专利名称：基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测装置及监测方法
技术领域：
本发明涉及一种人体微弱生物电信号检测装置，尤其是一种基于纯银纳米纤维膜材料的无线动态心电监测装置和监测方法。
背景技术：
据我国最新的心脏性猝死流行病学调查研究表明，我国心脏性猝死总人数高达 4万例/年，位居世界之首。因此，心脏性猝死的预防工作尤为重要。迄今为止，动态心
电图仍是发现心脏性猝死危险因素的最为有效的监测手段之一。但是，目前动态心电监测中，普遍使用的是银-氯化银电极，这种电极虽然导电性能好、阻抗低、弱电传递性能好。然而，这种电极的材料有毒、刺激皮肤，导致过敏，还会由于电解质凝胶脱水而导致提取的心电信号质量下降。因此，基于新型材料的心电电极一直是研究的热点。2006年，有研究基于生物电位光纤传感器设计了一种一次性心电电极，改善了传统湿性电极导致的过敏问题，具有体积小、导电性能好、导线细等优点。然而，制作工艺复杂、成本高。CN200966615Y公开了一种“可反复使用的心电监护电极”，此电极为金属电极，无毒、不刺激皮肤、弱电传导性也较好，并且可以多次使用，但是，体积较大、质地硬、耐磨性较低，降低了穿戴的舒适性，不适于长期心电监测。CN101081323公开了一种“穿戴式心电电极装置及其制作方法”，该装置在衣着上至少设置六个电极，电极由银纤维经纺织制成，并通过导线与外部装置连接。CN201431463Y公开了一种“具有机织结构的柔性心电电极”是采用聚对苯二甲酸乙二酯PET纤维纺织而成的一种具有机织结构的柔性心电电极。 由导电纬纱和导电经纱互相交织而成的机织结构；一个侧面与屏蔽导线之间采用银导电胶相连，另一个侧面为ECG电极。以上心电电极基于电子纺织材料、导电纺织布制作，具有低致敏、质地轻柔的优点。但是，由于有不导电的纱线基材存在，阻抗较大，有的电极与身体的接触不够紧密，信号质量也有待于提高。另外，动态心电图监测通常使用5到10根导联线以金属扣和插头分别与电极和记录装置连接，如此多的导联线很难避免相互间缠绕与干扰，影响采集的心电信号质量，也势必会影响佩戴的舒适性、产生行动不便及束缚感。因此，导联线的存在是影响佩戴舒适性的主要原因。目前无导联线连接的动态心电测量尚处于研究初期。挪威的Rime !^ensli 等(Rune Fensli & Jan Gunnar Dale & Philip 0，Reilly et al.，2010)开发了一种无线心电监测系统原型，实现了单导心电的无导联线监测。但是，该系统只能记录单导心电， 并且电极粘贴在人体皮肤上的面积较大、质地较硬，采集的信号中易混入运动伪迹。韩国的 Jerald Yoo 等(Jerald Yoo, Long Yan, Seulki Lee，et al.，2010)通过平面式电路板P-FCB 技术，在躯体传感网BSN中，将干纤维心电电极与信号获取电路集成，实现了无导联线的实时心电测量功能，加强了穿戴式测量的小巧与舒适性。但是，无线网络系统集成在胸带上， 依然在使用时具有束缚感，而且电极制备中使用了高分子粘着剂，影响电极的导电性。因此，为了改进上述动态心电监测技术的不足，本发明将纯银纳米纤维膜材料应用于心电电极的制作，将ZigBee无线传感网络技术用于实现动态心电信号的无导线监测。
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纯银纳米纤维膜是采用静电纺丝技术，经过煅烧处理和固相还原形成的一种纯金属材料，具有优良的弱电传递特性，适于心电信号的传递。由于纳米材料在尺寸上的微观性，具有柔韧性好、有利于电荷传输等特点，因此适于动态穿戴式心电测量。纯银使用安全， 无一般化学性产品产生的毒副作用，并且还具有一定的抗菌功能。ZigBee技术具有低功耗、低成本、时延短、响应速度快、安全性高的特点，适合实时心电监测和控制。虽然，ZigBee的数据传输速率低，但如果同时监测12导心电，当采样率为250Hz，那么数据量为201cbpS，工作在2. 4GHz频段完全满足要求。本发明基于ZigBee无线传感网络技术，通过建立躯体无线心电传感网的形式，改变传统心电监测从电极通过导联线将心电数据传输到记录单元的形式，实现无导线的动态心电监测。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有心电监测技术的不足，提供一种基于纯银纳米纤维膜材料的无线动态心电监测系统；本发明的另一目的提供一种基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测方法。本发明的目的通过以下技术方案实现基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测装置由无线心电传感网1组成，无线心电传感网1采用星形拓扑结构，无线心电传感网1是由无线心电记录单元3和一个以上无线心电传感器2构成。无线心电传感器2是由纯银纳米纤维膜4连接到心电信号无线采集模块5上，再粘在医用防过敏胶布6上构成。心电信号无线采集模块5由放大电路7连接RFD无线模块8，并分别连接RFD电源模块9构成。无线心电记录单元3是由FFD无线模块10经放大滤波电路11和主控制器12连接，键盘模块13、显示模块14与存储卡15分别与主控制器12连接，FFD无线模块10、放大滤波电路11、主控制器12和显示模块14分别与FFD电源模块16连接构成。基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测方法，包括以下顺序和步骤a、首先对被监测人体按7线3导联或按10线12导联动态心电测量电极在人体上的排布位置用酒精擦拭皮肤；b、在被用酒精擦拭后的皮肤上粘贴无线心电传感器2 ；c、启动无线心电传感器2和无线心电记录单元3，无线心电传感器2采集动态心电数据，并实时自动将采集到的动态心电数据发送到无线心电记录单元3 ；d、无线心电记录单元3存储与显示。有益效果无线动态心电监测装置通过无线心电传感网实现心电信号的无线采集与记录。采用纯银纳米纤维膜材料与ZigBee无线传感网络技术制作的无线心电传感器及其记录装置，其优点在于将纳米材料应用到了人体微弱心电信号检测领域，利用无线传感网络技术实现了动态心电信号的无导线连接监测。无线心电传感器具有功耗低、成本低、重量轻、体积小、柔韧性好、佩戴舒适的特点，尤其适用于心电信号的长期监测。
附图1是基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测装置网络构架图附图2是附图1无线心电传感器2剖视图附图3是附图2心电信号无线采集模块5的结构框图附图4是附图1无线记录单元3结构框图附图5是7线3导联动态心电测量无线心电传感器在人体上的排布位置图附图6是10线12导动态心电测量无线心电传感器在人体上的排布位置图。1无线心电传感网，2无线心电传感器，3无线心电记录单元，4纯银纳米纤维膜，5 心电信号无线采集模块，6医用防过敏胶布，7放大电路，8RFD无线模块(是集A/D转换、微处理器、无线通信为一体的片上系统)，9RFD电源模块，10FFD无线模块，11放大滤波电路， 12主控制器，13键盘模块，14显示模块，15存储卡，16FFD电源模块。
具体实施例方式下面结合附图和实施例作进一步的详细说明基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测装置是由无线心电传感网1采用星形拓扑结构，由5至10个终端节点RFD既无线心电传感器2和一个主控节点FFD协调器既无线心电记录单元3两大部分构成。无线心电传感器2由纯银纳米纤维膜4连接到心电信号无线采集模块5上，再粘在医用防过敏胶布6上构成，医用防过敏胶布6的使用是为了让传感器紧密接触皮肤，提高心电信号的获取质量。心电信号无线采集模块5由放大电路7、RFD 无线模块8(CC2530是集A/D转换、微控制器与无线通信为一体的片上系统)及RFD电源模块9构成。心电信号通过纯银纳米纤维膜4经放大电路7连接到RFD无线模块8，经过A/D 转换后被无线传输至无线心电记录单元3。无线心电记录单元3是由FFD无线模块10经放大滤波电路11和主控制器12连接，键盘模块13、显示模块14与存储卡15分别与主控制器12连接，FFD无线模块10、放大滤波电路11、主控制器12和显示模块14分别与FFD电源模块16连接构成，起到控制与管理整个网络正常运行的作用。通过FFD无线模块10接收无线心电传感器2发送的数据，经过放大滤波电路11，形成心电各导联数据，通过显示模块14与存储卡15进行显示与存储。将两个电极放置到人体表面两点，并分别同心电图机的正负极相连，可用来描记这两点电位差的变化，这种放置电极的方法及其与心电图机的连接方式称为导联。根据电极放置部位的不同，可组成各种导联，各种导联的心电图波形各有特点。国际上通用的常规心电12导联系统是将10个电极排布在肢体与胸壁上，组成I、II、III标准导联、加压单极肢体导联(aVR、aVL、aVF)及单极胸导联(VI、V2、V3、V4、V5、V6)。动态心电监测由于是监测人们日常生活中的心电活动，因此电极的排布位置与常规心电的有所不同，动态心电将肢体电极移至胸前，形成临床常用的双极3导联系统与MaS0n-Likarl2导联系统。基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测方法，包括以下顺序和步骤a、首先对被监测人体按7线3导联或按10线12导联动态心电测量电极在人体上的排布位置用酒精擦拭皮肤；b、在被用酒精擦拭后的皮肤上粘贴无线心电传感器2 ；c、启动无线心电传感器2和无线心电记录单元3，无线心电传感器2采集动态心电数据，并实时自动将采集到的动态心电数据发送到无线心电记录单元3 ；
d、无线心电记录单元3存储与显示。实施例1 无线动态心电监测装置通过无线心电传感网1实现心电信号的无线采集与记录。 无线心电传感网1采用星形拓扑结构，由5至10个终端节点RFD既无线心电传感器2和一个主控节点FFD协调器既无线心电记录单元3两大部分构成，参见图1所示。无线心电传感器2由纯银纳米纤维膜4连接到心电信号无线采集模块5上，再粘在医用防过敏胶布6上构成。医用防过敏胶布6的使用是为了让传感器紧密接触皮肤，提高心电信号的获取质量，参见图2所示。心电信号无线采集模块5由放大电路7、RFD无线模块8 (CC2530是集A/D转换、微控制器与无线通信为一体的片上系统)及RFD电源模块9构成。心电信号通过纯银纳米纤维膜4经放大电路7连接到RFD无线模块8，经过A/D转换后被无线传输至无线心电记录单元3，参见图3所示。无线心电记录单元3是由FFD无线模块10经放大滤波电路11和主控制器12连接，键盘模块13、显示模块14与存储卡15分别与主控制器12连接，FFD无线模块10、放大滤波电路11、主控制器12和显示模块14分别与FFD电源模块16连接构成，起到控制与管理整个网络正常运行的作用。通过FFD无线模块10接收无线心电传感器2发送的数据，经过放大滤波电路11，形成心电各导联数据，通过显示模块14与存储卡15进行显示与存储， 参见图4所示。a、首先对被监测人体按7线3导联动态心电测量电极在人体上的排布位置用酒精擦拭皮肤；b、在被用酒精擦拭后的皮肤上粘贴无线心电传感器1，其粘贴位置参见图5所示；CM5导联模拟V5导联，正极CM5 “ + ”位于左腋前线第5肋；负极CM5 “_”位于右锁骨下窝中外1/3处，CM5导联记录的QRS波振幅最高，对ST段下移较为敏感；MaVF导联模拟aVF导联，正极MaVF“ + ”，位于左腋线第9_10肋间，负极MaVF“_” 位于胸骨柄处，MaVF导联能显示右冠状动脉或左回旋支痉挛引起的ST段的对应性下移，有助于证实冠脉痉挛或变异性心绞痛的诊断；CMl导联模拟V1导联，正极CMl “ + ”位于胸骨右缘第4肋；负极CMl “_”位于左锁骨下窝中外1/3处，CMl能够清楚显示P波，并能显示右束支或左束支阻滞的QRS波图形特征；地线地线位于右锁骨中线第6肋。c、启动无线心电传感器2和无线心电记录单元3，无线心电传感器2采集动态心电数据，并实时自动将采集到的动态心电数据发送到无线心电记录单元3 ；d、无线心电记录单元3存储与显示。实施例2 无线动态心电监测装置通过无线心电传感网1实现心电信号的无线采集与记录。 无线心电传感网1采用星形拓扑结构，由5至10个终端节点RFD既无线心电传感器2和一个主控节点FFD协调器既无线心电记录单元3两大部分构成，参见图1所示。无线心电传感器2由纯银纳米纤维膜4连接到心电信号无线采集模块5上，再粘在医用防过敏胶布6上构成。医用防过敏胶布6的使用是为了让传感器紧密接触皮肤，提高心电信号的获取质量，参见图2所示。心电信号无线采集模块5由放大电路7、RFD无线模块8 (CC2530是集A/D转换、微控制器与无线通信为一体的片上系统)及RFD电源模块9构成。心电信号通过纯银纳米纤维膜4经放大电路7连接到RFD无线模块8，经过A/D转换后被无线传输至无线心电记录单元3，参见图3所示。无线心电记录单元3是由FFD无线模块10经放大滤波电路11和主控制器12连接，键盘模块13、显示模块14与存储卡15分别与主控制器12连接，FFD无线模块10、放大滤波电路11、主控制器12和显示模块14分别与FFD电源模块16连接构成，起到控制与管理整个网络正常运行的作用。通过FFD无线模块10接收无线心电传感器2发送的数据，经过放大滤波电路11，形成心电各导联数据，通过显示模块14与存储卡15进行显示与存储， 参见图4所示。a、首先对被监测人体按10线12导联动态心电测量电极在人体上的排布位置用酒精擦拭皮肤；b、在被用酒精擦拭后的皮肤上粘贴无线心电传感器1，其粘贴位置参见图6所示RA 位于躯干右锁骨中线第2肋；LA 位于躯干左锁骨中线第2肋；LL 位于躯干左锁骨中线第7肋缘；RL 位于躯干右锁骨中线第7肋缘；Vl 位于胸骨右缘第4肋；V2 位于胸骨左缘第4肋；V3 位于V2和V4联线的中间点；V4 位于左锁骨中线第5肋；V5 位于左腋前线第5肋；V6 位于左腋中线第5肋。c、启动无线心电传感器2和无线心电记录单元3，无线心电传感器2采集动态心电数据，并实时自动将采集到的动态心电数据发送到无线心电记录单元3 ；d、无线心电记录单元3存储与显示。
权利要求
1.一种基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测装置，其特征在于，无线心电传感网 (1)采用星形拓扑结构，无线心电传感网(1)是由无线心电记录单元(3)和一个以上无线心电传感器⑵构成。
2.按照权利要求1所述的基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测装置，其特征在于，无线心电传感器⑵是由纯银纳米纤维膜⑷连接到心电信号无线采集模块(5)上，再粘在医用防过敏胶布(6)上构成。
3.按照权利要求2所述的基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测装置，其特征在于，心电信号无线采集模块(5)由放大电路(7)连接RFD无线模块(8)，并分别连接RFD电源模块(9)构成。
4.按照权利要求1所述的基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测装置，其特征在于，无线心电记录单元(3)是由FFD无线模块(10)经放大滤波电路(11)和主控制器(12) 连接，键盘模块(13)、显示模块(14)与存储卡(1 分别与主控制器(1 连接，FFD无线模块(10)、放大滤波电路(11)、主控制器(12)和显示模块(14)分别与FFD电源模块(16)连接构成。
5.一种基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤a、首先对被监测人体按7线3导联或按10线12导联动态心电测量电极在人体上的排布位置用酒精擦拭皮肤；b、在被用酒精擦拭后的皮肤上粘贴无线心电传感器2；c、启动无线心电传感器(2)和无线心电记录单元(3)，无线心电传感器(2)采集动态心电数据，并实时自动将采集到的动态心电数据发送到无线心电记录单元(3)；d、无线心电记录单元C3)存储与显示。
全文摘要
本发明涉及一种基于纯银纳米纤维膜的无线动态心电监测装置及监测方法。无线动态心电监测装置通过无线心电传感网实现心电信号的无线采集与记录。无线心电传感网采用星形拓扑结构，无线心电传感网是由无线心电记录单元和一个以上无线心电传感器构成；无线心电传感器是由纯银纳米纤维膜连接到心电信号无线采集模块上，再粘在医用防过敏胶布上；无线心电记录单元是由无线模块经放大滤波电路和主控制器与键盘模块连接构成。用纯银纳米纤维膜与ZigBee无线传感网络技术制作的无线心电传感器及其记录装置，其优点在于实现了动态心电信号的无导线连接监测。具有功耗低、成本低、重量轻、体积小、柔韧性好、佩戴舒适的特点，尤其适用于心电信号的长期监测。
文档编号A61B5/0402GK102274017SQ20111013063
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者凌振宝, 刘光达, 张红晶, 曹婧华, 李肃义, 林婷婷, 辛毅 申请人:吉林大学