專利名稱：一種基于非接觸式電極的無線可穿戴式心電測量胸帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及心電監(jiān)測裝置，尤其是涉及一種基于非接觸式電極的無線可穿戴式心電測量胸帶，屬于生物電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
心血管疾病是威脅人類健康的主要疾病之一，心電圖是檢測心臟疾病的重要手段。對于某些具有突發(fā)性和隨機(jī)性的病癥(如心率失常、心肌缺血)，發(fā)展一種便攜式、長期心電監(jiān)護(hù)裝置具有十分重要的意義。雖然心電Ho lter儀可以長時(shí)間記錄心臟的活動(dòng)信息，但對于患者來說攜帶不太方便，此外存在的更大問題是傳統(tǒng)檢測體表電位的心電電極均使用粘有導(dǎo)電膠的Ag/AgCl —次性電極片或心電夾，這對于長期心電監(jiān)護(hù)，導(dǎo)電膠的干化會(huì)使得電極脫落，電極與皮膚的長時(shí)間接觸會(huì)給局部皮膚帶來很大刺激，甚至將造成皮膚的過敏和潰爛，從而給患者帶來極大的痛苦和不便。因此，現(xiàn)有的心電檢測手段中，尤其是長期動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)，最大的問題在于電極。理論上，心電的頻率范圍集中在O. 05 IOOHz內(nèi)，因此通過容性耦合的方式依然可以提取人體的心電信號。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于非接觸式電極的無線可穿戴式心電測量胸帶，可使患者在隔著一件內(nèi)衣或T恤的情況下，進(jìn)行無線非接觸式心電監(jiān)護(hù)，徹底克服任何接觸式心電傳感器給皮膚帶來的不適，可舒適、靈活地進(jìn)行長期、便攜式、日常心電監(jiān)護(hù)。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種基于非接觸式電極的無線可穿戴式心電測量胸帶，其特征是胸帶為彈性體，胸帶的兩端分別設(shè)有尼龍粘貼扣，胸帶內(nèi)側(cè)的中心縫制一塊導(dǎo)電織物作為參考電極，參考電極的左右兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)固定在胸帶上的非接觸式電極，該電極為圓形雙面PCB板，與人體直接對應(yīng)的一面PCB板上設(shè)有三個(gè)區(qū)，三個(gè)區(qū)之間電絕緣，中心圓區(qū)為裸露的感應(yīng)片，依次向外設(shè)有環(huán)形屏蔽區(qū)及環(huán)形地線區(qū)，另一面PCB板上也設(shè)有三個(gè)區(qū)，中心圓為敷銅區(qū)，敷銅區(qū)中心設(shè)有包括前置運(yùn)算放大器的貼片焊接區(qū)，敷銅區(qū)外圍為環(huán)形地線區(qū)，前置運(yùn)算放大器的輸出端分別與環(huán)形屏蔽區(qū)及敷銅區(qū)連接，前置運(yùn)算放大器的模擬信號地端分別與兩個(gè)面上的環(huán)形地線區(qū)連接，前置運(yùn)算放大器的輸入端連接感應(yīng)片的信號輸出；每個(gè)電極均設(shè)置在一個(gè)敞口的圓形金屬屏蔽盒內(nèi)，金屬屏蔽盒固定在胸帶相應(yīng)的圓孔中，其敞口端暴露于胸帶內(nèi)側(cè)，電極與人體直接對應(yīng)的一面位于敞口端;設(shè)置一心電采集主板，為雙面PCB板，其中一面集成了前端模擬信號調(diào)理電路，包括儀表放大電路、濾波電路、二級放大電路以及右腿驅(qū)動(dòng)電路；雙面PCB板的另一面集成了以MSP430單片機(jī)為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時(shí)采樣以及藍(lán)牙無線傳輸模塊；2個(gè)電極的前置運(yùn)算放大器的輸出信號均連接儀表放大電路，儀表放大電路的輸出分別連接濾波電路及右腿驅(qū)動(dòng)電路，濾波電路的輸出連接二級放大電路，二級放大電路的輸出連接MSP430單片機(jī)，MSP430單片機(jī)的輸出連接藍(lán)牙無線傳輸模塊，右腿驅(qū)動(dòng)電路輸出連接參考電極。心電采集主板放置在胸帶外側(cè)設(shè)置的口袋內(nèi)。每個(gè)非接觸式電極輸出與采集主板輸入之間可采用USB接口及數(shù)據(jù)線連接，金屬屏蔽盒側(cè)面設(shè)有相應(yīng)的缺口。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)與效果1，采用新型非接觸式電極，通過容性耦合原理，隔著一層衣服進(jìn)行體表的心電測量，給長期、便攜式、日常心電監(jiān)護(hù)帶來更大的靈活性和舒適性，易于被患者接受；2，將前端信號采集主板集成在測量裝置內(nèi)，將用來存儲(chǔ)和顯示的監(jiān)護(hù)終端放在外部。在模擬信號調(diào)理、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后，利用藍(lán)牙模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，在病房或家庭中，使得患者擺脫了有線的困擾，同時(shí)減輕了將完整的監(jiān)護(hù)設(shè)備背在身上所帶來的負(fù)擔(dān)；3，可穿戴式的寬胸帶，增大了參考電極的反饋面積，減小了圍在身體的壓力，固定 非接觸式測量電極的同時(shí)，利用“右腿驅(qū)動(dòng)”的原理有效降低了共模噪聲的干擾；4，整個(gè)心電測量裝置，不與人體皮膚直接接觸，輕巧、靈活，造價(jià)低廉，使用簡單，最大限度地降低對患者正常生活與行動(dòng)的影響，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院便攜式監(jiān)護(hù)設(shè)備或家庭式健康監(jiān)護(hù)儀中，也可用于其它需要進(jìn)行人體健康監(jiān)護(hù)的特殊環(huán)境中。

圖I是本實(shí)用新型的使用狀態(tài)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的內(nèi)側(cè)平鋪結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是非接觸式電極的雙面PCB板示意圖；圖4是非接觸式電極的半封閉金屬屏蔽盒示意圖；圖5是信號采集主板的電路原理框圖；圖6是非接觸式電極PCB板接口 -USB導(dǎo)聯(lián)線-主板接口，三者之間的連接示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、2所示，彈性寬胸帶2的兩端分別設(shè)有尼龍粘貼扣4，胸帶內(nèi)側(cè)的中心縫制一塊導(dǎo)電織物I作為參考電極，參考電極的左右兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)固定在胸帶上的非接觸式電極3.，胸帶外側(cè)縫制有口袋5。使用時(shí)，2個(gè)非接觸式電極3透過一層衣服與人的前胸皮膚進(jìn)行容性耦合，大面積金屬織物混紡的參考電極I透過衣服與人的背部進(jìn)行容性耦合。如圖3，圖A為圓形雙面PCB板的暴露面(朝向人體，與人體胸部隔衣接觸)，設(shè)有同一平面三個(gè)區(qū)，三個(gè)區(qū)之間電絕緣，中心圓區(qū)10為裸露的感應(yīng)片，隔著衣服容性耦合人體胸前體表的心電電位，依次向外設(shè)有環(huán)形屏蔽區(qū)11(寬度O. 35cm)及環(huán)形地線區(qū)12(寬度0.35cm)。另一面(圖B)PCB板上也設(shè)有三個(gè)區(qū)，中心圓14為敷銅區(qū)，敷銅區(qū)中心設(shè)有包括前置運(yùn)算放大器13的貼片焊接區(qū)(由于非接觸式測量的信號源阻抗較高，設(shè)置具有高輸入阻抗的前置運(yùn)算放大電路13，作為貼片元件被焊接在PCB板的表面上，實(shí)現(xiàn)了信號提取時(shí)的阻抗匹配)，敷銅區(qū)外圍為環(huán)形地線區(qū)15。16為miniUSB母座，內(nèi)部5根線除一根懸空外，其余四根分別為電源VCC、參考電源Vref、模擬信號地GND和信號線Signal ;單電源供電的情況下，參考電壓Vref的值為電源Vcc的一半。前置運(yùn)算放大器13的輸出分別與環(huán)形屏蔽圈11、敷銅區(qū)14電氣連接，感應(yīng)片10和環(huán)形屏蔽圈11共同所占的區(qū)域與圓形敷銅14相對稱，兩個(gè)面上的地線屏蔽圈12、15也對稱，電氣信號一致，共同構(gòu)成了 “有源屏蔽”結(jié)構(gòu)，包裹著感應(yīng)片10，有效屏蔽了感應(yīng)片10周圍的噪聲，同時(shí)對于心電信號本身的影響很小。兩個(gè)面上對稱的環(huán)形地線屏蔽圈12、15均與前置運(yùn)算放大器13的模擬信號地GND電氣連接，電氣信號一致；尤其是環(huán)形地線屏蔽圈12，表面電氣裸露(鍍了一層錫)，它與人的衣服直接接觸，給淤積的摩擦電位和靜電位提供了排泄通路。感應(yīng)片10通過孔與另一面上的前置運(yùn)算放大電路13的輸入端電氣連接。將圖3圓形雙面PCB板定位于圖4所示的半封閉圓形金屬屏蔽盒7的敞口 9端的卡口處(設(shè)有感應(yīng)片10的一面朝向敞口，設(shè)有敷銅區(qū)14的另一面朝向屏蔽盒內(nèi)腔)，屏蔽盒7的側(cè)面留有缺口 8，供USB接口的插拔。將屏蔽盒7的敞口端9從胸帶2的外側(cè)面向內(nèi)側(cè)面嵌入相應(yīng)圓孔中，通過屏蔽盒7底部突出外沿上的多個(gè)定位孔6與胸帶2固定。參看圖5、6，帶有鋰電池供電的采集主板7放置在口袋5內(nèi)，取出可更換電池或充電。采集主板17用雙面PCB板制作。一面集成了前端模擬信號調(diào)理電路，包括儀表放大、濾波電路、二級放大、右腿驅(qū)動(dòng)電路。兩個(gè)非接觸式電極3的輸出信號分別通過各自的miniUSB母座16及兩根四芯屏蔽的USB轉(zhuǎn)換線19與儀表放大器的兩個(gè)輸入端相連，兩個(gè)輸 入接口采用普通USB母座18?？椢飬⒖茧姌O通過導(dǎo)線與右腿驅(qū)動(dòng)電路的輸出端直接導(dǎo)線相連。雙面PCB板的另一面集成了以MSP430單片機(jī)為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時(shí)采樣、藍(lán)牙無線傳輸模塊，進(jìn)行無線數(shù)據(jù)發(fā)送，外部的計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備(如手機(jī))可進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、分析處理、波形顯示和存儲(chǔ)。右腿驅(qū)動(dòng)電路為本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)，是利用反相運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)儀表放大器兩輸入端之間共模信號的負(fù)反饋。反相放大器的輸入端提取儀表放大器增益電阻之間的共模信號，反相放大約100倍后,反相放大器的輸出端與織物參考電極相連。被測者可在冬季穿著一件較薄的內(nèi)衣，或在夏季穿著一件純棉T恤，然后圍上有彈性的寬胸帶2，扣緊兩端的魔術(shù)貼4，非接觸式電極3透過一層衣服與人的胸前皮膚進(jìn)行容性耦合，大面積金屬織物混紡的參考電極I透過衣服與人的背部進(jìn)行容性耦合，參考電極I的作用是將前端非接觸式電極耦合到的共模干擾(主要為50Hz噪聲)信號反向放大后，負(fù)反饋回人體，從而來降低共模干擾的幅度。
權(quán)利要求1.一種基于非接觸式電極的無線可穿戴式心電測量胸帶，其特征是胸帶為彈性體，胸帶的兩端分別設(shè)有尼龍粘貼扣，胸帶內(nèi)側(cè)的中心縫制一塊導(dǎo)電織物作為參考電極，參考電極的左右兩側(cè)分別設(shè)有一個(gè)固定在胸帶上的非接觸式電極，該電極為圓形雙面PCB板，與人體直接對應(yīng)的一面PCB板上設(shè)有三個(gè)區(qū)，三個(gè)區(qū)之間電絕緣，中心圓區(qū)為裸露的感應(yīng)片，依次向外設(shè)有環(huán)形屏蔽區(qū)及環(huán)形地線區(qū)，另一面PCB板上也設(shè)有三個(gè)區(qū)，中心圓為敷銅區(qū)，敷銅區(qū)中心設(shè)有包括前置運(yùn)算放大器的貼片焊接區(qū)，敷銅區(qū)外圍為環(huán)形地線區(qū)，前置運(yùn)算放大器的輸出端分別與環(huán)形屏蔽區(qū)及敷銅區(qū)連接，前置運(yùn)算放大器的模擬信號地端分別與兩個(gè)面上的環(huán)形地線區(qū)連接，前置運(yùn)算放大器的輸入端連接感應(yīng)片的信號輸出；每個(gè)電極均設(shè)置在一個(gè)敞口的圓形金屬屏蔽盒內(nèi)，金屬屏蔽盒固定在胸帶相應(yīng)的圓孔中，其敞口端暴露于胸帶內(nèi)側(cè)，電極與人體直接對應(yīng)的一面位于敞口端； 設(shè)置一心電采集主板，為雙面PCB板，其中一面集成了前端模擬信號調(diào)理電路，包括儀表放大電路、濾波電路、二級放大電路以及右腿驅(qū)動(dòng)電路；雙面PCB板的另一面集成了以MSP430單片機(jī)為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時(shí)采樣以及藍(lán)牙無線傳輸模塊；2個(gè)電極的前置運(yùn)算放大器的輸出信號均連接儀表放大電路，儀表放大電路的輸出分別連接濾波電路及右腿驅(qū)動(dòng)電路，濾波電路的輸出連接二級放大電路，二級放大電路的輸出連接MSP430單片機(jī)，·MSP430單片機(jī)的輸出連接藍(lán)牙無線傳輸模塊，右腿驅(qū)動(dòng)電路輸出連接參考電極，心電采集主板放置在胸帶外側(cè)設(shè)置的口袋內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于非接觸式電極的無線可穿戴式心電測量胸帶，其特征是每個(gè)非接觸式電極輸出與采集主板輸入之間采用USB接口及數(shù)據(jù)線連接，金屬屏蔽盒側(cè)面設(shè)有相應(yīng)的缺口。
專利摘要一種基于非接觸式電極的無線可穿戴式無線心電測量胸帶，內(nèi)側(cè)的中心縫制參考電極，參考電極的兩側(cè)分別設(shè)有非接觸式電極，電極為雙面PCB板，一面上設(shè)有三個(gè)區(qū)，中心為感應(yīng)片，依次向外設(shè)有屏蔽區(qū)及地線區(qū)，另一面上也設(shè)有三個(gè)區(qū)，中心圓為敷銅區(qū)，中心設(shè)有前置運(yùn)算放大器的貼片區(qū)，敷銅區(qū)外圍為地線區(qū)，前置運(yùn)算放大器的輸出與屏蔽區(qū)及敷銅區(qū)連接，前置運(yùn)算放大器的地端與兩個(gè)面上的地線區(qū)連接，前置運(yùn)算放大器的輸入連接感應(yīng)片的輸出；心電采集主板為雙面PCB板，一面集成了儀表放大電路、濾波電路、二級放大電路以及右腿驅(qū)動(dòng)電路，另一面集成了以單片機(jī)為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時(shí)采樣以及藍(lán)牙無線傳輸模塊，參考電極與右腿驅(qū)動(dòng)電路輸出連接。
文檔編號A61B5/0416GK202699135SQ20122018716
公開日2013年1月30日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者周平, 劉夢星, 魯豫杰, 呂菲, 汪豐 申請人:東南大學(xué)