CN101474068A - 便携式无线心电监护装置 - Google Patents
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Abstract
一种医疗监护技术领域的便携式无线心电监护装置，本发明中，心电信号前置放大模块采用负反馈差动放大电路将采集到的心电信号进行一级放大，放大后将信号传输给微处理器；微处理器包括：运算放大器、Flash模块、AD转换器、MAC、心率识别模块、外设接口；无线收发模块使用Zigbee协议将异常的心电信号无线传输给USB收发模块；USB收发模块接收无线收发模块发送的异常心电信号，USB收发模块与外围设备相连。本发明具有体积小，功耗低，无线收发特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗器件技术领域的装置，具体涉及一种便携式无线心电监护装置。
背景技术
心血管疾病是威胁人类生命的主要病症之一，由于未能及时发现病变进行早期抢救，许多心脏病患者往往极易死亡。心电图则是治疗此类疾病的主要依据，具有诊断可靠，方法简便，对病人无损害的优点，在现代医学中，变得越来越重要。常规心电图是病人在静卧情况下由心电图仪记录的心电活动，历时仅为几s～1m，只能获取少量有关心脏状态的信息，所以在有限时间内即使发生心率失常，被发现的概率也是很低的。因此有必要通过相应的监护系统对患者进行长时间的实时监护，记录患者的心电数据。又由于心脏病的发生具有突发性的特点，患者不可能长时间地静卧在医院，但又需实时得到医护人员的监护，所以研发相应的便携式无线心电监护产品就显得更加重要。
动态心电监护系统作为一种对心血管疾病进行长期监测小型随身佩戴装置，在临床与健康护理中得到广泛的应用。但随着电子技术、计算机技术的发展，人们对它的功能提出越来越高的要求，如图形显示、网络连接、实时诊断等过去依靠PC机实现的高级功能也成为其必备的基本功能，这将使得装置整体体积变大，且要携带更多的电池供电，从而导致佩戴的用户觉得不便。
经对现有技术文献的检索发现，专利申请号为200710003350.3的中国专利，专利名称为《一种远程无线心电实时监护仪》，该专利包括心电信号的获取、处理部分和无线通讯部分，无线通讯部分采用GSM/GPRS无线收发方案，实时无线传输功耗很高，而且其价格昂贵，且PDA或手机的其他功能对于绝大部分患者完全没有必要，所以到目前为止国内实用的无线心电监护产品领域还是空白。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种便携式无线心电监护装置，使其将微处理器中的运算放大器、Flash模块、AD转换器、MAC(乘加器)和外设接口集中于微处理器中，同时，将异常心电信号传输给外围医疗监控设备，整个系统集成度非常高，功率消耗很小，能够满足对患者进行长时间的实时监护的要求，其体积小，便于患者的携带，无线传输的设计满足了家庭医疗监护的需要。
本发明是通过如下技术方案的，本发明包括：心电信号前置放大模块、微处理器、无线收发模块、USB收发模块，其中：
心电信号前置放大模块采用负反馈差动放大电路将采集到的心电信号进行一级放大，放大后将信号传输给微处理器；
微处理器包括：运算放大器、AD转换器、MAC、心率识别模块、外设接口、Flash模块，其中：运算放大器接收心电信号前置放大模块放大后的心电信号，对心电信号进行二级放大后传输给AD转换器；AD转换器对心电信号进行数字化处理，将数字化的心电信号传输给MAC，从而不需要再采用外设扩展的AD采样芯片；MAC对心电信号进行滤波处理，并将滤波后的信号传输至心率识别模块；心率识别模块对滤波后得到的心电信号进行预处理获得心电信号峰峰值之间的间隔，若果峰值之间的间隔超过设定阈值，若判断心率异常，则将异常心电信号输出给外设接口；外设接口扩展为SPI(串行外围设备接口)与无线收发模块相连接，外设接口将信号输出给无线收发模块；Flash模块负责存储运算放大器、AD转换器、MAC对心电信号处理过程中的中间数据和启动程序，不需要外扩ROM；
无线收发模块使用Zigbee(全新无线网络数据通信技术)协议将异常的心电信号无线传输给USB收发模块；
USB收发模块接收无线收发模块发送的异常心电信号，USB收发模块可与医院问诊系统、个人电脑、手机、PDA(个人数字助理)等外围医疗监控设备相连，由外围设备进行智能检测，以对患者进行及时的抢救。
所述心电信号前置放大模块，其采用低功耗的仪用集成运放对很微弱的心电信号进行放大处理，放大倍数为5倍-15倍。
所述运算放大器，对心电信号进行二级放大，放大倍数为50倍-150倍。
心电信号前置放大模块和微处理器中的运算放大器组成的二级放大电路，极大地降低了系统设计的复杂度，提高了系统的集成度，使得整体产品的体积更小，重量更轻。
所述微处理器，其不工作时经控制处于省电模式状态。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、集成度高，本发明将运算放大器、Flash模块、AD转换器、MAC(乘加器)、心率识别模块、外设接口等功能集成于微处理器，所以本发明只需要采用三个核心元器件(心电信号前置放大模块、微处理器、无线收发模块)就实现了心电信号的放大，采集，处理，无线收发；不仅极大地简化了系统硬件电路，还大大提高了系统的性价比；
2、体积小，重量轻，高度集成的系统设计，保证整个装置的体积非常小，整体大小为3cm(宽度)*4cm(长度)*1cm(厚度)，方便携带在身体上。整体重量小于15克，适合于佩戴在小型试验动物身上，完成动物试验；
3、功耗低，本发明中通过软件方式控制微处理器其不工作时处在低功耗或者睡眠模式下，可以大大降低系统的功耗。另外，本发明中的无线收发模块使用基于Zigbee的短距离无线传输协议，相比现有技术具有省电等特性，大大降低在无线收发上的功耗，保证整个系统可以在纽扣电池供电的方式下实现连续24小时工作；
4、丰富的外部接口，通过带有Zigbee的无线收发模块以及USB收发模块，USB收发模块可以灵活地与个人电脑(PC)、PDA、手机等连接，通过这些设备，可以进一步拓展外部连接，通过Internet，GSM/GPRS，WiFi等网路连接到医院的专家系统或者与亲人通信。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是本发明的实施例中心电信号前置放大模块的信号输入输出示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：心电信号前置放大模块、微处理器、无线收发模块、USB收发模块，其中：
心电信号前置放大模块的输出端与微处理器的输入端相连，微处理器的输出端和无线收发模块的输入端相连，USB收发模块的输出端和监控用户心率的外围设备相连。
心电信号前置放大模块采用负反馈差动放大电路将采集到的心电信号进行一级放大，放大后将信号传输给微处理器；
微处理器包括：运算放大器、AD转换器、MAC、心率识别模块、外设接口、Flash模块，其中：运算放大器接收心电信号前置放大模块放大后的心电信号，对心电信号进行二级放大后传输给AD转换器；AD转换器对心电信号进行数字化处理，将数字化的心电信号传输给MAC，从而不需要再采用外设扩展的AD采样芯片；MAC对心电信号进行滤波处理，并将滤波后的信号传输至心率识别模块；心率识别模块对滤波后得到的心电信号进行预处理获得心电信号峰峰值之间的间隔，若果峰值之间的间隔超过设定阈值，若判断心率异常，则将异常心电信号输出给外设接口；外设接口扩展为SPI(串行外围设备接口)与无线收发模块相连接，外设接口将信号输出给无线收发模块；Flash模块负责存储运算放大器、AD转换器、MAC对心电信号处理过程中的中间数据和启动程序，不需要外扩ROM；
无线收发模块使用Zigbee(全新无线网络数据通信技术)协议将异常的心电信号无线传输给USB收发模块；
USB收发模块接收无线收发模块发送的异常心电信号，USB收发模块可与医院问诊系统、个人电脑、手机、PDA等外围设备相连，由外围设备进行智能检测，以对患者进行及时的抢救。
所述微处理器为MSP430FG439芯片，其集成了运算放大器、Flash模块、AD转换器、MAC(乘加器)、心率识别模块、外设接口等功能模块。
所述心电信号前置放大模块，其采用TI公司的基于双运放电路的微功耗仪表放大器INA321A芯片，放大倍数为10倍，由于生物电信号很微弱，故对放大电路的要求很高，INA321A芯片为低功耗仪用集成运放，其特点是：静态电流小；内部增益可通过管脚的不同连接而变化；增益精度高，且漂移小；共模抑制比高；失调电压小；非线性失真小；失调电压的漂移小；输入电阻高。
如图2所示，所述心电信号前置放大模块，其中心电放大芯片采用INA321A，心电电极采集心电信号经过INA321A的VIN+和VIN-的管脚输入片，微弱的心电信号在INA321A完成心电信信号的一级放大，放大之后的心电信号，经由INA321A的VOUT输出。从INA321A的VOUT输出的心电信号，经过微处理器MSP430的P1.6端口输入到微处理器MSP430的运算放大器(OA)进行二级放大以及AD采样。
所述微处理器，其中的运算放大器对心电信号进行二级放大，放大倍数为100倍，心电信号前置放大模块和微处理器中的运算放大器组成的二级放大电路，使得心电信号放大倍数共为1000倍，同时极大地降低了系统设计的复杂度，提高了系统的集成度，使得整体产品的体积更小，重量更轻。
所述微处理器，其不工作时由软件控制处于省电模式状态。
所述无线收发模块，采用Texas Instruments公司的Chipcon系列RF射频芯片，型号为CC2500，无线收发模块具有通讯距离远、低功耗、接口灵活等优点，Zigbee协议具有无网络使用费，设备投入低，通信更可靠，抗干扰性好，工作频段灵活等诸多优点，能达到很好的传输效果。
本实施例装置具有体积小，低功耗等特点，可以对患有心血管疾病的病人进行连续24小时的实时监护，即使在没有发病的时间也可以进行监护，起到预警等作用；可以方便地贴在病人身上，通过无线方式把心电信号发送出来；还可以方便的佩戴在小型动物身上，进行非麻醉状态下心电实验研究。
Claims (3)
1、一种便携式无线心电监护装置，其特征在于，包括：心电信号前置放大模块、微处理器、无线收发模块、USB收发模块，其中：
心电信号前置放大模块采用负反馈差动放大电路将采集到的心电信号进行一级放大，放大后将信号传输给微处理器；
微处理器包括：运算放大器、AD转换器、MAC、心率识别模块、外设接口、Flash模块，其中：运算放大器接收心电信号前置放大模块放大后的心电信号，对心电信号进行二级放大后传输给AD转换器，AD转换器对心电信号进行数字化处理，将数字化的心电信号传输给MAC；MAC对心电信号进行滤波处理，并将滤波后的信号传输至心率识别模块，心率识别模块对滤波后得到的心电信号进行预处理获得心电信号峰峰值之间的间隔，若果峰值之间的间隔超过设定阈值，若判断心率异常，则将异常心电信号输出给外设接口，外设接口扩展为SPI与无线收发模块相连接，外设接口将信号输出给无线收发模块，Flash模块负责存储运算放大器、AD转换器、MAC对心电信号处理过程中的中间数据和启动程序；
无线收发模块使用Zigbee协议将异常的心电信号无线传输给USB收发模块；
USB收发模块接收无线收发模块发送的异常心电信号，USB收发模块与外围设备相连。
2、根据权利要求1所述的便携式无线心电监护装置，其特征是，所述心电信号前置放大模块，其采用低功耗的仪用集成运放对心电信号进行放大处理，放大倍数为5倍-15倍。
3、根据权利要求1所述的便携式无线心电监护装置，其特征是，所述运算放大器，对心电信号进行二级放大，放大倍数为50倍-150倍。
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Publications (1)
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2009
- 2009-01-08 CN CNA2009100450619A patent/CN101474068A/zh active Pending
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Open date: 20090708 |