一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)，屬于醫(yī)療健康技術領域。
【背景技術】
[0002]心血管疾病是導致人類死亡的主要疾病。在現(xiàn)代醫(yī)學中，心電圖(Electrocard1gram,ECG)越來越成為醫(yī)生診斷心血管疾病的主要依據(jù)之一。利用ECG等有關心電活動的曲線和圖形資料為臨床提供診斷信息，是心血管病不可缺少的檢查診斷方法。ECG機早已經成為心血管疾病診斷中最普遍采用的方法和臨床工具。對于家庭保健理療設備，無線化、便攜式是未來的發(fā)展方向。
[0003]現(xiàn)有設備在用于心電監(jiān)護時，往往局限于運動條件和皮膚接觸時間，無法長久穿戴。現(xiàn)在最流行的Holter設備，由于不能長期連續(xù)使用，需要測量時，必須做大量的前期準備，并且測試需要人體長期保持單一動作，不能夠達到很好的運動舒適度。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能長期穿戴的用于心電監(jiān)護的設備。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是提供了一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)，其特征在于，包括移動終端、數(shù)據(jù)處理平臺和集成電勢電路傳感模塊，其中:
[0006]移動終端包括存儲模板數(shù)據(jù)庫、基于K-均值的模式識別平臺以及結果反饋，其中:存儲模板數(shù)據(jù)庫，用于存儲心電圖模板數(shù)據(jù)，為模式識別平臺提供數(shù)據(jù)樣本；模式識別平臺，用于對通過集成電勢電路傳感模塊獲得的心電信號進行分類識別，識別出心電信號所述的類別；結果反饋，用于反饋模式識別平臺識別出的類別，并根據(jù)相應的類別產生相應的告警；
[0007]數(shù)據(jù)處理平臺，用于對集成電勢電路傳感模塊獲得的信號進行處理后，通過無線方式傳輸給移動終端；
[0008]集成電勢電路傳感模塊包括EPIC傳感器、可控增益儀用放大器電路以及傳感模塊電源管理電路，其中:傳感模塊電源管理電路，用于為EPIC傳感器及可控增益儀用放大器電路提供工作電源；EPIC傳感器，用于獲取佩戴者的心電信號；可控增益儀用放大器電路，用于將EPIC傳感器獲得的心電信號濾波后放大，隨后發(fā)送給數(shù)據(jù)處理平臺。
[0009]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理平臺包括低功耗藍牙片上可編程系統(tǒng)(ProgrammableSystem-On-Chip for Bluetooth Low Energy，以下簡稱為PSoC4BLE 電路)和平臺電源管理電路，其中:平臺電源管理電路，給PSoC4BLE電路提供工作電源；PSoC4BLE電路，用于將接收自所述集成電勢電路傳感模塊的心電信號濾波后放大，隨后對放大后的信號進行AD轉換；同時也用于將轉換得到的數(shù)字信號通過藍牙發(fā)送給所述移動終端。
[0010]優(yōu)選地，所述平臺電源管理電路由磷酸鐵鋰電池和電壓調整電路組成。
[0011]優(yōu)選地，所述基于K-均值的模式識別平臺采用基于K-均值動態(tài)聚類的模式識別算法。
[0012]優(yōu)選地，所述EPIC傳感器采用電容耦合技術采集心電信號。
[0013]優(yōu)選地，所述的傳感模塊電源管理電路由可充電紐扣鋰電池LIR2032、低壓差線性穩(wěn)壓器、反向電荷栗和參考電壓電路組成。
[0014]智能穿戴設備是新一代媒介設備，具有高附加值，用來滿足特殊目標人群的高科技產品，將有效增進人類的健康和安全。智能可穿戴設備能夠實現(xiàn)生理健康指標的實時監(jiān)測，人與環(huán)境的互動，活躍于眾多領域。
[0015]PSoC4BLE電路，它把傳感器件與電路、信號處理電路、低功耗藍牙電路、接口電路和功率器件電路等集成在一塊芯片上。PSoC系列單片機是在一個專有的MCU內核周圍集成了可配置的模擬和數(shù)字外圍器件陣列PSoC塊，利用芯片內部的可編程互聯(lián)陣列，有效地配置芯片上的模擬和數(shù)字塊資源，達到可編程片上系統(tǒng)的目的。
[0016]藍牙是一種支持設備短距離通信的無線電技術，能夠簡化移動終端設備之間的通信，從而使數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效。它支持點對點/點對多點通信，工作頻段屬于全球通用的2.4GHzο近期藍牙技術聯(lián)盟公布的藍牙4.2標準，在隱私保護、數(shù)據(jù)傳輸和IPv6網絡支持等方面有很大提升。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益技術效果包括但不限于:
[0018]穿戴的方式能簡單舒適的穿著于使用者身上，非接觸式電極可以擺脫一直需要接觸皮膚的要求，將聚類分析的算法應用于心電信號預警系統(tǒng)，將智能算法與采集數(shù)據(jù)實時的結合起來能夠給用戶迅速直觀的監(jiān)測結果，可以提高廣大人民群眾對于心臟疾病早期發(fā)現(xiàn)的能力，無論對于早期監(jiān)護和突發(fā)性監(jiān)察，都具有重要意義。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例提供的一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)的框架圖；
[0020]圖2是PSoC4BLE電路框圖；
[0021]圖3是EPIC傳感模塊中的傳感模塊電源管理電路框圖；
[0022]圖4是基于模糊粒度的K-均值動態(tài)聚類算法的流程圖；
[0023]圖5是實施例的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)，包括:移動終端1、數(shù)據(jù)處理平臺2和EPIC傳感模塊3組成。移動終端I由模板數(shù)據(jù)庫11、基于K-均值的模式識別平臺12以及結果反饋13組成；數(shù)據(jù)處理平臺2由PSoC4BLE電路21以及平臺電源管理電路22組成；EPIC傳感模塊3由EPIC傳感器31、可控增益儀用放大器電路32以及傳感模塊電源管理電路33組成。
[0026]數(shù)據(jù)處理平臺2通過PSoC4BLE中的智能藍牙電路2110和移動終端I藍牙通信，EPIC傳感模塊3通過U.FL接口與數(shù)據(jù)處理平臺2連接。
[0027]平臺電源管理電路22和傳感模塊電源管理電路33分別為數(shù)據(jù)處理平臺2、EPIC傳感模塊3提供電源。
[0028]如圖2所示，是PSoC4BLE電路21的框圖。EPIC傳感器31通過U.FL接口接入低通濾波器211，因為EPIC傳感模塊3的輸出信號會包含大量的高頻噪聲部分，因此需要對EPIC傳感器的輸出信號進行低通濾波；低通濾波器211輸出給差分放大器212和加法放大器216，差分放大器212用于兩路傳感器信號作差，取出差分信號即可得到需要的心電信號，而加法放大器216用于輸出給右腿驅動電路217，這樣先將兩路信號相加，再去掉差分信號，從而消除共模電壓。可編程增益放大器213接差分放大器212的輸出，對差分信號進行合適比例的放大，便于后續(xù)信號處理?？删幊淘鲆娣糯笃?13的輸出到逐次逼近型模數(shù)轉換器215，完成數(shù)模轉換，輸出至數(shù)字濾波器218，最終輸入至Cortex-M3CPU2211。CPU2111完成數(shù)字量的心電數(shù)據(jù)處理，再通過智能藍牙電路2110發(fā)送至移動終端I。
[0029]如圖3所示，是傳感模塊電源管理電路33的框圖。可充電紐扣鋰電池331作為EPIC傳感模塊3儲能器件；+3.7V輸出給低壓差線性穩(wěn)壓器332轉換為+2.5V，輸出給反向電荷栗333轉換為負電壓-3.7V，再通過低壓差線性穩(wěn)壓器335輸出-2.5V電壓，上述的雙極性電壓±2.5V，提供給EPIC傳感器31作為電源；輸出給參考電壓334，后者提供0.512V給可控增益儀用放大器電路32。
[0030]如圖4所示，是基于模糊粒度的K-均值動態(tài)聚類算法的流程圖。模糊K-均值算法基本思想是首先設定一些類及每個樣本對各類的隸屬度；然后通過迭代，不斷調整隸屬度至收斂，收斂條件是隸屬度的變化量小于規(guī)定的閾值。利用基于模糊粒度的K-均值算法，以心電信號數(shù)據(jù)庫為基礎，建立心電圖模板進行實時預警，利用專家?guī)炷Ｊ阶R別改進分類準確度。將聚類分析的算法應用于心電信號預警系統(tǒng)，將智能算法與采集數(shù)據(jù)實時的結合起來，能夠給用戶迅速直觀的監(jiān)測結果。
[0031]如圖5所示，是本發(fā)明提供的一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)工作流程圖。
【主權項】
1.一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)，其特征在于，包括移動終端、數(shù)據(jù)處理平臺和集成電勢電路傳感模塊，其中: 移動終端包括存儲模板數(shù)據(jù)庫、基于K-均值的模式識別平臺以及結果反饋，其中:存儲模板數(shù)據(jù)庫，用于存儲心電圖模板數(shù)據(jù)，為模式識別平臺提供數(shù)據(jù)樣本；模式識別平臺，用于對通過集成電勢電路傳感模塊獲得的心電信號進行分類識別，識別出心電信號所述的類別；結果反饋，用于反饋模式識別平臺識別出的類別，并根據(jù)相應的類別產生相應的告馨.1=I ， 數(shù)據(jù)處理平臺，用于對集成電勢電路傳感模塊獲得的信號進行處理后，通過無線方式傳輸給移動終端； 集成電勢電路傳感模塊包括EPIC傳感器、可控增益儀用放大器電路以及傳感模塊電源管理電路，其中:傳感模塊電源管理電路，用于為EPIC傳感器及可控增益儀用放大器電路提供工作電源；EPIC傳感器，用于獲取佩戴者的心電信號；可控增益儀用放大器電路，用于將EPIC傳感器獲得的心電信號濾波后放大，隨后發(fā)送給數(shù)據(jù)處理平臺。2.如權利要求1所述的一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理平臺包括低功耗藍牙片上可編程系統(tǒng)和平臺電源管理電路，其中:平臺電源管理電路，給低功耗藍牙片上可編程系統(tǒng)提供工作電源；低功耗藍牙片上可編程系統(tǒng)，用于將接收自所述集成電勢電路傳感模塊的心電信號濾波后放大，隨后對放大后的信號進行AD轉換；同時也用于將轉換得到的數(shù)字信號通過藍牙方式發(fā)送給所述移動終端。3.如權利要求2所述一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺電源管理電路由磷酸鐵鋰電池和電壓調整電路組成。4.如權利要求1所述一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)，其特征在于，所述基于K-均值的模式識別平臺采用基于K-均值動態(tài)聚類的模式識別算法。5.如權利要求1所述一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)，其特征在于，所述EPIC傳感器采用電容耦合技術采集心電信號。6.如權利要求1所述一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感模塊電源管理電路由可充電紐扣鋰電池LIR2032、低壓差線性穩(wěn)壓器、反向電荷栗和參考電壓電路組成。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種穿戴式非接觸電極心臟病預警系統(tǒng)，其特征在于，包括移動終端、數(shù)據(jù)處理平臺和集成電勢電路傳感模塊。本發(fā)明的優(yōu)點是：穿戴的方式能簡單舒適的穿著于使用者身上，非接觸式電極可以擺脫一直需要接觸皮膚的要求，將聚類分析的算法應用于心電信號預警系統(tǒng)，將智能算法與采集數(shù)據(jù)實時的結合起來能夠給用戶迅速直觀的監(jiān)測結果，可以提高廣大人民群眾對于心臟疾病早期發(fā)現(xiàn)的能力，無論對于早期監(jiān)護和突發(fā)性監(jiān)察，都具有重要意義。
【IPC分類】A61B5/0402
【公開號】CN105011928
【申請?zhí)枴緾N201510242246
【發(fā)明人】許武軍, 曾凱, 黃河, 禹素萍, 熊揚成
【申請人】東華大學, 上海應用技術學院
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年5月13日