CN209059193U - 一种穿戴式心电监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种穿戴式心电监测装置，包括信号接收电极组、心电信号监测模块组、呼吸波信号监测模块组、呼吸波信号发射用电极组、呼吸波信号发射用模块组、微处理器、存储模块、电源模块、无线通信模块和人机交互模块，信号接收电极组包括第一电极贴片和第二电极贴片，心电信号监测模块组包括滤波电路模块、前级心电信号放大电路模块和后级心电信号放大滤波电路模块，呼吸波信号监测模块组包括肌电采集电路模块、呼吸波同步解调电路模块和二阶放大滤波电路模块，呼吸波信号发射用电极组包括第三电极贴片和第四电极贴片。本实用新型能够同时监测用户心率和呼吸率，便于用户及时了解心率、呼吸率与运动的关系，从而便于用户制定科学的训练计划。

Description

一种穿戴式心电监测装置

技术领域

本实用新型涉及家庭医疗健康领域，特别涉及一种穿戴式心电监测装置。

背景技术

近年来随着居民生活水平的不断提高和自然环境的不断恶化，心血管疾病的患病率、发病率和死亡率在我国都呈逐年上升的趋势。心血管疾病引起了越来越多人重视。

由于心血管疾病具有发病不确定性、及短期难检出性，其最有效的监测方式是长期佩戴监测、早发现早治疗、发病初期可以预警。而传统的检测心电图和心率的手段是心电图机。这种心电图机普遍存在着设备造价高昂，体积大,不方便携带的缺点，特别是对有心电监测需求的运动人群，监测非常不方便。在此背景下，智能穿戴式心电、心率检测设备不断问世。这些监测设备可以采集使用者心率或心电图，有的设备也能提供计步功能。除了心率，呼吸率对所有运动都有很高价值的指导意义，关乎训练的有效性及训练的安全性。因此，对于有运动需求的人群，他们不仅仅关心监测到的心电图或心率数据，也需要了解自己运动、呼吸率等数据。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能够同时监测用户心率和呼吸率的穿戴式心电监测装置，便于用户及时了解心率、呼吸率与运动激烈程度的关系，从而便于用户制定科学的训练计划。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种穿戴式心电监测装置，包括信号接收电极组、心电信号监测模块组、呼吸波信号监测模块组、呼吸波信号发射用电极组、呼吸波信号发射用模块组、微处理器、存储模块、电源模块、无线通信模块和人机交互模块，所述信号接收电极组包括第一电极贴片和第二电极贴片，所述心电信号监测模块组包括滤波电路模块、前级心电信号放大电路模块和后级心电信号放大滤波电路模块，所述呼吸波信号监测模块组包括肌电采集电路模块、呼吸波同步解调电路模块和二阶放大滤波电路模块，呼吸波信号发射用电极组包括第三电极贴片和第四电极贴片，所述呼吸波信号发射用模块组包括50KHZ交流电流差分输出电路模块、精密基准电压源、电压/电流转换电路模块；所述第一电极贴片的信号输出端和所述第二电极贴片的信号输出端分别与所述滤波电路模块的信号输入端通信连接，所述滤波电路模块的信号输出端与所述前级心电信号放大电路模块的信号输入端通信连接，所述前级心电信号放大电路模块的信号输出端与所述后级心电信号放大滤波电路模块的信号输入端通信连接，所述后级心电信号放大滤波电路模块的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接，所述微处理器与所述存储模块通信连接，所述微处理器的信号输入端与所述人机交互模块的信号输出端通信连接，所述微处理器通过所述无线通信模块与上位机通信连接，所述微处理器与所述电源模块电连接；所述第一电极贴片的信号输出端和所述第二电极贴片的信号输出端分别与所述肌电采集电路模块的信号输入端通信连接，所述肌电采集电路模块的信号输出端与所述呼吸波同步解调电路模块的信号输入端通信连接，所述呼吸波同步解调电路模块的信号输出端与所述二阶放大滤波电路模块的信号输入端通信连接，所述二阶放大滤波电路模块的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接；所述微处理器的信号输出端与所述电压/电流转换电路模块的信号输入端通信连接，所述电压/电流转换电路模块的信号输出端与所述50KHZ交流电流差分输出电路模块的信号输入端通信连接，所述50KHZ交流电流差分输出电路模块的信号输出端分别与所述第三电极贴片的信号输入端和所述第四电极贴片的信号输入端通信连接；所述精密基准电压源与所述50KHZ交流电流差分输出电路模块电连接。

上述穿戴式心电监测装置，还包括加速度传感器，所述加速度传感器的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通过SPI总线通信连接。

上述穿戴式心电监测装置，所述滤波电路模块为RFI滤波阻抗匹配电路模块。

上述穿戴式心电监测装置，所述无线通信模块为蓝牙模块，所述上位机为内置有蓝牙通信模块的智能手机或平板电脑，所述微处理器通过所述蓝牙模块和所述蓝牙通信模块与所述智能手机或平板电脑通信连接。

上述穿戴式心电监测装置，所述电源模块包括可充电电池、电池电量管理模块和充电电路模块，所述充电电路模块的电流输出端与所述可充电电池的电流输入端电连接，所述可充电电池的电流输出端与所述电池电量管理模块的电流输入端电连接，所述电池电量管理模块的电流输出端与所述开关机管理电路模块的电流输入端电连接，所述开关机管理电路模块的电流输出端与所述微处理器的电流输入端电连接。

上述穿戴式心电监测装置，所述可充电电池为锂电池。

上述穿戴式心电监测装置，所述存储模块为512MB NANDFLASH。

上述穿戴式心电监测装置，所述加速度传感器为MMA9555L计步传感器。

上述穿戴式心电监测装置，所述前级心电信号放大电路模块的信号输出模块与电极脱落检测电路模块的信号输入端通信连接，所述电极脱落检测电路模块的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接。

本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型具有携带方便、造价低等优势，对于个人、家庭、中小型社区医院来说十分适合，为家庭健康预防和远程医疗等新兴医疗方式提供良好支撑与帮助。

2.可以根据本实用新型监测到的呼吸率和心率来评估运动情况，并给出合理的建议。

3.本实用新型的心电采集和呼吸波采集使用独立信号调理电路进行处理，提高了数据的时效性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型穿戴式心电监测装置的工作原理框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型一种穿戴式心电监测装置，包括信号接收电极组、心电信号监测模块组、呼吸波信号监测模块组、呼吸波信号发射用电极组、呼吸波信号发射用模块组、微处理器、存储模块、电源模块、无线通信模块和人机交互模块，所述信号接收电极组包括第一电极贴片和第二电极贴片，所述心电信号监测模块组包括滤波电路模块、前级心电信号放大电路模块和后级心电信号放大滤波电路模块，所述呼吸波信号监测模块组包括肌电采集电路模块、呼吸波同步解调电路模块和二阶放大滤波电路模块，呼吸波信号发射用电极组包括第三电极贴片和第四电极贴片，所述呼吸波信号发射用模块组包括50KHZ交流电流差分输出电路模块、精密基准电压源、电压/电流转换电路模块；所述第一电极贴片的信号输出端和所述第二电极贴片的信号输出端分别与所述滤波电路模块的信号输入端通信连接，所述滤波电路模块的信号输出端与所述前级心电信号放大电路模块的信号输入端通信连接，所述前级心电信号放大电路模块的信号输出端与所述后级心电信号放大滤波电路模块的信号输入端通信连接，所述后级心电信号放大滤波电路模块的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接，所述微处理器与所述存储模块通信连接，所述微处理器的信号输入端与所述人机交互模块的信号输出端通信连接，所述微处理器通过所述无线通信模块与上位机通信连接，所述微处理器与所述电源模块电连接；所述第一电极贴片的信号输出端和所述第二电极贴片的信号输出端分别与所述肌电采集电路模块的信号输入端通信连接，所述肌电采集电路模块的信号输出端与所述呼吸波同步解调电路模块的信号输入端通信连接，所述呼吸波同步解调电路模块的信号输出端与所述二阶放大滤波电路模块的信号输入端通信连接，所述二阶放大滤波电路模块的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接；所述微处理器的信号输出端与所述电压/电流转换电路模块的信号输入端通信连接，所述电压/电流转换电路模块的信号输出端与所述50KHZ交流电流差分输出电路模块的信号输入端通信连接，所述50KHZ交流电流差分输出电路模块的信号输出端分别与所述第三电极贴片的信号输入端和所述第四电极贴片的信号输入端通信连接；所述精密基准电压源与所述50KHZ交流电流差分输出电路模块电连接。其中，所述滤波电路模块为RFI滤波阻抗匹配电路模块，所述存储模块为512MB NANDFLASH，所述人机交互模块为按键电路模块。

而为了避免所述第一电极贴片和所述第二电极贴片脱落或松动导致测量的心电信号不准确，同时便于用户及时发现所述第一电极贴片和所述第二电极贴片脱落或松动，本实施例中，将所述前级心电信号放大电路模块的信号输出模块与电极脱落检测电路模块的信号输入端通信连接，所述电极脱落检测电路模块的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接。

为了便于用户更为精准地了解自身心率、呼吸率与运动激烈程度之间的关系，本实施例中，所述穿戴式心电监测装置还包括加速度传感器，所述加速度传感器的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通过SPI总线通信连接，其中，所述加速度传感器选用MMA9555L计步传感器。

而为了便于本实用新型与现有智能设备联用，如智能手机、平板电脑等，本实施例中，所述无线通信模块选用蓝牙模块，所述上位机选用内置有蓝牙通信模块的智能手机，所述微处理器通过所述蓝牙模块和所述蓝牙通信模块与所述智能手机通信连接。

为了便于用户及时了解电源的耗费情况，以便用户及时更换电源或者为电源进行充电，同时为了降低用户使用成本以及减少一次性干电池的废弃量，本实施例中，所述电源模块包括可充电电池、电池电量管理模块和充电电路模块，所述充电电路模块的电流输出端与所述可充电电池的电流输入端电连接，所述可充电电池的电流输出端与所述电池电量管理模块的电流输入端电连接，所述电池电量管理模块的电流输出端与所述开关机管理电路模块的电流输入端电连接，所述开关机管理电路模块的电流输出端与所述微处理器的电流输入端电连接。所述可充电电池选用锂电池。当所述锂电池电量低时，所述微处理器会通过所述蓝牙模块发送报警信息到所述智能手机上，以提醒用户及时给所述锂电池充电。

所述RFI滤波阻抗匹配电路模块将所述第一电极贴片和所述第二电极贴片采集的心电信号进行滤波处理送入所述前级心电信号放大电路模块进行放大，本实施例中，所述前级心电信号放大电路模块选用AD620放大器，放大后的心电信号经过所述后级心电信号放大滤波电路模块放大和滤波后进入所述微处理器内由所述微处理器进行模数转换，然后所述微处理器将进行模数转换后的心电信号存储在所述存储模块内。而当所述第一电极贴片或/和所述第二电极贴片发生松动或者脱落时，所述电极脱落检测电路模块将输出一个低电平信号给所述微处理器，则所述微处理器会将这个低电平信号转化为报警信息并通过所述蓝颜模块发送到用户的所述智能手机上。

所述微处理器向所述电压/电流转换电路模块输出一个电压信号，所述电压/电流转换电路模块将该电压信号转换为电流信号输出，该电流信号经过50KHZ交流电流差分电路模块处理后经由所述第三电极贴片和所述第四电极贴片发射出去，该电流信号以所述精密基准电压源为基准，由所述第三电极贴片和所述第四电极贴片发射出去的电流信号为66微安的高频交流电流，频率为50KHZ，由于该高频交流电流只有66微安，符合人体安全电流，对人身是安全的。所述肌电采集电路模块作为呼吸波接收前端将所述第一电极贴片和所述第二电极贴片接收到的信号进行采集并发送给所述呼吸波同步解调电路模块处理，由于所述第一电极贴片和所述第二电极贴片接收到的肌电信号为幅度调制波(AM)，而用所述呼吸波同步解调电路模块对其进行处理，可以去除信号中的50KHZ的载波信号并保留包络信号，但由于包络信号幅度很小，只有毫伏级，需要进行放大处理，因此采用所述二阶放大滤波电路模块对包络信号进行放大，其中所述二阶放大凌波电路模块为二阶有源低通滤波放大电路模块，增益为500倍，滤波器截止频率35HZ，经过放大滤波处理的包络信号进入所述微处理器经过模数转换变为数字信号，所述微处理器通过进一步处理提取包络，并执行峰值检测算法以计算呼吸率。

而所述加速度传感器用于获取用户的运动数据，包括步数、速度以及消耗卡路里等。

所述微处理器通过所述蓝牙模块将所述微处理器计算出的心率值、呼吸率以及用户的运动数据发送至所述智能手机上，用户则可以通过所述智能手机及时了解个人的运动数据与心率值及呼吸率之间的关系，从而为用户提供科学的、安全的训练指导。

本实用新型中，心电信号、呼吸波信号检测接收共用所述第一电极贴片和所述第二电极贴片，所述第一电极贴片和所述第二电极贴片放置在胸部检测部位，用以采集人体心电信号和接收呼吸波信号，而所述第三电极贴片和所述第四电极贴片作为阻抗法测量呼呼吸率方法中的信号发射端，应和所述第一电极贴片和所述第二电极贴片保持一定的距离，该距离至少要大于4cm，否则所述第一电极贴片和所述第二电极贴片接收到的呼吸波信号幅度会很小，导致呼吸波信号后续的滤波解调处理困难。

本实用新型中，心电采集和呼吸波采集使用独立信号调理电路进行处理，提高了数据的时效性。而采用512MB NANDFLASH可以连续保存24小时的心电、呼吸波以及运动数据。

用户通过在智能手机里预装的APP可以随时读取心电数据、呼吸数据、运动数据，并根据这三个数据来对运动情况进行评估，然后给出合理的建议，如提供科学的、安全的训练指导。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种穿戴式心电监测装置，其特征在于，包括信号接收电极组、心电信号监测模块组、呼吸波信号监测模块组、呼吸波信号发射用电极组、呼吸波信号发射用模块组、微处理器、存储模块、电源模块、无线通信模块和人机交互模块，所述信号接收电极组包括第一电极贴片和第二电极贴片，所述心电信号监测模块组包括滤波电路模块、前级心电信号放大电路模块和后级心电信号放大滤波电路模块，所述呼吸波信号监测模块组包括肌电采集电路模块、呼吸波同步解调电路模块和二阶放大滤波电路模块，呼吸波信号发射用电极组包括第三电极贴片和第四电极贴片，所述呼吸波信号发射用模块组包括50KHZ交流电流差分输出电路模块、精密基准电压源、电压/电流转换电路模块；所述第一电极贴片的信号输出端和所述第二电极贴片的信号输出端分别与所述滤波电路模块的信号输入端通信连接，所述滤波电路模块的信号输出端与所述前级心电信号放大电路模块的信号输入端通信连接，所述前级心电信号放大电路模块的信号输出端与所述后级心电信号放大滤波电路模块的信号输入端通信连接，所述后级心电信号放大滤波电路模块的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接，所述微处理器与所述存储模块通信连接，所述微处理器的信号输入端与所述人机交互模块的信号输出端通信连接，所述微处理器通过所述无线通信模块与上位机通信连接，所述微处理器与所述电源模块电连接；所述第一电极贴片的信号输出端和所述第二电极贴片的信号输出端分别与所述肌电采集电路模块的信号输入端通信连接，所述肌电采集电路模块的信号输出端与所述呼吸波同步解调电路模块的信号输入端通信连接，所述呼吸波同步解调电路模块的信号输出端与所述二阶放大滤波电路模块的信号输入端通信连接，所述二阶放大滤波电路模块的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接；所述微处理器的信号输出端与所述电压/电流转换电路模块的信号输入端通信连接，所述电压/电流转换电路模块的信号输出端与所述50KHZ交流电流差分输出电路模块的信号输入端通信连接，所述50KHZ交流电流差分输出电路模块的信号输出端分别与所述第三电极贴片的信号输入端和所述第四电极贴片的信号输入端通信连接；所述精密基准电压源与所述50KHZ交流电流差分输出电路模块电连接。

2.根据权利要求1所述的穿戴式心电监测装置，其特征在于，还包括加速度传感器，所述加速度传感器的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通过SPI总线通信连接。

3.根据权利要求2所述的穿戴式心电监测装置，其特征在于，所述滤波电路模块为RFI滤波阻抗匹配电路模块。

4.根据权利要求3所述的穿戴式心电监测装置，其特征在于，所述无线通信模块为蓝牙模块，所述上位机为内置有蓝牙通信模块的智能手机或平板电脑，所述微处理器通过所述蓝牙模块和所述蓝牙通信模块与所述智能手机或平板电脑通信连接。

5.根据权利要求1-4任一所述的穿戴式心电监测装置，其特征在于，所述电源模块包括开关机管理电路模块、可充电电池、电池电量管理模块和充电电路模块，所述充电电路模块的电流输出端与所述可充电电池的电流输入端电连接，所述可充电电池的电流输出端与所述电池电量管理模块的电流输入端电连接，所述电池电量管理模块的电流输出端与所述开关机管理电路模块的电流输入端电连接，所述开关机管理电路模块的电流输出端与所述微处理器的电流输入端电连接。

6.根据权利要求5所述的穿戴式心电监测装置，其特征在于，所述可充电电池为锂电池。

7.根据权利要求1-4任一所述的穿戴式心电监测装置，其特征在于，所述存储模块为512MB NANDFLASH。

8.根据权利要求2-4任一所述的穿戴式心电监测装置，其特征在于，所述加速度传感器为MMA9555L计步传感器。

9.根据权利要求1-4任一所述的穿戴式心电监测装置，其特征在于，所述前级心电信号放大电路模块的信号输出模块与电极脱落检测电路模块的信号输入端通信连接，所述电极脱落检测电路模块的信号输出端与所述微处理器的信号输入端通信连接。