CN202699127U - 一种基于非接触式电极阵列的心电监测床垫 - Google Patents

Abstract

一种基于非接触式电极阵列的心电监测床垫，阵列中的每个电极均为圆形双面PCB板，一面上设有三个区，中心圆区为感应片，依次向外设有屏蔽区及地线区，另一面上也设有三个区，中心圆为敷铜区，中心设有前置运算放大器贴片，敷铜区***为地线区，前置运算放大器的输出端与屏蔽区及敷铜区连接，前置运算放大器的地端与两个面上的地线区连接，前置运算放大器的输入端连接感应片的输出。心电采集主板为双面PCB板，一面集成了多路信号选二电路、仪表放大电路、滤波电路、二级放大电路以及右腿驱动电路，另一面集成了以MSP430单片机为主控器的模数转换、定时采样以及蓝牙无线通讯模块，参考电极为一块导电织物，与右腿驱动电路输出连接。

Description

一种基于非接触式电极阵列的心电监测床垫

技术领域

本实用新型涉及心电监测装置，尤其是涉及一种基于非接触式电极阵列的心电监测床垫，属于生物电子技术领域。

背景技术

心血管疾病是威胁人类健康的主要疾病之一，尤其针对某些心脏疾病，如心率失常、心肌缺血等，它们具有间歇性和突发性，因而长期、动态心电监护对这类病症具有重要的诊断意义。对于医院病房的重症病人和家庭年迈体弱的心脏病患者，夜间睡眠过程中的实时心电监测是十分必要的。

然而，传统心电测量装置在睡眠监护中，存在以下弊端：

1)一次性Ag/AgCl电极片通过导电胶与人体皮肤相接触，在长时间的监测过程中会因导电胶的干化发生电极脱落，或引起局部皮肤的过敏反应，使得患者感到不舒适；

2)患者必须脱去上衣接受心电监测，或必须通过导联线与监护设备连接，使得被测者在睡眠过程中不能发生较大的翻动；

3)倘若患者在夜间下床，则必须拆卸电极或更换新的电极片，十分不便和浪费。

4)现有基于接触式电极的便携式、可穿戴的心电测量背心或胸带，在长时间的睡眠监护中可能会造成患者呼吸困难。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种基于非接触式电极阵列的心电监测床垫，能使得患者在穿着自己的内衣或T恤的情况下，方便、舒适地进行睡眠过程中的心脏监护，不影响人的正常生活。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的具体技术方案：一种基于非接触式电极阵列的心电监测床垫，其特征是：监测床垫上设有非接触式电极阵列、参考电极以及采集主板，其中：非接触式电极阵列呈一排间隔布置，与人体的上半身位置对应，每个电极均为圆形双面PCB板，与人体直接对应的一面PCB板上设有三个区，三个区之间电绝缘，中心圆区为裸露的感应片，依次向外设有环形屏蔽区及环形地线区，另一面PCB板上也设有三个区，中心圆为敷铜区，敷铜区中心设有包括前置运算放大器的贴片焊接区，敷铜区***为环形地线区，前置运算放大器的输出端分别与环形屏蔽区及敷铜区连接，前置运算放大器的模拟信号地端分别与两个面上的环形地线区连接，前置运算放大器的输入端连接感应片的信号输出；每个电极均设置在一个敞口的圆形金属屏蔽盒内，金属屏蔽盒固定在监测床垫相应的圆孔中，其敞口端暴露于监测床垫的上表面，电极与人体直接对应的一面位于敞口端；

参考电极为一块导电织物，设置在监测床垫的上表面，与人体的下半身位置对应；

心电采集主板为双面PCB板，其中一面集成了前端模拟信号调理电路，包括多路信号选二电路、仪表放大电路、滤波电路、二级放大电路以及右腿驱动电路；双面PCB板的另一面集成了以MSP430单片机为主控器的模数转换、定时采样以及蓝牙无线通讯模块；电极阵列中各个电极的前置运算放大器的输出信号均连接多路信号选二电路，多路信号选二电路的输出连接仪表放大电路，仪表放大电路的输出分别连接滤波电路及右腿驱动电路，滤波电路的输出连接二级放大电路，二级放大电路的输出连接MSP430单片机，MSP430单片机的输出分别连接多路信号选二电路及蓝牙无线通讯模块，右腿驱动电路输出连接参考电极。

每个非接触式电极输出与采集主板输入之间，可采用USB接口及数据线连接，金属屏蔽盒侧面设有相应的缺口。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点与效果：

1，无论是非接触式电极阵列，还是织物参考电极，均与人体容性耦合(电极与皮肤隔着衣服间接接触)，被测者在睡眠中可穿着自己的内衣或T恤，躺在铺有该床垫的床上进行夜间睡眠过程中的实时心电监测；

2，非接触式电极阵列排成一行，在患者改变睡眠姿势的情况下，通过外部计算机软件的分析，依然可以对心电信号进行连续测量；

3，患者无需受到检测装置的影响，可随意下床，恢复测量时只需再躺下即可，操作简单，实用而方便；

4，锂电池供电、低功耗***设计、无线数据传输，使得该装置使用起来灵活、便携，患者在整个测量过程中能感到十分舒适、自然。

附图说明

图1是本实用新型使用状态的平面示意图；

图2是本实用新型监测床垫的立体图；

图3是非接触式电极的双面PCB板示意图；

图4是非接触式电极的半封闭金属屏蔽盒示意图；

图5是本实用新型心电采集主板原理框图。

具体实施方式

如图1、2所示，监测床垫3平铺在病床或正常家庭使用的床5上，4为枕头。监测床垫3可制成60*40*0.5cm，其上嵌入一排非接触式电极阵列1(至少为2个，实施例为8个，间距3～10cm)，暴露在监测床垫3上设置的相应圆孔表面。参考电极2为一块45*35cm面积金属织物混纺，缝制在监测床垫3的上表面。非接触式电极阵列1与人体躺卧时的背部对应，参考电极2与腰部、臀部及大腿对应。心电采集盒6内置心电采集主板，活动固定在监测床垫3的背侧。

如图3，图A为圆形(直径3.9cm)双面PCB板的暴露面(朝向人体，与人体隔衣接触)，设有同一平面三个区，三个区之间电绝缘，中心圆区11为裸露的感应片，隔着衣服容性耦合人体体表的心电电位，依次向外设有环形屏蔽区12(宽度0.35cm)及环形地线区13(宽度0.35cm)。另一面(图B)PCB板上也设有三个区，中心圆16为敷铜区，敷铜区中心设有包括前置运算放大器14的贴片焊接区(由于非接触式测量的信号源阻抗较高，设置具有高输入阻抗的前置运算放大电路14，作为贴片元件被焊接在PCB板的表面上，实现了信号提取时的阻抗匹配)，敷铜区***为环形地线区17。15为miniUSB母座，内部5根线除一根悬空外，其余四根分别为：电源VCC、参考电源Vref、模拟信号地GND和信号线Signal；单电源供电的情况下，参考电压Vref的值为电源Vcc的一半。前置运算放大器14的输出分别与环形屏蔽圈12、敷铜区16电气连接，感应片11和环形屏蔽圈12共同所占的区域与圆形敷铜16相对称，电气信号一致；两个面上的地线屏蔽圈13、17也对称，均与前置运算放大器14的模拟信号地GND电气连接，共同构成了“有源屏蔽”结构，包裹着感应片11，有效屏蔽了感应片11周围的噪声，同时对于心电信号本身的影响很小。两个面上对称的环形地线屏蔽圈13、17；尤其是环形地线屏蔽圈13，表面电气裸露(镀了一层锡)，它与人的衣服直接接触，给淤积的摩擦电位和静电位提供了***通路。感应片11通过孔与另一面上的前置运算放大电路14的输入端电气连接。

将图3圆形双面PCB板定位于图4所示的半封闭圆形金属屏蔽盒7的敞口10端的卡口处(设有感应片11的一面朝向敞口，设有敷铜区16的一面朝向屏蔽盒内腔)，屏蔽盒7的侧面留有缺口9，供USB接口的插拔。将屏蔽盒7的敞口端10从监测床垫3的背面向上嵌入相应圆孔中，通过屏蔽盒7底部突出外沿上的多个定位孔8与监测床垫3的背面固定。

参看图5，心电采集主板采用双面PCB板制作，一面集成了前端模拟信号调理电路，包括：电源模块、八选二电路、仪表放大、滤波电路、二级放大、右腿驱动电路，另一面集成了以MSP430单片机为主控器的模数转换、定时采样及蓝牙无线通讯模块，进行无线数据发送，外部的计算机或终端设备可进行数据接收、分析处理、波形显示和存储。非接触式电极输出与采集主板输入之间，可通过四芯屏蔽的USB转换线相连，采集主板的输入端接口采用普通USB母座。参考电极通过导线与右腿驱动电路的输出端直接相连。主板采用一块3.7V锂电池稳压供电。采集主板设置在心电采集盒6内，活动安装在床垫3的底侧，取出心电采集盒，可更换电池或充电。

右腿驱动电路为本领域现有技术，是利用反相运算放大器来实现仪表放大器两输入端之间共模信号的负反馈。反相放大器的输入端提取仪表放大器增益电阻之间的共模信号，反相放大约100倍后，反相放大器的输出端与织物参考电极相连。

被测者可在冬季穿着一件较薄的内衣，在夏季可穿着一件纯棉T恤，躺下进行睡眠过程中的心电监护。非接触式电极阵列1隔着一层衣服与人的背部皮肤进行容性耦合，腰部、臀部及大腿与大面积的参考电极2隔着衣服进行容性耦合。该参考电极2与右腿驱动电路的输出端相连接，它的作用是：将前端非接触电极阵列耦合到的共模干扰(主要为50Hz噪声)信号反向放大后，负反馈回人体，从而来降低共模干扰的幅度。在被测者以不同的姿势睡眠时，通过单片机控制选取其中信号差较强的两个电极作为检测电极，再经过仪表放大、滤波电路、二级放大、模数转换等信号处理后，通过蓝牙无线通讯模块将心电信号无线发送给外部的终端设备(如计算机或手机)，作进一步的分析、处理、显示和存储。

Claims (2)

1.一种基于非接触式电极阵列的心电监测床垫，其特征是：监测床垫上设有非接触式电极阵列、参考电极以及采集主板，其中：

非接触式电极阵列呈一排间隔布置，与人体的上半身位置对应，每个电极均为圆形双面PCB板，与人体直接对应的一面PCB板上设有三个区，三个区之间电绝缘，中心圆区为裸露的感应片，依次向外设有环形屏蔽区及环形地线区，另一面PCB板上也设有三个区，中心圆为敷铜区，敷铜区中心设有包括前置运算放大器的贴片焊接区，敷铜区***为环形地线区，前置运算放大器的输出端分别与环形屏蔽区及敷铜区连接，前置运算放大器的模拟信号地端分别与两个面上的环形地线区连接，前置运算放大器的输入端连接感应片的信号输出；每个电极均设置在一个敞口的圆形金属屏蔽盒内，金属屏蔽盒固定在监测床垫相应的圆孔中，其敞口端暴露于监测床垫的上表面，电极与人体直接对应的一面位于敞口端；

参考电极为一块导电织物，设置在监测床垫的上表面，与人体的下半身位置对应；

心电采集主板为双面PCB板，其中一面集成了前端模拟信号调理电路，包括多路信号选二电路、仪表放大电路、滤波电路、二级放大电路以及右腿驱动电路；双面PCB板的另一面集成了以MSP430单片机为主控器的模数转换、定时采样以及蓝牙无线通讯模块；电极阵列中各个电极的前置运算放大器的输出信号均连接多路信号选二电路，多路信号选二电路的输出连接仪表放大电路，仪表放大电路的输出分别连接滤波电路及右腿驱动电路，滤波电路的输出连接二级放大电路，二级放大电路的输出连接MSP430单片机，MSP430单片机的输出分别连接多路信号选二电路及蓝牙无线通讯模块，右腿驱动电路输出连接参考电极。

2.根据权利要求1所述的基于非接触式电极阵列的心电监测床垫，其特征是：每个非接触式电极输出与采集主板输入之间采用USB接口及数据线连接，金属屏蔽盒侧面设有相应的缺口。

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