一种带有运动监测功能的便携心电图机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于心电图检测技术领域，具体包括一种带有运动监测功能的便携心电图机及一种同步显不心电图和运动负荷的心电图输出方案。
【背景技术】
[0002]目前心电图检查以临床心电图为主，包括常规静息心电图、运动心电图、24小时动态心电图(Holter)和持续心电监护(用于术中监护或重症监护)。随着技术的进步和制造成本的降低，各种小型廉价的家用心电图设备也逐渐开始普及。临床心电图与家用心电图没有本质的不同，但由于临床心电图的实施方式对于家庭用户而言过于复杂，家用心电图在很多方面做了简化。
[0003]以上心电图检查均有其局限性:常规静息心电图检查时间很短，很容易漏掉一过性的心电异常;运动心电图有可能发现隐匿性的心脏异常情况，但其检查过程复杂，覆盖人群有限，不能作为常规检查;动态心电图虽然可以持续监测24小时，但其导联较少，不能反映整个心脏的状况，且患者的日常活动容易导致电极脱落或对心电信号产生各种干扰;而持续心电监护通常只用于监护危重或术后病人的生命体征，主要目的是为了避免病人在无人监管时出现意外，监测过程中出现的其他异常一般不被重视，其内容也不会被记录下来进入医疗档案;而家用心电图则多采用非标准导联，导联位置相当随意，其监测内容和结论一般不被临床所采纳。
[0004]虽然心电图理论上可以广泛应用于疾病诊断、疾病预防、运动健康管理、竞技体育等领域，由于其操作方法对于非专业用户而言仍然过于复杂，目前的心电图主要用于临床疾病的诊断和治疗，此外还被少数体育机构用于指导竞技体育训练，心电图在疾病预防和运动健康管理方面的潜力完全没有受到重视并投入应用。
[0005]长久以来人们就一直期望医学能够从治疗疾病向预防疾病发展。发现身体早期异常并预防其进一步演变是预防医学的重要内容之一，持续的健康监控是发现早期异常的重要措施。可穿戴设备具有传统设备无法比拟的舒适性和方便性，逐渐成为持续健康监控的最主要手段。随着可穿戴设备的逐渐普及，持续健康监控已经逐渐被用户接受。但目前，可穿戴设备所能监测的健康指标非常有限，多数设备只能检测心率、体温、呼吸等简单的内容。从临床的角度来看，这些内容仅在结合症状及其他临床数据时才有参考价值。由于可穿戴设备自身并没有同时提供其他临床数据的能力，因此目前这些设备对疾病预防和治疗并没有价值，其应用范围只能被局限于“运动健康管理”，无法进一步延伸到更有价值的疾病预防和治疗领域。但即便如此，由于目前的可穿戴设备无法帮助用户真实了解自己的身体在运动前、中、后的具体情况，因此严格来讲，这些设备充其量只实现了运动量管理的功能，距离真正的运动健康管理还很遥远。
[0006]为临床医疗提供数据支持及更将是可穿戴设备发展的重要方向之一。目前，可穿戴设备的适用范围基本局限于可以无创监测的项目，如心率、呼吸、体温、血压、血氧、心电、脑电等，需要采集生物标本的生化指标监测一般不属于其适用范围。从临床角度看，适合利用可穿戴设备长期持续监测的指标并不多，一般须具备以下特点:指标具有独立的临床意义;指标无法或很难被追溯;指标变化剧烈容易被漏诊;指标变化具有健康管理、预防或诊断价值。心电图非常完美的匹配了这些特点:心脏每天跳动约10万次，即产生同等数量的心电图波形，多数情况下仅仅有少数波形存在异常，很容易被遗漏;心电图异常本身可以独立支持临床诊断;从临床意义来看，心脏疾病处于死亡原因的前列，且由于缺乏监控和预警机制，其中相当一部分在发病或致死性发作前从未发现过心脏异常。因此心电图是最适和长期监测的指标之一。
[0007]除了在疾病预防和诊断方面的显著意义，长期持续心电监测将极大的改善可穿戴设备在运动健康管理方面的作用。近年来业余体育选手和白领人群中猝死案例屡见不鲜。按照临床经验，这些案例一般都有潜在的生理异常或隐匿性的疾病，运动或压力负荷超过身体承受能力并诱发了致死性疾病发作，其中几乎所有案例都是死于心脏疾病发作。目前可穿戴设备通过单纯的心率、呼吸等指标不能帮助用户制定最适合他们的活动方案和行为习惯，更不能帮助用户发现各种可能引起严重后果的潜在异常。而持续心电监测可以帮助用户发现心脏异常情况并及时提醒用户，从而帮助用户建立合适的运动和生活习惯，避免不适合的运动种类和运动负荷，避免有害的行为习惯和生活方式，从而在很大程度上避免运动意外的发生。
[0008]单纯依靠医疗机构无法把心电图的用户从患者扩大到普通人群，用户将无法承担其高昂的资源依赖和费用支出，因此相关设备必须家用化。如前所述，家用心电图设备最大的问题是电极位置不标准从而导致其结果无法被临床承认。目前已经有一些技术方案可以帮助普通用户解决心电图电极的定位和固定问题，从而增加了可穿戴心电图设备的实用性，使得用户可能像佩戴手环一样简单的使用可穿戴设备对自己的心脏健康状况进行监测。
[0009]可穿戴设备意味着在接受心电图监测时用户可能随时处于任何活动状态，而任何身体活动均意味着一定的运动负荷。运动负荷代表了用户活动时所承受的生理负荷，包括运动量和运动强度。运动负荷大小对心电图的波形和心率均会造成影响，比如健康的年轻人在短跑时心率可达到180次/分，同时波形也会出现一些变化。目前常规静息心电图默认用户在接受心电图检查时处于静息状态;运动心电图在医生监督下进行，医生对用户接受检查时的运动负荷也有充分的了解，因此目前的心电图设备均没有运动监测模块，心电图输出内容也不带运动负荷的相关内容。长期持续心电监测时用户的运动负荷随时在变化，如果医护人员不了解用户的运动负荷而直接用静息心电图的标准判断运动时的心电图，就可能会导致错误的结果。因此，持续心电图监测设备必须具备同步监测用户运动情况的能力，并可以同步输出心电图和运动负荷供相关专业人士进行参考。
【发明内容】
[0010]本发明要解决的技术问题是:目前的心电图设备没有运动监测模块，不能在长期持续心电监测时同步监测记录用户的运动状态，因此无法在输出心电图时同步提供用户的运动状态供医护人员或分析程序参考，从而限制了长期持续心电图监测的实用性。
[0011]为解决以上技术问题，本发明为便携心电图机增加了运动监测模块，并提供了一种同步显示心电图和运动负荷的心电图输出方案。其中，所述运动监测模块由三轴加速度计组成，除运动监测模块外，所述便携心电图机还包括普通便携心电图机所必要的电极和导联线、导联线接口、信号采集模块(或称为“集成模拟前端”)、输入模块(包括按钮、键盘及触摸屏)、MCU、电源(电池)和电源管理、显示模块(可选)、无线通讯模块(可选)、有线通讯模块(可选)、报警模块、存储模块和时钟电路等。
[0012]根据本发明所述的便携心电图机在采集心电图时利用运动监测模块同步监测并记录用户的运动数据，原始运动数据被保存至存储模块，经过便携心电图机、本地设备或在云端服务器处理后得到运动负荷数据，包括运动强度和运动量，其中运动强度反映人体在每个瞬间的生理负荷，运动量为在特定时间内累计的运动总量。由于运动对心跳的影响存在一定的滞后效应，比如开始运动后心率会逐渐上升，停止运动后心率过一段时间才能恢复到正常水平，因此反映即时生理负荷的运动强度并不是运动心电图的最佳参考依据。在运动强度的基础上，本发明还进一步提出了平均运动强度的概念以更好反映运动对心电活动的影响，即取前若干时间所有瞬时运动强度的算术平均值作为当前时间的平均运动强度。由于运动对心脏的影响随时间推移而逐渐减弱，也可以用加权平均的算法来计算任意时刻的平均运动强度，时间越靠前，权重值越低。根据加权平均的方式算出的平均运动强度可以更好的反映运动对心脏的影响。系统在输出心电图时，会在同一个时间轴上同时显示心电图波形、运动强度和平均运动强度，其中运动强度和平均运动强度以折线图、面积图或柱形图等图表方式。也可以用颜色/灰度的方式表示任意时刻的运动强度和平均运动强度，以灰度为例，灰度颜色越浅，代表当时的运动强度越低。对于以折线图、面积图和柱形图表示的运动强度，输出界面同时提供运动强度参考线供相关人员或分析程序参考。观察期内的运动量可以通过运动强度折线图或面积图所覆盖的总面积来表示。
[0013]进一步作为本发明的改进方案，所述运动监测模块可以升级为三轴加速度计加三轴陀螺仪，或三轴加速度计加三轴磁力计，或三轴加速度计加三轴陀螺仪加三轴磁力计，或三轴加速度计加气压传感器，或三轴加速度计加三轴陀螺仪加气压传感器，或三轴加速度计加三轴磁力计加气压传感器，或三轴加速度计加三轴陀螺仪加三轴磁力计加气压传感器的方案。
[0014]本发明的有益效果是:带有运动监测功能的便携心电图机在测量心电图时可以同时记录用户的运动数据，本地设备或云端服务器处理原始运动数据并计算出运动强度，系统输出心电图时会以折线图、面积图、柱形图、颜色、灰度等方式同步输出运动强度和/或平均运动强度数据，医护人员或分析程序可以结合运动负荷判断用户的心电图是否正常。
【附图说明】
[0015]图1是根据本发明实施例的带有运动监测功能的便携心电图机的结构框图。
[0016]图2是本发明所述的带有运动监测功能的便携心电图机的使用状态示意图。
[0017]图3是本发明所述的带有运动强度曲线的心电图。
[0018]图4是本发明所述的带有灰度表示运动强度的心电图。
[0019]图中:1.导联线接口2.集成模拟前端3.运动监测模块4.输入模块5.时钟电路6.电源及电源管理7.显示模块8.微控制器9.微处理器10.DSP 11.无线通讯模块12.有线通讯模块13.报警模块14.存储模块15.便携心电图机主机。
【具体实施方式】<