等参数，生成试验报告。
[0038] 例如，心脏运动试验设备和系统可以有两种设备形式。一种是水平地面步行运动 形式，称"数字心脏步行试验"。穿戴部件佩戴在胸前，采集一导联或多导联心电图，和人体 运动信号，并将采集到的信号以蓝牙或其它无线通信方式发送到手持电子设备。手持电子 设备是类似智能手机或平板电脑的计算设备，它接收和处理心电和运动信号，以语音和交 互屏幕与被测者交互；控制运动试验流程，提醒运动方式和速度，警示心电异常；计算和显 示心电图、心率、步频、步长、距离和以代谢当量表示的运动强度；并把信号和计算结果以无 线方式送到工作站。
[0039] 另一种是借助跑步机的运动方式，称"数字心脏平板运动试验"。穿戴部件采集一 导联或多导联心电图，以有线或无线方式送到手持电子设备。手持电子设备例如可以是跑 步机控制台。它也以语音和交互屏幕与被测者交互；控制运动试验流程，提醒运动方式和速 度，警示心电异常；计算和显示心电图、心率、步频、距离和以代谢当量表示的运动强度；并 把信号和计算结果以有线或无线方式送到工作站。与水平面步行运动方式不一样的是，跑 步机上的运动形式不仅是水平面步行，还包括坡度走和跑。速度和运动强度信息主要来自 跑步机控制器。
[0040] 数字心脏步行运动试验设备可以随时随地，数字心脏平板运动试验设备可以集中 管理，它们各有优点。由于他们共同的优点是智能、定量、使用方便，将为普及心脏功能动态 试验，推广心脏病的预防和康复提供技术和设备支持。
[0041] 如图1本实用新型数字心脏运动试验设备和系统的结构框图所示，本实用新型的 实施例涉及一种基于人体智能感知技术的穿戴式实时测量、监测和分析系统。整个数字心 脏运动试验设备和系统由穿戴部件100、手持电子设备200和工作站300组成。穿戴部件 100佩戴在被测者胸前，检测被测者的心电信号和运动信号。手持电子设备200是一具有 通信功能的计算部件。它接收来自穿戴部件100的心电和运动信号，与被测者交互，控制运 动试验流程，向工作站300上传测试数据和处理结果。工作站300接收手持电子设备200 的数据，与医护人员交互，生成试验报告，向数据库存储整个心脏运动试验的完整的测试数 据、分析结果和结论，向医院信息系统上传试验数据和报告。本实用新型数字心脏运动试验 设备和系统采集的是被测者运动情景下的心电和运动数据，提供的是被测者的心电参数、 运动参数和心率运动反应指数。
[0042] 图2是本实用新型数字心脏运动试验设备的水平步行运动形式的实施例示意图。 该设备也称"数字心脏步行试验"（Digital Cardiac Walking Test)。
[0043] 心电感知模块110是一标准的心电信号采集单元，由I到12导联电极、心电信号 放大器、模数转换器、控制器和通信电路组成。这里，为了在运动状态下获得良好的心电信 号质量，采用适应运动状态的电极，电极与皮肤接触紧密，采用专门的信号滤波方法去除运 动噪声。人体运动感知模块120由佩戴在胸前的运动传感器，或由分别佩戴在胸前和两个 大腿上的三个运动传感器，组成。心电感知模块110和人体运动感知模块120将心电和运 动信号上传到手持电子设备200。这里，手持电子设备200是类似智能手机和平板电脑的计 算和通信单元。它处理心电和运动信号，与被测者交互，接收和上传数据到工作站300。工 作站300实时显示接收到的信号，进一步分析、显示、报告心电信号、运动信号和心率运动 反应指标，与医护人员交互，将测量数据和报告上传到医院信息系统。
[0044] 如图3是本实用新型数字心脏运动试验设备的在跑步机上运动的实施例示意图。 该设备也称"数字心脏平板运动试验"（Digital Cardiac Tradmill Test)如图所示：
[0045] 与图2中"数字心脏步行试验"实施例基本一样，不同部分在于：首先，跑步机运动 感知模块121是跑步机的速度和坡度传感器，由这两个参数计算以代谢当量表示的运动强 度。其次，这里的电子设备200'是跑步机控制台，通常由平板电脑担任。由于人在跑步机上 的运动是由跑步机的运动模式决定的，整个运动试验的流程控制是通过电子设备200'中的 跑步机模式控制211来完成的。最后，电子设备200'与工作站的连接往往采用有线方式。
[0046] 穿戴部件100中有两大类传感器，一类是心电感知模块110,另一类是人体运动感 知模块110,和/或跑步机运动感知模块121。
[0047] 心电感知模块110测量被测者的心电信号。根据要求不同，我们要感知的心电信 号可以是1到12导联不等。1导联主要用于检测心率和与心率相关的心电异常。标准3导 联或以上可以实时检测因运动所激发的心肌缺血相关的心电事件，如ST端上抬或下压。由 贴在胸前各标准心电位置的心电电极感应到的电位差输入模块中的差分放大电路，再经过 模数转换变成数字信号，通过通信电路（如蓝牙）送往电子设备200'。现在，这些都可以用 标准的高度集成的芯片实现了。例如：心电电极可使用市场上买到的心电贴片，心电信号放 大滤波模块可以用TLC2264芯片来实现。
[0048] 人体运动感知模块120实时采集被测者的运动数据，上传到电子设备200'。具体 来说，测量被测者的步行过程中的运动加速度和姿态角。常用的穿戴式运动传感器有微型 加速度传感器、陀螺仪和磁传感器等。人体运动感知模块120采用微型数字加速度传感器 芯片或数字加速度传感器、数字陀螺仪、数字磁传感器的集成芯片，如InvenSense (注册商 标）的MPU-9150。有两种运动传感器放置方案，最简单的方法是将单个运动传感器芯片至 于胸部或人体躯干的固定部位，采集躯干的姿态和运动信号。加速度和陀螺仪信号会因为 运动时的各种因素出现很多干扰和误差，为了进一步提高步态分析和步长的测量精度，第 二种方案是在躯干和两个大腿上各放一个运动传感器单元。此时，我们可以较为精确地计 算步态和位移。
[0049] 跑步机运动感知模块121主要由跑步机的速度和坡度传感器组成，将测量数据上 传到电子设备200'。根据速度和坡度，可以算得代谢当量值。
[0050] 电子设备200'包括下述模块：试验程序控制210、跑步机模式控制211、语音和文 字提示212、人机交互模块250、心电信号处理220、运动信号处理230、通信模块240。手持 电子设备200通过通信模块240从工作站获得被测者的ID和个人信息，送往试验程序控制 210 ;试验程序控制210产生试验程序，分别送往跑步机模式控制211、语音和文字提示212 和人机交互模块250。试验开始后，手持电子设备200接收来自穿戴部件100送来的心电信 号和运动信号，分别由心电信号处理220和运动信号处理230进行处理，处理结果一方面送 往试验程序控制210,另一方面上传至工作站300。下面分别叙述各模块功能。
[0051] 试验程序控制210是手持电子设备的中心控制。它接收来自工作站300的被测者 的ID和个人信息，生成本次试验的运动试验模式。例如，对于数字心脏步行试验，可以选择 下述模式：让被测者静止一分钟或以上，直到心率平静；开始步行，先以正常速度，并逐步 加速，在没有不适感觉的情况下尽可能加速到最大速度，步行6分钟后停止；停止步行后静 止休息一分钟。整个试验模式记录8分钟心电和运动数据，即步行前的静止1分钟，步行6 分钟和停止后的静止1分钟。选择好试验模式开始试验后，向语音和文字提示212和人机 交互界面250发送指令，让被测者按照指令，开始试验。
[0052] 又如，对于数字心脏平板运动试验，试验程序控制210根据被测者的个人信息，选 择合适的运动模式，如常规运动负荷试验Bruce、Naughton和ACIP方案，向跑步机模式控制 211、语音和文字提示212、人机交互界面250发送指令，按照该模式开始试验。同样，为了获 得静止心率和运动心率恢复值，整个试验包括运动前1分钟静止和运动停止后1分钟静止。
[0053] 心电信号处理220接收从心电感知模块110来的心电图信号，进行三种信号 处理：去除运动干扰、检测QRS结构并计算心率、检测心电异常事件。心电信号处理的 算法见：Huabin Zheng，Jiankang ffu, A Real-Time QRS Detector Based on Discrete Wavelet Transform and Cubic Spline，Interpolational Journal of Telemedicine and e-Health，Vol. 14, ISS. 8,2008, pp.809-815。
[0054] 心电处理结果一方面送往试验程序控制210,心电信号和心率送到人机交互250 实时显示。如有心电异常，则试验程序控制210根据预先设置好的预案，通过语音和文字提 示212发出预警，严重时通过跑步机模式控制211或语音和文字提示212降低速度、甚至停 止运动试验。
[0055] 运动信号处理230接收从人体运动感知模块120或跑步机运动感知模块121来的 运动传感器信号，处理结果送往通信模块240和试验程序控制210。
[0056] 如果运动传感器采用单个加速度传感器，置于胸部时的加速度数据信号样本如图 6所示。每一步，竖直方向加速度会有两个较大的波峰：第一个波峰代表"足跟触地瞬间"， 此时人体受到一个较大的向上的力，如图中的十字和方块表示，这时前进方向加速度为零； 第二个波峰表示另一个脚的"脚尖离地瞬间"，体重完全落于着地脚，着地脚处于蹬地状态， 因此会产生一个较大的向上的力，如图中菱形和五星点所示。
[0057] 因此，可以得出某一脚的基本步态参数：
[0058] (1)双支撑相所占比例=(菱形点_十字点）/步态周期
[0059] (2)单支撑相所占比例=(方块点_菱形点）/步态周期 [0060] (3)站立相所占比例=(方块点-十字点）/步态周期
[0061] (4)摆动相所占