專利名稱：生理信號監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生理信號的采集及監(jiān)測，尤其涉及一種生理信號監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平越來越高，人們的健康問題也越來越突出。心腦血管疾病、高血壓處于高發(fā)期，發(fā)病年齡越來越早。這種疾病都有一個長期累積的過程，發(fā)病突然并危險。 如何監(jiān)測發(fā)病的規(guī)律，在具有發(fā)病征兆時提前預(yù)警就顯得尤為重要。從醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療領(lǐng)域的角度來看，人體維持生命的各個器官的運行都會伴隨生物電的產(chǎn)生和傳遞，通過對于生物電的研究和觀測，可以較為直觀地了解器官的運行情況。 因此，生物電的監(jiān)測非常重要。但是作為生理信號的生物電非常微弱，還需要經(jīng)過放大等后續(xù)處理才能被用于判斷患者的生理狀況。以心電監(jiān)測為例，醫(yī)生使用心電圖作為心臟疾病診斷的重要參考。常規(guī)心電圖是病人在靜臥情況下由醫(yī)院的心電圖儀記錄的短時間心電活動，心電圖儀通常采用12導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)采集心電信號，需在身體各部分放置金屬電極，電極通過導(dǎo)聯(lián)線與心電圖機電流計的正負極相連。導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)在采集心電信號時會受到外界的干擾，因此信號采集后的后續(xù)處理電路需要將干擾信號消除，將心電信號放大后輸出，在常規(guī)的心電圖儀中是通過被稱為“接觸電極”的導(dǎo)聯(lián)電路作為公共回路來消除干擾信號的，首先從采集到的信號電路中分離出干擾信號經(jīng)反相放大，然后經(jīng)“接觸電極”反注入人體內(nèi)通過人體導(dǎo)入各導(dǎo)聯(lián)來消除干擾信號。在實際應(yīng)用中，放大后的反相干擾信號與原干擾信號實際并不能完全抵消，因此還需要經(jīng)過多重濾波等手段才能獲得相對可靠的心電信號。因此，心電圖儀還包括放大電路和濾波電路等，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要在醫(yī)院中由專人操作。由于心臟病發(fā)作帶有很大的偶然性和突發(fā)性，所以在非發(fā)作期做常規(guī)心電圖檢查獲取疾病信息的幾率很低。為獲得有效監(jiān)護信息，就需要長期、實時、準確的生理信號監(jiān)測數(shù)據(jù)，這就要求監(jiān)測儀器操作要簡單，患者可自行在家中即可使用，同時需要佩戴在身體上不影響日常生活，其結(jié)構(gòu)電路的設(shè)計要保證儀器小巧，攜帶方便。另一方面，生物電的監(jiān)測首先需使用檢測電極對生物電進行采集。從檢出方式上，檢測電極基本可劃分為內(nèi)置式(包括刺入式和植入式)；外置式。 外置式電極是將電極與人體體表接觸，從體表引導(dǎo)出生物電信號，也被稱為“引導(dǎo)式電極”。 在體表生物電檢測過程中，對檢測到的信號務(wù)求真實和穩(wěn)定。但體表皮膚與檢測電極之間穩(wěn)定、可靠地接觸是不易做到的。接觸狀態(tài)的不穩(wěn)定，會直接導(dǎo)致接觸電阻的變化，造成醫(yī)學(xué)界稱之為“偽差波形”的失真，而在多路檢測和共模式檢測中，接觸電阻的變化和不平衡還會引起很大的外輸入噪聲和工頻干擾，甚至影響測量。為解決上述問題，在以往的生物電采集過程中采用金屬材料制作采集電極，做成 “負壓吸附”或“粘貼”方式，同時對檢測點的皮膚做相應(yīng)地處理，即用細砂紙打磨掉皮膚角質(zhì)層、清洗、涂抹導(dǎo)電膏，以求電極在信號采集過程中與皮膚的相對固定接觸和接觸電阻的相對穩(wěn)定。
金屬電極和電極的使用方式雖然可以檢測出體表電信號，但也存在很多問題。金屬與皮膚的接觸會造成金屬分子對皮膚的滲入，“負壓吸附”會造成局部紅腫淤血、皮膚和皮下組織損傷及皮膚和皮下組織導(dǎo)電性能的改變，還會產(chǎn)生影響檢測真實性的半電池效應(yīng)。半電池效應(yīng)是金屬引導(dǎo)電極在使用過程中形成的一種超低頻干擾。它的成因是 在使用金屬引導(dǎo)電極時，為求與皮膚形成穩(wěn)定的接觸狀態(tài)，預(yù)先要清潔皮膚、使用導(dǎo)電膏。 在檢測過程中，清潔溶液、導(dǎo)電膏和人體體表滲出液混合形成了有大量離子的電解質(zhì)溶液。 電解質(zhì)溶液與金屬電極接觸時，金屬電極的原子將會失去一些電子進入溶液，而溶液中的一些金屬離子將在金屬電極表面沉積。這兩種過程相對平衡時，在金屬電極和溶液接觸面附近形成電荷分布層，也叫雙電層，并將建立一個平衡電位差。這種過程和結(jié)果宛如半個電解質(zhì)電池，被稱為半電池效應(yīng)。當有電流(包括信號電流、干擾信號電流、放大器輸入電流等)流過電解質(zhì)溶液和金屬電極時，會使金屬電極產(chǎn)生極化現(xiàn)象。流過電流的變化，將使半電池的電位和金屬電極的極化現(xiàn)象隨之改變。而使用粘貼的方式，在長時間檢測過程中，容易造成皮膚腺堵塞和皮膚過敏的現(xiàn)象，也不能確保采集到的信號真實有效。在對心電信號較長時段采集記錄時(例如hotler)使用金屬電極即限制了患者的行動，也很難保證心電信號采集的真實，有效。并且，使用金屬電極采集人體體表信號會給人體帶來不舒適感，尤其對兒童患者， 使用金屬電極采集帶來的不舒適感，往往導(dǎo)致其拒絕進行檢查或檢查過程中的不安靜導(dǎo)致電極與皮膚接觸改變，影響檢測結(jié)果或?qū)е聶z測失敗。 導(dǎo)電橡膠指體積電阻在IO9歐姆/厘米以內(nèi)的橡膠，是一種運用在弱電領(lǐng)域的高分子導(dǎo)電材料。根據(jù)導(dǎo)電填料的不同分為金屬系導(dǎo)電橡膠和碳系導(dǎo)電橡膠，金屬系導(dǎo)電橡膠是在橡膠中混合金屬粉和金屬纖維等，比較常見的導(dǎo)電填料如玻璃鍍銀、鋁鍍銀、銀、鎳鍍銀、銅鍍銀和鎳包銅等，這些導(dǎo)電顆粒填充到橡膠中，填充到一定的體積份數(shù)時，相互接觸即可獲得導(dǎo)電性能。中國專利“一種心電數(shù)據(jù)采集帶”(ZL201020202052. 7)公開了一種作為導(dǎo)聯(lián)電極
的金屬系導(dǎo)電橡膠。該導(dǎo)電橡膠將玻璃鍍銀、鋁鍍銀、銀等導(dǎo)電顆粒均勻分布在硅橡膠中， 通過壓力使導(dǎo)電顆粒接觸達到良好的導(dǎo)電性能。因此上述導(dǎo)電橡膠需要摻入金屬顆粒，依靠金屬顆粒的導(dǎo)電性能起到導(dǎo)電的作用，嚴格意義上，仍屬于金屬類電極的范疇。在用該導(dǎo)電橡膠制作的電極與皮膚接觸時，仍然會導(dǎo)致金屬分子對皮膚的滲透，及半電池效應(yīng)的存在。而碳系導(dǎo)電橡膠則是在橡膠中充填炭黑、石墨和碳納米管甚至竹炭等，如中國專利申請“竹炭基高導(dǎo)電橡膠的制備方法O00810244769. 2) ” ；“一種室溫硫化導(dǎo)電硅橡膠及其制備方法(201010011842. 9)，，；“橡膠類聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的制備(ZL00119155. 1) ”。上述現(xiàn)有技術(shù)表明，由于炭黑相對于金屬材料其導(dǎo)電性能稍差，其電阻率為 IO-IO8Ω · cm，其加入炭黑的顆粒大小、比例將影響導(dǎo)電橡膠的導(dǎo)電性能、柔軟度、拉伸強度、拉伸變形率等性能。一方面，碳系導(dǎo)電橡膠的導(dǎo)電性能與摻入的碳量成正比，另一方面，隨著碳摻入量的增加，導(dǎo)電橡膠的硬度也越來越大。且因體積電阻較大，碳系導(dǎo)電橡膠要盡量薄才能獲得較好的導(dǎo)電性能。同時，一般的導(dǎo)電橡膠會摻入對人體有害的添加劑。
綜合上述原因，目前尚未見到將碳系導(dǎo)電橡膠應(yīng)用于作為直接接觸人體的生理信號檢測電極的報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種生理信號監(jiān)測裝置，可長期、實時地提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。本發(fā)明的生理信號監(jiān)測裝置，包括采集電極、一信號放大電路，一信號處理電路， 數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置，采集電極與信號放大電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置構(gòu)成電通路，采集電極包括兩個信號采集電極和一共用參考電極，信號放大電路包括一高阻抗隔離前級、一信號放大器和一共模抑制放大器，高阻抗隔離前級的輸入端連接所述兩信號采集電極的引出部，其輸出端與信號放大器輸入端連接；信號放大器的輸出端與信號處理電路連通；共模抑制放大器與信號放大器的輸出端連接，其輸出端與共用參考電極連接。所述數(shù)據(jù)發(fā)射裝置為無線發(fā)射裝置。所述信號處理電路將信號處理結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流輸出。所述生理信號監(jiān)測裝置具有一殼體，所述信號放大電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置設(shè)置于殼體內(nèi)；殼體前面板上設(shè)置三個與所述信號放大電路電連接的電極接口，其中兩信號采集電極接口對稱設(shè)置于共用參考電極接口兩側(cè)。各所述電極接口均為一固定卡槽，設(shè)導(dǎo)電接觸簧片；各所述電極壓入卡槽內(nèi)，生理信號采集層下表面與接觸簧片具有電連接通路。兩信號采集電極為條狀，共用參考電極為圓環(huán)狀。所述生理信號監(jiān)測裝置采集電極為心電信號采集電極，即生理信號監(jiān)測裝置為心臟信號監(jiān)護儀。所述心臟信號監(jiān)護儀還包括一胸音傳感器(也為心音傳感器，用于監(jiān)測胸音或心音信號)，具有兩引線，一引線接地；一胸音信號放大器，其輸入端與胸音傳感器另一引線電連接，其輸出端與所述信號處理電路具有電連接通路。所述心臟信號監(jiān)護儀還包括一胸音傳感器，具有兩引線，一引線接地；一前級放大器，其輸入端與胸音傳感器另一引線電連接；一胸音信號放大器，其輸入端與前級放大器輸出端連接，其輸出端與所述信號處理電路具有電連接通路。所述胸音傳感器固定于所述共用參考電極內(nèi)環(huán)部。所述胸音傳感器為圓盤形壓電陶瓷片。所述心臟信號監(jiān)護儀包括兩個心電信號采集電極，和一具有相同結(jié)構(gòu)的共用參考電極，其中兩心電信號采集電極為條狀，共用參考電極為圓環(huán)狀；一高阻抗隔離前級電路， 其輸入端連接所述兩心臟采集電極的引出部，其輸出端與心臟信號放大器輸入端連接；心臟信號放大器的輸出端經(jīng)接口電路、A/D轉(zhuǎn)換器與信號處理電路連通；一共模抑制放大器， 與心臟信號放大器的輸出端連接，其輸出端與共用參考電極連接。所述心臟信號監(jiān)護儀還包括一胸音傳感器，具有兩引線，一引線接地；一前級放大器，其輸入端與胸音傳感器另一引線電連接；一胸音信號放大器，其輸入端與前級放大器輸出端連接，其輸出端與所述信號處理電路具有電連接通路；所述胸音傳感器固定于所述參考電極內(nèi)環(huán)部；胸音傳感器經(jīng)前級放大器、胸音放大器、接口電路、A/D轉(zhuǎn)換器與信號處理
6電路連通。生理信號監(jiān)測裝置包括一個或多個生理信號采集電極，一信號放大電路，一信號處理電路，數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置，各采集電極與信號放大電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置構(gòu)成電通路，所述生理信號采集電極，包括一生理信號采集層和一基層，一生理信號采集層下表面和基層上表面接觸，基層上表面與生理信號采集層下表面具有電連接通路；所述生理信號采集層為導(dǎo)電橡膠復(fù)合材料，包含重量百分比70% 85%的橡膠和重量百分比15% 30%的碳粉。所述基層為一金屬片；或為一橡膠基層，一生理信號采集層下表面連接穿出橡膠基層的引線；或包括一第一金屬片，橡膠基層和一第二金屬片；所述生理信號采集層、第一金屬片、橡膠基層、第二金屬片依次層疊，一引線穿透橡膠基層連接所述第一金屬片和第二金屬片ο所述碳粉為800-1200目碳粉，所述生理信號采集層的厚度為0. 8mm 1. Omm ；所
述橡膠基層的硬度小于所述生理信號采集層的硬度，厚度大于所述生理信號采集層的厚度。所述生理信號采集層包含的橡膠選自符合國際食品安全標準的橡膠。所述生理信號采集層非與基層接觸的表面光滑平整；本發(fā)明的生理信號監(jiān)測裝置，采用二個信號采集電極和一個置于兩采集電極之間的共用參考電極。將采集到兩種信號其一是要采集的生理信號，即以身體為源向皮膚傳導(dǎo)的心電信號；其二為周圍空間存在的工頻電磁場和其他干擾電磁場通過人體及皮膚向地傳導(dǎo)的工頻干擾和其他干擾信號。而兩個信號采集電極與共用參考電極排列為對稱方式，且共用參考電極在兩個采集電極之間的中點位置，兩信號采集電極為條狀，共用參考電極為圓環(huán)狀，使兩個信號采集電極以共用參考電極為對稱中心，采集到的信號可分解為兩個大小相等、極性相反的生理信號(稱差模信號)和兩個大小相等、極性相同的干擾信號(包括工頻干擾)(稱共模干擾信號)，共模干擾信號的傳輸路徑是通過人體進入大地，其實際參考點是大地。本發(fā)明的生理信號監(jiān)測裝置，通過設(shè)置共模抑制放大器和高阻抗隔離前極，保證了生理信號不失真和信號的靈敏度。信號放大器的輸入端設(shè)計為三端雙輸入抗共模電路。 其對共模信號只做傳導(dǎo)，而對差模信號進行放大，而放大器的前級(輸入級)設(shè)計增益為 1 (高阻抗隔離)。由于采集電極的共用參考極不連接大地，參考極同樣會引入很大的干擾信號；從放大器的輸出端取出隨被采集的生理信號同時進入放大器的共模干擾信號連接到共模抑制放大器的輸入引腳，通過共模抑制放大器將其放大輸出并連接到共用參考電極， 用以抵消參考電極(及與皮膚接觸的電阻)上引入的干擾信號，達到為心電信號放大器去除干擾的作用，大大提高心臟信號放大器的信噪比。高阻抗隔離放大器，前級設(shè)計增益為1，其呈現(xiàn)的阻抗為原輸入阻抗的幾萬到十萬倍(數(shù)值為幾百兆到幾千兆歐姆)那么，從身體傳出電信號到信號放大器的全部路徑電阻 (包括人體傳導(dǎo)電阻、皮膚傳導(dǎo)電阻、采集電極與皮膚接觸電阻、采集電極的體積電阻等) 及電阻變化的影響都會降到很小，可以忽略不計。因此本發(fā)明的采集電極只需貼住皮膚并固定即可，而不需要對皮膚進行處理。本發(fā)明的生理信號監(jiān)測裝置，采用無線數(shù)據(jù)發(fā)射裝置，利于信號數(shù)據(jù)的實時傳送。
本發(fā)明的生理信號監(jiān)測裝置，信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流發(fā)送，降低了對無線網(wǎng)絡(luò)資源的占用，保證多用戶信號數(shù)據(jù)的實時、連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明的生理信號監(jiān)測裝置，在殼體上設(shè)置卡合式的電極接口，電極可方便地拆卸和更換。本發(fā)明的心臟監(jiān)護裝置，同時提供心電和胸音信號，為準確判斷用戶的生理狀況提供更加全面的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的心臟監(jiān)護裝置中采用圓盤形壓電陶瓷片作為胸音傳感器，減小了其他形狀壓電陶瓷在壓力——電信號轉(zhuǎn)換過程中，頻率不均勻性而引起的采集失真。將壓電陶瓷片放置在圓環(huán)形共用參考電極內(nèi)，可以造成一個小的胸音采集空腔， 提高了采集的靈敏度。本發(fā)明的生理信號監(jiān)測裝置的采集電極，采用導(dǎo)電橡膠，避免了金屬電極及金屬類導(dǎo)電橡膠存在的離子滲入和半電池效應(yīng)；另一方面，由于加入了基層材料，避免了由于導(dǎo)電橡膠作為電極使用時因為太薄和太硬的原因而帶來的負面效果。本發(fā)明在導(dǎo)電橡膠采集層外設(shè)一硬度較低、厚度較厚的橡膠基層，降低了電極的整體硬度；再者，本發(fā)明的導(dǎo)電橡膠采集層采用符合食品安全標準的不含添加劑的橡膠材料，無毒副作用，適合于與人體長時間接觸使用。通過信號采集層、金屬片、橡膠基層、金屬片的設(shè)計，一方面與人體接觸面為安全的導(dǎo)電橡膠；同時利用了金屬材料的傳導(dǎo)作用，保證了信號的靈敏度和穩(wěn)定度；另外，整體電極的硬度降低，消除給人體帶來的不適合感。使用裝配本發(fā)明的心臟監(jiān)護儀，不會影響患者的日?；顒?。除極劇烈運動(打球、 賽跑等)和特殊運動(游泳)外，醫(yī)護人員和患者能隨時通過心電、胸音曲線了解心臟的狀態(tài)。使用裝配本發(fā)明的醫(yī)用數(shù)據(jù)非金屬檢測電極的心臟監(jiān)護儀，不會給患者帶來不舒適的感覺，長期使用亦不會給皮膚和皮下組織造成任何損傷。


圖1是本發(fā)明實施例的心臟監(jiān)護儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的心臟監(jiān)護儀的采集電極的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的心臟監(jiān)護儀采集面上固定卡槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例的心臟監(jiān)護儀采集面的采集電極排列示意圖；圖5是本發(fā)明實施例的心臟監(jiān)護儀中心電信號采集放大電路的原理圖；圖6是本發(fā)明實施例的心臟監(jiān)護儀發(fā)送的信號曲線截圖。
具體實施例方式實施例1導(dǎo)電橡膠的制備將重量百分比70%的橡膠基料與30%的1200目的碳粉混合均勻；倒入型模中固化成型即可。本發(fā)明選用符合國家食品安全標準的橡膠，杜絕橡膠的毒副作用。制得的導(dǎo)電橡膠硬度為65°，厚度約為1mm，體積電阻100 Ω。
為減小由于人體體表皮膚分泌的油脂、汗液及帶出的各種體內(nèi)排出物粘連采集極表面而影響檢測結(jié)果，導(dǎo)電橡膠貼近皮膚的一面要平整光滑。電極的制備將上述方法獲得 導(dǎo)電橡膠制備為電極，包括導(dǎo)電橡膠采集層和橡膠基層，兩者依次層疊，導(dǎo)電橡膠采集層連接穿出橡膠基層的引線。橡膠基層厚度8mm，用橡膠基料按設(shè)計的硬度加入固化劑型模成型，硬度設(shè)定在 30° 35°。實施例2導(dǎo)電橡膠的制備將重量百分比85%的橡膠基料與15%的800目的碳粉混合均勻；倒入型模中固化成型即可。制得的導(dǎo)電橡膠的硬度為50°，厚度約為0. 8mm,體積電阻約為400 Ω。電極的制備電極包括上述方法獲得導(dǎo)電橡膠采集層和金屬片，兩者依次層疊形成電通路。金屬片為銅片，厚度為0.3mm。實施例3導(dǎo)電橡膠的制備將重量百分比80%的橡膠基料與20%的1000目的碳粉混合均勻；倒入型模中固化成型即可。制得的導(dǎo)電橡膠的硬度為60°，厚度約為0. 8mm,體積電阻約為300 Ω。電極的制備本發(fā)明的采集電極10包括導(dǎo)電橡膠信號采集層1，第一金屬片2，橡膠基層3和第二金屬片1，四層依次層疊排列。兩層金屬片之間用細金屬引線(約0.1mm)4連接為電通路。該采集電極10的結(jié)構(gòu)參見圖2。金屬片厚度0. Imm,表面鍍金。橡膠基層厚度4mm，用橡膠基料按設(shè)計的硬度加入固化劑型模成型，硬度設(shè)定在 30° 35°導(dǎo)電橡膠信號采集層，第一金屬片，橡膠基層和第二金屬片可用粘接或熱熔的方法使之成為一體。這樣，電極整體的硬度遠低于導(dǎo)電橡膠的硬度。實施例4以實施例3獲得的電極制備的生理信號監(jiān)測裝置，該裝置為心臟監(jiān)護儀，其采集電極為心電信號采集電極。如圖1所示，本發(fā)明的生理信號監(jiān)測裝置包括兩條信號通路其一為心電信號通路，采集電極采到的心電信號經(jīng)隔離前級傳輸至心電信號放大器，經(jīng)由接口電路，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，交由微處理器進行信號處理，然后通過藍牙等無線發(fā)射裝置發(fā)射給相應(yīng)的后臺進行處理。其中，微處理器并不是象現(xiàn)有技術(shù)中的通過數(shù)據(jù)楨的模式傳輸心電圖像信號，而是將信號處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流輸出。其二為胸音信號通路，胸音傳感器9，如壓電陶瓷片，將同步采集的胸音信號經(jīng)前級放大電路傳送至胸音信號放大器，經(jīng)由接口電路，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，交由微處理器進行信號處理，然后通過藍牙等無線發(fā)射裝置發(fā)射。同樣地，微處理器將信號處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)流輸出。心臟監(jiān)護儀具有一殼體，信號放大電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置設(shè)置于殼體內(nèi)；殼體前面板上設(shè)置三個與所述信號放大電路電連接的電極接口，其中兩信號采集7電極接口對稱設(shè)置于共用參考電極8接口兩側(cè)。參見圖4心臟信號監(jiān)護儀設(shè)有兩采集電極7和一共用參考電極8，采用三端雙向輸入。如圖 1和圖4所示，使用兩個長條形采集電極7和一個圓圈形共用參考極8。兩采集電極7的引出部分別與隔離前級的輸入端連接，隔離前級的輸出端與心電放大器的輸入端連接，心電放大器的一輸出端連接接口電路，將采集電極獲得的差模信號發(fā)送到A/D轉(zhuǎn)換器；心電放大器的該輸出端同時引出連接共模抑制放大器的輸入腳，共模抑制放大器的輸出腳連接共用參考極，抵消共用參考電極引入的干擾信號。心電信號采集放大電路部分的工作原理參見圖5，Rl、R2、R3、R4、Al、A2、R5、R6、R7 和R9構(gòu)成了高阻抗隔離前級7，設(shè)計增益為1 ;R8、A3、A4、R10、R11、R12和R13構(gòu)成了心臟信號放大器8 ；A5、A6、R14、R15、R16、R17和R18構(gòu)成共模抑制放大器9。兩心電采集極5輸入Jl和J2，共用參考極6連接J3。當兩心電采集極5和共用參考極6按圖4的排列方式置于患者前胸左側(cè)時，如果Jl和J3之間提取一個正相心電信號，則J2和J3之間提取一個反相信號(具體由采集電極的排列位置決定)，這樣的心電信號就是差模信號。同時Jl、J2和J3對地提取三個同相的共模干擾信號。放大器Al和A2以1 1的放大量把這兩個信號傳到輸出端。放大器Al和A2分別把信號傳輸?shù)椒糯笃鰽3和A4的輸入端，放大器A3和A4對差模信號放大，對共模干擾信號只傳輸不放大，在放大器A3和A4的輸出端上，心電信號被放大并相位相反，共模干擾信號不被放大且同相。在放大器A3的輸出端與放大器A4的輸出端連接兩只相同阻值的電阻R12和R13， 連接在一起的連接點為K，對于差模信號，K點在兩個反相信號的中點，其信號為零；對于共模干擾信號，K點在兩個同相信號的中點，其信號與兩放大器的輸出端相同，把K點連接到共模抑制放大器的輸入端，共模抑制放大器的輸出端通過J3與共用參考極連接，則從K點獲得的共模干擾信號又反相輸入到共用參考極，皮膚在與J3接觸電阻上的干擾信號與采集放大電路的零點對共用參考極的信號就完全一樣了，也就起到了消除共模干擾信號的作用。共用參考極的中間固定胸音檢測用的傳感器圓盤形壓電陶瓷片，傳感器的兩引出線分別連接到線路“地”和通過前級放大器到胸音放大器輸入端。為了使心臟監(jiān)護儀體積小，且便于長期佩戴，如圖4所示，心臟信號監(jiān)護儀的前面板上設(shè)計有用于固定采集電極的固定卡槽5，卡槽5內(nèi)裝有接觸簧片6，接觸簧片用細導(dǎo)線焊接并分別連接到高阻抗隔離前級的同相輸入端和共模抑制放大器輸出端。把采集電極摁入卡槽內(nèi)固定。心臟監(jiān)護儀設(shè)外接電源接口，或內(nèi)置電源，內(nèi)置電源可選用可充電電池，以提供電源。使用時只需要將心臟監(jiān)護儀的電極采集面緊貼前胸左側(cè)皮膚，穿上純棉緊身背
10心，以固定心臟監(jiān)護儀的檢測位置。比較干燥的天氣或冬季，可用溫水潤一下接觸采集電極部位的皮膚。開啟心臟監(jiān)護儀后，其檢測到的心電信號和胸音信號曲線圖(如圖6所示)即可通過藍牙發(fā)射器發(fā)送到后臺監(jiān)控終端。圖6顯示了實時監(jiān)測到的一個時間段的心電信號和胸音信號曲線截圖，圖右上角顯示信號采集的時間，圖中上方的曲線表示心電信號，下方曲線表示的是胸音信號。后臺監(jiān)控終端可根據(jù)上述曲線圖中出現(xiàn)異常圖形來判斷患者的心臟狀況，比如在圖6(b)中兩個R 波之間的一個低于R波的上升波顯示患者可能心臟早搏，需進一步的診療。使用本發(fā)明的心臟監(jiān)護儀，不會影響患者的日?；顒?。除極劇烈運動(打球、賽跑等)和特殊運動(游泳)外，醫(yī)護人員和患者能隨時通過心電、胸音曲線了解心臟的狀態(tài)， 不會給患者帶來不舒適的感覺，長期使用亦不會給皮膚和皮下組織造成任何損傷。
權(quán)利要求
1.一種生理信號監(jiān)測裝置，包括采集電極、一信號放大電路，一信號處理電路，數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置，采集電極與信號放大電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置構(gòu)成電通路，其特征在于，采集電極包括兩個信號采集電極和一共用參考電極，信號放大電路包括一高阻抗隔離前級、一信號放大器和一共模抑制放大器，高阻抗隔離前級的輸入端連接所述兩信號采集電極的引出部，其輸出端與信號放大器輸入端連接；信號放大器的輸出端與信號處理電路連通；共模抑制放大器與信號放大器的輸出端連接，其輸出端與共用參考電極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述信號處理電路將信號處理結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)發(fā)射裝置為無線發(fā)射裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述生理信號監(jiān)測裝置具有一殼體，所述信號放大電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置設(shè)置于殼體內(nèi)；殼體前面板上設(shè)置三個與所述信號放大電路電連接的電極接口，其中兩信號采集電極接口對稱設(shè)置于共用參考電極接口兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，各所述電極接口均為一固定卡槽，設(shè)導(dǎo)電接觸簧片；各所述電極壓入卡槽內(nèi)，生理信號采集層下表面與接觸簧片具有電連接通路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，兩信號采集電極為條狀，共用參考電極為圓環(huán)狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述信號采集電極為心電信號采集電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述生理信號監(jiān)測裝置還包括一胸音傳感器，具有兩引線，一引線接地；一胸音信號放大器，其輸入端與胸音傳感器另一引線電連接，其輸出端與所述信號處理電路具有電連接通路。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述生理信號監(jiān)測裝置還包括一胸音傳感器，具有兩引線，一引線接地；一前級放大器，其輸入端與胸音傳感器另一引線電連接；一胸音信號放大器，其輸入端與前級放大器輸出端連接，其輸出端與所述信號處理電路具有電連接通路。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述胸音傳感器固定于所述共用參考電極內(nèi)環(huán)部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述胸音傳感器為圓盤形壓電陶瓷片。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述采集電極為生理信號采集電極，包括一生理信號采集層和一基層，一生理信號采集層下表面和基層上表面接觸， 基層上表面與生理信號采集層下表面具有電連接通路；所述生理信號采集層包含重量百分比70% 85%的橡膠和重量百分比15% 30%的碳粉。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述基層為一金屬片；或為一橡膠基層，生理信號采集層下表面連接穿出橡膠基層的引線；或包括一第一金屬片，橡膠基層和一第二金屬片，所述生理信號采集層、第一金屬片、橡膠基層、第二金屬片依次層疊，一引線穿透橡膠基層連接所述第一金屬片和第二金屬片。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的生理信號采集電極，其特征在于，所述碳粉為800-1200目碳粉，所述生理信號采集層的厚度為0. 8mm 1. Omm ；所述生理信號采集層非與基層接觸的表面光滑平整；所述生理信號采集層包含的橡膠選自符合國際食品安全標準的橡膠。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的生理信號監(jiān)測裝置，其特征在于，所述生理信號采集層、第一金屬片、橡膠基層、第二金屬片采用粘接或熱熔的方法成為一體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生理信號監(jiān)測裝置，包括采集電極、一信號放大電路，一信號處理電路，數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置，采集電極與信號放大電路、信號處理電路、數(shù)據(jù)輸出接口或數(shù)據(jù)發(fā)射裝置構(gòu)成電通路，采集電極包括兩個信號采集電極和一共用參考電極，信號放大電路包括一高阻抗隔離前級、一信號放大器和一共模抑制放大器，高阻抗隔離前級的輸入端連接所述兩信號采集電極的引出部，其輸出端與信號放大器輸入端連接；信號放大器的輸出端與信號處理電路連通；共模抑制放大器與信號放大器的輸出端連接，其輸出端與共用參考電極連接。本發(fā)明的生理信號監(jiān)測裝置，通過設(shè)置共模抑制放大器和高阻抗隔離前極，保證了生理信號不失真和信號的靈敏度。
文檔編號A61B7/04GK102178521SQ201110095060
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者崔偉, 張思琦 申請人:北京正業(yè)德盈科技有限公司, 張思琦