CN101721206B - 具有人体运动状态及姿态检测功能的动态心电图装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有人体运动状态及姿态检测功能的动态心电图装置。其技术方案包括加速度传感器；动态心电图仪的微处理器的输入端与加速度传感器的输出端相连；微处理器的输入端与心电信号采集与处理模块的输出端相连；微处理器还与数据通信模块及数据存储模块相连接；所述加速度传感器用于检测人体的运动信号，并将运动信号传送到微处理器；所述心电信号采集与处理模块，用于采集心电信号，并将采集的心电信号处理后，传送到微处理器；所述微处理器，用于接收心电信号采集与处理模块及加速度传感器的输出，将心电信号及运动信号进行时间关联后存储到数据存储模块，并通过数据通信模块与中心服务器进行数据通信。本发明使用方便，能够为准确判别心电图提供科学依据。

Description

具有人体运动状态及姿态检测功能的动态心电图装置

技术领域

本发明涉及一种动态心电图仪，尤其是一种具有人体运动状态及姿态检测功能的动态心电图装置，属于医疗器械的技术领域。

背景技术

心血管病是威胁人类生命的第一“杀手”全世界心血管疾病每年将夺走1650万人的生命，占世界总死亡人口的1/4。心血管疾病已成为我国城乡居民的第一位死因，每年死亡的人数近三百万，占总死亡人数的35％，且比例还在逐年上升。随着中国进入老龄化快速人口增长高峰，心血管疾病的患者还将大幅增加。更令人担忧的是随着生活节奏、工作压力的增加以及饮食结构的变化，心脑血管病发病和死亡呈现年轻化趋势。

动态心电图仪(简称HOLTER)由诞生、发展、趋于完善，历经了近半个世纪。其心电信号测量从单导联、双导联到三导联逐步发展，直到近几年世界上才研制出了可应用于临床的12导联同步心电图，标志着动态心电图仪监测导联体系的完善。动态心电图仪可连续记录患者24小时内的全部心电图，无论是心肌缺血还是心律失常，无论是持续性还是阵发性发作，都可以通过这种检查被发现。

3轴微型加速度传感器是能够同时测量相互正交的3个轴向(X、Y、Z)加速度的微型装置。配合相应计算机软件判别算法，3轴微型加速度传感器能够构成运动识别系统，能够区分倾斜、方向、速度、振动、摇晃和自由下落等各种运动组合。

目前患者配带动态心电图仪进行心电测量时，医生会叮嘱患者详细记录测量期间的生活日记，当进行心电图分析时，医生需要将患者的每一时段心电图与患者当时的活动相对照，才能对心电图进行分析和诊断。现实使用中由于患者记录的生活日记具有很大的随意性和不确定性，造成医生分析和诊断的困难和不准确，特别是患者在测量期间的某些瞬间剧烈运动造成的心电图数据异常，使得对偶发性，尤其是对一过性心律失常及短暂的心肌缺血等非持续性的病证，极易漏判和误判，使得患者因病情得不到及时诊断而逐渐加重。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有人体运动状态及姿态检测功能的动态心电图装置，其使用方便，能够为准确判别心电图提供科学依据。

按照本发明提供的技术方案，一种具有人体运动状态检测功能的动态心电图装置，包括动态心电图仪；其特征是：还包括心电信号采集与处理模块、加速度传感器、数据存储模块及数据通信模块；所述动态心电图仪的微处理器的输入端与加速度传感器的输出端相连；所述微处理器的输入端与心电信号采集与处理模块的输出端相连；所述微处理器还与数据通信模块及数据存储模块相连接；所述加速度传感器用于检测人体的运动信号，并将运动信号传送到微处理器；所述心电信号采集与处理模块用于采集心电信号，并将采集的心电信号处理后，传送到微处理器；所述微处理器，用于接收心电信号采集与处理模块及加速度传感器的输出，将心电信号及运动信号进行时间关联后存储到数据存储模块，并通过数据通信模块与中心服务器进行数据通信；

所述心电信号采集与处理模块包括信号采集模块、信号放大模块、低通滤波模块、模数转换模块及数字滤波模块；

数据通信模块包括无线通信模块及USB数据通信接口；

所述微处理器与加速度传感器通过总线相连；

所述微处理器通过中断方式读取加速度传感器的运动信号值；

所述加速度传感器的数字电源输入端与数字电源DVCC连接，所述数字电源DVCC通过相并联的电容C1、电容C2、电容C3及电容C4接地；所述加速度传感器的串行数据端通过电阻R2及数字电源DVCC与微处理器的串行数据输入端相连；所述加速度传感器的串行时钟通过电阻R1及数字电源DVCC与微处理器的串行时钟输出端相连；所述加速度传感器的中断控制端与微处理器的中断控制输入端相连；所述加速度传感器的工作方式端及模拟电源输入端均与模拟电源AVCC相连；加速度传感器的数据地址位设置端接地；

所述加速度传感器检测的运动信号包括运动状态信号；

所述加速度传感器为三轴加速度传感器；

所述动态心电图仪开启后，运行系统初始化模块；设置三轴加速度传感器的门限值，通过设置门限值，使三轴加速度传感器获得的运动信号具有可判断性，能够确认佩戴者具体的运动状态；设置三轴加速度传感器与微处理器为中断方式进行数据传输，通过中断方式能够优化心电信号的采集与运动信号的获取；对三轴加速度传感器进行上述设置后，开启三轴加速度传感器，当佩戴者的身体发生运动状态的变化时，就会触发三轴加速度传感器产生中断，三轴加速度传感器向微处理器发送中断请求，微处理器进入中断处理程序，读取三轴加速度传感器的X轴加速度值、Y轴加速度值及Z轴加速度值，并将获得的加速度值存储在数据存储模块中，然后中断返回；在开启三轴加速度传感器时，同时通过心电信号采集与处理模块进行心电信号的采集，微处理器读取心电信号值，并存储在数据存储模块中；所述数据存储模块中就包含了心电信号及运动信号，将得到的心电信号与运动信号在时间上进行关联，得到具有运动状态的心电信号；当人体长时间不运动时，停止三轴加速度传感器，使三轴加速度传感器进入待机状态，节省动态心电图仪的电源；当需要传输存储在数据存储模块中的数据时，微处理器通过数据通讯模块与中心服务器进行数据交换；不需要传输数据时，动态心电图仪返回心电信号的采集，能够获得足够的心电信号；

中心服务器对动态心电图仪传输的数据进行解析；所述中心服务器在医院或急救中心建立；中心服务器读取心电信号并显示心电信号的波形，显示佩戴者的心电信号的变化；中心服务器通过读取与心电信号在时间上相关联的X轴加速度值、Y轴加速度值、Z轴加速度值；通过与设置的三轴加速度传感器的门限值、X轴加速度值、Y轴加速度值、Z轴加速度值及心电信号的变化，对佩戴者的姿态分析，所述佩戴者的姿态为坐、立或卧的一种；然后对佩戴者的姿态类型分析，所述佩戴者的姿态类型为瞬间或持续状态；再对佩戴者的运动形式分析，所述佩戴者的运动形式为静止、慢走、快走、慢跑、快跑、骑车、登高或下低的一种；对佩戴者的运动量分析，所述佩戴者的运动量为剧烈运动、大量运动、中量运动或小量运动的一种；通过上述的分析，最后显示佩戴者的姿态、运动形式、姿态类型和运动量的数据曲线，再与心电信号进行时间关联，为医生对佩戴者心电信号的准确诊断和判别提供科学依据，有助于对佩戴者进行及时、有效的治疗。

本发明的优点：使用方便，能够同时获得心电信号与患者的运动信号，能够确切得到心电信号异常的原因，通过数据通信模块与中心服务器进行数据交换，使得出现心电信号异常时，能够得到及时的诊治。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明的三轴加速度传感器的连接原理图。

图3为本发明的程序控制流程图。

图4为本发明的微处理器的中断处理流程图。

图5为本发明对心电信号及运动信号分析的流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：本发明包括动态心电图仪、心电信号采集与处理模块、三轴加速度传感器、数据存储模块及数据通讯模块。

所述心电信号采集与处理模块，用于采集人体体表的心电模拟信号，并将采集的心电信号传送到动态心电图仪的微处理器，所述微处理器接收心电信号并将心电信号存储到数据存储模块中。所述心电信号采集与处理模块包括信号采集模块、信号放大模块、低通滤波模块、模数转换模块及数字滤波模块。所述心电信号采集与处理模块将采集的心电模拟信号转换为心电数字信号，适合微处理器进行读取及存储，通过对心电信号进行低通滤波模块及数字滤波模块处理，消除50Hz的工频干扰信号、基线漂移和肌电干扰信号，形成心电图数据。

所述三轴加速度传感器，用于检测人体的运动信号，所述运动信号包括运动状态信号及运动姿态信号，通过读取三轴加速度传感器的X轴、Y轴及Z轴的加速度值及三轴加速度的组合值，能够获得人体的姿态为坐、立及卧；人体的运动形式为静止、慢步行走、快步行走、慢跑、快跑、骑自行车、登高及下低；动作类型为瞬间运动、周期运动及持续运动；人体运动量为剧烈运动、大运动量、中等运动量及小运动量。所述三轴加速度传感器检测的运动信号传输到微处理器，所述三轴加速度传感器通过I²C与微处理器相连，微处理器通过中断方式读取三轴加速度传感器。当人体运动时，三轴加速度传感器就有相对应的输出，三轴加速度传感器向微处理器发送中断请求，微处理器进入中断处理程序，读取三轴加速度传感器的X轴加速度值、Y轴加速度值及Z轴加速度值。

如图2所示：所述三轴加速度传感器为MMA7455L。所述三轴加速度传感器的数字电源输入端与数字电源DVCC连接，所述数字电源DVCC通过相并联的电容C1、C2、C3及C4接地；所述三轴加速度传感器的串行数据端通过电阻R2及数字电源DVCC与微处理器的串行数据输入端相连；所述三轴加速度传感器的串行时钟通过电阻R1及数字电源DVCC与微处理器的串行时钟输出端相连；所述三轴加速度传感器的中断控制端与微处理器的中断控制输入端相连；所述三轴加速度传感器的工作方式端及模拟电源输入端均与模拟电源AVCC相连；三轴加速度传感器的数据地址位设置端接地。

所述微处理器将心电信号采集与处理模块的心电信号及三轴加速度传感器输出的运动信号均存储到数据存储模块中，微处理器通过数据通讯模块将数据存储模块中的数据与中心服务器进行数据通信。所述数据通讯模块包括无线通信模块及USB数据通信接口；所述无线通信模块，用于微处理器与中心服务器以无线互联网的形式进行数据通讯。所述微处理器通过内置的USB数据通信接口方便的与中心服务器进行直接数据传输。

如图3和图4所示：启动动态心电图仪或通过设置定时测量的方式进行心电信号的采集。所述动态心电图仪开启后，运行系统初始化模块；设置三轴加速度传感器的门限值，通过设置门限值，使获得的三轴加速度信号具有可判断性，能够确认佩戴者具体的运动状态及身体姿态；设置三轴加速度传感器与微处理器为中断方式进行数据传输，通过中断方式能够优化心电信号的采集与运动信号的获取；对三轴加速度传感器进行相关设置后，开启三轴加速度传感器，当佩戴者的身体发生运动状态的变化时，就会触发三轴加速度传感器产生中断，三轴加速度传感器向微处理器发送终端请求，微处理器进入中断处理程序，读取三轴加速度传感器的X轴加速度值、Y轴加速度值及Z轴加速度值，并将获得的加速度值存储在数据存储模块中，然后中断返回。在开启三轴加速度传感器时，同时通过心电信号采集与处理模块进行心电信号的采集，微处理器读取心电信号值，并存储在数据存储模块中。所述数据存储模块中就包含了心电信号及运动信号，将得到的心电信号与运动信号在时间上进行关联，得到具有运动状态及运动姿态的心电信号。当人体长时间不运动时，可以停止三轴加速度传感器，使三轴加速度传感器进入待机状态，节省动态心电图仪的电源。当需要传输存储在数据存储模块中的数据时，微处理器通过数据通讯模块与中心服务器进行数据交换；不需要传输数据时，动态心电图仪返回心电信号的采集，能够获得足够的心电信号。

如图5所示：中心服务器对动态心电图仪传输的数据进行解析。所述中心服务器可以在医院或急救中心建立。中心服务器读取心电信号并显示心电信号的波形，显示佩戴者的心电信号的变化；中心服务器通过读取与心电信号在时间上相关联的X轴加速度值、Y轴加速度值、Z轴加速度值的值。通过与设置的三轴加速度传感器的门限值、X轴加速度值、Y轴加速度值、Z轴加速度值的值及心电信号的变化，对佩戴者的姿态分析，所述佩戴者的姿态为坐、立或卧的一种；然后对类型分析，所述佩戴者的姿态类型为瞬间、周期或持续状态；再对形式分析，所述佩戴者的运动形式为静止、慢走、快走、慢跑、快跑、骑车、登高或下低的一种；对运动量分析，所述佩戴者的运动量为剧烈运动、大量运动、中量运动或小量运动的一种。通过上述的分析，最后显示佩戴者的身体姿态、运动形式、运动类型和运动量的数据曲线，再与心电信号进行时间关联，为医生对佩戴者心电信号的准确诊断和判别提供科学依据，有助于对佩戴者进行及时、有效的治疗。

Claims (1)

1.一种具有人体运动状态检测功能的动态心电图装置，包括动态心电图仪；其特征是：还包括心电信号采集与处理模块、加速度传感器、数据存储模块及数据通信模块；所述动态心电图仪的微处理器的输入端与加速度传感器的输出端相连；所述微处理器的输入端与心电信号采集与处理模块的输出端相连；所述微处理器还与数据通信模块及数据存储模块相连接；所述加速度传感器用于检测人体的运动信号，并将运动信号传送到微处理器；所述心电信号采集与处理模块用于采集心电信号，并将采集的心电信号处理后，传送到微处理器；所述微处理器，用于接收心电信号采集与处理模块及加速度传感器的输出，将心电信号及运动信号进行时间关联后存储到数据存储模块，并通过数据通信模块与中心服务器进行数据通信；

所述心电信号采集与处理模块包括信号采集模块、信号放大模块、低通滤波模块、模数转换模块及数字滤波模块；

数据通信模块包括无线通信模块及USB数据通信接口；

所述微处理器与加速度传感器通过总线相连；

所述微处理器通过中断方式读取加速度传感器的运动信号值；

所述加速度传感器的数字电源输入端与数字电源DVCC连接，所述数字电源DVCC通过相并联的电容C1、电容C2、电容C3及电容C4接地；所述加速度传感器的串行数据端通过电阻R2及数字电源DVCC与微处理器的串行数据输入端相连；所述加速度传感器的串行时钟通过电阻R1及数字电源DVCC与微处理器的串行时钟输出端相连；所述加速度传感器的中断控制端与微处理器的中断控制输入端相连；所述加速度传感器的工作方式端及模拟电源输入端均与模拟电源AVCC相连；加速度传感器的数据地址位设置端接地；

所述加速度传感器检测的运动信号包括运动状态信号；

所述加速度传感器为三轴加速度传感器；

所述动态心电图仪开启后，运行系统初始化模块；设置三轴加速度传感器的门限值，通过设置门限值，使三轴加速度传感器获得的运动信号具有可判断性，能够确认佩戴者具体的运动状态；设置三轴加速度传感器与微处理器为中断方式进行数据传输，通过中断方式能够优化心电信号的采集与运动信号的获取；对三轴加速度传感器进行上述设置后，开启三轴加速度传感器，当佩戴者的身体发生运动状态的变化时，就会触发三轴加速度传感器产生中断，三轴加速度传感器向微处理器发送中断请求，微处理器进入中断处理程序，读取三轴加速度传感器的X轴加速度值、Y轴加速度值及Z轴加速度值，并将获得的加速度值存储在数据存储模块中，然后中断返回；在开启三轴加速度传感器时，同时通过心电信号采集与处理模块进行心电信号的采集，微处理器读取心电信号值，并存储在数据存储模块中；所述数据存储模块中就包含了心电信号及运动信号，将得到的心电信号与运动信号在时间上进行关联，得到具有运动状态的心电信号；当人体长时间不运动时，停止三轴加速度传感器，使三轴加速度传感器进入待机状态，节省动态心电图仪的电源；当需要传输存储在数据存储模块中的数据时，微处理器通过数据通讯模块与中心服务器进行数据交换；不需要传输数据时，动态心电图仪返回心电信号的采集，能够获得足够的心电信号；

中心服务器对动态心电图仪传输的数据进行解析；所述中心服务器在医院或急救中心建立；中心服务器读取心电信号并显示心电信号的波形，显示佩戴者的心电信号的变化；中心服务器通过读取与心电信号在时间上相关联的X轴加速度值、Y轴加速度值、Z轴加速度值；通过与设置的三轴加速度传感器的门限值、X轴加速度值、Y轴加速度值、Z轴加速度值及心电信号的变化，对佩戴者的姿态分析，所述佩戴者的姿态为坐、立或卧的一种；然后对佩戴者的姿态类型分析，所述佩戴者的姿态类型为瞬间或持续状态；再对佩戴者的运动形式分析，所述佩戴者的运动形式为静止、慢走、快走、慢跑、快跑、骑车、登高或下低的一种；对佩戴者的运动量分析，所述佩戴者的运动量为剧烈运动、大量运动、中量运动或小量运动的一种；通过上述的分析，最后显示佩戴者的姿态、运动形式、姿态类型和运动量的数据曲线，再与心电信号进行时间关联，为医生对佩戴者心电信号的准确诊断和判别提供科学依据，有助于对佩戴者进行及时、有效的治疗。

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