CN203914907U - 穿戴式心电测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种穿戴式心电测量装置。其中，在第一采集专用袜的内表面上固定有用于采集心电信号的第一织物电极，第一织物电极通过第一连接带与第一柔性导联线固定连接，第一柔性导联线与所述心电采集电路连接；在第二采集专用袜的内表面上固定有用于采集心电信号的第二织物电极，第二织物电极通过第二连接带与第二柔性导联线固定连接，第二柔性导联线与心电采集电路连接；采集专用裤的外层和内衬之间的夹层内置有电极扣，采集专用裤的内衬的外表面安装有用于采集心电信号的第三电极，第三电极固定在所述电极扣上，电极扣通过第三导联线与心电采集电路连接。本实用新型提高了心电信号的采集稳定性和穿戴舒适性。

Description

穿戴式心电测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种穿戴式心电测量装置,用于长期实时穿戴测量人体心电信号，属于生理信号检测和医学仪器及设备领域。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人民生活水平的日益提高，健康问题开始越来越受到视，健康监护在社区和家庭中的重要性也愈发突出，这使得便携式、小型化的穿戴式生理信号测量装置有了极大的发展空间。而心电信号在众多生理信号中有举足轻重的地位，可用于指示人体的健康状况，受到广泛关注。

目前，常见的穿戴式心电/心率信号测量设备有：

1.胸带：如中国专利CN201020619342.9公开了一种低功耗心率监护系统，包括一用于信息采集的胸带，可以测量心率信号，能够有效的提前预警心脏病的发生。中国专利CN200920057253.7公开了一种新型心率监测器，包括有胸带式采集装置、显示装置，可以检测心电信号并进行无线收发。

2.腰带：如中国专利CN201020551751.X公开了一种腰带式无线心率检测装置，腰带内部固定设置有两电极，可以实时监控心率。

3.腕表：如中国专利CN201320136353.5公开了一种运动人体心率数据采集系统，它由佩戴在人体手腕部的采集发射装置、远程无线接收装置和上位机组成，采集发射装置中包括心率传感器，可以获得学生基本体质健康数据。中国专利CN201220571654.6公开了一种带有心率测量功能的多功能护腕，松紧护腕套的内表面上设置有脉搏传感器，便携方便，具有心率测量功能。中国专利CN201220498378.5公开了一种心率监测腕表，包括表体、表带和心率监测装置，在表体的两端上分别设有表带，心率监测装置设在表体内，能够实时地显示心率数字信号。

4.衣服：如中国专利CN200820045499.8公开了一种心率检测装置专用衣，专用衣设有用于固定所述心率检测装置的穿带孔，穿带孔位于专用衣前胸位置或前胸附近位置，心率检测装置松紧带与穿入、穿出在背心的穿带孔上，心率检测装置固定在背心上，紧贴使用者皮肤，可准确稳定检测心率信号。中国专利CN201020106237.5公开了一种可拆卸穿戴式心电采集服装，包括十个心电采集片，穿戴后可直接进行动态心电信号的实时采集。

上述专利文献公开的技术存在以下问题：1).中国专利CN201020619342.9、CN200920057253.7和CN201020551751.X所公开的技术是将测量装置安放在胸部/腰部。这样在使用者做出弯腰、转身等动作时，不可避免地会牵扯胸带/腰带，进而牵扯置于其中的传感器，容易造成电极脱落等情况，从而引入噪声，干扰了信号测量的稳定性和可靠性。2).中国专利CN201320136353.5、CN201220571654.6和CN201220498378.5所公开的技术是将测量装置安放在腕部。人在走路、跑步时，会不可避免地甩动手臂，从而连带其中的传感器一起运动，会引入较大的运动干扰，影响信号测量的准确性。3).中国专利CN200820045499.8公开的心率检测装置专用衣上的心率检测装置固定在背心上，虽然有较好的抗运动干扰能力，但由于紧贴使用者皮肤，在长期穿戴使用时仍存在着舒适性的问题。中国专利CN201020106237.5公开的可拆卸穿戴式心电采集服装，心电采集片的材料为金属或可导电生物结构材料，导线单独引出，采用的是屏蔽导线，由于十根引出导线分布广且触感较硬，在运动时又容易受到拉扯，这使得在穿戴衣物的过程中存在一定的异物感，造成不适。

由上可见，在穿戴式心电/心率测量装置的研究领域中，关键核心技术及实用新型创新主要表现在测量心电信号的穿戴式装置的穿戴舒适性和测量可靠性、稳定性上。对于穿戴式的心电信号测量装置，应着重关注穿戴式结构设计在保证使用者的穿戴舒适性、便利性的同时，又保证心电信号测量的准确性、可靠性，而目前的研究结果尚有部分的欠缺。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种穿戴舒适性高、穿着便利的，具有较强抗运动干扰能力、能够稳定测量的穿戴式心电测量装置。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：

本实用新型穿戴式心电测量装置包括第一采集专用袜、第二采集专用袜、采集专用裤、第一连接带、第二连接带、第一柔性导联线、第二柔性导联线和第三导联线；所述第一连接带和第二连接带均具有导电性，所述采集专用裤包括外层、内衬和置有心电采集电路的口袋；其中，在所述第一采集专用袜的内表面上固定有用于采集心电信号的第一织物电极，所述第一织物电极通过第一连接带与第一柔性导联线固定连接，所述第一柔性导联线与所述心电采集电路连接；在所述第二采集专用袜的内表面上固定有用于采集心电信号的第二织物电极，所述第二织物电极通过第二连接带与第二柔性导联线固定连接，所述第二柔性导联线与所述心电采集电路连接；采集专用裤的外层和内衬之间的夹层内置有电极扣，采集专用裤的内衬的外表面安装有用于采集心电信号的第三电极，所述第三电极固定在所述电极扣上，所述电极扣通过第三导联线与所述心电采集电路连接。

进一步地，本实用新型所述第一连接带和/或第二连接带包括外层和具有导电性的内衬，所述第一织物电极通过第一连接带的内衬与第一柔性导联线固定连接，所述第二织物电极通过第二连接带的内衬与第二柔性导联线固定连接。

进一步地，本实用新型所述第一连接带的外层将第一采集专用袜与采集专用裤的外层相连接起来，所述第二连接带的外层将第二采集专用袜与采集专用裤的外层相连接。

进一步地，本实用新型所述第一织物电极和第二织物电极位于能够各与一只脚的脚背、脚掌、脚踝三者中的任一者或任几者直接相接触的位置。

进一步地，本实用新型所述第一织物电极和第二织物电极能够各包裹一整只脚。

进一步地，本实用新型所述第三电极与右侧或左侧的肋骨末端剑突处于同一水平线上。

进一步地，本实用新型所述第三电极安装于所述采集专用裤的裤腰带所在的位置。

进一步地，本实用新型所述第一柔性导联线和第二柔性导联线置于采集专用裤的外层和内衬之间的夹层内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型装置将三个采集心电信号的电极分别固定在两只采集专用袜和采集专用裤的内衬（优选裤腰带）上，由于大多数人平常穿的袜子和裤腰带本身就有一定的弹性并紧贴皮肤，因此该结构的心电测量装置十分符合人们的日常穿着习惯，借助袜子和裤腰带自身的弹性，可保证心电测量电极紧密贴合于皮肤表面，不易脱落，具备较强的抗干扰能力。同时，采集电路置于口袋中，与心电测量电极分离，也进一步增强了抗运动干扰的性能。此外，这种符合人们日常穿着习惯的结构设计，也保证了使用者长期穿戴后不会产生不适感，提升了用户体验。

（2）由于将两个织物电极各固定在一只采集专用袜的内表面，使得使用者在穿上袜子后，织物电极便可有效包裹如脚背、脚掌和脚踝等的一个或多个位置甚至是整只脚，因此织物电极与脚部有较大的接触面积，加上位于采集专用裤上的第三电极，便可获得稳定、良好、可靠的心电信号。

（3）在本实用新型的穿戴式心电测量装置中，第一柔性导联线和第二柔性导联线是可导电的柔性材料，它（们）可放置在采集专用裤的外层和内衬之间的夹层内，这样可以避免使用普通屏蔽导联线在运动时易受到牵扯的缺陷，可以进一步提高抗干扰性能，使心电信号能够可靠有效地传输，同时，柔性导联线轻便、柔软可弯曲的特点也提升了穿戴的舒适性。

（4）本实用新型装置通过连接带将采集专用裤和采集专用袜相连，通过连接带的内衬的导电材料，将固定在采集专用袜上的织物电极与采集专用裤的夹层内的柔性导联线相连，确保心电信号的有效传输。连接带可以是夹子、魔术贴或者拉链，这样便于采集专用裤和采集专用袜之间的固定和分离，使用者可以较容易地更换、拆卸、洗涤。该装置降低用户成本，兼顾获取信号可靠性与使用者穿戴舒适性、便利性、经济性。

附图说明

图1是本实用新型穿戴式心电测量装置的结构示意图；

图2是本实用新型第一采集专用袜的截面示意图；

图3是本实用新型第二采集专用袜的截面示意图；

图4是本实用新型采集专用裤的截面示意图；

图5是本实用新型用于采集心电信号的第三电极、电极扣、第三导联线的安装剖面示意图；

图6是本实用新型第一连接带的连接示意图；

图7是本实用新型第二连接带的连接示意图；

图8是本实用新型心电采集电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步详细描述。

本实用新型穿戴式心电测量装置的结构如图1所示。穿戴式心电测量装置主要包括第一采集专用袜1、第二采集专用袜2、采集专用裤3、第一连接带4、第二连接带5、、第一柔性导联线3a、第二柔性导联线3b和第三导联线7b。

第一采集专用袜1和第二采集专用袜2分别穿于左、右脚上。第一采集专用袜1的内表面上固定有用于采集心电信号的第一织物电极1a，如图2所示。第一采集专用袜1优选采用具有一定弹性且透气的面料，可以是棉织与莱卡织品，良好的收缩弹性可使采集专用袜贴合于皮肤的表面，保证高质量地采集获取心电信号，其面料的透气性又保证了穿着的舒适性。第一织物电极1a的材料可以是可导电的织物或其他可导电的生物材料。第一织物电极1a可以通过缝制、粘贴等方式固定在第一采集专用袜1的内表面（即靠近皮肤的一面）上。第一织物电极1a位于能够与脚背、脚掌、脚踝三者中的任一者或任几者直接相接触的位置，优选第一织物电极1a紧密包裹整个脚背、脚掌和脚踝直至整只脚，由此使第一织物电极1a与脚部具有较大的接触面积以保证获得良好可靠的心电信号，也避免了使用传统Ag/AgCl电极易脱落、易受运动干扰的缺陷。

第二采集专用袜2的内表面上固定有用于采集心电信号的第二织物电极2a，如图3所示。第二采集专用袜2优选采用具有一定弹性且透气的面料，可以是棉织与莱卡织品，良好的收缩弹性可使采集专用袜贴合于皮肤表面，保证高质量地采集获取心电信号，其面料的透气性又保证了穿着的舒适性。第二织物电极2a的材料可以是可导电的织物或其他可导电的生物材料。第二织物电极2a可以通过缝制、粘贴等方式固定在第二采集专用袜2的内表面（即靠近皮肤的一面）上，第二织物电极2a位于能够与脚背、脚掌、脚踝三者中的任一者或任几者直接相接触的位置，优选第二织物电极2a紧密包裹整个脚背、脚掌和脚踝直至整只脚，由此使第二织物电极2a与脚具有较大的接触面积以保证良好可靠地获取心电信号，也避免了使用传统的Ag/AgCl电极易脱落、易受运动干扰的缺陷。

第一采集专用袜1和第二采集专用袜2可以代替人们日常穿着的普通袜子，兼顾了穿着和测量的需求，一举两得。由于使用了第一织物电极和第二织物电极，因而无需额外粘贴传统Ag/AgCl电极，极大地提高了穿戴的便利性。

如图1和图4所示，采集专用裤3包括置有心电采集电路的口袋6、外层7c和内衬7d。采集专用裤3的外层7c和内衬7d优选具有一定的弹性的面料，采集专用裤3的外层7c和内衬7d的材料可以是棉、涤纶、莱卡等面料，对人体皮肤无刺激性，具有一定的弹性。采集专用裤3在外层7c和内衬7d之间形成一个夹层7e，可将用于传输心电信号的第一柔性导联线3a和第二柔性导联线3b置于夹层7e内，这样可以避免使用普通屏蔽导联线在运动时易受到牵扯的缺陷，从而进一步提高抗干扰性能，使心电信号能够可靠有效地传输。第一柔性导联线3a和第二柔性导联线3b均与口袋6中的心电采集电路相连接。第一柔性导联线3a和第二柔性导联线3b的材料可以是金属丝编织物、可导电的织物或其他可导电的生物材料，保证心电信号的良好传输，同时其柔性、可弯折、可延伸等特性，让使用者在进行测量过程中没有束缚感。

参见图5，在采集专用裤3的外层7c和内衬7d之间的夹层7e内，还置有电极扣7，并在内衬7d的外表面（即内衬贴皮肤的一面）安装用于采集心电信号的第三电极7a。第三电极7a扣在对应的电极扣7上。进一步地，电极扣7通过第三导联线7b与心电采集电路连接。电极扣7将第三电极7a采集测量得到的心电信号传导至第三导联线7b处，第三导联线7b将采集得到的心电信号最终传输到心电采集电路。电极扣7的材料可以为导电金属材料，形状通常可为圆形或者方形。第三电极7a的类型可由使用者自主选择市面上经过认证的一次性电极或者具有良好性能的织物电极、金属电极等。第三导联线7b可以是柔性织物材料的导线或普通的屏蔽导线，用户可自由选择，提升使用者的体验。第三电极7a可以通过电极扣7安装在与右侧或者左侧肋骨末端剑突处于同一水平线的位置。第三电极7a配合第一织物电极1a和第二织物电极2a，可以协同采集心电信号，其中，第一织物电极1a和第二织物电极2a作为采集心电信号的工作电极，第三电极7a作为采集心电信号的参考电极。

如图6所示，第一连接带4包括外层4b和具有导电性的内衬4a，第一采集专用袜1和采集专用裤3之间通过第一连接带4固定连接。第一连接带4的外层4b可以是夹子、拉链、魔术贴等材料；第一连接带4的内衬4a可以是可导电的织物或其他可导电的生物材料。具体地，可通过第一连接带4的外层4b将第一采集专用袜1与采集专用裤3的外层7c相连接，当然，第一采集专用袜1与采集专用裤3的外层7c也可不必连接；此外，通过第一连接带4的内衬4a可将第一织物电极1a与第一柔性导联线3a进行电连接，保证心电信号的有效传输。

如图7所示，第二连接带5包括外层5b和具有导电性的内衬5a，第二采集专用袜2和采集专用裤3之间通过第二连接带5固定连接。第二连接带5的外层5b可以是夹子、拉链、魔术贴等材料；第二连接带5的内衬5a可以是可导电的织物或其他可导电的生物材料。可通过第二连接带5的外层5b将第二采集专用袜2的外层2b与采集专用裤3的外层7c相连接，同样，第二采集专用袜2的外层2b与采集专用裤3的外层7c也可不必连接；通过第二连接带5的内衬5a可将第二织物电极2a与第二柔性导联线3b进行电连接，保证心电信号的有效传输。

通过第一连接带4和第二连接带5，可以实现第一采集专用袜1、第二采集专用袜2和采集专用裤3的连接和分离，方便使用者进行更换、拆卸、洗涤，降低用户成本，兼顾获取信号可靠性与使用者穿戴舒适性、便利性、经济性。

如图1所示，第一柔性导联线3a、第二柔性导联线3b和第三导联线7b可汇集到导线集合处8，然后再从采集专用裤3的外层7c上所开的一开孔9中引出，最终连接到口袋6中的心电采集电路。口袋6可以位于人体的左侧或右侧。

上述各电极采集的人体心电信号经过口袋6中的心电采集电路进行处理。

图8示出了一种简单的心电采集电路的原理图。如图8所示，信号端L1和信号端L2分别与仪表运算放大器A1的两个输入端相连，电阻R2与电阻R3串联后与电阻R1并联，该电阻R1、电阻R2和电阻R3与仪表运算放大器A1的增益调节端相连接；电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C2和电容C3与运算放大器A2a共同构成一个二阶低通滤波器，电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C4和电容C5与运算放大器A2b共同构成一个二阶高通滤波器，该二阶低通滤波器和二阶高通滤波器共同构成了一个二阶巴特沃斯带通滤波电路；仪表运算放大器A1的输出端通过该二阶巴特沃斯带通滤波电路与微处理器U1的A/D模块相连接；电容C1与电阻R5串联后与电阻R4并联，该电容C1、电阻R4和电阻R5与运算放大器A3的反向输入端和输出端相连，运算放大器A3的正向输入端接地，运算放大器A3的输出端通过电阻R6接信号端L3。

信号端L1、信号端L2分别对应地连接第一柔性导联线3a、第二柔性导联线3b，信号端L3连接第三导联线7b。信号端L1和信号端L2将采集得到的心电信号传入仪表运算放大器A1进行第一级放大处理，同时从仪表运算放大器A1取出共模信号，通过运算放大器A3传输给信号端L3，用于抑制共模干扰。电阻R6用于限流以保证使用的安全性。图8中的仪表运算放大器A1可以选用高密度集成IC芯片，如Analog Device公司的AD620，它是一款低成品、高精度的仪表运算放大器，可以有效放大采集得到的心电信号。图8中的运算放大器A3用于抑制信号的共模干扰，运算放大器A3可以选用Analog Device公司的OP07集成运算放大器。

第一织物电极、第二织物电极和第三电极所采集得到的心电信号经过仪表运算放大器A1进行第一级放大处理后，还需要进行第二级放大和滤波处理。图8中的双运算放大器A2（由运算放大器A2a和运算放大器A2b组成）可以选用德州仪器（TI）公司的OPA2336双运算放大器，配合外围电阻、电容构成二阶巴特沃斯带通滤波电路，用于对经第一级放大处理后的心电信号作第二级放大和滤波处理，进而得到去除噪声的、信号特征明显的心电信号。图8中的微处理器U1，可以选用德州仪器（TI）公司的超低功耗单片机MSP430F2617。由微处理器U1的A/D模块实现第二级放大和滤波处理后的心电信号的模拟/数字转换，再由微处理器U1的控制模块进行如波峰检测、特征值提取等的信号处理，最终通过低功耗无线收发模块（如Chipcon As公司的CC2420射频收发器）将处理后的心电信号传输至远程的终端，此终端可以是手持式设备或者计算机、服务器等，可以用于心电信号的统计、分析，显示和报警等。

本实用新型克服了现有技术的不足，通过新颖的穿戴式结构设计，提高了心电信号的采集稳定性和穿戴舒适性。

Claims (8)

1.一种穿戴式心电测量装置，其特征在于：包括第一采集专用袜、第二采集专用袜、采集专用裤、第一连接带、第二连接带、第一柔性导联线、第二柔性导联线和第三导联线；所述第一连接带和第二连接带均具有导电性，所述采集专用裤包括外层、内衬和置有心电采集电路的口袋；在所述第一采集专用袜的内表面上固定有用于采集心电信号的第一织物电极，所述第一织物电极通过第一连接带与第一柔性导联线固定连接，所述第一柔性导联线与所述心电采集电路连接；在所述第二采集专用袜的内表面上固定有用于采集心电信号的第二织物电极，所述第二织物电极通过第二连接带与第二柔性导联线固定连接，所述第二柔性导联线与所述心电采集电路连接；采集专用裤的外层和内衬之间的夹层内置有电极扣，采集专用裤的内衬的外表面安装有用于采集心电信号的第三电极，所述第三电极固定在所述电极扣上，所述电极扣通过第三导联线与所述心电采集电路连接。

2.根据权利要求1所述的穿戴式心电测量装置，其特征在于：所述第一连接带和/或第二连接带包括外层和具有导电性的内衬，所述第一织物电极通过第一连接带的内衬与第一柔性导联线固定连接，所述第二织物电极通过第二连接带的内衬与第二柔性导联线固定连接。

3.根据权利要求2所述的穿戴式心电测量装置，其特征在于：所述第一连接带的外层将第一采集专用袜与采集专用裤的外层相连接起来，所述第二连接带的外层将第二采集专用袜与采集专用裤的外层相连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的穿戴式心电测量装置，其特征在于：所述第一织物电极和第二织物电极位于能够各与一只脚的脚背、脚掌、脚踝三者中的任一者或任几者直接相接触的位置。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的穿戴式心电测量装置，其特征在于：所述第一织物电极和第二织物电极能够各包裹一整只脚。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的穿戴式心电测量装置，其特征在于：所述第三电极与右侧或左侧的肋骨末端剑突处于同一水平线上。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的穿戴式心电测量装置，其特征在于：所述第三电极安装于所述采集专用裤的裤腰带所在的位置。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的穿戴式心电测量装置，其特征在于：所述第一柔性导联线和第二柔性导联线置于采集专用裤的外层和内衬之间的夹层内。