[发明专利]一种多模态生理信号采集装置

说明书

本发明提供了一种多模态的生理信号采集装置，包括心震、心音和心电信号的多模态采集。心震和心音信号采用3*2个传感器阵列进行采集。心震信号采集模块包括心震传感器阵列采集模块、信号模拟前端；心音信号采集模块包括心音传感器阵列采集模块、信号模拟前端；心电信号采集模块包括心电电极、信号模拟前端。多路信号通过FPGA进行采集时钟的同步管理，实现A/D采样控制，将多通道信号实时传送到控制模块。MCU负责系统核心控制，信号处理，以及向传感器采集模块发送指令，并将信号进行片上存储，得到最终的心震心音心电三种信号的多模态同步采集信号。本发明实现了心震心音心电三种生理信号的同步采集、存储和传输。

技术领域

本发明涉及信号检测及医疗电子技术领域，涉及心震、心音、心电采集技术，具体涉及一种多模态的生理信号采集装置。

背景技术

心血管疾病是目前全球范围内威胁人们生命健康的重要因素之一，心血管疾病的早期预防、检测已成为大势所趋，并被证明可以有效降低心血管疾病的直接医疗成本。以上背景极大促进了心血管疾病早期检测技术和院外监护技术的研究。心电图检查是临床中最常用的心血管疾病的诊断手段。对于心绞痛、心肌梗塞等心脏疾病在观察心电图时会发现心电图发生了明显的变化。穿戴式心电技术也经过多年研究，已经能有效地提供实时、动态、连续的心律失常、房颤等心脏疾病的院外监护和检测。但有的时候对于某些心脏疾病，尤其是结构性心脏疾病，心电图往往不会发生明显的变化，而心音和心震则被证明能够提供心脏血流动力学的情况。所以心震、心音和心电结合的多模态的心功能的生理信号能够综合多种技术手段来反映心脏健康状况，取长补短，提供不同角度的信息。结合多种信号进行分析评测，较之单一模态的信号融合了更多方面多层次多角度的信息。

传统上，人工心音听诊识别心杂音是进行心功能评估筛查的主要手段。但是，通过听诊器听诊的心音分析高度依赖专家的经验和技术。近年来，随着人工智能和大数据技术的发展，数字化心音在用于心血管疾病的智能分析方面取得了进展和突破。在传统技术发展的同时，通过微机电系统（MEMS）惯性传感器采集体表低频震动的心震图技术近几年得到了热切关注。有研究发现，低于声频的心震信号中存在可以用于识别主动脉瓣膜狭窄的信号成分，然而其发挥作用的内在机制有待进一步的发掘与研究。心震在心电信号的辅助下也被验证可以获取一些有效的血液动力学参数，如左室射血时间、心脏射血前期等。这些参数也可用于评估结构性心脏疾病带来的心脏功能变化。因此，融合传统心音和新兴的心震技术，辅以心电技术，有助于形成新形态的穿戴式院外心功能状态评估手段，增强心血管疾病的发展预测能力和风险评估水平，辅助决策治疗时机和手段，提高治疗效果和患者生活质量。因此本发明提出一种多模态的生理信号采集装置，采集心震、心音和心电三类信号，为全面了解心脏的血流动力学情况等多种心功能状况提供了一种方式，尤其是结构性心脏疾病的异常的提早发现和及时的治疗提供可能，帮助避免医疗成本的增加与医疗资源的浪费。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种多模态的生理信号采集装置，实现了心震、心音、心电三种生理信号的同步采集，存储和传输，从多模态的生理信号角度来反映心脏的健康状况。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种多模态生理信号同步采集装置，包括：心震、心音和心电信号的采集模块，信号处理和控制模块，通讯模块；

所述三种生理信号同步采集，心震和心音信号采用3*2个传感器阵列进行采集，用于采集心震（心音）的多路阵列信号，得到不同位置的心脏的震动和声音信号；

心震信号采集模块包括心震传感器阵列采集模块、信号模拟前端；

心音信号采集模块包括心音传感器阵列采集模块、信号模拟前端；

心电信号采集模块包括心电电极、信号模拟前端；

信号的处理和控制模块采用了FPGA和MCU的异构；

FPGA将心震、心音和心电多路信号进行采集时钟的同步管理，实现A/D采样控制，将多通道的信号实时传送到控制模块；