一種可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明是一種可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，包括：第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極、薄膜可充電電池、信號存儲單元、無線充電電感，通過互聯導線與心電、心阻抗信號檢測控制電路相連接，心電、心阻抗信號檢測控制電路檢測處理心電、心阻抗信號并進行本地存儲和對外傳輸。這種新傳感器可以像創可貼一樣附著在人體的心臟附近，同時進行心電和心阻抗的連續實時監測，具有體積小、多功能、可以進行無線充電和無線數據傳輸，擺脫了傳統心電、心阻抗導聯線的束縛，便于進行穿戴式監測，采用集成有源干電極進行監測，大大提高了心電、心阻抗監測的舒適度。
【專利說明】—種可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及傳感器，特別涉及心電、心阻抗監測傳感器。
【背景技術】
[0002]健康狀況已成為社會大眾關注的焦點，心臟疾病是造成人類死亡的三大疾病之一，對心臟病的診斷與研究一直是醫學界的一個主要課題。心臟在除極和復極的電化學活動中產生心電場，心電場在人體上產生電位差，這些電位差在體表的測量就是心電圖。體表心電信號是心臟電生理狀態的反映，心電圖機已經成為臨床診斷心臟病的主要工具，其中最常用的有12導聯心電圖機和動態心電監護系統Holter機。
[0003]心臟病的發病有很大的偶然性和突發性，一些異常的心電信息只有在某些特殊情況下才出現。因此，有必要對被檢測者的心電進行長時間的記錄與分析。動態心電監護系統作為一種對心血管疾病進行長期監護的裝置，在臨床與健康護理中得到廣泛的應用。
[0004]除了常規心電圖外，心輸出量以及心室每搏輸出量是診斷心血管疾病和血流動力學的重要參數和基本指標。心輸出量的測定方法分有創法和無創法。有創法又稱心導管介入法，它將一定劑量的指示劑注入到人體胸腔的大血管中，通過探測器測量指示劑在血液中流動的情況推算出心輸出量。該類方法被公認比較準確，但操作復雜，需要專業醫務人員手術完成，不但給受檢者帶來痛苦，而且獲取數據費時，只能提供間斷數據，不能長時間連續重復使用，具有潛在的不安全性。因此，該類方法適用范圍有限，檢測費用高。無創法是以阻抗法心功能檢測儀為代表的方法。阻抗法又稱胸電生物阻抗法，它在有創法不能使用的場合(危重病人、輕病人、導管禁忌病人和健康人等)有效地替代了有創技術。它將胸腔作為傳感器，借助檢測電流，把胸腔內血流變化引起的阻抗變化轉換成相應的電壓變化，從而得出胸腔內血流隨時間的變化情況即血流動力學狀態。
[0005]由于心阻抗血流圖的無創性、簡單易測、成本低廉等突出優點，用它進行心功能檢查、心肺循環系統疾病輔助診斷、療效觀察等都有重要參考意義。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器。
[0007]為實現上述目的，一種可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，主要結構包括；第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極、心電、心阻抗信號檢測控制電路、薄膜可充電電池、信號存儲單元、無線充電電感通過互連導線和微納制造技術低功耗集成連接于柔性織物襯底的表面上,其中:
[0008]心電、心阻抗信號檢測控制電路分別連接第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極、信號存儲單元、無線充電電感；
[0009]心電、心阻抗信號檢測控制電路的電源管理單元與薄膜可充電電池連接,心電、心阻抗信號檢測控制電路的電源管理單元以薄膜可充電電池為一次電源，電源管理單元產生不同電壓大小的二次電源為第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極和信號存儲單元供電；
[0010]心電、心阻抗信號檢測控制電路的正弦或方波激勵電流源連接第一心阻抗激勵電極和第二心阻抗激勵電極；
[0011 ] 心電、心阻抗檢測控制電路檢測第一心電檢測電極與第二心電檢測電極輸出電壓信號的差分信號，形成單導聯的心電信號；
[0012]心電、心阻抗檢測控制電路檢測第一心阻抗檢測電極與第二心阻抗檢測電極輸出電壓信號的差分信號，經解調和處理得到心阻抗信號；
[0013]第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極中的輸入阻抗大于106Ω零增益前置放大器，用于將數百ΜΩ輸入阻抗的心電信號和心阻抗信號轉換為輸出阻抗小于IK Ω低輸出阻抗的心電信號和心阻抗信號；
[0014]心電、心阻抗信號檢測控制電路的輸入端分別與第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極相連接，對第一心電檢測電極、第二心電檢測電極之間的電壓信號進行差分放大、數字化采集與處理；對第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極之間的電壓信號進行差分放大、數字化采集、解調與處理；
[0015]心電、心阻抗信號檢測控制電路的激勵電流源信號輸出分別與第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極連接，產生用于心阻抗信號檢測的激勵電流源信號，所述激勵電流源信號用于激發第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極工作；所述激勵電流源信號是正弦或方波激勵電流信號；
[0016]經心電、心阻抗檢測控制電路處理，得到的心電和心阻抗信號能通過無線通訊的方式對外傳輸，確保整個傳感器系統對外的密封性；
[0017]信號存儲單元，用于本地存儲心電、心阻抗信號檢測控制電路監測處理的心電和心阻抗信號；
[0018]無線充電電感與心電、心阻抗信號檢測控制電路連接，結合心電、心阻抗信號檢測控制電路的充電控制電路對薄膜可充電電池進行無線充電。
[0019]本發明的有益效果:
[0020]本發明的可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器克服了現有動態心電監護傳感器和心阻抗監測傳感器的體積大、功能單一的不足，實現了心電和心阻抗檢測的集成，能實現反映心臟電學功能的心電信號和反映心臟機械功能的心阻抗信號的集成同步監測。本發明可通過微納制造技術、低功耗集成電路技術和電子織物等技術，研制出基于柔性電子織物襯底的可貼式心電和心阻抗集成監測傳感器系統，既可以擺脫傳統Holter機導聯線的束縛，還可以在實現心電信號監測的同時，采用一個傳感器同時實現對心阻抗信號的監測，當采用無線信號傳輸方式時，由于采用無線充電電感結合心電、心阻抗檢測控制電路7的充電控制電路給無線薄膜充電電池充電，整個心電、心阻抗集成監測傳感器可以對外不留任何接口，采用完全密封的結構，從而可以大大提高整個傳感器系統的可靠性與穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明實施例六電極可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器結構示意圖。[0022]圖2是本發明實施例四電極可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器結構示意圖。
[0023]圖3是本發明實施例兩電極可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器結構示意圖。
[0024]圖4是本發明可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器在人體表面進行可貼式監測的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0026]如圖1示出本發明六電極可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器結構示意圖，可貼式心電、阻抗集成監測傳感器由第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極2、第一心阻抗激勵電極3、第二心阻抗激勵電極4、第一心阻抗檢測電極5、第二心阻抗檢測電極6、心電、心阻抗信號檢測控制電路7、薄膜可充電電池8、信號存儲單元9、無線充電電感10通過互連導線11和微納 制造技術低功耗集成連接于柔性織物襯底12的表面上，其中:
[0027]心電、心阻抗信號檢測控制電路7分別連接第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極2、第一心阻抗激勵電極3、第二心阻抗激勵電極4、第一心阻抗檢測電極5、第二心阻抗檢測電極6、信號存儲單元9、無線充電電感10 ；
[0028]心電、心阻抗信號檢測控制電路7的電源管理單元與薄膜可充電電池8連接，心電、心阻抗信號檢測控制電路7的電源管理單元以薄膜可充電電池8為一次電源，電源管理單元產生不同電壓大小的二次電源為第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極2、第一心阻抗檢測電極5、第二心阻抗檢測電極6和信號存儲單元9供電；
[0029]心電、心阻抗信號檢測控制電路7的正弦或方波激勵電流源連接第一心阻抗激勵電極3和第二心阻抗激勵電極4 ；
[0030]心電、心阻抗檢測控制電路7檢測第一心電檢測電極I與第二心電檢測電極2輸出電壓信號的差分信號，形成單導聯的心電信號；
[0031]心電、心阻抗檢測控制電路7檢測第一心阻抗檢測電極5與第二心阻抗檢測電極6輸出電壓信號的差分信號，經解調和處理得到心阻抗信號；
[0032]第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極2、第一心阻抗檢測電極5、第二心阻抗檢測電極6中的輸入阻抗大于IOGQ零增益前置放大器，用于將數百ΜΩ輸入阻抗的心電信號和心阻抗信號轉換為輸出阻抗小于IK Ω低輸出阻抗的心電信號和心阻抗信號；
[0033]心電、心阻抗信號檢測控制電路7的輸入端分別與第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極2、第一心阻抗檢測電極5、第二心阻抗檢測電極6相連接，對第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極2之間的電壓信號進行差分放大、數字化采集與處理；對第一心阻抗檢測電極5、第二心阻抗檢測電極6之間的電壓信號進行差分放大、數字化采集、解調與處理；
[0034]心電、心阻抗信號檢測控制電路7的激勵電流源信號輸出分別與第一心阻抗激勵電極3、第二心阻抗激勵電極4連接，產生用于心阻抗信號檢測的激勵電流源信號，所述激勵電流源信號用于激發第一心阻抗激勵電極3、第二心阻抗激勵電極4工作；所述激勵電流源信號是正弦或方波激勵電流信號；
[0035]經心電、心阻抗檢測控制電路7處理，得到的心電和心阻抗信號能通過無線通訊的方式對外傳輸，確保整個傳感器系統對外的密封性；[0036]信號存儲單元9，用于本地存儲心電、心阻抗信號檢測控制電路7監測處理的心電和心阻抗信號；
[0037]無線充電電感10與心電、心阻抗信號檢測控制電路7連接，結合心電、心阻抗信號檢測控制電路7的充電控制電路對薄膜可充電電池8進行無線充電。當只采用無線數據傳輸時，由于傳感器系統采用的是無線充電技術，因此整個傳感器系統可以不對外留任何接口，大大提高了傳感器系統的可靠性與穩定性。第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極2、第一心阻抗激勵電極3、第二心阻抗激勵電極4、第一心阻抗檢測電極5、第二心阻抗檢測電極6、心電、心阻抗信號檢測控制電路7、薄膜可充電電池8、信號存儲單元9、無線充電電感
10、互連導線11通過微納制造技術、低功耗集成電路技術和電子織物技術等集成于柔性電子織物襯底的表面，可以實現心電、心阻抗信號的穿戴式集成同步監測。
[0038]如圖1所示本發明心電、心阻抗集成監測傳感器系統中含有的六個物理電極的實施例1，所述六個物理電極是第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極2、第一心阻抗激勵電極3、第二心阻抗激勵電極4、第一心阻抗檢測電極5、第二心阻抗檢測電極6。
[0039]如圖2所示本發明心電、心阻抗集成監測傳感器系統中含有的四個物理電極的實施例2，所述四個物理電極是將第一心阻抗激勵電極3與第一心阻抗檢測電極5集成為第一個物理電極，第二心阻抗激勵電極4與第二心阻抗檢測電極6集成為第二個物理電極，各個電極與心電、心阻抗檢測控制電路之間的連接關系與功能與實施例一相同，在這里，由于第一心阻抗激勵電極3用于連接電流源信號，第一心阻抗檢測電極5用于檢測微弱電壓信號，因此可以將第一心阻抗激勵電極3和第一心阻抗檢測電極5集成為第一物理電極。由于第二心阻抗激勵電極4用于連接電流源信號，第二心阻抗檢測電極6用于檢測微弱電壓信號，因此可以將第二心阻抗激勵電極4和第二心阻抗檢測電極6集成為第二物理電極。
[0040]如圖3所示本發明心電、心阻抗集成監測傳感器系統中含有的兩個物理電極的實施例3，所述兩個物理電極是將第一心電檢測電極1、第一心阻抗激勵電極3、第一心阻抗檢測電極5集成于一個物理電極；第二心電檢測電極2、第二心阻抗激勵電極4、第二心阻抗檢測電極6集成于另一個物理電極，實施例3的各個部件之間的連線關系和功能與實施例1和實施例2相同，在實施例2的基礎上，由于心電信號與心阻抗信號屬于不同的頻段，心電信號低于IOOHz屬于低頻信號，心阻抗信號的調制頻率一般在幾十kHz左右屬于中頻信號，所以可以進一步將第一心電檢測電極1、第一心阻抗激勵電極3、第一心阻抗檢測電極5集成于一個物理電極，第二心電檢測電極2、第二心阻抗激勵電極4、第二心阻抗檢測電極6集成于一個物理電極。本實施方案不僅減少了物理電極的數量和傳感器的尺寸，而且由于共用電極可以減小心電、心阻抗信號檢測控制電路7中的數字化AD單元的通道數，因而有利于節約整個傳感器系統的成本。
[0041]所述傳感器能同時實現單導心電和心阻抗信號的集成同步監測，還可以通過增加電極數目實現多導聯心電信號與心阻抗信號的集成同步檢測。
[0042]所述第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極2、第一心阻抗激勵電極3、第二心阻抗激勵電極4、第一心阻抗檢測電極5、第二心阻抗檢測電極6是傳統的Ag/AgCl等濕電極，或是干電極。當采用干電極時，雖然采集到的心電和心阻抗信號的信噪比稍差，但有著可以長時間監測，避免了由于Ag/AgCl導電膏引起的皮膚過敏和不適。
[0043]所述第一心電檢測電極1、第二心電檢測電極2、第一心阻抗激勵電極3、第二心阻抗激勵電極4、第一心阻抗檢測電極5、第二心阻抗檢測電極6的外形既能做成圓形，或做成方形、菱形和三角形的形狀，或由這組形狀組合而成的形狀。
[0044] 整個所述可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器的外形做成方形，或做成倒鈍角或圓角的方形、橢圓形狀，或由這組形狀組合而成的形狀。
[0045]本發明的心電信號通過檢測第一心電檢測電極I與第二心電檢測電極2之間的電位差，并通過相應的濾波、放大、高分辨率模擬數字轉換單元AD進行數字化，進一步進行數字濾波去噪和基線漂移等數字處理以后，通過無線傳輸單元將采集到的心電信號對外傳輸。
[0046]本發明的心阻抗信號通過相關檢測與鎖相放大的方法進行檢測，在第一心阻抗激勵電極3與第二心阻抗激勵電極4之間施加一定頻率的正弦或方波電流信號，檢測第一心阻抗檢測電極5與第二心阻抗檢測電極6之間與激勵電流信號頻率相等的正弦電壓信號，該電壓信號的幅值與心阻抗的大小成正比。
[0047]本專利發明的這種可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，相對于目前的心電傳感器和心阻抗傳感器，既擺脫了導聯線的束縛，還可以采用一個傳感器同時實現反映心臟電學功能的心電信號和反映心臟機械功能的心阻抗信號的實時同步監測。
[0048]如圖4所示，將可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器附著在被監護者的心臟附近實現心電、心阻抗信號的同步實時監測。傳感器的安放部位和安放角度可以根據不同的監護者實現一定的微調，保證傳感器的輸出信號的幅度和靈敏度最大。
[0049]以上所述，僅為本發明中的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內。
【權利要求】
1. 一種可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，其特征在于包括:第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極、心電、心阻抗信號檢測控制電路、薄膜可充電電池、信號存儲單元、無線充電電感通過互連導線和微納制造技術低功耗集成連接于柔性織物襯底的表面上，其中: 心電、心阻抗信號檢測控制電路分別連接第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極、信號存儲單元、無線充電電感； 心電、心阻抗信號檢測控制電路的電源管理單元與薄膜可充電電池連接，心電、心阻抗信號檢測控制電路的電源管理單元以薄膜可充電電池為一次電源，電源管理單元產生不同電壓大小的二次電源為第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極和信號存儲單元供電； 心電、心阻抗信號檢測控制電路的正弦或方波激勵電流源連接第一心阻抗激勵電極和第二心阻抗激勵電極； 心電、心阻抗檢測控制電路檢測第一心電檢測電極與第二心電檢測電極輸出電壓信號的差分信號，形成單導聯的心電信號； 心電、心阻抗檢測控制電路檢測第一心阻抗檢測電極與第二心阻抗檢測電極輸出電壓信號的差分信號，經解調和處理得到心阻抗信號； 第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極中的輸入阻抗大于IOGQ零增益前置放大器，用于將數百ΜΩ輸入阻抗的心電信號和心阻抗信號轉換為輸出阻抗小于IKΩ低輸出阻抗的心電信號和心阻抗信號； 心電、心阻抗信號檢測控制電路的輸入端分別與第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極相連接,對第一心電檢測電極、第二心電檢測電極之間的電壓信號進行差分放大、數字化采集與處理；對第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極之間的電壓信號進行差分放大、數字化采集、解調與處理； 心電、心阻抗信號檢測控制電路的激勵電流源信號輸出分別與第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極連接，產生用于心阻抗信號檢測的激勵電流源信號，所述激勵電流源信號用于激發第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極工作；所述激勵電流源信號是正弦或方波激勵電流信號； 經心電、心阻抗檢測控制電路處理，得到的心電和心阻抗信號能通過無線通訊的方式對外傳輸，確保整個傳感器系統對外的密封性； 信號存儲單元，用于本地存儲心電、心阻抗信號檢測控制電路監測處理的心電和心阻抗信號； 無線充電電感與心電、心阻抗信號檢測控制電路連接，結合心電、心阻抗信號檢測控制電路的充電控制電路對薄膜可充電電池進行無線充電。
2.按權利要求1所述的可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，其特征在于，所述第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極都采用物理電極。
3.按權利要求2所述的可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，其特征在于，將所述第一心阻抗激勵電極與第一心阻抗檢測電極集成為第一個物理電極，將所述第二心阻抗激勵電極與第二心阻抗檢測電極集成為第二個物理電極。
4.按權利要求2所述的可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，其特征在于，將所述的第一心電檢測電極、第一心阻抗激勵電極、第一心阻抗檢測電極集成為一個物理電極，及將所述的第二心電檢測電極、第二心阻抗激勵電極、第二心阻抗檢測電極集成為另一個物理電極。
5.按權利要求1所述的可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，其特征在于，所述傳感器能同時實現單導心電和心阻抗信號的同步監測，或通過增加電極數目實現多導聯心電信號與心阻抗信號的同步檢測。
6.按權利要求2所述的可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，其特征在于，所述第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極是Ag/AgCl濕電極，或是干電極。
7.按權利要求2所述的可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，其特征在于，所述第一心電檢測電極、第二心電檢測電極、第一心阻抗激勵電極、第二心阻抗激勵電極、第一心阻抗檢測電極、第二心阻抗檢測電極的外形既能做成圓形，或做成方形、菱形和三角形的形狀，或由這組形狀組合而成的結構。
8.按權利要求1至7所述的可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器，其特征在于，整個所述可貼式心電、心阻抗集成監測傳感器的外形做成方形，或做成倒鈍角或圓角的方形、橢圓形結構，或由這組形狀組 合而成的形狀。
【文檔編號】A61B5/0402GK103622688SQ201310009335
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年1月10日 優先權日:2013年1月10日
【發明者】陳賢祥, 夏善紅, 任仁, 胡欣宇, 李文寶 申請人:中國科學院電子學研究所