專利名稱：可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及心電檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種心電監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
通信技術(shù)的發(fā)展為心臟病的快速救治帶來了新的機(jī)遇。借助現(xiàn)代移動通信技術(shù)， 人們可方便地實(shí)現(xiàn)人體心電信號隨時隨地的監(jiān)護(hù)，及時發(fā)現(xiàn)心律失常、心肌梗塞等突發(fā)事件，通過采取預(yù)防、干預(yù)措施，降低心臟病的發(fā)生率和死亡率。近年來，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)已研究開發(fā)出多種遠(yuǎn)程心電監(jiān)測設(shè)備，在心臟病的預(yù)防、救治中發(fā)揮了積極的作用。 但對于日常工作生活動態(tài)環(huán)境，現(xiàn)有遠(yuǎn)程心電監(jiān)測設(shè)備在方便性、舒適性、準(zhǔn)確性等方面還存在較大不足，如1)大部分設(shè)備仍采用粘貼電極、有線數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)致使用不便，并容易產(chǎn)生皮膚過敏、瘙癢等，無法長時間使用；幻絕大部分設(shè)備仍沿用面向醫(yī)院的傳統(tǒng)醫(yī)療器械設(shè)計，只單純檢測心電生理信號，沒有記錄可能引起心電信號變化的人體活動狀態(tài)和周圍環(huán)境等情景參數(shù)。結(jié)果當(dāng)心電信號發(fā)生變化時無法辯識它是人體活動或環(huán)境變化引起的正常生理響應(yīng)還是對心臟自身健康狀況變化的響應(yīng)，進(jìn)而容易產(chǎn)生誤報、漏報監(jiān)測錯誤。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，提供一種可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置， 能在辨識佩戴者活動狀態(tài)的基礎(chǔ)上判斷心電信號是否異常。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，包括胸帶、加速度傳感器、電極和處理電路，所述電極設(shè)置于胸帶內(nèi)側(cè)，所述加速度傳感器、電極與處理電路電連接。進(jìn)一步，還包括監(jiān)測盒，處理電路設(shè)置于監(jiān)測盒內(nèi)，胸帶與監(jiān)測盒可拆卸式連接， 所述加速度傳感器設(shè)置于胸帶上或監(jiān)測盒內(nèi)。進(jìn)一步，所述處理電路包括心電檢測電路、加速度信號處理電路和處理器，加速度信號處理電路的信號輸入端與加速度傳感器電連接，心電檢測電路和加速度信號處理電路的信號輸出端和處理器電的信號輸入端連接；所述心電檢測電路包括放大電路和濾波電路，所述放大電路的信號輸入端與電極電連接，所述放大電路的信號輸出端與濾波電路的信號輸入端電連接，所述濾波電路的信號輸出端與處理器的數(shù)據(jù)輸入端電連接。進(jìn)一步，所述電極包括電極Jl和電極J2，放大電路包括放大器U4，所述電極Jl和電極J2分別與放大器U4的兩個信號輸入端電連接，放大器U4的信號輸出端與濾波電路的信號輸入端電連接。進(jìn)一步，還包括積分電路，所述積分電路連接于放大器U4的信號輸出端與信號反饋端之間，用于將放大器U4輸出的數(shù)據(jù)信號積分并反饋回放大器U4。進(jìn)一步，所述積分電路包括并聯(lián)的運(yùn)算放大器U5和積分電容C12。進(jìn)一步，所述濾波電路包括相互并聯(lián)的電阻R9和電容C13，還包括運(yùn)算放大器U6， 所述濾波電路連接于運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間，運(yùn)算放大器的正向輸入端與偏置電源電連接，運(yùn)算放大器的反相輸入端與放大器U4的信號輸出端電連接。進(jìn)一步，所述所述心電檢測電路還包括電池，所述放大器U4型號為INA321，電極 Jl和電極J2分別與INA321的VIN+引腳和VIN-引腳電連接，電極Jl和電極J2還分別與電源電連接，INA321的VOUT引腳和RG引腳與運(yùn)算放大器的反相輸入端電連接，所述INA321 的SHTDffN引腳和V+引腳與電池的輸出端電連接，INA321的V-引腳接地，并與SHTDffN引腳電連接，INA321的REF引腳為信號反饋端。進(jìn)一步，所述電極為織物電極。進(jìn)一步，所述可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置還包括藍(lán)牙模塊，所述藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)端口與處理器的數(shù)據(jù)端口電連接。可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置還包括胸帶和監(jiān)測盒，所述電極設(shè)置于胸帶內(nèi)側(cè)，加速度傳感器設(shè)置于監(jiān)測盒中央，心電檢測電路和處理器設(shè)置于監(jiān)測盒內(nèi)，藍(lán)牙模塊設(shè)置于監(jiān)測盒內(nèi)，胸帶與監(jiān)測盒可拆卸式連接。由于佩戴式心電檢測裝置通常在日常環(huán)境下使用，與醫(yī)院病房環(huán)境不同，日常工作生活動態(tài)環(huán)境下，受試者將出現(xiàn)豐富的活動狀態(tài)，包括靜止(休息/睡眠)、坐下、站起、步行、跑動、跌倒等。本發(fā)明的心電監(jiān)測裝置可辨識受試者活動狀態(tài)與姿態(tài)，排除人體活動的影響，準(zhǔn)確掌握心臟健康狀況。

圖1示出了可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置的電路功能模塊示意圖；圖2示出了心電檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置的外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示出了可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置中心電監(jiān)測方法的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖3所示，本實(shí)施例的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，包括胸帶1、監(jiān)測盒2、加速度傳感器、藍(lán)牙模塊、電極3和處理電路，所述電極3設(shè)置于胸帶內(nèi)側(cè)1，所述加速度傳感器、藍(lán)牙模塊、電極與處理電路電連接，藍(lán)牙模塊和處理電路設(shè)置于監(jiān)測盒內(nèi)，監(jiān)測盒2可拆卸式連接在胸帶1外側(cè)，所述加速度傳感器設(shè)置于胸帶上或監(jiān)測盒內(nèi)，在使用時，使用者將胸帶佩戴于胸部，電極貼于胸部皮膚，加速度傳感器應(yīng)當(dāng)位于人體中線上，所以作為優(yōu)選的方案，可將加速度傳感器設(shè)置于監(jiān)測盒中央，將監(jiān)測盒設(shè)置于胸帶的中央，以便于正確佩戴。其中加速度傳感器，用于獲取加速度信號；本實(shí)施例選用Freescale公司的微型、低功耗、高靈敏MMA7260加速度傳感器。該芯片能高精度測量X、Y、Z三軸方向上的加速度變化， 并輸出一個與加速度信號成正比的電壓信號，加速度傳感器檢測到的加速度信號中包含直流和交流成分，其中直流成分由重力加速度產(chǎn)生，交流成分由運(yùn)動加速度產(chǎn)生，兩種信號在人體活動檢測中都不可或缺。為此，需要同時檢測加速度信號的直流和交流成分。處理電路，包括心電檢測電路、加速度信號處理電路和處理器，所述處理電路加速度信號處理電路的信號輸入端與加速度傳感器電連接，心電檢測電路和加速度信號處理電路的信號輸出端和處理器電的信號輸入端連接；心電檢測電路，用于檢測心電信號，包括放大電路、積分電路和濾波電路，所述電極與放大電路的信號輸入端電連接，所述放大電路的信號輸出端與濾波電路的信號輸入端電連接，所述濾波電路的信號輸出端與處理器的數(shù)據(jù)輸入端電連接，所述積分電路的信號輸入端與放大電路的信號輸出端電連接，所述積分電路的信號輸出端與放大電路的信號反饋端電連接。本實(shí)施例采用雙電極的心電檢測電路，可以減少設(shè)備復(fù)雜度、功耗和體積?，F(xiàn)有技術(shù)中，雙電極的心電檢測電路也可見于文獻(xiàn)報道，但其實(shí)現(xiàn)存在較大問題，特別是應(yīng)用于佩戴式心電監(jiān)測裝置或植入式心電監(jiān)測裝置時，由于對體積和功耗的要求，電路結(jié)構(gòu)比較簡單，不能使用復(fù)雜的電路去除基線漂移，因此信號的基線漂移嚴(yán)重，嚴(yán)重影響心電信號的分析與處理。而通常對于基線漂移采用RC濾波法或擬合法進(jìn)行去除，但采用濾波法雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，但容易產(chǎn)生阻塞，影響電路工作，而采用擬合法，則電路復(fù)雜，功耗較大。所述電極為織物電極，包括電極Jl和電極J2。長期以來，一次性粘貼電極是心電監(jiān)測的首選傳感器，但一次性電極也存在容易產(chǎn)生皮膚過敏、瘙癢，無法長時間使用的嚴(yán)重缺陷。近年來，隨著穿戴式技術(shù)的發(fā)展，新型的織物電極日益受到青睞。目前織物電極的設(shè)計方法主要有兩種一是在普通的棉質(zhì)面料表面用貴金屬溶液(如銀)浸鍍固化形成一層導(dǎo)電層，二是將具有電傳導(dǎo)特性的多芯金屬紗線和棉紗線交織組成具有導(dǎo)電性的織物?？椢镫姌O易裁剪、導(dǎo)電性良好，相對于傳統(tǒng)的心電電極具有更好的穿戴舒適性、低傷害性，能滿足長時間心電監(jiān)測的需要。為此，本發(fā)明采用銀纖維布作為心電電極，將其縫制在胸帶內(nèi)側(cè)，由其與皮膚接觸檢測心電信號。同時，采用織物電極增大了電極與人體的接觸面積，可降低接觸阻抗，減少工頻干擾。參見圖2，心電檢測電路使用電池作為電源，可使電路地與大地斷開，減少工頻干擾，采用型號為的INA321的放大器U4作為前置放大，其具有高共模抑制，可有效抑制工頻干擾，所述濾波電路包括相互并聯(lián)的電阻R9和電容C13，還包括運(yùn)算放大器U6,所述濾波電路連接于運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間，運(yùn)算放大器的正向輸入端通過電阻R7 與電源電連接，電極Jl和電極J2分別通過電阻R2和電阻R3與INA321的VIN+引腳和 VIN-引腳電連接，電阻R2與INA321的VIN+引腳之間還通過電阻R4連接電源，電阻R3與 INA321的VIN-引腳之間還通過電阻R5連接電源，VIN+引腳和VIN-引腳作為INA321的信號輸入端，INA321的VOUT引腳和RG引腳通過電阻R8與運(yùn)算放大器的反相輸入端電連接， 所述INA321的SHTDWN引腳和V+引腳與電池的輸出端電連接，INA321的V-引腳接地，并與SHTDWN引腳電連接，INA321的REF引腳為信號反饋端。所述積分電路由運(yùn)算放大器TO 和電容C12和R6組成，運(yùn)算放大器U5和電容C12并聯(lián)，并與R6 —起串聯(lián)于INA321的VOUT 引腳與REF引腳之間，用于提取放大器U4輸出信號中的低頻成分，將其反饋回放大器U4，抵消原始信號中的低頻基線漂移干擾。傳統(tǒng)的心電檢測電路一般采用RC高通濾波電路消除極化、低頻干擾，但遇到大的干擾時，由于RC電路的作用，容易造成電路阻塞，無法檢測心電信號。本發(fā)明采用反饋電路后，信號主通路采用直流偶合，較好解決了上述問題。[0028]處理器，接收心電檢測電路獲取的心電信號和加速度傳感器獲取的加速度信號， 判斷心電信號是否正常，當(dāng)心電信號異常時，根據(jù)加速度信號，判斷佩戴者活動姿態(tài)及活動狀態(tài)，再根據(jù)活動姿態(tài)及活動狀態(tài)判斷該情形下心電信號是否正常，具體的流程和閾值可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，本實(shí)施例公開的一種判斷流程可參見圖4，一般認(rèn)為安靜狀態(tài)下正常成年人心率在60-100次/分之間，超過100次/分為心率過速，可考慮受試者是否發(fā)燒或患有心肌炎等疾病，不足60次/分則為心率過緩，有可能是房室傳導(dǎo)阻滯或其他病理原因引起，會出現(xiàn)患者暈厥的情況。當(dāng)監(jiān)測出有健康隱患時，做出報警，以便第一時間采取救治。但是人體在處于不同的體位及運(yùn)動狀態(tài)時，心率會有顯著差異，單一以心率判斷受試者是否處于危險當(dāng)中則會出現(xiàn)假陽性的診斷結(jié)果。為了盡量減少假陽性診斷而發(fā)出錯誤警報，若人體在安靜狀態(tài)下監(jiān)測到心率大于100次/分或小于60次/分，則認(rèn)為心率過速或心率過緩，此時發(fā)出警報，以提醒受試者身體有異常。若系統(tǒng)識別人體處于運(yùn)動中，則心率在小于 180次/分的情況下屬于正常狀態(tài)，而不需發(fā)出警報。人體運(yùn)動時心率大約在150-180次/ 分，若大于180次則認(rèn)為心率過速，發(fā)出警報。在受試者停止運(yùn)動后，心率需要一定時間恢復(fù)到平靜狀態(tài)，此時，系統(tǒng)若監(jiān)測到受試者處于安靜狀態(tài)，而此前一狀態(tài)為運(yùn)動狀態(tài)，則在運(yùn)動心率范圍內(nèi)認(rèn)為正常，不需報警，并且延時一段時間再進(jìn)行心率異常判斷。由于需要采集的加速度信號和心電信號共有七路交流加速度信號XOUT、Y0UT、 ZOUT,直流加速度信號X0UT_DC、Y0UT_DC、Z0UT_DC,心電信號ECG?？紤]到七通道模擬信號同步采集，對傳輸速度、緩存、FLASH存儲器的要求都比較高，經(jīng)比較最后選用TI公司的超低功耗MSP430TO439微處理器由其控制實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換、存儲以及傳輸。每個通道信號的采樣頻率為200Hz。所述藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)端口與處理器的數(shù)據(jù)端口電連接，藍(lán)牙模塊可將心電檢測數(shù)據(jù)實(shí)時發(fā)送到佩戴者的手機(jī)上，通過在手機(jī)中預(yù)制的軟件進(jìn)行顯示和處理，并在處理器報警時，通過手機(jī)向醫(yī)療中心進(jìn)行報警。應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實(shí)施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，其特征在于包括胸帶、加速度傳感器、電極和處理電路，所述電極設(shè)置于胸帶內(nèi)側(cè)，所述加速度傳感器、電極與處理電路電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，其特征在于還包括監(jiān)測盒，處理電路設(shè)置于監(jiān)測盒內(nèi)，胸帶與監(jiān)測盒可拆卸式連接，所述加速度傳感器設(shè)置于胸帶上或監(jiān)測盒內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，其特征在于所述處理電路包括心電檢測電路、加速度信號處理電路和處理器，加速度信號處理電路的信號輸入端與加速度傳感器電連接，心電檢測電路和加速度信號處理電路的信號輸出端和處理器電的信號輸入端連接；所述心電檢測電路包括放大電路和濾波電路，所述放大電路的信號輸入端與電極電連接，所述放大電路的信號輸出端與濾波電路的信號輸入端電連接，所述濾波電路的信號輸出端與處理器的數(shù)據(jù)輸入端電連接。
4.如權(quán)利要求3所述的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，其特征在于所述電極包括電極Jl和電極J2，放大電路包括放大器U4，所述電極Jl和電極J2分別與放大器U4的兩個信號輸入端電連接，放大器U4的信號輸出端與濾波電路的信號輸入端電連接。
5.如權(quán)利要求4所述的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，其特征在于還包括積分電路，所述積分電路連接于放大器U4的信號輸出端與信號反饋端之間，用于將放大器U4輸出的數(shù)據(jù)信號積分并反饋回放大器U4。
6.如權(quán)利要求5所述的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，其特征在于所述積分電路包括并聯(lián)的運(yùn)算放大器U5和積分電容C12。
7.如權(quán)利要求6所述的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，其特征在于所述濾波電路包括相互并聯(lián)的電阻R9和電容C13，還包括運(yùn)算放大器TO，所述濾波電路連接于運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端之間，運(yùn)算放大器的正向輸入端與偏置電源電連接，運(yùn)算放大器的反相輸入端與放大器U4的信號輸出端電連接。
8.如權(quán)利要求7所述的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，其特征在于所述心電檢測電路還包括電池，所述放大器U4型號為INA321，電極Jl和電極J2分別與 INA321的VIN+引腳和VIN-引腳電連接，電極Jl和電極J2還分別與電源電連接，INA321 的VOUT引腳和RG引腳與運(yùn)算放大器的反相輸入端電連接，所述INA321的SHTDWN引腳和 V+弓丨腳與電池的輸出端電連接，INA321的V-引腳接地，并與SHTDWN引腳電連接，INA321 的REF引腳為信號反饋端。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，其特征在于所述電極為織物電極。
10.如權(quán)利要求9所述的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，其特征在于所述可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置還包括藍(lán)牙模塊，所述藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)端口與處理器的數(shù)據(jù)端口電連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及心電檢測技術(shù)領(lǐng)域，提供一種可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置，能在辨識佩戴者活動狀態(tài)與姿態(tài)的基礎(chǔ)上判斷心電信號是否異常；本實(shí)用新型的可辨識人體活動狀態(tài)與姿態(tài)的佩戴式心電監(jiān)測裝置包括胸帶、加速度傳感器、電極和處理電路，所述電極設(shè)置于胸帶內(nèi)側(cè)，所述加速度傳感器、電極與處理電路電連接；在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，采用雙電極的心電檢測電路，可以減少設(shè)備復(fù)雜度、功耗和體積；心電檢測電路中具有積分反饋電路，能有效去除基線漂移；采用織物電極，使裝置可長期連續(xù)使用，同時方便佩戴，降低使用成本；并能通過藍(lán)牙模塊將心電檢測數(shù)據(jù)實(shí)時發(fā)送到手機(jī)上進(jìn)行顯示和處理，并在處理器報警時，通過手機(jī)向醫(yī)療中心進(jìn)行報警。
文檔編號A61B5/0402GK202198590SQ201120291520
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者卓豫 申請人:重慶康如來科技有限公司