一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電勢和光電檢測法的智能心電監(jiān)護裝置，包括表體、表蓋、有兩個電極位于表體下面，第三個電極位于表蓋上，使用時需要手指按壓。當(dāng)位于表蓋上的電極有手指接觸時，設(shè)備能自動感應(yīng)出手指接觸并進行心電圖采集。當(dāng)沒有手指接觸時，設(shè)備自動切換為光電模式，使得光電驅(qū)動模塊驅(qū)動光電發(fā)射管，光電接受管可將接受到的光電信號傳入信號放大模塊經(jīng)信號濾波模塊進入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號最后由處理器處理得到光電容積描記波，用于推算心率。最大的優(yōu)勢在于心率測量可以直接由單手完成，且裝置能夠自動識別心電電極的連接。
【專利說明】—種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能心電監(jiān)護裝置，尤其是一種將電極電勢測量與光電測量方法相結(jié)合的智能心電監(jiān)護裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中的心電監(jiān)護裝置帶有心電和血氧檢測雙重功能，能夠在一個腕表上同時檢測血氧和心電。該設(shè)備具有便攜，簡單易用等特點。但是該裝置必須依賴于兩個以上電極的良好接觸，測試者必須雙手操作，而且測試時候需要相對靜止以避免運動干擾。此外，反射式血氧飽和檢測方法，因為光電接收管裝置位于光電發(fā)射裝置的同側(cè)，這只能夠保證接收到同側(cè)光電發(fā)射裝置發(fā)出的光，但這種方法的接收光較透射式微弱而且反射路徑不唯一(其實在人體中有漫反射)，所以很難換算出發(fā)射與接受的關(guān)系，這樣的反射式血氧的測量方式來測量血氧飽和度，其準(zhǔn)確性仍有待商榷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是:
[0004]測試者必須雙手操作來保證兩個電極的良好接觸，只能得到心電波形檢測結(jié)果，無法實時監(jiān)控用戶的心跳狀況。位于手腕同側(cè)的光電接受裝置只能用以檢測透射光，降低了光電接受裝置的靈敏度和可靠性。同時，穿戴式光電設(shè)備面臨的一個最大的問題是如何保持光電傳感器與皮膚的“緊密接觸”，且又不要使人感覺難受。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]在一個腕表設(shè)備終端上將傳統(tǒng)的電勢法心電圖測量和光電法測量容積波技術(shù)相結(jié)合，整體構(gòu)造包括屏幕，表體，表帶，以及傳感器(電極，光電發(fā)射管，光電接收管)。對電勢法測量而言，共有3個電極，兩個電極電極1、電極2位于表的下面，貼近皮膚，另外一個電極3位于表蓋上，使用時需要另一個手指按壓。當(dāng)電極3有手指接觸時，設(shè)備能自動感應(yīng)出手指接觸并進行心電圖采集。當(dāng)沒有手指接觸時，設(shè)備自動切換為光電模式，此時光電驅(qū)動模塊驅(qū)動光電發(fā)射管，發(fā)射一定波長的光經(jīng)人體皮膚組織反射后經(jīng)光電接收管接收，后經(jīng)信號放大模塊將微弱的光電信號放大至后續(xù)電路能接收的范圍，然后經(jīng)信號濾波模塊進入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給處理器。處理器會根據(jù)接收信號的狀況來自動調(diào)整LED驅(qū)動模塊的驅(qū)動強度以及驅(qū)動頻率等，同時接收來自心電模塊的數(shù)據(jù)。心電模塊的輸出數(shù)據(jù)是心電波形。上述電路可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)兩種數(shù)據(jù)，一種是單純的PPG，這可以用來推算心率，在這種情況下LED驅(qū)動模塊只需要驅(qū)動單色光，可以選擇同時驅(qū)動也可選擇交替驅(qū)動；另一種是血氧飽和度信息，在這種情況下光電驅(qū)動模塊需要交替驅(qū)動雙色光。 [0007]電勢法測量精度高，具有診斷意義。而當(dāng)設(shè)備處于單電極即單手狀態(tài)時多半處于睡眠、走路、跑步狀態(tài)，這時設(shè)備會自動切換模式至光電傳感模式，實時監(jiān)控用戶的心跳狀況。同時本設(shè)備集成了遠程通訊系統(tǒng)，能將采到的心電數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS / GSM網(wǎng)絡(luò)遠程無線發(fā)送給后端服務(wù)器/專家系統(tǒng)，由專家系統(tǒng)給出建議。此外，本裝置還可以增加重力加速度傳感器和GPRS定位裝置，方便計算運動量以及定位求助。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
[0009]自動檢測電極連接，從而決定工作模式是電勢測量還是光電測量方法；電勢法測量有利于實現(xiàn)診斷級的心電圖，光電法測量有利于實現(xiàn)便捷的心率測量，特別有利于在睡目民、走路、跑步時檢測心率；重力加速度傳感器和GPRS定位裝置，方便計算運動量以及定位求助。本發(fā)明是基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程智能無線終端，所有的信息可經(jīng)終端發(fā)送給后臺服務(wù)器，由后臺服務(wù)器給出健康建議，這種模式可以大大降低終端的成本；
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明基于電勢和光電檢測法的智能心電監(jiān)護裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2是本發(fā)明基于電勢和光電檢測法的智能心電監(jiān)護裝置的電路框架圖。
[0012]圖3是本發(fā)明基于電勢和光電檢測法的智能心電監(jiān)護裝置的機械結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0013]下面將結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。
[0014]圖1是整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，這個系統(tǒng)是個腕表狀的設(shè)備，整體構(gòu)造包括屏幕11，表體13，表帶19，以及傳感器(電極12、14、18，光電發(fā)射管15、17，光電接收管16，110)。對電勢法測量而言，共有3個電極，兩個電極電極I (14)、電極2 (18)位于表的下面，貼近皮膚，另外一個電極3(12)位于表蓋上，使用時需要另一個手指按壓。當(dāng)電極3 (12)有手指接觸時，設(shè)備能自動感應(yīng)出手指接觸并進行心電圖采集。當(dāng)沒有手指接觸時，設(shè)備自動切換為光電模式，這種模式能夠在不方便雙手操作時使用，如睡覺、走路、跑步等狀態(tài)。該工作模式由LED發(fā)光管LED1(15)、LED2(17)和光電接收管I (16)、接收管2 (110)組成，LEDl (15)和LED2(16)可以使不同波長的光也可以`是同種單色光，它們發(fā)射出的光經(jīng)人體皮膚組織吸收反射后，經(jīng)接收管1(16)和接收管2(110)接收后經(jīng)進一步的數(shù)字處理得到光電容積描記波(Photoplethysmography,以下簡稱PPG),由PPG的波動能得到心率的變化，如果要測量知道血氧飽和度，LEDl (15)、LED2(17)就必須是不同波長光交替照射，如常見的紅光和紅外光。只測心率對光波長沒有具體要求，可以選用低能量光譜如藍光、綠光等降低系統(tǒng)功耗。
[0015]特別提到的是，由于人的腕關(guān)節(jié)主要由橈骨和尺骨組成，二者不透光，所以選擇光電接收管的位置也是十分講究的，這里接收管1(16)位于發(fā)射管的同側(cè)，這能夠保證接收到同側(cè)發(fā)光管LEDl (15)和LED2(17)發(fā)出的光，這是典型的反射式血氧的方法，但這種方法的接收光較透射式微弱而且反射路徑不唯一(其實在人體中有漫反射)，所以很難換算出發(fā)射與接受的關(guān)系(這對測心率沒影響)。因此，增加了另外一個接收管2(110)到手腕的異側(cè)用以檢測透射光，在這種情況下，無論表體如何移動，總有一個發(fā)光管LEDl (15)或LED2(17)發(fā)出的光經(jīng)皮膚組織透射到接收管2(110)，這種技術(shù)提高了接收的靈敏度及可靠性。
[0016]圖2是整個系統(tǒng)的電路框架圖，傳感器電路的實現(xiàn)如圖所示，LED驅(qū)動模塊(22)驅(qū)動圖1LEDl (15)和LED2(17)燈管，發(fā)射一定波長的光經(jīng)人體皮膚組織(21)反射后經(jīng)光電接收管，圖1接收管1(16)和接收管2(110)，后經(jīng)信號放大模塊(23)將微弱的光電信號放大至后續(xù)電路能接收的范圍，然后經(jīng)信號濾波模塊(24)進入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(25)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給處理器(27)。處理器(27)會根據(jù)接收信號的狀況來自動調(diào)整LED驅(qū)動模塊(22)的驅(qū)動強度以及驅(qū)動頻率等，同時接收來自心電模塊(26)的數(shù)據(jù)。心電模塊(26)的輸出數(shù)據(jù)是心電波形。同時，為了降低終端的成本，處理器亦可將采到的心電數(shù)據(jù)經(jīng)通訊接口
(28)通過GPRS / GSM網(wǎng)絡(luò)遠程無線發(fā)送給后端服務(wù)器/專家系統(tǒng)，由專家系統(tǒng)給出建議。上述電路可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)兩種數(shù)據(jù)，一種是單純的PPG，這可以用來推算心率，在這種情況下LED驅(qū)動模塊(22)只需要驅(qū)動單色光的圖1LEDl (15)和LED2 (17)，如低成本的藍光或綠光源，可以選擇同時驅(qū)動也可選擇交替驅(qū)動；另一種是血氧飽和度信息，在這種情況下LED驅(qū)動模塊(22)需要交替驅(qū)動雙色光的圖1LEDl (15)和LED2 (17)，經(jīng)典的做法是一個選取紅光(660nm波長)，另一個選取紅外光(910nm波長)。需要注意的是，選取經(jīng)典的雙色光的驅(qū)動效果是比較好的，但是問題在于其光電管的成本較高以及紅光和紅外光經(jīng)人體吸收太多導(dǎo)致檢測信號極度微弱等問題。[0017]圖3是設(shè)備終端關(guān)于光電傳感器的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，穿戴式光電設(shè)備面臨的一個最大的問題是如何保持光電傳感器與皮膚的“緊密接觸”，這里的“緊密接觸”是指既要使傳感器不離開皮膚又不要使人感覺難受。因此，本發(fā)明給出了一個設(shè)計實例，用于克服接觸舒適度問題。這里的LEDl發(fā)光管(15)、LED2發(fā)光管(17)和接收管(16)三者由一個剛性的扭力梁(35)連接在一起，各自的后面放置了一個彈簧件用以調(diào)節(jié)與皮膚的接觸度，有一個固定軸位于PDl接收管(33)中，這樣LEDl發(fā)光管(15)和LED2發(fā)光管2(17)在受力時會以接收管(16)為軸心旋轉(zhuǎn)保證至少有一個發(fā)光管與皮膚接觸。表體西周放有遮光罩(36)來遮擋自然光的干擾。同時本裝置可以集成遠程通訊系統(tǒng)，能將采到的心電數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS / GSM網(wǎng)絡(luò)遠程無線發(fā)送給后端服務(wù)器/專家系統(tǒng)，由專家系統(tǒng)給出建議。此外，本裝置還可以增加重力加速度傳感器和GPRS定位裝置，方便計算運動量以及定位求助。
[0018]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置，包括表體(13)、電極I (14)、電極3 (12)，這兩個電極分別位于表體下面和表蓋上，用以心電波形檢測，其特征在于，表體(13)下面設(shè)置另一個電極電極2(18)，在電極3(12)沒有被接觸時，裝置可自動切換為光電模式，使得光電驅(qū)動模塊(22)驅(qū)動光電發(fā)射管，光電接收管1(16)與光電發(fā)射管處于被測部位的同側(cè)，光電接受管1(16)可將接受到的光電信號傳入信號放大模塊(23)，經(jīng)信號濾波模塊(24)進入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(25)，轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號最后由處理器(27)處理得到光電容積描記波。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置，其特征在于，還包括通訊接口(28)，與所述處理器連接，用于外部設(shè)備通信。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置，其特征在于，兩個光電發(fā)射管可以發(fā)射不同波長的光來測量血氧飽和度。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置，其特征在于，光電發(fā)射管為LED燈管(15,17)。
5.如權(quán)利要求3所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置，其特征在于，兩個光電發(fā)射管發(fā)射的光分別是660nm波長的紅光和910nm波長的紅外光。
6.如權(quán)利要求3所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置，其特征在于，增加了另外一個光電接受管(110)位于被測部位的異側(cè)用以檢測透射光。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置，其特征在于，表體四周設(shè)置有遮光罩(36)，用于遮擋自然光的干擾。
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置，其特征在于，兩個光電發(fā)射管、光電 接收管I (16)這三者由一個剛性扭力梁(35)連接在一起，各自后面放置一個彈簧件用以調(diào)節(jié)與皮膚的接觸度，有一個固定軸位于接受管中，使得光電發(fā)射裝置在受力時會以接收管為軸心旋轉(zhuǎn)保證至少有一個光電發(fā)射裝置與皮膚接觸。
9.如權(quán)利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監(jiān)護裝置，其特征在于，還增加了集成重力加速度傳 感器和GPRS定位裝置。
【文檔編號】A61B5/0402GK103876726SQ201310566441
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】洪智, 羅倩倩 申請人:江蘇達科信息科技有限公司