互联网家用无线心电图机的设计及应用

【作 者】毕讯，隆彦群

1 海南医学院第一附属医院 普通外科，海口市，570102

2 苏州赫米兹健康科技有限公司，苏州市，215000

0 引言

传统的心电图机监测心脏，需要在心电采样涂导电液、贴电极、连接导联线，其步骤多，需要医护人员完成[1]。其带来诸多不方便，不能进入家庭及自测[2-3]。随着现代通信技术的高速发展及其在医疗领域的应用，心电图机与手机结合成为现实，心电图机逐渐演变成为心电远程监护平台的前端装置，心电监护正沿着互联网和无线移动监护两个方向快速发展[4-5]。有鉴于此，我们研究及发明了手机型心电图机，它具有芯片滤波、无导线、四个干电极、三导联等优点；同时也对应建立了心电监护云平台，实现远程监护心脏疾病，取得了满意结果，现报道如下。

1 互联网家用无线心电图机的设计

1.1 氧化银干电极传感器的设计

我们根据圆盘电极、纽扣电极和干电极的特点，用ABS塑料制成圆盘纽扣电极的内核，外层电镀一层厚度约为0.08～0.15 cm氧化银薄层，形成高性能的复合材料，进一步提高电极的导电性和耐磨性，形成氧化银干电极。它是利用固态技术，将放大器与电极组装在一起，使用时不必涂导电液并且波形不失真，信号采集灵敏度高[6-7]。使用时，21个微小突出物接触被测患者身体皮肤，测试两个电极之间的人体电位差。干电极可实现户外、家庭、急救心电图检测，非常方便，形成了独特的干电极传感器。

1.2 互联网家用无线心电图机的结构设计

本发明提供一种包含四个干电极的心电监测装置，其监测装置包括壳体及壳体内设的心电导联系统，心电导联系统包括三个采集电极和一个参考电极，采集电极分别置于所述壳体的左上方、左下方以及右上方，参考电极置于所述壳体的右下方，四个电极位置，如图1所示。

图1 四个干电极距离设置Fig.1 Distance setting of four dry electrodes

心电图机通过信号采集及各个模块的转化，将心电信号输送至主控系统及云平台中，电路过程，如图2所示。

图2 电路过程Fig.2 Circuit process

其中，前置放大电路包括第一滤波电路、第二滤波电路和第一放大电路（见图3），所述三个采集电极均与第一滤波电路、第二滤波电路和第一放大电路依次电性相连，第一放大电路与带通滤波模块电性相连。滤波电路如图3所示。

图3 滤波电路Fig.3 Filter circuit

互联网家用无线心电图机的技术性能与主要技术指标为：a.通道数：3个；b.检测电极：4个；c.检测部位：检测仪放在心窝正中，四个电极与皮肤紧贴；d.最大输入范围：能够响应和显示幅度峰值为6 mV、变化率为125 mV/min的差分信号；e.耐极化电压：±300 mV；f.输入阻抗：对于10 Hz正弦波信号，输入阻抗大于10 MΩ；g.灵敏度误差：±5%；h.定标电压：（1±5%） mV；i.频率响应：1～40 Hz，≤±3 dB；j.共模抑制比：大于60 dB；k.心率检测范围：30～240 bpm；l.心率分辨率：1 bpm；m.心率检测精度：±2 bpm或±2%（两者取大值）。

1.3 互联网家用无线心电图机的应用设计

互联网家用无线心电图机利用蓝牙与手机相连，无线上传，云平台人工智能监护诊断，同时平台有北京专家人工分析，顶级专家诊断、会诊，实现远程监控及预警的互联网医疗。云服务平台诊断及监护结果世界共享，可以通过手机微信、电子邮件发送给医生、朋友、家人等相关人员，任何时间、任何地点都可以看到。

互联网家用无线心电图机可以在受试者身体皮肤表面进行实时心电图信号采集，并拥有500 Hz的采样频率及三导联功能。图4为采集V1、V2、V3心电图时的手机显示。

图4 手机显示心电图Fig.4 Mobile phone shows a three-lead ECG

1.4 互联网家用无线心电图机的检测设计

本心电图机没有标记导联，非专业人士必须按照步骤及时间操作，以便人工智能平台确定导联从而准确诊断，由于心电图专业性强，我们推荐应用“三步曲”。

1.4.1 第一步，测量胸前导联V1、V2、V3

胸前导联V1、V2、V3的检测时间为15 s、30 s、45 s……（15的倍数）。右上电极置于V1导联，右下电极零极导联，左上电极是V2导联，左下电极是V3导联，通过V1位置的电极信号定位心房，诊断心房疾病。通过V2、V3位置的电极信号定位心室，诊断心室疾病，如室颤、心室心肌缺血和心肌梗死。

1.4.2 第二步，测量胸前导联V4、V5

胸前导联V4、V5的检测时间为20 s、40 s、60 s……（20的倍数）。顺时针转90°，右上方的采集电极置于人体V4位置，左上方的采集电极置于人体V5位置，通过V4、V5位置的电极信号定位心室，根据结果诊断心室疾病，如心肌缺血和心肌梗死。

1.4.3 第三步，测量肢体Ⅱ、Ⅲ导联

肢体导联的检测时间为17 s、34 s、51 s……（17的倍数）。左下、右下电极置于左小腿位置，右上电极置于右手拇指，左上电极置于左手拇指，测出肢体Ⅱ、Ⅲ导联，检测心律，同时根据检测结果判断是否存在心肌下壁缺血和心肌梗死。

2 疾病诊断的应用

2.1 无线心电图机在急救中的应用

因为心脏病发病具有突发性和危险性等特点，所以心脏急救是分秒必争的事情。心脏病患者（尤其是早期患者）发病时常常不在医院，传统方法记录不到当时的心电图，患者到医院后心电信号有可能恢复正常，因此患病时的心电图难以捕捉[8-9]。但是互联网家用便携式心电机可以随身携带，随时随地自己检测或持续监测，并且平台可对检测结果自动分析诊断，有助于早期诊断及监护心血管疾病。

2.2 无线心电图机在疫情中的应用

针对感染患者及冠状病毒等传染性患者，互联网家用无线心电图机可以作为隔离心电图机。当发生大型公共卫生事件的时候，如当今的新型冠状病毒肺炎，世界各个国家的医疗系统都受到了一定影响[10]。而我们的心电图机可以做到病人自测，平台、医生远程监护，无需接触患者，始终维持心电监护效率。

总之，手机型心电图机联合心电监测平台，实现了小型化、便携化，患者主动自我检测。心电图信号传输至云平台，完成心电图自动诊断，实现各种心电活动精确诊断和预警，实现了远程心电监护[11]。

3 讨论

目前国内外大多数心电图机仍然采取导线连接，其操作过程复杂、并且探头需要涂电导液，不能小型化、家用化、大众化。针对医用心电图机及心电监护仪的不足，我们设计了无线心电图机，具体说明如下。

（1）干电极，用芯片滤波排除肌电干扰，免除换电极片、涂电导液的麻烦。同时，提高了手机型心电图机抗干扰性、准确性。

（2）四个干电极直接测量，一次完成三个导联心电图信号采集，免除导联线的麻烦。对心电图的定位效果十分显著。

（3）本仪器不但可以测量胸导联，也可以测量肢体导联，测量比较全面。可以完成心脏的三维立体定位，诊断更加明确。

（4）不仅能完成常规心电图（短期），也能完成动态心电图（长期）。

（5）云平台大数据上传，疾病模型建立准确，可深度学习，实现人工智能诊断监护[12]。

医用心电图机常规是十二导联，虽然无线心电图机是单次三导联，但是可以分六次完成十二导联。Hoter监护仪 24 h后才能看结果，而无线心电图机实时监护，有问题可实时报警，比Hoter监护仪方便。再如医用心电监护机是单导联或三导联，而我们研制的无线心电图机是三导联的比单导联准确，医用心电图机及心电监护机需要导电胶、电极片，心电图机不需要，性价比高且方便、快速，利于心电图的采集及诊断，弥补了医用心电图机及心电监护仪之不足[13]。

本研究中的四个干电极三导联心电图机及云平台获得了第五届中国创新创业大赛优秀奖，是国家推荐的优秀项目。本心电图机不仅可以作为隔离心电图机，也可以作为急救心电图机和心电监护仪，集心电图机优点为一身。它实现了小型化，使心电诊断、监护进入了家庭及自测[14]。