一种心脏信号监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及医疗电子仪器领域，尤其涉及一种心脏信号监测系统。


背景技术：

2.心电图(electrocardiogram，ecg)用于记录人体心电活动所引起的心电变化，能反映人体生理活动状况，对于医生诊断具有重大意义。但是，ecg信号是一种非常微弱的生理信号，其变化的电压幅值范围在1mv到4mv之间，频率在0.05到100hz之间，且在ecg信号的收集过程中，通常会存在许多种噪声，主要包括：基线漂移、肌电干扰、工频干扰及运动干扰。
3.心震图(seismocardiography，scg)用于测量心脏搏动、泵血时，心肌收缩所产生的微小震动。心震图能更可靠地帮助评估心脏泵血能力，心脏泵瓣膜异常等，这是对心电图的一个更好的补充，然而，心震信号也是非常微小的震动信号，同样受运动干扰严重。
4.这些干扰信号都会严重影信号波形的识别，从而导致出现误诊现象。为了抑制这些干扰信号，我们可以从三个方向考虑：其一，设计并优化滤波器；其二，通过传感器收集参考的干扰信号，然后在采集到的信号中排除干扰信号；其三，从算法的角度进行设计，识别并滤掉干扰信号。
5.市面上穿戴式心脏监测设备多是心电采集设备；而本实用新型基于穿戴式单导联心电信号采集的基础上增加了心震信号采集，同时利用多个结构采集处理信号，这为在移动医疗及监测中以多维度来分析心脏机能提供了基础。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种心脏信号监测系统，通过在穿戴式单导联心电信号采集的基础上增加心震信号采集，并对多种信号采集进行优化设计，从而提升信号质量，以在移动医疗的应用中提升对用户心脏机能评估的全面性及稳定性。
7.本实用新型提供了一种心脏信号监测系统，包括控制器以及与所述控制器连接的心脏信号采集模块、存储模块、显示模块和蓝牙模块；其中，所述心脏信号采集模块包括依次连接的电极组模块、信号收集器模块、仪表放大器模块及低通滤波和二级放大电路；
8.所述电极组模块包括的第一电极组和第二电极组，所述信号收集器模块包括与所述第一电极组及第二电极组的输出端均有连接的心电信号收集器和震动信号收集器；所述信号收集器模块还包括运动信号传感器；所述仪表放大器模块包括与所述心电信号收集器连接的第一仪表放大器以及与所述震动信号收集器连接的第二仪表放大器。
9.在进一步的实施方案中，所述第一仪表放大器和所述第二仪表放大器均包括静电保护电路、高通滤波器、电极失调抑制环路、电路反馈放大器和阻抗提高电路和齐纳击穿保护模块，其中，所述高通滤波器、电极失调抑制环路、电路反馈放大器和阻抗提高电路并联设置于所述静电保护电路和所述齐纳击穿保护模块之间。
10.在进一步的实施方案中，所述静电保护电路包括若干个静电阻抗器。
11.在进一步的实施方案中，所述低通滤波和二级放大电路包括与所述第一仪表放大器连接的第一低通滤波和二级放大电路、与所述第二仪表放大器连接的第二低通滤波和二级放大电路，其中，所述第一低通滤波和二级放大电路与所述第二低通滤波和二级放大电路均包括第一至第四电阻、第一电容、第二电容和集成运算放大器；
12.所述第一电阻的一端连接所述低通滤波和二级放大电路的输入端，所述第一电阻的另一端通过第二电阻连接所述集成运算放大器的同相输入端；
13.所述集成运算放大器的同相输入端还通过所述第二电容接地，所述集成运算放大器的反相输入端通过所述第三电阻连接所述集成运算放大器的输出端，所述集成运算放大器的反相输入端还通过所述第四电阻接地；
14.所述第一电容设置在所述第一电阻和所述第二电阻的共同端与所述集成运算放大器的输出端之间。
15.在进一步的实施方案中，所述第三电阻为可调电阻。
16.在进一步的实施方案中，所述第一电极组及第二电极组均包括自上而下依次设置的第一层材料结构和第二层材料结构，所述第一层材料结构包括导电材料涂层，所述第二层材料结构包括压电薄膜材料层，其中，所述导电材料涂层与人体皮肤表面直接接触。
17.在进一步的实施方案中，所述第一电极组包括第一心电信号电极组和第一震动信号电极组；
18.所述第二电极组包括第二心电信号电极组和第二震动信号电极组；
19.其中，所述第一心电信号电极组和第二心电信号电极组均包括导电材料涂层，所述导电材料涂层与所述心电信号收集器模块连接，所述导电涂层与人体皮肤表面直接接触；
20.所述第一震动信号电极组和第二震动信号电极组均包括压电薄膜材料层，压电薄膜材料层与所述震动信号收集器连接。
21.在进一步的实施方案中，所述第一震动信号电极组和第二震动信号电极组构成桥接电路。
22.在进一步的实施方案中，所述运动信号传感器置于所述第一电极组和所述第二电极组的结构正中心处。
23.本实用新型提供了一种心脏信号监测系统，包括控制器以及与所述控制器连接的心脏信号采集模块、存储模块、显示模块和蓝牙模块；其中，所述心脏信号采集模块包括依次连接的电极组模块、信号收集器模块、仪表放大器模块及低通滤波和二级放大电路。本实用新型通过电极组模块、信号收集器模块等采集心电信号心震信号以及运动参考信号，从而为得到可靠的人体心电信号及心震信号提供了基础，为生理体征数据分析提供了有效的支撑，同时，本实用新型提供的心脏信号监测系统具有抗干扰能力强，具有更好的适应性等优点。
附图说明
24.图1是本实用新型实施例提供的一种心脏信号监测系统的结构框图；
25.图2是本实用新型实施例提供的心脏信号采集模块结构框图；
26.图3是本实用新型实施例提供的电极组模块结构示意图；
27.图4是本实用新型实施例提供的心电电极组连接及等效原理示意图；
28.图5是本实用新型实施例提供的心震电极组连接及等效原理示意图；
29.图6是本实用新型实施例提供的仪表放大器结构示意图；
30.图7是本实用新型实施例提供的低通滤波和二级放大电路图。
具体实施方式
31.下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本实用新型的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制，因为在不脱离本实用新型精神和范围基础上，可以对本实用新型进行许多改变。
32.参考图1，本实用新型实施例提供了一种心脏信号监测系统，包括控制器以及控制器所连接的心脏信号采集模块，存储模块，显示模块和蓝牙模块，本实用新型提供的监测系统可设于心脏信号采集胸带、胸贴、衣服等可佩戴位置处。
33.其中，如图2所示，所述心脏信号采集模块包括依次连接的电极组模块1、信号收集器模块2、仪表放大器模3以及低通滤波和二级放大电路4。
34.在一个实施例中，所述电极组模块1包括第一电极组和第二电极组；所述第一电极组和所述第二电极组均至少包含两层材料结构，其中，如图3所示，两层材料结构包括自上而下依次设置的第一层材料结构17和第二层材料结构18，在本实施例中，所述第一层材料结构包括导电材料涂层，所述第二层材料结构包括压电薄膜材料层，所述导电材料涂层与人体皮肤表面直接接触。
35.在另一实施例中，所述第一电极组包括自上而下依次层叠设置的第一心电信号电极组和第一震动信号电极组，所述第二电极组包括自上而下依次层叠设置的第二心电信号电极组和第二震动信号电极组；其中，所述第一心电信号电极组和所述第二心电信号电极组均包括导电材料涂层，所述第一震动信号电极组和所述第二震动信号电极组均包括压电薄膜材料层；在本实施例中，所述导电材料涂层与所述心电信号收集器连接，所述导电材料涂层与人体皮肤表面直接接触，以采集心电信号；所述压电薄膜材料层通过与所述震动信号收集器连接，以透过电极的震动采集心震信号。
36.在本实施例中，所述第一心电信号电极组和所述第一震动信号电极组均包括两个电极12、13，所述第二心电信号电极组和所述第二震动信号电极组均包括两个电极14、15；需要说明的是，此处为了便于说明，因此，将心电信号电极组和震动信号电极组中的电极均描述为电极12、13、14、15。
37.如图4所示，所述第一心电信号电极组中两个电极12、13的导电材料涂层相互连接，所述第二心电信号电极组中两个电极14、15的导电材料涂层相互连接，以增大皮肤的接触面积，便于监测、采集心电信号。
38.如图5所示，所述第一震动信号电极组和所述第二震动信号电极组中压电薄膜材料层的电极连接关系为：所述压电薄膜材料层的电极12和电极13连接，所述压电薄膜材料层的电极14和电极15连接，所述压电薄膜材料层的电极12和电极14连接，所述压电薄膜材料层的电极13和电极15连接；本实施例设置的压电薄膜材料层电极的连接关系，可以使其
形成桥接电路，从而增加输入端的接收灵敏度，便于震动信号的接收。
39.在一个实施例中，如图2所示，所述信号收集器模块2包括与所述第一电极组及第二电极组的输出端对应均有连接的心电信号收集器和震动信号收集器，所述信号收集器模块2还包括运动信号传感器。
40.在图3中，所述运动信号传感器16是六轴传感器，其置于所述第一电极组和所述第二电极组的结构正中心位置处，同步的运动信号采集用于为后续消除心电信号及心震信号的运动干扰提供基础。
41.在一个实施例中，所述仪表放大器模块3包括与所述心电信号收集器连接的第一仪表放大器以及与所述震动信号收集器连接的第二仪表放大器，在本实施例中，如图6所示，所述第一仪表放大器和所述第二仪表放大器均包括静电保护电路31、高通滤波器32、电极失调抑制环路33、电路反馈放大器34和阻抗提高电路35和齐纳击穿保护模块36，其中，所述高通滤波器32、电极失调抑制环路33、电路反馈放大器34和阻抗提高电路35并联设置于所述静电保护电路31和所述齐纳击穿保护模块36之间；需要说明的是，针对心电信号及心震信号，本实施例中的第一仪表放大器和第二仪表放大器性能相同，参数配置因两种信号略有差异。在本实施例中，所述第一仪表放大器用于对采集到的心电信号进行一级放大；所述第二仪表放大器用于对采集到的震动信号进行一级放大。
42.在本实施例中，所述静电保护电路31包括若干个静电阻抗器，其用于消除人体皮肤产生的静电，防止静电进入后续电路信号产生影响；所述高通滤波器32用于除去基线漂移、呼吸干扰；所述电极失调抑制环路33用于抑制由于电极与人体皮肤表面长时间接触而产生的直流电极失调电压；所述阻抗提高电路35用于提高输入阻抗。
43.本实施例在两个仪表放大器中均设置了静电保护电路、高通滤波器、电极失调抑制环路、电路反馈放大器和阻抗提高电路和齐纳击穿保护模块，不仅能够有效抑制噪声，提升输入阻抗和静电保护能力，而且避免了由电极与皮肤长时间接触而产生的直流电极失调电压的影响。
44.在一个实施例中，如图7所示，所述低通滤波和二级放大电路4包括与所述第一仪表放大器连接的第一低通滤波和二级放大电路以及与所述第二仪表放大器连接的第二低通滤波和二级放大电路，在本实施例中，所述第一低通滤波和二级放大电路与所述第二低通滤波和二级放大电路均包括第一至第四电阻、第一电容、第二电容和集成运算放大器；
45.所述第一电阻r1的一端连接所述低通滤波和二级放大电路的输入端vin，所述第一电阻r1的另一端通过第二电阻r2连接所述集成运算放大器的同相输入端；
46.所述集成运算放大器的同相输入端还通过所述第二电容c2接地，所述集成运算放大器的反相输入端通过所述第三电阻r3连接所述集成运算放大器的输出端vout，所述集成运算放大器的反相输入端还通过所述第四电阻r4接地；
47.所述第一电容c1设置在所述第一电阻r1和所述第二电阻r2的共同端与所述集成运算放大器的输出端vout之间。
48.在本实施例中，所述低通滤波和二级放大电路4为一截止频率、增益和品质因数均可调的有源低通滤波器，其截止频率fc、增益gain和品质因数q分别为：
[0049][0050][0051][0052]
其中，所述第三电阻为可调电阻，本实施例通过调节第三电阻r3即可改变截止频率fc、增益gain和品质因数q的值。
[0053]
本实施例采用的低通滤波和二级放大电路4为二阶滤波，其具有输入阻抗高和增益易配置等优点。
[0054]
本实施例通过将人体心电信号以及心震信号进行一级放大，最后由控制器同步采集的心电信号、心震信号以及运动参考信号，从而为后续消除心电信号和心震信号中的运动信号干扰提供可靠的数据基础。
[0055]
本实用新型实施例提供的一种心脏信号监测系统，包括控制器以及控制器所连接的心脏信号采集模块，存储模块，显示模块和蓝牙模块。其中，所述心脏信号采集模块包括依次连接的电极组模块、信号收集器模块、仪表放大器模块、以及低通滤波和二级放大电路对采集到心电信号和心震信号。信号收集器模块同时包括运动信号传感器，用于消除运动干扰对心电信号及心震信号的影响，从而得到可靠的人体心电信号及心震信号，同时通过仪表放大器模块有效消除了信号中的噪声，提升了输入阻抗和静电保护能力。本实用新型提供的心脏信号监测系统为生理体征数据分析提供了有效的支撑，具有抗干扰能力强，具有更好的适应性等优点。
[0056]
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。