面向多场景的可穿戴心电监测与心律失常远程实时诊断装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了面向多场景的可穿戴心电监测与心律失常远程实时诊断装置，包括前端采集模块、MCU信号接收显示模块、云服务器，前端采集模块是可穿戴，包括柔性织物电极片、信息采集模块和蓝牙发送模块，通过蓝牙从机模块将ECG数据实时发送给微处理器单元，柔性织物电极片包括柔性织物电极和导联线，信息采集模块采用BM101心电采集模块，该模块可嵌入弹性背心，蓝牙发送模块由纽扣锂电池供电，安装蓝牙从机，将信号实时发送至MCU信号接收显示客户端模块,MCU信号接收显示客户端模块负责接收采集前端的心电数据并且滤波处理和显示心电图，同时接收服务器端的疾病诊断结果并显示,云服务器辅助诊断模块采用深度SE‑Res学习进行疾病诊断，具有较强鲁棒性和泛化能力。

Wearable ECG monitoring and arrhythmia remote real-time diagnosis device for multiple scenes

【技术实现步骤摘要】
面向多场景的可穿戴心电监测与心律失常远程实时诊断装置
本专利技术涉及心电监测
，特别是涉及面向多场景的可穿戴心电监测与心律失常远程实时诊断装置。
技术介绍
中国患心血管病(CardiovascularDiseases，CVD)人群高达2.9亿，而且患病率和致死率呈逐年上升趋势。在心血管疾病患者中，80%以上的心血管病人并发心律失常，极易引发卒中、心脏性猝死等恶性事件。心电图（ECG）不仅是常规心血管疾病检查的有力工具，而且是重症监护室必不可少的监测设备。穿戴式动态心电设备可以在不影响人们日常工作和生活的情况下实现多种场景下心电信号自动采集和远程智能辅助疾病预测和诊断，对心脏病的预防、恶性心律失常的及时发现、射频消融术（RadioFrequencyCatheterAblation,RFCA）手术过程指导和术后监测、起搏器术后监测、抗心律失常药物效果的评估等都具有重大意义。针对ECG信号心律失常诊断的研究成果主要包括可穿戴或便携式心电图远程采集和监测系统的开发以及心律失常的智能识别两个方面。目前的心电图心律失常诊断产品实时性有限、应用场景受限，而且针对具体患者的长期数据保存、心律失常症状自适应诊断和疾病追踪、预警等功能不够完善。心律失常的智能分类识别方法的研究成果在小样本、少类别、标准数据集或筛选的数据集上效果良好[6-8]，当面对临床大数据实时诊断时，心律失常识别的敏感性和特异性指标不高，制约了穿戴式心电设备心律失常自动诊断的临床应用。自从1957年Holter博士专利技术了动态ECG，ECG的发展经历了便携式心电仪、基于有线或无线网的远程监测到近些年的穿戴式智能ECG设备。日本东丽公司、NTTDOCOMO和电报电话公司共同研制了一款生命体征监测服装，可实时监测心电等人体生命体征。2014年，华米科技推出的AMAZFIT米动手环可检测心血管健康状况、测量心率变异性（Heartratevariability，HRV）疲劳度，进行心电ID身份识别。2015年，李宁联合小米公司发布了智能李宁跑鞋“烈骏”和“赤兔”，记录常规的运动指标，推送个性化训练计划，该系统利用移动互联网实现指标监测并实时给客户返回信息。同年，苹果公司推出智能手表“AppleWatch”，可实时监测心率等信息，并给客户返回健康状态信息。虽然基于智能可穿戴的远程心电监测系统目前已经有许多产品，但是这类产品主要是通过计算心率，进行心率变异性分析和简单的心电图特征判断，然后给出健康状态评估。比如米动手环，能对用户进行基本的健康状态监测，并根据心率进行HRV分析，但没有对心电图进行深入的分析和多种心律失常的智能辅助诊断，该产品属于健康监护级别。2017年，谷歌发布了穿戴式心电图设备，该产品完成了多导联穿戴式心电图前端的设计，没有实现针对多患者的实时信号存储、分析和自适应智能诊断和健康状况跟踪。目前，可穿戴心电监测装置的设计方案有以下几种：文献[1]中，采用织物电极作为多导联心电信号采集传感器，基于STM32F103完成了心电信号的采集，并将采集的数据存储到SD卡，通过SD卡将数据拷贝到PC进行后续分析。该穿戴式系统完成了可穿戴ECG信号采集，缺乏实时数据分析和智能诊断功能。由于穿戴式心电设备具有应用场景灵活、资源有限、更容易引入干扰等特点，当面对临床大数据实时诊断时，多种心律失常识别的敏感性指标不高，制约了穿戴式心电设备心律失常自动诊断的临床应用。[1]张煜.可穿戴动态心电监护系统与心电信号处理方法研究[M].电子科技大学，2014.文献[2]中，设计了基于STM32的前端心电信号采集装置和基于PC机和Labview的心电信号处理软件平台。该装置包括信号采集、控制模块和蓝牙传输模块，虽然完成了ECG的采集和处理，采集装置和PC机之间通过蓝牙通信，不适合户外的多场合采集，而且采集模块不够小巧灵活，不具有疾病实时诊断功能。[2]牛群.可穿戴心电监测装置设计与实现[M].哈尔滨工业大学，2016.专利[3]中，完成了基于BMD心电采集模块、控制模块的多导联心电采集装置，完成了多导信号的采集功能，通过手机蓝牙接收该装置的信号，并对疾病进行预警。鉴于前端采集装置过多导线、装置尺寸较大，该前端采集模块穿戴不够舒适，患者活动时必须随身携带手机。而且手机存储容量有限，不能完成患者数据的长时间收集和保存，该专利具有心率检测的功能，通过心率来判断心脏异常，不具备多种心律失常疾病的判断功能，不够智能化。[3]顾梅，张亚丽等.一种可穿戴式心电监测装置：中国，CN208524867U[P].2019-02-22.专利[4]中，作者提出了一种可穿戴远程心电监护系统框架，穿戴前端以单片机为控制器，通过无线通信模块GPRS、wifi、蓝牙或4G、5G模块将数据送至远程服务器，服务器可与智能移动终端进行通信。由于蓝牙距离有限，而GPRS受基站覆盖范围的限制，目前存在大量通信死角，4G和5G价格昂贵。该专利所采用的通信方式对ECG信号的实时传输和多场景应用有一定限制。该专利技术对前端采集设备的具体指标，通信数据传输方式，云服务器端对心电信号的分析和诊断方法等没有具体描述。[4]李红芳，魏迪等.一种可穿戴式远程心电监护系统：中国，CN108095718A[P].2018-06-01.专利[5]中，该专利技术采用织物电极提起人体心电信号，通过信号调理、高通滤波、低通滤波和50Hz陷波滤波，对信号进行而机房的，并匹配单片机进行信号采集，是对心电信号的采集前端设计。该专利技术对所采集的信号做了初步简单滤波处理，对采集控制前端和控制模块的通信方式没有说明，对可穿戴性和穿戴方式没有做详细说明。[5]吴金贵.可穿戴式心电监控系统：中国，CN108618774A[P].2018-10-09.专利[6]中，专利技术专利提出了一种单导联可穿戴心电信号采集装置，通过两个微控制器采集和传输心电数据，通过wifi将数据发送至服务器，提供给医生参考，实现远程数据采集。该方案适用场景有限，对信号的预处理、诊断分析没有详细说明。[6]高学江，王安琦等.一种基于单导联的可穿戴式心电采集装置及其采集方法：中国，CN108937917A.通过对现有技术的分析，发现现有技术具有实时性有限、应用场合受限，诊断方法智能化和针对特定患者的自适应性和个性化诊疗能力有限。由于心脏病属于慢性疾病，具有突发性和渐进性，本专利技术拟在实现可对患者随时随地进行心电信号采集的舒适小巧的可穿戴产品，该产品可实时显示心电波形及心率变异性分析，实时接收远程服务器端基于深层网络的心律失常诊断结果。完成对患者心脏健康状况的预测，对突发心脏疾病进行实时预警。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的在于提供面向多场景的可穿戴心电监测与心律失常远程实时诊断装置，能够实时对患者进行心电信号采集，该产品可实时显示心电波形及心率变异性分析结果，实时接收远程心律失常诊断的结果，完成对患者心脏健康状况的预测，对突发心脏疾病进行实时预警。其解决的技术方案是，面向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.面向多场景的可穿戴心电监测与心律失常远程实时诊断装置，包括前端采集模块、MCU信号接收显示客户端模块、云服务器，其特征在于，前端采集模块是可穿戴，包括柔性织物电极片、信息采集模块和蓝牙发送模块，通过蓝牙从机模块将ECG数据实时发送给微处理器单元，柔性织物电极片包括柔性织物电极和导联线，信息采集模块采用BM101心电采集模块，该模块可嵌入弹性背心，蓝牙发送模块由纽扣锂电池供电，安装蓝牙从机，将信号实时发送至MCU信号接收显示客户端模块；/nMCU信号接收显示客户端模块通过蓝牙接收来自信息采集模块的ECG数据，进行滤波处理和心率变异性分析，实时显示ECG波形和健康状况，并且将数据通过通信模块发送至远程云服务器，该MCU信号接收显示客户端模块具有GPS定位功能，并可以接收来自云服务器的心律失常诊断结果；/nMCU信号接收显示客户端模块在心电信号预处理阶段，采用小波包分解及自适应滤波技术，选择软阈值滤波，将ECG信号实时分解为9层，将小波分解的最高细节系数作为噪声，利用噪声估计阈值，去掉最底层两层近似系数和最高层细节系数，其他高层细节系数进行软阈值滤波，之后进行重构，可实时显示滤波之后的ECG信号；/n云服务器包括分布式数据库和神经网络诊断系统两部分，分布式数据库用于存储医学数据，可拓展对患者的其他生物医疗数据的存储，这里将ECG数据加密之后转换成标准的XML格式进行存储；/n神经网络诊断过程分为离线训练和在线辅助诊断两部分，数据处理过程包括格式转换、心博分割和标准化，人体心跳为60-100次/分钟，所以ECG信号的采样率为512Hz，根据心博信号主波P-QRS-T的分布，以R波峰的顶点为中心，对心博进行左右分割，R波峰左边取129个点，右边取220个点，共350个数据点，作为截取的心博信号。/n...

【技术特征摘要】
1.面向多场景的可穿戴心电监测与心律失常远程实时诊断装置，包括前端采集模块、MCU信号接收显示客户端模块、云服务器，其特征在于，前端采集模块是可穿戴，包括柔性织物电极片、信息采集模块和蓝牙发送模块，通过蓝牙从机模块将ECG数据实时发送给微处理器单元，柔性织物电极片包括柔性织物电极和导联线，信息采集模块采用BM101心电采集模块，该模块可嵌入弹性背心，蓝牙发送模块由纽扣锂电池供电，安装蓝牙从机，将信号实时发送至MCU信号接收显示客户端模块；
MCU信号接收显示客户端模块通过蓝牙接收来自信息采集模块的ECG数据，进行滤波处理和心率变异性分析，实时显示ECG波形和健康状况，并且将数据通过通信模块发送至远程云服务器，该MCU信号接收显示客户端模块具有GPS定位功能，并可以接收来自云服务器的心律失常诊断结果；
MCU信号接收显示客户端模块在心电信号预处理阶段，采用小波包分解及自适应滤波技术，选择软阈值滤波，将ECG信号实时分解为9层，将小波分解的最高细节系数作为噪声，利用噪声估计阈值，去掉最底层两层近似系数和最高层细节系数，其他高层细节系数进行软阈值滤波，之后进行重构，可实时显示滤波之后的ECG信号；
云服务器包括分布式数据库和神经网络诊断系统两部分，分布式数据库用于存储医学数据，可拓展对患者的其他生物医疗数据的存储，这里将ECG数据加密之后转换成标准的XML格式进行存储；
神经网络诊断过程分为离线训练和在线辅助诊断两部分，数据处理过程包括格式转换、心博分割和标准化，人体心跳为60-100次/分钟，所以ECG信号的采样率为512Hz，根据心博信号主波P-QRS-T的分布，以R波峰的顶点为中心，对心博进行左右分割，R波峰左边取129个点，右边取220个点，共350个数据点，作为截取的心博信号。

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【专利技术属性】
技术研发人员：李端，姚妮，徐宏，高政源，朱泽林，朱付保，王柯，万瀚文，许嘉欢，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41