一种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电势和光电检测法的智能心电监护装置，包括表体、表盖、有两个电极位于表体下面，第三个电极位于表盖上，使用时需要手指按压。当位于表盖上的电极有手指接触时，设备能自动感应出手指接触并进行心电图采集。当没有手指接触时，设备自动切换为光电模式，使得光电驱动模块驱动光电发射管，光电接受管可将接受到的光电信号传入信号放大模块经信号滤波模块进入模数转换模块转化的数字信号最后由处理器处理得到光电容积描记波，用于推算心率。最大的优势在于心率测量可以直接由单手完成，且装置能够自动识别心电电极的连接。
【专利说明】—种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能心电监护装置，尤其是一种将电极电势测量与光电测量方法相结合的智能心电监护装置。
【背景技术】
[0002]现有技术中的心电监护装置带有心电和血氧检测双重功能，能够在一个腕表上同时检测血氧和心电。该设备具有便携，简单易用等特点。但是该装置必须依赖于两个以上电极的良好接触，测试者必须双手操作，而且测试时候需要相对静止以避免运动干扰。此外，反射式血氧饱和检测方法，因为光电接收管装置位于光电发射装置的同侧，这只能够保证接收到同侧光电发射装置发出的光，但这种方法的接收光较透射式微弱而且反射路径不唯一(其实在人体中有漫反射)，所以很难换算出发射与接受的关系，这样的反射式血氧的测量方式来测量血氧饱和度，其准确性仍有待商榷。
【发明内容】
[0003]本发明所解决的技术问题是:
[0004]测试者必须双手操作来保证两个电极的良好接触，只能得到心电波形检测结果，无法实时监控用户的心跳状况。位于手腕同侧的光电接受装置只能用以检测透射光，降低了光电接受装置的灵敏度和可靠性。同时，穿戴式光电设备面临的一个最大的问题是如何保持光电传感器与皮肤的“紧密接触”，且又不要使人感觉难受。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
[0006]在一个腕表设备终端上将传统的电势法心电图测量和光电法测量容积波技术相结合，整体构造包括屏幕，表体，表带，以及传感器(电极，光电发射管，光电接收管)。对电势法测量而言，共有3个电极，两个电极电极1、电极2位于表的下面，贴近皮肤，另外一个电极3位于表盖上，使用时需要另一个手指按压。当电极3有手指接触时，设备能自动感应出手指接触并进行心电图采集。当没有手指接触时，设备自动切换为光电模式，此时光电驱动模块驱动光电发射管，发射一定波长的光经人体皮肤组织反射后经光电接收管接收，后经信号放大模块将微弱的光电信号放大至后续电路能接收的范围，然后经信号滤波模块进入模数转换模块，转换成数字信号给处理器。处理器会根据接收信号的状况来自动调整LED驱动模块的驱动强度以及驱动频率等，同时接收来自心电模块的数据。心电模块的输出数据是心电波形。上述电路可能产生的数据两种数据，一种是单纯的PPG，这可以用来推算心率，在这种情况下LED驱动模块只需要驱动单色光，可以选择同时驱动也可选择交替驱动；另一种是血氧饱和度信息，在这种情况下光电驱动模块需要交替驱动双色光。 [0007]电势法测量精度高，具有诊断意义。而当设备处于单电极即单手状态时多半处于睡眠、走路、跑步状态，这时设备会自动切换模式至光电传感模式，实时监控用户的心跳状况。同时本设备集成了远程通讯系统，能将采到的心电数据经GPRS / GSM网络远程无线发送给后端服务器/专家系统，由专家系统给出建议。此外，本装置还可以增加重力加速度传感器和GPRS定位装置，方便计算运动量以及定位求助。
[0008]本发明的有益效果是:
[0009]自动检测电极连接，从而决定工作模式是电势测量还是光电测量方法；电势法测量有利于实现诊断级的心电图，光电法测量有利于实现便捷的心率测量，特别有利于在睡目民、走路、跑步时检测心率；重力加速度传感器和GPRS定位装置，方便计算运动量以及定位求助。本发明是基于互联网的远程智能无线终端，所有的信息可经终端发送给后台服务器，由后台服务器给出健康建议，这种模式可以大大降低终端的成本；
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明基于电势和光电检测法的智能心电监护装置系统结构图。
[0011]图2是本发明基于电势和光电检测法的智能心电监护装置的电路框架图。
[0012]图3是本发明基于电势和光电检测法的智能心电监护装置的机械结构图。
【具体实施方式】
[0013]下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0014]图1是整个系统的结构图，这个系统是个腕表状的设备，整体构造包括屏幕11，表体13，表带19，以及传感器(电极12、14、18，光电发射管15、17，光电接收管16，110)。对电势法测量而言，共有3个电极，两个电极电极I (14)、电极2 (18)位于表的下面，贴近皮肤，另外一个电极3(12)位于表盖上，使用时需要另一个手指按压。当电极3 (12)有手指接触时，设备能自动感应出手指接触并进行心电图采集。当没有手指接触时，设备自动切换为光电模式，这种模式能够在不方便双手操作时使用，如睡觉、走路、跑步等状态。该工作模式由LED发光管LED1(15)、LED2(17)和光电接收管I (16)、接收管2 (110)组成，LEDl (15)和LED2(16)可以使不同波长的光也可以`是同种单色光，它们发射出的光经人体皮肤组织吸收反射后，经接收管1(16)和接收管2(110)接收后经进一步的数字处理得到光电容积描记波(Photoplethysmography,以下简称PPG),由PPG的波动能得到心率的变化，如果要测量知道血氧饱和度，LEDl (15)、LED2(17)就必须是不同波长光交替照射，如常见的红光和红外光。只测心率对光波长没有具体要求，可以选用低能量光谱如蓝光、绿光等降低系统功耗。
[0015]特别提到的是，由于人的腕关节主要由桡骨和尺骨组成，二者不透光，所以选择光电接收管的位置也是十分讲究的，这里接收管1(16)位于发射管的同侧，这能够保证接收到同侧发光管LEDl (15)和LED2(17)发出的光，这是典型的反射式血氧的方法，但这种方法的接收光较透射式微弱而且反射路径不唯一(其实在人体中有漫反射)，所以很难换算出发射与接受的关系(这对测心率没影响)。因此，增加了另外一个接收管2(110)到手腕的异侧用以检测透射光，在这种情况下，无论表体如何移动，总有一个发光管LEDl (15)或LED2(17)发出的光经皮肤组织透射到接收管2(110)，这种技术提高了接收的灵敏度及可靠性。
[0016]图2是整个系统的电路框架图，传感器电路的实现如图所示，LED驱动模块(22)驱动图1LEDl (15)和LED2(17)灯管，发射一定波长的光经人体皮肤组织(21)反射后经光电接收管，图1接收管1(16)和接收管2(110)，后经信号放大模块(23)将微弱的光电信号放大至后续电路能接收的范围，然后经信号滤波模块(24)进入模数转换模块(25)，转换成数字信号给处理器(27)。处理器(27)会根据接收信号的状况来自动调整LED驱动模块(22)的驱动强度以及驱动频率等，同时接收来自心电模块(26)的数据。心电模块(26)的输出数据是心电波形。同时，为了降低终端的成本，处理器亦可将采到的心电数据经通讯接口
(28)通过GPRS / GSM网络远程无线发送给后端服务器/专家系统，由专家系统给出建议。上述电路可能产生的数据两种数据，一种是单纯的PPG，这可以用来推算心率，在这种情况下LED驱动模块(22)只需要驱动单色光的图1LEDl (15)和LED2 (17)，如低成本的蓝光或绿光源，可以选择同时驱动也可选择交替驱动；另一种是血氧饱和度信息，在这种情况下LED驱动模块(22)需要交替驱动双色光的图1LEDl (15)和LED2 (17)，经典的做法是一个选取红光(660nm波长)，另一个选取红外光(910nm波长)。需要注意的是，选取经典的双色光的驱动效果是比较好的，但是问题在于其光电管的成本较高以及红光和红外光经人体吸收太多导致检测信号极度微弱等问题。[0017]图3是设备终端关于光电传感器的机械结构设计，穿戴式光电设备面临的一个最大的问题是如何保持光电传感器与皮肤的“紧密接触”，这里的“紧密接触”是指既要使传感器不离开皮肤又不要使人感觉难受。因此，本发明给出了一个设计实例，用于克服接触舒适度问题。这里的LEDl发光管(15)、LED2发光管(17)和接收管(16)三者由一个刚性的扭力梁(35)连接在一起，各自的后面放置了一个弹簧件用以调节与皮肤的接触度，有一个固定轴位于PDl接收管(33)中，这样LEDl发光管(15)和LED2发光管2(17)在受力时会以接收管(16)为轴心旋转保证至少有一个发光管与皮肤接触。表体西周放有遮光罩(36)来遮挡自然光的干扰。同时本装置可以集成远程通讯系统，能将采到的心电数据经GPRS / GSM网络远程无线发送给后端服务器/专家系统，由专家系统给出建议。此外，本装置还可以增加重力加速度传感器和GPRS定位装置，方便计算运动量以及定位求助。
[0018]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置，包括表体(13)、电极I (14)、电极3 (12)，这两个电极分别位于表体下面和表盖上，用以心电波形检测，其特征在于，表体(13)下面设置另一个电极电极2(18)，在电极3(12)没有被接触时，装置可自动切换为光电模式，使得光电驱动模块(22)驱动光电发射管，光电接收管1(16)与光电发射管处于被测部位的同侧，光电接受管1(16)可将接受到的光电信号传入信号放大模块(23)，经信号滤波模块(24)进入模数转换模块(25)，转化的数字信号最后由处理器(27)处理得到光电容积描记波。
2.如权利要求1所述的一种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置，其特征在于，还包括通讯接口(28)，与所述处理器连接，用于外部设备通信。
3.如权利要求1所述的一种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置，其特征在于，两个光电发射管可以发射不同波长的光来测量血氧饱和度。
4.如权利要求1所述的一种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置，其特征在于，光电发射管为LED灯管(15,17)。
5.如权利要求3所述的一种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置，其特征在于，两个光电发射管发射的光分别是660nm波长的红光和910nm波长的红外光。
6.如权利要求3所述的一种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置，其特征在于，增加了另外一个光电接受管(110)位于被测部位的异侧用以检测透射光。
7.如权利要求1所述的一种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置，其特征在于，表体四周设置有遮光罩(36)，用于遮挡自然光的干扰。
8.如权利要求1所述的一种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置，其特征在于，两个光电发射管、光电 接收管I (16)这三者由一个刚性扭力梁(35)连接在一起，各自后面放置一个弹簧件用以调节与皮肤的接触度，有一个固定轴位于接受管中，使得光电发射装置在受力时会以接收管为轴心旋转保证至少有一个光电发射装置与皮肤接触。
9.如权利要求1所述的一种基于电势和光电检测方法的智能心电监护装置，其特征在于，还增加了集成重力加速度传 感器和GPRS定位装置。
【文档编号】A61B5/0402GK103876726SQ201310566441
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】洪智, 罗倩倩 申请人:江苏达科信息科技有限公司