[发明专利]非接触式心肺信号测量系统

说明书

本发明属于医疗设备技术领域，具体为一种非接触式心肺信号测量系统。本发明系统包括参考电极、两块感应电极、信号采集模块和信号处理软件；参考电极从底部覆盖两块感应电极并构成整体，改善共模抑制性能；信号采集模块包含缓冲器电路、差分放大器和右腿驱动电路；信号处理软件包含对原始信号预处理算法和从原始信号中提取呼吸信号的呼吸提取算法。两块感应电极采用电容耦合的工作方式测量皮肤电信号，使系统在使用者睡眠时能够非接触式测量心电信号，并且获得呼吸信号。本发明系统舒适便捷、使用安全、信号质量高并且能够进行整夜稳定工作，解决了传统生命体征监测产品用在睡眠监护时舒适感低、信号质量差的问题。

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种心电和呼吸信号测量系统。

背景技术

传统的生命体征监护仪常常采用湿电极，比如Ag/AgCl电极。在电极贴着皮肤的情况下，设备能够采集到质量很高的心电信号和呼吸信号，但是在舒适度和便捷性上却有许多不足，尤其是应用在睡眠监护中会严重干扰睡眠。为此，一些非接触式心电传感器得到了许多的研究。例如，实用新型专利“一种基于非接触式电极阵列的心电监测床垫”（CN202699127 U）公布了一种用双面印制电路板（PCB）制成的非接触式心电传感器，它可以通过阵列方式布置在床垫上，从而隔着衣服测量人躺在上面的心电信号。发明专利申请“用于睡眠监测的心肺信号感知与采集系统”（CN 110236517 A）公布了一种利用M/NWs/PDM复合材料设计的柔性心电电极，它保证了使用者的舒适性。该系统一个心电电极放置在枕头上，另一个电极放置在上肢偏右的一侧，并在三种睡眠姿势下做了心电采集测试。

对于非接触式心电传感器应用在睡眠监护上的研究，虽然舒适性得到了极大改善，但是却有信号质量差的问题。主要原因有两点：一是生理电信号本身微弱，隔着衣服测量容易受到噪声干扰；二是为了克服无约束睡眠中信号测量的稳定性问题，床垫上电极往往设计得比较大，使得受到环境中电磁辐射干扰严重。这两个因素极大限制了非接触式心电传感器在睡眠监护上的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种舒适便捷、使用安全、信号质量高并且能够进行整夜稳定工作的用于睡眠监护的非接触式心肺信号测量系统。

本发明提供的非接触式心肺信号测量系统，包括参考电极、两个感应电极、信号采集模块和信号处理软件；其中：

所述感应电极，包括第一感应电极和第二感应电极，其中，第一感应电极布置在人体平躺时肩胛骨位置附近；第二感应电极布置在腰与臀部之间；每块感应电极工作时候与人体皮肤形成耦合电容，从而非接触感应皮肤电信号。

所述感应电极，从上至下包含感应层、绝缘层和连接层；感应层采用柔性导电布料，通过电容耦合方式感应皮肤电信号；绝缘层采用柔性绝缘布料，用于电气隔离感应层与参考电极；而连接层采用高强度黏剂，用于物理连接感应电极和参考电极，使之形成整体。

进一步地，每块感应电极都是长度大于70cm的长条形形状（比如（4-6cm）*70-85cm长方形），其长度足以覆盖一般人睡眠过程中的翻身范围（通常在70cm范围内），保证信号测量的稳定性；工作时候与人体皮肤形成耦合电容，从而非接触感应皮肤电信号。

所述信号采集模块，包含差分放大器和右腿驱动电路，通过差分方式采集两个感应电极的心电信号；可提高共模抑制性能。

进一步地，所述信号采集模块的两个输入端与两个感应电极电气连接，每个输入端包含一个缓冲器电路，用于增大输入阻抗，提高共模抑制性能。

所述参考电极，采用柔性导电布料，从底部覆盖两块感应电极，对感应电极起到电磁噪声屏蔽的作用；另外参考电极还与右腿驱动电路连接，用于将两个感应电极的共模信号反馈回人体（两个感应电极中间的位置），进一步提高共模抑制性能，改善信号质量。

所述信号处理软件，用于预处理心电信号，同时从心电信号中提取呼吸信号。