心電感測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種心電感測系統(tǒng)，包含感測裝置、差動放大電路、濾波電路、快速轉(zhuǎn)換電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口、以及通訊電路。其中，感測裝置包含二金屬電極用以接收生物電信號；差動放大電路用以放大生物電信號；濾波電路用以從生物電信號中濾除噪聲而獲得生理特征信號；快速轉(zhuǎn)換電路用以分析生理特征信號并輸出功率頻譜曲線；模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口接收功率頻譜曲線，并使功率頻譜曲線經(jīng)由通訊電路存儲于數(shù)據(jù)庫中以監(jiān)控生理特征信號。本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)成簡單且操作方便，使用者不需身處醫(yī)院就可實時測量并監(jiān)控心臟活動，從而可以提高心電圖記錄的機動性及簡便性。
【專利說明】
心電感測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明是有關(guān)于一種心電感測系統(tǒng)，特別是有關(guān)于一種能夠提高心電圖記錄的機 動性及簡便性的心電感測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 心電描記技術(shù)（Electrocardiography，ECG)，是通過在皮膚上設置接觸電極，經(jīng)由 胸腔將心臟的電生理活動以時間為單位記錄下來的診療技術(shù)，屬于無創(chuàng)性的記錄方式。
[0003] 簡單來說，ECG的工作原理就是利用心臟跳動時，在皮膚表面產(chǎn)生的極小電變化， 將此電變化以傳感器捕捉并放大即可描繪出心電圖。通常，在肢體上需放置至少3個電極， 并將其兩兩組成一對進行測量。例如，左臂電極（left arm, LA)、右臂電極（right arm, RA)和左腿電極（left leg, LU的組合可包含LA+RA、RA+LL及LA+LL。每個電極對的輸出 信號稱為一組導程，可使醫(yī)師從不同的角度獲得心臟的電變化。
[0004] 心電圖的種類可以從導程的數(shù)量來分類，例如有3導程心電圖、5導程心電圖及12 導程心電圖等。12導程心電圖屬于臨床研究中最常見的一種，可以同時記錄體表12組導程 的電位變化，并在心電圖紙上描繪出12組導程信號，常用于一次性的心電圖診斷。3導程 及5導程心電圖則多用于需要連續(xù)監(jiān)測心臟活動的情況，如手術(shù)過程中或在救護車轉(zhuǎn)運病 人的監(jiān)護中。根據(jù)儀器的不同，連續(xù)監(jiān)測的結(jié)果有時可能無法完整的記錄下來。
[0005] 另外，就心電圖的后續(xù)電路而言，目前都是以訂做的線路來完成，并加上專屬的程 序以進行信號或心率變異度的分析。這些訂做的線路都包含大量復雜的放大器電路，而分 析程序也都是以相當昂貴的PC或工作站來完成。另外，現(xiàn)今大部分的心電圖測量儀器的體 積也都非常巨大，導致心電圖的測量及分析技術(shù)，一直無法延伸到醫(yī)院以外的區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種心電感測系統(tǒng)，不需身處醫(yī)院就可實 時測量并監(jiān)控心臟活動，以提高心電圖記錄的機動性及簡便性。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例采用以下技術(shù)方案：一種心電感測系統(tǒng)，其 包含感測裝置、差動放大電路、濾波電路、快速轉(zhuǎn)換電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口及通訊電路。其 中，感測裝置包含以黃銅鍍鉻材料形成的二導程金屬電極，用以接收生物電信號；差動放大 電路，與感測裝置電性連接而形成回路，以放大生物電信號；濾波電路與差動放大電路電性 連接而形成回路，以從生物電信號中濾除噪聲而獲得生理特征信號；快速轉(zhuǎn)換電路與濾波 電路電性連接而形成回路，使用心率變異參數(shù)頻域分析方法實時分析生理特征信號，并輸 出功率頻譜曲線；模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口位于計算機系統(tǒng)中，其電性連接快速轉(zhuǎn)換電路以接收 功率頻譜曲線；通訊電路與計算機系統(tǒng)電性連接而形成回路，使功率頻譜曲線經(jīng)由通訊電 路存儲于云端數(shù)據(jù)庫中，以實時監(jiān)控生理特征信號。
[0008] 優(yōu)選地，計算機系統(tǒng)從功率頻譜曲線獲得低頻與總頻功率比，以測量出生理特征 信號中的交感神經(jīng)定量指標。
[0009] 優(yōu)選地，計算機系統(tǒng)從功率頻譜曲線獲得低高頻比值，以反應出生理特征信號中 的自主神經(jīng)平衡指標。
[0010] 優(yōu)選地，計算機系統(tǒng)從功率頻譜曲線獲得總功率，以評估生理特征信號中的心率 變異度。
[0011] 優(yōu)選地，二導程金屬電極與人體的接觸電阻值介于10 Ω~100Ω之間。
[0012] 優(yōu)選地，感測裝置與差動放大電路之間還包含至少一高電阻，用以阻絕高電流，高 電阻的電阻值介于1ΜΩ~1〇 ΜΩ之間。
[0013] 優(yōu)選地，差動放大電路包含儀表放大器，用以將生物電信號的電壓以增益1000的 放大倍率輸出。
[0014] 優(yōu)選地，差動放大電路還包含補償電路，與儀表放大器電性連接，用以補償所輸出 的生物電信號的電壓，同時提高差動放大電路的放大倍率的精度。
[0015] 優(yōu)選地，濾波電路包含帶通濾波器，用以將頻率為60Hz的市電頻率從生物電信號 中濾除。
[0016] 優(yōu)選地，濾波電路包含低通濾波器及高通濾波器，低通濾波器及高通濾波器系分 別將頻率在0. 5Hz以下及頻率在IOOHz以上的噪聲從生物電信號中濾除。
[0017] 與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相較之下，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點：本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)成簡單且操作方便， 使用者不需身處醫(yī)院就可實時測量并監(jiān)控心臟活動，從而可以提高心電圖記錄的機動性及 簡便性。
【附圖說明】
[0018] 圖1是根據(jù)例示性實施例而顯示本發(fā)明的心電感測系統(tǒng)的功能方塊圖。
[0019] 圖2是根據(jù)例示性實施例而顯示本發(fā)明的心電感測系統(tǒng)的實施流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 為使本發(fā)明的上述特征對所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能更加地明顯易懂，以下將舉 例示性實施例并配合其附圖，詳細說明本發(fā)明心電感測系統(tǒng)的實施例，為使便于理解，下述 實施例中的相同組件是以相同的元件標號來說明。
[0021] 請參照圖1，是根據(jù)例示性實施例而顯示本發(fā)明的心電感測系統(tǒng)的功能方塊圖。如 圖1所示，本發(fā)明提供一種心電感測系統(tǒng)100,其包含：感測裝置10、差動放大電路20、濾波 電路30、快速轉(zhuǎn)換電路40、計算機系統(tǒng)50及通訊電路60。
[0022] 感測裝置10包含以黃銅鍍鉻材料形成的二導程金屬電極11，用以接收生物電信 號。本發(fā)明的感測裝置10主要是通過金屬電極11接觸雙手手掌以獲得生物電信號，由于 雙手的掌心是整個手掌皮膚較細致且較薄的位置，因此以雙手的掌心作為感測點可得到較 準確的心電信號值。舉例而言，本發(fā)明是利用二導程金屬電極11分別接觸于雙手的掌心， 且金屬電極11均為干式電極并以黃銅鍍鉻的金屬材料形成，因此本發(fā)明的二導程金屬電 極與人體的接觸電阻值介于10Ω~100Ω之間。另外，感測裝置10還可包含電源電路12， 用以提供后續(xù)電路所需的整流電壓。
[0023] 差動放大電路20與感測裝置10電性連接而形成回路，以放大生物電信號。其中， 差動放大電路20可包含儀表放大器21及補償電路22。儀表放大器21可將生物電信號的 電壓以增益1000的放大倍率輸出，補償電路22可與儀表放大器21電性連接，以補償所輸 出的生物電信號的電壓，同時提高差動放大電路20的放大倍率的精度。另外，感測裝置10 與差動放大電路20之間可進一步包含至少一高電阻，用以阻絕高電流通過雙手掌心進入 人體。高電阻的電阻值優(yōu)選介于1ΜΩ~1〇 ΜΩ之間。
[0024] 濾波電路30與差動放大電路20電性連接而形成回路，以從生物電信號中濾除噪 聲而獲得生理特征信號。其中，濾波電路30包含帶通濾波器31、低通濾波器32以及高通濾 波器33。帶通濾波器31可用以將頻率為60Hz的市電頻率從生物電信號中濾除，低通濾波 器32及高通濾波器33則可分別將頻率在0. 5Hz以下及頻率在IOOHz以上的噪聲從生物電 信號中濾除。
[0025] 快速轉(zhuǎn)換電路40與濾波電路30電性連接而形成回路，使用心率變異參數(shù)頻 域分析方法實時分析生理特征信號，并輸出功率頻譜曲線。其中，心率變異參數(shù)頻域分 析方法是把任意的時域函數(shù)（time domain)以數(shù)學方法，例如，拉普拉斯轉(zhuǎn)換（Laplace Transform)、傅立葉變換（Fourier Transform)或 Z-轉(zhuǎn)換（Z-Transform)等，轉(zhuǎn)換成頻域 函數(shù)（frequency domain)，其可包含周期性函數(shù)及非周期性函數(shù)等。在本發(fā)明的優(yōu)選實施 例中，快速轉(zhuǎn)換電路40可為快速傅立葉變換（Fast Fourier Transform)電路。
[0026] 根據(jù)例示性實施例，本發(fā)明是將時域中取得的所有R-R波間期（R-R interval)以 非參數(shù)方法進行的頻域分析。因此，快速轉(zhuǎn)換電路40會將從濾波電路30中獲得的生理特 征信號分割為三個范圍：極低頻、低頻、及高頻部分。
[0027] 極低頻（very low frequency, VLF)，頻率范圍約在0· 00~0.0 lHz之間?？筛鶕?jù)此 頻段作為判斷反應交感與副交感神經(jīng)系統(tǒng)的指針，影響因子有周邊的壓力感受器、溫度調(diào) 節(jié)反應、以及血管張力反射等。
[0028] 低頻（low frequency, LF)，頻率范圍約在0· 04~0. 15Hz之間。可根據(jù)此頻段作為 判斷反應副交感神經(jīng)的活動能力的指標，波峰值會隨著呼吸而有所變動。
[0029] 高頻（high frequency, HF)，頻率范圍約在0· 15~0· 40Hz之間?？筛鶕?jù)此頻段作 為判斷交感神經(jīng)的活動能力的指標。
[0030] 根據(jù)上述說明的三個頻段中的功率，快速轉(zhuǎn)換電路40可輸出功率頻譜曲線，并根 據(jù)功率頻譜曲線中包含的各個參數(shù)來得知心臟在進行活動時的狀況。例如，表示功率頻譜 曲線下的面積總和的參數(shù)稱為總功率（total power，TP)，且根據(jù)其頻率大小的不同又可 分為低頻功率（low frequency power)及高頻功率（high frequency power)。
[0031 ] 根據(jù)例示性實施例，本發(fā)明主要使用的頻率功率的參數(shù)可歸納為以下三種：低頻 與總頻功率比（low frequency and total power proportion, LFP)、低高頻比值（low frequency/ high frequency, LF/HF)、以及總功率。其中，LFP是交感神經(jīng)的活性定量指 標；LF/HF可反應自主神經(jīng)活性平衡；TP可評估心率整體變異度。另外，使用于本發(fā)明的參 數(shù)頻率范圍及其單位如下表1所示。
[0032]表 1
根據(jù)本發(fā)明的例示性實施例，計算機系統(tǒng)50可包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口 51，其電性連接 快速轉(zhuǎn)換電路40以接收并分析功率頻譜曲線。其中，計算機系統(tǒng)50可通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 接口 51將轉(zhuǎn)換后的功率頻譜曲線進行分析。根據(jù)以上說明，計算機系統(tǒng)50可從功率頻譜 曲線獲得低頻與總頻功率比，以測量出生理特征信號中的交感神經(jīng)定量指標；從功率頻譜 曲線獲得低高頻比值，以反應出生理特征信號中的自主神經(jīng)平衡指標；以及從功率頻譜曲 線獲得總功率，以評估生理特征信號中的心率變異度。
[0033] 通訊電路60與計算機系統(tǒng)50電性連接而形成回路，使功率頻譜曲線經(jīng)由通訊電 路存儲于云端數(shù)據(jù)庫中，以實時監(jiān)控生理特征信號。
[0034] 請參照圖2,是根據(jù)例示性實施例而顯示本發(fā)明的心電感測系統(tǒng)的實施流程圖。如 圖2所示，本發(fā)明的心電感測系統(tǒng)所使用的感測方法包含以下步驟：利用二導程金屬電極 分別與雙手手掌接觸，以接收生物電信號（SI);使用差動放大電路放大生物電信號（S2);借 助于濾波電路從生物電信號中濾除噪聲而獲得生理特征信號（S3);借助于快速轉(zhuǎn)換電路利 用心率變異參數(shù)頻域分析方法實時分析生理特征信號并輸出功率頻譜曲線（S4);計算機系 統(tǒng)根據(jù)功率頻譜曲線而獲得低頻與總頻功率比、低高頻比值、以及總功率（S5);經(jīng)由通訊電 路將獲得的參數(shù)存儲于云端數(shù)據(jù)庫中以實時監(jiān)控生理特征信號（S6 )。
[0035] 雖然本發(fā)明已以實施例揭露如上，但以上實施例僅為舉例性的，而非為限制性的。 任何未脫離本發(fā)明的創(chuàng)作實旨與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含于本發(fā)明 的專利保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種心電感測系統(tǒng)，其特征在于，其包含： 感測裝置，包含以黃銅鍍鉻材料形成的二導程金屬電極，用以接收生物電信號； 差動放大電路，與該感測裝置電性連接而形成回路，以放大該生物電信號； 濾波電路，與該差動放大電路電性連接而形成回路，以從該生物電信號之中濾除噪聲 而獲得生理特征信號； 快速轉(zhuǎn)換電路，與該濾波電路電性連接而形成回路，使用心率變異參數(shù)頻域分析方法 實時分析該生理特征信號，并輸出功率頻譜曲線； 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口，該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換接口位于計算機系統(tǒng)中，其電性連接該快速轉(zhuǎn)換 電路以接收該功率頻譜曲線；以及 通訊電路，與該計算機系統(tǒng)電性連接而形成回路，使該功率頻譜曲線經(jīng)由該通訊電路 存儲于云端數(shù)據(jù)庫中，以實時監(jiān)控該生理特征信號。2. 如權(quán)利要求1所述的心電感測系統(tǒng)，其特征在于，該計算機系統(tǒng)從該功率頻譜曲線 獲得低頻與總頻功率比，以測量出該生理特征信號中的交感神經(jīng)定量指標。3. 如權(quán)利要求1所述的心電感測系統(tǒng)，其特征在于，該計算機系統(tǒng)從該功率頻譜曲線 獲得低高頻比值，以反應出該生理特征信號中的自主神經(jīng)平衡指標。4. 如權(quán)利要求1所述的心電感測系統(tǒng)，其特征在于，該計算機系統(tǒng)從該功率頻譜曲線 獲得總功率，以評估該生理特征信號中的心率變異度。5. 如權(quán)利要求1所述的心電感測系統(tǒng)，其特征在于，該二導程金屬電極與人體的接觸 電阻值介于1〇Ω~10〇Ω之間。6. 如權(quán)利要求1所述的心電感測系統(tǒng)，其特征在于，該感測裝置與該差動放大電路之 間還包含至少一高電阻，用以阻絕高電流，該高電阻的電阻值介于1ΜΩ~1〇 ΜΩ之間。7. 如權(quán)利要求1所述的心電感測系統(tǒng)，其特征在于，該差動放大電路包含儀表放大 器，用以將該生物電信號之電壓以增益1〇〇〇的放大倍率輸出。8. 如權(quán)利要求7所述的心電感測系統(tǒng)，其特征在于，該差動放大電路還包含補償電 路，與該儀表放大器電性連接，用以補償所輸出的該生物電信號的電壓，同時提高該差動放 大電路的放大倍率的精度。9. 如權(quán)利要求1所述的心電感測系統(tǒng)，其特征在于，該濾波電路包含帶通濾波器，用 以將頻率為60赫茲（Hz)的市電頻率從該生物電信號中濾除。10. 如權(quán)利要求1所述的心電感測系統(tǒng)，其特征在于，該濾波電路包含低通濾波器及 高通濾波器，該低通濾波器及該高通濾波器分別將頻率在0.5赫茲（Hz)以下及頻率在100 赫茲（Hz)以上的噪聲從該生物電信號之中濾除。
【文檔編號】A61B5/0402GK105982660SQ201510044913
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月29日
【發(fā)明人】鄒朝圣
【申請人】鄒朝圣