非接触式心电传感器及其可穿戴式多通道心电采样内衣制造技术

非接触式心电传感器及其可穿戴式多通道心电采样内衣，涉及人体或人体各部分的生物电信号的测量，尤其涉及一种用于心电图术的传感器及使用该传感器的可穿戴式多通道心电采样内衣，心电传感器包括在PCB板内部形成的检测元件和贴装在PCB板上的心电信号放大模块；PCB板的底层布线层划分为检测电极和环绕检测电极的屏蔽环；沿屏蔽环均布的过孔连接屏蔽环与屏蔽层形成三维屏蔽腔；检测电极以非接触方式通过电容耦合获取心电信号。多个单独的小尺寸非接触式心电传感器分布在心电采样内衣内侧，以多通道差分输入方式连接到心电仪主机，在存在无线信号干扰的日常电磁环境中，所采集到的心电信号具有可比拟专业医用心电仪传统测量方式的信号质量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及人体或人体各部分的生物电信号的测量，尤其涉及一种用于心电图术的传感器及使用该传感器的可穿戴式多通道心电采样内衣。
技术介绍
心脏的病变是一个缓慢的过程，正常人很难觉察到心脏的微小变化。并且往往具有突发性、短暂性和很大的危险性，因此患者必须能够实时并方便地进行心电监测。对于一些高危的病人需要进行实时的监测和预警，从而避免危险的发生。然而，现有的消费类心电产品仍然无法获得类似专业动态多通道心电仪(如Holter)的心电信号，而类似Holter的心电信号才是诊断心脏疾病和心脏生理状况的医学标准。目前在北美，欧洲以及中国大陆市场已经出现一些与心电相关的消费类产品，比如输出实时心率，即每分钟心跳次数的智能手表，胸罩式或胸带式心率仪，通过血液受脉搏变化估计心率的单手指光学心率仪，使用左右各一个手指获得心电信号的双手指心电仪，以及使用一个传统湿式电极附着在胸口获得心电信号的单通道心电仪等。相对于人民币万元级的高成本专业医用心电仪(Holter)，这些数百至数千元级的消费类心电产品无疑更适用于普通大众，而且它们的易穿戴性和可实时输出信号的特点优于Holter，因而可以极大提高大众对自身心脏健康的认识。这些心电相关的消费类产品中，仅后两种可输出实时心电信号，因而最接近Holter。但是，由于双手指心电仪需要使用者使用双手才能完成记录，影响使用者的日常生活和工作，所以只能获得非连续的心电信号，而且受制于电极位于手指，远离心脏，其输出信号质量有限。而且单通道心电仪在抗干扰能力有限，比如在使用者在运动时无法有效捕捉心跳和监测清晰心电信号。由此可见，由于这些消费类产品都无法获得高质量多通道心电信号，其获得的信息医学生理意义有限，尚不足以用于诊断心脏疾病和监测心脏生理状况。中国专利技术专利“一种新型智能心电测试保健器”(专利技术专利号：ZL201010539911.3授权公告号：CN102462494B)公开了一种新型智能心电测试保健器，通过生物接触电极获取心电信号，采用信号处理芯片对心电信号进行放大、A/D转换、漂移抑制、交流滤波、心电滤波及接触检测等处理，获得高质量的心电图谱。通过通讯接口模块连接安装于个人电脑、笔记本电脑、上网本、移动电话上的计算机软件分析处理装置来记录分析心电波形以供临床检查参考，具有测试心跳、压力检测、舒压互动、心电图医疗监测、身份识别、心情测试等功能。该技术方案采用双可变阈值法(即波峰阈值和波谷阈值)进行判断和处理。但是，在强干扰的情况下，比如采集信号水平基线不稳，含明显肌电信号，或者因运动引起的电子器件噪音时，该阈值方法明显无法保证捕捉心电信号的效率。此外，阈值法捕捉时刻常常不能精确。因为在噪音干扰下，阈值不能清晰体现相对于R波的位置，即有时距离R波较远，有时较近，这样的心律估计有很大误差。即便可以重新设置阈值，也无法满足复杂和苛刻的实际情况。中国专利技术专利“一种非接触式心电监测的移动终端及心电监测方法”(专利技术专利号：ZL201110328284.3授权公告号：CN102512153B)公开了一种非接触式心电监测的移动终端及心电监测方法，该心电监测方法包括：移动终端通过非接触式方式采集包含心电数据的信号；所述移动终端对所述信号中的心电数据进行去噪以及和其他数据分离处理；所述移动终端从分离处理后的数据中提取出心电数据；所述移动终端通过无线移动通信网络将提取出的心电数据发送给指定接收设备。该现有技术方案采用小波变换的方法，先滤掉噪音，然后重构心电信号。从而巧妙的降低噪音对捕捉心跳的影响。但是，由于滤波和重构会给原始信号带来一定影响，这可能造成心电信号失真，以致无法获得高质量心电信号，难以用于诊断心脏疾病和监测心脏生理状况。中国专利技术专利“一种非接触式心电传感器及其应用”(专利技术专利号：ZL201210128390.1授权公告号：CN102657524B)公开了一种非接触式心电传感器，采用圆形双面PCB板电极，一个面上设有三个区，三个区之间电绝缘，中心圆区为感应片，依次向外设有环形屏蔽区及环形地线区，另一个面上也设有三个区，中心圆为敷铜区，敷铜区中心设有包括前置运算放大器、前端滤波器的贴片焊接区，敷铜区外围为环形地线区，感应片和相邻环形屏蔽区共同所占的区域与另一个面上的敷铜区相对称，两个面上的环形地线区相对称，前置运算放大器的输出端分别与环形屏蔽区及敷铜区连接，前置运算放大器的地端分别与两个面上的环形地线区连接，前置运算放大器的输入连接感应片的输出。双面PCB板电极定位在圆形金属屏蔽盒的敞口端，设有感应片的一面朝向敞口，设有敷铜区的一面朝向屏蔽盒内腔。该技术方案的感应片裸露，需要靠用户穿一件内衣或T恤来达到相对“绝缘”。由于衣服在某种条件下(如用户排汗或空气潮湿)，其绝缘度将大大降低(至K欧姆量级甚至更低)，该技术方案的方法并非严格意义上的电气绝缘。在心电测量中，皮肤和电极接触不仅会引起极化电压，而且电极和皮肤之间的接触存在极化电阻，被测者身体的移动还会导致极化电阻阻抗值发生变化，极化电阻可以看作是整个电路系统源电阻，和前置放大电路的输入电阻进行分压，变化的极化电阻也会导致前置放大电路的分压输出处于不稳定状态。中国专利技术专利申请“远程心电监测与诊断系统”(专利技术专利申请号：201510096714.1公开号：CN104644159A)公开了一种监测诊断系统，包括用于采集并能存储心电信号的心电数据采集单元，所述心电数据采集单元与用于接收并进行心电信号显示的移动终端连接，所述移动终端通过网络与心电分析平台连接；心电分析平台能对移动终端传输的心电信号进行分析处理。为了系统微型化，上述现有技术方案均采用无本地存储或小容量本地存储，亦或使用低精度短时记录(降低数据存储压力)的数据处理方式，或者将采集到的心电数据通过无线方式传输到外部接收设备存储。但是，如果用户所处位置超出无线信号覆盖区域，或者现场干扰严重，上述现有技术方案很容易造成数据的永久丢失，难以保证实时数据的完整性。另一方面，传统湿式电极采用无源设计，其体积和安装面积都较小(直径1cm左右)，而非接触式电极通常采用有源设计，体积和安装面积都较大，增加了电极安放的困难，降低了用户舒适度。此外，非接触式电极的输入阻抗为G欧姆级的，对环境噪声非常敏感，极易造成后端信号调理电路饱和，因此，如何缩减非接触式电极的体积和安装面积，改善电极的屏蔽效果，提高输入心电信号的信噪比，提升信号质量，也是可穿戴式实时多通道非接触式心电仪必须解决的技术问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于可穿戴式实时多通道非接触式心电仪的心电传感器，可以低成本获得具备信息医学生理意义、能够用于诊断心脏疾病和监测心脏生理状况的高质量多通道心电信号。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种非接触式心电传感器，用于可穿戴式实时多通道非接触式心电仪，其特征在于：所述的心电传感器由一块独立的4层圆形PCB板构成，包括在4层圆形PCB板内部形成的检测元件，以及贴装在4层圆形PCB板顶层布线层的心电信号放大模块和四芯联接器，所述的心电信号放大模块连接到所述的检测元件，所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触式心电传感器，用于可穿戴式实时多通道非接触式心电仪，其特征在于：所述的心电传感器由一块独立的4层圆形PCB板构成，包括在4层圆形PCB板内部形成的检测元件，以及贴装在4层圆形PCB板顶层布线层的心电信号放大模块和四芯联接器，所述的心电信号放大模块连接到所述的检测元件，所述的心电信号放大模块的输出端，经由四芯联接通过信号导线连接到心电仪主机；所述4层圆形PCB板的第二层全部敷铜形成屏蔽层；所述4层圆形PCB板第三层为内布线层，用于心电传感器内部的电源和信号连接；所述的检测元件采用多层PCB工艺形成，由检测电极和包围检测电极的三维屏蔽腔组成：所述4层圆形PCB板的底层布线层划分为位于PCB板中心的检测电极和环绕检测电极的屏蔽环；沿屏蔽环均布的若干过孔连接屏蔽环与屏蔽层，形成笼型立体结构的三维屏蔽腔；所述底层布线层的外表面整体覆盖阻焊绝缘层，形成检测电极与人体皮肤之间的高阻抗电气隔离，所述的检测电极以非接触方式通过电容耦合获取心电信号；所述的检测电极通过隔直电容连接到心电信号放大模块的同相输入端；所述的三维屏蔽腔通过电阻连接到心电信号放大模块的反向输入端，以消除外界干扰信号对检测电极的影响。...

【技术特征摘要】
1.一种非接触式心电传感器，用于可穿戴式实时多通道非接触式心电仪，其特征在于：所述的心电传感器由一块独立的4层圆形PCB板构成，包括在4层圆形PCB板内部形成的检测元件，以及贴装在4层圆形PCB板顶层布线层的心电信号放大模块和四芯联接器，所述的心电信号放大模块连接到所述的检测元件，所述的心电信号放大模块的输出端，经由四芯联接通过信号导线连接到心电仪主机；所述4层圆形PCB板的第二层全部敷铜形成屏蔽层；所述4层圆形PCB板第三层为内布线层，用于心电传感器内部的电源和信号连接；
所述的检测元件采用多层PCB工艺形成，由检测电极和包围检测电极的三维屏蔽腔组成：所述4层圆形PCB板的底层布线层划分为位于PCB板中心的检测电极和环绕检测电极的屏蔽环；沿屏蔽环均布的若干过孔连接屏蔽环与屏蔽层，形成笼型立体结构的三维屏蔽腔；所述底层布线层的外表面整体覆盖阻焊绝缘层，形成检测电极与人体皮肤之间的高阻抗电气隔离，所述的检测电极以非接触方式通过电容耦合获取心电信号；
所述的检测电极通过隔直电容连接到心电信号放大模块的同相输入端；所述的三维屏蔽腔通过电阻连接到心电信号放大模块的反向输入端，以消除外界干扰信号对检测电极的影响。
2.根据权利要求1所述的非接触式心电传感器，其特征在于所述4层圆形PCB板的直径为2.8cm，所述检测电极为直径2.5cm的环形敷铜区，所述屏蔽环为宽度1.4mm的环形敷铜区，所述的检测电极与屏蔽环之间留有0.1mm的绝缘间隙。
3.根据权利要求1所述的非接触式心电传感器，其特征在于所述的四芯联接器为3.5mm四芯音频插座，所述的心电信号放大模块的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：何基伟，雷洋，常亮，包骏，
申请(专利权)人：包骏，何基伟，
类型：新型
国别省市：上海;31