CN209377561U - 一种具有情境感知能力的远程心电监测节点 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有情境感知能力的远程心电监测节点，包括三个导联电极、一个导联接收器和导联电极底片；三个导联电极分别为第一导联电极、第二导联电极和零号导联电极；三个导联电极各通过一个导联电极底片粘附于人体的心脏部位；第一导联电极和第二导联电极均包括电源、NRF51822控制器和三轴加速度计；零号导联电极包括第三电源和NRF51822控制器；导联接收器包括NRF51822控制器、心电采集模块和第四电源。本申请结构紧凑、低功耗，在实现准确获取病人心电信号的同时，能够识别当前病人所处的情境，并且能够根据病人运动强度自动选择可靠性更高的导联电极，提高ECG信号获取的准确度，从而为后期心脏科医生更为准确客观地分析ECG数据提供坚实有力的帮助。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线体域传感器网络，特别是一种具有情境感知能力的远程心电监测节点。
背景技术
伴随着全球人口增长的趋势，我国人口比例日益趋向老龄化。据有关调查显示，世界上超过1/5的老年人口(65岁以上)居住在中国。2006年，中国的老年人口占国内人口总数的 8％，到2050年，该比例将增长至24％。因为老年人患慢性病的机率较高，所以人口老龄化在带来人口压力的同时，还增加了心血管病等慢性病对国民健康的威胁。
随着中国逐渐进入老龄化社会，心脏病高发已成趋势，目前每隔十五秒钟就有一名中国人被心脏病夺走生命。因心脏血管堵塞而突发心脏病的患者必须在1小时内打通堵塞的动脉，才不致造成心肌的永久性伤害。因此，早发现、早预防、早治疗是解决和控制当前各种心脏疾病日趋增多的有效方法和手段。
心血管病是严重危害人类健康的疾病。在许多国家，因心血管病而死亡的人数较其它原因死亡人数占首位。据美国哥伦比亚大学、澳大利亚悉尼大学、发展中国家心血管病研究机构等共同发起的一项调查研究表明，全球每年死于包括中风等心血管疾病在内的人数高达 1700万，其中80％来自于中低收入国家。健康监护是心血管疾病防治的一个重要方面，心血管疾病以突发为主，许多患者因未能及时发现病变而导致死亡。然而，因其发病具有很大的偶然性与突发性，一些异常的心电信息只有在某些特殊的情况下才出现，所以，对被监测者在正常生活状态下的心电信号(ECG)进行长时间记录与分析具有重要的意义。
目前国内外研究的长期心电监护系统一般有两大类：
(1)便携式实时监护系统
该系统由一个便携式心电监测仪和一台智能心电实时监护仪构成。监测仪以无线电方式向监护仪发送心电信号，后者接收后可对心电信号进行实时处理。当异常心电信号超过报警阈值时，系统可自动拨号将当时的心电信号通过调制解调器实时送往医院。该系统还具有手动按键报警功能和类似的心电信号长时间记录发送功能。清华大学研制的家庭心电血压监护网系统是这一类的典型。该系统除了具有心电信号远程监护功能外，还可以配备血压计实现血压的远程监护。然而，这类心电监护器体积庞大，穿戴不便，需要定期前往医院上传数据，并根据病情调整监测方案。
(2)穿戴式心电监护系统
穿戴式传感技术研究和发展使得心电信号的无线监护得到了全新的发展。根椐传感器载体的不同，穿戴式医疗仪器大致可分为两类：一类是个人随身物品，如腕表、手机和指环等；另一类是电子织物(e-textile)，又称智慧服装。不论是随身物品还是采用电子织物技术制造的智慧服装，都安置了可采集心电信号的电极，并通过导电纤维将其传输到特定的发送装置中，发送装置可通过无线射频或蓝牙等方式将心电信号发射到接收装置上显示并传输至远程终端。美国佐治亚理工学院的智慧衫(Smart shirt)，美国麻省理工学院的MIThril项目，法国的 VTAMN项目，德国Fraunhofer IZM开发的具有传感功能的T恤衫，中国香港中文大学的“卫士”(WISSH)和保健衫(H-Shirt)项目等都是就这一类监护系统所进行的研究。然而，大部分穿戴式电子服装还属于实验室样机阶段，已上市的产品价格非常昂贵，且穿戴体验感较差，病人并不愿意长期穿戴。
上述两种系统虽然可以准确获取个体心电信号，但未考虑个体处于何种动作行为，即当前情境问题。例如，当病人处于运动状态下，采集的ECG信号中R-R间隙超过阈值也是可能的，医生更愿意了解测量ECG信号时所处的情境。因此针对上述二种系统的缺点，本发明设计了一种能够实时获取病人当前情境的远程心电监测节点，该节点结构紧凑，穿戴舒适，整体低功耗设计，具备ECG获取和无线传输能力，提供长期获取心电信号的能力。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有情境感知能力的远程心电监测节点，该具有情境感知能力的远程心电监测节点结构紧凑、低功耗，在实现准确获取病人心电信号的同时，能够识别当前病人所处的情境，并且能够根据病人运动强度自动选择可靠性更高的导联电极，提高ECG信号获取的准确度，从而为后期心脏科医生更为准确客观地分析ECG数据提供坚实有力的帮助。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种具有情境感知能力的远程心电监测节点，包括三个导联电极、一个导联接收器和导联电极底片。
三个导联电极分别为第一导联电极、第二导联电极和零号导联电极。
导联电极底片具有导电膏，导联电极底片的底部能粘附于人体上，导联电极底片的顶部能与导联电极相扣合。
三个导联电极各通过一个导联电极底片粘附于人体的心脏部位，其中，第一导联电极和第二导联电极分别对应左心房和右心房，且位于同一高度，零号导联电极位于第一导联电极或第二导联电极的下方。
第一导联电极和第二导联电极均包括电源、NRF51822控制器和三轴加速度计；其中，三轴加速度计与NRF51822控制器相连接，电源为NRF51822控制器和三轴加速度计供电。
零号导联电极包括第三电源和NRF51822控制器；其中，第三电源为零号导联电极中的 NRF51822控制器供电。
导联接收器包括NRF51822控制器、心电采集模块和第四电源；其中，心电采集模块与导联接收器中的NRF51822控制器相连接，第四电源为导联接收器中的NRF51822控制器和心电采集模块供电。
三个导联电极中的NRF51822控制器均与心电采集模块相连接。
零号导联电极位于第一导联电极和第二导联电极的中线下20cm处。
导联接收器还包括GSM模块，GSM模块与导联接收器中的NRF51822控制器相连接。
导联电极底片为镀有Ag-AgCl材料的医用心电电极片。
NRF51822控制器的型号为NRF51822-QFAA-R7。
三轴加速度计的型号为ADXL345。
第一导联电极对应连接的电源为第一电源，第二导联电极对应连接的电源为第二电源，第一电源、第二电源和第三电源的型号均为Panasonic CR2032的纽扣电池，直径为2.0cm，厚度为3.2mm，额定电压为3V。
心电采集模块的型号为BMD101。
第四电源是型号为GP24PL-BJ2的两节AA 1.5V碱性电池。
本实用新型采用上述结构后，具有如下有益效果：
1.结构紧凑、低功耗，能提供长期心电监测能力，正常工作超过30天的待机时间，体积小巧，穿戴舒适，能够准确获取导联电极采集的ECG信号，也即实现准确获取病人心电信号。
2.能够获取病人当前情境信息，不仅可以判断当前处于睡眠、行走、跑步等日常行为，还可以准确计算运动强度，并将运动强度与ECG信号关联起来，为后期医生进行心电数据分析提供准确的情境信息，并且能够根据病人运动强度自动选择可靠性更高的导联电极，提高 ECG信号获取的准确度，从而为后期心脏科医生更为准确客观地分析ECG数据提供坚实有力的帮助。运用此技术，不仅可以心脏病患者的安全得到很大的保障，而且还可以为医生提供更为准确的ECG数据，为更合理的制定治疗方案提供重要的辅助信息。
附图说明
图1显示了本实用新型一种具有情境感知能力的远程心电监测节点的部署示意图。
图2显示了本实用新型一种具有情境感知能力的远程心电监测节点的的原理示意图。
图3显示了本实用新型一种具有情境感知能力的远程心电监测节点的的的操作流程图。
其中有：0表示零号导联电极；1表示第一导联电极；2表示第二导联电极；3、导联接收器。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种具有情境感知能力的远程心电监测节点，包括三个导联电极、一个导联接收器3和导联电极底片。
三个导联电极分别为第一导联电极1、第二导联电极2和零号导联电极0。
导联电极底片具有导电膏，导联电极底片的底部能粘附于人体上，导联电极底片的顶部能与导联电极相扣合。
导联电极底片优选为镀有Ag-AgCl材料的医用心电电极片，为现有技术。导联电极底片能够很好的抑制极化电压带来的不必要的干扰信号。当节点在采集心电信号时，人体中带电的Cl离子在电极内运动，与Ag离子相互作用，将信号传导到导联线中。
三个导联电极各通过一个导联电极底片粘附于人体的心脏部位，其中，第一导联电极和第二导联电极分别对应左心房和右心房，且位于同一高度，如图1中的①和②号位置。零号导联电极位于第一导联电极或第二导联电极的下方，优选位于第一导联电极和第二导联电极的中线下20cm处，如图1中的0号位置。
第一导联电极和第二导联电极均包括电源、NRF51822控制器和三轴加速度计；其中，三轴加速度计与NRF51822控制器相连接，电源为NRF51822控制器和三轴加速度计供电。
NRF51822控制器的型号为NRF51822-QFAA-R7，是功能强大、高灵活性的多协议SoC，非常适用于低功耗蓝牙BLE和2.4GHz超低功耗无线应用。第一导联电极和第二导联电极中的NRF51822控制器主要用于接收三轴加速度计采集的数据，并对三轴加速度数据进行计算，将计算结果通过低功耗蓝牙发送至导联接收器。
三轴加速度计的型号为ADXL345，是一款小巧纤薄的低功耗三轴加速度计，可以对高达 +16g的加速度进行高分辨率测量，通过SPI总线与第一导联电极和第二导联电极中的NRF51822控制器进行通信。三轴加速度计主要采集第一导联电极和第二导联电极的x轴、y轴和z轴线性加速度值，并分别发送至相应的NRF51822控制器。
零号导联电极包括第三电源和NRF51822控制器；其中，第三电源为零号导联电极中的 NRF51822控制器供电。
第一导联电极对应连接的电源为第一电源，第二导联电极对应连接的电源为第二电源，第一电源、第二电源和第三电源的型号均为Panasonic CR2032的纽扣电池，直径为2.0cm，厚度为3.2mm，额定电压为3V。纽扣型电池体积较小，供电能力较强，能够为第一导联电极、 2、3提供3V电压，支持对应导联电极的NRF51822控制器和三轴加速度计正常工作。
导联接收器包括NRF51822控制器、心电采集模块、GSM模块和第四电源；其中，心电采集模块、GSM模块与导联接收器中的NRF51822控制器相连接，第四电源为导联接收器中的NRF51822控制器和心电采集模块供电。
三个导联电极中的NRF51822控制器均与心电采集模块相连接。
心电采集模块的型号为BMD101，是neurosky的第三代生物信号监测和处理的片上设备。该模块具备较低的系统噪声和可控增益，能够准确监测来自第一导联电极和第二导联电极处的心电信号。
GSM模块的型号为SIM800C，支持宽电压输入，支持GPRS功能，可以将数据通过PCB天线发送至2.5G移动网络。
第四电源是型号为GP24PL-BJ2的两节AA 1.5V碱性电池，为导联接收器提供3V的供电。
本实用新型一种具有情境感知能力的远程心电监测节点的使用方法如下，并如图3所示。
步骤1，将第一导联电极、第二导联电极分别部署于如图1中的①和②号位置，将零号导联电极部署于第一导联电极和第二导联电极中线下20cm处，如图1所示的0号位置。由于采用共模抑制信号处理方式，零号导联电极并不提供ECG采集，仅为第一导联电极、2提供噪声抑制能力。三个电极通过导联线接入导联接收器，系统上电复位后进行数据采集。
步骤2，系统进行初始化工作，第一导联电极、2分别采集当前位置ECG信号和三轴加速度值，分别保存于x1,y1,z1，x2,y2,z2。导联电极的NRF51822控制器分别计算运动强度值SMA1和SMA2，其中并通过蓝牙发送至导联接收器的NRF51822控制器，运动强度值主要用于后期进行导联选择和情境判断。
步骤3，导联接收器对接收的SMA1和SMA2进行比较，选择其中值较小所对应的导联电极，保存其采集的ECG信号作为有效ECG数据；对目标进行情境分析，若低于阈值1，则判断为睡眠状态，若高于阈值2，阈值2大于阈值1，则判断为高强度运动状态，如低于阈值2但大于阈值1，则判断为低强度运动状态。
步骤4，导联接收器关联情境信息和有效ECG数据，建立数据库，保存该信息，并通过GSM模块向远程医学数据平台发送上述数据。
本系统所采用的硬件部分均是商业化组件平台，易于获得和搭建，总体成本较低，特别适用于长期心电监测的应用。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种具有情境感知能力的远程心电监测节点，其特征在于：包括三个导联电极、一个导联接收器和导联电极底片；
三个导联电极分别为第一导联电极、第二导联电极和零号导联电极；
导联电极底片具有导电膏，导联电极底片的底部能粘附于人体上，导联电极底片的顶部能与导联电极相扣合；
三个导联电极各通过一个导联电极底片粘附于人体的心脏部位，其中，第一导联电极和第二导联电极分别对应左心房和右心房，且位于同一高度，零号导联电极位于第一导联电极或第二导联电极的下方；
第一导联电极和第二导联电极均包括电源、NRF51822控制器和三轴加速度计；其中，三轴加速度计与NRF51822控制器相连接，电源为NRF51822控制器和三轴加速度计供电；
零号导联电极包括第三电源和NRF51822控制器；其中，第三电源为零号导联电极中的NRF51822控制器供电；
导联接收器包括NRF51822控制器、心电采集模块和第四电源；其中，心电采集模块与导联接收器中的NRF51822控制器相连接，第四电源为导联接收器中的NRF51822控制器和心电采集模块供电；
三个导联电极中的NRF51822控制器均与心电采集模块相连接。
2.根据权利要求1所述的具有情境感知能力的远程心电监测节点，其特征在于：零号导联电极位于第一导联电极和第二导联电极的中线下20cm处。
3.根据权利要求1所述的具有情境感知能力的远程心电监测节点，其特征在于：导联接收器还包括GSM模块，GSM模块与导联接收器中的NRF51822控制器相连接。
4.根据权利要求1所述的具有情境感知能力的远程心电监测节点，其特征在于：导联电极底片为镀有Ag-AgCl材料的医用心电电极片。
5.根据权利要求1所述的具有情境感知能力的远程心电监测节点，其特征在于：NRF51822控制器的型号为NRF51822-QFAA-R7。
6.根据权利要求1所述的具有情境感知能力的远程心电监测节点，其特征在于：三轴加速度计的型号为ADXL345。
7.根据权利要求1所述的具有情境感知能力的远程心电监测节点，其特征在于：第一导联电极对应连接的电源为第一电源，第二导联电极对应连接的电源为第二电源，第一电源、第二电源和第三电源的型号均为Panasonic CR2032的纽扣电池，直径为2.0cm，厚度为3.2mm，额定电压为3V。
8.根据权利要求1所述的具有情境感知能力的远程心电监测节点，其特征在于：心电采集模块的型号为BMD101。
9.根据权利要求1所述的具有情境感知能力的远程心电监测节点，其特征在于：第四电源是型号为GP24PL-BJ2的两节AA 1.5V碱性电池。
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|---|---|---|---|---|
| CN116869540A (zh) * | 2022-04-29 | 2023-10-13 | 武汉联影智融医疗科技有限公司 | 心电信号采集设备和系统 |
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