一种接触式心电信号采集椅及心电信号测量系统的制作方法

本发明涉及心电图采集领域，尤其涉及一种接触式心电信号采集椅及心电信号测量系统。

背景技术：

心电图(ECG)是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观指标。可以通过将电极放置在体表特定位置的各类导联来测量ECG并进行相应的医学诊断。临床上通常使用图1所示的肢导联来进行心电图测量。由于常规肢导联的电极放置点在人体四肢而不便于长期测量，因此引入了电极放置在躯干部位的Holter(动态心电图)作为代替手段。虽然动态心电图的引入提升了移动性，但贴在人体上的贴片、连接线以及需要随身携带的监测仪本身依然会给被测量者带来诸多不便。

为此，现有技术中公开了例如可应用于车座的各类心电测量椅来解决上述问题。但是这些心电测量装置全都使用非接触式电极进行测量，因而无法给出准确的测量结果。

因此，仍然需要一种能解决上述至少一个问题的心电信号采集方案。

技术实现要素：

本发明提供一种接触式心电信号采集椅及相应的心电信号测量系统。采集椅使用接触式电极直接与使用者四肢皮肤相接触，以便在自然坐姿下实现对使用者心电信号的方便且准确的肢导联采集。采集椅还可以与至少能够准确定位V1-V6位置的采集衣相结合，以实现一种准确且方便的家用12或18导联心电测量系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种接触式心电信号采集椅，该心电信号采集椅可以包括：分别位于椅面左右两侧上或者位于左右扶手上的接触式的第一电极和第二电极；以及至少用于使用者左腿搁靠的腿部搁靠部分，腿部搁靠部分上设置有接触式的第三电极；其中，第一电极、第二电极和第三电极分别用于与使用者的左臂、右臂和左腿皮肤直接接触以采集使用者的肢体导联信号。由此，通过自然坐姿下对使用者的接触式心电信号采集，能够更为方便准确地实现对使用者的心电监测。

根据具体应用，腿部搁靠部分可以是任何能够方便使用者搁靠腿部以便第三电极与左腿皮肤直接接触的结构，例如，可以是从椅面下部或是椅子支撑部伸出的用于抵靠小腿或脚踝后侧的腿靠结构、或是用于放置脚掌的脚搁结构，或者直接就是椅子底座。另外，该部分还可以包括无关电极以采集右腿信号。

该心电信号采集椅还可以包括分别与各电极相连的导联线，更优选地，还可以包括汇集导联线的插接件，以方便与心电图机相连。

采集椅所用到的电极可以优选地位于诸如滑轨的调整结构上，以方便根据使用者的身形和使用习惯调整电极的位置。作为代替，可以在同一位置上布置多个电极片以方便测量。上述电极可以安装在诸如弹簧的弹性结构上以提供与使用者皮肤的紧密接触。优选地，上述电极是可重复使用的低极化干电极，诸如如银/氯化银电极、铂金电极以及氮化钛电极等。

另外，对于夏天这类易于穿着短袖短裤的情况，可以在椅面的合适位置处布置第五和第六电极以直接从大腿部位采集左右腿的信号。这时，可以将外伸的腿部搁靠部分收起或拆除。

本发明的心电信号采集椅还可以包括用于汇集采集的胸导联信号的插接件，以实现对12或18导联心电信号的合并采集。

根据本发明的另一方面，提供了一种心电信号测量系统，该系统可以包括：上述的接触式心电信号采集椅，心电信号采集椅用于采集肢体导联信号的肢体信号；用于采集胸导联心电信号的胸导联心电信号采集装置；以及与心电信号采集椅和胸导联心电信号采集装置相连的心电图机，用于测量使用者的12或18导联心电信号。

胸导联心电信号采集装置可以是至少包裹使用者左胸的心电信号采集衣。采集衣可以在内侧针对V1至V6的部位缝制接触式干电极，也可以包括基于对准V1至V6的六个开口，以供进行准确的湿电极贴片位置。

采集衣还可以包括基于使用者体态而定位的另外六个开口或是缝制的另外六个接触式干电极，以对准V7至V9以及V3R至V5R的位置。

与采集椅类似地，采集衣也可以包括连接至各个开口或干电极的导联线及汇集导联线的插接件，以便与心电图机相连。

通过本发明的接触式心电信号采集椅，能够经由使用者的自然坐姿实现对心电信号的接触式采集，并能接合采集衣实现对包括胸导联信号的12或18导联心电信号的采集。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了肢体导联的示意图。

图2示出了根据本发明一个实施例的采集椅的侧视图。

图3示出了根据本发明一个实施例的采集椅的立体图。

图4示出了图3所示采集椅的腿部搁靠部分的正视图。

图5示出了根据本发明另一个实施例的采集椅的侧视图。

图6示出了采集椅的信号采集示意图。

图7示出了根据本发明一个实施例的心电信号测量系统的结构示意图。

图8示出了胸导联电极贴片位置的示意图。

图9示出了根据本发明一个实施例的心电信号测量系统所包括的采集衣的示意图。

图10示出了采集衣的另一例的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

肢体导联与现有心电检测技术概述

心电图(ECG)是利用心电图机从体表记录心脏每一心动周期所产生的电活动变化图形的技术。将两个电极置于人体表面上不同的两点，通过导线与心电图机相连，就可以描出一种心电图波形。描记心电图时的电极安放位置及导线与放大器的联接方式称为心电图导联。心电图是通过多个导联而得出的体表电位差的不同时间的记录。临床诊断上为便于统一和比较，对常用的导联做出了严格的规定。

最为常见的导联是图1所示的肢体导联(也称肢导联)，其通过把心电图电极贴在被测量者的双手手腕和双脚脚踝处，并将心电图机导联线连接到这些电极进行心电信号采集。肢体导联包括3个标准导联和3个加压导联。

标准导联，亦称双极肢体导联，反映两个肢体之间的电位差，包括Ⅰ导联、Ⅱ导联、Ⅲ导联。其中，Ⅰ导联是指将左上肢电极与心电图机的正极端相连，右上肢电极与负极端相连，反映左上肢(L)与右上肢(R)的电位差；Ⅱ导联是指将左下肢电极与心电图机的正极端相连，右上肢电极与负极端相连，反映左下肢(F)与右上肢(R)的电位差；Ⅲ导联是指将左下肢与心电图机的正极端相连，左上肢电极与负极端相联，反映左下肢(F)与左上肢(L)的电位差。放在右下肢的电极称为“无关电极”，虽然不是测量肢体导联时所必须的，但无关电极的加入有助于描记的稳定。

加压导联分别由aVR、aVL、aVF这3个导联组成，并且实际上与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联有信息冗余。从信号采集的角度来看，仅需要测量Ⅰ、Ⅱ导联的电压，即可计算剩下4个导联的电压。肢体导联的电极位置可以参考图1。

近年来，为了诊断间歇性发作的心电图异常，需要长时间对心电图进行监测。临床上一般使用Holter(动态心电图)作为长期监测手段，考虑到电极在手腕处或者脚踝处会妨碍人体运动，把四肢的电极位置放到肩膀附近或者大腿根部(Mason-Likar导联)，这一改变会使得心电图出现少量变化，但不影响临床诊断，同时减少了信号测量时遇到的人体运动问题。

Holter可连续记录24小时心电活动的全过程，能够发现常规心电图不易发现的心律失常和心肌缺血。但是，使用者需要长时间将Holter系统的携带式记录盒背在身上，并且贴在人体身上的心电图贴片以及连接的导联线也会给使用者的生活带来不便。另外，Holter需要自行贴放电极贴片或夹子，因此也无法随时且便捷地进行心电图监测。

另一方面，一些因患有心律失常而被植入心脏起搏器、ICD(植入式心律转复除颤器)、CRT(心脏再同步化治疗)的病人，需要定期前往医院由专业人员对这些植入式器械的状况进行检查(随访)和参数调整(程控)。随访与程控的过程中专业人员需要观察病人的心电图(一般为标准肢体导联)。这就需要如上述方法完成心电图的采集，从而增加了随访与程控所需的时间，延长了后续病人等待检查的时间。

目前，现有技术中也公开了其他的一些心电信号测量装置。它们都使用内嵌在各类座椅(例如，车座)或是床上的非接触性电极来进行测量。然而，非接触式心电测量存在严重缺陷。第一，非接触式心电测量的信噪比不佳，人体的微动会有很大的干扰。第二，非接触式电极的结构较为复杂，其成本远高于接触式干电极或是湿电极贴片。第三，非接触式电极在测量时不与人体皮肤接触，测量结果本身存在较大误差。第四，非接触式电极测量没有足够的临床数据支持。

接触式心电信号采集椅

为了解决上述的至少一个问题，本发明提出了一种接触式心电信号采集椅。采集椅使用接触式电极与使用者四肢皮肤直接接触，以便在自然坐姿下方便且准确地实现对使用者肢导联信号采集。

图2示出了根据本发明一个实施例的接触式心电信号采集椅的侧面图，图3示出了采集椅的立体图，图4示出了采集椅的腿部搁靠部分的正视图。为了清楚的表述采集过程，图中还示出了坐在椅子上的使用者。但本领域技术人员应该明了的是，示出使用者是为了清楚描述而非对本发明采集椅结构的任意限制。

如图2所示，本发明的接触式心电信号采集椅可以是额外包括左右扶手和腿部搁靠部分的椅子。腿部搁靠部分可以是至少用于使用者左腿搁靠的结构。

为了采集使用者的肢导联心电信号，可以分别在左右扶手上设置接触式的第一电极210和第二电极(图2侧视图未示出，参见图3)，腿部搁靠部分240上设置接触式的第三电极230。其中，第一电极210、第二电极220和第三电极230分别用于与使用者的左臂、右臂和左腿皮肤直接接触以采集使用者的肢体导联信号。

在这里，使用者的左臂、右臂、左腿、右腿可以包括使用者对应四肢的任意部位，例如，手臂至少可以包括手、手腕、前臂、手肘、臂等的部位，腿至少可以包括脚、脚腕、小腿、膝盖、大腿等的部位。

由此，通过自然坐姿下对使用者的接触式心电信号的采集，能够更方便准确地实现对使用者的心电监测。

根据具体应用，采集椅的腿部搁靠部分240可以有多种结构或形态。例如，腿部搁靠部分可以是从椅面下部或是椅子支撑部伸出的用于抵靠小腿或是脚踝后侧的腿靠结构(如图2所示)，其可以与椅面呈一定的角度，第三电极设置在腿部搁靠部分上可以与人体左腿皮肤接触的部位。当使用者自然坐于椅面上时，双手或手腕可以分别放置在左右扶手上以接触第一电极210和第二电极220，左腿(例如，左脚踝)抵靠在腿部搁靠部分240的第三电极230上，实现肢体心电信号的采集。

腿部搁靠部分240也可以是从椅面下部或是椅子支撑部射出的用于放置脚掌的脚搁结构(如图5所示)。当使用者坐于椅面上时，双手或手腕可以分别放置在左右扶手上以接触第一电极210和第二电极(未示出)，将裸露的脚掌或脚掌的一部分放置于此脚搁结构上。在重力的作用下，脚掌与第三电极230自然贴靠，以直接接触的方式采集心电信号。腿部搁靠部分还可以是椅子底座，例如，可以是办公椅的底座支架，也可以是椅脚等的方便用户以自然姿态进行腿部搁靠的结构。

为保证测得的肢体导联心电信号的稳定性，该心电信号采集椅还可以包括用于使用者右腿搁靠的第二腿部搁靠部分，第二腿部搁靠部分上可以设置有接触式的第四电极，第四电极用于与使用者的右腿皮肤直接接触以用作肢体导联信号采集中的无关电极。

第二腿部搁靠部分与上述的腿部搁靠部分可以是一个整体，总称为腿部搁靠部分。第三电极230和第四电极250可以分别位于腿部搁靠部分的左右两侧(参见图3)，两电极之间可以有一定的间距(参见图4)，采集心电信号时分别抵靠使用者的左右小腿或脚踝的后侧。

第二腿部搁靠部分与上述的腿部搁靠部分可以是分开的。例如，左右腿部搁靠部分是分别从椅子主体伸出的圆弧形腿靠，腿靠上布置有电极分别与使用者的小腿或是脚踝后侧皮肤相接触；也可以是从椅子下部或是椅子支撑部伸出的用于放置脚掌的脚搁结构，或者是椅子底座等等。

本发明的腿部搁靠部分优选地是可以调节伸出角度或是位置的可调节结构，以便使用者的腿部皮肤更为舒适地与电极片相贴合。上述腿部搁靠部分还可以是能够向内收起的部件或是可拆除的部件，以便使用采集椅的各种日常使用需要。

如此，使用者的四肢皮肤能够在自然坐姿下分别与第一电极210、第二电极220、第三电极230和第四电极250直接接触，由此采集到更为稳定、准确的肢体导联心电信号。

此外，本发明的接触式心电信号采集椅还可以包括分别与各电极相连的导联线。另外，还可以包括汇集各导联线的插接件。图6示出了采集椅的信号采集示意图。导联线可以包括分别连接至第一电极、第二电极、第三电极和第四电极的第一导联线、第二导联线、第三导联线和第四导联线。导联线可以集成设置于椅子的内部而不影响椅子的美观，也可以设置在椅子的表面(可以固定设置，也可以是可拆卸的)。导联线可以按照临床标准设定为不同的颜色加以区分，例如，与第一电极相连的第一导联线可以是黄色的，类似地，第二导联线、第三导联线、第四导联线分别为红色、绿色、黑色。第一导联线、第二导联线、第三导联线和第四导联线可以汇集于插接件260。插接件260可以直接外接心电图机650。由此采集到的肢体导联心电信号可以经由导联线及插接件传入心电图机，以生成使用者的肢体导联心电图。插接件的具体形态取决于具体对接的心电图机的接口，如DB15pin等接口，通过插入实现连接。

本发明的心电采集椅优选使用者坐于其上时能在引起使用者最小关注度的情况下实现肢导联信号采集。由于电极需要与使用者的四肢皮肤直接接触，因此需要对电极在采集椅上的具体放置位置加以考虑。

如图2、3和5所示，第一和第二电极可以优选位于扶手椅的一端，由此方便使用者在坐姿下的自然抓握。本发明的采集椅也可以不具有扶手或是不将第一和第二电极布置在扶手上。在一个实施例中，可以在椅面的左右两侧设置第一和第二电极。在这里，椅面可以指代与使用者的臀部接触并具有一定承重能力的椅子的坐面。第一和第二电极可以设置在椅面上的左右两侧，也可以设置在椅面本身的左右两侧，只要其能够方便与用户露出的手部或是臂部皮肤直接接触即可。

用于采集腿部信号的结构可以优选地采用对准使用者脚踝的腿靠结构，这样使用者仅需将袜子脱至露出脚踝并将裸露的部位直接抵靠在设在腿靠部分的第三电极230(和第四电极250)上即可。而对于采用伸出的脚搁或是椅子底座构造的采集椅，使用者需要裸露脚部或是将袜子脱至露出脚跟来进行信号采集。

考虑到不同的使用者身形和使用习惯，采集椅所用到的电极可以优选地位于诸如滑轨的调整结构上，以方便根据使用者的身形和使用习惯调整电极的位置。具体地说，可以在椅面左右侧上或者左右扶手上分别设置位置调整结构来调整左右手信号采集电极的位置，在腿部搁靠部分(和第二腿部搁靠部分)上设置位置调整结构来调整左(右)腿信号采集电极的位置。通过各个位置调整结构可以方便地将对应的各个电极调整到方便使用者使用的位置，

作为代替，也可以在同一位置上布置多个电极片以方便测量。第一、第二、第三和第四电极中的一个或多个都可以各自包括位于不同位置的多个电极片。例如，可以在扶手上各部位设置电极片以便与使用者的手、手腕或前臂等部位接触。由于各个电极片是等势的，使用者皮肤与任何一个或多个电极片接触均可以实现心电信号的采集。

本发明采集椅的电极也可以安装在接触加强装置上以提供与使用者皮肤的紧密接触。上述接触加强装置可以是诸如弹簧的弹性结构，如此，在弹性结构的反作用情况下，使得电极能够更好地与人体皮肤紧密接触，由此使得采集到的心电信号更为稳定和准确。

采集椅上的电极优选为可重复使用的低极化干电极(简称干电极)。例如，可以是银/氯化银电极、铂金电极以及氮化钛电极等。

另外，对于夏天这类易于穿着短袖短裤或是天气温暖的南方的情况，可以在椅面的合适位置处布置第五和第六电极以直接从大腿部位采集左右腿的信号。相应地，设有第三(和第四)电极的腿部搁靠部分可以收起或拆除，以实现更为简洁的采集椅外形。

本发明的心电信号采集椅还可以包括用于汇集采集的胸导联信号的插接件，以实现对12或18导联心电信号的合并采集。

至此，结合图2至图6详细描述了对本发明的接触式心电信号采集椅。本领域的技术人员应当理解，上述实施例是示意性的而非绝对的，本发明的采集椅还可以具有适于家庭使用的其它形态或结构。例如，本发明的心电信号采集椅可以包括靠背椅、扶手椅、圈椅、沙发等，也可以因其形态、材质和功能等的不同而有多种形式，例如，按照形态，可以包括蛋椅、天鹅椅、孔雀椅等；按照材质，可以是实木椅、玻璃椅、铁艺椅、塑料椅、布艺椅、皮艺椅、发泡椅等；按功能或用途，可以是办公椅、餐椅、吧椅、休闲椅、躺椅、专用椅等。均可以实现与使用者四肢皮肤的自然接触实现心电信号的采集。

心电信号测量系统

对于监测心肌缺血、心肌梗塞和心肌肥大等疾病的用户来说，仅肢体导联的心电信号数据对于疾病诊断或确定治疗不能提供充足的客观依据，因此本发明的肢导联信号采集椅还可以与胸导联采集装置相结合以提供更为全面的心电信号测量。

因此，本发明还提出了一种心电信号测量系统，图7示出了根据本发明一个实施例的心电信号测量系统的结构的示意性框图。如图7所示，该测量系统700可以包括接触式心电信号采集椅710、胸导联心电信号采集装置720和心电图机730。

胸导联包括胸前导联，可以通过放置在胸前6个特定的位置上的6个心电图电极采集得到(包括V1～V6导联)。胸前六导联的电极位置可以参考图8中分别对应于①-⑥的位置。

相对而言，肢体导联的位置由于是在四肢上，正确贴放其对应的电极位置会比较容易，而胸导联因为需要确定肋骨间隙与锁骨中线、腋前线和中线等比较难定位的位置。对于完全未受过医疗技能培训的人员来说，帮助别人或自己将电极贴到正确位置不是一件容易的事情，会遇到比较大的困难与麻烦，很可能发生贴错、贴偏或者漏贴的情况。减少胸导联的数量(例如只使用V1和V5导联)，会减少心电图的信息量，降低疾病的诊断率，存在一定的风险。

另一方面，对于监测心肌缺血、心肌梗塞和心肌肥大等慢性疾病的用户来说，只需要每天一次或者一周数次测量，每次测量1分钟以内的心电图即可。这种情况下，可能发生每次测量使用的电极位置都不尽相同，监测的效果可对比性下降。同时，每次开始测量时，都需要花费时间定位电极的位置，给测量带来了不便。贴在人体身上的贴片、连接的线也给被测量者的生活带来诸多不便。

有鉴于此，虽然本发明的胸导联心电信号采集装置720可以采用常见的直接湿电极贴片的形态，但优选地实现为帮助确认贴片位置的心电信号采集衣。该采集衣可以具有帮助使用者确定V1-V6贴片位置的结构。在一个实施例中，该采集衣可以包括预先缝制的接触式干电极。在另一个实施例中，该采集衣可以具有相应的六个开口，分别对应于V1-V6湿电极贴片的位置。当使用者穿上该采集衣坐于采集椅时，胸部各位置的电极可以直接采集胸导联心电信号，并结合采集椅采集的肢导联信号，优选通过连接各个电极的导联线汇集至插接件，再连接至心电图机。由此实现对12导联心电信号的准确采集。

图9示出了根据本发明一个实施例的心电信号测量系统所包括的采集衣的示意图。该心电信号采集衣可以是根据大量使用者的体态参数分型号制成的量产衣物，并且优选为高弹面料制成的紧身衣。对于少量特殊体型或是VIP用户，可以提供根据特定使用者的体态参数定制而成的定制衣物。采集衣上对应于使用者V1-V6的相应位置处开口，开口的大小可以与常规心电图电极贴片大小一致(例如，直径5厘米)。

使用者可以使用将湿电极贴片粘附在使用者相应位置的皮肤上，当肌肉运动时，电极与皮肤不易发生相对位移，起到接触稳定的作用，使得采集到的心电信号的稳定性、完整性以及信噪比较好。

在怀疑有心肌缺血或后壁心梗等的特殊情况下，还可以追加右胸3导联(V_3R、V_4R、V_5R)和左后胸壁3导联(V₇、V₈、V₉)，以记录结合在前的信号提供18导联心电图，为分析患者病情提供更丰富的心电数据。

图10示出了采集衣的另一例的示意图。如图10所示，胸导联心电信号采集衣还可以包括另外六个开口或是缝制的另外六个接触式干电极，适于对准使用者V7至V9以及V3R至V5R的位置。其具体实现方式可以与前述实施例的相同或相似。

采集衣的开口位置也可以设置遮盖层、纽扣、暗扣或拉链等，使开口位置闭合。由此，采集衣也可以作为家居或外穿的衣物，实现多功能多用途。对于女性用户，采集衣的衣物主体也可以是女士内衣，在对应的位置缝制干电极或开口，实现胸导联心电信号的采集。

此外，与心电信号采集椅(和心电信号采集衣)相连的心电图机可以是独立设置的，也可以是固定设置在采集椅上的。例如，心电图机730可以是独立装置并放置在采集椅的搁架上，通过插接件接收采集到的肢体导联和胸导联心电信号数据，并测量使用者的12或18导联心电信号。

心电图机730也可以是设置在心电信号采集椅的预定部位(例如，可以在左右扶手上或椅背上)的集成部件，并且可以设有用于接收胸导联心电信号数据的接口，并由此结合采集椅采集的肢导联信号测量使用者的12导联或18导联心电信号。

至此已经结合附图详细说明了本发明的接触式心电信号采集椅及相应的心电信号测量系统。通过本发明，采集椅使用接触式电极直接与使用者四肢皮肤相接触，以便在自然坐姿下实现对使用者心电信号的方便且准确的肢导联采集。采集椅还可以与至少能够准确定位V1-V6位置的采集衣相结合，以实现一种能够准确且方便地家用12或18导联心电测量系统。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。