一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于電勢和光電檢測法的智能心電監護裝置，包括表體、表蓋、有兩個電極位于表體下面，第三個電極位于表蓋上，使用時需要手指按壓。當位于表蓋上的電極有手指接觸時，設備能自動感應出手指接觸并進行心電圖采集。當沒有手指接觸時，設備自動切換為光電模式，使得光電驅動模塊驅動光電發射管，光電接受管可將接受到的光電信號傳入信號放大模塊經信號濾波模塊進入模數轉換模塊轉化的數字信號最后由處理器處理得到光電容積描記波，用于推算心率。最大的優勢在于心率測量可以直接由單手完成，且裝置能夠自動識別心電電極的連接。
【專利說明】—種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種智能心電監護裝置，尤其是一種將電極電勢測量與光電測量方法相結合的智能心電監護裝置。
【背景技術】
[0002]現有技術中的心電監護裝置帶有心電和血氧檢測雙重功能，能夠在一個腕表上同時檢測血氧和心電。該設備具有便攜，簡單易用等特點。但是該裝置必須依賴于兩個以上電極的良好接觸，測試者必須雙手操作，而且測試時候需要相對靜止以避免運動干擾。此外，反射式血氧飽和檢測方法，因為光電接收管裝置位于光電發射裝置的同側，這只能夠保證接收到同側光電發射裝置發出的光，但這種方法的接收光較透射式微弱而且反射路徑不唯一(其實在人體中有漫反射)，所以很難換算出發射與接受的關系，這樣的反射式血氧的測量方式來測量血氧飽和度，其準確性仍有待商榷。

【發明內容】

[0003]本發明所解決的技術問題是:
[0004]測試者必須雙手操作來保證兩個電極的良好接觸，只能得到心電波形檢測結果，無法實時監控用戶的心跳狀況。位于手腕同側的光電接受裝置只能用以檢測透射光，降低了光電接受裝置的靈敏度和可靠性。同時，穿戴式光電設備面臨的一個最大的問題是如何保持光電傳感器與皮膚的“緊密接觸”，且又不要使人感覺難受。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:
[0006]在一個腕表設備終端上將傳統的電勢法心電圖測量和光電法測量容積波技術相結合，整體構造包括屏幕，表體，表帶，以及傳感器(電極，光電發射管，光電接收管)。對電勢法測量而言，共有3個電極，兩個電極電極1、電極2位于表的下面，貼近皮膚，另外一個電極3位于表蓋上，使用時需要另一個手指按壓。當電極3有手指接觸時，設備能自動感應出手指接觸并進行心電圖采集。當沒有手指接觸時，設備自動切換為光電模式，此時光電驅動模塊驅動光電發射管，發射一定波長的光經人體皮膚組織反射后經光電接收管接收，后經信號放大模塊將微弱的光電信號放大至后續電路能接收的范圍，然后經信號濾波模塊進入模數轉換模塊，轉換成數字信號給處理器。處理器會根據接收信號的狀況來自動調整LED驅動模塊的驅動強度以及驅動頻率等，同時接收來自心電模塊的數據。心電模塊的輸出數據是心電波形。上述電路可能產生的數據兩種數據，一種是單純的PPG，這可以用來推算心率，在這種情況下LED驅動模塊只需要驅動單色光，可以選擇同時驅動也可選擇交替驅動；另一種是血氧飽和度信息，在這種情況下光電驅動模塊需要交替驅動雙色光。 [0007]電勢法測量精度高，具有診斷意義。而當設備處于單電極即單手狀態時多半處于睡眠、走路、跑步狀態，這時設備會自動切換模式至光電傳感模式，實時監控用戶的心跳狀況。同時本設備集成了遠程通訊系統，能將采到的心電數據經GPRS / GSM網絡遠程無線發送給后端服務器/專家系統，由專家系統給出建議。此外，本裝置還可以增加重力加速度傳感器和GPRS定位裝置，方便計算運動量以及定位求助。
[0008]本發明的有益效果是:
[0009]自動檢測電極連接，從而決定工作模式是電勢測量還是光電測量方法；電勢法測量有利于實現診斷級的心電圖，光電法測量有利于實現便捷的心率測量，特別有利于在睡目民、走路、跑步時檢測心率；重力加速度傳感器和GPRS定位裝置，方便計算運動量以及定位求助。本發明是基于互聯網的遠程智能無線終端，所有的信息可經終端發送給后臺服務器，由后臺服務器給出健康建議，這種模式可以大大降低終端的成本；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發明基于電勢和光電檢測法的智能心電監護裝置系統結構圖。
[0011]圖2是本發明基于電勢和光電檢測法的智能心電監護裝置的電路框架圖。
[0012]圖3是本發明基于電勢和光電檢測法的智能心電監護裝置的機械結構圖。
【具體實施方式】
[0013]下面將結合說明書附圖，對本發明作進一步的說明。
[0014]圖1是整個系統的結構圖，這個系統是個腕表狀的設備，整體構造包括屏幕11，表體13，表帶19，以及傳感器(電極12、14、18，光電發射管15、17，光電接收管16，110)。對電勢法測量而言，共有3個電極，兩個電極電極I (14)、電極2 (18)位于表的下面，貼近皮膚，另外一個電極3(12)位于表蓋上，使用時需要另一個手指按壓。當電極3 (12)有手指接觸時，設備能自動感應出手指接觸并進行心電圖采集。當沒有手指接觸時，設備自動切換為光電模式，這種模式能夠在不方便雙手操作時使用，如睡覺、走路、跑步等狀態。該工作模式由LED發光管LED1(15)、LED2(17)和光電接收管I (16)、接收管2 (110)組成，LEDl (15)和LED2(16)可以使不同波長的光也可以`是同種單色光，它們發射出的光經人體皮膚組織吸收反射后，經接收管1(16)和接收管2(110)接收后經進一步的數字處理得到光電容積描記波(Photoplethysmography,以下簡稱PPG),由PPG的波動能得到心率的變化，如果要測量知道血氧飽和度，LEDl (15)、LED2(17)就必須是不同波長光交替照射，如常見的紅光和紅外光。只測心率對光波長沒有具體要求，可以選用低能量光譜如藍光、綠光等降低系統功耗。
[0015]特別提到的是，由于人的腕關節主要由橈骨和尺骨組成，二者不透光，所以選擇光電接收管的位置也是十分講究的，這里接收管1(16)位于發射管的同側，這能夠保證接收到同側發光管LEDl (15)和LED2(17)發出的光，這是典型的反射式血氧的方法，但這種方法的接收光較透射式微弱而且反射路徑不唯一(其實在人體中有漫反射)，所以很難換算出發射與接受的關系(這對測心率沒影響)。因此，增加了另外一個接收管2(110)到手腕的異側用以檢測透射光，在這種情況下，無論表體如何移動，總有一個發光管LEDl (15)或LED2(17)發出的光經皮膚組織透射到接收管2(110)，這種技術提高了接收的靈敏度及可靠性。
[0016]圖2是整個系統的電路框架圖，傳感器電路的實現如圖所示，LED驅動模塊(22)驅動圖1LEDl (15)和LED2(17)燈管，發射一定波長的光經人體皮膚組織(21)反射后經光電接收管，圖1接收管1(16)和接收管2(110)，后經信號放大模塊(23)將微弱的光電信號放大至后續電路能接收的范圍，然后經信號濾波模塊(24)進入模數轉換模塊(25)，轉換成數字信號給處理器(27)。處理器(27)會根據接收信號的狀況來自動調整LED驅動模塊(22)的驅動強度以及驅動頻率等，同時接收來自心電模塊(26)的數據。心電模塊(26)的輸出數據是心電波形。同時，為了降低終端的成本，處理器亦可將采到的心電數據經通訊接口
(28)通過GPRS / GSM網絡遠程無線發送給后端服務器/專家系統，由專家系統給出建議。上述電路可能產生的數據兩種數據，一種是單純的PPG，這可以用來推算心率，在這種情況下LED驅動模塊(22)只需要驅動單色光的圖1LEDl (15)和LED2 (17)，如低成本的藍光或綠光源，可以選擇同時驅動也可選擇交替驅動；另一種是血氧飽和度信息，在這種情況下LED驅動模塊(22)需要交替驅動雙色光的圖1LEDl (15)和LED2 (17)，經典的做法是一個選取紅光(660nm波長)，另一個選取紅外光(910nm波長)。需要注意的是，選取經典的雙色光的驅動效果是比較好的，但是問題在于其光電管的成本較高以及紅光和紅外光經人體吸收太多導致檢測信號極度微弱等問題。[0017]圖3是設備終端關于光電傳感器的機械結構設計，穿戴式光電設備面臨的一個最大的問題是如何保持光電傳感器與皮膚的“緊密接觸”，這里的“緊密接觸”是指既要使傳感器不離開皮膚又不要使人感覺難受。因此，本發明給出了一個設計實例，用于克服接觸舒適度問題。這里的LEDl發光管(15)、LED2發光管(17)和接收管(16)三者由一個剛性的扭力梁(35)連接在一起，各自的后面放置了一個彈簧件用以調節與皮膚的接觸度，有一個固定軸位于PDl接收管(33)中，這樣LEDl發光管(15)和LED2發光管2(17)在受力時會以接收管(16)為軸心旋轉保證至少有一個發光管與皮膚接觸。表體西周放有遮光罩(36)來遮擋自然光的干擾。同時本裝置可以集成遠程通訊系統，能將采到的心電數據經GPRS / GSM網絡遠程無線發送給后端服務器/專家系統，由專家系統給出建議。此外，本裝置還可以增加重力加速度傳感器和GPRS定位裝置，方便計算運動量以及定位求助。
[0018]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置，包括表體(13)、電極I (14)、電極3 (12)，這兩個電極分別位于表體下面和表蓋上，用以心電波形檢測，其特征在于，表體(13)下面設置另一個電極電極2(18)，在電極3(12)沒有被接觸時，裝置可自動切換為光電模式，使得光電驅動模塊(22)驅動光電發射管，光電接收管1(16)與光電發射管處于被測部位的同側，光電接受管1(16)可將接受到的光電信號傳入信號放大模塊(23)，經信號濾波模塊(24)進入模數轉換模塊(25)，轉化的數字信號最后由處理器(27)處理得到光電容積描記波。
2.如權利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置，其特征在于，還包括通訊接口(28)，與所述處理器連接，用于外部設備通信。
3.如權利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置，其特征在于，兩個光電發射管可以發射不同波長的光來測量血氧飽和度。
4.如權利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置，其特征在于，光電發射管為LED燈管(15,17)。
5.如權利要求3所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置，其特征在于，兩個光電發射管發射的光分別是660nm波長的紅光和910nm波長的紅外光。
6.如權利要求3所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置，其特征在于，增加了另外一個光電接受管(110)位于被測部位的異側用以檢測透射光。
7.如權利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置，其特征在于，表體四周設置有遮光罩(36)，用于遮擋自然光的干擾。
8.如權利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置，其特征在于，兩個光電發射管、光電 接收管I (16)這三者由一個剛性扭力梁(35)連接在一起，各自后面放置一個彈簧件用以調節與皮膚的接觸度，有一個固定軸位于接受管中，使得光電發射裝置在受力時會以接收管為軸心旋轉保證至少有一個光電發射裝置與皮膚接觸。
9.如權利要求1所述的一種基于電勢和光電檢測方法的智能心電監護裝置，其特征在于，還增加了集成重力加速度傳 感器和GPRS定位裝置。
【文檔編號】A61B5/0402GK103876726SQ201310566441
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】洪智, 羅倩倩 申請人:江蘇達科信息科技有限公司