CN206659800U - 心电信号采集装置及心电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种心电信号采集装置及心电设备，其中，心电信号采集装置包括：金属电极，用于采集并输出第一心电信号；心电导联线，用于采集并输出第二心电信号；以及依次连接的信号通道切换模块、信号调制模块和信号转换模块，其中，所述信号通道切换模块分别与所述金属电极和所述心电导联线的输出端相连接，用以导通所述金属电极或心电导联线；所述信号调制模块将所述第一心电信号或者第二心电信号调制成调频信号，所述信号转换模块将所述调频信号转换成声波信号，并输出所述声波信号。本实用新型实施例的心电信号采集装置及心电设备，通过自动切换的方式导通金属电极或心电导联线，方便、高效和准确地实现心电信号的采集。

Description

心电信号采集装置及心电设备

技术领域

本实用新型涉及数据传输领域，尤其涉及一种心电信号采集装置及心电设备。

背景技术

随着人们对健康关注度的提高，越来越多的便携式心电设备走入家庭。便携式心电设备是一种便于用户在家中进行心脏检查的设备。通常，心电设备使用心电导联线或者金属电极采集心电信号，并通过蓝牙方式进行信号传输。

其中，采用心电导联线采集心电信号的方式，需要与心电导联线扣接心电电极片，由于心电电极片仅能一次性使用，实现成本高。采用金属电极采集心电信号的方式，便于采集Ⅰ导联信号，然而难以采集Ⅱ导联信号或其他导联信号，特别的，对于身材瘦的使用者，由于其Ⅰ导联信号比较弱，使用金属电极采集的心电信号效果较差，心电信号采集的适应性差。进一步的，由于心电信号的数据量较大，在传输过程中蓝牙一直处于数据发送状态，功耗高；同时，目前蓝牙技术配对繁琐且易丢包，数据传输的效率低、准确性差。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种心电信号采集装置及心电设备，以实现通过自动切换的方式导通金属电极或心电导联线，方便、高效和准确地实现心电信号的采集。

为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供了一种心电信号采集装置，包括：金属电极，用于采集并输出第一心电信号；心电导联线，用于采集并输出第二心电信号；以及依次连接的信号通道切换模块、信号调制模块和信号转换模块，其中，所述信号通道切换模块分别与所述金属电极和所述心电导联线的输出端相连接，用以导通所述金属电极或心电导联线；所述信号调制模块将所述第一心电信号或者第二心电信号调制成调频信号，所述信号转换模块将所述调频信号转换成声波信号，并输出所述声波信号。

优选地，所述信号通道切换模块包括：依次连接的自动唤醒电路、信号通道切换电路和开关电路，其中，所述自动唤醒电路的输入端分别与所述金属电极和心电导联线相连，用于接收所述金属电极或心电导联线的使用信号，所述自动唤醒电路的输出端与所述信号通道切换电路的输入端相连，用于产生第一切换信号或者第二切换信号；所述信号通道切换电路的输出端与所述开关电路相连，根据所述第一切换信号导通所述金属电极或者根据所述第二切换信号导通所述心电导联线。

优选地，所述自动唤醒电路包括：第一自动唤醒电路和第二自动唤醒电路，所述第一自动唤醒电路或所述第二自动唤醒电路包括依次连接的电压监测子电路和电压比较子电路，其中，

所述电压监测子电路用于以监测所述金属电极或心电导联线的输出电压；

所述电压比较子电路用于当所述输出电压小于预设的第一电压阈值时，生成所述使用信号。

优选地，所述开关电路包括第一开关和第二开关，其中，所述第一开关用于根据所述第一切换信号导通所述金属电极；所述第二开关用于根据所述第二切换信号导通所述心电导联线。

优选地，所述信号通道切换模块还包括：

导联线检测电路，用于对所述导联线是否插入所述装置进行检测，并输出心电导联线检测信号；

所述信号通道切换电路包括第一与门、第二与门和反相器；其中，所述第一与门的两个输入端分别与所述第一自动唤醒电路、心电导联线检测电路相连接，所述反相器的输入端与所述心电导联线检测电路相连接，所述第二与门的两个输入端分别与所述反相器的输出端、所述第二自动唤醒电路相连接，所述第一与门的输出端与所述第一开关相连接，所述第二与门的输出端与所述第二开关相连接；当未检测到所述心电导联线插入所述装置时，根据所述心电导联线检测信号和所述金属电极的使用信号产生第一切换信号；当检测到所述心电导联线插入所述装置时，根据所述心电导联线检测信号和所述心电导联线的使用信号产生第二切换信号。

优选地，所述装置还包括：信号处理模块，对采集到的心电信号进行滤波放大处理。

优选地，所述装置还包括：切换开关、电池模块和电池电量检测模块，

所述切换开关是单刀双掷开关，分别与所述信号调制模块、直流电源和所述信号处理模块相连接；

所述电池模块分别与所述自动唤醒电路相连接，为其供电；

所述电池电量检测模块与所述电池模块相连接，用于监测所述电池模块的电压，当所述电池模块的电压大于预设的第二电压阈值时，控制所述切换开关与所述信号处理模块相连接，当所述电池模块的电压小于预设的第三电压阈值时，控制所述切换开关与所述直流电源相连接。

优选地，所述信号通道切换电路还包括或门，所述或门的两个输入端分别与所述第一与门的输出端、所述第二与门的输出端相连接，

所述装置还包括：电源管理单元，与所述或门的输出端相连接，用于在产生第一切换信号或者第二切换信号后，为所述装置供电。

优选地，所述装置还包括：第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器分别与所述金属电极、所述开关电路相连接，所述第二电压跟随器分别与所述心电导联线、所述开关电路相连接。

本实用新型的实施例还提供了一种心电设备，包括：智能终端以及如上述实施例所述的心电信号采集装置，所述心电信号采集装置的输出端与所述智能终端相连，所述智能终端接收所述心电信号采集装置输出的声波信号。

本实用新型实施例提供的心电信号采集装置及心电设备，通过信号通道切换模块采用自动切换的方式以导通金属电极或心电导联线，实现了在同一设备上使用金属电极和心电导联线，将采集到的心电信号调制成调频信号，最终将调频信号转换成声波信号并输出，从而降低了功耗。

附图说明

图1是示出本实用新型实施例一的心电信号采集装置的逻辑框图；

图2是示出本实用新型实施例一的信号通道切换模块的逻辑框图；

图3是示出本实用新型实施例一的第一自动唤醒电路的电路结构示意图；

图4是示出本实用新型实施例一的心电导联线检测电路的电路结构示意图；

图5是示出本实用新型实施例一的信号通道切换模块的电路结构示意图；

图6是示出本实用新型实施例一的切换开关的示例性示意图；

图7是示出本实用新型实施例二的心电设备的示例性示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例心电信号采集装置及心电设备进行详细描述。

实施例一

图1是示出本实用新型实施例一的心电信号采集装置的逻辑框图。参照图1，所述心电信号采集装置包括金属电极110、心电导联线120，以及依次连接的信号通道切换模块130、信号调制模块140和信号转换模块150。

金属电极110用于采集并输出第一心电信号。

心电导联线120用于采集并输出第二心电信号。

以及依次连接的信号通道切换模块130、信号调制模块140和信号转换模块150，其中，所述信号通道切换模块130分别与所述金属电极110和所述心电导联线120的输出端相连接，用以导通所述金属电极110或心电导联线120；所述信号调制模块140将所述第一心电信号或者第二心电信号调制成调频信号，所述信号转换模块150将所述调频信号转换成声波信号，并输出所述声波信号。

根据本实用新型的示例性实施例，所述信号通道切换模块130可包括：依次连接的自动唤醒电路、信号通道切换电路和开关电路，其中，所述自动唤醒电路的输入端分别与所述金属电极和心电导联线相连，用于接收所述金属电极或心电导联线的使用信号，所述自动唤醒电路的输出端与所述信号通道切换电路的输入端相连，用于产生第一切换信号或者第二切换信号；所述信号通道切换电路的输出端与所述开关电路相连，根据所述第一切换信号导通所述金属电极或者根据所述第二切换信号导通所述心电导联线。

图2是示出本实用新型实施例一的心电信号采集装置中信号通道切换模块的逻辑框图。参照图2。其中，所述自动唤醒电路可包括：第一自动唤醒电路220和第二自动唤醒电路230，所述第一自动唤醒电路220或所述第二自动唤醒电路230可以包括：依次连接的电压监测子电路和电压比较子电路，其中，所述电压监测子电路用于以监测所述金属电极或心电导联线的输出电压；所述电压比较子电路用于当所述输出电压小于预设的第一电压阈值时，生成所述使用信号。

具体地，由于无论是自动唤醒金属电极还是自动唤醒心电导联线，均可使用相同的电路结构实现。下面仅以第一自动唤醒电路为例进行详细说明。

图3是示出本实用新型实施例一的第一自动唤醒电路的电路结构示意图。参照图3，针对上述第一电压监测子电路和第一电压比较子电路，图3示出了具体的电路结构。参照图2，需要说明的是，电极信号通道包括RA信号通道和LA信号通道。第一电压监测子电路可包括电阻R1和电阻R2，电阻R1的一端与电源电压VCC相连接，电阻R1的另一端与RA信号通道相连接，电阻R2的一端与LA信号通道相连接，电阻R2的另一端接地。

这里，电阻R1相当于一个上拉电阻，电阻R2相当于一个下拉电阻。电阻R1和电阻R2的阻值相等，且大于5.1MΩ。下面对电路中所说的“上拉”和“下拉”进行一下解释，“上拉”就是将信号通过一个电阻钳位在高电平，电阻同时起限流作用。同理，“下拉”就是将信号通过一个电阻钳位在低电平。对应于本实施例，即是将RA信号通道通过电阻R1接VCC，将LA信号通道通过电阻R2接地。

同样参照图3，第一电压比较子电路可包括：电压比较器、分压电阻R3和分压电阻R4，分压电阻R3的一端与电源电压VCC相连接，分压电阻R3的另一端分别与分压电阻R4的一端以及所述电压比较器相连接，分压电阻R4的另一端接地。在具体的实现方式中，电压比较器通常可选用例如ST公司的TS881芯片、MAXIM公司的MAX9060芯片等，这些芯片的工作电流典型值为1uA左右，具体依芯片厂商的不同，芯片的工作电流有所不同。

需要说明的是，通过分压电阻R3和分压电阻R4可设置第一电压比较子电路的电压阈值。Vin为第一电压比较子电路的输入，Vout为第一电压比较子电路的输出。此外，为了保证心电信号采集通道的输入阻抗，并降低电压比较器芯片偏置电流的影响，增加电压跟随器串联于第一电压监测子电路和第一电压比较子电路之间。电压跟随器与电压比较器芯片的反相输入端IN-相连，电压比较器芯片的正相输入端IN+的电压Vref可通过分压电阻R3和分压电阻R4来调整，假设第一分压电阻为R1，第二分压电阻为R2，那么Vref＝R4/(R3+R4)。为了保证电路功耗较低，R3、R4的值一般取在2MΩ以上。若第一电压比较子电路预设的电压阈值为2/3Vcc左右，R3可取5.1MΩ，R4可取10MΩ。

在实际应用中，当使用者的双手与金属电极片接触(或心电电极片贴在使用者的身上)以后，相当于图3中RA信号通道的线路和LA信号通道的线路导通，图3中箭头指向的O点处的电压会降到0.5VCC左右，与电压比较电路的预设的电压阈值为2/3VCC比较，O点处的电压小于预设的电压阈值，电压比较电路就会输出高电平(如唤醒信号)，电源管理芯片接收到高电平，从而输出电源电压给心电设备其他部分供电。实现了心电设备自动开机采集使用者的心电信号。

另外，若使用者的双手与金属电极片未接触，图3中箭头指向的O点处的电压被上拉至VCC，与电压比较电路的预设的电压阈值为2/3VCC比较，O点处的电压大于预设的电压阈值，电压比较电路就会输出低电平，即未接收到金属电极的使用信号，电源管理芯片接收到低电平不对心电设备供电。

在本实施中，优选地，所述开关电路可以包括第一开关250和第二开关260，其中，所述第一开关250用于根据所述第一切换信号导通所述金属电极；所述第二开关260用于根据所述第二切换信号导通所述心电导联线。从而兼顾了两种心电信号采集方式的优势，其中，金属电极可长期反复使用，在Ⅰ导联心电信号较弱的时候，可使用心电导联线采集Ⅱ导联心电信号。本领域技术人员可以理解得，所述开关电路还可以是单刀双掷开关，用于以根据第一切换信号导通或第二切换信号相应地导通金属电极或者心电导联线。

进一步地，所述信号通道切换模块130还可以包括：导联线检测电路240用于对所述导联线是否插入所述装置进行检测，并输出心电导联线检测信号。

在前述金属电极或心电导联线之间实现自动切换的基础上，心电导联线的优先级为高。具体地，图5是示出本实用新型实施例一的心电导联线检测电路的电路结构示意图，参照图5，心电导联线与心电信号采集装置通过MicroUSB接口相连，MicroUSB接口的接头PIN2与接头PIN3分别与RA、LA信号通道相连，接头PIN1通过上拉电阻R5与VCC相连接，为了低功耗考虑，R5一般取值在1MΩ以上，接头PIN5接地，Q点为判断心电导联线是否插入的检测点。当心电导联线没有插入心电信号采集装置时，MicroUSB接口的接头PIN1与接头PIN5未连接一起，Q点输出的心电导联线检测信号为高电平。而当心电导联线插入心电信号采集装置时，由于心电导联线的内部接头PIN1与接头PIN5连接在一起，相当于将MicroUSB接口的接头PIN1与接头PIN5连接在一起，此时，Q点输出的心电导联线检测信号为低电平。

在具体的实现方式中，图4是示出本实用新型实施例一的心电信号采集装置中信号通道切换模块的电路结构示意图。参照图4，由于前述已对第一自动唤醒电路220、第二自动唤醒电路230、心电导联线检测电路210和第一开关250以及第二开关260进行了详细介绍，在此不做累述。

所述信号通道切换电路240包括第一与门、第二与门和反相器；所述第一与门的两个输入端分别与所述第一自动唤醒电路220、心电导联线检测电路210相连接，所述反相器的输入端与所述心电导联线检测电路210相连接，所述第二与门的两个输入端分别与所述反相器的输出端、所述第二自动唤醒电路230相连接，所述第一与门的输出端与所述第一开关相连接，所述第二与门的输出端与所述第二开关相连接。

当未检测到所述心电导联线插入所述装置时，输出的心电导联线检测信号为高电平，金属电极的使用信号为高电平，心电导联线的使用信号为低电平，使得所述第一与门输出高电平，所述反相器输出低电平，所述第二与门输出低电平，所述第一开关闭合，所述第二开关断开，从而产生第一切换信号；当检测到所述心电导联线插入所述装置时，输出的心电导联线检测信号为低电平，第一唤醒信号为低电平，第二唤醒信号为高电平，使得所述第一与门输出低电平，所述反相器输出高电平，所述第二与门输出高电平，所述第一开关断开，所述第二开关闭合，从而产生第二切换信号。

进一步地，所述装置还可以包括：信号处理模块，对采集到的心电信号进行滤波放大处理。

更进一步地，所述装置还包括：切换开关、电池模块和电池电量检测模块，所述切换开关是单刀双掷开关，分别与所述信号调制模块、直流电源和所述信号处理模块相连接，所述电池模块分别与所述自动唤醒电路相连接，为其供电；所述电池电量检测模块与所述电池模块相连接，用于监测所述电池模块的电压，当所述电池模块的电压大于预设的第二电压阈值时，控制所述切换开关与所述信号处理模块相连接，当所述电池模块的电压小于预设的第二电压阈值时，控制所述切换开关与所述直流电源相连接。

图6是示出本实用新型实施例一的切换开关的示例性示意图，参照图6，这里，电池电量检测模块640可采用与前述第一电压比较子电路相同的电路结构，在此不做累述。假设电压比较器的阈值电压设为2.4V，当电池模块650的输出电压高于2.4V时，电压比较器输出高电平，控制切换开关630与信号处理模块610相连接；当电池模块的输出电压低于2.4V时，电压比较器输出低电平，控制切换开关与直流电源620相连接。信号调制模块660将采集到的心电信号调制成调频信号。信号转换模块670将所述调频信号转换成声波信号，并输出所述声波信号。

优选地，所述信号通道切换电路还包括或门，所述或门的两个输入端分别与所述第一与门的输出端、所述第二与门的输出端相连接，所述装置还包括：电源管理单元，与所述或门的输出端相连接，用于在产生第一切换信号或者第二切换信号后，为所述装置供电。

为了提高心电信号采集通道的输入阻抗，并降低开关偏置电流对信号采集通道的影响，所述装置还可包括：第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器分别与所述金属电极、所述开关电路相连接，所述第二电压跟随器分别与所述心电导联线、所述开关电路相连接。

这里，信号调制就是将低频信号频谱搬移到载频位置进行传输。在实际应用中，可使用电压频率转换芯片例如TS3001、TS3006作为调制器件，对输入的信号进行调制。举例来说，心电信号的输入范围为±5mV，经过滤波放大以后，心电信号幅值的动态范围为±500mV，经过调制后的心电信号中心频率为17kHz，动态范围为16-18kHz，调制后的心电信号驱动扬声器(如压电陶瓷蜂鸣片)输出声波。如果前述检测电池电量过低，切换开关与直流电源相连接，此时输入信号处理模块的信号是直流电平，信号调制模块就会输出固定频率的波形，频率范围设为18-19kHz之间，同样再驱动扬声器输出声波。

本实用新型实施例的心电信号采集装置，通过信号通道切换模块采用自动切换的方式以导通金属电极或心电导联线，实现了在同一设备上使用金属电极和心电导联线，将采集到的心电信号调制成调频信号，最终将成、调频信号转换成声波信号并输出，这种采用音频的方式实现心电信号的传输，极大程度上降低了功耗。

此外，自动唤醒电路使得用户无需按下电源开关，双手握住金属电极，或电极片贴于用户身上即可开始测量，方便了用户操作，提高用户体验。

实施例二

图7是示出本实用新型实施例二的心电设备的示例性示意图。参照图7，心电设备包括：智能终端710以及如实施例一所述的心电信号采集装置720。这里，所述智能终端可以是，但不限于智能手机或平板电脑。图7中仅示出了金属电极730，所述心电设备还可以连接心电导联线(未示出)。

在实际应用中，智能终端通过麦克风接收心电信号采集装置发出的声波信号，并对声波信号进行解调，最终在智能终端的界面上显示出来。此外，上述实施例提及的检测到电池电量过低时，发出固定频率的声波信号，智能终端接收到所述固定频率的声波信号时，提示用户更换电池。

本实用新型实施例的心电设备，在智能终端和心电信号采集装置之间通过声波传输的方式实现了心电信号的传输，避免了数据线易损坏、噪声干扰等问题，避免了蓝牙方式中配对及容易丢包的问题，实现了在金属电极和心电导联线两种采集心电信号的信号通道之间进行自动切换，并且降低了设备的功耗，此外，自动唤醒心电设备，使得用户操作更加便捷。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种心电信号采集装置，其特征在于，所述装置包括：

金属电极，用于采集并输出第一心电信号；

心电导联线，用于采集并输出第二心电信号；

以及依次连接的信号通道切换模块、信号调制模块和信号转换模块，其中，所述信号通道切换模块分别与所述金属电极和所述心电导联线的输出端相连接，用以导通所述金属电极或心电导联线；所述信号调制模块将所述第一心电信号或者第二心电信号调制成调频信号，所述信号转换模块将所述调频信号转换成声波信号，并输出所述声波信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号通道切换模块包括：依次连接的自动唤醒电路、信号通道切换电路和开关电路，其中，所述自动唤醒电路的输入端分别与所述金属电极和心电导联线相连，用于接收所述金属电极或心电导联线的使用信号，所述自动唤醒电路的输出端与所述信号通道切换电路的输入端相连，用于产生第一切换信号或者第二切换信号；所述信号通道切换电路的输出端与所述开关电路相连，根据所述第一切换信号导通所述金属电极或者根据所述第二切换信号导通所述心电导联线。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述自动唤醒电路包括：第一自动唤醒电路和第二自动唤醒电路，所述第一自动唤醒电路或所述第二自动唤醒电路包括依次连接的电压监测子电路和电压比较子电路，其中，

所述电压监测子电路用于以监测所述金属电极或心电导联线的输出电压；

所述电压比较子电路用于当所述输出电压小于预设的第一电压阈值时，生成所述使用信号。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述开关电路包括第一开关和第二开关，其中，所述第一开关用于根据所述第一切换信号导通所述金属电极；所述第二开关用于根据所述第二切换信号导通所述心电导联线。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信号通道切换模块还包括：

心电导联线检测电路，用于对所述导联线是否插入所述装置进行检测，并输出心电导联线检测信号；

所述信号通道切换电路包括第一与门、第二与门和反相器；其中，所述第一与门的两个输入端分别与所述第一自动唤醒电路、心电导联线检测电路相连接，所述反相器的输入端与所述心电导联线检测电路相连接，所述第二与门的两个输入端分别与所述反相器的输出端、所述第二自动唤醒电路相连接，所述第一与门的输出端与所述第一开关相连接，所述第二与门的输出端与所述第二开关相连接；当未检测到所述心电导联线插入所述装置时，根据所述心电导联线检测信号和所述金属电极的使用信号产生第一切换信号；当检测到所述心电导联线插入所述装置时，根据所述心电导联线检测信号和所述心电导联线的使用信号产生第二切换信号。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：信号处理模块，对采集到的心电信号进行滤波放大处理。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：切换开关、电池模块和电池电量检测模块，

所述切换开关是单刀双掷开关，分别与所述信号调制模块、直流电源和所述信号处理模块相连接；

所述电池模块分别与所述自动唤醒电路相连接，为其供电；

所述电池电量检测模块与所述电池模块相连接，用于监测所述电池模块的电压，当所述电池模块的电压大于预设的第二电压阈值时，控制所述切换开关与所述信号处理模块相连接，当所述电池模块的电压小于预设的第二电压阈值时，控制所述切换开关与所述直流电源相连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信号通道切换电路还包括或门，所述或门的两个输入端分别与所述第一与门的输出端、所述第二与门的输出端相连接，

所述装置还包括：电源管理单元，与所述或门的输出端相连接，用于在产生第一切换信号或者第二切换信号后，为所述装置供电。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器分别与所述金属电极、所述开关电路相连接，所述第二电压跟随器分别与所述心电导联线、所述开关电路相连接。

10.一种心电设备，其特征在于，所述心电设备包括：智能终端以及如权利要求1-9任一项所述的心电信号采集装置，所述心电信号采集装置的输出端与所述智能终端相连，所述智能终端接收所述心电信号采集装置输出的声波信号。