專利名稱：一種基于非接觸式電極陣列的心電監(jiān)測床墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及心電監(jiān)測裝置，尤其是涉及一種基于非接觸式電極陣列的心電監(jiān)測床墊，屬于生物電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
心血管疾病是威脅人類健康的主要疾病之一，尤其針對某些心臟疾病，如心率失常、心肌缺血等，它們具有間歇性和突發(fā)性，因而長期、動態(tài)心電監(jiān)護(hù)對這類病癥具有重要的診斷意義。對于醫(yī)院病房的重癥病人和家庭年邁體弱的心臟病患者，夜間睡眠過程中的實時心電監(jiān)測是十分必要的。
·[0003]然而，傳統(tǒng)心電測量裝置在睡眠監(jiān)護(hù)中，存在以下弊端I) 一次性Ag/AgCl電極片通過導(dǎo)電膠與人體皮膚相接觸，在長時間的監(jiān)測過程中會因?qū)щ娔z的干化發(fā)生電極脫落，或引起局部皮膚的過敏反應(yīng)，使得患者感到不舒適；2)患者必須脫去上衣接受心電監(jiān)測，或必須通過導(dǎo)聯(lián)線與監(jiān)護(hù)設(shè)備連接，使得被測者在睡眠過程中不能發(fā)生較大的翻動；3)倘若患者在夜間下床，則必須拆卸電極或更換新的電極片，十分不便和浪費。4)現(xiàn)有基于接觸式電極的便攜式、可穿戴的心電測量背心或胸帶，在長時間的睡眠監(jiān)護(hù)中可能會造成患者呼吸困難。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于非接觸式電極陣列的心電監(jiān)測床墊，能使得患者在穿著自己的內(nèi)衣或T恤的情況下，方便、舒適地進(jìn)行睡眠過程中的心臟監(jiān)護(hù)，不影響人的正常生活。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下的具體技術(shù)方案一種基于非接觸式電極陣列的心電監(jiān)測床墊，其特征是監(jiān)測床墊上設(shè)有非接觸式電極陣列、參考電極以及采集主板，其中非接觸式電極陣列呈一排間隔布置，與人體的上半身位置對應(yīng)，每個電極均為圓形雙面PCB板，與人體直接對應(yīng)的一面PCB板上設(shè)有三個區(qū)，三個區(qū)之間電絕緣，中心圓區(qū)為裸露的感應(yīng)片，依次向外設(shè)有環(huán)形屏蔽區(qū)及環(huán)形地線區(qū)，另一面PCB板上也設(shè)有三個區(qū)，中心圓為敷銅區(qū)，敷銅區(qū)中心設(shè)有包括前置運算放大器的貼片焊接區(qū)，敷銅區(qū)外圍為環(huán)形地線區(qū)，前置運算放大器的輸出端分別與環(huán)形屏蔽區(qū)及敷銅區(qū)連接，前置運算放大器的模擬信號地端分別與兩個面上的環(huán)形地線區(qū)連接，前置運算放大器的輸入端連接感應(yīng)片的信號輸出；每個電極均設(shè)置在一個敞口的圓形金屬屏蔽盒內(nèi)，金屬屏蔽盒固定在監(jiān)測床墊相應(yīng)的圓孔中，其敞口端暴露于監(jiān)測床墊的上表面，電極與人體直接對應(yīng)的一面位于敞口端;參考電極為一塊導(dǎo)電織物，設(shè)置在監(jiān)測床墊的上表面，與人體的下半身位置對應(yīng)；心電采集主板為雙面PCB板，其中一面集成了前端模擬信號調(diào)理電路，包括多路信號選二電路、儀表放大電路、濾波電路、二級放大電路以及右腿驅(qū)動電路；雙面PCB板的另一面集成了以MSP430單片機為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時采樣以及藍(lán)牙無線通訊模塊；電極陣列中各個電極的前置運算放大器的輸出信號均連接多路信號選二電路，多路信號選二電路的輸出連接儀表放大電路，儀表放大電路的輸出分別連接濾波電路及右腿驅(qū)動電路，濾波電路的輸出連接二級放大電路，二級放大電路的輸出連接MSP430單片機，MSP430單片機的輸出分別連接多路信號選二電路及藍(lán)牙無線通訊模塊，右腿驅(qū)動電路輸出連接參考電極。每個非接觸式電極輸出與采集主板輸入之間，可采用USB接口及數(shù)據(jù)線連接，金屬屏蔽盒側(cè)面設(shè)有相應(yīng)的缺口。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點與效果1，無論是非接觸式電極陣列，還是織物參考電極，均與人體容性耦合(電極與皮膚隔著衣服間接接觸)，被測者在睡眠中可穿著自己的內(nèi)衣或T恤，躺在鋪有該床墊的床上進(jìn)行夜間睡眠過程中的實時心電監(jiān)測； 2，非接觸式電極陣列排成一行，在患者改變睡眠姿勢的情況下，通過外部計算機軟件的分析，依然可以對心電信號進(jìn)行連續(xù)測量；3，患者無需受到檢測裝置的影響，可隨意下床，恢復(fù)測量時只需再躺下即可，操作簡單，實用而方便；4，鋰電池供電、低功耗系統(tǒng)設(shè)計、無線數(shù)據(jù)傳輸，使得該裝置使用起來靈活、便攜，患者在整個測量過程中能感到十分舒適、自然。

圖I是本實用新型使用狀態(tài)的平面示意圖；圖2是本實用新型監(jiān)測床墊的立體圖；圖3是非接觸式電極的雙面PCB板示意圖；圖4是非接觸式電極的半封閉金屬屏蔽盒示意圖；圖5是本實用新型心電采集主板原理框圖。
具體實施方式
如圖I、2所示，監(jiān)測床墊3平鋪在病床或正常家庭使用的床5上，4為枕頭。監(jiān)測床墊3可制成60*40*0. 5cm，其上嵌入一排非接觸式電極陣列I (至少為2個，實施例為8個，間距3 IOcm)，暴露在監(jiān)測床墊3上設(shè)置的相應(yīng)圓孔表面。參考電極2為一塊45*35cm面積金屬織物混紡，縫制在監(jiān)測床墊3的上表面。非接觸式電極陣列I與人體躺臥時的背部對應(yīng)，參考電極2與腰部、臀部及大腿對應(yīng)。心電采集盒6內(nèi)置心電采集主板，活動固定在監(jiān)測床墊3的背側(cè)。如圖3，圖A為圓形(直徑3. 9cm)雙面PCB板的暴露面(朝向人體，與人體隔衣接觸)，設(shè)有同一平面三個區(qū)，三個區(qū)之間電絕緣，中心圓區(qū)11為裸露的感應(yīng)片，隔著衣服容性耦合人體體表的心電電位，依次向外設(shè)有環(huán)形屏蔽區(qū)12(寬度O. 35cm)及環(huán)形地線區(qū)13 (寬度O. 35cm)。另一面(圖B) PCB板上也設(shè)有三個區(qū)，中心圓16為敷銅區(qū)，敷銅區(qū)中心設(shè)有包括前置運算放大器14的貼片焊接區(qū)(由于非接觸式測量的信號源阻抗較高，設(shè)置具有高輸入阻抗的前置運算放大電路14，作為貼片元件被焊接在PCB板的表面上，實現(xiàn)了信號提取時的阻抗匹配)，敷銅區(qū)外圍為環(huán)形地線區(qū)17。15為miniUSB母座，內(nèi)部5根線除一根懸空外，其余四根分別為電源VCC、參考電源Vref、模擬信號地GND和信號線Signal ;單電源供電的情況下，參考電壓Vref的值為電源Vcc的一半。前置運算放大器14的輸出分別與環(huán)形屏蔽圈12、敷銅區(qū)16電氣連接，感應(yīng)片11和環(huán)形屏蔽圈12共同所占的區(qū)域與圓形敷銅16相對稱，電氣信號一致；兩個面上的地線屏蔽圈13、17也對稱，均與前置運算放大器14的模擬信號地GND電氣連接，共同構(gòu)成了 “有源屏蔽”結(jié)構(gòu)，包裹著感應(yīng)片11，有效屏蔽了感應(yīng)片11周圍的噪聲，同時對于心電信號本身的影響很小。兩個面上對稱的環(huán)形地線屏蔽圈13、17;尤其是環(huán)形地線屏蔽圈13，表面電氣裸露(鍍了一層錫)，它與人的衣服直接接觸，給淤積的摩擦電位和靜電位提供了排泄通路。感應(yīng)片11通過孔與另一面上的前置運算放大電路14的輸入端電氣連接。將圖3圓形雙面PCB板定位于圖4所示的半封閉圓形金屬屏蔽盒7的敞口 10端·的卡口處(設(shè)有感應(yīng)片11的一面朝向敞口，設(shè)有敷銅區(qū)16的一面朝向屏蔽盒內(nèi)腔)，屏蔽盒7的側(cè)面留有缺口 9，供USB接口的插拔。將屏蔽盒7的敞口端10從監(jiān)測床墊3的背面向上嵌入相應(yīng)圓孔中，通過屏蔽盒7底部突出外沿上的多個定位孔8與監(jiān)測床墊3的背面固定。參看圖5，心電采集主板采用雙面PCB板制作，一面集成了前端模擬信號調(diào)理電路，包括電源模塊、八選二電路、儀表放大、濾波電路、二級放大、右腿驅(qū)動電路，另一面集成了以MSP430單片機為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時采樣及藍(lán)牙無線通訊模塊，進(jìn)行無線數(shù)據(jù)發(fā)送，外部的計算機或終端設(shè)備可進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、分析處理、波形顯示和存儲。非接觸式電極輸出與采集主板輸入之間，可通過四芯屏蔽的USB轉(zhuǎn)換線相連，采集主板的輸入端接口采用普通USB母座。參考電極通過導(dǎo)線與右腿驅(qū)動電路的輸出端直接相連。主板采用一塊
3.7V鋰電池穩(wěn)壓供電。采集主板設(shè)置在心電采集盒6內(nèi)，活動安裝在床墊3的底側(cè)，取出心電采集盒，可更換電池或充電。右腿驅(qū)動電路為本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)，是利用反相運算放大器來實現(xiàn)儀表放大器兩輸入端之間共模信號的負(fù)反饋。反相放大器的輸入端提取儀表放大器增益電阻之間的共模信號，反相放大約100倍后,反相放大器的輸出端與織物參考電極相連。被測者可在冬季穿著一件較薄的內(nèi)衣，在夏季可穿著一件純棉T恤，躺下進(jìn)行睡眠過程中的心電監(jiān)護(hù)。非接觸式電極陣列I隔著一層衣服與人的背部皮膚進(jìn)行容性耦合，腰部、臀部及大腿與大面積的參考電極2隔著衣服進(jìn)行容性耦合。該參考電極2與右腿驅(qū)動電路的輸出端相連接，它的作用是將前端非接觸電極陣列耦合到的共模干擾(主要為50Hz噪聲)信號反向放大后，負(fù)反饋回人體，從而來降低共模干擾的幅度。在被測者以不同的姿勢睡眠時，通過單片機控制選取其中信號差較強的兩個電極作為檢測電極，再經(jīng)過儀表放大、濾波電路、二級放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等信號處理后，通過藍(lán)牙無線通訊模塊將心電信號無線發(fā)送給外部的終端設(shè)備(如計算機或手機)，作進(jìn)一步的分析、處理、顯示和存儲。
權(quán)利要求1.一種基于非接觸式電極陣列的心電監(jiān)測床墊，其特征是監(jiān)測床墊上設(shè)有非接觸式電極陣列、參考電極以及采集主板，其中 非接觸式電極陣列呈一排間隔布置，與人體的上半身位置對應(yīng)，每個電極均為圓形雙面PCB板，與人體直接對應(yīng)的一面PCB板上設(shè)有三個區(qū)，三個區(qū)之間電絕緣，中心圓區(qū)為裸露的感應(yīng)片，依次向外設(shè)有環(huán)形屏蔽區(qū)及環(huán)形地線區(qū)，另一面PCB板上也設(shè)有三個區(qū)，中心圓為敷銅區(qū)，敷銅區(qū)中心設(shè)有包括前置運算放大器的貼片焊接區(qū)，敷銅區(qū)外圍為環(huán)形地線區(qū)，前置運算放大器的輸出端分別與環(huán)形屏蔽區(qū)及敷銅區(qū)連接，前置運算放大器的模擬信號地端分別與兩個面上的環(huán)形地線區(qū)連 接，前置運算放大器的輸入端連接感應(yīng)片的信號輸出；每個電極均設(shè)置在一個敞口的圓形金屬屏蔽盒內(nèi)，金屬屏蔽盒固定在監(jiān)測床墊相應(yīng)的圓孔中，其敞口端暴露于監(jiān)測床墊的上表面，電極與人體直接對應(yīng)的一面位于敞口端； 參考電極為一塊導(dǎo)電織物，設(shè)置在監(jiān)測床墊的上表面，與人體的下半身位置對應(yīng)；心電采集主板為雙面PCB板，其中一面集成了前端模擬信號調(diào)理電路，包括多路信號選二電路、儀表放大電路、濾波電路、二級放大電路以及右腿驅(qū)動電路；雙面PCB板的另一面集成了以MSP430單片機為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時采樣以及藍(lán)牙無線通訊模塊；電極陣列中各個電極的前置運算放大器的輸出信號均連接多路信號選二電路，多路信號選二電路的輸出連接儀表放大電路，儀表放大電路的輸出分別連接濾波電路及右腿驅(qū)動電路，濾波電路的輸出連接二級放大電路，二級放大電路的輸出連接MSP430單片機，MSP430單片機的輸出分別連接多路信號選二電路及藍(lán)牙無線通訊模塊，右腿驅(qū)動電路輸出連接參考電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于非接觸式電極陣列的心電監(jiān)測床墊，其特征是每個非接觸式電極輸出與采集主板輸入之間采用USB接口及數(shù)據(jù)線連接，金屬屏蔽盒側(cè)面設(shè)有相應(yīng)的缺口。
專利摘要一種基于非接觸式電極陣列的心電監(jiān)測床墊，陣列中的每個電極均為圓形雙面PCB板，一面上設(shè)有三個區(qū)，中心圓區(qū)為感應(yīng)片，依次向外設(shè)有屏蔽區(qū)及地線區(qū)，另一面上也設(shè)有三個區(qū)，中心圓為敷銅區(qū)，中心設(shè)有前置運算放大器貼片，敷銅區(qū)外圍為地線區(qū)，前置運算放大器的輸出端與屏蔽區(qū)及敷銅區(qū)連接，前置運算放大器的地端與兩個面上的地線區(qū)連接，前置運算放大器的輸入端連接感應(yīng)片的輸出。心電采集主板為雙面PCB板，一面集成了多路信號選二電路、儀表放大電路、濾波電路、二級放大電路以及右腿驅(qū)動電路，另一面集成了以MSP430單片機為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時采樣以及藍(lán)牙無線通訊模塊，參考電極為一塊導(dǎo)電織物，與右腿驅(qū)動電路輸出連接。
文檔編號A61B5/0402GK202699127SQ20122018716
公開日2013年1月30日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者劉夢星, 汪豐, 魯豫杰, 呂菲, 周平 申請人:東南大學(xué)