一种便携式单导联心电记录仪、记录系统及心率计算方法与流程

1.本发明涉及心电记录仪领域，具体而言，涉及一种便携式单导联心电记录仪、记录系统及心率计算方法。


背景技术：

2.根据世界卫生组织统计，目前心血管疾病的死亡率居世界首位。对于心血管疾病高发人群，长时间的持续心脏监测可以帮助提前发生潜在危险，提醒患者及时就医治疗。在心脏的各项指标中，心率可以最直接地反映心脏的健康状态，反映心脏每分钟跳动的次数，心率过快、过慢或心率不齐都有可能反映出心脏潜在的健康问题。
3.传统的心电记录仪，体积较大，不便于携带，且只能检测静态心电，无法满足所有患者的需求，也无法获得患者在各种状态下的参数。一旦患者有动作，数据就会产生较大误差，因此通用性较低，应用不广泛。此外由于心电信号容易因呼吸、肢体运动等产生基线漂移，以及易受肌电信号干扰，因此现有技术直接在准确寻找r波有较大难度，计算心率不稳定。
4.如何发明便携式单导联心电记录仪来改善这些问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了弥补以上不足，本发明提供了一种便携式单导联心电记录仪，旨在改善上述背景技术中提出的问题。
6.第一方面，本发明提供了一种便携式单导联心电记录仪，包括下壳、上壳、充电触点、电极扣、锂电池、pcb电路板与胸部绑带；
7.其中，所述下壳与所述上壳固定安装，所述充电触点安装于所述下壳，所述锂电池和所述pcb电路板固定安装于所述下壳，所述pcb电路板、电极扣、充电触点与锂电池连接通过导线电性连接；
8.所述下壳与所述胸部绑带连接，所述电极扣安装于所述下壳，所述电极扣与所述pcb电路板电性连接。
9.在发明的一种实施例中，所述上壳安装有指示灯，所述指示灯设置有两个，两个所述指示灯与所述pcb电路板电性连接，所述指示灯用于显示锂电池的电量状态和工作状态。
10.在发明的一种实施例中，所述充电触点和电极扣均为镀金工艺制作。
11.在发明的一种实施例中，所述下壳固定安装有吸附金属，所述锂电池固定于所述吸附金属。
12.在发明的一种实施例中，所述充电触点在所述下壳内部的一端设置有螺纹，连接的导线上焊接有接线耳，所述接线耳通过螺栓拧紧固定在所述充电触点的螺纹上。
13.在发明的一种实施例中，所述指示灯通过高频焊接工艺与所述上壳组合在一起，包括所述指示灯的所述上壳与所述下壳通过螺丝固定，所述上壳与所述下壳上固定的螺丝
外端安装有螺丝胶塞。
14.第二方面，本发明另公开了一种记录系统，包含于上述的便携式单导联心电记录仪，包括采集模块、传输模块、接受模块、数据处理模块、数据计算模块与显示模块，所述采集模块用于对心率数据进行采集，所述传输模块用于将采集模块采集的心率数据传输至接收模块，所述数据处理模块用于对接收到的数据进行预处理，所述数据计算模块用于对预处理完的数据进行计算，所述显示模块用于对计算出的数据进行显示。
15.在发明的一种实施例中，所述数据处理模块包括数据解密模块、数据组合模块与数据封装模块，所述数据解密模块、所述数据组合模块与所述数据封装模块依次对接收模块接收的数据进行数据解密、数据重新组合、数据封装。
16.在发明的一种实施例中，该记录系统还包括数据生成模块与数据储存模块，所述数据生成模块用于对数据计算模块计算出的结果数据进行生成各种可阅读的文件，所述数据储存模块用于对数据计算模块计算出的结果数据进行储存。
17.第三方面，本发明还公开了一种心率计算方法，用于对上述记录系统中采集的数据进行计算，包括如下步骤：
18.步骤1：滤波算法，采用巴特沃斯滤波器设计滤波算法，滤波器的截止频率的变换是通过先求出待设计滤波器的截止频率与基准滤波器的截止频率的比值m，再用这个m去除滤波器中的所有元件值来实现的，其计算公式如下：m＝待设计滤波器的截止频率/基准滤波器的截止频率；
19.巴特沃斯滤波器的传递函数：
[0020][0021]
其中，n为滤波器的阶数；
[0022]
ωc＝截止频率＝振幅下降为-3分贝时的频率；
[0023]
ω
p
＝通频带边缘频率；
[0024]
滤波过程可以理解为解常系数线性差分方程的过程，形式如下：
[0025][0026]
其中，x(n)序列为滤波前的信号序列，ak和bi为h(z)系统函数分母与分子的系统数组，求出的y(n)即为滤波后的信号序列；
[0027]
其中，x(n)与y(n)的长度要相等，且a0＝1；
[0028]
公式化简如下：
[0029][0030]
步骤2：r波检测算法，对某一导联的心电信号s1通过滤波算法进行滤波处理，得到滤波后的数据s2，在滤波后数据s2中选取一段时间t内的信号st作为样本，准确识别出st的所有r波，然后根据相邻r波的时间间隔得到心率值；
[0031]
基于心电信号r波针型状态，采用高宽比方法进行r波检测，进一步计算心率；
[0032]
包括以下步骤：
[0033]
a：找到所有的峰值点、谷值点，记录下位置和对应的幅度值；
[0034]
b：然后根据公式依次对所有峰、谷等点计算高宽比，并记录位置和相应的高宽比，高宽比计算方式如下：
[0035]
第一个谷值点为p0，其幅值为p0f；峰值点为p1，其幅值为p1f；第二个谷值点为p2，其幅值为p2f，计算高宽比公式为：
[0036][0037]
c：根据高宽比进行排序，相应的位置也跟着排序；
[0038]
d：求取高宽比的数量级，然后根据心率范围选取数量级合适的高宽比和对应位置作为r波待选位置；12导联心电记录仪的心率范围是30-300bpm；
[0039]
e：根据心率范围对应的rr周期对待选位置进行筛选，留下的即为要找的r波；
[0040]
步骤3：计算心率，对找到的st的所有r波位置做记录，个数记为n，位置记为ri，i＝1，2，
…
，n，单导联心电记录仪的采样率为samplerate；
[0041]
a：计算t时间段内的所有rr间期，记为rri；
[0042]
rri＝r
i+1-r
i i＝1，2，...n-1；
[0043]
b：计算rr间期的平均值，公式如下：
[0044][0045]
c：结合采样频率计算t时间段内的心率hr，公式如下：
[0046][0047]
利用该均值即可求得到一定时间长度内的平均心率。
[0048]
本发明的有益效果是：
[0049]
1.使用时，通过胸部绑带将心电记录仪固定在使用者的胸部，主要佩戴在人体胸部正前方，两个电极扣的采集点分别为r和l用于对心率数据进行采集，即使接反也不影响设备使用，该设备便于携带使用。
[0050]
2.设备将采集到的数据经过处理后上传至上位机，使人们直观的看到心电波形。该设备体积小巧、轻便，使用也十分简单，通过卡扣安装到心率带上，再佩戴在人体指定位置即可采集到人体心电信号，如此直接紧密的接触人体，大大降低了外界干扰，并使得人在运动情况下也能保证设备与人体的良好接触，实现了运动心电信号的采集。
[0051]
3.本技术提供的方法从采集的一段连续心电信号序列中提r波顶点，并计算出相邻特征点间的时间间隔，再计算这些时间间隔的均值，利用该均值即可求得到一定时间长度内的平均心率。该方法可以快速准确地从心电信号中自动计算得到心率值。
附图说明
[0052]
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用
的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0053]
图1是本发明实施方式提供的心电记录仪的俯视结构示意图；
[0054]
图2为本发明实施方式提供的上壳的结构示意图；
[0055]
图3为本发明实施方式提供的心电记录仪部分俯视结构示意图；
[0056]
图4为本发明实施方式提供的下壳的结构示意图；
[0057]
图5为本发明实施方式提供的记录系统模块图；
[0058]
图6为本发明实施方式提供的心率计算方法的步骤流程图。
[0059]
图中：1-下壳；2-上壳；3-指示灯；4-充电触点；5-电极扣；6-螺丝胶塞；7-吸附金属；8-锂电池；9-pcb电路板；10-胸部绑带。
具体实施方式
[0060]
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0061]
实施例
[0062]
请参阅图1-图4，本发明提供了一种便携式单导联心电记录仪，包括下壳1、上壳2、充电触点4、电极扣5、锂电池8、pcb电路板9与胸部绑带10；
[0063]
其中，下壳1与上壳2固定安装，充电触点4安装于下壳1，充电触点4在下壳1内部的一端设置有螺纹，连接的导线上焊接有接线耳，接线耳通过螺栓拧紧固定在充电触点4的螺纹上，锂电池8和pcb电路板9固定安装于下壳1，下壳1上设置有固定支撑柱，pcb电路板9安装在下壳1的固定支撑柱上，下壳1固定安装有吸附金属7，锂电池8固定于吸附金属7，充电触点4和电极扣5均为镀金工艺制作，pcb电路板9、电极扣5、充电触点4与锂电池8连接通过导线电性连接，上壳2安装有指示灯3，指示灯3设置有两个，两个指示灯3与pcb电路板9电性连接，指示灯3用于显示锂电池8的电量状态和工作状态，具体的，指示灯3通过高频焊接工艺与上壳2组合在一起，包括指示灯3的上壳2与下壳1通过螺丝固定，上壳2与下壳1上固定的螺丝外端安装有螺丝胶塞6。
[0064]
具体的，该设备由3.7v、容量达到400mah的可充电的锂电池8供电，体积小，电压稳定。为了延长待机时间，pcb电路板9上的单片机使用低功耗的msp430单片机，指示灯3闪烁显示工作正常。设备含有充电电路和外露的充电触点，免拆电池，放在专用5v充电器上即可充电，充电3小时可使用30小时。指示灯3红色为正在充电，变为黄色(绿色)则表示充满。
[0065]
下壳1与胸部绑带10连接，电极扣5安装于下壳1，电极扣5与pcb电路板9电性连接。
[0066]
请参阅图5，本发明另提供了一种记录系统，包含上述的便携式单导联心电记录仪，包括采集模块、传输模块、接受模块、数据处理模块、数据计算模块、显示模块、数据生成模块与数据储存模块，其中，接受模块、数据处理模块、数据计算模块为单片机，采集模块即为电极扣5，电极扣5设置有两个，两个电极扣5的采集点分别为r和l，用于对心率数据进行
采集，传输模块为蓝牙模块，用于将电极扣5采集的心率数据传输至接收模块，数据处理模块用于对接收到的数据进行预处理，数据计算模块用于对预处理完的数据进行计算，显示模块为显示设备，用于对计算出的数据进行显示。数据处理模块包括数据解密模块、数据组合模块与数据封装模块，数据解密模块、数据组合模块与数据封装模块依次对接收模块接收的数据进行数据解密、数据重新组合、数据封装，数据生成模块用于对数据计算模块计算出的结果数据进行生成各种可阅读的文件，如pdf文件，数据储存模块为sd卡，用于对数据计算模块计算出的结果数据进行储存。
[0067]
在一些其他的实施方案中，记录系统还可以配合导联心电记录仪app使用，该app安装在上位机中，使用时，首先通过用户名、密码登录app，点击蓝牙选择按钮，进入蓝牙设备选择页面，选择蓝牙，app自动连接蓝牙，进行蓝牙数据通信，app接收到通过蓝牙上传的心电数据，进行数据解密、重新组合、数据封装等操作，实时动态显示到app页面，通过按钮点击可以切换2x6、3x4、1x12显示模式，给患者最直观的心电图显示，通过按钮选择，可以对实时心电数据进行低通、高通、工频滤波，将心电数据经过数据重新组合，传递给心率算法，计算出当前的实时心率信息，并实时显示到app页面。点击保存按钮，app进入10s倒计时，开始记录10s内的心电数据信息，10s倒计时结束后，app会自动生成10s内心电信息的pdf文档，保存到pad sd卡上，通过自定义页面显示，实时显示出心电波形，心率数据信息，可以供患者或这医护人员打印，做出相应的诊断报告，使用简单，方便操作，界面数据易懂。
[0068]
请参阅图6，本发明还提供了一种心率计算方法，用于对上述的记录系统中采集的数据进行计算，包括如下步骤：
[0069]
步骤1：滤波算法，本技术针对心电信号所受干扰因素，提出了基线漂移滤波算法、肌电干扰滤波算法和工频干扰滤波算法。本技术采用巴特沃斯滤波器设计滤波算法。巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波特图上，从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷大。滤波器的截止频率的变换是通过先求出待设计滤波器的截止频率与基准滤波器的截止频率的比值m，再用这个m去除滤波器中的所有元件值来实现的，其计算公式如下：m＝待设计滤波器的截止频率/基准滤波器的截止频率；
[0070]
巴特沃斯滤波器的传递函数：
[0071][0072]
其中，n为滤波器的阶数；
[0073]
ωc＝截止频率＝振幅下降为-3分贝时的频率；
[0074]
ω
p
＝通频带边缘频率；
[0075]
滤波过程可以理解为解常系数线性差分方程的过程，形式如下：
[0076][0077]
其中，x(n)序列为滤波前的信号序列，ak和bi为h(z)系统函数分母与分子的系统数组，求出的y(n)即为滤波后的信号序列；
[0078]
其中，x(n)与y(n)的长度要相等，且a0＝1；
[0079]
公式化简如下：
[0080][0081]
步骤2：r波检测算法，对某一导联的心电信号s1通过滤波算法进行滤波处理，得到滤波后的数据s2，在滤波后数据s2中选取一段时间t内的信号st作为样本，准确识别出st的所有r波，然后根据相邻r波的时间间隔得到心率值；
[0082]
基于心电信号r波针型状态，采用高宽比方法进行r波检测，进一步计算心率；
[0083]
包括以下步骤：
[0084]
a：找到所有的峰值点、谷值点，记录下位置和对应的幅度值；
[0085]
b：然后根据公式依次对所有峰、谷等点计算高宽比，并记录位置和相应的高宽比，高宽比计算方式如下：
[0086]
第一个谷值点为p0，其幅值为p0f；峰值点为p1，其幅值为p1f；第二个谷值点为p2，其幅值为p2f，计算高宽比公式为：
[0087][0088]
c：根据高宽比进行排序，相应的位置也跟着排序；
[0089]
d：求取高宽比的数量级，然后根据心率范围选取数量级合适的高宽比和对应位置作为r波待选位置；12导联心电记录仪的心率范围是30-300bpm；
[0090]
e：根据心率范围对应的rr周期对待选位置进行筛选，留下的即为要找的r波；
[0091]
步骤3：计算心率，对找到的st的所有r波位置做记录，个数记为n，位置记为ri，i＝1，2，
…
，n，单导联心电记录仪的采样率为samplerate；
[0092]
a：计算t时间段内的所有rr间期，记为rri；
[0093]
rri＝r
i+1-r
i i＝1，2，...n-1；
[0094]
b：计算rr间期的平均值，公式如下：
[0095][0096]
c：结合采样频率计算t时间段内的心率hr，公式如下：
[0097][0098]
利用该均值即可求得到一定时间长度内的平均心率。
[0099]
本技术提供的方法从采集的一段连续心电信号序列中提r波顶点，并计算出相邻特征点间的时间间隔，再计算这些时间间隔的均值，利用该均值即可求得到一定时间长度内的平均心率。该方法可以快速准确地从心电信号中自动计算得到心率值。
[0100]
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。