CN104188651B - 心电监测装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种包括参考电极、差分信号电极1、差分信号电极2和主机的构成。所述的参考电极和差分信号电极1、差分信号电极2中的每个电极均由两个以上的信号电极片线与构成，线与是指信号端分别用导线与多个(两个以上)的电极片连接，这时信号端得到的信号为各电极片获取的信号叠加而成。本发明采用多个电极片线与构成的信号电极或参考电极，一方面可以更好地与并不平整的人体表面进行接触，另一方面，采用在布置位置相互临近的N个线与电极片获取信号，依据信号的叠加原理，随机的干扰电压信号‑‑例如肌电信号，经经过如此设置的线与电极片可以变为原来干扰电压信号的从而可以使得该心电监测装置在线与电极黏附皮肤的情况下与目前通用的心电标准电极相比，便可以获得噪声低又稳定的心电信号。

Description

心电监测装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种心电监测装置及其控制方法，属于医疗器械的技术领域。

背景技术

心脏的生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液反映到身体表面上来，使体表各部位在每一个心动周期中也都发生有规律的电变化，将测量电极放置于体表的一定部位记录出来的心脏电变化曲线，就是心电图。在心电测量中，人体相当于一个信号源，人体的阻抗相当于信号源内阻抗，此内阻抗主要取决于电极与皮肤的接触阻抗。他不仅因人而异，而且在同一人体的同一部位也可能因不同时刻有很大变动，变动范围可达2～150kΩ，所以人体是一个不稳定的高内阻信号源。因此，要求心电放大器具有高输入阻抗(2MΩ以上)。

体表的心电电位一般在5mv以下，而其高频分量(直至2kHZ左右)形成的小波幅度较小(20μv左右)，往往受到肌电、皮肤电、市电及系统内部噪声的干扰。其中肌电可通过受试者的配合尽量减少；市电50HZ干扰是心电测量中干扰的主要来源，对心电放大器而言为共模干扰信号，所以努力提高心电放大器共模抑制比CMRR，以保证在放大心电信号的同时也能有效抑制50HZ共模干扰，在心电放大器的设计调试中特别重要。努力降低系统内部噪声也是设计中的一个重要方面。

目前，为了减少肌电、皮肤电对心电信号的影响，通常需要使得电极与人体接触良好，一种典型的心电图电极安放方法如下：

1、将专用的一次性电极背衬上的特效砂片轻擦皮肤表面，边擦边转换方向，去掉皮肤表面角质层；

2、用75％医用酒精棉球反复擦皮肤表面，去掉表面油脂；

3、撕下一次性电极背衬，将含导电糊电极片使之与皮肤粘牢，再将电极周边的不干胶纸粘住皮肤表面，以固定住电极；

4、将导联线连接至相应的电极。

然而，为了取得干扰较小的心电信号，需要采用极为繁琐地步骤安放电极，并且需要较高的专业技术水平，病人也不便于自行操作，这极大地限制了心电监测装置的使用范围。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种电极安放简便的同时，能够减小肌电和皮肤电信号对心电信号干扰的心电监测装置。

技术方案：本发明所述的心电监测装置，包括参考电极和差分信号电极1、差分信号电极2及主机，所述的参考电极、差分信号电极1和差分信号电极2分别由两个以上的电极片线与构成，线与指的是信号端分别用导线与两个以上的电极片连接，且该信号端所得信号为各电极片获得信号叠加而成，所述两个以上线与构成的电极片布置位置相互临近。

进一步地，参考电极、差分信号电极1、差分信号电极2均由3片电极片线与构成。

进一步地，主机包括心电检测模块、模数转换器和主处理器，所述的参考电极、差分信号电极1和差分信号电极2分别连接至心电检测模块，所述心电检测模块连接至模数转换器，所述模数转换器将信号连接至主处理器。

进一步地，还包括气泵、气阀、气压传感器、血压测量模块，所述气泵、气阀、气压传感器分别连接至血压测量模块，所述的血压测量模块与主处理器相连接。

进一步地，还包括数据存储单元、按键、WiFi模块、液晶显示屏，所述的数据存储单元、按键、WiFi模块、液晶显示屏分别连接至主处理器。

本发明还包括上述心电测量装置的中的主处理器的控制方法的技术方案，其特征在于，包括以下步骤：

1)系统初始化；

2)控制WiFi模块连接网络；

3)接收按键信号；

4)若接收到的按键信号为心电测量信号，则发送启动信号至模数转换模块，模数转换模块发送信号启动心电测量模块，并接收心电测量模块采集的经过模数转换模块处理后的数据，进行步骤7)；若接收到的按键信号为血压测量信号，则发送启动信号至血压测量模块，并接收血压测量模块发送的数据，进行步骤7)；若接收到的按键信号为心电血压测量信号，这发送启动信号至模数转换模块，模数转换模块发送信号启动心电测量模块，并接收心电测量模块采集的经过模数转换模块处理后的数据，发送启动信号至血压测量模块，并接收血压测量模块发送的数据，进行步骤7)；若接收到的按键信号为读取心电血压结果数据，进行步骤5)；若未接收到按键信号，返回步骤3)；

5)读取数据存储单元中的数据，并处理后显示在所述液晶显示屏上；

6)检测数据是否已经全部被读取，若未被全部读取，运行步骤5)，若已经全部被读取，运行步骤11)；

7)处理读取到的数据，并显示在所述液晶显示屏上；

8)检测测量模块是否均已完成测量，若未完成，则运行步骤7)；若测量均已完成，则输出最终结果，并运行步骤9)；

9)输出最终结果并存储至数据存储单元；

10)检测是否已经连接至网络服务器，若已经连接至网络服务器，则将最终结果床送至网络服务器，并运行步骤11)；若未连接至网络服务器，直接运行步骤11)；

11)结束。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明采用线与电极，线与电极是指信号端分别用导线与多个(两个以上)的电极片连接，这时信号端得到的信号为各电极片获取的信号叠加而成。多个电极片线与构成的信号电极或参考电极，一方便可以更好地与并不平整的人体表面进行接触，另一方面，采用在布置位置相互临近的N个线与电极片获取信号，依据信号的叠加原理，随机的干扰电压信号--例如肌电信号，经过如此设置的线与电极片可以变为原来干扰电压信号的从而可以使得该心电监测装置在线与电极黏附皮肤的情况下与目前通用的心电标准电极相比，便可以获得噪声低又稳定的心电信号。

此外，本发明采用心电测量模块与血压测量模块相结合的方法使得在测量心电的同时能够测量血压值，既方便使用者使用，又比不同时分别测得的心电值和血压值更能够反映生理健康的真实情况。因为对于同一个个体心脏的搏动情况与血压情况应是关联的，应有它一定的关联度，这关联度一定要在对心电值和血压值进行同时测量时求得，否则无意义。

附图说明

图1为本发明中的电极片连接示意图；

图2为本发明所述的心电监测装置硬件结构框图；

图3为本发明所述的心电监测装置中的心电检测模块电路图；

图4为本发明所述的心电监测装置中的包含模数转换器的主处理器电路图；

图5为本发明所述的心电监测装置中的液晶显示屏电路图；

图6为本发明所述的心电监测装置中的WiFi模块电路图；

图7为本发明所述的心电监测装置中的血压测量模块电路图；

图8为本发明所述的心电监测装置中的按键电路图；

图9为本发明所述的心电监测装置中的数据存储单元电路图；

图10为本发明所述的心电监测装置中的电源电路图；

图11为本发明所述的控制方法算法流程图；

图12为本发明所述的心电监测装置测得的心电图形与现有的心电监测装置测得的心电图形对比图；

图13为本发明所述的心电检测装置显示屏显示的图形。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：

本实施例设置为腕式心电监测装置的原型机，本领域技术人员都可以想到将该心电检测装置还可以设置为臂式心电检测装置，或者引出电极引线后设置的离体式心电监测装置而不影响本发明的实现。

本实施例中，差分信号电极1、差分信号电极2、参考电极结构相同，均为如图1所示的结构，该图为本发明实施实例中的三块电极片线与相互连通构成的电极示意图。下方的三小块即为电极片，各个电极片通过用导线分別连接至信号端构成线与电极。本发明的心电测量装置设置差分信号电极1、差分信号电极2和参考电极。每个电极布三小块线与铜质镀金电极片或不锈钢电极片，如图1所示的每小块电极片的尺寸为14×9mm2(具体大小可视机壳大小而定)。三块电极片线与一方面是为了更好的与手腕部位接触，另一方面是为了降低皮肤电和肌电的干扰。依据信号迭加原理，干扰电压信号经过线与变为原来干扰电压信号的(N为线与电极的电极片片数，这里N＝3)倍，N越大干扰比原来降低的倍数越大，心电波形越清晰。因为皮肤电和肌电对于心电信号来说，其干扰越小越好。

如图2所示为该实施例中的腕式心电血压检测装置结构框图，其中差分信号电极1端线与的三个电极片置于本实施例的腕式电子血压心电监测装置机壳正视方向左右侧，左侧布一个电极片(大拇指按放处)，右侧布两个电极片(食指或中指按放处)；这样设置，可以有效地避免血压测量时的气泵对心电测量电路的干扰影响；差分信号电极2端线与的三个电极片和参考电极2端线与的三个电极片粘贴在血压袖带套上置于左手腕部。图2中，差分信号电极1端、差分信号电极2端和参考电极端分别连通至心电检测 模块，心电检测模块再连接至模数转换器，所述模数转换器再通过通用IO接口与主处理器相连；用以检测血压的气泵、气阀、气压传感器也分别同血压测量模块相连接，血压测量模块再与主处理器通过UART串口相连，数据存储单元与主处理器通过SPI串口相连，按键通过通用IO接口与主处理器相连，液晶显示频通过通用IO接口与主处理器相连，WiFi模块通过UART串口与主处理器相连。此外，还设置有电源为各模块、部件和单元供电。

本实施例中的心电监测装置的结构：采用一块电路板，同一个电源，电源开关合上，同时检测血压、显示血压值、脉搏波形及心电显示波形，并同时在液晶显示屏上显示。

通过手持信号电极，如图3所示人体的心电信号经心电检测模块进行放大和滤波处理后，通过AD_ECG送入如图4所示的ARM主处理器M051进行AD转换，该处理器采用新唐科技NuMicroM051型32位微处理器。此处的ARM主处理器带有模数转换功能，相当于所述主处理器和模数转换器模块的组合。在主处理器中做信号的数据分析得出相应的心电参数。同时ARM主处理器通过UART(图4、图7中的7BP_TX，BP_RX端口)发送信号命令血压模块开始测量，血压测量完成后模块将血压数据通过UART传回主处理器。其中血压测量主芯片为中颖电子SH79F6488，其所使用的程序由中颖电子提供；压力传感器采用的是台湾联兴微的US9111信芯片，其所使用的程序由台湾联兴微提供。

ARM主处理器M051得到心电参数及血压数据后，可以通过8080接口模式(图4、图5中的LCMD0[0:15]，LCMCS，LCMRS，LCMWR，LCMRD，RST端口)将心电的波形和参数以及血压值显示在TFT显示屏上。同时M051通过SPI接口(图4、图9中的SPISS0，MISO0，MOSI0，SPICLK0端口)扩展FLASH存储，可以将心电的波形和参数以及血压值存入FLASH存储中。另外如果有外部网络，主处理器M051可以通过UART接口(图4、图6中的ICECLK，ICEDAT端口)与WIFI模块相连，通过WIFI模块可以将数据传输到指定的服务器上。

如图8和图10所示，人机接口中，除了TFT显示屏幕外还有三个按键，其中有一个电源开关按键，一个选择键(SELKEY)和确认键(OKKEY)。通过这三个按键可以方便地进行操作。

电源采用800mA/h锂电池供电，通过由电源开关按键的控制可以开启或关闭系统。

如图10所示，5V5端口是整个系统的电源接口，它经稳压器ME6206生成的各个 电源给个模块供给电源。如VCCE给主处理器和其它数字点供电，VLCD给TFT显示屏供电，aVCC和aVEE给心电模块供电。

其中心电检测模块电路由仪表放大器和滤波电路组成对心电信号进行放大和处理。AD采样器集成于ARM主芯片中。采样得到的数据通过SPI接口存储在FLASH芯片中。血压测量模块采集脉搏波形並对此进行分析与处理，得到的血压数据通过UART传输给ARM主芯片。

如图11所示，为本发明的软件控制算法流程图，具体而言，包括以下步骤：

1)系统初始化；

2)控制WiFi模块连接网络；

3)接收按键信号；

4)若接收到的按键信号为心电测量信号，则发送启动信号至模数转换模块，模数转换模块发送信号启动心电测量模块，并接收心电测量模块采集的经过模数转换模块处理后的数据，进行步骤7)；若接收到的按键信号为血压测量信号，则发送启动信号至血压测量模块，并接收血压测量模块发送的数据，进行步骤7)；若接收到的按键信号为心电血压测量信号，这发送启动信号至模数转换模块，模数转换模块发送信号启动心电测量模块，并接收心电测量模块采集的经过模数转换模块处理后的数据，发送启动信号至血压测量模块，并接收血压测量模块发送的数据，进行步骤7)；若接收到的按键信号为读取心电血压结果数据，进行步骤5)；若未接收到按键信号，返回步骤3)；

5)读取数据存储单元中的数据，并处理后显示在所述液晶显示屏上；

6)检测数据是否已经全部被读取，若未被全部读取，运行步骤5)，若已经

全部被读取，运行步骤11)；

7)处理读取到的数据，并显示在所述液晶显示屏上；

8)检测测量模块是否均已完成测量，若未完成，则运行步骤7)；若测量均已完成，则输出最终结果，并运行步骤9)；

9)输出最终结果并存储至数据存储单元；

10)检测是否已经连接至网络服务器，若已经连接至网络服务器，则将最终结果床送至网络服务器，并运行步骤11)；若未连接至网络服务器，直接运行步骤11)；

11)结束。

如图12所示为本实施例的腕式心电检测装置与使用常规心电检测装置对同一使用者进行测量的心电波形，可以发现本实施例的腕式心电监测装置与常规心电检测装置测得的结果几乎完全一致。

如图13所示为本发明的腕式心电检测装置显示屏显示的图形，实现了采用心电波形、脉搏波形和心率、血压值同时被检测与显示的设计理念，便于患者使用和医生观察。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (7)

1.一种心电监测装置，其特征在于，包括参考电极和差分信号电极1、差分信号电极2及主机，所述的参考电极、差分信号电极1和差分信号电极2分别由两个以上的电极片线与构成，线与指的是信号端分别用导线与两个以上的电极片连接，且该信号端所得信号为各电极片获得信号叠加而成，所述两个以上线与构成的电极片布置位置相互临近。

2.根据权利要求1所述的一种心电监测装置，特征在于，所述的参考电极、差分信号电极1、差分信号电极2均由3片电极片线与构成。

3.根据权利要求1所述的一种心电监测装置，其特征在于，所述的主机包括心电检测模块、模数转换器和主处理器，所述的参考电极、差分信号电极1和差分信号电极2分别连接至心电检测模块，所述心电检测模块连接至模数转换器，所述模数转换器将信号连接至主处理器。

4.根据权利要求3所述的一种心电监测装置，其特征在于，还包括气泵、气阀、气压传感器、血压测量模块，所述气泵、气阀、气压传感器分别连接至血压测量模块，所述的血压测量模块与主处理器相连接。

5.根据权利要求3或4所述的一种心电监测装置，其特征在于，还包括数据存储单元、按键、WiFi模块、液晶显示屏，所述的数据存储单元、按键、WiFi模块、液晶显示屏分别连接至主处理器。

6.根据权利要求5所述心电测量装置中的主处理器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)系统初始化；

2)控制WiFi模块连接网络；

3)接收按键信号；

4)若接收到的按键信号为心电测量信号，则发送启动信号至模数转换模块，模数转换模块发送信号启动心电测量模块，并接收心电测量模块采集的经过模数转换模块处理后的数据，进行步骤7)；若接收到的按键信号为血压测量信号，则发送启动信号至血压测量模块，并接收血压测量模块发送的数据，进行步骤7)；若接收到的按键信号为心电血压测量信号，则发送启动信号至模数转换模块，模数转换模块发送信号启动心电测量模块，并接收心电测量模块采集的经过模数转换模块处理后的数据，发送启动信号至血压测量模块，并接收血压测量模块发送的数据，进行步骤7)；若接收到的按键信号为读取心电血压结果数据，进行步骤5)；若未接收到按键信号，返回步骤3)；

5)读取数据存储单元中的数据，并处理后显示在所述液晶显示屏上；

6)检测数据是否已经全部被读取，若未被全部读取，运行步骤5)，若已经全部被读取，运行步骤11)；

7)处理读取到的数据，并显示在所述液晶显示屏上；

8)检测测量模块是否均已完成测量，若未完成，则运行步骤7)；若测量均已完成，则输出最终结果，并运行步骤9)；

9)输出最终结果并存储至数据存储单元；

10)检测是否已经连接至网络服务器，若已经连接至网络服务器，则将最终结果送至网络服务器，并运行步骤11)；若未连接至网络服务器，直接运行步骤11)；

11)结束。

7.根据权利要求6所述心电测量装置中的主处理器的控制方法，其特征在于，若接收到的按键信号为心电血压测量信号，所测得的数据包括心电值、血压值，以及心电值与血压值的关联度。