一種帶有運動監測功能的便攜心電圖機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于心電圖檢測技術領域，具體包括一種帶有運動監測功能的便攜心電圖機及一種同步顯不心電圖和運動負荷的心電圖輸出方案。
【背景技術】
[0002]目前心電圖檢查以臨床心電圖為主，包括常規靜息心電圖、運動心電圖、24小時動態心電圖(Holter)和持續心電監護(用于術中監護或重癥監護)。隨著技術的進步和制造成本的降低，各種小型廉價的家用心電圖設備也逐漸開始普及。臨床心電圖與家用心電圖沒有本質的不同，但由于臨床心電圖的實施方式對于家庭用戶而言過于復雜，家用心電圖在很多方面做了簡化。
[0003]以上心電圖檢查均有其局限性:常規靜息心電圖檢查時間很短，很容易漏掉一過性的心電異常;運動心電圖有可能發現隱匿性的心臟異常情況，但其檢查過程復雜，覆蓋人群有限，不能作為常規檢查;動態心電圖雖然可以持續監測24小時，但其導聯較少，不能反映整個心臟的狀況，且患者的日常活動容易導致電極脫落或對心電信號產生各種干擾;而持續心電監護通常只用于監護危重或術后病人的生命體征，主要目的是為了避免病人在無人監管時出現意外，監測過程中出現的其他異常一般不被重視，其內容也不會被記錄下來進入醫療檔案;而家用心電圖則多采用非標準導聯，導聯位置相當隨意，其監測內容和結論一般不被臨床所采納。
[0004]雖然心電圖理論上可以廣泛應用于疾病診斷、疾病預防、運動健康管理、競技體育等領域，由于其操作方法對于非專業用戶而言仍然過于復雜，目前的心電圖主要用于臨床疾病的診斷和治療，此外還被少數體育機構用于指導競技體育訓練，心電圖在疾病預防和運動健康管理方面的潛力完全沒有受到重視并投入應用。
[0005]長久以來人們就一直期望醫學能夠從治療疾病向預防疾病發展。發現身體早期異常并預防其進一步演變是預防醫學的重要內容之一，持續的健康監控是發現早期異常的重要措施。可穿戴設備具有傳統設備無法比擬的舒適性和方便性，逐漸成為持續健康監控的最主要手段。隨著可穿戴設備的逐漸普及，持續健康監控已經逐漸被用戶接受。但目前，可穿戴設備所能監測的健康指標非常有限，多數設備只能檢測心率、體溫、呼吸等簡單的內容。從臨床的角度來看，這些內容僅在結合癥狀及其他臨床數據時才有參考價值。由于可穿戴設備自身并沒有同時提供其他臨床數據的能力，因此目前這些設備對疾病預防和治療并沒有價值，其應用范圍只能被局限于“運動健康管理”，無法進一步延伸到更有價值的疾病預防和治療領域。但即便如此，由于目前的可穿戴設備無法幫助用戶真實了解自己的身體在運動前、中、后的具體情況，因此嚴格來講，這些設備充其量只實現了運動量管理的功能，距離真正的運動健康管理還很遙遠。
[0006]為臨床醫療提供數據支持及更將是可穿戴設備發展的重要方向之一。目前，可穿戴設備的適用范圍基本局限于可以無創監測的項目，如心率、呼吸、體溫、血壓、血氧、心電、腦電等，需要采集生物標本的生化指標監測一般不屬于其適用范圍。從臨床角度看，適合利用可穿戴設備長期持續監測的指標并不多，一般須具備以下特點:指標具有獨立的臨床意義;指標無法或很難被追溯;指標變化劇烈容易被漏診;指標變化具有健康管理、預防或診斷價值。心電圖非常完美的匹配了這些特點:心臟每天跳動約10萬次，即產生同等數量的心電圖波形，多數情況下僅僅有少數波形存在異常，很容易被遺漏;心電圖異常本身可以獨立支持臨床診斷;從臨床意義來看，心臟疾病處于死亡原因的前列，且由于缺乏監控和預警機制，其中相當一部分在發病或致死性發作前從未發現過心臟異常。因此心電圖是最適和長期監測的指標之一。
[0007]除了在疾病預防和診斷方面的顯著意義，長期持續心電監測將極大的改善可穿戴設備在運動健康管理方面的作用。近年來業余體育選手和白領人群中猝死案例屢見不鮮。按照臨床經驗，這些案例一般都有潛在的生理異常或隱匿性的疾病，運動或壓力負荷超過身體承受能力并誘發了致死性疾病發作，其中幾乎所有案例都是死于心臟疾病發作。目前可穿戴設備通過單純的心率、呼吸等指標不能幫助用戶制定最適合他們的活動方案和行為習慣，更不能幫助用戶發現各種可能引起嚴重后果的潛在異常。而持續心電監測可以幫助用戶發現心臟異常情況并及時提醒用戶，從而幫助用戶建立合適的運動和生活習慣，避免不適合的運動種類和運動負荷，避免有害的行為習慣和生活方式，從而在很大程度上避免運動意外的發生。
[0008]單純依靠醫療機構無法把心電圖的用戶從患者擴大到普通人群，用戶將無法承擔其高昂的資源依賴和費用支出，因此相關設備必須家用化。如前所述，家用心電圖設備最大的問題是電極位置不標準從而導致其結果無法被臨床承認。目前已經有一些技術方案可以幫助普通用戶解決心電圖電極的定位和固定問題，從而增加了可穿戴心電圖設備的實用性，使得用戶可能像佩戴手環一樣簡單的使用可穿戴設備對自己的心臟健康狀況進行監測。
[0009]可穿戴設備意味著在接受心電圖監測時用戶可能隨時處于任何活動狀態，而任何身體活動均意味著一定的運動負荷。運動負荷代表了用戶活動時所承受的生理負荷，包括運動量和運動強度。運動負荷大小對心電圖的波形和心率均會造成影響，比如健康的年輕人在短跑時心率可達到180次/分，同時波形也會出現一些變化。目前常規靜息心電圖默認用戶在接受心電圖檢查時處于靜息狀態;運動心電圖在醫生監督下進行，醫生對用戶接受檢查時的運動負荷也有充分的了解，因此目前的心電圖設備均沒有運動監測模塊，心電圖輸出內容也不帶運動負荷的相關內容。長期持續心電監測時用戶的運動負荷隨時在變化，如果醫護人員不了解用戶的運動負荷而直接用靜息心電圖的標準判斷運動時的心電圖，就可能會導致錯誤的結果。因此，持續心電圖監測設備必須具備同步監測用戶運動情況的能力，并可以同步輸出心電圖和運動負荷供相關專業人士進行參考。
【發明內容】
[0010]本發明要解決的技術問題是:目前的心電圖設備沒有運動監測模塊，不能在長期持續心電監測時同步監測記錄用戶的運動狀態，因此無法在輸出心電圖時同步提供用戶的運動狀態供醫護人員或分析程序參考，從而限制了長期持續心電圖監測的實用性。
[0011]為解決以上技術問題，本發明為便攜心電圖機增加了運動監測模塊，并提供了一種同步顯示心電圖和運動負荷的心電圖輸出方案。其中，所述運動監測模塊由三軸加速度計組成，除運動監測模塊外，所述便攜心電圖機還包括普通便攜心電圖機所必要的電極和導聯線、導聯線接口、信號采集模塊(或稱為“集成模擬前端”)、輸入模塊(包括按鈕、鍵盤及觸摸屏)、MCU、電源(電池)和電源管理、顯示模塊(可選)、無線通訊模塊(可選)、有線通訊模塊(可選)、報警模塊、存儲模塊和時鐘電路等。
[0012]根據本發明所述的便攜心電圖機在采集心電圖時利用運動監測模塊同步監測并記錄用戶的運動數據，原始運動數據被保存至存儲模塊，經過便攜心電圖機、本地設備或在云端服務器處理后得到運動負荷數據，包括運動強度和運動量，其中運動強度反映人體在每個瞬間的生理負荷，運動量為在特定時間內累計的運動總量。由于運動對心跳的影響存在一定的滯后效應，比如開始運動后心率會逐漸上升，停止運動后心率過一段時間才能恢復到正常水平，因此反映即時生理負荷的運動強度并不是運動心電圖的最佳參考依據。在運動強度的基礎上，本發明還進一步提出了平均運動強度的概念以更好反映運動對心電活動的影響，即取前若干時間所有瞬時運動強度的算術平均值作為當前時間的平均運動強度。由于運動對心臟的影響隨時間推移而逐漸減弱，也可以用加權平均的算法來計算任意時刻的平均運動強度，時間越靠前，權重值越低。根據加權平均的方式算出的平均運動強度可以更好的反映運動對心臟的影響。系統在輸出心電圖時，會在同一個時間軸上同時顯示心電圖波形、運動強度和平均運動強度，其中運動強度和平均運動強度以折線圖、面積圖或柱形圖等圖表方式。也可以用顏色/灰度的方式表示任意時刻的運動強度和平均運動強度，以灰度為例，灰度顏色越淺，代表當時的運動強度越低。對于以折線圖、面積圖和柱形圖表示的運動強度，輸出界面同時提供運動強度參考線供相關人員或分析程序參考。觀察期內的運動量可以通過運動強度折線圖或面積圖所覆蓋的總面積來表示。
[0013]進一步作為本發明的改進方案，所述運動監測模塊可以升級為三軸加速度計加三軸陀螺儀，或三軸加速度計加三軸磁力計，或三軸加速度計加三軸陀螺儀加三軸磁力計，或三軸加速度計加氣壓傳感器，或三軸加速度計加三軸陀螺儀加氣壓傳感器，或三軸加速度計加三軸磁力計加氣壓傳感器，或三軸加速度計加三軸陀螺儀加三軸磁力計加氣壓傳感器的方案。
[0014]本發明的有益效果是:帶有運動監測功能的便攜心電圖機在測量心電圖時可以同時記錄用戶的運動數據，本地設備或云端服務器處理原始運動數據并計算出運動強度，系統輸出心電圖時會以折線圖、面積圖、柱形圖、顏色、灰度等方式同步輸出運動強度和/或平均運動強度數據，醫護人員或分析程序可以結合運動負荷判斷用戶的心電圖是否正常。
【附圖說明】
[0015]圖1是根據本發明實施例的帶有運動監測功能的便攜心電圖機的結構框圖。
[0016]圖2是本發明所述的帶有運動監測功能的便攜心電圖機的使用狀態示意圖。
[0017]圖3是本發明所述的帶有運動強度曲線的心電圖。
[0018]圖4是本發明所述的帶有灰度表示運動強度的心電圖。
[0019]圖中:1.導聯線接口2.集成模擬前端3.運動監測模塊4.輸入模塊5.時鐘電路6.電源及電源管理7.顯示模塊8.微控制器9.微處理器10.DSP 11.無線通訊模塊12.有線通訊模塊13.報警模塊14.存儲模塊15.便攜心電圖機主機。
【具體實施方式】<