本發(fā)明涉及心電信號檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式的可舒適穿戴的動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著社會人口老齡化的發(fā)展和生活水平的提高引起的生活方式和飲食結(jié)構(gòu)的變化，心血管疾病在我國不但已經(jīng)成為老年人?；技膊?，而且患者的年齡也呈遞減趨勢。不論是藥物介入還是手術(shù)介入，針對心臟病的治療成本都比較高，費用比較昂貴，風險也比較大。心血管疾病給患者帶來的除了身體和精神上的痛苦，以及生命的危險，還有在治療過程中的經(jīng)濟負擔。心血管疾病發(fā)病率的上升趨勢給人類健康帶來的危害越來越大，也更加受到政府、組織、社會等各方面的關(guān)注和重視。

長期以來，心血管疾病一直是威脅人類生命的主要疾病之一，其導(dǎo)致的死亡占全世界所有死亡人數(shù)的比例很高。心血管疾病的發(fā)病率和死亡率居高不下，發(fā)病的危險因素持續(xù)增長，已成為非常重要的公共衛(wèi)生問題。因此，通過有效的組織方式和技術(shù)手段，提前預(yù)防，早期診斷，病發(fā)后快速判斷并介入治療對于加強心血管病防治和保障患者生命健康非常重要。

心臟在除極和復(fù)極的電化學(xué)活動中產(chǎn)生了心電場，心電場在人體上產(chǎn)生了電位差，這些電位差在體表的測量就是心電圖(Electrocardiogram，簡稱ECG)。動態(tài)心電圖機作為一種對心血管疾病進行長期監(jiān)測的裝置，在臨床與健康護理中得到廣泛的應(yīng)用。對于較嚴重的心血管疾病患者，通過實時監(jiān)測其心電信號，在患者病發(fā)時，可以及時獲知患者發(fā)病信息，甚至可以從一定的心電信號變化中提取到預(yù)警信號，這無疑能使患者獲得及時救治，并顯著增加了生存的機會。

對動態(tài)心電監(jiān)護設(shè)備的要求有兩點：一是舒適性和便攜性；二是低功耗和長效性。具體在心電檢測技術(shù)上，無論是常規(guī)心電圖機還是動態(tài)心電圖機，從硬件角度可以分為檢測電極與電子單元兩部分。

心電檢測電極一般使用濕法接觸式Ag/AgCl電極，以導(dǎo)電膏連接電極與人體，具有較低的接觸電阻，可以獲得良好的檢測效果，缺點是濕電極導(dǎo)致的人體不適以及導(dǎo)電膏干燥后帶來的信號失真，并且操作時需要涂抹導(dǎo)電膏等繁瑣操作，適用場合有限，例如對燒傷或者過敏患者都不適用。近年來，一種非接觸容性耦合電極得到重視并有較多的發(fā)展，其克服了濕法電極必須和皮膚接觸檢測的缺點，利用高輸入阻抗電極獲取心電信號，由于這種電極易于和織物集成，可以極大提高監(jiān)控中患者的舒適性。但是現(xiàn)有的容性耦合電極有多種結(jié)構(gòu)和實施方式，由于其在結(jié)構(gòu)和實施上優(yōu)化設(shè)計不足，采集信號精度較低，噪聲偏大，給實際心電非接觸式檢測帶來困難。

在電子單元部分，目前在臨床應(yīng)用中主要是基于“先存儲后檢測”方式的設(shè)計，即對心電信號進行存儲式處理，長時間記錄心電信號，監(jiān)測結(jié)束后將設(shè)備數(shù)據(jù)提交醫(yī)生診斷，這種監(jiān)測方式是一種非實時檢測方案，不具備實時診斷和報警功能，也不具備醫(yī)生和數(shù)據(jù)的實時交互功能。

另外，現(xiàn)有的容性耦合電極和心電監(jiān)測設(shè)備均采用傳統(tǒng)制造方式研制，缺乏柔性電路設(shè)計，不能更好的提高人體佩戴舒適性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用新型容性耦合電極的非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)，使用數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，可以對患者心電信號進行實時檢測和數(shù)據(jù)傳輸，并且在制作中采用柔性電路設(shè)計，使設(shè)備可以滿足穿戴式需要，提高用戶佩戴舒適度。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)，包括：N個非接觸心電檢測電極(N≥2)和電子單元，所述非接觸心電檢測電極由內(nèi)向外包括：心電感應(yīng)電極、有源保護驅(qū)動環(huán)、接地屏蔽環(huán)，其相互之間設(shè)有絕緣支撐構(gòu)件；電子單元通過N根連接引線與N個非接觸心電檢測電極連接。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本發(fā)明的容性耦合電極，采用有源保護驅(qū)動和接地屏蔽結(jié)構(gòu)，在實現(xiàn)不用導(dǎo)電膏情況下非接觸檢測的同時，提高了心電信號的檢測精度；

(2)有源保護驅(qū)動和接地屏蔽結(jié)構(gòu)通過凹形結(jié)構(gòu)設(shè)計，對心電感應(yīng)電極進行空間包圍，極大的減少了容性耦合電極前端的漏電流，提高了電極輸入阻抗，并且降低了環(huán)境噪聲對電極的影響；

(3)本發(fā)明使用數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，可以將患者心電數(shù)據(jù)實時傳輸至上位機服務(wù)器端，有利于醫(yī)生及時診斷和查看，使心電監(jiān)測系統(tǒng)具備實時數(shù)據(jù)傳輸能力；

(4)本發(fā)明中的連接引線、電子單元均采用柔性制造技術(shù)，以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材，極大提高了心電監(jiān)測系統(tǒng)和人體的貼合程度，使整個系統(tǒng)具備良好的佩戴舒適性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)的檢測電極結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3為本發(fā)明實施例非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)的檢測電極結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖4為本發(fā)明實施例非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)的電子單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

【主要元件】

1、非接觸心電檢測電極；2、電極與電子單元連接引線；3、電子單元；4、心電感應(yīng)電極；5、有源保護驅(qū)動環(huán)；6、接地屏蔽環(huán)；7、絕緣支撐構(gòu)件；8、絕緣支撐構(gòu)件；9、絕緣支撐構(gòu)件；10、電極接頭；11、有源保護驅(qū)動電路；12、表面保護層；13、信號調(diào)理電路；14、信號放大電路；15、信號濾波電路；16、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；17、數(shù)據(jù)通訊模塊；18、調(diào)試接口；19、單片機控制器；20、電源管理電路；21、鋰電池；22、無線充電接收電路。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

在本發(fā)明的示例性實施例中，提供了一種非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)，包括：N個非接觸心電檢測電極(N≥2)和電子單元，所述非接觸心電檢測電極由內(nèi)向外包括：心電感應(yīng)電極、有源保護驅(qū)動環(huán)、接地屏蔽環(huán)，其相互之間設(shè)有絕緣支撐構(gòu)件；電子單元通過N根連接引線與N個非接觸心電檢測電極連接。圖1為本發(fā)明實施例非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)包括：非接觸心電檢測電極1、電子單元3、電極與電子單元連接引線2。非接觸心電檢測電極1為圓形、方形或不規(guī)則形狀。

非接觸心電檢測電極1用于拾取人體表面電勢，按心電信號檢測需要，包含N個電極，N≥2，不同電極之間采集的人體電勢信號做差分處理，即得到人體心電信號。非接觸心電檢測電極1輸出為電壓信號，通過電極與電子單元連接引線2和電子單元3連接，電壓信號通過引線后，到達電子單元進行處理。非接觸心電檢測電極1的電源和地由電子單元3通過電極與電子單元連接引線2提供。在心電檢測中，非接觸心電檢測電極1可以在無導(dǎo)電膏的條件下和人體皮膚直接干接觸，也可以放置在人體皮膚外的多層織物之上，形成人體和電極的非接觸。

電極與電子單元連接引線2作用在于，對非接觸心電檢測電極1和電子單元3之間進行電氣和機械連接。電極與電子單元連接引線2中包括三路電子學(xué)信號，分別是電極所需電源信號、地信號、采集電勢信號。

電子單元3用于對非接觸心電檢測電極1采集的電勢信號進行處理，并且對非接觸心電檢測電極1提供電源、地；用于對多個非接觸心電檢測電極之間的信號進行差分處理；用于對心電信號的信號進行調(diào)理、放大、濾波、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換；用于對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時序控制；用于對數(shù)據(jù)通訊器件的時序控制；用于和上位機服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通訊交互控制等。電極與電子單元連接引線2以及電子單元3中的印刷電路板采用柔性制造技術(shù)，使用聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材。采用柔性制造技術(shù)可以使整個系統(tǒng)具備良好的佩戴舒適性，提高了設(shè)備和人體的貼合程度。

如圖2、3所示，圖2為本發(fā)明實施例監(jiān)測系統(tǒng)的檢測電極結(jié)構(gòu)俯視圖，圖3為本發(fā)明實施例監(jiān)測系統(tǒng)的檢測電極結(jié)構(gòu)剖視圖。非接觸心電檢測電極1從中心向外，分別是心電感應(yīng)電極4、有源保護驅(qū)動環(huán)5、接地屏蔽環(huán)6，三者由金屬銅(Cu)構(gòu)成，三者之間為絕緣隔離材料(聚四氟乙烯)。

心電感應(yīng)電極4是非接觸心電檢測電極1的主要組成部分，和后端的有源保護驅(qū)動電路11用導(dǎo)線電氣連接，用于感應(yīng)人體電勢信號。

有源保護驅(qū)動環(huán)5在心電感應(yīng)電極4外分布并電氣隔離，包圍心電感應(yīng)電極4，呈現(xiàn)凹形分布，和后端的有源保護驅(qū)動電路11用導(dǎo)線電氣連接，用于對感應(yīng)到的人體電勢信號的有源保護驅(qū)動，增大了非接觸心電檢測電極1的耦合阻抗，提高了非接觸心電檢測電極前端的信噪比，從而增大了對心電信號的感應(yīng)能力。

接地屏蔽環(huán)6在有源保護驅(qū)動環(huán)5外分布并電氣隔離，包圍有源保護驅(qū)動環(huán)5，呈現(xiàn)凹形分布，和后端的電極接頭10中的接地線用導(dǎo)線電氣連接，用于對包括心電感應(yīng)電極4和有源保護驅(qū)動環(huán)5之內(nèi)的兩個結(jié)構(gòu)進行接地屏蔽保護。

絕緣支撐構(gòu)件7、絕緣支撐構(gòu)件8、絕緣支撐構(gòu)件9均為絕緣材料，用于非接觸心電檢測電極1中各金屬層之間的電氣隔離。

電極接頭10用于固定非接觸心電檢測電極1與電子單元連接引線2，和非接觸心電檢測電極1與電子單元連接引線2電氣連接，連接方法可采用卡扣和焊接等方式。

有源保護驅(qū)動電路11由電子學(xué)元器件構(gòu)成，可采用自舉、跟隨等電路形式，輸入信號為心電感應(yīng)電極4感應(yīng)得到的電勢信號，輸出信號一路連接到有源保護驅(qū)動環(huán)5用于對心電感應(yīng)電極4的保護驅(qū)動，一路連接到電極接頭10對心電感應(yīng)電極4感應(yīng)得到的電勢信號跟隨后輸出到后端電路。

表面保護層12位于非接觸心電檢測電極1各層上方，采用絕緣材料，對整個非接觸心電檢測電極表面進行保護，防止各層之間短路。

本實施例中非接觸心電檢測電極1的優(yōu)勢和特點在于：

1)在非接觸心電檢測中，前端電極須具備高輸入阻抗的特性，通過凹形設(shè)計的有源保護驅(qū)動環(huán)5，對心電感應(yīng)電極4進行最大程度的空間包圍，極大程度上減少了心電感應(yīng)電極4的漏電流，提高了電極的輸入阻抗；

2)由于非接觸心電檢測電極1的輸入阻抗較高，對外界噪聲極為敏感，多數(shù)情況下噪聲的干擾導(dǎo)致信噪比極低。通過凹形設(shè)計的接地屏蔽環(huán)6，對心電感應(yīng)電極4和有源保護驅(qū)動環(huán)5進行最大程度的空間包圍，極大程度上減少了噪聲對心電感應(yīng)電極4和有源保護驅(qū)動環(huán)5的干擾，提高了非接觸心電檢測電極1的信噪比。

如圖4所示，圖4為本發(fā)明實施例監(jiān)測系統(tǒng)的電子單元的結(jié)構(gòu)示意圖。電子單元3包括：信號調(diào)理電路13、信號放大電路14、信號濾波電路15、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路16、數(shù)據(jù)通訊模塊17、調(diào)試接口18、單片機控制器19、電源管理電路20、鋰電池21和無線充電接收電路22。

信號調(diào)理電路13用于對非接觸心電檢測電極1獲取的電勢信號進行隔離直流信號和差分操作。對兩個電極之間的電勢信號進行差分后，將獲得的心電信號送往下一級電路信號放大電路14。其中，信號調(diào)理電路的輸入端與所述連接引線電氣連接。

信號放大電路14用于對上級電路信號調(diào)理電路13的輸出進行恰當比例的信號放大，使心電信號的范圍處在后級電路的處理范圍之內(nèi)，放大后的信號送往下一級電路信號濾波電路15。

信號濾波電路15用于對上級電路信號放大電路14的輸出進行適當?shù)臑V波操作，去除高頻噪聲對心電信號的影響，濾波后的信號送往下一級電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路16。

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路16用于對上級電路信號濾波電路15的輸出進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換操作，將心電信號從模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并通過數(shù)字接口將數(shù)字信號送往單片機控制器19。

單片機控制器19是電子單元3的主控電路，分別用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換電路16的時序控制和數(shù)據(jù)通訊，和對數(shù)據(jù)通訊模塊17的時序控制和數(shù)據(jù)通訊。單片機控制器19對得到的心電數(shù)字信號進一步去除噪聲后，按固定的數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)排列后，將數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)通訊模塊17。

數(shù)據(jù)通訊模塊17負責電子單元3和上位機服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信，把從單片機控制器19得到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通訊模塊17傳輸給上位機服務(wù)器，同時可以將上位機服務(wù)器的指令傳輸給單片機控制器19。數(shù)據(jù)通訊模塊17主要用于數(shù)據(jù)通信，可以用藍牙、ZigBee模塊、WIFI模塊等具備無線通信功能的模塊代替，也可以采用有線通訊方式。

調(diào)試接口18用于對單片機控制器19的內(nèi)部程序調(diào)試。

鋰電池21用于提供整個電子單元3的電源，鋰電池體積小、能量密度高、可充電，非常適宜于便攜式系統(tǒng)。系統(tǒng)采用無線充電的方式對鋰電池21進行充電操作。

無線充電接收電路22實現(xiàn)對鋰電池21的充電操作。外界的無線發(fā)射電路通過電磁耦合將能量傳遞給無線充電接收電路22。

電源管理電路20實現(xiàn)了整個電子單元3的電源管理功能，通過升壓和降壓電路將鋰電池21的輸出電壓變換成整個系統(tǒng)需要的特定電源電壓。

本發(fā)明的非接觸式動態(tài)心電監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對人體心電信號的非接觸式動態(tài)實時監(jiān)測，可以通過有線或無線的通訊方式對心電檢測數(shù)據(jù)和服務(wù)器進行交互操作，有利于醫(yī)生及時診斷和查看。

需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換，例如：

(1)心電感應(yīng)電極4、有源保護驅(qū)動環(huán)5、接地屏蔽環(huán)6可以用其他的導(dǎo)體金屬來代替；

(2)絕緣支撐構(gòu)件7、絕緣支撐構(gòu)件8、絕緣支撐構(gòu)件9、表面保護層12可以用其他的絕緣材料來代替。

還需要說明的是，本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。此外，除非特別描述或必須依序發(fā)生的步驟，上述步驟的順序并無限制于以上所列，且可根據(jù)所需設(shè)計而變化或重新安排。并且上述實施例可基于設(shè)計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。

應(yīng)該注意的是上述實施例對本發(fā)明進行說明而不是對本發(fā)明進行限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計出替換實施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。本發(fā)明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于適當編程的計算機來實現(xiàn)。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序?？蓪⑦@些單詞解釋為名稱。

應(yīng)注意，貫穿附圖，相同的元素由相同或相近的附圖標記來表示。在以下描述中，一些具體實施例僅用于描述目的，而不應(yīng)該理解為對本發(fā)明有任何限制，而只是本發(fā)明實施例的示例。在可能導(dǎo)致對本發(fā)明的理解造成混淆時，將省略常規(guī)結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。應(yīng)注意，圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實大小和比例，而僅示意本發(fā)明實施例的內(nèi)容。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。