一種基于非接觸式電極陣列的心電監(jiān)測床墊制造技術(shù)

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(gè)電極均為圓形雙面PCB板，一面上設(shè)有三個(gè)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(gè)區(qū)，中心圓為敷銅區(qū)，中心設(shè)有前置運(yùn)算放大器貼片，敷銅區(qū)外圍為地線區(qū)，前置運(yùn)算放大器的輸出端與屏蔽區(qū)及敷銅區(qū)連接，前置運(yùn)算放大器的地端與兩個(gè)面上的地線區(qū)連接，前置運(yùn)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(jī)為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時(shí)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。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)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)介紹
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(shí)時(shí)心電監(jiān)測是十分必要的。·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(shí)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(fèi)。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(shí)間的睡眠監(jiān)護(hù)中可能會造成患者呼吸困難。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)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(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)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(gè)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(gè)區(qū)，三個(gè)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(gè)區(qū)，中心圓為敷銅區(qū)，敷銅區(qū)中心設(shè)有包括前置運(yùn)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(yùn)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(yùn)算放大器的模擬信號地端分別與兩個(gè)面上的環(huán)形地線區(qū)連接，前置運(yùn)算放大器的輸入端連接感應(yīng)片的信號輸出；每個(gè)電極均設(shè)置在一個(gè)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(jī)為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時(shí)采樣以及藍(lán)牙無線通訊模塊；電極陣列中各個(gè)電極的前置運(yùn)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(jī)，MSP430單片機(jī)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(gè)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。本技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)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(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)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(shí)只需再躺下即可，操作簡單，實(shí)用而方便；4，鋰電池供電、低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(gè)測量過程中能感到十分舒適、自然。附圖說明圖I是本技術(shù)使用狀態(tài)的平面示意圖；圖2是本技術(shù)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是本技術(shù)心電采集主板原理框圖。具體實(shí)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(gè)，實(shí)施例為8個(gè)，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(shí)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(gè)區(qū)，三個(gè)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(gè)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(yùn)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(yùn)算放大電路14，作為貼片元件被焊接在PCB板的表面上，實(shí)現(xiàn)了信號提取時(shí)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(yùn)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(gè)面上的地線屏蔽圈13、17也對稱，均與前置運(yùn)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(shí)對于心電信號本身的影響很小。兩個(gè)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(yùn)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(gè)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(jī)為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時(shí)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(jì)算機(jī)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。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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(gè)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(gè)區(qū)，三個(gè)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(gè)區(qū)，中心圓為敷銅區(qū)，敷銅區(qū)中心設(shè)有包括前置運(yùn)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(yùn)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(yùn)算放大器的模擬信號地端分別與兩個(gè)面上的環(huán)形地線區(qū)連接，前置運(yùn)算放大器的輸入端連接感應(yīng)片的信號輸出；每個(gè)電極均設(shè)置在一個(gè)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(jī)為主控器的模數(shù)轉(zhuǎn)換、定時(shí)采樣以及藍(lán)牙無線通訊模塊；電極陣列中各個(gè)電極的前置運(yùn)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(jī)，MSP430單片機(jī)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。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉夢星，汪豐，魯豫杰，呂菲，周平，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國別省市：