具有心电监控功能的马桶圈及心电监控方法
技术领域
本发明涉及医疗设备，尤其涉及一种具有心电监控功能的马桶圈及心电监控方法。
背景技术
随着生活节奏的加快和生活压力剧增，无论是年轻人还是老年人健康问题已经成为社会关注的焦点问题。近年来由于心机梗死导致的死亡数量不断攀升，而且心电异常通常在夜间或凌晨出现，在医院检查时往往不易发现。因此，对心电监控设备的需求逐步提高，人们希望心电监控设备向小型化、便携化、家庭化方向发展，让越来越多的病人在家中就能接受监护，以便尽早发现一些不易察觉的心电异常。
中国专利申请CN111134638公开了一种智能健康监测支架。该支架从马桶前侧固定与马桶的两侧使用。支架上设有指纹识别装置和多个用于采集信息心电信息的电极。虽然该支架可以完成心电监测，但支架的结构相当复杂，占用空间，导致用户不愿意使用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种具有心电监控功能的马桶圈及心电监控方法。所述的马桶圈无需配置其他设备，也不占空间，使用方便，成本低廉。
本发明提出一种具有心电监控功能的马桶圈，包括：数据采集装置，安装在马桶圈上，用于采集使用者的心电数据；无线传输模块，用于与远程服务器通讯；身份识别模块，设置在服务器端，用于根据上传的心电数据对用户的身份进行识别；以及心率变异分析模块，设置在服务器端，用于对心电数据是否正常进行分析判断。
所述的数据采集装置包括电源模块、分别设置在马桶圈一侧和前端的两个电极、心电数据采集模块和无线传输模块。
优选地，马桶圈上还包括心电图生成模块，用于将采集的心电数据生成单导心电图。
优选地，所述马桶圈上设置有二维码，所述无线传送模块向服务器上传的数据中包括马桶圈上设置的二维码。
优选地，所述的无线传输模块包括蓝牙、WIFI、4G或5G网络。
所述身份识别模块中存储有注册人体的心电数据，提取上传心电数据中的特征波形并与注册心电数据中的特征波形进行比较，识别上传心电数据的身份。
优选地，所述特征波形为心电数据中的QRS波群。
优选地，所述心率变异分析模块测量心电图中的R波之间的时间间隔，再依时间域和频率域计算心率变异值，得出心率是否正常的判断。
本发明还提出一种心电监控方法，包括以下步骤：
步骤1.通过设置在马桶圈上的电极采集心电数据并通过无线传输模块将采集到的心电数据发送至服务器；
步骤2.服务器端的身份识别模块对接收到的心电数据进行身份识别；
步骤3.身份确定后通过心率变异分析模块测量心电图中的R波之间的时间间隔，再依时间域和频率域计算心率变异值，得出心率是否正常的判断；
步骤4.如心率异常则通过移动终端向用户发送提示短信。
其中，步骤2中包括：QRS波识别，判断每一个R波的位置；将所有的QRS波进行叠加平均，获取平均QRS心电图，将该平均的QRS心电图作为特征波形；将特征波形与之前注册存储的特征波形进行比较，取相似度最高的成员作为此次监控的人员身份信息。
优选地，步骤2中还包括：在QRS波识别之前对接收到的心电图进行基线滤波，过滤掉0.3-0.9hz的基线漂移；和工频滤波，过滤50hz/60hz的工频干扰。
步骤3中，采用心率变异分析算法计算心电图中的R波之间的时间间隔，再依时间域和频率域计算心率变异值，得出心率是否正常的判断。
优选地，本发明提出的心电控制方法还包括定时更新身份识别模块中存储的心电数据。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.监控装置设置在马桶圈上，无需增设额外的设备。利用单导心电图进行心率变异监测，相比专业的心率变异检测仪器与动态心电设备大大节约了成本。
2.操作简单，无论老人还是小孩都能方便使用；方便推广应用，可以随时随地进行心率监测，尽早发现更多心率变异低的患者，有效降低猝死率。
3.可以多人使用，识别精度高，且不受洗手间潮湿空气的影响。
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，其中：
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明一实施例的马桶圈示意图；
图3为本发明心率监测方法的工作流程图；
图4为心电图中QRS波形示意图；
图5为人体身份识别的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。
心电信号是在心脏有规律地收缩和舒张过程中，心肌细胞产生的动作电位综合而成的电信号。心电由电极从体表测得，经放大后显示或描记下来的波形即为心电图。心电图是反映心脏兴奋的电活动过程，它对心脏基本功能及其病理研究方面具有重要的参考价值。
本发明提出一种构思，将心电图数据采集集成在马桶圈上，在使用者上厕所时实现心电数据采集，然后将心电数据通过无线传输模块上传到云服务器，云服务器端将上传的心电数据生成心电图，并使用心电图对用户的身份进行识别，然后对该心电图是否正常进行自动分析，并将分析结果反馈给用户。
作为一种替换实施例，也可以在用户侧根据采集的心电数据生成心电图，然后通过无线传输模块上传至服务器。
通常家用马桶为多成员共同使用的设备，利用马桶圈采集心电信息需要对使用者的身份进行识别，然后将采集的心电信息与在先注册的心电信息进行比对，做出心电图是否异常的判断，同时将心电监控结果在该用户名下归档。
如图1所示，本发明提出的具有心电监控功能的马桶圈包括：数据采集装置，安装在马桶圈上，用于采集使用者的心电数据；无线传输模块，用于与远程服务器通讯；身份识别模块，设置在服务器端，用于根据上传的心电数据对用户的身份进行识别；以及心率变异分析模块，设置在服务器端，用于对心电数据是否正常进行分析判断。
如图1和图2所示为本发明的一个实施例。所述的数据采集装置包括电源模块、分别设置在马桶圈上的两个电极、心电数据采集模块和无线传输模块。该实施例中，在马桶圈的左侧设置第一接触电极1，在马桶圈的前面设置第二接触电极2，两个接触电极从马桶圈的后面固定，并使电极暴露在马桶圈的表面，实现双电极触摸控制电路的开启和关闭。电源模块、心电数据采集模块和无线传输模块均设置在马桶圈的背面，并做好适当的防水处理。当使用者的大腿和手掌接触电极时，导通心电数据采集模块，通过两个电极采集使用者的心率数据。采集的心电数据可以通过心电图生成模块生成单导心电图，然后通过无线传输模块将心电图数据上传到云服务器。也可以直接将采集的心电数据上传至云服务器端后，在服务器端生成单导心电图。然后利用心电图作为识别依据通过本发明提出的自动识别算法对使用者的身份进行识别，确定用户身份。
图3为利用马桶圈进行心率监测方法的工作流程图，包括以下步骤：
（10）当人体坐在马桶圈上时，大腿与第一接触电极接触，同时用左手或右手触摸第二接触电极，此时接通心电采集装置的电源；
（20）心电数据采集模块采集两电极感应到的人体微弱心电信号，并对该信号进行放大，生成心电图，该心电图经过A/D转换后通过无线传输模块上传至云服务器。也可以直接将采集到的心电信号数据上传至服务器端生成心电图。上传数据中可以包括马桶圈的二维码，以便快速地对使用者的身份进行识别。
（30）服务器端的身份识别模块对上传的心电数据进行身份识别，具体的就是将之前注册预存在身份识别模块中的心电特征波形与接收到的心电图波形特征进行比对，判断用户的身份；
（40）确定身份后，采用心率变异分析算法判断心电图是否正常并生成检测报告归档。
（50）通过移动终端将检测结果反馈给用户。
利用心电图进行身份识别的原理基于以下特征：
1.同一个人，用相同位置测试的心电图在一段时间内（一年内）基本特征不会改变；
2.同一个人的心电图，占主导心拍的基本特征不会因为单个或多个异常心博或者干扰心博而改变；
3.不同人的心电图因心脏结构，性别，年龄等因素，同一位置的心电图有差异。
基于上述原理，本发明提出的对人体身份进行识别具体包括，对心电图中的所有QRS波进行识别，判断每一个QRS波的位置；将所有的QRS波进行叠加平均，获取平均QRS心电图，将该平均心电图作为特征波形；将特征波形与家庭成员之前储存的特征波形进行比较，取相似度最高的成员作为此次监控的成员信息。
图4为心电图中QRS波形示意图。图中“
图5为人体身份识别的流程图，包括：
31.对上传的心电图进行滤波处理，包括基线滤波和工频率波，基线滤波过滤0.3-0.9Hz的极限漂移，工频率波过滤2.50Hz/60 Hzd工频干扰；
32.对上传的心电图进行QRS波群识别，判断每一个R波的位置；
33.将所有的QRS波进行叠加平均，获取平均QRS心电图，将该平均心电图作为特征图形；
34.将提取的特征波形与家庭成员之前预存的特征波形进行比较，取相似度最高的波形判断检测人员的身份信息。
确定身份后，采用心率变异分析算法判断心电图是否正常，具体包括计算心电图中的R波之间的时间间隔，再依时间域和频率域计算心率变异值，得出心率是否正常的判断。
心率变异度分析是一种量测连续心跳速率变化程度的方法。目前临床使用的自律神经检测仪就是运用心率变异来分析自律神经平衡的状态，其计算方式主要是分析借由心电图或脉搏量测所得到的心跳与心跳间隔的时间序列。心脏除了本身的节律性放电引发的跳动之外，也受到自律神经系统所调控。过去二十年已有不少文献显示自律神经系统的调控与心血管疾病相关的死亡率有显著的关系，例如心因性猝死、高血压、出血性休克、败血性休克等。心率变异分析亦被发现可作为预测发生心肌梗塞后的死亡率的指标。
心率变异分析最常用的方法是计算心电图中的R波，借由量测RR之间的时间间隔生成一组数列。其模式可再依时间域（Time domain）、频率域（Frequency domain）来分析。心率变异分析通常排除心律不整等节律明显异常的病例，针对在正常节律下的些微心率差异进行研究。
时间域分析：通常利用连续量测到的心电图波形，直接计算与分析其对应心跳间距的离散程度，例如：SDANN (Standard deviation of the average NN intervals)，通常以五分钟等分连续的时段，先计算每五分钟心跳间期的平均值，再计算平均间期的标准差，单位为毫秒。此外，NN50是心电图中所有每对相邻正常心跳时间间隔，差距超过50毫秒的数目。pNN50 是NN50数目除以量测之心电图中所有的正常心跳间隔总数。
频率域分析：利用离散傅立叶变换将心跳间隔的时间序列转换为频域，以功率频谱密度或是频谱分布(Spectral distribution)的方式表现。一般心率变异讯号的频谱分析使用200至500连续心跳间期稳定记录表现，因此记录需要数分钟的时间。一般的心跳间期频谱频率出现在1赫兹以下，在0到0.4赫兹的范围内可找到数个波峰。高频区在0.15-0.40赫兹，低频区在0.04-0.15赫兹。高频区通常反映副交感神经的活性，低频区同时受到交感与副交感神经系统的调控。
心率变异度频域分析测量指标、定义及临床意义
心率变异度分析结果存储在家庭成员档案中，当分析结果出现异常时可以通过移动终端发送至用户，提醒去医院检查。
本发明具有以下优点：
1.在马桶圈上集成了心电图采集装置，利用单导心电图进行心率变异检测，相比专业的心率变异检测仪器与动态心电设备大大节约了成本；
2.利用心电图作为人体的识别数据，准确，且不必增加另外的识别设备，降低使用成本；
3.操作简单，由于可以在家庭的马桶上进行心率变异检测，可以随时随地进行检测，发现更多心率变异异常的患者，可以有效预防猝死的事件发生。
4.方便推广使用。相比专业的心率变异检测仪器，马桶盖是必备的生活用品，无需增加额外的设备，方便大面积推广使用。
以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是，凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本发明的保护范围之内。
