一种用于心电检测的智能手表的制作方法

本发明属于智能穿戴设备领域，特别涉及一种用于心电检测的智能手表。

技术背景

心电图(ECG)可以用来记录心脏每一次心动周期产生的电活动，心电信号可以由测量人体体表两个不同部位的电位差获得，利用心电图可以获取人体的心率值，心电信号和脉搏信号联合在一起获得人体血流速度，反映血压值；分析心电图，可以帮助诊断心律失常；帮助诊断心脏疾病的部位；帮助分析药物对心脏的影响；帮助分析睡眠质量等。

传统心电图测量方法采用心电图机，测量部位多样，包括四肢、胸部等多个测量部位；测量电极种类丰富，常用的是一次性医用湿电极，该类电极优点是粘性强，采集信号清晰，抗干扰能力强，缺点是不可重复利用，易造成皮肤过敏。心电图机体积大，因此不方便携带，为了提供的便携心电测量服务，许多可穿戴的产品设计了心电测量的功能，包括心电测量手环、心电测量手表、心电测量胸带、具备心电测量的衣服、心电胸贴等。其中心电测量胸带测量用户胸口的心电信号，优点是可长时间监测，缺点是佩戴舒适度差；采用干性金属电极的胸带，佩戴过程中电极位移对测量结果影响大，采用湿电极的胸带，由于佩戴时间长，易对皮肤造成伤害。具备心电测量的衣服，有多种测量方案，一种是和心电测量胸带一样采用干性金属或湿电极测量用户胸口的心电信号，该方案与胸带优缺点类似；另一种方案是采用非接触测量方案，在可穿戴衣服的特定部位(胸口，左肩右肩等)放置电容式心电传感器芯片，在不接触用户皮肤的情况下测量心电信号，该方案的用户体验度好，但是目前非接触测心电技术尚不成熟，心电测量信号质量相比接触式测量差，因此该方案目前还处于概念阶段。目前使用较多的心电穿戴设备为心电测量手环和心电测量手表，该类设备通过测量用户佩戴手的手腕与另一支手的电位差，从而获得心电信号，该类设备与胸带或者心电测量衣服相比，不可以连续测量，因此实时性不高，但是由于手表或手环穿戴方式简单，便携性相比其他类产品形式更具优势；手表相对于手环类设备，因为具备显示屏，可方便进行心电图实时观测，因此相对于手环类设备，心电测量手表更方便使用；手表类产品电极形式采用干性金属电极，由于干性金属电极对位移敏感、不同材料、不同面积的金属对测量结果均有影响，因此干性金属电极的设计对心电测量手表测量结果具有很大的影响。

但是先有的心电手表为提高信号清晰度，降低噪声，通常采用三个金属电极，分别接左手、右手和“右腿”，“右腿”指的是除了左手电极、右手电极接触部位外的其余身体部位，接入“右腿”的目的是为了消除50Hz的工频干扰；由于需要三个电极，“右腿”电极的接入位置和“右腿”电极的接入方式是影响手表造型设计的重要因素，常见的设计方式有(1)将“右腿”电极设计在手表侧边，测量时需要用手指需接触该电极，该种方案影响了使用体验；(2)将“右腿”电极设计和左右手其中一个电极一起设计在手表底壳，由于底壳的两个电极之间需绝缘，因此该种方案将影响手表底壳的整体性，加大了结构设计和手表组装的难度；(3)将“右腿”电极设计在表带或者以配件的形式外接，该种方案需要在手表主体和外部配件之间建立电路连接，需在手表主体上设计外部电路接口，一方面测量时需外接设备，操作繁琐，另一方面由于多了外部接口，连接的稳定性将影响测量结果的稳定性，测量的可靠性降低。因此采用三个电极组装繁琐，金属利用率低，成本高，且无法兼顾测量可靠性和结构造型设计。并且带圆形屏幕的心电测量手表，其中一个电极通常安装在手表侧边或者牺牲屏幕显示面积，安装在上表壳顶部，导致测量方式繁琐或者影响屏幕显示效果。此外心电手表的电极尺寸以及电极与电路的固定方式未有明确规定，不同的尺寸和固定方式将影响信号采集质量。

发明目的

本发明的目的为了解决现有心电测量手表心电信号噪声高、电极利用率低、组装繁琐、外观复杂等问题，提供一种组装方便、金属利用率高、成本低的可方便测量心电数据，观测实时心电波形的智能手表。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于心电检测的智能手表，包含表带和手表本体，所述手表本体包含上表壳、触摸显示屏、表身、下表壳、电路板和按键；

所述上表壳为圆环形，作为第一测量电极用于采集侧非佩戴手表侧手的心电信号；

所述触摸显示屏设置在上表壳的中心，用于显示心电图和触摸输入指令，和用户交互；

所述下表壳包括下表壳电极和下表壳绝缘壳，下表壳电极设置在下表壳绝缘壳的中心，作为第二测量电极用于采集佩戴手表侧手的心电信号；

所述表身与表带连接，用于固定智能手表，表身与上表壳以及下表壳之间相互绝缘，所述电路板固定在表身内，并分别连接第一和第二测量电极；

所述按键用于点亮和关闭触摸显示屏屏幕显示。

所述电路板上集成心电采集电路、处理芯片和电池模块。

所述心电采集电路用于采集两个测量电极的电位差获得心电信号，转换模拟心电信号为数字信号，并传送给处理芯片；

所述处理芯片用于处理心电信号，并将处理后的数据输出给触摸显示屏显示实时心电波形；

所述电池模块用于给电路板和两个测量电极提供电能。

所述电路板上还集成有PPG脉搏测量芯片和体表温度测量芯片；所述的PPG脉搏测量芯片用于测量人体的脉搏波形，计算人体心率、血氧、血压的指标；所述体表温度测量芯片用于测量人体体表温度。

所述上表壳和下表壳电极采用纯银、银合金或者镀银材料制成。

所述表壳和下表壳电极采用镀银材料制成时，底材和镀层厚度一致。

所述下表壳电极的半径大于1cm。

所述下表壳电极的中心设置有充电接口以及传感器接口。

所述电路板和上表壳之间采用导线连接，所述导线与电路板之间利用锡焊的方式进行连接，导线与上表壳之间利用激光电焊的方式进行连接。

所述下表壳电极与电路通过Z字形弹片结构连接，所述Z字形弹片的一端与电路板焊接在一起，另一端与下表壳直接接触，接触面的面积大于4mm²。

所述表身采用绝缘材料或者不锈钢材料制成，所述表身采用不锈钢材料时，表身与上表壳之间设置有绝缘环、表身和下表壳之间设置有绝缘壳进行相互绝缘。

本发明采用单导联测量的原理，包含两个测量电极，一个电极为下表壳电极，与佩戴手表的手腕直接接触，另一个电极为上表壳，测量时与另一只手接触，心电采集模块根据两只手的电位差获得心电信号。

本发明的有益效果是：(1)本发明设计的心电手表采用两个心电金属电极，组装方便，金属利用率高，成本低，且心电采集电路采集心电信号质量与三个电极测量效果相当；(2)本发明设计的心电手表其中一个电极为圆环形电极，可兼顾测量体验、信号质量与屏幕显示效果；(3)本发明设计的心电手表设计了具体的电极尺寸和与电路的固定方法，可提高信号的质量。

附图说明

图1实施例心电测量手表结构示意图。

图2实施例心电测量手表爆炸视图。

图3实施例表壳不同材料镀层采集心电信号对比图。

图4实施例表壳不同面积采集心电信号采集对比图。

图5实施例表壳与电路不同连接方式共模抑制比对比图。

图6实施例手表下表壳正视图。

图7实施例手表本体内所包含的元件的结构框图。

图8实施例是心电采集电路图。

图9实施例手表测量心电操作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

参考图1至图5，一种测心电智能手表100，包括一个手表本体10，一个表带20。

如图1所示，手表本体包含上表壳11、下表壳12、触摸显示屏13、表身14、绝缘环15。触摸显示屏13设置在上表壳上，包括显示和触摸两层结构，显示层采用圆形OLED显示屏，触摸层采用电容式触摸屏。

图2为手表的爆炸视图，下表壳12由下表壳电极120和下表壳绝缘壳121组成；所述下表壳绝缘壳121材料为ABS塑料；上表壳11和下表壳电极120采用铝作为基底材料，表面镀银，镀层厚度均为10um；上表壳11为圆环形，内径36mm外径42mm；下表壳电极120为圆形，直径28mm。本实施例中表壳电极表面镀层和表壳电极面积的选取，目的是为了提高心电采集信号的质量，降低噪声干扰。不同面积的镀银金属采集心电信号对比图参考图3，相同面积不同材料的金属采集心电信号对比图参考图4，由图4可以看出镀银材料的采集信号质量要由于不锈钢、和镀镍等常用金属的采集信号质量；由图3可以看出接触面积越大，采集心电信号的高频噪声越小；因此本实施例采用镀银工艺处理电极表面，由于手表尺寸太大影响佩戴体验，本实施例下表壳电极尺寸采用直径为28mm的圆。

表身14采用不锈钢材料，表身14与上表壳11之间采用绝缘环15进行隔绝，表身14与所述下表壳电极120之间采用绝缘壳121进行隔绝；

常见的电极与电路板的连接方式有焊接、弹簧接触、弹性顶针接触、平面金属接触，不同连接方式下电路的50Hz共模抑制比可参考图5(50Hz是心电测量中主要的高频噪声干扰，共模抑制比在业界用来衡量心电测量设备对50Hz噪声的抑制能力，数值越高抑制能力越强)，其中焊接工艺共模抑制比最高、平面金属和焊接结合的次之，弹片接触和弹性顶针接触的共模抑制比最低，对应的50Hz噪声影响最大。

因此本实施例结合手表组装复杂度和信号质量最优的考虑，采用如下连接方案：上表壳11与电路板16之间利用导线17进行连接，导线17与所述电路板16之间利用锡焊的方式进行连接，导线17与所述上表壳11之间利用激光电焊的方式进行连接；下表壳电极120采用金属接触的方式与电路板16连接，接触金属18采用Z字形弹片结构，一端与电路板16焊接在一起，另一端与所述下表壳直接接触，接触面的面积为4mm²。

下表壳12的正视图如图6所示，形状为圆形，根据手表扩展功能需要，可以在下表壳12上增加多个窗口，本实施例中窗口122为充电接口，用于连接充电设备，给手表内部供电电池进行充电；窗口123为PPG脉搏传感器窗口，用于PPG脉搏传感器的光线传播。

参阅图7，所述手表本体10内部包含处理芯片160、心电采集电路161、PPG传感器芯片162、电池模块163。本实施例中，处理芯片160采用“君正M200”智能手表芯片，心电采集电路161和PPG传感器芯片162采用TI公司的集成模拟前端芯片，分别用于心电信号和脉搏信号的采集；电池模块163采用380mAh的锂电池，给手表电路供电。

心电采集电路采用专利CN201610889411.X的用于生理电信号采集前端处理电路，如图8所示包括：左、右采集单元、模拟电源AVDD和集成ADC；左、右采集单元采集电信号分别通过两个相同容值的电容C1、C2接入，模拟电源AVDD被两个电阻R3和R4分压后得到偏置电压V_z，V_z通过两个相同的阻抗器件Z1和Z2分别接到电容C1、C2的后部，经上述电路处理的电信号经过集成ADC放大后输出。阻抗器件Z1和Z2为阻性或容性器件。集成ADC连接右腿驱动放大器，并分别经过两个反馈阻抗器件Z3和Z4接到电容C1、C2的前端。反馈阻抗器件Z3和Z4为阻性或容性器件。

上表壳11和下表壳电极120分别与心电采集电路161的通道1和通道2连接；测量过程中，心电采集电路161根据两个输入通道的电位差计算得到心电信号；心电采集电路161将心电信号转为数字信号传送到处理芯片160；PPG传感器芯片162将数字PPG信号传送到处理芯片160。

处理芯片160对心电信号进行软件滤波算法、显示优化等算法处理后将信号传输给所述触摸显示屏13，处理芯片160对PPG信号进行处理后，可得到脉率、血压等生理指标；触摸显示屏13可实时显示人体的心电图。

手表的心电测量操作过程如图9所示，用户一只手40佩戴手表，下表壳12与佩戴手的手腕处皮肤直接接触，采集该位置的电信号；用户另一只手41的手指按压上表壳11，采集该位置的电信号；手指按压方式可用一个手指42按压或者两个手指42和43按压；用户可在手表显示屏13界面看到实时心电图波形。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制。凡是依据本发明的技术和方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术和方法方案的范围内。