心电感测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种心电感测系统，包含感测装置、差动放大电路、滤波电路、快速转换电路、模拟数字转换接口、以及通讯电路。其中，感测装置包含二金属电极用以接收生物电信号；差动放大电路用以放大生物电信号；滤波电路用以从生物电信号中滤除噪声而获得生理特征信号；快速转换电路用以分析生理特征信号并输出功率频谱曲线；模拟数字转换接口接收功率频谱曲线，并使功率频谱曲线经由通讯电路存储于数据库中以监控生理特征信号。本发明系统构成简单且操作方便，使用者不需身处医院就可实时测量并监控心脏活动，从而可以提高心电图记录的机动性及简便性。
【专利说明】
心电感测系统
技术领域
[0001] 本发明是有关于一种心电感测系统，特别是有关于一种能够提高心电图记录的机 动性及简便性的心电感测系统。
【背景技术】
[0002] 心电描记技术（Electrocardiography，ECG)，是通过在皮肤上设置接触电极，经由 胸腔将心脏的电生理活动以时间为单位记录下来的诊疗技术，属于无创性的记录方式。
[0003] 简单来说，ECG的工作原理就是利用心脏跳动时，在皮肤表面产生的极小电变化， 将此电变化以传感器捕捉并放大即可描绘出心电图。通常，在肢体上需放置至少3个电极， 并将其两两组成一对进行测量。例如，左臂电极（left arm, LA)、右臂电极（right arm, RA)和左腿电极（left leg, LU的组合可包含LA+RA、RA+LL及LA+LL。每个电极对的输出 信号称为一组导程，可使医师从不同的角度获得心脏的电变化。
[0004] 心电图的种类可以从导程的数量来分类，例如有3导程心电图、5导程心电图及12 导程心电图等。12导程心电图属于临床研究中最常见的一种，可以同时记录体表12组导程 的电位变化，并在心电图纸上描绘出12组导程信号，常用于一次性的心电图诊断。3导程 及5导程心电图则多用于需要连续监测心脏活动的情况，如手术过程中或在救护车转运病 人的监护中。根据仪器的不同，连续监测的结果有时可能无法完整的记录下来。
[0005] 另外，就心电图的后续电路而言，目前都是以订做的线路来完成，并加上专属的程 序以进行信号或心率变异度的分析。这些订做的线路都包含大量复杂的放大器电路，而分 析程序也都是以相当昂贵的PC或工作站来完成。另外，现今大部分的心电图测量仪器的体 积也都非常巨大，导致心电图的测量及分析技术，一直无法延伸到医院以外的区域。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种心电感测系统，不需身处医院就可实 时测量并监控心脏活动，以提高心电图记录的机动性及简便性。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明实施例采用以下技术方案：一种心电感测系统，其 包含感测装置、差动放大电路、滤波电路、快速转换电路、模拟数字转换接口及通讯电路。其 中，感测装置包含以黄铜镀铬材料形成的二导程金属电极，用以接收生物电信号；差动放大 电路，与感测装置电性连接而形成回路，以放大生物电信号；滤波电路与差动放大电路电性 连接而形成回路，以从生物电信号中滤除噪声而获得生理特征信号；快速转换电路与滤波 电路电性连接而形成回路，使用心率变异参数频域分析方法实时分析生理特征信号，并输 出功率频谱曲线；模拟数字转换接口位于计算机系统中，其电性连接快速转换电路以接收 功率频谱曲线；通讯电路与计算机系统电性连接而形成回路，使功率频谱曲线经由通讯电 路存储于云端数据库中，以实时监控生理特征信号。
[0008] 优选地，计算机系统从功率频谱曲线获得低频与总频功率比，以测量出生理特征 信号中的交感神经定量指标。
[0009] 优选地，计算机系统从功率频谱曲线获得低高频比值，以反应出生理特征信号中 的自主神经平衡指标。
[0010] 优选地，计算机系统从功率频谱曲线获得总功率，以评估生理特征信号中的心率 变异度。
[0011] 优选地，二导程金属电极与人体的接触电阻值介于10 Ω~100Ω之间。
[0012] 优选地，感测装置与差动放大电路之间还包含至少一高电阻，用以阻绝高电流，高 电阻的电阻值介于1ΜΩ~1〇 ΜΩ之间。
[0013] 优选地，差动放大电路包含仪表放大器，用以将生物电信号的电压以增益1000的 放大倍率输出。
[0014] 优选地，差动放大电路还包含补偿电路，与仪表放大器电性连接，用以补偿所输出 的生物电信号的电压，同时提高差动放大电路的放大倍率的精度。
[0015] 优选地，滤波电路包含带通滤波器，用以将频率为60Hz的市电频率从生物电信号 中滤除。
[0016] 优选地，滤波电路包含低通滤波器及高通滤波器，低通滤波器及高通滤波器系分 别将频率在0. 5Hz以下及频率在IOOHz以上的噪声从生物电信号中滤除。
[0017] 与现有结构相较之下，本发明具有以下的优点：本发明系统构成简单且操作方便， 使用者不需身处医院就可实时测量并监控心脏活动，从而可以提高心电图记录的机动性及 简便性。
【附图说明】
[0018] 图1是根据例示性实施例而显示本发明的心电感测系统的功能方块图。
[0019] 图2是根据例示性实施例而显示本发明的心电感测系统的实施流程图。
【具体实施方式】
[0020] 为使本发明的上述特征对所属领域的普通技术人员能更加地明显易懂，以下将举 例示性实施例并配合其附图，详细说明本发明心电感测系统的实施例，为使便于理解，下述 实施例中的相同组件是以相同的元件标号来说明。
[0021] 请参照图1，是根据例示性实施例而显示本发明的心电感测系统的功能方块图。如 图1所示，本发明提供一种心电感测系统100,其包含：感测装置10、差动放大电路20、滤波 电路30、快速转换电路40、计算机系统50及通讯电路60。
[0022] 感测装置10包含以黄铜镀铬材料形成的二导程金属电极11，用以接收生物电信 号。本发明的感测装置10主要是通过金属电极11接触双手手掌以获得生物电信号，由于 双手的掌心是整个手掌皮肤较细致且较薄的位置，因此以双手的掌心作为感测点可得到较 准确的心电信号值。举例而言，本发明是利用二导程金属电极11分别接触于双手的掌心， 且金属电极11均为干式电极并以黄铜镀铬的金属材料形成，因此本发明的二导程金属电 极与人体的接触电阻值介于10Ω~100Ω之间。另外，感测装置10还可包含电源电路12， 用以提供后续电路所需的整流电压。
[0023] 差动放大电路20与感测装置10电性连接而形成回路，以放大生物电信号。其中， 差动放大电路20可包含仪表放大器21及补偿电路22。仪表放大器21可将生物电信号的 电压以增益1000的放大倍率输出，补偿电路22可与仪表放大器21电性连接，以补偿所输 出的生物电信号的电压，同时提高差动放大电路20的放大倍率的精度。另外，感测装置10 与差动放大电路20之间可进一步包含至少一高电阻，用以阻绝高电流通过双手掌心进入 人体。高电阻的电阻值优选介于1ΜΩ~1〇 ΜΩ之间。
[0024] 滤波电路30与差动放大电路20电性连接而形成回路，以从生物电信号中滤除噪 声而获得生理特征信号。其中，滤波电路30包含带通滤波器31、低通滤波器32以及高通滤 波器33。带通滤波器31可用以将频率为60Hz的市电频率从生物电信号中滤除，低通滤波 器32及高通滤波器33则可分别将频率在0. 5Hz以下及频率在IOOHz以上的噪声从生物电 信号中滤除。
[0025] 快速转换电路40与滤波电路30电性连接而形成回路，使用心率变异参数频 域分析方法实时分析生理特征信号，并输出功率频谱曲线。其中，心率变异参数频域分 析方法是把任意的时域函数（time domain)以数学方法，例如，拉普拉斯转换（Laplace Transform)、傅立叶变换（Fourier Transform)或 Z-转换（Z-Transform)等，转换成频域 函数（frequency domain)，其可包含周期性函数及非周期性函数等。在本发明的优选实施 例中，快速转换电路40可为快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform)电路。
[0026] 根据例示性实施例，本发明是将时域中取得的所有R-R波间期（R-R interval)以 非参数方法进行的频域分析。因此，快速转换电路40会将从滤波电路30中获得的生理特 征信号分割为三个范围：极低频、低频、及高频部分。
[0027] 极低频（very low frequency, VLF)，频率范围约在0· 00~0.0 lHz之间。可根据此 频段作为判断反应交感与副交感神经系统的指针，影响因子有周边的压力感受器、温度调 节反应、以及血管张力反射等。
[0028] 低频（low frequency, LF)，频率范围约在0· 04~0. 15Hz之间。可根据此频段作为 判断反应副交感神经的活动能力的指标，波峰值会随着呼吸而有所变动。
[0029] 高频（high frequency, HF)，频率范围约在0· 15~0· 40Hz之间。可根据此频段作 为判断交感神经的活动能力的指标。
[0030] 根据上述说明的三个频段中的功率，快速转换电路40可输出功率频谱曲线，并根 据功率频谱曲线中包含的各个参数来得知心脏在进行活动时的状况。例如，表示功率频谱 曲线下的面积总和的参数称为总功率（total power，TP)，且根据其频率大小的不同又可 分为低频功率（low frequency power)及高频功率（high frequency power)。
[0031 ] 根据例示性实施例，本发明主要使用的频率功率的参数可归纳为以下三种：低频 与总频功率比（low frequency and total power proportion, LFP)、低高频比值（low frequency/ high frequency, LF/HF)、以及总功率。其中，LFP是交感神经的活性定量指 标；LF/HF可反应自主神经活性平衡；TP可评估心率整体变异度。另外，使用于本发明的参 数频率范围及其单位如下表1所示。
[0032]表 1
根据本发明的例示性实施例，计算机系统50可包含模拟数字转换接口 51，其电性连接 快速转换电路40以接收并分析功率频谱曲线。其中，计算机系统50可通过模拟数字转换 接口 51将转换后的功率频谱曲线进行分析。根据以上说明，计算机系统50可从功率频谱 曲线获得低频与总频功率比，以测量出生理特征信号中的交感神经定量指标；从功率频谱 曲线获得低高频比值，以反应出生理特征信号中的自主神经平衡指标；以及从功率频谱曲 线获得总功率，以评估生理特征信号中的心率变异度。
[0033] 通讯电路60与计算机系统50电性连接而形成回路，使功率频谱曲线经由通讯电 路存储于云端数据库中，以实时监控生理特征信号。
[0034] 请参照图2,是根据例示性实施例而显示本发明的心电感测系统的实施流程图。如 图2所示，本发明的心电感测系统所使用的感测方法包含以下步骤：利用二导程金属电极 分别与双手手掌接触，以接收生物电信号（SI);使用差动放大电路放大生物电信号（S2);借 助于滤波电路从生物电信号中滤除噪声而获得生理特征信号（S3);借助于快速转换电路利 用心率变异参数频域分析方法实时分析生理特征信号并输出功率频谱曲线（S4);计算机系 统根据功率频谱曲线而获得低频与总频功率比、低高频比值、以及总功率（S5);经由通讯电 路将获得的参数存储于云端数据库中以实时监控生理特征信号（S6 )。
[0035] 虽然本发明已以实施例揭露如上，但以上实施例仅为举例性的，而非为限制性的。 任何未脱离本发明的创作实旨与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明 的专利保护范围之内。
【主权项】
1. 一种心电感测系统，其特征在于，其包含： 感测装置，包含以黄铜镀铬材料形成的二导程金属电极，用以接收生物电信号； 差动放大电路，与该感测装置电性连接而形成回路，以放大该生物电信号； 滤波电路，与该差动放大电路电性连接而形成回路，以从该生物电信号之中滤除噪声 而获得生理特征信号； 快速转换电路，与该滤波电路电性连接而形成回路，使用心率变异参数频域分析方法 实时分析该生理特征信号，并输出功率频谱曲线； 模拟数字转换接口，该模拟数字转换接口位于计算机系统中，其电性连接该快速转换 电路以接收该功率频谱曲线；以及 通讯电路，与该计算机系统电性连接而形成回路，使该功率频谱曲线经由该通讯电路 存储于云端数据库中，以实时监控该生理特征信号。2. 如权利要求1所述的心电感测系统，其特征在于，该计算机系统从该功率频谱曲线 获得低频与总频功率比，以测量出该生理特征信号中的交感神经定量指标。3. 如权利要求1所述的心电感测系统，其特征在于，该计算机系统从该功率频谱曲线 获得低高频比值，以反应出该生理特征信号中的自主神经平衡指标。4. 如权利要求1所述的心电感测系统，其特征在于，该计算机系统从该功率频谱曲线 获得总功率，以评估该生理特征信号中的心率变异度。5. 如权利要求1所述的心电感测系统，其特征在于，该二导程金属电极与人体的接触 电阻值介于1〇Ω~10〇Ω之间。6. 如权利要求1所述的心电感测系统，其特征在于，该感测装置与该差动放大电路之 间还包含至少一高电阻，用以阻绝高电流，该高电阻的电阻值介于1ΜΩ~1〇 ΜΩ之间。7. 如权利要求1所述的心电感测系统，其特征在于，该差动放大电路包含仪表放大 器，用以将该生物电信号之电压以增益1〇〇〇的放大倍率输出。8. 如权利要求7所述的心电感测系统，其特征在于，该差动放大电路还包含补偿电 路，与该仪表放大器电性连接，用以补偿所输出的该生物电信号的电压，同时提高该差动放 大电路的放大倍率的精度。9. 如权利要求1所述的心电感测系统，其特征在于，该滤波电路包含带通滤波器，用 以将频率为60赫兹（Hz)的市电频率从该生物电信号中滤除。10. 如权利要求1所述的心电感测系统，其特征在于，该滤波电路包含低通滤波器及 高通滤波器，该低通滤波器及该高通滤波器分别将频率在0.5赫兹（Hz)以下及频率在100 赫兹（Hz)以上的噪声从该生物电信号之中滤除。
【文档编号】A61B5/0402GK105982660SQ201510044913
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月29日
【发明人】邹朝圣
【申请人】邹朝圣