基于“电子皮肤”的便携式心电监护系统关键技术——传感器电路的研究

摘要

随着人们生活水平的提高,心血管类疾病已成为威胁人类健康和生命的主要疾病之一。心电图是诊断心血管疾病的主要手段。心血管疾病在发作时具有突发性、偶然性以及高度危险性。因此,开发一种能长期、准确、实时采集心电信号的便携式心电监护仪,实现记录患者长时间、不同运动状态下的动态心电信息,对于心血管疾病预警与早期治疗,降低发病率和死亡率等具有重要作用。
　　目前,心电信号的提取依然是研制多功能便携式心电监护仪的关键技术。家庭心电监护需要长期、连续、实时、远程监测,但市场上现有的心电监护产品很难同时完美地做到上述要求。本研究针对心电监护的实际需求,提出了一种新的心电、呼吸信号提取方法,电极不与人体皮肤直接接触,并取消电极与装置之间的连接导线,使病人行动自由,皮肤不会感到不适,从而实现心电信号的长期实时监测。
　　本文设计了一种非接触式心电、呼吸信号采集系统,该系统包括传感器电路和读取电路两部分。首先,根据心电偶极子等效模型,设计了新型电极,将作用电极、相关电极和地电极整合在一起,消除电极导线。然后,提出了一种新的心电非接触测量方法,设计一种特殊的LC振荡式传感器电路,利用变容二极管、电感线圈分别作为心电信号、呼吸信号的传感器件,该传感器电路具有仪表放大电路的特点,对共模信号有抑制作用,对差模信号有放大的作用。然后利用“电子皮肤”技术将新型电极、传感器电路整合在一起,形成一种类似皮肤的薄膜片,受大气压力而黏贴在人皮肤上,不需传统的固定。最后,使用HFSS软件设计了高Q值耦合线圈。将检测到的电生理信号通过谐振耦合线圈无线传输至读取电路。读取电路把接收到的调制信号通过相位检测的方式解调出来,并通过后续滤波等方法实现心电和呼吸波信号的分离。便携式接收装置通过GPRS模块将信号远程传输到信息处理平台,通过相关的算法,实现对心电、呼吸信号的长期、实时监测。