基於體表空間電勢的心電測量設備的製作方法
2023-06-20 12:25:21 1
專利名稱：基於體表空間電勢的心電測量設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種心電測量設備，具體涉及ー種基於體表空間電勢的心電測量設備，屬醫療技術領域。
背景技術：
心臟周圍的組織和體液都能導電，因此可將人體看成ー個具有長、寬、厚三維空間的容積導體，心電是表徵生命跡象的重要指標，現有的心電測量設備大都為基於導聯法的測量設備，使用時需要將若干個電極分別置於人體上的特定位置，並需要將該測量設備與心電圖機連接以描記出心電圖，然而該種測量設備對電極位置要求非常嚴格，只有在專業的醫師指導下才能找準測量位置，對於絕大部分人來說測量很不方便，而且設備昂貴，一般只有醫院等醫療機構才會配有，不便於推廣與應用，無法滿足人們進行慢性病治療時用於家庭監測的需要。
實用新型內容為了克服現有技術的上述缺陷，本實用新型提供了一種基於體表空間電勢的心電測量設備，不僅操作簡便，測量數據準確、可靠，而且設備結構小巧、價格適宜、便於攜帶，可滿足家庭護理中測量的需要。為了實現上述目的，本實用新型提供的技術方案是一種基於體表空間電勢的心電測量設備，設有可用於感應被測人體體表周圍微弱電場大小及其變化的耦合電容中的ー個或兩個極板、用於將所述極板上聚集的電荷量轉換為電壓量並放大的電荷放大器、對所述電荷放大器輸出的電壓信號進行放大、濾波處理的イ目號調理電路。所述基於體表空間電勢的心電測量設備還可以包括對信號調理電路輸出的信號進行數位化處理的信號處理模塊和與所述信號處理模塊連接的通信模塊，所述通信模塊可包括有線和無線兩種通信子模塊，所述信號調理電路經由模數轉換器連接所述信號處理模塊。所述信號調理電路優選為高輸入阻抗、高共模抑制比的信號調理電路。所述信號處理模塊還可以連接有報警模塊，其報警形式可以為聲音、光亮和圖文顯示中的一種或多種的組合。所述信號處理模塊還可以連接有用於顯示測量信息(包括測量結果)的顯示模塊。所述顯示模塊可以包括顯示屏，所述顯示屏設置在該測量設備的外売上。對於上述任意一種所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，優選採用可穿戴式的外形結構。對於上述任意一種所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，進一歩優選採用可戴在被測人體的手腕上的腕式外形結構，具體結構可以為下列任意ー種(I)設有絕緣外殼底板，外殼內部設有天線，所述天線和被測人體的體表皮膚分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣外殼底板構成所述耦合電容的介質；(2)設有金屬外殼底板，所述金屬外殼底板的內面貼有絕緣薄膜，外殼內部設有天線，所述天線和金屬外殼底板分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣薄膜構成所述耦合電容的介質；(3)設有金屬外殼底板,所述金屬外殼底板的底面貼有絕緣薄膜,所述金屬外殼底板和被測人體的體表皮膚分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣薄膜構成所述耦合電容的介質。所述天線優選為微型天線，所述微型天線連接所述電荷放大器的輸入端，所述微 型天線還可以連接用於測量所述電荷放大器上電壓量的微型靈敏電壓表。所述天線可以為矩形、圓形或環形天線。本實用新型的有益效果是由於採用便攜的可穿戴的結構，方便隨身攜帯，不影響攜帯者的日常活動，特別適於家庭使用；本設備基於體表空間電勢原理，通過測量體表附近電場(電勢)，利用場強耦合(電荷耦合)方式，並結合設置了內置有信號處理算法的信號處理模塊，相比於現有的基於導聯法的測量設備，不僅測量操作方便快捷，無需與心電圖機連接，因此設備投資小，還因省掉了由專業醫生解讀測量數據信息(如心電圖)的步驟，掃除了實現家庭式心電測量的一大障礙，更重要的是可以擺脫意識影響，消除微小心理變化(如緊張等)對測量結果的影響，更加適用於日常自身慢性病監測及運動訓練指導以及遠程老年人健康監測。由於設有通信模塊，因此可以通過無線區域網或體域網將測量結果進行近距離或遠距離傳輸，還可以通過家庭無線區域網(WLAN)或體域網(BAN)範圍內具有相互通信能力的生理信息採集節點和具有網絡通信能力的設備組成系統，隨時隨地了解到自身及家庭成員的健康狀態。
圖I為本實用新型的一種實施例的原理框圖；圖2為本實用新型的一種電容模型原理圖；圖3為本實用新型的另ー種電容模型原理圖；圖4為本實用新型的空間場強測量原理圖。
具體實施方式
生物電是生命體內生物化學反應造成的體內帶電粒子數量、極性、位置等改變而引起其本身電磁場變化的ー種物理現象，心電測量是了解心臟功能最為基本的途徑。例如心電是心肌興奮產生的生物電傳到體表的宏觀體現，而心電圖則是心電作用於測量迴路兩個測量點形成的電位差在時間軸上的表達。根據生物電原理和電磁場理論,人體的生理電活動會在人的體表形成微弱的電場分布，心臟在泵血的過程中不斷地舒張和收縮，該過程中心電信號傳到體表並影響體表附近空間電場分布。通過場強傳感器檢測體表附近空間在不同時刻和位置的空間電場的分布和變化，由於場強隨時間的波動周期與心臟活動同歩，因此可以方便地間接了解到心電信息，得知人體相關電活動的情況。比如心臟活動在身體周圍形成電場，通過測量體表場強(等勢面疏密)周期變化，可以得到心電信息(包括心率、波形等心臟活動的表徵數據)。基於以上原理，本實用新型提供了一種基於體表空間電勢的心電測量設備，其原理如圖I所示，其中設有可用於感應被測人體體表周圍微弱電場變化的耦合電容中的ー個或兩個極板、用於將所述極板上聚集的電荷量轉換為電壓量並放大的電荷放大器和對所述電荷放大器輸出的電壓信號進行放大、濾波處理的信號調理電路。極板上電荷多少及其變化情況即反應了人體體表周圍微弱電場的大小及其變化。當該測量設備內只設置ー個極板時，被測人體的體表皮膚則充當另ー個極板，二者構成耦合電容，從而實現電場耦合。由於心電信號為微弱的低頻信號，為了便於後續信號處理，必須設計合適的信號調理電路，一方面它可以將微弱信號放大到適於A/D轉換的信號範圍，同時也要濾除ー些與心電信號無關的空間電磁場(尤其是50Hzエ頻幹擾)及其它生理信號的幹擾噪聲，使進入A/D轉換器(SP模數轉換器)的信號更加穩定。採用積分運算電路可以充當所述電荷放大器，實現利用電荷放大原理獲取生物信號的目的。所述基於體表空間電勢的心電測量設備還可以包括對信號進行數位化處理的信·號處理模塊和與所述信號處理模塊連接的通信模塊，信號處理模塊中預設有信號處理算法，其中包括心率判別算法和波形處理算法等，通過這些算法可以對所獲取的生理信號進行分析，得出測量結果，例如，信號調理電路的輸出信號通過模數轉換器進入信號處理模塊，通過構建合適算法得出信號的變化周期，此即為心率值，這樣可以省掉由專業醫生解讀測量數據信息(如心電圖)的步驟，克服實現家庭式心電測量的一大障礙。所述通信模塊可包括有線和無線兩種通信子模塊，所述信號調理電路經由模數轉換器連接所述信號處理模塊。所述無線通信子模塊還可以包括實現遠程無線通信(例如無線ip網絡)和近距離無線通信(例如藍牙通信)兩個單元，通過所述通信模塊，本實用新型的測量設備可以方便地實現與其他多種生理參數檢測裝置或系統的信息交互以及實現與用於健康監測和管理的系統之間的通信特別是信息上傳。例如，心率信息可以通過無線區域網或體域網範圍內具有相互通信能力的節點進行近距離或遠距離通信。這樣，該測量設備既可用於日常自身慢性病監測及運動訓練指導，也可以用於遠程老年人健康監測。另外，所述通信模塊還使得本實用新型的所述測量設備可以與被測人體攜帯的其它生理檢測設備構成體域網範圍的多生理參數檢測和傳輸系統。通過家庭無線區域網(WLAN)或體域網(BAN)範圍內具有相互通信能力的生理信息採集節點和具有網絡通信能力的設備，可以隨時隨地了解到自身及家庭成員的健康狀態。所述信號調理電路優選為高輸入阻抗、高共模抑制比的信號調理電路，進ー步優選採用還具有低噪聲、低漂移等特性的信號調理電路，以更有效地獲取生物低頻信號。所述信號處理模塊還可以連接有報警模塊，其報警形式可以為聲音、光亮和圖文顯示中的一種或多種的組合。所述報警模塊可以對超出正常值的數據適時報警，其報警與否決定於所述信號處理模塊對數據的判斷結果。所述信號處理模塊還可以連接有用於顯示測量信息的顯示模塊，測量結果(例如心率信息)、報警信息等都可以通過所述顯示模塊直觀地顯示出來。所述顯示模塊可以包括顯示屏，所述顯示屏設置在該測量設備的外売上，方便使用者隨時隨地察看。[0035]對於上述任意一種所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，優選採用可穿戴式的外形結構，以方便隨身攜帯。對於上述任意一種所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，進一歩優選採用可戴在被測人體的手腕上的腕式外形結構，精緻小巧、攜帯方便，同時還可以用作裝飾品，其信號採集部分的具體結構可以為下列任意ー種(I)設有絕緣外殼底板，外殼內部設有天線，當被戴在手腕上後，所述天線和被測人體的體表皮膚分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣外殼底板構成所述耦合電容的介質，所組成的電容模型如圖2所示；(2)設有金屬外殼底板,所述金屬外殼底板的內面貼有絕緣薄膜,夕卜殼內部設有天線，所述天線和金屬外殼底板分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣薄膜構成所述耦合電容的介質；(3)設有金屬外殼底板，所述金屬外殼底板的底面貼有絕緣薄膜，當被戴在手腕上 後，所述金屬外殼底板和被測人體的體表皮膚分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣薄膜構成所述耦合電容的介質，所組成的電容模型如圖3所示。所述天線、電荷放大器、信號調理電路、信號處理模塊均封裝於該測量設備的外殼內，所述通信模塊的各類通信接ロ、報警模塊的用於發出報警信號的硬體設置在所述外殼上，外殼上設有腕帶，以便於將該腕式測量設備戴在手腕上。所述耦合電容和電荷放大器組合相當於場強傳感器的信號探測部，耦合電容的ー個極板(如天線)在空間某點處感應電荷量的多少即表徵該點的電場強度的大小。當天線與被測信號場強方向相同時取得最大感應信號。一般場強傳感器可視為由電壓表和天線(上述耦合電容中的一個極板就可視為場強傳感器的天線)組成，其測量原理如圖4所示，通過天線和合適的信號調理電路可以將場強量轉換為電壓量，該電壓Er的大小可直接由電壓表測量得到。在平面行波狀態，將所述兩個極板置於因心臟電活動在體表形成的不同的等勢面上，如圖3所示，根據電容效應和電場的方向可知，體表皮膚將聚集正電荷，天線下表面聚集負電荷，兩者構成容性傳感器，並且天線下表面的總電荷量是根據體表電場變化而變化的。因儘量縮小該測量設備的體積的需要，所述天線優選為微型天線，所述微型天線連接所述電荷放大器的輸入端，所述微型天線還可以連接用於測量所述電荷放大器上電壓量的微型靈敏電壓表，利用微型靈敏電壓表，可同時根據心電信號低頻特性和所需增益來選取合適的天線。所述天線可以是各種演化形式天線，如矩形、圓形、環形及其它非規則形狀和不同尺寸的天線，以兼顧各種使用場合中信號合適的增益和安放攜帯的方便性。此外，還須調整天線在該測量設備內部的位置，從而獲得更大的信號響應。如果在體表不同空間位置分別安放兩個或多個場強傳感器，就可以記錄體表附近空間兩點或若干點位置的電勢差，通過相應的信號調理電路處理信息就能夠得到心電圖形。根據這個原理，可以在測量設備中設置兩個或多個所述耦合電容或其各自的部分極板，對於受結構、形狀、大小限制不便於在ー個測量設置中安置多個場強傳感器的情況，可以在人體不同部位穿戴多個所述測量設備。上述測量體表空間電勢的原理和方法同樣適用於其它生理電信號的測量，如肌電、腦電等。這種測量方式的突出優點是可以擺脫意識影響，消除微小心理變化(如緊張等) 對測量結果的影響，也使生理信號測量更為方便。
權利要求1.一種基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於設有可用於感應被測人體體表周圍微弱電場大小及其變化的耦合電容中的ー個或兩個極板、用於將所述極板上聚集的電荷量轉換為電壓量並放大的電荷放大器、對所述電荷放大器輸出的電壓信號進行放大、濾波處理的信號調理電路。
2.如權利要求I所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於還包括對信號進行數位化處理的信號處理模塊和與所 述信號處理模塊連接的通信模塊，所述通信模塊包括有線和無線兩種通信子模塊，所述信號調理電路經由模數轉換器連接所述信號處理模塊。
3.如權利要求2所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於所述信號調理電路為高輸入阻抗、高共模抑制比的信號調理電路。
4.如權利要求3所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於所述信號處理模塊還連接有報警模塊，其報警形式為聲音、光亮和圖文顯示中的一種或多種的組合。
5.如權利要求4所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於所述信號處理模塊還連接有用於顯示測量結果的顯示模塊。
6.如權利要求5所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於所述顯示模塊包括顯示屏，所述顯示屏設置在該設備的外売上。
7.如權利要求1、2、3、4、5或6所述的基於體表空間電勢的心電測量設備,其特徵在於採用可穿戴式的外形結構。
8.如權利要求1、2、3、4、5或6所述的基於體表空間電勢的心電測量設備,其特徵在於採用可戴在被測人體的手腕上的腕式外形結構，具體為下列任意ー種 (1)設有絕緣外殼底板，外殼內部設有天線，所述天線和被測人體的體表皮膚分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣外殼底板構成所述耦合電容的介質； (2)設有金屬外殼底板，所述金屬外殼底板的內面貼有絕緣薄膜，外殼內部設有天線，所述天線和金屬外殼底板分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣薄膜構成所述耦合電容的介質； (3)設有金屬外殼底板,所述金屬外殼底板的底面貼有絕緣薄膜,所述金屬外殼底板和被測人體的體表皮膚分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣薄膜構成所述耦合電容的介質。
9.如權利要求8所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於所述天線為微型天線，所述微型天線連接所述電荷放大器的輸入端，所述微型天線還連接有用於測量所述電荷放大器上電壓量的微型靈敏電壓表。
10.如權利要求9所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於所述天線為矩形、圓形或環形天線。
11.如權利要求7所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於採用可戴在被測人體的手腕上的腕式外形結構，具體為下列任意ー種 (1)設有絕緣外殼底板，外殼內部設有天線，所述天線和被測人體的體表皮膚分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣外殼底板構成所述耦合電容的介質； (2)設有金屬外殼底板，所述金屬外殼底板的內面貼有絕緣薄膜，外殼內部設有天線，所述天線和金屬外殼底板分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣薄膜構成所述耦合電容的介質； (3)設有金屬外殼底板,所述金屬外殼底板的底面貼有絕緣薄膜,所述金屬外殼底板和被測人體的體表皮膚分別構成所述耦合電容的兩個極板，所述絕緣薄膜構成所述耦合電容的介質。
12.如權利要求11所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於所述天線為微型天線，所述微型天線連接所述電荷放大器的輸入端，所述微型天線還連接有用於測量所述電荷放大器上電壓量的微型靈敏電壓表。
13.如權利要求12所述的基於體表空間電勢的心電測量設備，其特徵在於所述天線為矩形、圓形或環形天線。
專利摘要本實用新型涉及一種基於體表空間電勢的心電測量設備，設有可用於感應被測人體體表周圍微弱電場大小及其變化的耦合電容中的一個或兩個極板、用於將所述極板上聚集的電荷量轉換為電壓量並放大的電荷放大器、對所述電荷放大器輸出的電壓信號進行放大、濾波處理的信號調理電路、對信號進行數位化處理的信號處理模塊和與所述信號處理模塊連接的通信模塊，所述信號調理電路經由模數轉換器連接所述信號處理模塊。利用本實用新型進行測量，可以擺脫意識影響，消除微小心理變化(如緊張等)對測量結果的影響，也使生理信號測量更為方便，尤其適用於日常自身慢性病監測及運動訓練指導，也可以用於遠程老年人健康監測，並且便於攜帶。
文檔編號A61B5/0402GK202568243SQ20122007345
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者尹立松, 劉遵昭, 楊世勝 申請人:中關澤生(北京)科技有限公司