CN107669261A - 便携式心电信号采集***及使用其的心电信号采集方法 - Google Patents

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Abstract

一种便携式心电信号采集***，其包括：心电信号采集装置；所述心电信号采集装置包括主控制器、通信模块和心电信号采集模块；主控制器控制通信模块和心电信号采集模块的工作；通信模块用于与便携式终端通信；心电信号采集模块用于心电信号的采集；所述心电信号采集模块连接有左心电电极、右心电电极；所述心电信号采集装置包括外壳；外壳由柔性防水材料制成，包裹所述心电信号采集装置，使所述左心电电极、右心电电极暴露在外面；所述心电信号采集装置能够进行片段式心电信号采集或长程式心电信号采集。

Description

便携式心电信号采集***及使用其的心电信号采集方法
技术领域
本发明涉及一种心电信号采集技术，特别是一种便携式心电信号采集***及使用其的心电信号采集方法。
背景技术
心电图反映人体心脏生物电放电状态，异常的心肌放电代表心脏的机械运动也存在一定异常，故心电图机广泛应用于医院的临床诊断，能够低成本、快速、准确的用于心血管相关疾病的筛查、诊断及术后、用药评估。随物联网技术的发展，心电信号采集电路逐步延高集成、低功耗方向发展，故各类可穿戴的心电信号采集装置应运而生，使心电图装置更多适用于日常生活场景，特别是用于剧烈运动时的心率实时监测。然而目前所见的可穿戴设备都仅适用于单个使用场景：
比如公开号为WO2017084464A1的专利申请中所公开的腕表式心电装置，仅能作为片段信号采集并限定了使用时需要双手配合使用，该使用方法限制了本设备无法用于动态心电信号的长期采集，对于间歇性心率失常病人无法起到有效的筛查诊断。
再比如申请号为CN201420769230.X所公开的胸带式心电装置，其采集过程束缚在胸前无法更变其使用姿势，每次使用过程要求受测者准确佩戴胸带，且不能从事剧烈运动，以避免胸带移位造成心电信号变形；特别对于仅用30到60秒的短暂心电信号采集对象，每次采集过程都需要脱除衣服佩戴胸带，使用十分麻烦。
故缺乏一种便携式心电信号采集装置，其能适用于日常生活的多个不同场景，既能用于短暂的心电信号采集，又能用于24小时的长程动态心电记录，并且使用过程尽量减少对受测者的干扰。同时对于心脏术后随访与院外用药评估等人群，需要定时检测心率变化的，故提供一种小型化、携带方便、使用便捷，同时兼容多个不同使用场景的便携式心电信号采集装置是非常有意义的。
发明内容
本发明目的在于提供一种全密封式的便携式心电信号采集装置，以解决大部分心电信号采集装置无法兼容于不同应用场景的问题，例如剧烈运动、水中、日常公共环境等；解决便携的问题，使得整个装置更小巧，方便心电信号采集装置随身携带并长期使用；解决现有的便携式心电信号采集装置不能快速完成片段式心电信号采集与24小时长程心电信号采集的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的便携式心电信号采集***，其包括：心电信号采集装置；
所述心电信号采集装置包括主控制器、通信模块和心电信号采集模块；主控制器控制通信模块和心电信号采集模块的工作；通信模块用于与便携式终端通信；心电信号采集模块用于心电信号的采集；
所述心电信号采集模块连接有左心电电极、右心电电极；
所述心电信号采集装置包括外壳；外壳由柔性防水材料制成，包裹所述所述心电信号采集装置，使所述左心电电极、右心电电极暴露在外面；
所述心电信号采集装置能够进行片段式心电信号采集或长程式心电信号采集。
优选地，所述外壳上进一步设置有磁性吸块；所述便携式心电信号采集***进一步包括底托，底托由能够被所述磁性吸块吸附的铁质材料制成；底托可通过粘胶固定到便携式终端的背后，由此所述心电信号采集装置可通过吸附到底托上而固定到便携式终端上。
优选地，所述心电信号采集装置的电路采用QFN超小型封装芯片；所述通信模块为蓝牙模块；所述蓝牙模块与所述主控制器集成在一起；所述蓝牙模块使用小体积陶瓷天线作为蓝牙天线；所述心电信号采集模块采用小封装心电采集传感器。
优选地，所述磁性吸块包括三个，分别位于心电信号采集装置的左侧、右侧及上侧；所述磁性吸块的材料为铷铁硼。
优选地，所述便携式终端控制心电信号采集装置以进行所述片段式心电信号采集或长程式心电信号采集。
优选地，所述柔性材料为硅橡胶。
优选地，所述心电信号采集装置还包括充电模块，所述充电模块连接有充电柱；所述充电模块被包裹在所述外壳中，所述充电柱暴露在外面。
优选地，所述心电信号采集装置的外壳使用硅橡胶模具进行一次成型而形成，从而使所述心电信号采集装置具备IP67防护功能。
使用本发明的心电信号采集***进行心电信号采集方法，其包括：
在片段式心电信号采集时，
通过便携式终端唤醒心电信号采集装置进入片段式心电信号采集状态；然后，使用者双手自然接触左、右心电电极即可进行心电信号采集；在完成本次采集后，便携式终端提示采集完成，本次操作结束；
在长程式心电信号采集时，
通过粘胶将所述心电信号采集装置固定到人体胸部左侧平整位置，使得左、右心电电极与使用者稳定地接触；然后，通过便携式终端启动本次心电信号采集；当采集足够的数据后，便携式终端提示采集完成，本次操作结束。
优选地，所述片段式心电信号采集的采集时长为30秒或60秒，所述长程式心电信号采集的采集时长为24小时。
本发明的心电信号采集装置采样硅橡胶外壳进行封装，仅仅露出心电电极和充电柱，因此能够适用于多种不同场景并具备防水防尘性能。本发明的心电信号采集装置可以方便地粘贴在使用者身体上或者通过铁质的底托磁性吸附在便携式设备上，能够兼容片段式采集和长程式采集，而且在两种采集方式的切换上也非常便捷。
附图说明
图1是本发明心电信号采集装置安放在便携式终端背后的示意图；
图2是本发明心电信号采集装置的内部结构示意图；
图3是本发明心电信号采集装置的电路原理图；
图4是本发明使用方式的正面图；
图5是本发明使用方式的背面图；
图6是本发明所需的双面胶贴剪切示例；
图7是本发明使用过程的人体粘贴位置示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的便携式心电信号采集***包括底托2与心电信号采集装置主体3。其中底托2用于通过双面胶贴粘贴在便携式终端1背部，心电信号采集装置主体3通过磁吸附方式固定在底托2上。其中底托2整体结构使用金属铁制作；心电信号采集装置3主体外壳采用硅橡胶制作。
心电信号采集装置主体3的内部结果如图2所示。其中侧吸附块11、头部吸附块14、尾部吸附块18均采用钕铁硼材料制作，使心电信号采集装置主体具有磁性并能吸附在底托上；左接触电极13与右接触电极17焊接在心电信号采集装置的电路19上，当接触人体皮肤时能进行心电信号的采集；4个充电铜柱15焊接在心电信号采集电路19上，用于给电池16充电；电池16为该心电信号采集装置主体供电。该主体整体采用硅橡胶制作，电池及心电信号采集电路19通过硅橡胶的模具成型技术包裹在硅橡胶中，仅露出左接触电极13、右接触电极17、充电铜柱15的部分面积，使结构整体具备IP67的防水性能。
为使心电信号采集装置主体结构更为精巧，心电信号采集电路使用以TI的ADS1191IRSMR芯片为主的高度集成电路。如图3所示，芯片内部集成了信号滤波、信号放大、模数转换功能，芯片电源部分仅需要一个3.3V电源，每个电源的输入口仅需要一个滤波电容，使得芯片***只需要极少的电路及元器件即可实现心电采集模块。右腿驱动部分用一个电阻串联到一个电极上，使得只需要两个输入电极即可实现心电采集，使该装置在体积上进一步的缩小。另外与MCU之间的通讯选择使用高速的SPI接口，直接与MCU连接无需任何电子元器件，使心电采集模块与MCU之间的电路连接更为灵活和简单。电源上区分独立的数字电源(VDDD)和模拟电源(VADD)，使得采集到的信号更为纯净和稳定。
实施例1
心电信号采集装置作为30秒或60秒的片段式心电信号采集，首先通过便携式终端唤醒心电信号采集装置进入片段式心电信号采集状态。如图四所示使用者双手捧便携式终端，则其背面将呈如图五所示，双手手指自然接触心电信号采集装置的左右电极，即可进行心电信号的采集。在完成本次心电信号采集后，便携式终端提示采集完成，本次操作结束。
实施例2
心电信号采集装置作为24小时的长程心电记录仪使用时，需要一个防水双面胶贴，并如图六所示，在防水胶贴中间剪出两个圆形空洞，贴在心电信号采集装置上有裸露电极的一面，使心电信号采集装置的两个电极不被双面胶覆盖，粘贴的过程要使双面胶与装置平整贴合，并挤出贴合部分的空气。
完成本测粘贴后，如图7所示，将双面胶的另一侧粘贴在人体胸部左侧平整位置，并挤出与皮肤贴合部分的空气。仅在保证双面胶的两侧都能平整贴合并不存在空气间隙时，心电信号采集装置的两端电极与皮肤形成密封接触，是该装置适用于空气中、水下等不同场景。
完成心电信号采集装置的人体固定后，在便携式终端上操作开始本次心电信号的记录。当采集记录足够的数据后，便携式终端提示本次心电信号采集，则摘除心电信号采集装置，丢弃双面胶贴，并将心电信号采集装置的主体部分放回原处，吸附到底托上。
效果上，本发明的心电信号采集装置的外壳材料采用硅橡胶制作，其充电模块采用接触式铜柱，所述接触式铜柱焊接在所述心电信号采集装置上；其左右心电电极采用316不锈钢金属片，所述左右心电底部焊接在所述心电信号采集电路上；进一步的，心电信号采集装置外壳加工过程，将所述的心电信号采集电路及其电池整体放置与硅橡胶模具中进行一次成型，仅露出所述充电铜柱与左右心电电极，该加工方式实现心电信号采集装置整体具备IP67防护功能，能适用于日常生活的不同场景。硅橡胶也可以使用其他柔性防水材料替换，如塑料，普通橡胶。铜柱也可以由其他的导电材料制成的柱体代替，例如铁柱、钢柱等。
所选择的电子元器件均为QFN超小型封装芯片，硬件上主控制器选择了Cypress公司的CY8C4247微控制器，该MCU内部集成蓝牙模块，加上外部选择小体积的陶瓷天线作为蓝牙的天线，使得体积得到缩小。进一步的采集模块使用TI的ADS1191IRSMR小封装心电采集传感器，传感器外部仅需要极少的元器件(仅需要电源及滤波电容)即可实现心电采集模块。进一步的CY8C4247为控制器内部的蓝牙模块版本为4.0，实现在长时间采集心电信号时将功耗控制在很低的水平，解决长时间测量状态下电量出现不足的问题。
组合型磁吸附式心电信号采集装置含心电信号采集装置及其底托，所述心电信号采集装置头部、尾部及单侧设有钕铁硼材料的金属块，所述底托整体结构采用金属铁制作，使心电信号采集装置及其底托在对应位置上具备磁性吸附能力；进一步的所述底托结构的反面贴有双面胶，使底托能与其他便携式终端的背面固定连接。
将心电信号采集装置作为30秒或60秒的片段式心电信号采集，通过如图所示，两手捧便携式终端的头部及尾部，两手手指自然接触所述的左右心电电极，形成一个完整的心电信号采集回路，进行一次心电信号采集。将信号信号采集装置作为24小时的长程心电记录仪使用时，如图所示，通过双面胶粘贴在人体胸前左侧较为平整位置，保证左右电极与人体皮肤的完整贴合。如电极接触面处人体毛发比较旺盛，宜避开毛发旺盛部位或剔除此处毛发。如电极接触面处人体皮肤较为干燥，宜用生理盐水进行湿润后擦去水珠再进行使用。
本申请中，便携式终端可以是智能手机、平板电脑、游戏机、影音播放装置等设备。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域普通技术人员能够显而易见想到一些雷同替代方案，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种便携式心电信号采集***，其包括：心电信号采集装置；
所述心电信号采集装置包括主控制器、通信模块和心电信号采集模块；主控制器控制通信模块和心电信号采集模块的工作；通信模块用于与便携式终端通信；心电信号采集模块用于心电信号的采集；
所述心电信号采集模块连接有左心电电极、右心电电极；
所述心电信号采集装置包括外壳；外壳由柔性防水材料制成，包裹所述所述心电信号采集装置，使所述左心电电极、右心电电极暴露在外面；
所述心电信号采集装置能够进行片段式心电信号采集或长程式心电信号采集。
2.如权利要求1所述的便携式心电信号采集***，其特征在于：所述外壳上进一步设置有磁性吸块；所述便携式心电信号采集***进一步包括底托，底托由能够被所述磁性吸块吸附的铁质材料制成；底托可通过粘胶固定到便携式终端的背后，由此所述心电信号采集装置可通过吸附到底托上而固定到便携式终端上。
3.如权利要求1所述的便携式心电信号采集***，其特征在于：所述心电信号采集装置的电路采用QFN超小型封装芯片；所述通信模块为蓝牙模块；所述蓝牙模块与所述主控制器集成在一起；所述蓝牙模块使用小体积陶瓷天线作为蓝牙天线；所述心电信号采集模块采用小封装心电采集传感器。
4.如权利要求2所述的便携式心电信号采集***，其特征在于：所述磁性吸块包括三个，分别位于心电信号采集装置的左侧、右侧及上侧；所述磁性吸块的材料为铷铁硼。
5.如权利要求3所述的便携式心电信号采集***，其特征在于：所述便携式终端控制心电信号采集装置以进行所述片段式心电信号采集或长程式心电信号采集。
6.如权利要求1所述的便携式心电信号采集***，其特征在于：所述柔性材料为硅橡胶。
7.如权利要求1所述的便携式心电信号采集***，其特征在于：所述心电信号采集装置还包括充电模块，所述充电模块连接有充电柱；所述充电模块被包裹在所述外壳中，所述充电柱暴露在外面。
8.如权利要求6所述的便携式心电信号采集***，其特征在于：所述心电信号采集装置的外壳使用硅橡胶模具进行一次成型而形成，从而使所述心电信号采集装置具备IP67防护功能。
9.一种使用权利要求1-8中任一项所述的心电信号采集***进行心电信号采集方法，其包括：
在片段式心电信号采集时，
通过便携式终端唤醒心电信号采集装置进入片段式心电信号采集状态；然后，使用者双手自然接触左、右心电电极即可进行心电信号采集；在完成本次采集后，便携式终端提示采集完成，本次操作结束；
在长程式心电信号采集时，
通过粘胶将所述心电信号采集装置固定到人体胸部左侧平整位置，使得左、右心电电极与使用者稳定地接触；然后，通过便携式终端启动本次心电信号采集；当采集足够的数据后，便携式终端提示采集完成，本次操作结束。
10.如权利要求9所述的心电信号采集方法，其特征在于：所述片段式心电信号采集的采集时长为30秒或60秒，所述长程式心电信号采集的采集时长为24小时。
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