一种穿戴式非接触心电采集装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种穿戴式非接触心电采集装置及方法，装置包括：织物电极、非接触式传感器模块、信号采集电路板、弹性带、智能终端；弹性带绑缚于人体，织物电极、非接触式传感器模块均设置在弹性带内侧，且两者不接触；织物电极、非接触式传感器模块的输出端分别连接信号采集电路板，信号采集电路板与智能终端无线连接。本发明装置具有较强的抗干扰能力，使用者长期穿着也不会产生不适感，采用非接触式传感器模块，可以隔着一层衣服对人体进行心电测量，不与人的皮肤直接接触，克服了接触式心电传感器给皮肤带来的不适。本发明方法能够有效去除心电信号中的噪声干扰，保留信号中的有用信息，为心脏功能的变化和心脏疾病的诊断提供更加有意义的参考。
【专利说明】
一种穿戴式非接触心电采集装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于心电监测技术领域，具体涉及一种穿戴式非接触心电采集装置及方法。
【背景技术】
[0002]心血管疾病已经成为一种非常普遍的疾病，严重威胁着人类的健康，随着人们生活水平的提高，健康问题开始日益受到人们的重视。心电图是检测心脏疾病的重要手段，对于一些具有突发性和随机性的心脏疾病，心电的实时监测意义重大，这使得便携式、可穿戴的心电实时监测装置有了很大的发展空间。
[0003]心电信号是一种非平稳微弱信号，幅值低，频率低，所以在提取心电信号的过程中，极易受到各种干扰。其中主要受到三种噪声干扰，分别是基线漂移，工频干扰和高频干扰。
[0004]中国专利CN200820045499.8公开的心率检测装置专用衣，专用衣设有用于固定所述心率检测装置的穿带孔，穿带孔位于专用衣前胸位置或前胸附近位置，心率检测装置松紧带穿入、穿出在背心的穿带孔上，心率检测装置固定在背心上，紧贴使用者皮肤，可准确稳定的检测心率信号。但是，电极长时间和人体直接接触会导致不适感，甚至会有过敏现象。
[0005]中国专利CN201220187164.6公开的一种基于非接触式电极的无线可穿戴式胸带，内侧的中心缝制参考电极，参考电极的两侧分别设有非接触式电极，电极为双面PCB板，一面集成了仪表放大电路、滤波电路、二级放大电路以及右腿驱动电路，另一面为以单片机为主控制器的模数转换、定时采样以及蓝牙无线传输模块，可以克服接触式心电传感器给皮肤带来的不适，可长期的进行日常心电监测。但是，在人们的日常生活中上半身的活动比较频繁，长期穿戴在同一个位置也会产生不适感，不可避免的会牵扯胸带，进而牵扯置于其中的传感器，容易造成电极脱落等现象，从而引入噪声，干扰了信号测量的稳定性和可靠性。
[0006]中国专利CN201410403556.5公开的一种基于形态学与EMD类小波阈值的心电信号去噪方法，该方法首先采用数学形态学滤波法滤出心电信号中的基线漂移，然后采用EMD法对所获信号进行分解，之后采用阈值去噪法对心电信号进行二次滤波，最后采用EMD法对信号进行重构，得到滤除噪声的心电信号；中国医学装备2010年8月第7卷第8期论文基于小波变换的心电信号去噪法，采用软，硬阈值折衷的阈值函数及自适应的阈值策略对心电信号中的不同噪声进行滤除。但是，这些算法的计算量大，复杂度高，不易在硬件上实施，不利于实时处理。
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种穿戴式非接触心电采集装置及方法。
[0008]本发明的技术方案如下:
一种穿戴式非接触心电采集装置，包括: 具有导电作用且消除噪声干扰的织物电极；
采集心电信号的非接触式传感器模块；
对采集的心电信号进行信号处理并无线传输至智能终端的信号采集电路板；
承载织物电极、非接触式传感器模块、信号采集电路板的弹性带；
实时显示心电信号并且将非正常的心电信号反馈给信号采集电路板的智能终端；
弹性带绑缚于人体腰部或者胸部，织物电极、非接触式传感器模块均设置在弹性带内侦U，且两者不接触;织物电极、非接触式传感器模块的输出端分别连接信号采集电路板，信号采集电路板与智能终端无线连接。
[0009]所述信号采集电路板包括:
对采集的心电信号进行放大、滤波后送到模数转换模块的模拟采集调理模块；
为整个信号采集电路板供电以及为模数转换模块提供参考电压的电源管理模块；
将模拟采集调理模块处理后的心电信号进行AD转换的模数转换模块；
对模数转换模块输出的信号进行信号处理后无线传输至智能终端的信号处理模块；
实现信号处理模块和智能终端无线连接与数据传输的无线模块；
模拟采集调理模块的输入端连接非接触式传感器模块的输出端；电源管理模块分别连接模拟采集调理模块、模数转换模块、信号处理模块、无线模块;模拟采集调理模块的输出端连接模数转换模块的输入端，信号处理模块分别连接模数转换模块、无线模块。
[0010]所述非接触式传感器模块焊接在一个信号转接板上，该信号转接板为两层PCB板设计，该信号转接板的焊盘分别与非接触式传感器模块的引脚相对应焊接，同时信号转接板另外一面的焊盘通过导线连接到信号采集电路板的模拟采集调理模块。
[0011]所述模拟采集调理模块包括:前置放大器、无源一阶高通滤波器、有源二阶低通滤波器和右腿驱动电路；
前置放大器的输入端连接非接触式传感器模块的输出端，前置放大器的输出端连接无源一阶高通滤波器的输入端，无源一阶高通滤波器的输出端连接有源二阶低通滤波器的输入端，有源二阶低通滤波器的输出端连接模数转换模块的输入端，右腿驱动电路分别与前置放大器、织物电极连接。
[0012]利用所述的穿戴式非接触心电采集装置进行非接触心电采集的方法，包括:
实时采集心电信号，同时消除噪声干扰；
对实时采集的心电信号进行放大、滤波及AD转换；
对AD转换后的心电信号进行心电信号质量判断:若心电信号幅值变化超过设定阈值，则心电信号为低质量不可信信号，否则判断基线漂移程度:若基线漂移程度未超过设定阈值，则心电信号为高质量可信信号，否则心电信号为低质量不可信信号；
对高质量可信信号去除基线漂移、去除50Hz工频干扰，去除高频干扰；
去除无效的心电信号，得到处理后的心电信号，无线传输至智能终端。
[0013]所述对AD转换后的心电信号进行心电信号质量判断，方法如下:
对AD转换后的心电信号进行加窗处理；
判断心电信号幅值变化程度是否超过设定阈值:若超过设定阈值，则心电信号为低质量不可信信号，弃用该心电信号，否则，提取基线漂移信号；
提取基线漂移信号:运用中值滤波和曲线拟合的方法得到基线漂移信号； 判断基线漂移程度:判断基线漂移信号的基线漂移程度是否超过设定阈值:若超过设定阈值，则弃用当前心电信号，否则，当前心电信号质量是高质量可信信号。
[0014]所述去除基线漂移的方法如下:
采用中值滤波方法对基线漂移程度大于设定值的心电信号处理得到基线漂移信号，采用曲线拟合方法对基线漂移程度小于设定值的心电信号处理得到基线漂移信号；
用原心电信号减去的基线漂移信号后，得到去除基线漂移的校正的心电信号。
[0015]所述去除50Hz工频干扰的方法如下:
选择db8小波基函数对去除基线漂移的校正的心电信号进行分解；
对小波系数进行傅里叶分解；
找到50Hz工频干扰所对应频率的小波系数，并置零，其他频率小波系数保持不变；
根据当前的各小波系数重构心电信号，即得到除去50Hz工频干扰的心电信号。
[0016]所述去除高频干扰的方法如下:
选择db8小波基函数，对除去50Hz工频干扰的心电信号做小波分解变换；
对小波系数做门限阈值处理；
对门限阈值处理后的小波系数做小波逆变换，重构心电信号，即得到去除高频干扰的心电信号。
[0017]所述去除无效心电信号的方法如下:
通过QRS检测函数判断去除高频干扰的心电信号是否有QRS波形形态即是否为有效心电信号；
去除心电信号中的不具有QRS波形形态特征的信号；
截取与不具有QRS波形形态特征的信号同等长度的有效心电信号波形替代被去除的无效心电信号。
[0018]有益效果:
1、本发明采用测量人体电生理信号的基于电容耦合的非接触式传感器模块，该传感器精确度高，稳定性好，可以隔着一层衣服对人体进行心电测量，不与人的皮肤直接接触，克服了接触式心电传感器给皮肤带来的不适，给需要长期进行心电监测的使用者带来了极大的方便与舒适。
[0019]2、本发明装置将心电采集装置固定在一个弹性带上，根据不同人群的要求，该装置可以穿戴在在腰上、胸部，也可以做成皮带的形式，以适应人们的日常穿着习惯，而且由于该装置具有一定的弹性，不容易脱落，可以和使用者很好的结合在一起，具有较强的抗干扰能力，使用者长期穿着也不会产生不适感，穿戴舒适性高、穿着便利、具有较强抗干扰能力、能够长时间稳定测量。
[0020]3、本发明使用无线模块与智能终端连接，可以与智能终端进行实时通讯，并且数据传输与处理分析均实时进行，这样就对使用者的心电进行了实时监测，并且当心电信号出现异常时，语音模块会进行提醒，这极大地方便了一些具有突发性与随机性心脏疾病的用户，为第一时间发现病情提供可能。
[0021]4、本发明充分利用单片机模拟多路选择器和AD采样保存功能，同步采集心电信号，并且同步采集节点采样数据通过串口经由无线模块传输到智能终端，可以接受智能终端“开始采样”、“休眠模式”等指令控制，并给智能终端相应反馈以返回工作模式等。
[0022]5、本发明操作简单、功能齐全、稳定性高，封装后仅留出导联线和非接触式传感器，服务软件交互性良好，整个操作简便，并且能满足运动状况下的监护。
[0023]6、本发明方法易于在硬件上实现，能够有效去除心电信号中的噪声干扰，保留信号中的有用信息，为心脏功能的变化和心脏疾病的诊断提供更加有意义的参考。
【附图说明】
[0024]图1是本发明【具体实施方式】的穿戴式非接触心电采集装置使用状态示意图；
图2是本发明的内侧平铺结构示意图；
图3是本发明的人体佩戴示意图；
图4是本发明的传感器信号转接板PCB封装图，(a)Top Layer(b)Bottom Layer；
图5是本发明【具体实施方式】的穿戴式非接触心电采集装置连接示意图；
图6是本发明【具体实施方式】的+5V电压转换电路原理图；
图7是本发明【具体实施方式】的-5V电压转换电路原理图；
图8是本发明【具体实施方式】的+3.3V电压转换电路原理图；
图9是本发明【具体实施方式】的2.5V参考电压发生电路原理图；
图10是本发明【具体实施方式】的前置放大器与右腿驱动电路连接原理图；
图11是本发明【具体实施方式】的无源一阶高通滤波器与有源二阶低通滤波器连接原理图；
图12是本发明【具体实施方式】的模数转换模块连接原理图；
图13是本发明【具体实施方式】的非接触心电采集的方法流程图；
图14是本发明【具体实施方式】的心电信号质量判断流程图；
图15是本发明【具体实施方式】的心电信号幅值变化与设定阈值曲线图；
图16是本发明【具体实施方式】的基线漂移程度与设定阈值曲线图；
图17是本发明【具体实施方式】的去除基线漂移流程图；
图18是本发明【具体实施方式】的去除基线漂移前的心电信号；
图19是本发明【具体实施方式】的去除基线漂移后的心电信号；
图20是本发明【具体实施方式】的去除50Hz工频干扰流程图；
图21是本发明【具体实施方式】的除去50Hz工频干扰的心电信号；
图22是本发明【具体实施方式】的去除高频干扰流程图；
图23是本发明【具体实施方式】的去除高频干扰的心电信号；
图24是本发明【具体实施方式】的去除无效心电信号流程图；
图25是本发明【具体实施方式】的去除无效信号的心电信号。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0026]—种穿戴式非接触心电采集装置，如图5所示，包括:
具有导电作用且消除噪声干扰的织物电极;织物电极是一种柔性干电极，是采用纺织材料经纺织加工工艺开发的具有纺织结构、能感知人体表而生物电信号的传感器。织物电极缝制在弹性带的内侧，该织物电极采用镂空设计，镂空部位在织物电极中间，该中间部位放置所述的非接触式传感器模块，织物电极不与非接触式传感器接触，织物电极作为参考电极连接着右腿驱动电路。
[0027]采集心电信号的非接触式传感器模块，采用PS25201B型传感器，使用时直接与使用者的衣物接触；
非接触式传感器模块内部自带电压放大，非接触式传感器模块的供电电压为± 2.4~ ±5V，非接触式传感器模块芯片具有四个引脚，引脚定义如下:PIN1:0UTPUT，PIN2:GND，PIN3:VDD(+)，PIN4:VSS(-)。非接触式传感器模块焊接在一个如图4所示的信号转接板上，该信号转接板为两层PCB圆形板设计，S卩图4(a)所示的Top Layer和图4(b)所示的Bottom Layer；该信号转接板的焊盘5、6、7、8分别与非接触式传感器的PIN1:0UTPUT、PIN2:GND、PIN3:VDD(+)、PIN4:VSS(_)引脚相对应焊接，同时焊盘另一面5、6、7、8引脚通过导线连接到信号采集电路板的模拟采集调理模块，信号转接板上的圆孔9用来将信号转接板缝制在弹性带上。两个非接触式传感器模块看作心电的两个电极片使用，将两个非接触式传感器模块分别与衣物紧密接触，将他们的输出进行差分放大，并引入右腿驱动减小系统的共模干扰，右腿驱动织物电极也需要与衣物紧密接触，以达到减小噪声的作用。
[0028]对采集的心电信号进行信号处理并无线传输至智能终端的信号采集电路板;信号采集电路板由锂电池提供6 V~ 16 V电压。
[0029]承载织物电极、非接触式传感器模块、信号采集电路板的弹性带；
实时显示心电信号并且将非正常的心电信号反馈给信号采集电路板的智能终端，智能终端上可以安装心电监测软件，使其具有开始、停止心电监测、反馈心电信号以及储存心电数据的功能；
如图1?2所示，弹性带2绑缚于人体的腰部或者胸部，两个织物电极1、两个非接触式传感器模块3均设置在弹性带2内侧，且两者不接触;织物电极1、非接触式传感器模块3的输出端分别连接信号采集电路板，信号采集电路板与智能终端无线连接。弹性带2的两端设有魔术贴4，弹性带2外侧缝制有放置信号采集电路板和锂电池的口袋。
[0030]彳目号米集电路板包括:
对采集的心电信号进行放大、滤波后送到模数转换模块的模拟采集调理模块；
为整个信号采集电路板供电以及为模数转换模块提供参考电压的电源管理模块;可以提供± 5V、3.3V、2.5V和1.2V电压，比如为非接触式传感器模块和模拟采集调理模块提供土5V电源电压，为模数转换模块提供3.3V、5V电源电压以及2.5V或1.2V参考电压，为控制模块和无线模块提供3.3V电压。
[0031]将模拟采集调理模块处理后的心电信号进行AD转换的模数转换模块;模数转换模块可以采用12位、16位、24位AD芯片，比如采用24位AD S1256芯片，如图12所示，其中8脚AIN2为心电模拟信号输入。本实施方式采用的ADS1256是TI公司推出的微功耗、高精度、8通道24位模数转换器，该器件内部集成有输入模拟多路开关、输入缓冲器、可编程增益放大器和可编程数字滤波器。本实施方式中ADS1256采用SS0P-28封装，它的主要特点如下:24位分辨率，数据采样率可达30ksps，可配置为8路单极输入或4路差动输入，SPI总线通信等，下图为ADSl256的电路连接图，这里VREFP-VREFN=2.5V，即REFlV2=2.5V。也可采用1.2V的参考源(参考源后接跟随器，为TLV2252中的一部分，TLV2252也可采用精度更高的0PA2333)。晶振采用81;芯片管脚其中的15、20、21、22、23、24与单片机相连接，用于3?1通信和芯片的控制。
[0032]控制语音模块工作、驱动模数转换模块与无线模块的控制模块;可以采用低功耗、运算速度快、处理能力强的单片机，比如MSP430单片机、STM32单片机等。
[0033]实现控制模块和智能终端无线连接与数据传输的无线模块，可以采用蓝牙、WiFi或ZigBee，主要负责数据传输，比如采用蓝牙模块，蓝牙为信号采集电路板与智能终端通信设备，所用蓝牙为蓝牙串口模块，蓝牙模块工作在从机模式，使用前需要使用AT命令对蓝牙模块进行相应配置，主要配置的部分为蓝牙模块的波特率，蓝牙模块供电电压为3.3V，在焊接在信号采集电路板之前，先将蓝牙模块的波特率配置为38400，对应的AT指令为:AT+BAUD6，也可以使用AT+NAME命令将蓝牙模块更改名字。
[0034]对智能终端反馈回来的异常的心电信号进行语音提示的语音模块；
模拟采集调理模块的输入端连接非接触式传感器模块的输出端；电源管理模块分别连接模拟采集调理模块、模数转换模块、控制模块、无线模块;模拟采集调理模块的输出端连接模数转换模块的输入端;控制模块分别连接模数转换模块、无线模块，语音模块分别与电源管理模块、控制模块连接。
[0035]电源管理模块包括:
为非接触式传感器提供+5V电压的+5V电压转换电路，如图6所示，采用线性稳压器； 为模数转换模块提供-5V电压的-5V电压转换电路，如图7所示，采用7660电荷转换芯片；
为模数转换模块、控制模块和无线模块提供3.3V电压的+3.3V电压转换电路，如图8所示，采用线性稳压器；
将模数转换模块提供2.5V或1.2V参考电压的参考电压发生电路，2.5V参考电压发生电路如图9所示；
+5V电压转换电路的输入端连接锂电池，+5V电压转换电路的输出端连接-5V电压转换电路的输入端，+5V电压转换电路的输出端连接+3.3V电压转换电路的输入端，+5 V电压转换电路的输出端连接参考电压2.5V发生电路的输入端。
[0036]模拟采集调理模块包括:放大倍数为1.5倍的前置放大器AD632、0.1Hz的无源一阶高通滤波器、35Hz的有源二阶低通滤波器和右腿驱动电路；
前置放大器与右腿驱动电路连接如图10所示，无源一阶高通滤波器与有源二阶低通滤波器连接如图11所示，其中包括参考源跟随器。
[0037]前置放大器的输入端连接非接触式传感器模块的输出端，前置放大器的输出端连接无源一阶高通滤波器的输入端，无源一阶高通滤波器的输出端连接有源二阶低通滤波器的输入端，有源二阶低通滤波器的输出端连接模数转换模块的输入端，右腿驱动电路分别与前置放大器、织物电极连接。前置放大器采用的放大倍数为1.5倍，之后信号通过0.1Hz的无源一阶高通滤波器、35Hz的有源二阶低通滤波器后进入AD芯片进行AD转换。右腿驱动电路是利用反向放大器来实现仪表放大器两输入端共模信号的负反馈，反向放大器的输入端提取仪表放大器增益电阻之间的共模信号，反相放大器的输出端与参考电极即织物电极相连。
[0038]如图3所示，使用者在使用本发明装置时要穿上一件较薄的衣物，材料最好是纯棉，然后围上弹性带2，将弹性带2两端的魔术贴4扣紧，打开信号采集电路板电源，同时打开智能终端，进行无线匹配、连接，点击开始检测，非接触式传感器模块3就会透过衣服与人腰部皮肤进行容性耦合，从而测得心电信号，测得的心电信号会通过无线模块传输到智能终端进行实时显示，并且语音模块会对不正常的心电信号进行语音播报。
[0039]能够实现无线传输以及智能终端接收、显示以及语音提示功能。
[0040]该装置的工作过程是:将装置隔着衣服固定在使用者的上半身部位，比如腰部或者胸部，打开电源后，非接触式传感器模块开始采集使用者的心电信号，然后将采集到的心电信号送到信号采集电路板进行数据处理，同时集成在信号采集电路板上的无线模块会将处理后的数据发送到智能终端(比如手机)进行显示，同时智能终端会将采集到的非正常的心电信号反馈给信号采集电路板上，如果测得的心电信号出现异常，语音模块会进行语音提示，达到对心电信号实时监测的目的。所述智能终端安装有心电监测软件，具有开始、停止心电监测、反馈心电信号以及储存心电数据的功能。
[0041]利用穿戴式非接触心电采集装置进行非接触心电采集的方法，如图13所示，包括: 步骤1、实时采集心电信号，同时消除噪声干扰；
步骤2、对实时采集的心电信号进行放大、滤波及AD转换；
步骤3、对AD转换后的心电信号进行心电信号质量判断:若心电信号幅值变化超过设定阈值，则心电信号为低质量不可信信号，否则判断基线漂移程度:若基线漂移程度未超过设定阈值，则心电信号为高质量可信信号，否则心电信号为低质量不可信信号；
对AD转换后的心电信号进行心电信号质量判断，如图14所示，方法如下:
步骤3-1、对AD转换后的心电信号进行加窗处理；
步骤3-2、判断心电信号幅值变化程度是否超过设定阈值:若超过设定阈值，则心电信号为低质量不可信信号，弃用该心电信号，否则，提取基线漂移信号；如图15所示为心电信号幅值变化与设定阈值曲线图，灰色部分是标记为低质量不可信信号，图中底部的曲线为设定的阈值曲线。
[0042]步骤3-3、提取基线漂移信号:运用中值滤波和曲线拟合的方法得到基线漂移信号；
步骤3-4、判断基线漂移程度:判断基线漂移信号的基线漂移程度是否超过设定阈值:若超过设定阈值，则弃用当前心电信号，否则，当前心电信号质量是高质量可信信号。如图16所示为基线漂移程度与设定阈值曲线图，灰色部分是标记为低质量不可信信号，图中底部的曲线为设定的阈值曲线。
[0043]步骤4、对高质量可信信号去除基线漂移、去除50Hz工频干扰，去除高频干扰；
(I)去除基线漂移的方法如下:
如图17所示，采用中值滤波方法对基线漂移程度大于设定值(基线漂移信号>0.2mv)的心电信号处理得到基线漂移信号，采用曲线拟合方法对基线漂移程度小于设定值(基线漂移信号〈=0.2mv)的心电信号处理得到基线漂移信号；
用原心电信号减去基线漂移信号后，得到去除基线漂移的校正的心电信号。
[0044]中值滤波方法用来处理基线漂移程度较大的心电波形，曲线拟合用来处理基线漂移比较小的波形。其中中值滤波的原理:是取某点心电信号前长度为N的一段心电信号数据(N取奇数)，对这段心电信号数据进行排序，然后取中间一位的值作为该点数据。将整段心电信号都进行如上处理，提取心电信号中的漂移成分，最后将原始心电信号减去该漂移成分，便得到滤波后效果。曲线拟合的原理是求拟合曲线参数构造拟合曲线，然后用原始心电信号减去这个拟合曲线就可以得到基线调整后的信号。本实施方式中，去除基线漂移前的心电信号如图18所示，去除基线漂移后的心电信号如图19所示.(2 )去除50Hz工频干扰的方法，如图20所示，具体如下:
选择db8小波基函数对去除基线漂移的校正的心电信号进行分解；
对小波系数进行傅里叶分解；
找到50Hz工频干扰所对应频率的小波系数，并置零，其他频率小波系数保持不变；
根据当前的各小波系数重构心电信号，即得到除去50Hz工频干扰的心电信号，如图21所示。
[0045](3)去除高频干扰的方法，如图22所示，具体如下:
选择db8小波基函数，对除去50Hz工频干扰的心电信号做小波分解变换；
对小波系数做门限阈值处理；当小波系数小于阈值时，不是简单的置为零，而是平滑地减为零，但大于阈值时，小波系数幅度都减去阈值，这样，既保证了大的小波系数，又保证了加阈值后系数的平滑过渡；
对门限阈值处理后的小波系数做小波逆变换，重构心电信号，即得到去除高频干扰的心电信号，如图23所不。
[0046]步骤5、去除无效的心电信号，得到处理后的心电信号(如图25所示)，无线传输至智能终端。
[0047]如图24所示，去除无效心电信号的方法如下:
步骤5-1、通过QRS检测函数判断去除高频干扰的心电信号是否有QRS波形形态即是否为有效心电信号；
步骤5-2、去除心电信号中的不具有QRS波形形态特征的信号；
步骤5-3、截取与不具有QRS波形形态特征的信号同等长度的有效心电信号波形替代被去除的无效心电信号。
【主权项】
1.一种穿戴式非接触心电采集装置，其特征在于，包括: 具有导电作用且消除噪声干扰的织物电极； 采集心电信号的非接触式传感器模块； 对采集的心电信号进行信号处理并无线传输至智能终端的信号采集电路板； 承载织物电极、非接触式传感器模块、信号采集电路板的弹性带； 实时显示心电信号并且将非正常的心电信号反馈给信号采集电路板的智能终端； 弹性带绑缚于人体腰部或者胸部，织物电极、非接触式传感器模块均设置在弹性带内侦U，且两者不接触;织物电极、非接触式传感器模块的输出端分别连接信号采集电路板，信号采集电路板与智能终端无线连接。2.根据权利要求1所述的穿戴式非接触心电采集装置，其特征在于，所述信号采集电路板包括: 对采集的心电信号进行放大、滤波后送到模数转换模块的模拟采集调理模块； 为整个信号采集电路板供电以及为模数转换模块提供参考电压的电源管理模块； 将模拟采集调理模块处理后的心电信号进行AD转换的模数转换模块； 对模数转换模块输出的信号进行信号处理后无线传输至智能终端的信号处理模块； 实现信号处理模块和智能终端无线连接与数据传输的无线模块； 模拟采集调理模块的输入端连接非接触式传感器模块的输出端；电源管理模块分别连接模拟采集调理模块、模数转换模块、信号处理模块、无线模块;模拟采集调理模块的输出端连接模数转换模块的输入端，信号处理模块分别连接模数转换模块、无线模块。3.根据权利要求2所述的穿戴式非接触心电采集装置，其特征在于:所述非接触式传感器模块焊接在一个信号转接板上，该信号转接板为两层PCB板设计，该信号转接板的焊盘分别与非接触式传感器模块的引脚相对应焊接，同时信号转接板另外一面的焊盘通过导线连接到信号采集电路板的模拟采集调理模块。4.根据权利要求2所述的穿戴式非接触心电采集装置，其特征在于:所述模拟采集调理模块包括:前置放大器、无源一阶高通滤波器、有源二阶低通滤波器和右腿驱动电路； 前置放大器的输入端连接非接触式传感器模块的输出端，前置放大器的输出端连接无源一阶高通滤波器的输入端，无源一阶高通滤波器的输出端连接有源二阶低通滤波器的输入端，有源二阶低通滤波器的输出端连接模数转换模块的输入端，右腿驱动电路分别与前置放大器、织物电极连接。5.利用权利要求2所述的穿戴式非接触心电采集装置进行非接触心电采集的方法，其特征在于，包括: 实时采集心电信号，同时消除噪声干扰； 对实时采集的心电信号进行放大、滤波及AD转换； 对AD转换后的心电信号进行心电信号质量判断:若心电信号幅值变化超过设定阈值，则心电信号为低质量不可信信号，否则判断基线漂移程度:若基线漂移程度未超过设定阈值，则心电信号为高质量可信信号，否则心电信号为低质量不可信信号； 对高质量可信信号去除基线漂移、去除50Hz工频干扰，去除高频干扰； 去除无效的心电信号，得到处理后的心电信号，无线传输至智能终端。6.根据权利要求5所述的非接触心电采集的方法，其特征在于，所述对AD转换后的心电信号进行心电信号质量判断，方法如下: 对AD转换后的心电信号进行加窗处理； 判断心电信号幅值变化程度是否超过设定阈值:若超过设定阈值，则心电信号为低质量不可信信号，弃用该心电信号，否则，提取基线漂移信号； 提取基线漂移信号:运用中值滤波和曲线拟合的方法得到基线漂移信号； 判断基线漂移程度:判断基线漂移信号的基线漂移程度是否超过设定阈值:若超过设定阈值，则弃用当前心电信号，否则，当前心电信号质量是高质量可信信号。7.根据权利要求5所述的非接触心电采集的方法，其特征在于，所述去除基线漂移的方法如下: 采用中值滤波方法对基线漂移程度大于设定值的心电信号处理得到基线漂移信号，采用曲线拟合方法对基线漂移程度小于设定值的心电信号处理得到基线漂移信号； 用原心电信号减去的基线漂移信号后，得到去除基线漂移的校正的心电信号。8.根据权利要求5所述的非接触心电采集的方法，其特征在于，所述去除50Hz工频干扰的方法如下: 选择db8小波基函数对去除基线漂移的校正的心电信号进行分解； 对小波系数进行傅里叶分解； 找到50Hz工频干扰所对应频率的小波系数，并置零，其他频率小波系数保持不变； 根据当前的各小波系数重构心电信号，即得到除去50Hz工频干扰的心电信号。9.根据权利要求5所述的非接触心电采集的方法，其特征在于，所述去除高频干扰的方法如下: 选择db8小波基函数，对除去50Hz工频干扰的心电信号做小波分解变换； 对小波系数做门限阈值处理； 对门限阈值处理后的小波系数做小波逆变换，重构心电信号，即得到去除高频干扰的心电信号。10.根据权利要求5所述的非接触心电采集的方法，其特征在于，所述去除无效心电信号的方法如下: 通过QRS检测函数判断去除高频干扰的心电信号是否有QRS波形形态即是否为有效心电信号； 去除心电信号中的不具有QRS波形形态特征的信号； 截取与不具有QRS波形形态特征的信号同等长度的有效心电信号波形替代被去除的无效心电信号。
【文档编号】A61B5/00GK105997050SQ201610311957
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】徐礼胜, 许小俊, 于晓东, 张欠欠, 王强, 郝丽玲
【申请人】东北大学