一种心电测量探头和系统的制作方法

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种心电测量探头和系统。

背景技术：

心电信号是心脏电生理活动在人体表面的投影，具体地，K、Na、Ga等离子在心脏起搏细胞不同的活动周期进入或者排出细胞膜，从而沿细胞的不同方向产生电位差，这就是心电的起源。所有的心脏起搏细胞像一个个小的电源一样叠加起来，沿着特定的方向，表现出周期性的电势变化，就是心电在体表不同方向的投影。将这些不同方向的投影记录下来，就可以描述心电的变化和传导过程。

现有的心电测量仪器通过体表电极，比如Ag-AgCl电极，将心电的离子电流转化为电子电流，从而适合采用当前的电子电路技术测量、记录。为了更好的记录心电信号，进而发展了Welson中心电、右腿驱动等技术，并且通过电极的摆放严格定义测量信号对应心电在体表的投影，从而构成心电信号的“导联”体系。应用最普遍心电测量导联体系是“常规12导联”。如图1示出了心电测量常规12导联的连接方式。四肢(左腕LA、右腕RA、左腿LL、右腿RL)的电极构成肢体导联，其中左腕LA、右腕RA、左腿LL信号在进入心电测量仪器后，通过特定的电阻网络构成Welson中心点，所有测量的电极信号都是该电极和Welson中心电的电势差；相应的，上述测量信号通过放大、整形等，合成右腿驱动信号，加载到右腿RL上，降低共模信号对测量的影响；此外还有位于胸部的6个电极，相应的测量心电信号在水平等方向的投影和传导情况。上述的这些测量信号共同构成所谓的“常规12导联”。

与“常规12导联”类似，还有其他心电测量的导联体系，但是无论如何变化，采用Ag-AgCl电极将心电信号的离子电流转换为测量电路的电子电流是不变的。而且至少需要两个电极线构成测量回路。这两个电极需要分布在心脏两侧对应的体表末端，需要较长的电极信号线。因为这个缘故，将上述“静息”心电的测量方法用于运动状态或者长时间监护等场合，就有很多不适应的地方。其中监护对于心电测量信号要求较低，采用“常规12导联”连接的时候，肢体导联的电极不在肢体的末端，而使用躯干的末端；在某些运动状态下测量心电的时候，使用嵌入服装的电极导线；等等。

图2示出了一种带有心电测量功能的体重秤。测量要求被测人员手握住把手，光脚踩在特定的区域。图3示出了通过背壳电极测量心电的智能终端使用方式。在测量过程中需要被测人员的双手的特定手指紧握电极。

上述这些方案在特定的情况下，可以用于心电的测量。但是对于解放测量过程中被测对象的双手，甚至肢体，并没有任何改善。在测量的过程中，被测人员的双手或者四肢都需要按照仪器设备给定的物理位置固定好，并且在测量过程中不能随意运动。这是因为，这些测量原理都采用离子电流-电子电流转换的测量原理，为了得到稳定的测量电流，必须采用至少两个电极信号线：这个信号线如果采用软导线，则长长的导线会妨碍被测人员的运动；如果这个信号采用固定电极位置，则被测人员的四肢也就被固定电极的相对位置固定。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于现有的心电测量设备所使用的导联线容易限制被测人员的正常活动，不适宜长期监控测量，从而提供一种心电测量探头和系统。

本发明实施例的一方面提供了一种心电测量探头，包括：电荷感应探测器，用于探测对应的人体部位的心电活动电荷信号；信号处理器，与所述电荷感应探测器连接，用于将所述心电活动电荷信号处理成数字信号；无线收发器，用于将所述数字信号通过无线传输方式发送至心电处理终端，其中，所述心电处理终端根据接收到的信号生成人体心电信号；微控制器，与所述信号处理器和所述无线收发器分别连接，用于控制所述无线收发器将所述数字信号通过无线传输方式发送至心电处理终端。

可选地，所述信号处理器包括：放大电路，用于对所述心电活动电荷信号进行放大处理；滤波器，用于对所述心电活动电荷信号进行噪声滤除处理；模数转换器，用于将所述心电活动电荷信号转化为所述数字信号。

可选地，所述电荷感应探测器包括：金属平板，与所述放大电路连接；屏蔽层，罩在所述金属平板上，用于屏蔽皮肤表面以外的电荷。

可选地，所述放大电路包括：运算放大器，同向输入端与所述金属平板连接，同时还通过电阻R3接地，反向输入端通过电阻R2与输出端连接，还通过电容C1接地。

可选地，所述电阻R3的电阻值大于等于10G欧姆。

可选地，所述心电测量探头设置在腕带或者腕表。

可选地，还包括：电池，用于向所述电荷感应探测器、所述信号处理器、所述无线收发器和所述微控制器供电。

本发明实施例的另一方面，还提供了一种心电测量系统，包括：至少两个所述的心电测量探头，用于探测对应的人体部位的心电活动电荷信号；心电处理终端，与至少两个所述心电测量探头均通过无线连接，用于根据至少两个所述心电测量探头探测到的心电活动电荷信号生成人体心电信号。

可选地，所述心电处理终端包括：无线收发器，用于接收所述心电测量探头发送的心电活动电荷信号；微控制器，与所述无线收发器连接，用于根据所述无线收发器接收到的心电活动电荷信号生成所述人体心电信号。

可选地，所述心电处理终端还包括：电池，用于向所述无线收发器和所述微控制器供电。

本发明实施例中，心电测量探头与心电处理终端通过无线传输方式进行数据传输，无需采用导联线，因此可以在降低对人类正常活动干扰的同时获得高质量的心电信号，且不产生额外的机械噪声、可靠性高。

附图说明

通过对附图中本发明实施例方式的更详细描述，本发明的上述、以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，相同的参考标号通常代表本发明示例实施例方式中的相同部件。

图1示出了常规12导联的心电测量连接图；

图2示出了一种带有心电测量功能的体重秤；

图3示出了通过背壳电极测量心电的智能终端使用方式；

图4示出了一种可测量心电的智能腕带原理；

图5示出了本发明实施例的一种心电测量探头的示意图；

图6示出了本发明实施例的一种电荷感应探测器的结构示意；

图7示出了本发明实施例的一种的放大电路的示意图

图8示出了本发明实施例的另一种心电测量探头的示意图；

图9示出了本发明实施例的一种心电测量系统的示意图；

图10示出了心电测量的工频干扰模型。

具体实施方式

将参照附图更加详细地描述本发明的优选实施方式，在附图中显示了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以各种形式实现而不应该理解为被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且，完全将本发明的范围传达给本领域的技术人员。

下面进一步结合图表来说明本发明。

在介绍本发明实施例之前，先介绍一种心电测量电极离子电流-电子电流的等效模型，如图4所示，为了测量心电信号，除了离子电流-电子电流的转换方式，还可以采用电荷传感器直接测量身体特定部位，比如肢体末端的离子电荷信号。肢体末端任意位置的测量心电对应的离子电荷信号不依赖于其他任意位置的测量，从而具备了去除心电测量导联线的基本条件。

本发明实施例的一方面提供了一种心电测量探头，如图5所示，该心电测量探头包括：电荷感应探测器10，用于探测对应的人体部位的心电活动电荷信号；信号处理器20，与电荷感应探测器10连接，用于将心电活动电荷信号处理成数字信号；无线收发器30，用于将数字信号通过无线传输方式发送至心电处理终端，其中，心电处理终端根据接收到的信号生成人体心电信号；微控制器40，与信号处理器20和无线收发器30分别连接，用于控制无线收发器30将数字信号通过无线传输方式发送至心电处理终端。

在使用本发明实施例的心电测量探头时，可以将电荷感应探测器10的一侧贴附在人体测量部位，例如，手腕、脚腕等。每个心电测量探头用于测量对应部位的心电活动电荷信号，具体地，有电荷感应探测器10来进行信号采集，然后将采集到的心电活动电荷信号传输至信号处理器20进行信号处理，例如放大、滤波、模数转化等。信号处理器20将处理后的信号发送至微控制器40，由微控制器40控制无线收发器30将信号发送至心电处理终端，用于生成心电信号。

本发明实施例中，心电测量探头与心电处理终端通过无线传输方式进行数据传输，无需采用导联线，因此可以在降低对人类正常活动干扰的同时获得高质量的心电信号，且不产生额外的机械噪声、可靠性高。

需要说明的是，本发明实施例的无线收发器可以自带天线，也可以采用外接天线，用以发射编码后的无线信号。

可选地，上述信号处理器20包括：放大电路，用于对心电活动电荷信号进行放大处理；滤波器，用于对心电活动电荷信号进行噪声滤除处理；模数转换器，用于将心电活动电荷信号转化为数字信号。

其中，对信号进行放大和滤波处理是为了提高采集到的信号的质量，保证心电测量的可靠性。由于采集到的信号通常为模拟信号，通过模数转换器将模拟信号转化为数字信号，以便于微控制器能够识别和处理。

需要说明的是，上述实施例中，在将心电活动电荷信号发送至心电处理终端之前，对心电活动电荷信号进行的各项处理过程中，处理后的信号依然能够反应心电活动的信号。

可选地，如图6所示，电荷感应探测器10包括：金属平板，与放大电路连接；屏蔽层，罩在金属平板上，用于屏蔽皮肤表面以外的电荷。对于设计屏蔽良好的金属平板，当一定距离内存在电荷的时候，金属平板表面的电荷会重新分布，从而实现电荷的探测。

可选地，如图7所示，放大电路包括：运算放大器，同向输入端与金属平板连接，同时还通过电阻R3接地，反向输入端通过电阻R2与输出端连接，还通过电容C1接地。为了具有更好的电荷探测灵敏度，采用高输入阻抗、高放大倍数的仪器放大器，即运算放大器。对应图7的结构，人体心电电荷的测量，其中，电阻R3可能要高达10G欧姆，通常的环氧树脂的电路板绝缘阻抗只有100M欧，远远达不到要求。可选地，心电测量探头设置在腕带或者腕表。腕带可以穿戴在手腕上，也可以穿戴在脚腕上。实现了体表的心电活动对应的电荷检测，使用两个或者两个以上，比如两个手腕以及两个脚踝，电荷信号的同步测量，就可以进行心电信号的测量了。

为了提高心电测量探头的便携性，如图8所示，本实施例的心电测量探头还包括：电池50，用于向电荷感应探测器10、信号处理器20、无线收发器30和微控制器40供电。

为了实现去除导联线的目的，可以将采集到的心电活动电荷信号数字化，通过无线传输方式把两个手腕的电荷测量信号，甚至两个脚踝、以及更多位置的电荷测量信号，以数字化的形式发到接收机上，接收机或者放置在被测人员的身上，或者放置在距离患者合理通信距离的某个地方，那么就可以去除电荷测量探头之间的联线。

本发明实施例的另一方面，还提供了一种心电测量系统，如图9所示，该心电测量系统包括：至少两个的心电测量探头100，用于探测对应的人体部位的心电活动电荷信号；心电处理终端200，与至少两个心电测量探头100均通过无线连接，用于根据至少两个心电测量探头100探测到的心电活动电荷信号生成人体心电信号。

进一步地，心电处理终端也同样包括：无线收发器和微控制器，其中，无线收发器用于接收心电测量探头发送的心电活动电荷信号；微控制器与无线收发器连接，用于根据无线收发器接收到的心电活动电荷信号生成人体心电信号。

可选地，为了保证心电测量系统的便携性，心电处理终端还包括：电池，用于向心电测量系统的无线收发器和微控制器供电。

本发明实施例中，心电测量探头使用绑带或者黏胶固定在人体心电测量位置，比如手腕、脚踝以及胸导联电极位置。打开心电测量探头和心电处理终端的电源开关；当心电处理终端接收到“开始测量”的信号之后，这个信号可以是按键信号，也可以是心电处理终端通过无线收发器得到的控制指令；心电处理终端向所有的心电测量探头广播发出测量指令；心电测量探头从接到指令到启动测量转换间隔不大于工频信号周期的1/10，例如，当工频信号的频率为50Hz时，工频信号周期的1/10为2ms，如果工频信号为60Hz，则此时间间隔应作相应的调整；心电测量探头将采集测量的数据通过无线收发器发送到心电处理终端；心电处理终端采用滤波的方法获得工频振荡信号；通过各电荷检测探头的测量数据的工频振荡信号之间的相位差计算出各路数据采样的时刻差；采用插值的方式将各电荷检测探头的测量信号变化到相同的测量时刻，根据各探头的肢体位置，恢复出对应的心电信号。

本实施例中，心电处理终端通过广播方式，给至少两个心电测量探头发出指令，心电测量探头根据指令启动测量和数据采集，并且把数据发送给心电处理终端。

本发明实施例虽然将导联线去掉，但是，心电测量探头采集的信号数字化依赖于本地的时钟系统，换句话说，发送给无导联线心电处理终端的心电活动对应的身体各部位的电荷信号是不同步的，这些数字化的信号直接处理就没有意义了，得不到对应的心电信号。

为了使本发明实施例的心电处理终端得到同步的心电活动电荷信号，可以采用很多方式。比如：

1)、心电测量探头数字化转换的时钟采用无线方式同步，而不是采用本地的晶振。这个方式会导致心电测量探头、心电处理终端的无线通信耗电量增加，缩短了连续工作时间，甚至导致测量时间达不到基本的要求，要么就需要被测量人员携带更大容量的电池；测量探头的电路辅助电路更加辅助，至少需要KHz水平的同步时钟；有限区间内，不能通过许可两个或者两个以上的人员同时测量，或者要求更复杂的系统；

2)、心电测量探头数字化转换的时钟采用无线同步化和本地锁相环的方式解决。心电处理终端的无线同步时钟信号不需要在测量过程中一直存在，但是需要一定时间长度，使本地数字转换的时钟高精度的锁定同步时钟。这个方案和1)相比，降低了无线通信的要求和电能消耗，也可以通过分时的方式解决有限区间内，多个人员测量的干扰问题，但是电荷测量探头的数字化时钟会非常复杂。

考虑到人心电测量活动所处的正常的环境存在工频干扰(也叫电力线干扰)。图10示出了心电测量的工频干扰模型，在测量的心电信号中存在50Hz(我国等)或者60Hz(美国、日本等)信号。对于同一环境、同一人体的、同一时间段的测量，人体体表不同位置的工频信号频率具有高度的一致性。通过分离出电荷心电活动电荷信号中的工频信号，可以实现最低成本的心电活动电荷信号的同步。

通过变更本发明的，都属于本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。