CN206534637U - 感应式心电测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种感应式心电测量装置，其特征在于，包括：电势场传感器、前端滤波放大单元、前端模数转换单元、数字处理单元、前端数模转换单元、外部电阻网络、后端滤波放大单元、后端模数转换单元和主控制器。使用感应式心电测量装置，不用黏贴Ag/AgCl电极；心电探头中的电势场传感器输出的初始心电信号经前端滤波放大、数字处理和外部电阻网络进行分压，继而通过后级的电路提取出有效信号。其中外部电阻网络模拟人体四肢阻抗，能够提高心电的输入阻抗，具有更高的共模抑制比，抗干扰能力也更强。

Description

感应式心电测量装置

技术领域

本实用新型涉及医疗设备领域，特别涉及基于体表空间电势的心电测量设备。

背景技术

心电是表征健康状况的重要指标，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。传统的心电测量是将Ag/AgCl电极黏贴于病人的身体上，用导联线连接电极和检测仪器，通过放大、滤波以后进行显示和打印，作为医生对病人病情的诊断的依据。但有些病人并不适合黏贴电极，比如说新生儿、烧伤病人等，会对监测对象和医生产生麻烦。

对比文件(CN201220073456.7)公开了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。但是还存在信号处理过程复杂，容易受到杂波干扰等问题。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供感应式心电测量装置，其能解决传统的心电测量需要将Ag/AgCl电极黏贴于病人身体上，现有的基于体表空间电势的心电测量设备信号处理过程复杂，极板容易受湿度、灰尘等影响，模数转换精度差的问题。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

一种感应式心电测量装置，包括：

电势场传感器，用于输出初始心电信号；

前端滤波放大单元，用于对所述初始心电信号进行前端滤波放大；

前端模数转换单元，用于将前端滤波放大后的初始心电信号转换为前端数字心电信号；

数字处理单元，用于对所述前端数字心电信号进行数字信号处理；

前端数模转换单元，用于将数字信号处理后的前端数字心电信号转换为前端模拟心电信号；

外部电阻网络，用于对所述前端模拟心电信号进行分压，得到肢体心电信号；

后端滤波放大单元，用于对所述肢体心电信号进行后端滤波放大，得到后端模拟心电信号；

后端模数转换单元，用于将所述后端模拟心电信号转换为后端数字心电信号；

主控制器，用于对所述后端数字心电信号进行处理，得到心电参数。

优选的,所述感应式心电测量装置还包括反馈单元，所述反馈单元将前端滤波放大后的初始心电信号差分放大，作为用作心电参考电位的反馈信号。

优选的所述后端滤波放大单元包括滤波部件、放大部件、差分部件、再滤波部件和再放大部件，所述滤波部件、放大部件、差分部件、再滤波部件和再放大部件依次电连接。

优选的,所述数字处理单元包括数字滤波部件和数字差分部件，所述数字滤波部件和数字差分部件电连接。

优选的,所述感应式心电测量装置还包括:

第一模拟开关，用于切换所述电势场传感器，所述第一模拟开关电连接所述电势场传感器以及前端滤波放大单元。

第二模拟开关，用于选择前端模拟心电信号对应的外部电阻网络端口，所述第二模拟开关电连接所述前端数模转换单元以及外部电阻网络。

优选的，所述电势场传感器安装于心电探头上，所述心电探头包括基板和用于检测心电探头是否脱落的脱落检测传感器，所述脱落检测传感器位于所述基板用于检测的一侧，所述脱落检测传感器与所述感应式心电测量装置电连接。

优选的，所述脱落检测传感器包括光电传感器，所述光电传感器包括红外发射管和红外接收管，所述红外发射管和红外接收管相对设置。

优选的，所述脱落检测传感器包括人体红外热释电传感器，所述人体红外热释电传感器包括两个互相串联或并联的热释电元，两个热释电元的电极化方向相反。

优选的，所述电势场传感器为EPIC传感器或电场传感器。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：使用感应式心电测量装置，不用黏贴Ag/AgCl电极，直接或隔着衣物接触皮肤即可很方便地进行心电检测；心电探头中的电势场传感器输出的初始心电信号经前端滤波放大、数字处理和外部电阻网络进行分压，继而通过后级的电路提取出有效信号。其中外部电阻网络模拟人体四肢阻抗，能够提高心电的输入阻抗，具有更高的共模抑制比，抗干扰能力也更强。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的感应式心电测量装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的感应式心电测量装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例三提供的心电探头的结构示意图。

图4是本实用新型实施例四提供的心电探头的结构示意图。

图5是图4的使用示意图。

具体实施方式

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

实施例一：

如图1所示的感应式心电测量装置，包括：

电势场传感器101，用于输出初始心电信号；

前端滤波放大单元102，用于对初始心电信号进行前端滤波放大；

前端模数转换单元103，用于将前端滤波放大后的初始心电信号转换为前端数字心电信号；

数字处理单元104，用于对前端数字心电信号进行数字处理；

前端数模转换单元105，用于将数字处理后的前端数字心电信号转换为前端模拟心电信号；

外部电阻网络106，用于对前端模拟心电信号进行分压，得到肢体心电信号；

后端滤波放大单元107，用于对肢体心电信号进行后端滤波放大，得到后端模拟心电信号；

后端模数转换单元108，用于将后端模拟心电信号转换为后端数字心电信号；

主控制器109，用于对后端数字心电信号进行处理，得到心电参数。

电势场传感器101可以设置在心电探头上，也可以安装于病床或椅子的对应位置处。电势场传感器101可以实现让心电图测量变得很简单，无需很多导线缠绕、无需躺在专用的病床上、也无需在皮肤上涂抹导电液，只需要用电势场传感器101隔着介质(例如衣服，棉布，纱布等)测量空间中交流信号即可。检测信号频率范围从0.05Hz到200MHz不等，频率范围控制可以通过编程调整，传感器输出信号为方波信号，带宽从0.5～40Hz。

一种实现方式是，可编程片上系统(PSOC)内部集成的高精度模拟器件(包括前端滤波放大单元102)将微弱的电势场信号转换成电压信号，此时的电压信号噪声很大，经过前端模数转换单元103 和数字处理单元104(典型的为单片机或DSP)处理后，电压信号(或人体生理电信号)有了一定的锥形，前端数模转换单元105将数字信号转换成模拟信号。外部电阻网络106的设计模拟的是人体四肢的阻抗原理，就好比前端数模转换单元105输出人体的心脏活动对应的微弱的心电信号，心电信号经过外部电阻网络106(好比人的肢体阻抗)，即产生差异的电压差，有了人体电信号的压差，后级的模拟硬件电路可以更有效地提取出有用信号。

实施例二：

如图2所示的感应式心电测量装置，201-209依次对应于实施例一中的101-109，其中202包括滤波器和放大器。

后端滤波放大单元207包括滤波部件2071、放大部件2072、差分部件2073、再滤波部件2074和再放大部件2075，滤波部件2071、放大部件2072、差分部件2073、再滤波部件2074和再放大部件2075 依次电连接。后端滤波放大单元207可以是分立元件构成，模拟硬件电路对外部电阻网络206输入的信号进行滤波、放大、差分、再滤波、再放大等一系列的调理电路后再由后端模数转换单元208采样，完成模拟信号的提取过程。心电信号经过主控制器209的滤波算法，增益控制算法，心电信号QRS波提取算法，心率计算算法等处理后，输出心电波形信号和心率值等参数。感应式心电测量装置还包括交互单元210，包括显示器、打印机和键盘等输出、输入装置，交互单元典型的为监护仪上位机。

数字处理单元204包括数字滤波部件和数字差分部件，数字滤波部件和数字差分部件电连接。

感应式心电测量装置还包括反馈单元2022，反馈单元2022将前端滤波放大后的初始心电信号差分放大，作为用作心电参考电位的反馈信号。

感应式心电测量装置还包括第一模拟开关2011，用于切换电势场传感器201，第一模拟开关2011电连接于电势场传感器201以及前端滤波放大单元202。

第二模拟开关2061，用于选择前端模拟心电信号对应的外部电阻网络206的端口，第二模拟开关2061电连接于前端数模转换单元 205以及外部电阻网络206。

第一模拟开关2011与第二模拟开关2061可以实现选择感应式心电测量装置要所处理的对应的电势场传感器201的心电信号。优选的，感应式心电测量装置包括3个、4个、5个、7个或10个电势场传感器201，用于测试不同位置的电位信号，实现多导联心电参数。包含3个电势场传感器201时，电势场传感器201分别安装于左臂(LA)、右臂(RA)和左腿(LL)，测量LA和RA、LL和RA 及LL和LA两点间的电位差分别称为标准I、II、III导联。反馈单元2022输出的反馈信号作为心电参考电位，相当于传统的右腿驱动电路。优选的反馈单元2022输出反馈信号给导电布，人坐在导电布上可以消除静电等因素的干扰。数字处理单元204可以调节反馈单元2022中放大器的增益。另一种情形是，右腿上也安装一个电势场传感器201，也就是说感应式心电测量装置包括4个电势场传感器 201。

实施例三：

如图3所示的心电探头，用于为心电装置提供心电信号。包括基板10和电势场传感器12，电势场传感器12位于基板10用于检测的一侧，电势场传感器可以为EPIC传感器或电场传感器；还包括用于检测心电探头是否脱落的脱落检测传感器11，脱落检测传感器 11位于基板10用于检测的一侧。在本实施例中，脱落检测传感器 11为光电传感器，光电传感器包括红外发射管111和红外接收管 112，红外发射管111和红外接收管112相对设置。脱落检测传感器 11和电势场传感器12的供电和信号均经心电探头的连接线引出连接到感应式心电测量装置上。

光电传感器采用反射式原理，即红外发射管111和红外接收管 112在同一平面成对设置，主控电路(图未示)根据信号调制原理控制红外发射管111发射出特定光信号，当探头正面有异物(如人体皮肤)遮挡时，红外发射管111发射出来的光信号将被反射回来到光电传感器的方向，红外接收管112则吸收反射回来的光线，经光电转换电路后，输出相对应的电压幅值。而遮挡物与光电传感器之间的距离远近的判断，可以经过一定次数的实验总结出电压幅值与距离的关系得到。

当红外接收管112接收不到信号或光信号太弱时，可以相应的判定探头脱落或探头离皮肤太远。

实施例四：

如图4和5所示的心电探头，包括基板20和电势场传感器22，电势场传感器22位于基板20用于检测的一侧，还包括用于检测心电探头是否脱落的脱落检测传感器21和23，脱落检测传感器21和 23位于基板10用于检测的一侧。其中脱落检测传感器21为光电传感器，光电传感器包括红外发射管211和红外接收管212，红外发射管211和红外接收管212相对设置；脱落检测传感器23为人体红外热释电传感器，人体红外热释电传感器包括两个互相串联或并联的热释电元231，两个热释电元231的电极化方向相反。脱落检测传感器21和23、电势场传感器22的供电和信号均经心电探头的连接线引出连接到心电监测仪器上。

人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10 微米左右的红外线，人体红外热释电传感器就是靠探测人体发射的 10微米左右的红外线而进行工作的。人体红外热释电传感器包含两个互相串联或并联的热释电元231，而且其电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使环境背景产生的释电效应相互抵消，于是人体红外热释电传感器无信号输出。但是当人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元231接收，两片热释电元231接收到的热释电经信号处理而输出特定信号。同时，人体红外热释电传感器也可以输出相对应的人体体温温度值，即可判断心电探头是否脱落。

如果人体红外热释电传感器接收不到人体发出的波长10微米左右的红外线，或检测到的温度不在人体体温范围内，则处理电路判断为探头脱落。当然，心电探头只可以只包括脱落检测传感器22 而不包括脱落检测传感器21，即心电探头包括光电传感器和人体红外热释电传感器中的一种或两种。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种感应式心电测量装置，其特征在于，包括：

电势场传感器，用于输出初始心电信号；

前端滤波放大单元，用于对所述初始心电信号进行前端滤波放大；

前端模数转换单元，用于将前端滤波放大后的初始心电信号转换为前端数字心电信号；

数字处理单元，用于对所述前端数字心电信号进行数字信号处理；

前端数模转换单元，用于将数字信号处理后的前端数字心电信号转换为前端模拟心电信号；

外部电阻网络，用于对所述前端模拟心电信号进行分压，得到肢体心电信号；

后端滤波放大单元，用于对所述肢体心电信号进行后端滤波放大，得到后端模拟心电信号；

后端模数转换单元，用于将所述后端模拟心电信号转换为后端数字心电信号；

主控制器，用于对所述后端数字心电信号进行处理，得到心电参数。

2.如权利要求1所述的感应式心电测量装置，其特征在于：还包括反馈单元，所述反馈单元将前端滤波放大后的初始心电信号差分放大，作为用作心电参考电位的反馈信号。

3.如权利要求1所述的感应式心电测量装置，其特征在于：所述后端滤波放大单元包括滤波部件、放大部件、差分部件、再滤波部件和再放大部件，所述滤波部件、放大部件、差分部件、再滤波部件和再放大部件依次电连接。

4.如权利要求1所述的感应式心电测量装置，其特征在于：所述数字处理单元包括数字滤波部件和数字差分部件，所述数字滤波部件和数字差分部件电连接。

5.如权利要求1所述的感应式心电测量装置，其特征在于，还包括：

第一模拟开关，用于切换所述电势场传感器，所述第一模拟开关电连接所述电势场传感器以及前端滤波放大单元；

第二模拟开关，用于选择前端模拟心电信号对应的外部电阻网络端口，所述第二模拟开关电连接所述前端数模转换单元以及外部电阻网络。

6.如权利要求1所述的感应式心电测量装置，其特征在于：所述电势场传感器安装于心电探头上，所述心电探头包括基板和用于检测心电探头是否脱落的脱落检测传感器，所述脱落检测传感器位于所述基板用于检测的一侧，所述脱落检测传感器与所述感应式心电测量装置电连接。

7.如权利要求6所述的感应式心电测量装置，其特征在于：所述脱落检测传感器包括光电传感器，所述光电传感器包括红外发射管和红外接收管，所述红外发射管和红外接收管相对设置。

8.如权利要求6所述的感应式心电测量装置，其特征在于：所述脱落检测传感器包括人体红外热释电传感器，所述人体红外热释电传感器包括两个互相串联或并联的热释电元，两个热释电元的电极化方向相反。

9.如权利要求1-8中任一项所述的感应式心电测量装置，其特征在于：所述电势场传感器为EPIC传感器或电场传感器。