[发明专利]一种用于动态心电监测的电容耦合式电场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是一种用于动态心电监测的电容耦合式电场传感器。

背景技术

随着社会的进步和科学技术的不断发展，人们对生活质量的要求也越来越高，健康状况已成为社会大众关注的焦点。心脏疾病是造成人类死亡的三大疾病(心脏病、脑血管病和癌症)之一，每年由于心脏病引起的死亡人数居高不下。长期以来，对心脏病的诊断与研究一直是医学界的一个主要课题。

心脏在除极和复极的电化学活动中产生了心电场，心电场在人体上产生了电位差，这些电位差在体表的测量就是心电图(Electrocardiogram，简称ECG)。体表心电信号是心脏电生理状态的反映，到目前为止，ECG已经成为临床诊断心脏病的主要工具、其中最常用的有12导联心电图和动态心电监护系统Holter机。一百多年来，心电图这种无创检查技术，由于诊断可靠、方法简便、对病人无损害等优点，在心脏病的诊断中发挥了重要作用。

心脏病的发病有很大的偶然性和突发性，一些异常的心电信息只有在某些特殊情况下才出现。因此，有必要对被监测者的心电进行长时间的记录与分析。动态心电监护系统作为一种对心血管疾病进行长期监护的装置，在临床与健康护理中得到广泛的应用。对较严重的心血管病人，实时监测其心电信号，在他们病发时，无疑能及时获得发病的信息并报警，从而尽早获得救治，增加生存的机会。对一般病人和亚健康人群来说，长期监测心电、心率的变化，也能从其变化趋势中获得有用的信息，指导疾病的治疗和预防。

在动态心电信号监测系统中，传统方法采用的电极是一次性Ag/AgCl粘贴电极(中心部分的泡沫材料吸有电解液)，粘贴在人体特征部位。这种电极属一次性使用的产品，不能重复使用，难于实现对身处社区和家庭条件下的病人和老人的监护。而且这些心电监测系统都需要电极直接接触人体，且由于需要施加导电膏，容易对人体施加一定的刺激，长期监测会引起被监护者皮肤的不适甚至溃烂，此外，由于导电膏的干燥，还会影响检测结果的准确性。

鉴于现有的Ag/AgCl湿电极的不足，本发明提出了一种新型的面向心电动态监测的具有集成有源敏感干电极的电容耦合式电场传感器。由于采用电容耦合，而不是传统的电阻耦合，传感器的电极既可以与皮肤接触，也可以不与皮肤接触(比如隔着衣服进行监测)，由于不需要导电膏，这种电容耦合的心电监测方式具有准备时间短，可以长时间、连续监测，对被监护者引起的不适小等优点。此外，在电介质层上增加一层采用聚合物制备的具有超强吸水性并可以缓慢释放水分的缓冲层，通过控制敏感电极附近周围局部湿度环境的方法，可以大大降低由于摩擦引起的静电干扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于动态心电监测的电容耦合式电场传感器，传感器的敏感电极不需要与皮肤直接接触，而且不需要导电膏、佩戴舒适、可以长期可靠地进行心电动态监测。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种用于动态心电监测的电容耦合式电场传感器，其敏感电极与皮肤之间采用电容耦合，不直接接触；

监测电极包括敏感电极、有源屏蔽驱动电极、电介质层、缓冲层，其中，敏感电极外侧面覆有电介质层，电介质层外侧面覆有缓冲层，敏感电极内侧面相对设置有源屏蔽驱动电极，有源屏蔽驱动电极与敏感电极之间相互绝缘；

敏感电极以导线穿过有源屏蔽驱动电极上的通孔连接前置运算放大器的正相输入端，前置运算放大器的反相输入端与输出端相连，构成增益为1的跟随电路；前置运算放大器的输出与有源屏蔽驱动电极相连，构成保护结构；前置运算放大器的正相输入端与输出端之间，跨接有自举电路、输入电容抵消电路，总输出接后续信号处理系统；

在进行动态心电监测时，缓冲层与皮肤或衣物接触，由于有缓冲层、电介质层、衣物介于敏感电极与皮肤之间，使敏感电极与皮肤不直接接触，微弱心电信号通过电容耦合到敏感电极进行测量。

所述的电容耦合式电场传感器，其所述缓冲层，是以具有超强吸水性，并缓慢释放水分的聚合物材料制作(缓冲层材料既可以是类似于尿不湿的聚合物材料，也可以是其它的吸水性强的聚合物材料)，通过控制缓冲层释放水分的方法，改变敏感电极与皮肤和衣物之间的局部湿度，来抑制由于摩擦起电引起的静电噪声干扰。

所述的电容耦合式电场传感器，其所述保护结构是一种具有单倍增益的缓冲电路，使有源屏蔽驱动电极上的电压与敏感电极上的电压相等，以避免外部干扰信号通过杂散电容对心电信号的干扰，降低敏感电极与地之间的等效电容，避免等效电容对微弱心电信号的分流作用。