB板，与人体直接对应的一面PCB板上设有三个区，三个区之间电绝缘，中心圆区为裸露的感应片，依次向外设有环形屏蔽区及环形地线区，另一面PCB板上也设有三个区，中心圆为敷铜区，敷铜区中心设有包括前置运算放大器的贴片焊接区，敷铜区外围为环形地线区，前置运算放大器的输出端分别与环形屏蔽区及敷铜区连接，前置运算放大器的模拟信号地端分别与两个面上的环形地线区连接，前置运算放大器的输入端连接感应片的信号输出；每个电极均设置在一个敞口的圆形金属屏蔽盒内，金属屏蔽盒固定在胸带相应的圆孔中，其敞口端暴露于胸带内侧，电极与人体直接对应的一面位于敞口端；

设置一心电采集主板，为双面PCB板，其中一面集成了前端模拟信号调理电路，包括仪表放大电路、滤波电路、二级放大电路以及右腿驱动电路；双面PCB板的另一面集成了以MSP430单片机为主控器的模数转换、定时采样以及蓝牙无线传输模块；2个电极的前置运算放大器的输出信号均连接仪表放大电路，仪表放大电路的输出分别连接滤波电路及右腿驱动电路，滤波电路的输出连接二级放大电路，二级放大电路的输出连接MSP430单片机，MSP430单片机的输出连接蓝牙无线传输模块，右腿驱动电路输出连接参考电极。心电采集主板放置在胸带外侧设置的口袋内。

每个非接触式电极输出与采集主板输入之间可采用USB接口及数据线连接，金属屏蔽盒侧面设有相应的缺口。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点与效果：

1，采用新型非接触式电极，通过容性耦合原理，隔着一层衣服进行体表的心电测量，给长期、便携式、日常心电监护带来更大的灵活性和舒适性，易于被患者接受；

2，将前端信号采集主板集成在测量装置内，将用来存储和显示的监护终端放在外部。在模拟信号调理、放大、模数转换后，利用蓝牙模块进行无线数据传输，在病房或家庭中，使得患者摆脱了有线的困扰，同时减轻了将完整的监护设备背在身上所带来的负担；

3，可穿戴式的宽胸带，增大了参考电极的反馈面积，减小了围在身体的压力，固定非接触式测量电极的同时，利用“右腿驱动”的原理有效降低了共模噪声的干扰；

4，整个心电测量装置，不与人体皮肤直接接触，轻巧、灵活，造价低廉，使用简单，最大限度地降低对患者正常生活与行动的影响，可广泛应用于医院便携式监护设备或家庭式健康监护仪中，也可用于其它需要进行人体健康监护的特殊环境中。

附图说明

图1是本实用新型的使用状态示意图；

图2是本实用新型的内侧平铺结构示意图；

图3是非接触式电极的双面PCB板示意图；

图4是非接触式电极的半封闭金属屏蔽盒示意图；

图5是信号采集主板的电路原理框图；

图6是非接触式电极PCB板接口-USB导联线-主板接口，三者之间的连接示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，弹性宽胸带2的两端分别设有尼龙粘贴扣4，胸带内侧的中心缝制一块导电织物1作为参考电极，参考电极的左右两侧分别设有一个固定在胸带上的非接触式电极3.，胸带外侧缝制有口袋5。使用时，2个非接触式电极3透过一层衣服与人的前胸皮肤进行容性耦合，大面积金属织物混纺的参考电极1透过衣服与人的背部进行容性耦合。

如图3，图A为圆形双面PCB板的暴露面(朝向人体，与人体胸部隔衣接触)，设有同一平面三个区，三个区之间电绝缘，中心圆区10为裸露的感应片，隔着衣服容性耦合人体胸前体表的心电电位，依次向外设有环形屏蔽区11(宽度0.35cm)及环形地线区12(宽度0.35cm)。另一面(图B)PCB板上也设有三个区，中心圆14为敷铜区，敷铜区中心设有包括前置运算放大器13的贴片焊接区(由于非接触式测量的信号源阻抗较高，设置具有高输入阻抗的前置运算放大电路13，作为贴片元件被焊接在PCB板的表面上，实现了信号提取时的阻抗匹配)，敷铜区外围为环形地线区15。16为miniUSB母座，内部5根线除一根悬空外，其余四根分别为：电源VCC、参考电源Vref、模拟信号地GND和信号线Signal；单电源供电的情况下，参考电压Vref的值为电源Vcc的一半。前置运算放大器13的输出分别与环形屏蔽圈11、敷铜区14电气连接，感应片10和环形屏蔽圈11共同所占的区域与圆形敷铜14相对称，两个面上的地线屏蔽圈12、15也对称，电气信号一致，共同构成了“有源屏蔽”结构，包裹着感应片10，有效屏蔽了感应片10周围的噪声，同时对于心电信号本身的影响很小。两个面上对称的环形地线屏蔽圈12、15均与前置运算放大器13的模拟信号地GND电气连接，电气信号一致；尤其是环形地线屏蔽圈12，表面电气裸露(镀了一层锡)，它与人的衣服直接接触，给淤积的摩擦电位和静电位提供了排泄通路。感应片10通过孔与另一面上的前置运算放大电路13的输入端电气连接。

将图3圆形双面PCB板定位于图4所示的半封闭圆形金属屏蔽盒7的敞口9端的卡口处(设有感应片10的一面朝向敞口，设有敷铜区14的另一面朝向屏蔽盒内腔)，屏蔽盒7的侧面留有缺口8，供USB接口的插拔。将屏蔽盒7的敞口端9从胸带2的外侧面向内侧面嵌入相应圆孔中，通过屏蔽盒7底部突出外沿上的多个定位孔6与胸带2固定。

参看图5、6，带有锂电池供电的采集主板7放置在口袋5内，取出可更换电池或充电。采集主板17用双面PCB板制作。一面集成了前端模拟信号调理电路，包括仪表放大、滤波电路、二级放大、右腿驱动电路。两个非接触式电极3的输出信号分别通过各自的miniUSB母座16及两根四芯屏蔽的USB转换线19与仪表放大器的两个输入端相连，两个输入接口采用普通USB母座18。织物参考电极通过导线与右腿驱动电路的输出端直接导线相连。双面PCB板的另一面集成了以MSP430单片机为主控器的模数转换、定时采样、蓝牙无线传输模块，进行无线数据发送，外部的计算机或终端设备(如手机)可进行数据接收、分析处理、波形显示和存储。

右腿驱动电路为本领域现有技术，是利用反相运算放大器来实现仪表放大器两输入端之间共模信号的负反馈。反相放大器的输入端提取仪表放大器增益电阻之间的共模信号，反相放大约100倍后，反相放大器的输出端与织物参考电极相连。

被测者可在冬季穿着一件较薄的内衣，或在夏季穿着一件纯棉T恤，然后围上有弹性的宽胸带2，扣紧两端的魔术贴4，非接触式电极3透过一层衣服与人的胸前皮肤进行容性耦合，大面积金属织物混纺的参考电极1透过衣服与人的背部进行容性耦合，参考电极1的作用是将前端非接触式电极耦合到的共模干扰(主要为50Hz噪声)信号反向放大后，负反馈回人体，从而来降低共模干扰的幅度。

Claims

1.一种基于非接触式电极的无线可穿戴式心电测量胸带，其特征是：胸带为弹性体，胸带的两端分别设有尼龙粘贴扣，胸带内侧的中心缝制一块导电织物作为参考电极，参考电极的左右两侧分别设有一个固定在胸带上的非接触式电极，该电极为圆形双面PCB板，与人体直接对应的一面PCB板上设有三个区，三个区之间电绝缘，中心圆区为裸露的感应片，依次向外设有环形屏蔽区及环形地线区，另一面PCB板上也设有三个区，中心圆为敷铜区，敷铜区中心设有包括前置运算放大器的贴片焊接区，敷铜区外围为环形地线区，前置运算放大器的输出端分别与环形屏蔽区及敷铜区连接，前置运算放大器的模拟信号地端分别与两个面上的环形地线区连接，前置运算放大器的输入端连接感应片的信号输出；每个电极均设置在一个敞口的圆形金属屏蔽盒内，金属屏蔽盒固定在胸带相应的圆孔中，其敞口端暴露于胸带内侧，电极与人体直接对应的一面位于敞口端；

设置一心电采集主板，为双面PCB板，其中一面集成了前端模拟信号调理电路，包括仪表放大电路、滤波电路、二级放大电路以及右腿驱动电路；双面PCB板的另一面集成了以MSP430单片机为主控器的模数转换、定时采样以及蓝牙无线传输模块；2个电极的前置运算放大器的输出信号均连接仪表放大电路，仪表放大电路的输出分别连接滤波电路及右腿驱动电路，滤波电路的输出连接二级放大电路，二级放大电路的输出连接MSP430单片机，MSP430单片机的输出连接蓝牙无线传输模块，右腿驱动电路输出连接参考电极，心电采集主板放置在胸带外侧设置的口袋内。

2.根据权利要求1所述的基于非接触式电极的无线可穿戴式心电测量胸带，其特征是：每个非接触式电极输出与采集主板输入之间采用USB接口及数据线连接，金属屏蔽盒侧面设有相应的缺口。