可穿戴心電信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及可穿戴健康醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種可穿戴心電信號(hào)監(jiān)測(cè)處理方 法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著以心血管疾病為首的慢性病在老年人中的患病率越來(lái)越高，并且具 有病因及病情復(fù)雜、患病時(shí)間長(zhǎng)、醫(yī)療成本高、需要長(zhǎng)期管理等特點(diǎn)，越來(lái)越多患者期望將 健康監(jiān)護(hù)模式由醫(yī)院為中心向以家庭為中心轉(zhuǎn)變，通過(guò)個(gè)人健康管理來(lái)抑制老年慢性病快 速上升的趨勢(shì)，從而降低醫(yī)療經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。對(duì)于非常重要的心電信號(hào)在心臟疾病以及其他慢 性疾病的監(jiān)護(hù)診療中具有重要意義，是人類(lèi)最早研宄并應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床的生物電信號(hào)之 一。動(dòng)態(tài)心電圖是臨床分析病情、確立診斷重要的客觀依據(jù)，包括休息、活動(dòng)、工作學(xué)習(xí)和睡 眠等不同狀況下的心電數(shù)據(jù)，它能夠更加完整地記錄心臟狀況，為診斷提供更加準(zhǔn)確的依 據(jù)。醫(yī)院中的大型心電監(jiān)護(hù)設(shè)備體積龐大，至少需要12根連接線進(jìn)行測(cè)量，給患者帶來(lái)不 適感，同時(shí)增加了就醫(yī)成本；另一方面心電傳感器直接影響到監(jiān)測(cè)的信號(hào)質(zhì)量和佩戴的舒 適性，尤其對(duì)于長(zhǎng)期的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，電極的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，目前臨床心電電極是帶有電 解凝膠的濕電極，會(huì)導(dǎo)致皮膚過(guò)敏以及由于皮膚脫水引起的信號(hào)衰減，所以不適合用于長(zhǎng) 期監(jiān)護(hù)。
[0003] 針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)提出了多種基于可穿戴織物電極的心電監(jiān)護(hù)裝置，中國(guó)專(zhuān)利 號(hào)200920089699. 8公開(kāi)了一種帶數(shù)據(jù)記錄裝置的可穿戴心電電極背心，電極由銀和復(fù)合 纖維織造而成，可對(duì)采集的心電信號(hào)進(jìn)行采集和發(fā)送；中國(guó)專(zhuān)利號(hào)201120506497. 6公開(kāi)了 一種可穿戴心電信號(hào)測(cè)量裝置，心電電極可以采集信號(hào)并進(jìn)行處理和發(fā)送，可獲取心電波 信號(hào)和心率值；專(zhuān)利號(hào)201120303457. 1公開(kāi)了一種偵測(cè)人體心電訊號(hào)的穿戴衣物，心電電 極由導(dǎo)電布縫制在衣服上，心電信號(hào)處理電路、傳輸器等放置于一個(gè)殼體內(nèi)，數(shù)據(jù)可為病患 或者醫(yī)生提供醫(yī)療參考。
[0004] 雖然以上專(zhuān)利都是基于可穿戴技術(shù)采用了柔性織物電極，能夠成功的達(dá)到長(zhǎng)期監(jiān) 護(hù)心電信號(hào)的目的，然而織物電極制作起來(lái)較為復(fù)雜，甚至需要制造設(shè)備才能完成，同時(shí)也 沒(méi)有考慮到織物電極在人體活動(dòng)的情況下檢測(cè)心電會(huì)帶來(lái)很大的運(yùn)動(dòng)偽跡干擾。與其它干 擾具有特定的頻率范圍不同，它具有動(dòng)態(tài)的頻率范圍，并且幅度較大，容易損壞或淹沒(méi)生物 信號(hào)，它將導(dǎo)致不合理的處理和錯(cuò)誤的診斷，給監(jiān)護(hù)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。運(yùn)動(dòng)偽跡會(huì)很大程 度上干擾心電信號(hào)的有效性，很有可能導(dǎo)致對(duì)心電信號(hào)參數(shù)錯(cuò)誤的評(píng)估以及觸發(fā)錯(cuò)誤的報(bào) 警。因此，如何有效地抑制動(dòng)態(tài)心電信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽跡是可穿戴健康監(jiān)護(hù)中必需要解決的 關(guān)鍵問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可穿戴心電信號(hào)監(jiān)測(cè)處理方法和裝置，能夠 在在不妨礙日?；顒?dòng)的情況下隨時(shí)隨地地監(jiān)測(cè)人體的心臟活動(dòng)狀況。
[0006] 可穿戴心電信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于：所述裝置由彈性胸帶、柔性織物心電電 極、中央控制盒以及內(nèi)連線組成，柔性織物心電電極和中央控制盒嵌入彈性胸帶中；其中
[0007] 所述柔性織物心電電極設(shè)置于胸帶內(nèi)側(cè)適當(dāng)位置，并且電極為突起設(shè)置，保證與 皮膚完全接觸；優(yōu)選地，該柔性織物心電電極采用印制或直接涂覆導(dǎo)電液的方式制成；為 方便不同的胸帶的形狀設(shè)置，柔性織物心電電極的形狀可以設(shè)置成圓形、橢圓形或多邊形 等形狀，也可以美化的圖案等方式設(shè)置形狀。
[0008] 優(yōu)選地，采用單通道導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)方法，胸帶上至少配置三個(gè)柔性織物心電電極，其 中兩個(gè)電極對(duì)應(yīng)在左胸和右胸。
[0009] 所述中央控制盒至少包含心電信號(hào)采集調(diào)理單元、加速度采集單元、信號(hào)處理單 元、無(wú)線通訊單元；此外，中央控制盒還可以包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、電源單元，所述存儲(chǔ)單元存 儲(chǔ)在心電信號(hào)監(jiān)測(cè)過(guò)程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、特征及心臟異變狀況的分析數(shù)據(jù)，電源單元為整 個(gè)裝置提供供電。
[0010] 所述心電信號(hào)采集調(diào)理單元用于采集心電信號(hào)，對(duì)采集到的心電信號(hào)進(jìn)行工頻 干擾、基線漂移及對(duì)肌電干擾進(jìn)行噪聲預(yù)處理，并將處理后的心電信號(hào)進(jìn)行增益的放大處 理；
[0011] 所述加速度采集單元使用加速度計(jì)采集加速度信號(hào)；其中，該加速度信號(hào)用于運(yùn) 動(dòng)偽跡干擾的抑制。
[0012] 所述信號(hào)處理單元基于所述心電信號(hào)采集調(diào)理單元獲得的經(jīng)處理后的心電信號(hào) 及加速度采集單元采集的加速度信號(hào)，進(jìn)行心電信號(hào)的濾波、特征提取以及心臟異變狀況 的分析；
[0013] 優(yōu)選地，該信號(hào)處理單元包括：
[0014] 心電信號(hào)濾波單元，與心電信號(hào)采集調(diào)理單元、加速度采集單元相連，采用自適應(yīng) 濾波方法對(duì)人體在運(yùn)動(dòng)狀況下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)偽跡干擾噪聲進(jìn)行抑制，其中以加速度信號(hào)作為 自適應(yīng)濾波器的參考信號(hào)。信號(hào)特征提取單元，與心電信號(hào)濾波單元相連，采用信號(hào)特征 檢測(cè)算法從濾波后的心電信號(hào)中提取重要的信號(hào)特征，該信號(hào)特征至少包含幅值最大的R 波、心率等特征指標(biāo)，這些指標(biāo)可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行修改，在此不再限制并贅述。心臟異 變?cè)\斷單元單元，用于檢測(cè)心電信號(hào)各個(gè)特征的參數(shù)數(shù)值，對(duì)這些信號(hào)特征進(jìn)行時(shí)域和頻 域的分析，得到有關(guān)心電信號(hào)的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)分類(lèi)算法對(duì)用戶的心臟狀態(tài)進(jìn)行 分類(lèi)識(shí)別。
[0015] 所述無(wú)線通訊單元用于將經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線的方式發(fā)送到接收終端，用于 人體生理和活動(dòng)狀況的觀測(cè)以及病情的分析診斷；優(yōu)選地，該接收終端可以是移動(dòng)終端、固 定PC機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、筆記本電腦、平板電腦等設(shè)備。
[0016] 所述內(nèi)連線連接柔性織物心電電極和中央控制盒；優(yōu)選地，該內(nèi)連線，采用導(dǎo)線或 導(dǎo)電纖維，并將普通紗線縫紉在內(nèi)連線上將其覆蓋，形成內(nèi)連軌跡。
[0017] 此外，本發(fā)明還提供了一種基于可穿戴心電信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置的心電信號(hào)監(jiān)測(cè)方法， 所述裝置至少包括柔性織物心電電極、心電信號(hào)采集調(diào)理單元、加速度采集單元、信號(hào)處理 單元、無(wú)線通訊單元及內(nèi)連線，其特征在于：
[0018] 1)、信號(hào)采集調(diào)理
[0019] 通過(guò)心電信號(hào)采集調(diào)理單元采集心電信號(hào)，并對(duì)采集到的心電信號(hào)進(jìn)行初步消除 肌電干擾、工頻干擾和基線漂移等干擾噪聲的處理；并通過(guò)加速度采集單元采集加速度信 號(hào)；
[0020] 2)、運(yùn)動(dòng)偽跡抑制
[0021] 通過(guò)自適應(yīng)濾波算法，針對(duì)步驟1)中得到的心電信號(hào)，采用自適應(yīng)濾波器對(duì)人體 在運(yùn)動(dòng)狀況下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)偽跡干擾噪聲進(jìn)行抑制，本方案中，可以采用常規(guī)的自適應(yīng)濾波 器方法，將加速度信號(hào)作為參考信號(hào)，從而采用自適應(yīng)濾波算法自動(dòng)調(diào)節(jié)自身權(quán)值系數(shù)，以 達(dá)到最好的濾波效果。
[0022] 優(yōu)選地，本方案可以采用如下的自適應(yīng)濾波器實(shí)現(xiàn)，但是本申請(qǐng)不限于僅以以下 方法實(shí)現(xiàn)：可采用自適應(yīng)濾波算法自動(dòng)調(diào)節(jié)自身權(quán)值系數(shù)W，以達(dá)到最好的濾波效果，該自 適應(yīng)濾波器有兩路輸入信號(hào)，一路是帶有運(yùn)動(dòng)偽跡干擾的ECG信號(hào)d(k)，一路是參考信號(hào) X(k);其中，采用一種歸一化變步長(zhǎng)最小均方誤差（Least Mean Squares, LMS)算法作為自 適應(yīng)濾波算法，采用加速度信號(hào)作為自適應(yīng)濾波器的參考信號(hào)；
[0023] 根據(jù)自適應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)，自適應(yīng)濾波器的輸出為參考信號(hào)和權(quán)值系數(shù)的內(nèi)積， 即y = xTW，