一种用于心电信号采集的导联标准接口及心电监护设备的制作方法
【专利摘要】一种导联标准接口，所述导联标准接口包括数字端口和模拟端口，其特征在于：所述模拟端口分别包括16个模拟输入端和模拟输出端，所述模拟输入端能够与单导联到十八导联中的每一种数目的导联相兼容；所述模拟端口的所述模拟输入端通过导联线与导联的多个电极分别连接以获得心电模拟信号时，对于所述16个模拟输入端中悬空的空闲端口，自动关闭，不从所述空闲端口采集心电模拟信号；所述数字端口包括多个数字输入端和数字输出端，所述数字端口与不同导联数目的导联线电气连接，用于获得导联线中的数字信号。本发明还提出了一种与导联标准接口相配合的导联线，一种心电信号采集转接模块、心电监护设备及心电监护系统。
【专利说明】—种用于心电信号采集的导联标准接口及心电监护设备
[0001]【技术领域】
[0002]本发明涉及心电监护装置，尤其涉及一种用于心电监护设备中的心电信号采集的通用导联接口、通用导联线以及相应的心电信号采集转接模块、心电监护设备和和心电监护系统。
【背景技术】
[0003]随着移动通信技术以及传感器技术的不断发展，移动医疗设备特别是便携式的关键生命体征采集、分析、传输设备得到了广泛的关注。[0004]例如便携式心电采集设备可以向用户在移动环境下提供心电监护、分析、预警等功能，便携式心电采集设备主要包含心电采集处理、无线通信、数据存储、中央处理等部分。其中心电采集处理模块对用户的心电模拟信号进行隔离、滤波、放大、组合、A/D转换(模拟/数字转换)等处理，从而获得用户的心电数字信号。无线通信模块主要用于用户心电数据、分析及预警结果的传输。数据存储模块用于心电数据的本地存储。中央处理模块控制设备中各个模块的工作，同时也可进行心电数据的分析从而提供预警等功能。
[0005]用户使用心电采集设备进行心电信号的采集，需要佩戴导联线。以目前的便携式心电采集设备为例，出现了从单导联采集到十二导联采集的心电采集装置，以满足用户在不同场景下的多种需求。例如，用于重病监护的心电监护设备要求使用者连接10根电极线至身体指定部位采集十二导联的心电信号才能符合医学诊断的标准。另一方面，在日常生活中，使用者一般会采用单导联或者三导联的设备来简单观察自己的身体状况(例如心跳频率)。对于具有不同导联的设备，其导联信号输入端数目也不相同，导联数目越多，其导联信号输入端数目也越多，其获得的心电数据越精确，而使用也就越麻烦。例如单导联的设备，其导联信号输入端数目为2或者3，对于十二导联的设备，导联信号输入端数目为10，而对于十八导联的设备，导联信号输入端数目为16。然而，在现有的产品和技术方案中，对于某个特定的心电设备其导联信号输入端的数目是固定的。也就是说，现有心电设备无法根据用户的需求提供不同数目的导联信号输入端，同一个设备可能无法满足用户在不同场景下对设备精度和使用方便性的选择。
[0006]此外，现有的设备无法对用户所处环境及其自身状态进行智能、全面的感知，即使在出现导联线脱落、或者连接故障等问题时也无法识别。
【发明内容】
[0007]基于上述现实的需求，本申请发明了一种导联通用标准接口，以及与该接口相配合的通用导联线，自适应配置模块，以解决目前心电监护设备中不能兼容不同数目的导联的问题，提出了一种能够兼容不同导联数目的心电监护设备和心电监护系统。
[0008]本发明提出的导联标准接口，包括数字端口和模拟端口，其特征在于:
[0009]所述模拟端口分别包括16个模拟输入端和模拟输出端，所述模拟输入端能够与单导联到十八导联中的每一种数目的导联相兼容；[0010]所述模拟端口的所述模拟输入端通过导联线与导联的多个电极分别连接以获得心电模拟信号时，对于所述16个模拟输入端中悬空的空闲端口，自动关闭，不从所述空闲端口采集心电模拟信号；
[0011]所述数字端口包括多个数字输入端和数字输出端，所述数字端口与不同导联数目的导联线电气连接，用于获得导联线中的数字信号。
[0012]如上所述的导联标准接口，其特征在于:
[0013]所述数字端口是标准数字接口或者是自定义的数字通信接口。
[0014]如上所述的导联标准接口，其特征在于:
[0015]所述标准数字接口是USB接口、SPI接口、串行接口、并行接口中的任意一种接口。
[0016]如上任一所述的导联标准接口，其特征在于:
[0017]所述模拟端口中的触点米用面积不小于lmm2的金属触点；
[0018]承载所述模拟端口的所述金属触点的基体材料采用低介电常数的绝缘材料，以保证所述金属触点之间 的绝缘性。
[0019]如上任一所述的导联标准接口，其特征在于:
[0020]所述模拟端口中的触点之间的间距不小于0.5mm,以减小分布电容的影响，从而提高所述模拟输入端口的共模信号抑制能力。
[0021]如上任一所述的导联标准接口，其特征在于:
[0022]所述模拟端口与数字端口之间采用低介电常数的绝缘材料进行隔离，隔离厚度不小于1_，从而防止进行心脏除颤时的高电压将心电监护仪内部的数字器件击穿烧毁。
[0023]如上任一所述的导联标准接口，其特征在于:
[0024]所述模拟端口正常工作电压范围在-5V到+5V之间，对于除颤高压，可以耐受瞬时的的脉冲高压，所述瞬时的脉冲高压标准是4ms-10ms内产生40J-400J的热量。
[0025]如上任一所述的导联标准接口，其特征在于:
[0026]所述导联标准接口中还设置有导联线插入检测装置。
[0027]如上所述的导联标准接口，其特征在于:
[0028]所述导联线插入检测装置包括金属触电、光发射接收装置中的任意一个。
[0029]本发明还提出了一种与如上任一所述的导联标准接口配合使用的导联线，所述导联线的一端设置有导联标准接口，另一端设置有一个或多个佩戴电极，导联线中设置有模拟传输线与数字传输线；
[0030]所述导联标准接口包括模拟输出端口与数字输出端口，与权利要求1-7任一所述的标准接口中的模拟输入端口、数字输入端口相匹配，具有一致的电气特性；
[0031]其特征在于:
[0032]所述导联线还包括数字芯片，所述数字芯片内嵌在导联线中，并通过所述数字传输线与所述数字输出端口电连接；
[0033]所述佩戴电极通过所述模拟传输线与所述模拟输出端口电连接；
[0034]所述数字芯片中存储有导联线属性相关的信息。
[0035]如上所述的导联线，其特征在于:
[0036]所述导联线属性相关的信息指的是与导联线制造、使用、配置相关的信息，包括所述导联线的制造商信息、所述导联线的所述佩戴电极数目、所述导联线的材料、所述导联线的阻抗、所述导联线的生产日期中的一个或多个信息。
[0037]本发明中提出了一种心电信号采集转接模块，所述心电信号采集转接模块包括如上任一所述的导联标准接口和导联监控模块，所述导联监控模块包括导联连接检测电路和微控制芯片；
[0038]其特征在于:
[0039]所述导联连接检测电路包括导联插入检测电路和导联脱落检测电路；
[0040]所述导联插入检测电路用于检测当前设备的所述导联标准接口中是否有导联线插入，所述导联线插入信息可作为导联监控信息之一提供给心电监护设备判断当前导联线的使用、佩戴状态；
[0041]所述导联脱落检测电路用于检测佩戴电极与用户皮肤接触情况，从而判断佩戴电极是否与用户皮肤连接或者导联电极是否脱落；
[0042]所述微控制芯片通过数字信号线与所述导联标准接口中的所述数字端口连接，获取导联线属性相关的信息；
[0043]所述心电信号采集转接模块根据所述导联监控模块中的所述导联连接检测电路检测到的信号以及所述微控制芯片获得的导联线属性相关的信息确定当前实际使用的导联数目。
[0044]如上所述的心电信号采集转接模块，其特征在于:
[0045]所述导联插入检测电路通过检测所述导联标准接口内部的金属触点是否导通来判断是否有金属外壳的导联线插入。
[0046]如上所述的心电信号采集转接模块，其特征在于:`[0047]所述导联插入检测电路通过检测所述通用导联接口内部的发光二极管和光电二极管来发射和接收特定光信号来判断是否有导联线插入。
[0048]如上所述的心电信号采集转接模块，其特征在于:
[0049]所述导联插入检测电路通过检测所述通用导联接口内部的物理开关的通断状态来判断是否有导联线插入。
[0050]如上所述的心电信号采集转接模块，其特征在于:
[0051 ] 所述物理开关包括接触式开关。
[0052]如上所述的心电信号采集转接模块，其特征在于:
[0053]所述导联脱落检测电路是交流式导联脱落检测电路，或者是直流式导联脱落检测电路。
[0054]如上所述的心电信号采集转接模块，其特征在于:
[0055]所述交流式导联脱落检测电路包括激励信号输出模块、差分放大器、A/D转换器、滤波器、检测器；
[0056]所述激励信号输出模块产生一个正常心电信号频带以外的交流信号作为检测信号至人体皮肤表面；
[0057]所述交流信号经人体皮肤表面，通过佩戴电极，进入导联，到所述导联脱落检测电路；
[0058]经过差分放大器，A/D转换器、滤波器后，通过所述检测器检测所述交流信号的幅度，从而判断所述佩戴电极是否脱落。[0059]如上所述的心电信号采集转接模块，其特征在于:
[0060]所述直流式导联脱落检测电路包括差分放大器，以及分别设置在所述差分放大器正负输入端的上拉电阻、下拉电阻；
[0061]通过检测所述差分放大器的输出信号，判断所述佩戴电极是否脱落。
[0062]如上所述的心电信号采集转接模块，其特征在于:
[0063]所述直流式导联脱落检测电路包括差分放大器，以及分别设置在所述差分放大器正负输入端的微小直流电流源；
[0064]所述微小直流电流源产生一个微小的电流，通过检测所述差分放大器的输出信号，判断所述佩戴电极是否脱落。
[0065]基于上述的心电信号采集转接模块，本发明还提出了一种心电监护设备，所述心电监护设备包括如上任一所述的心电信号采集转接模块，ECG前端处理模块、前端配置监测模块、用户配置存储模块和中央处理模块；
[0066]其特征在于:
[0067]所述ECG前端处理模块从所述心电信号采集转接模块获取模拟心电信号，并对所述模拟心电信号进行处理和转换，生成数字心电信号，传递给所述中央处理模块；
[0068]所述前端配置检测模块从ECG前端处理模块中检测当前的ECG前端配置信息，并将检测结果上传给中央处理模块；
[0069]所述中央处理模块从所述心电信号采集转接模块中直接获取数字信号，并从所述用户配置存储模块中读取所述`用户对所述心电监护设备的配置参数，对上传至所述中央处理模块中的数字心电信号、所述前端配置信息进行处理、分析，从而生成用户情况信息。
[0070]如上所述的心电监护设备，其特征在于:
[0071]所述心电监护设备还包括环境监测模块；
[0072]所述环境监测模块向所述中央处理模块提供当前的周围环境信息。
[0073]如上所述的心电监护设备，其特征在于:
[0074]所述周围环境信息包括位置、光线、温度、湿度、空气质量、气压、温度、磁场信息中的一个或多个。
[0075]如上任一所述的心电监护设备，其特征在于:
[0076]所述ECG前端处理模块对所述模拟心电信号进行处理和转换包括对模拟心电信号的隔离、滤波、放大、组合、A/D转换。
[0077]如上任一所述的心电监护设备，其特征在于:
[0078]所述中央处理模块对所述前端配置信息进行处理、分析，包括根据所述数字心电信号对病情紧急程度进行初步筛选和判断，并分为不同的等级。
[0079]如上所述的心电监护设备，其特征在于:
[0080]所述不同的等级包括正常、轻微异常、异常、严重异常。
[0081]如上任一所述的心电监护设备，其特征在于:
[0082]所述前端配置信息包括所述EGC前端处理模块支持的通道数、各通道放大倍数、滤波器参数、采样率、量化精度、参考电压中的一个或多个参数信息。
[0083]如上任一所述的心电监护设备，其特征在于:
[0084]所述用户配置存储模块中的所述配置参数包括导联线数目、采样率、位置中的一个或多个。
[0085]如上任一所述的心电监护设备，其特征在于:
[0086]所述ECG前端处理模块包含带通滤波电路、放大器电路、导联选择电路、16个A/D转换通道；
[0087]所述模拟心电信号由心电采集转接模块的模拟心电信号接口输入并转换成所述数字心电信号；
[0088]所述中央处理模块通过sPI接口获得所述数字心电信号，并直接通过串口电路从所述心电信号采集转接模块中获取所述数字信息。
[0089]如上任一所述的心电监护设备，其特征在于:
[0090]所述前端配置检测模块通过SPI接口与所述ECG前端处理模块连接；
[0091]通过串行接口与中央处理模块连接。
[0092]如上任一所述的心电监护设备，其特征在于:
[0093]所述环境监测模块包含GPS定位模块、加速度传感器、湿度传感器、温度传感器、气压传感器、光电传感器、磁传感器、气体传感器中的一个或多个，通过串行接口与中央处理模块连接。
[0094]如上任一所述的心电 监护设备，其特征在于:
[0095]所述用户配置存储模块用于存储当前设备的用户配置，采用SD卡作为存储媒介，通过SDIO接口与所述中央处理模块连接。
[0096]本发明还提出了一种自适应心电监护系统，所述系统包括如上任一所述的心电监护设备，其特征在于:
[0097]所述心电信号采集转接模块向所述中央处理模块提供当前的导联配置信息；
[0098]所述前端配置检测模块向所述中央处理模块提供当前的前端配置信息；
[0099]所述ECG前端处理模块向所述中央处理模块提供当前的数字心电信息；
[0100]所述环境检测模块向所述中央处理模块提供当前的环境信息；
[0101]所述中央处理模炔基于所述导联配置信息、所述前端配置信息、所述数字心电信息、所述环境信息，对用户配置存储模块和ECG前端处理模块进行自适应配置。
[0102]如上所述的自适应心电监护系统，其特征在于:
[0103]所述自适应配置包括如下四个步骤:
[0104]一、获得静态信息和动态信息，所述静态信息包含所述导联线属性及前端配置信息；所述动态信息包含所述导联连接状态、用户配置、环境信息、用户情况；
[0105]二、根据所述静态信息构造符合当前设备能力及导联线采集能力的自适应配置集，即配置矩阵，所述自适应配置矩阵包含可以满足当前静态信息的所有可能配置向量；
[0106]三、对所述动态信息进行处理分析，根据当前的导联连接状态、用户手动配置、环境信息以及用户情况进行配置向量的映射，并按照权重比例对设备的配置向量中各项配置元素进行门限判决，并生成当前的目标配置向量；
[0107]四、在所述自适应配置矩阵中选择与目标配置向量差别最小的一项配置向量，SP为最终的自适应配置结果。
[0108]如上所述的自适应心电监护系统，其特征在于:
[0109]所述差别最小是以欧式距离或者汉明距离作为衡量标准来判断。[0110]如上任一所述的自适应心电监护系统，其特征在于:
[0111]作为最终的自适应配置结果的所述配置向量，按照所述配置向量对所述心电监护设备进行自适应配置，并将所述配置向量存储在所述用户配置存储模块中。
[0112]根据本发明所提出的心电监护设备和系统，不仅可以对所佩戴的导联进行自适应配置，还可以根据其中所设置的多种环境传感器，基于用户所处的环境，对用户的身体状况进行危险等级评估，从而快速进行自适应配置需要的导联数目且给出使用及操作指导和提示，并根据危险等级进行紧急信息上传等报警措施，帮助用户或周围医护人员实现高效、快速的现场评估、诊断和救治。
【专利附图】
【附图说明】
[0113]图1导联标准接口示意图
[0114]图2导联线与导联标准接口配合示意图
[0115]图3心电信号采集转接模块框图
[0116]图4交流式导联脱落检测电路
[0117]图5基于电阻的直流式导联脱落检测电路
[0118]图6基于电流源的直流式导联脱落检测电路
[0119]图7心电监护设备框图
[0120]图8心电监护设备接口框图
[0121]具体实施方法
[0122]如图1所示的导联标准接口，所述导联标准接口包含数字端口和模拟端口两部分。所述模拟端口包含16个输入端口和16个输出端口，与导联的多个电极分别连接用于传输心电模拟信号，能够兼容单导联到十八导联等多种导联线的模拟信号输入接口要求。所述数字端口有多个数字输入输出端，用于传输数字信号，所述数字信号输入端口包括但不仅限于USB、sP1、串行接口等通用数字接口及自定义数字通信接口。
[0123]所述导联标准接口的模拟端口部分的端口触点采用面积不小于lmm2的金属触点，承载模拟端口金属触点的基底材料采用低介电常数的绝缘材料，保证端口之间的绝缘性能。模拟端口部分触点之间的间距不小于0.5mm，减小分布电容的影响，从而提高输入端口的共模信号抑制能力。所述导联标准接口的模拟端口部分与数字端口部分之间采用低介电常数的绝缘材料进行隔离，隔离厚度不小于1mm，从而防止进行心脏除颤时的高电压将监护仪内部数字器件击穿烧毁。所述导联标准接口的模拟端口部分正常工作电压范围在-5V-+5V之间，对于除颤高压，可以耐受瞬时的(4ms-10ms)的脉冲高压(能量40J-400J)。
[0124]需要注意的是，不同电极数量的导联线包含不同数量的模拟输出端口，但其硬件连接均与统一的16个模拟输出端口的接口兼容，未使用的模拟输出端口不包含电气连接。例如一条七导联线包含5个有效模拟输出端口，其余未使用的11个模拟输出端口浮空，与输出端口不包含电气连接。对于数字输出端口，包含不同电极数量的导联线均可使用统一的数字端口进行硬件连接。
[0125]具体而言，导联标准接口包括16个模拟心电信号输入端口，其中模拟输入端口上侧和下侧分别有8个触点，和数字输入触点。以USB数字接口为例，其包括四个触点，分别为GND，VCC，D+，D-。所述导联标准接口的模拟输入端及数字输入端均与导联监控模块连接。另外所述导联标准接口还包含两个金属触点，当有导联线插入时，金属的导联线插头外壳可将两个金属触点导通，从而供所述导联监控模块进行导联插入检测。
[0126]如图2所示，与上述导联标准接口匹配的导联线，其有接口的一端与导联标准接口相配合。所述导联线包括数字芯片、导联线、接口、佩戴电极。
[0127]所述接口设置在导联线一端，包括模拟输出端口与数字输出端口，与上述标准接口中的模拟输入端口、数字输入端口相匹配，具有一致的电气特性和传输特性。另一端设置有一个或多个佩戴电极，导联线中设置有模拟传输线与数字传输线。
[0128]所述数字芯片内嵌在导联线中，其中存储有导联线属性相关的信息，并通过所述数字传输线与所述数字输出端口电连接。所述与导联线属性相关的信息指的是与导联线制造、使用、配置相关的信息，例如导联制造商信息、导联线电极数量、导联线材料、导联线电极阻抗、导联线生产日期等，供其他设备读取。
[0129]所述佩戴电极通过所述模拟传输线与所述模拟输出端口电连接。[0130]如图3所示的心电信号采集转接模块，用于连接心电监护设备与包含内置数字芯片的导联线，并自动识别用户当前使用的导联线数目及导联线的状态(是否脱落，是否出现故障等)，同时生成导联线属性与导联监控信息，提供给心电监护设备。用户在不同的应用场景下可根据需要自由使用不同数目的导联，而不必更换心电监护设备。
[0131 ] 心电信号采集转接模块主要包含导联监控模块和通用导联接口两部分。
[0132]所述通用导联接口部分，采用导联标准接口作为设备接口与上述包含内置数字芯片的心电导联线插入连接，可以接收输入的心电模拟信号和导联线数字信号。
[0133]所述的导联标准接口模块具有16个模拟输入端口和数字输入端。所述的16个模拟输入端能够兼容单导联到十八导联等多种导联线的模拟信号输入接口要求；所述的数字输入端用于读取可能的具有导联线的配置信息(即包含内置数字芯片)的数字输入信号。
[0134]所述数字信号输入端口包括但不仅限于USB、SP1、串行接口等通用数字接口及自定义数字通信接口。另外所述导联标准接口模块还包含支持导联线插入检测的机关或装置，例如，通过在接口处设置金属触点，从而检测是否有导联线插入；或者在接口处设置发光装置和接收装置，譬如采用LED作为发光光源，采用H)、CCD、CM0S等光电探测器作为光传感器，以用于检测是否有导联线插入。
[0135]所述导联监控模块包含导联连接检测电路和微控制芯片两部分。
[0136]所述微控制芯片通过数字信号线与导联标准接口模块连接，获取与导联线属性相关的彳目息。
[0137]所述导联连接检测电路通过模拟信号线与导联标准接口模块连接，对从导联标准接口输入的模拟信号进行检测和处理，获取当前导联监控信息。所述导联监控信息包含与当前插入的导联线及电极连接情况相关的信息，包括导联线是否插入，导联线电极与用户的连接情况，是否有导联脱落，电极是否接触良好等。
[0138]微控制芯片通过数字输入端口，获得导联线属性相关的信息；导联连接检测电路则检测当前导联的使用情况，并将该情况发送给微控制芯片，从而获得当前使用的导联线数目及导联线的状态，生成导联线属性与导联监控信息，提供给心电监护设备。
[0139]所述导联连接检测电路主要包含导联线插入检测电路和导联脱落检测电路两部分。
[0140]所述导联线插入检测电路是指一种用于检测设备是否有导联线插入的检测电路，可以判断当前设备的导联标准接口是否有导联线插入。所述导联线插入信息可作为导联监控信息之一提供给心电监护设备判断当前导联线的使用、佩戴状态。所述导联线插入检测电路可以采用如下三种检测方法:
[0141]1)通过所述导联标准接口内部的金属触点是否导通来判断是否有金属外壳的导联线插入。
[0142]2)通过所述导联标准接口内部的发光二极管和光电二极管来发射和接收特定光信号来判断是否有导联线插入。
[0143]3)通过所述导联标准接口内部的物理开关(如接触式开关等)的通断状态来判断是否有导联线插入。
[0144]所述导联脱落检测电路是指一种用于检测导联线电极与用户皮肤接触情况的检测电路，可以检测导联电极与皮肤是否接触良好，同时也可以判断导联电极是否未与用户皮肤连接或者导联电极是否脱落。所述导联脱落检测电路可采用医用领域中现有导联脱落检测方法,主要有交流式和直流式两种。
[0145]如图4所示的电路，是一种交流式导联脱落检测电路。在模拟前端耦合一个正常心电信号频带以外的交流信号到模拟前端输入通道上。当其他导联接入到人体时，各导联通道上该正弦信号作为共模信号输入变得幅度很小。而有导联脱落或未良好接触时，该导联的输入通道上的用于导联脱落判断的正弦信号即可经过差分放大、模数转换、滤波等处理后被检测到，从而判断导联脱落的状态。
[0146]所述交流式导联脱落检测电路包括激励信号输出模块、差分放大模块、模数转换模块、滤波模块、检测模块等部分。所述激励信号输出模块产生一个正常心电信号频带以外的单频微小激励信号输出至人体皮肤表面，当其他导联与人体接触良好时，该微小激励信号在差分放大模块的两个输入端属于共模信号部分，因此经差分放大后该微小激励信号幅度变得很小，经过模数转换及滤波模块后，检测模块检测到的单频信号幅度未超过某阈值，认为当前电极不存在脱落。
[0147]当存在单个电极脱落时，该微小激励信号由于不存在共模分量，因此在经过差分放大后幅度变得很大，再经过模数转换，滤波模块之后，检测模块判定该信号超过某阈值，认为当前存在电极脱落；若两个电极均脱落时，检测模块无法检测到单频信号，可认为两个电极均为脱落状态。
[0148]如图5、6所示的电路，是一种直流式导联脱落检测电路。所不同的是，图5是一种基于电阻的直流式导联脱落检测电路，在模拟前端的正负输入端，分别并联一个上拉和下拉电阻；而图6是一种基于微小电流源的直流式导联脱落检测电路，其在模拟前端的正负输入端，分别并联一个电流源。
[0149]在所述直流式导联脱落检测电路中，当电极接触良好时，差分放大器输出两个电极的差分放大信号；而当有电极脱落时(例如电极1)，差分放大器的输入端由于电极浮空，根据差分放大器的输入特性，会由于电阻分压或电流源产生的微小电流输入导致差分放大器饱和，从而输出饱和电压，即可被检测为导联脱落信号。
[0150]以十二导联为例，导联监控模块通过导联插入检测电路中的金属触点导通检测到在导联标准接口上有导联线插入。所述导联监控模块微处理器通过数字端口读取，检测到该导联线为一条内置数字芯片的十二导联线，包括10个电极LA，RA, LL, RL, Vl~V6，导联线阻抗为2.5M欧，从而生成导联线属性信息。如果导联监测模块通过检测上述十二导联线各个电极的脱落情况，判断出当前十二导联线连接到使用者身体上的电极数量为4个分别为LA，RA，LL，RL，其余6个电极并未佩戴，从而确定了当前的使用者的导联佩戴情况即导联监控信息。
[0151]如图7所示，本发明还提出了一种心电监护设备，利用上述心电信号采集转接模块，所述心电监护设备能对导联进行自动配置。在不同的应用场景下可根据需要自由使用不同数目的导联，而不必更换心电监护设备。
[0152]所述心电监护设备包括心电信号采集转接模块、ECG前端处理模块、前端配置检测模块、用户配置存储模块和中央处理模块。
[0153]心电采集模块中的微控制芯片所生长的导联属性与导联监控信息直接传递给中央处理模块；而心电采集模块所采集到的模拟心电信号，则传递给ECG前端处理模块。其中，心电信号采集转接模块通过串行接口与所述中央处理模块连接，通过模拟接口与ECG前端处理模块相连，从而完成信号的传递。
[0154]ECG前端处理模块包含带通滤波电路、放大器电路、导联选择电路、16个A/D转换通道，负责模拟心电信号的处理和转换。所述模拟心电信号的处理和转换包含但不仅限模拟心电信号的隔离、滤波、放大、组合、A/D转换，并通过sPI接口与中央处理模块连接，将数字心电信号传递给中央处理模块。
[0155]前端配置检测模块通过sPI接口与ECG前端处理模块连接，通过串行接口与中央处理模块连接。按照中央处理模块的指令，从ECG前端处理模块中读取当前的ECG前端配置信息包括ECG前端处理模块所支持的通道数、各通道放大倍数、滤波器参数、采样率、量化精度、参考电压等信息，并将上述信息经串行接口传递给给中央处理模块。
[0156]所述用户配置存储模块用于存`放用户预先设定的配置信息，所述配置信息包含但不仅限于用户能使用的导联线数目、采样率、位置等信息采用SD卡作为存储媒介，通过SDIO接口与中央处理模块连接。
[0157]另外，为了综合环境因素判断使用者当前的状况，心电监护设备中还设置有环境监测模块，通过串行接口与中央处理模块连接。环境监测模块包括GPS定位模块、加速度传感器、湿度传感器、温度传感器、气压传感器、光电传感器、磁传感器、气体传感器中的一个或多个，从而向中央处理模块提供包括位置、光线、温度、湿度、空气质量、气压、温度、磁场信息中的一个或多个周围环境信息。
[0158]中央处理模块根据接收到的信息，对用户的当前状况进行初步筛选和判断，可分为不同的等级，譬如正常、轻微异常、异常、严重异常等。心电监护系统对当前心电监护设备及使用者所处的地点、环境、设备佩戴及使用情况、使用者情况的紧急程度等进行综合的判断，进而自适应的决定心电监护设备目前应当处于的工作模式和状态，并由此对用户配置存储模块及ECG前端处理模块进行相应的自适应配置。
[0159]所述自适应配置包括如下四个步骤:
[0160]一、获得静态信息和动态信息，所述静态信息包含所述导联线属性及前端配置信息；所述动态信息包含所述导联连接状态、用户配置、环境信息、用户情况；[0161]二、根据所述静态信息构造符合当前设备能力及导联线采集能力的自适应配置集，即配置矩阵，所述自适应配置矩阵包含可以满足当前静态信息的所有可能配置向量；
[0162]三、对所述动态信息进行处理分析，根据当前的导联连接状态、用户手动配置、环境信息以及用户情况进行配置向量的映射，并按照权重比例对设备的配置向量中各项配置元素进行门限判决，并生成当前的目标配置向量；
[0163]四、在所述自适应配置矩阵中选择与目标配置向量差别最小的一项配置向量，SP为最终的自适应配置结果。其中，所述差别最小是以欧式距离或者汉明距离作为衡量标准来判断。作为最终的自适应配置结果的所述配置向量，按照所述配置向量对所述心电监护设备进行自适应配置，并将所述配置向量存储在所述用户配置存储模块中。
[0164]下面以采用内置数字芯片的十二导联为例，来说明心电监护设备的工作过程。
[0165]心电监护仪的心电采集转接模块首先检测到当前设备上连接了一条上述的内置数字芯片的十二导联线，而使用者仅佩戴了该导联线的4个电极，分别为LA，RA, LL, RL，生成导联监控信息及导联线属性信息，并通过串行接口发送至中央处理模块。
[0166]前端配置检测模块读取到当前ECG前端处理模块包含的16个A/D转换通道开启了 4个通道，分别为LA，RA, LL, RL通道，增益为I倍，采样率为250Hz，最高采样精度为12bit。在接到中央处理模块的读取前端配置命令后，前端配置检测模块通过sPI接口读取ECG前端处理模块的配置信息，并通过串行接口将配置信息返回至中央处理模块。
[0167]所述环境监测模块的GPS定位模块获取的定位信息为当前用户处于预先定义的用户家庭坐标附近，而加速度传感器获取的加速度信息为当前用户处于静坐状态。环境监测模块通过串行接口将当前环境监测信息发送至中央处理模块。
[0168]所述中央处理模块分析用户的心电数据发现当前用户心率为120，超过了设定的心率报警门限110次/分钟，而`当前设备处于普通监护模式。所述中央处理模块将当前用户情况划分为严重异常。
[0169]基于上述的严重异常的情况，心电监护系统判断当前的心电监护设备的配置不足以处理这一情况，需要基于当前状况对心电监护设备进行重新配置。
[0170]配置按照如下步骤进行:
[0171]一、静态信息构造配置矩阵
[0172]所述心电监护仪的中央处理模块通过上述各模块的接口读取信息，首先根据所述静态信息生成配置矩阵。所述监护仪可进行配置的元素为:导联数量、采样率和采样精度。其中每项配置元素可能的取值分别如下:
[0173]I)采样率可取值范围是250Hz，500Hz ；
[0174]2)采样精度可取值范围为12bit，16bit ；
[0175]3)导联数量可取值范围是1，3，7，12。
[0176]所述配置矩阵根据上述信息生成，矩阵大小为16 X 3，其中包含以上配置元素组合而成的所有配置向量，每一个行向量中的配置元素的取值代表对应的元素取值范围中的值的下标，例如导联数量为3，则行向量中的第一个元素为2，导联数量为12，则对应元素取值为4。所述配置矩阵如下:
[0177]
【权利要求】
1.一种导联标准接口，所述导联标准接口包括数字端口和模拟端口，其特征在于: 所述模拟端口分别包括16个模拟输入端和模拟输出端，所述模拟输入端能够与单导联到十八导联中的每一种数目的导联相兼容； 所述模拟端口的所述模拟输入端通过导联线与导联的多个电极分别连接以获得心电模拟信号时，对于所述16个模拟输入端中悬空的空闲端口，自动关闭，不从所述空闲端口米集心电模拟信号； 所述数字端口包括多个数字输入端和数字输出端，所述数字端口与不同导联数目的导联线电气连接，用于获得导联线中的数字信号。
2.如权利要求1所述的导联标准接口，其特征在于: 所述数字端口是标准数字接口或者是自定义的数字通信接口。
3.如权利要求2所述的导联标准接口，其特征在于: 所述标准数字接口是UsB接口、sPI接口、串行接口、并行接口中的任意一种接口。
4.一种与权利要求1-3任一所述的导联标准接口配合使用的导联线，所述导联线的一端设置有导联标准接口，另一端设置有一个或多个佩戴电极，导联线中设置有模拟传输线与数字传输线； 所述导联标准接口包括模拟输出端口与数字输出端口，与权利要求1-3任一所述的标准接口中的模拟输入端口、数字输入端口相匹配，具有一致的电气特性； 其特征在于:` 所述导联线还包括数字芯片，所述数字芯片内嵌在导联线中，并通过所述数字传输线与所述数字输出端口电连接； 所述佩戴电极通过所述模拟传输线与所述模拟输出端口电连接； 所述数字芯片中存储有导联线属性相关的信息。
5.如权利要求4所述的导联线，其特征在于: 所述导联线属性相关的信息指的是与导联线制造、使用、配置相关的信息，包括所述导联线的制造商信息、所述导联线的所述佩戴电极数目、所述导联线的材料、所述导联线的阻抗、所述导联线的生产日期中的一个或多个信息。
6.一种心电信号采集转接模块，所述心电信号采集转接模块包括如权利要求1-3任一所述的导联标准接口和导联监控模块，所述导联监控模块包括导联连接检测电路和微控制-H-* I I心片； 其特征在于: 所述导联连接检测电路包括导联插入检测电路和导联脱落检测电路； 所述导联插入检测电路用于检测当前设备的所述导联标准接口中是否有导联线插入，所述导联线插入信息可作为导联监控信息之一提供给心电监护设备判断当前导联线的使用、佩戴状态； 所述导联脱落检测电路用于检测佩戴电极与用户皮肤接触情况，从而判断佩戴电极是否与用户皮肤连接或者导联电极是否脱落； 所述微控制芯片通过数字信号线与所述导联标准接口中的所述数字端口连接，获取导联线属性相关的信息； 所述心电信号采集转接模块根据所述导联监控模块中的所述导联连接检测电路检测到的信号以及所述微控制芯片获得的导联线属性相关的信息确定当前实际使用的导联数目。
7.—种心电监护设备，所述心电监护设备包括如权利要求6所述的心电信号采集转接模块，ECG前端处理模块、前端配置监测模块、用户配置存储模块和中央处理模块； 其特征在于: 所述ECG前端处理模块从所述心电信号采集转接模块获取模拟心电信号，并对所述模拟心电信号进行处理和转换，生成数字心电信号，传递给所述中央处理模块； 所述前端配置检测模块从ECG前端处理模块中检测当前的ECG前端配置信息，并将检测结果上传给中央处理模块； 所述前端配置信息包括但不仅限于所述EGC前端处理模块支持的通道数、各通道放大倍数、滤波器参数、采样率、量化精度、参考电压中的一个或多个参数信息。 所述中央处理模块从所述心电信号采集转接模块中直接获取数字信号，并从所述用户配置存储模块中读取所述用户对所述心电监护设备的配置参数，对上传至所述中央处理模块中的数字心电信号、所述前端配置信息进行处理、分析，从而生成用户情况信息。 所述用户配置存储模块中的所述配置参数包括但不仅限于导联线数目、采样率、位置中的一个或多个。
8.如权利要求7所述的心电监护设备，其特征在于: 所述心电监护设备还包括环境监测模块；` 所述环境监测模块向所述中央处理模块提供当前的周围环境信息。 所述周围环境信息包括但不仅限于位置、光线、温度、湿度、空气质量、气压、温度、磁场信息中的一个或多个。
9.一种自适应心电监护系统，所述系统包括如权利要求8所述的心电监护设备，其特征在于: 所述心电信号采集转接模块向所述中央处理模块提供当前的导联配置信息； 所述前端配置检测模块向所述中央处理模块提供当前的前端配置信息； 所述EcG前端处理模块向所述中央处理模块提供当前的数字心电信息； 所述环境检测模块向所述中央处理模块提供当前的环境信息； 所述中央处理模炔基于所述导联配置信息、所述前端配置信息、所述数字心电信息、所述环境信息，对用户配置存储模块和EcG前端处理模块进行自适应配置。
10.如权利要求9所述的自适应心电监护系统，其特征在于: 所述自适应配置包括如下四个步骤: 一、获得静态信息和动态信息，所述静态信息包含所述导联线属性及前端配置信息；所述动态信息包含所述导联连接状态、用户配置、环境信息、用户情况； 二、根据所述静态信息构造符合当前设备能力及导联线采集能力的自适应配置集，即配置矩阵，所述自适应配置矩阵包含可以满足当前静态信息的所有可能配置向量； 三、对所述动态信息进行处理分析，根据当前的导联连接状态、用户手动配置、环境信息以及用户情况进行配置向量的映射，并按照权重比例对设备的配置向量中各项配置元素进行门限判决，并生成当前的目标配置向量； 四、在所述自适应配置矩阵中选择与目标配置向量差别最小的一项配置向量，即为最终的自 适应配置结果。
【文档编号】A61B5/0402GK103860165SQ201410076362
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】马骁 申请人:马骁