[发明专利]生理信号监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及生理信号的采集及监测，尤其涉及一种生理信号监测装置。

背景技术

随着人们生活水平越来越高，人们的健康问题也越来越突出。心脑血管疾病、高血压处于高发期，发病年龄越来越早。这种疾病都有一个长期累积的过程，发病突然并危险。如何监测发病的规律，在具有发病征兆时提前预警就显得尤为重要。

从医学研究和医疗领域的角度来看，人体维持生命的各个器官的运行都会伴随生物电的产生和传递，通过对于生物电的研究和观测，可以较为直观地了解器官的运行情况。因此，生物电的监测非常重要。

但是作为生理信号的生物电非常微弱，还需要经过放大等后续处理才能被用于判断患者的生理状况。以心电监测为例，医生使用心电图作为心脏疾病诊断的重要参考。常规心电图是病人在静卧情况下由医院的心电图仪记录的短时间心电活动，心电图仪通常采用12导联系统采集心电信号，需在身体各部分放置金属电极，电极通过导联线与心电图机电流计的正负极相连。导联系统在采集心电信号时会受到外界的干扰，因此信号采集后的后续处理电路需要将干扰信号消除，将心电信号放大后输出，在常规的心电图仪中是通过被称为“接触电极”的导联电路作为公共回路来消除干扰信号的，首先从采集到的信号电路中分离出干扰信号经反相放大，然后经“接触电极”反注入人体内通过人体导入各导联来消除干扰信号。在实际应用中，放大后的反相干扰信号与原干扰信号实际并不能完全抵消，因此还需要经过多重滤波等手段才能获得相对可靠的心电信号。因此，心电图仪还包括放大电路和滤波电路等，其结构复杂、需要在医院中由专人操作。由于心脏病发作带有很大的偶然性和突发性，所以在非发作期做常规心电图检查获取疾病信息的几率很低。为获得有效监护信息，就需要长期、实时、准确的生理信号监测数据，这就要求监测仪器操作要简单，患者可自行在家中即可使用，同时需要佩戴在身体上不影响日常生活，其结构电路的设计要保证仪器小巧，携带方便。

另一方面，生物电的监测首先需使用检测电极对生物电进行采集。

从检出方式上，检测电极基本可划分为内置式(包括刺入式和植入式)；外置式。外置式电极是将电极与人体体表接触，从体表引导出生物电信号，也被称为“引导式电极”。在体表生物电检测过程中，对检测到的信号务求真实和稳定。但体表皮肤与检测电极之间稳定、可靠地接触是不易做到的。接触状态的不稳定，会直接导致接触电阻的变化，造成医学界称之为“伪差波形”的失真，而在多路检测和共模式检测中，接触电阻的变化和不平衡还会引起很大的外输入噪声和工频干扰，甚至影响测量。

为解决上述问题，在以往的生物电采集过程中采用金属材料制作采集电极，做成“负压吸附”或“粘贴”方式，同时对检测点的皮肤做相应地处理，即用细砂纸打磨掉皮肤角质层、清洗、涂抹导电膏，以求电极在信号采集过程中与皮肤的相对固定接触和接触电阻的相对稳定。

金属电极和电极的使用方式虽然可以检测出体表电信号，但也存在很多问题。金属与皮肤的接触会造成金属分子对皮肤的渗入，“负压吸附”会造成局部红肿淤血、皮肤和皮下组织损伤及皮肤和皮下组织导电性能的改变，还会产生影响检测真实性的半电池效应。

半电池效应是金属引导电极在使用过程中形成的一种超低频干扰。它的成因是：在使用金属引导电极时，为求与皮肤形成稳定的接触状态，预先要清洁皮肤、使用导电膏。在检测过程中，清洁溶液、导电膏和人体体表渗出液混合形成了有大量离子的电解质溶液。电解质溶液与金属电极接触时，金属电极的原子将会失去一些电子进入溶液，而溶液中的一些金属离子将在金属电极表面沉积。这两种过程相对平衡时，在金属电极和溶液接触面附近形成电荷分布层，也叫双电层，并将建立一个平衡电位差。这种过程和结果宛如半个电解质电池，被称为半电池效应。当有电流(包括信号电流、干扰信号电流、放大器输入电流等)流过电解质溶液和金属电极时，会使金属电极产生极化现象。流过电流的变化，将使半电池的电位和金属电极的极化现象随之改变。而使用粘贴的方式，在长时间检测过程中，容易造成皮肤腺堵塞和皮肤过敏的现象，也不能确保采集到的信号真实有效。在对心电信号较长时段采集记录时(例如：hotler)使用金属电极即限制了患者的行动，也很难保证心电信号采集的真实，有效。

并且，使用金属电极采集人体体表信号会给人体带来不舒适感，尤其对儿童患者，使用金属电极采集带来的不舒适感，往往导致其拒绝进行检查或检查过程中的不安静导致电极与皮肤接触改变，影响检测结果或导致检测失败。