一种颅内出血检测装置及监测数据的采集方法

摘要

本发明公开了一种颅内出血检测装置及监测数据的采集方法。本发明的颅内出血检测装置包括主机部分和电极部分；电极部分主要由八个电极和对应的导联线组成，八个电极经各自对应的导联线与主机部分相连，八个电极分别与人体的八个部位相连；电极部分检测人体八个部位的电位信号并将人体八个部位的电位信号传输给主机部分，主机部分进行处理并传输给终端。监测数据的采集处理方法应用于颅内出血检测装置。本发明的装置结构小巧易于携带，功耗低，方法简单，可实时监测穴位的电位信号。

说明书

技术领域

本发明属于身体状态监测领域的一种检测装置，具体涉及一种颅内出血检测装置及监测数据的采集方法。

背景技术

现代科学研究表明生物体的信号传递除了传统的信号分子与细胞表面蛋白质结合以外，还可以通过生物电网络系统实现信号传递。而经络则是连接生物体脏腑与肢体之间的网络系统。

生物医学的相关研究表明，人体的组织和器官都可以产生一种形式的电位，特定部位的电位反映了这部分组织器官的生理情况。而传统中医理论认为人体器官是与人体经络相互对应的，这意味着当人体的组织或者器官发生某种变化时，相应的穴位电位也会发生某种变化。

发明内容

为了监测并收集人体头部穴位电位数据，本发明提供了一种颅内出血检测装置及监测数据的采集方法，具体提供了一种基于头部穴位间电位差的颅内出血检测装置及监测数据的采集方法，颅内出血检测装置将被佩戴于头部，通过头盔内部发明的电极与相应穴位连接，获取穴位电位差。通过测试和筛选，本发明选择大椎穴、神庭穴、太阳穴、百会穴、风池穴这几个穴位作为测试点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一、一种颅内出血检测装置

颅内出血检测装置固定在人体头部，包括主机部分和电极部分；电极部分主要由八个电极和对应的导联线组成，八个电极经各自对应的导联线与主机部分相连，八个电极分别与人体的八个部位相连；电极部分检测人体八个部位的电位信号并将人体八个部位的电位信号传输给主机部分，主机部分进行处理并传输给终端，实现颅内是否出血的检测。

所述主机部分包括六个电极信号输入处理模块、六个脱落检测模块、选择输入模块和MCU模块；人体八个部位的其中六部位对应的六根导联线分别与六个电极信号输入处理模块相连，六个脱落检测模块分别与和六个电极信号输入处理模块相连的六根导联线相连，每个脱落检测模块均与各自的发光二极管相连，剩余的两根导联线均与每个电极信号输入处理模块相连，每个电极信号输入处理模块的输出与选择输入模块对应的一个输入端相连，选择输入模块的输出端与MCU模块相连；

所述电极信号输入处理模块主要由差分放大模块、右腿驱动模块、有源低通滤波模块和升压模块依次相连组成，差分放大模块有两个输入端并且两个输入端分别与另外两根导联线相连，升压模块与选择输入模块相连。

所述人体八个部位具体为大椎穴、百会穴、神庭穴、左风池穴、右风池穴、左太阳穴、右太阳穴和右腿；与右腿连接的电极作为右腿驱动输入电极，与大椎穴相连接的电极作为低电位电极，剩余的六个电极作为高电位电极；六个电极信号输入处理模块的差分放大模块的一个输入端分别与百会穴、神庭穴、左风池穴、右风池穴、左太阳穴和右太阳穴的导联线相连，大椎穴的导联线与每个电极信号输入处理模块的差分放大模块的另一个输入端相连，右腿的导联线与每个电极信号输入处理模块的右腿驱动模块相连。

所述右腿驱动模块包括运算放大器U5、运算放大器U6，右腿驱动电路的运算放大器U5的反相输入端与运算放大器U5的输出端相连，运算放大器U5的输出端与U5的同相输入端相连；运算放大器U5的引脚8和引脚1经滑动变阻器R20相连，R20滑动端与V_OP相连；运算放大器U5的引脚4经电容C24接地，并经电感L8与供电输入端V_-3.3相连；运算放大器U5的引脚7经过电容C27接地，并经电感L7与供电输入端V_OP相连；

右腿驱动电路的运算放大器U6的反相输入端经并接的电阻R19和电容C29与U6的输出端相连；运算放大器U6的同相输入端接地；运算放大器U6的引脚8和引脚1经滑动变阻器R23相连，R23滑动端与V_OP相连；运算放大器U6的引脚4经电容C30接地，并经电感L12与供电输入端V_-3.3相连；运算放大器U6的引脚7经过电容C31接地，并经电感L13与供电输入端V_OP相连。

所述选择输入模块包括单端8通道多路开关CD1；单端8通道多路开关CD1的选择输入端A、B、C脚相连接分别与单片机DA1的ADC0/P1_2脚、ADC1/P1_4脚、AC6/P1_5脚相连接，单端8通道多路开关CD1的INH脚、VEE脚、VSS脚接地，单端8通道多路开关CD1的CH0 I/O引脚、CH1 I/O引脚、CH2 I/O引脚、CH3 I/O引脚、CH4 I/O引脚、CH5 I/O引脚、CH6 I/O引脚、CH8I/O引脚分别与升压模块的输出相连接。

所述脱落检测模块包括运算放大器U1，运算放大器U1的型号为OP07；运算放大器U1的反相输入端连接高电位电极IN1，并经过电阻R11与供电输入端V_-3.3相连；运算放大器U1的输出端与U1的同相输入端相连；运算放大器U1的输出端依次经电阻R9与并接的电阻R6和电容C12，与供电输入端V_1.25相连，同时经过发光二极管R7接地；运算放大器U1的引脚8和引脚1经滑动变阻器R5相连，R5滑动端与V_OP相连；运算放大器U29的引脚4经电容C14接地，并经电感L6与供电输入端V_-3.3相连；运算放大器U29的引脚7经过电容C13接地，并经电感L2与供电输入端V_OP相连。

二、一种监测数据的采集方法

方法包括以下步骤：

步骤1)将八个电极分别与大椎穴、百会穴、神庭穴、左风池穴、右风池穴、左太阳穴、右太阳穴和右腿进行相连，利用导联线将八个电极与主机部分相连；

步骤2)主机部分采集一段时间内的电位信号，将采集到的电位信号进行处理后发送给终端，终端接收电位信号并进行显示。

所述的电极采用贴附式电极，将每个电极分别粘贴在对应的穴位处。

本发明的有益效果如下：

本发明结构小巧易于携带，监测方法简单，可实时监测穴位的电位信号；本发明能在较低功耗下，实现较精确的电位数据测量；本发明基于大数据分析得出电位数据标准，判断结果较为准确；本发明制作成本较低，易进行大面积应用；本发明使用dialog公司的DA14681芯片，易于进行物联网方向的改进扩展，以进行更大规模的应用。

附图说明

图1是本发明的基于头部穴位间电位差的颅内出血检测装置示意图。

图2是本发明的系统整体结构框图。

图3是MCU模块的电路图。

图4是脱落检测模块的电路图。

图5是右腿驱动模块的电路图。

图6是脱落检测模块和电极信号输入处理模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1和2所示，颅内出血检测装置固定在人体头部，包括主机部分和电极部分；电极部分主要由八个电极和对应的导联线组成，八个电极经各自对应的导联线与主机部分相连，八个电极分别与人体的八个部位相连；电极部分检测人体八个部位的电位信号并将人体八个部位的电位信号传输给主机部分，主机部分进行处理并传输给终端，实现颅内是否出血的检测。

如图3所示，主机部分包括六个电极信号输入处理模块、六个脱落检测模块、选择输入模块和MCU模块；MCU模块包括控制模块、AD转换模块、数据处理模块、数据管理模块、电池供电与充电模块和蓝牙传输模块；电池供电与充电模块与控制模块、AD转换模块、数据处理模块、数据管理模块和蓝牙传输模块相连，用于供电；控制模块与选择输入模块和相连，AD转换模块与数据处理模块相连，数据处理模块分别与数据管理模块和蓝牙传输模块相连，数据处理模块处理后的电位信号通过蓝牙传输模块进行蓝牙传输；人体八个部位的其中六部位对应的六根导联线分别与六个电极信号输入处理模块相连，六个脱落检测模块分别与和六个电极信号输入处理模块相连的六根导联线相连，每个脱落检测模块均与各自的发光二极管相连，若脱落检测模块检测到脱落，则对应的发光二极管发光；剩余的两根导联线均与每个电极信号输入处理模块相连，每个电极信号输入处理模块的输出与选择输入模块对应的一个输入端相连，选择输入模块有六个输入端，选择输入模块的输出端与MCU模块的AD转换模块相连；具体实施中，MCU模块选择DA14681芯片，记为单片机DA1，选择输入模块选择单端8通道多路开关CD4051。

如图6所示，电极信号输入处理模块主要由差分放大模块、右腿驱动模块、有源低通滤波模块和升压模块依次相连组成，差分放大模块有两个输入端并且两个输入端分别与另外两根导联线相连，升压模块与选择输入模块相连。

人体八个部位具体为大椎穴、百会穴、神庭穴、左风池穴、右风池穴、左太阳穴、右太阳穴和右腿；与右腿连接的电极作为右腿驱动输入电极，与大椎穴相连接的电极作为低电位电极(参考地)，剩余的六个电极作为高电位电极；六个电极信号输入处理模块的差分放大模块的一个输入端分别与百会穴、神庭穴、左风池穴、右风池穴、左太阳穴和右太阳穴的导联线相连，大椎穴的导联线与每个电极信号输入处理模块的差分放大模块的另一个输入端相连，右腿的导联线与每个电极信号输入处理模块的右腿驱动模块相连；百会穴、神庭穴、左风池穴、右风池穴、左太阳穴和右太阳穴的导联线输出的电位信号分别作为一个电极信号输入处理模块的第一输入，大椎穴的导联线输出的电位信号作为每个电极信号输入处理模块的第二输入。

如图5所示，右腿驱动模块包括运算放大器U5、运算放大器U6，运算放大器U5、U6的型号为OP07。右腿驱动电路的运算放大器U5的反相输入端与运算放大器U5的输出端相连，运算放大器U5的输出端与U5的同相输入端相连；运算放大器U5的引脚8和引脚1经滑动变阻器R20相连，R20滑动端与V_OP相连；运算放大器U5的引脚4经电容C24接地，并经电感L8与供电输入端V_-3.3相连；运算放大器U5的引脚7经过电容C27接地，并经电感L7与供电输入端V_OP相连；

右腿驱动电路的运算放大器U6的反相输入端经并接的电阻R19和电容C29与U6的输出端相连；运算放大器U6的同相输入端接地；运算放大器U6的引脚8和引脚1经滑动变阻器R23相连，R23滑动端与V_OP相连；运算放大器U6的引脚4经电容C30接地，并经电感L12与供电输入端V_-3.3相连；运算放大器U6的引脚7经过电容C31接地，并经电感L13与供电输入端V_OP相连；右腿驱动模块是为了减少共模干扰，消除人体发出的电磁信号的干扰噪声。

选择输入模块包括单端8通道多路开关CD1，单端8通道多路开关CD1的型号为CD4051；单端8通道多路开关CD1的选择输入端A、B、C脚相连接分别与单片机DA1的ADC0/P1_2脚、ADC1/P1_4脚、AC6/P1_5脚相连接，单端8通道多路开关CD1的INH脚、VEE脚、VSS脚接地，单端8通道多路开关CD1的CH0 I/O引脚、CH1 I/O引脚、CH2 I/O引脚、CH3 I/O引脚、CH4 I/O引脚、CH5 I/O引脚、CH6 I/O引脚、CH8 I/O引脚分别与升压模块的输出相连接；因为单片机DA1的ADC口数量有限，单端8通道多路开关CD1的A、B、C口控制8路信号以一定时间间隔轮流输入单片机DA1进行处理。

如图4所示，脱落检测模块包括运算放大器U1，运算放大器U1的型号为OP07；运算放大器U1的反相输入端连接高电位电极IN1，并经过电阻R11与供电输入端V_-3.3相连；运算放大器U1的输出端与U1的同相输入端相连；运算放大器U1的输出端依次经电阻R9与并接的电阻R6和电容C12，与供电输入端V_1.25相连，同时经过发光二极管R7接地；运算放大器U1的引脚8和引脚1经滑动变阻器R5相连，R5滑动端与V_OP相连；运算放大器U29的引脚4经电容C14接地，并经电感L6与供电输入端V_-3.3相连；运算放大器U29的引脚7经过电容C13接地，并经电感L2与供电输入端V_OP相连；脱落检测模块用于检测电极是否与穴位接触良好。

差分放大模块包括运算放大器U2，运算放大器U2的型号为INA129；运算放大器U5的同相输入端和反相输入端分别连接高电位电极IN1和低电位电极IN0，运算放大器U2的同相输入端和反相输入端经电容C18相连，并分别经电容C22、电容C23接地，此外分别经二极管接地，防止静电干扰；运算放大器U2的引脚1和引脚8通过R16相连接；运算放大器U2的引脚5接地，运算放大器U2的引脚4经电容C25接地，并经电感L9与供电输入端V_-3.3相连；运算放大器U5的引脚7经过电容C15接地，并经电感L4与供电输入端V_OP相连；

有源低通滤波模块包括运算放大器U3，运算放大器U3的型号为OP07；运算放大器U3的输出端依次经过电阻R14和电阻R15与运算放大器U5的同相输入端相连，电阻R14与电阻R15之间通过电容C20接地，电阻R5和运算放大器U3的同相输入端之间通过电容C21接地；运算放大器U3的反相输入端与输出端相连；运算放大器U3的引脚8和引脚1经滑动变阻器R8相连，R8滑动端与V_OP相连；运算放大器U3的引脚4经电容C26接地，并经电感L10与供电输入端V_-3.3相连；运算放大器U3的引脚7经过电容C16接地，并经电感L5与供电输入端V_OP相连；有源低通模块是为了滤除高频噪声；

升压模块包括运算放大器U4，运算放大器U4的型号为OP07；运算放大器U3的输出端经电阻R17连接到运算放大器U4的反相输入端；运算放大器U4的同相输入端经R13与供电输入端V_OP相连，并经电阻R10接地；运算放大器U4的输出端经R18连接到运算放大器U4的反相输入端，运算放大器U7的输出端连接选择输入模块；

升压模块是因为单片机无法接受负电位信号，所以将处理得到的穴位电位信号全部抬升为正的再输入到单片机DA1的ADC口；

AD转换模块及蓝牙传输模块均集成在单片机DA1中；单片机DA1的ADC5/P1_0引脚与单端8通道多路开关CD1的输出端COM I/O相连接，单片机DA1的QSPI_CLK/P0_0脚、QSPI_D0/P0_1脚、QSPI_D1/P0_2脚、QSPI_D2/P0_3脚、QSPI_D3/P0_4脚和QSPI_D4/P0_5脚与数据管理模块相连，单片机DA1的GND_RF1脚、GND_RF2脚、ESDN脚、PSUB_RF脚、GND_AVS1脚、GND_AVS2脚、VSSIO0脚、VSSIO1脚、VSSIO2脚、GND_VSS1脚、GND_VSS2脚、GND_BUCK脚接地，单片机DA1的XTAL_32Km/P2_1脚连接外部晶振(型号为XTAL)Y1并经电阻R6接地，单片机DA1的XTAL_32Km/P2_0脚也经电阻R3接地；

数据管理模块包括串行闪存W2，串行闪存W2的型号为W25Q80EW；数据管理模块W2的CLK脚与单片机DA1的QSPI_CLK/P0_0脚相连，数据管理模块W2的DI脚与单片机DA1的QSPI_D0/P0_1脚，数据管理模块W2的DO脚与单片机DA1的QSPI_D1/P0_2脚相连，数据管理模块W2的/WP脚与单片机DA1的QSPI_D2/P0_3脚相连，数据管理模块W2的/HOLD脚与单片机DA1的QSPI_D3/P0_4脚相连，数据管理模块W2的/CS脚与QSPI_D4/P0_5脚相连；

电池供电与充电模块包括单片机DA1和充电接口P1及电池供电接口P2，单片机型号为DA14681_WLCSP53；单片机DA1的QSPI_VDDIO脚与电源输入相连，并经电容C10接地；单片机的V33脚作为3.3V电源输出V_3.3和V_OP，并经电容C3接地；单片机的VDD1V8脚作为1.8V电源输出，并经电容C4接地；单片机的VDD1V8P脚作为1.8V电源输出，并经电容C5接地；单片机的LX脚与LY脚经电感L1相连；单片机的V12脚作为1.2V电源输出，并经电容C1接地；单片机的V14脚作为1.4V电源输出，并经电容C6和C7接地；单片机的V14_RF脚与V14脚相连，作射频供电电压输入，并经电容C6和C7接地；单片机的VBAT1脚与VBAT2脚与电池供电接口相连，并分别经电容C8和C9接地；单片机的SOCP脚与电池供电接口相连，作电池电量计输入，并经电阻R2接地；单片机的SOCN脚接地，作电池电量计的接地，并经电阻R2接地；

电池供电与充电模块将外界电源转化为±3.3V电压，电池供电与充电模块分别为右腿驱动模块、差分放大模块、有源低通滤波模块、升压模块提供±3.3V的电压，为AD转换模块及蓝牙传输模块提供+3.3V的电压。

电极部分采用八个电极，其中六个为高电平电极，一个为低电平电极(参考地)，一个为右腿驱动电极；其中一个高电平电极、低电平电极、右腿驱动电极为一组输入；以其中一组为例，主机通过接口P5与电极连接，运算放大器U8的同相输入端和反相输入端分别与接口P5的脚12和脚4相连，运算放大器U12的同相输入端经电阻R22与接口的脚1相连，接口P5的脚1、脚4和脚12作为输入信号的端口，三个输入信号的端口分别和三个电极相连。

电极部分的多个电极作为输入信号，经差分放大模块放大后输入到有源滤波模块进行低通滤波以获得模拟电位差，升压模块抬升模拟电位差以得到正的模拟电位差，AD转换模块将模拟电位差信号转化为数字电位差信号并发送给数据传输模块，数据处理模块将得到的数字电位差信号减去抬高电位并除以差分放大倍数，得到输出数字电位差，蓝牙传输模块将数字电位差进行发送，传输给终端。

一种监测数据的采集方法包括以下步骤：

步骤1)将八个电极分别与大椎穴、百会穴、神庭穴、左风池穴、右风池穴、左太阳穴、右太阳穴和右腿进行相连，利用导联线将八个电极与主机部分相连；

步骤2)主机部分采集一段时间内的电位信号，将采集到的电位信号进行处理后发送给终端，终端接收电位信号并进行显示。具体实施中，一段时间为1分钟。

电极采用贴附式电极，将每个电极分别粘贴在对应的穴位处即可完成采集。

电池供电与充电模块为脱落检测模块、差分放大模块、右腿驱动模块、有源低通滤波模块、升压模块提供±3.3V的电压，为AD转换模块以及蓝牙传输模块提供+3.3V的电压；脱落检测模块用来检测电极片是否与穴位接触良好；由电极读入的穴位电位信号进入差分放大模块放大倍数；右腿驱动模块用来降低共模电压并提高共模抑制比；由差分放大模块输出的放大信号进入有源低通滤波模块滤除信号中大于20Hz的噪声，获得接近直流的穴位间电位差信号；滤除噪声后的近直流信号通过升压模块抬高信号电位以保证输入AD转换模块的电位差信号为正；升压模块输出的信号进入AD转换模块使得原来的模拟电位差信号转化为数字电位差信号，然后在其中减去升压模块抬高的电位后除以差分放大倍数即得到实际的穴位间直流电位差，将结果输出；最后AD转换模块输出的结果通过蓝牙传输模块显示在手机上。

差分放大模块、有源低通滤波模块与升压模块都是由运算放大器与其外围的电阻电容构成。电池供电与充电模块由单片机DA1提供的电池稳压模块及其外围的电容电阻等元件构成；在AD转换模块中编有控制程序，可保证按照设定的时间间隔读取电位差数据，其余时间装置处于休眠状态，保证了低功耗。AD转换模块由单片机DA1提供AD转化功能以及信号运算和控制功能，模拟信号从任意ADC串口输入，利用单片机DA1中的ADC将模拟信号转化为数字信号，再通过运算处理得到实际的穴位间的直流电位差，以及读取数字信号的时间间隔设置。

对一段时间内各电极处所采集到的电位信号，电位信号所对应数据图的动态特征出现非平稳状态，则被认为有较高的颅内出血风险，需尽快进行进一步检查。非平稳状态具体为：对各电极处所采集到1分钟内的电位信号取平均值获得对应穴位的平均电位绝对值。当左右太阳穴平均电位绝对值之差大于10mV时，或左右风池穴平均电位绝对值之差大于15mV时，或神庭穴平均电位绝对值低于左太阳穴或右太阳穴平均电位绝对值15mV时，或左右太阳穴平均电位绝对值之差均高于30mV时，则被认为有较高的颅内出血风险，需尽快进行进一步检查。

本发明通过检测多个穴位间的电位差，监测多个穴位间的电位差变化是否异常，用于检测颅内出血，但不仅限于此。