可穿戴心电信号监测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及可穿戴健康医疗技术领域，特别是指一种可穿戴心电信号监测处理方 法和装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着以心血管疾病为首的慢性病在老年人中的患病率越来越高，并且具 有病因及病情复杂、患病时间长、医疗成本高、需要长期管理等特点，越来越多患者期望将 健康监护模式由医院为中心向以家庭为中心转变，通过个人健康管理来抑制老年慢性病快 速上升的趋势，从而降低医疗经济负担。对于非常重要的心电信号在心脏疾病以及其他慢 性疾病的监护诊疗中具有重要意义，是人类最早研宄并应用于医学临床的生物电信号之 一。动态心电图是临床分析病情、确立诊断重要的客观依据，包括休息、活动、工作学习和睡 眠等不同状况下的心电数据，它能够更加完整地记录心脏状况，为诊断提供更加准确的依 据。医院中的大型心电监护设备体积庞大，至少需要12根连接线进行测量，给患者带来不 适感，同时增加了就医成本；另一方面心电传感器直接影响到监测的信号质量和佩戴的舒 适性，尤其对于长期的实时监测，电极的材质和结构至关重要，目前临床心电电极是带有电 解凝胶的湿电极，会导致皮肤过敏以及由于皮肤脱水引起的信号衰减，所以不适合用于长 期监护。
[0003] 针对以上问题，国内提出了多种基于可穿戴织物电极的心电监护装置，中国专利 号200920089699. 8公开了一种带数据记录装置的可穿戴心电电极背心，电极由银和复合 纤维织造而成，可对采集的心电信号进行采集和发送；中国专利号201120506497. 6公开了 一种可穿戴心电信号测量装置，心电电极可以采集信号并进行处理和发送，可获取心电波 信号和心率值；专利号201120303457. 1公开了一种侦测人体心电讯号的穿戴衣物，心电电 极由导电布缝制在衣服上，心电信号处理电路、传输器等放置于一个壳体内，数据可为病患 或者医生提供医疗参考。
[0004] 虽然以上专利都是基于可穿戴技术采用了柔性织物电极，能够成功的达到长期监 护心电信号的目的，然而织物电极制作起来较为复杂，甚至需要制造设备才能完成，同时也 没有考虑到织物电极在人体活动的情况下检测心电会带来很大的运动伪迹干扰。与其它干 扰具有特定的频率范围不同，它具有动态的频率范围，并且幅度较大，容易损坏或淹没生物 信号，它将导致不合理的处理和错误的诊断，给监护带来了巨大的挑战。运动伪迹会很大程 度上干扰心电信号的有效性，很有可能导致对心电信号参数错误的评估以及触发错误的报 警。因此，如何有效地抑制动态心电信号中的运动伪迹是可穿戴健康监护中必需要解决的 关键问题。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提供了一种可穿戴心电信号监测处理方法和装置，能够 在在不妨碍日常活动的情况下随时随地地监测人体的心脏活动状况。
[0006] 可穿戴心电信号监测装置，其特征在于：所述装置由弹性胸带、柔性织物心电电 极、中央控制盒以及内连线组成，柔性织物心电电极和中央控制盒嵌入弹性胸带中；其中
[0007] 所述柔性织物心电电极设置于胸带内侧适当位置，并且电极为突起设置，保证与 皮肤完全接触；优选地，该柔性织物心电电极采用印制或直接涂覆导电液的方式制成；为 方便不同的胸带的形状设置，柔性织物心电电极的形状可以设置成圆形、椭圆形或多边形 等形状，也可以美化的图案等方式设置形状。
[0008] 优选地，采用单通道导联检测方法，胸带上至少配置三个柔性织物心电电极，其 中两个电极对应在左胸和右胸。
[0009] 所述中央控制盒至少包含心电信号采集调理单元、加速度采集单元、信号处理单 元、无线通讯单元；此外，中央控制盒还可以包括数据存储单元、电源单元，所述存储单元存 储在心电信号监测过程中所产生的数据、特征及心脏异变状况的分析数据，电源单元为整 个装置提供供电。
[0010] 所述心电信号采集调理单元用于采集心电信号，对采集到的心电信号进行工频 干扰、基线漂移及对肌电干扰进行噪声预处理，并将处理后的心电信号进行增益的放大处 理；
[0011] 所述加速度采集单元使用加速度计采集加速度信号；其中，该加速度信号用于运 动伪迹干扰的抑制。
[0012] 所述信号处理单元基于所述心电信号采集调理单元获得的经处理后的心电信号 及加速度采集单元采集的加速度信号，进行心电信号的滤波、特征提取以及心脏异变状况 的分析；
[0013] 优选地，该信号处理单元包括：
[0014] 心电信号滤波单元，与心电信号采集调理单元、加速度采集单元相连，采用自适应 滤波方法对人体在运动状况下产生的运动伪迹干扰噪声进行抑制，其中以加速度信号作为 自适应滤波器的参考信号。信号特征提取单元，与心电信号滤波单元相连，采用信号特征 检测算法从滤波后的心电信号中提取重要的信号特征，该信号特征至少包含幅值最大的R 波、心率等特征指标，这些指标可以根据用户需求进行修改，在此不再限制并赘述。心脏异 变诊断单元单元，用于检测心电信号各个特征的参数数值，对这些信号特征进行时域和频 域的分析，得到有关心电信号的统计指标，利用机器学习分类算法对用户的心脏状态进行 分类识别。
[0015] 所述无线通讯单元用于将经处理后的数据通过无线的方式发送到接收终端，用于 人体生理和活动状况的观测以及病情的分析诊断；优选地，该接收终端可以是移动终端、固 定PC机、个人数字助理、笔记本电脑、平板电脑等设备。
[0016] 所述内连线连接柔性织物心电电极和中央控制盒；优选地，该内连线，采用导线或 导电纤维，并将普通纱线缝纫在内连线上将其覆盖，形成内连轨迹。
[0017] 此外，本发明还提供了一种基于可穿戴心电信号监测装置的心电信号监测方法， 所述装置至少包括柔性织物心电电极、心电信号采集调理单元、加速度采集单元、信号处理 单元、无线通讯单元及内连线，其特征在于：
[0018] 1)、信号采集调理
[0019] 通过心电信号采集调理单元采集心电信号，并对采集到的心电信号进行初步消除 肌电干扰、工频干扰和基线漂移等干扰噪声的处理；并通过加速度采集单元采集加速度信 号；
[0020] 2)、运动伪迹抑制
[0021] 通过自适应滤波算法，针对步骤1)中得到的心电信号，采用自适应滤波器对人体 在运动状况下产生的运动伪迹干扰噪声进行抑制，本方案中，可以采用常规的自适应滤波 器方法，将加速度信号作为参考信号，从而采用自适应滤波算法自动调节自身权值系数，以 达到最好的滤波效果。
[0022] 优选地，本方案可以采用如下的自适应滤波器实现，但是本申请不限于仅以以下 方法实现：可采用自适应滤波算法自动调节自身权值系数W，以达到最好的滤波效果，该自 适应滤波器有两路输入信号，一路是带有运动伪迹干扰的ECG信号d(k)，一路是参考信号 X(k);其中，采用一种归一化变步长最小均方误差（Least Mean Squares, LMS)算法作为自 适应滤波算法，采用加速度信号作为自适应滤波器的参考信号；
[0023] 根据自适应滤波器的结构，自适应滤波器的输出为参考信号和权值系数的内积， 即y = xTW，