CN101822533A - 嵌入式心电脉搏信号监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式心电脉搏信号监测预警系统，通过ZigBee无线传感器网络技术，整合现有的无线ECG Holter监视器，和佩戴式脉搏传感器。搭建嵌入式心电脉搏信号监测预警系统，该系统包括生理信号的采集模块和生理信号的后续处理模块。得到同步的心电信号和脉搏波数据并进行融合分析处理，来消除外界的干扰，得到较为可信的分析诊断结果。利用DSP大数据吞吐量和快速运算能力，将心电，脉搏波等生理信号通过无线收发模块传输到DSP处理器中，采用数据挖掘和信息融合的分析方法，参考临床数据库建立的智能诊断模型，得到个人医护建议，再通过搭载通信控制器和GSM收发模块，可以将重要的医疗数据实时传输给医疗监护站，医疗站可以迅速施行相关救护措施。
Description
技术领域
本发明涉及嵌入式微电子开发技术，尤其涉及一种嵌入式心电脉搏监测系统的装置。
背景技术
现有的动态心电图(背盒子)可以记录病人24小时的心电图资料，是临床分析病情.确立诊断.判断疗效重要的客观依据。现有的脉搏监测系统可以实时采集病人的脉搏波数据，进行初步的疾病分析与预警。但是有两个不足之处在于：1：分析装置孤立，不能实现生理数据的联合分析。单一的脉搏波往往不能提供足够的信息来监测病人的生理情况和疾病辨识。2：分析装置比较简单，不易实现智能诊断模型库的移植和复杂的辨识算法。
ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据率、低成本的无线传感器网络技术，结合现有的无线ECG Holter监视器，和佩戴式脉搏传感器。还有针对脉搏波和ECG的数据挖掘和信息融合的病理分析方法和临床数据库建立的智能诊断模型。本发明提出一种移动个人医疗救护终端的解决方案。在对患有潜在的突发性恶性疾病的人群中，可以使病人在离开医院后继续得到全天候的监护。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种嵌入式心电脉搏信号监测预警系统设计。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种嵌入式心电脉搏信号监测预警系统，它包括生理信号的采集模块和生理信号的后续处理模块。其中，所述生理信号的采集模块包括无线ECG Holter监视器、佩戴式脉搏传感器和两个ZigBee无线发送模块，无线ECG Holter监视器和佩戴式脉搏传感器分别与两个ZigBee无线发送模块相连。所述生理信号的后续处理模块包括ZigBee无线接收模块、DSP小系统和GSM收发模块。ZigBee无线接收模块、DSP小系统和GSM收发模块依次相连。
本发明的有益效果是：本发明嵌入式心电脉搏信号监测预警系统整合现有的无线DCG传感器，和佩戴式脉搏传感器，利用ZigBee通信协议建立无线传感器网络。将心电，脉搏波等生理信号通过无线收发模块传输到DSP处理器中，采用数据挖掘和信息融合的分析方法，参考临床数据库建立的智能诊断模型，得到个人医护建议，再通过搭载通信控制器和GSM收发模块，可以将重要的医疗数据实时传输给医疗监护站，医疗站可以迅速施行相关救护措施。
附图说明
图1是总系统功能模块连接图；
图2是脉搏传感器结构图；
图3是生理信号后续处理模块连接图；
图4是DSP小系统结构图；
图5是通信控制器结构图。
具体实施方式
本发明的装置包括两大功能模块(见图1)：1、生理信号的采集模块，2、生理信号的后续处理模块。生理信号的采集模块包括无线ECG Holter监视器、佩戴式脉搏传感器(Pulse Sencer)和两个ZigBee无线发送模块；生理信号的后续处理模块包括ZigBee无线接收模块、DSP小系统和GSM收发模块。本发明的硬件设计中将两大功能模块分开，主要是考虑到功耗和便携性的要求。信号采集模块完成信号的采集和预处理，及无线射频发送功能。信号的后续处理模块完成生理信号的智能分析，诊断，预警及地理定位等功能。
本发明中的动态无线心电信号监视器(ECG Holter)通过SPI接口与ZigBee无线发送模块连接，佩戴式脉搏传感器通过SPI接口与另一块ZigBee无线发送模块连接。
如图3所示，生理信号的后续处理模块还包括一通信控制器，ZigBee无线接收模块通过SPI总线与DSP小系统相连，DSP小系统通过串口线RS232与通信控制器相连，通信控制器通过串口线RS485与GSM收发模块连接。
无线动态心电图ECG Holter：可以采用ADI公司的无线ECG Holter监视器，ECG Holter监视器采用12位精密模拟微控制器ADuC7022，高性能ISM频段FSK/ASK收发器ADF7022，低成本仪表放大器AD623，微功耗精密CMOS运算放大器AD8500和低功耗JFET放大器AD8641等器件。通过其SPI接口与ZigBee无线传输模块进行数据通信。
佩戴式脉搏传感器：可以采用PVDF压电膜脉搏传感器检测人体脉搏信号，以基于无线传感器网络的ZigBee射频芯片CC2430作为脉搏信号采集与无线传输模块，以BlackFin533处理器为核心，通过其SPI接口与ZigBee无线传输模块进行数据通信。
ZigBee无线传输模块：在本发明中，所使用的通信标准为802.15.4/ZigBee标准。该设计采用CC2430芯片.该芯片符合IEEE802.15.4标准要求.可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250KB/s，可以实现多点对多点的快速组网。CC2430为IEEE802.15.4的数据帧格式提供了硬件支持，处理后的数字信号通过CC2430自身携带的ZigBee无线通讯单元实现了信号的无线传输。
DSP小系统(如图4)，本发明采用TI的DSP芯片TMS320F28335@150MHz，它具有x28x+FPU内核，支持IEEE 32-位浮点计算，方便各种复杂控制算法。其片上有1个12-位A/D转换器，其前端为2个8选1多路切换器和2路同时采样/保持器，构成16个模拟输入通道，模拟通道的切换由硬件自动控制，并将各模拟通道的转换结果顺序存入16个结果寄存器中。包括DSP应用板，和外围辅助电路。DSP小系统的电源采用DC 5V和TLV1117-3.3及TLV1117-ADJ稳压芯片提供3.3V与1.6V两种电压，并用JTAG口硬件仿真并下载程序，SDRAM用于动态存储采集到的数据，FLASH保存DSP运行程序，待复位后重新载入DSP内部RAM中运行，CPLD负责外围器件的选择控制。DSP通过16根数据总线和14根地址总线通过CPLD与SDRAM、FLASH、串口进行通信。
通信控制器(图5)主要由PSoC控制器模块、电源模块、UART模块等组成。PSoC器件提供了快速的嵌入式混合信号解决方案，具有可重配置性和动态可重构性等应用特点。使用模拟模块或者数字模块能实现多种可重配置的模拟器件、数字器件或模数混合器件。而且PSoC相关资源的配置信息是由寄存器保存的，所以可以在系统动态运行时进行重建或者修改，即所谓的动态可重构。本系统选用了应用比较广泛的CY8C29466，其控制器模块主要由四部分组成，即PSoC内核、数字系统、模拟系统和系统资源。
GSM收发模块：本发明采用的GSM收发模块为ZOGLAB公司研制的MC35TS模块，MC35TS是一款基于SMS短信平台的GSM/GPRS平台终端产品，所采用的MC35TS模块的核心为西门子MC39i，它是新一代GSM/GPRS模块，设计小巧、功耗低，与MC35i完全兼容，并为用户提供了简单、内嵌式的无线GPRS连接，通过ZIF接口(特殊电缆连接口)可以很方便的建立模块和应用设备间的联系，被广泛地应用于企业短信广告、短信通知、查询与监控、GPRS上网等领域。
MC39i模块内部构造如6所示：MC39i主要由基带处理器、射频模块、网络监测、电源供应模块ASIC、存储器和应用接口等功能模块组成。其中，GSM基带处理器是整个模块的核心，主要负责模块内的各种信号间的传输、放大、转换等处理过程，它由ASIC供电，并且由一个运行频率为26MHz的GSM控制器与频率为78MHz的DSP处理器内核组成。射频模块主要由一个实时收发器，一个RF电源放大器，RF高频端和天线组成。MC39i模块需要一个大小为VBATT+＝3.3V～4.8V的外部电源供电，并且经由ASIC模块为基带处理器、RF模块等主要的功能模块供电。存储器主要用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息。
MC39i模块需配合其它电路模块才能正常工作，它一般是通过ZIF接口或者FFC(柔性扁平电缆)接口与蜂窝应用平台相连接。而且该接口作为MC39i模块的主接口，包含了电源地，串行接口，两个音频接口以及SIM卡接口等子接口。
生理信号的采集模块中有两路采集信号，一路是DCG传感器测量的心电信号；一路是佩戴式脉搏传感器采集到的脉搏信号。两路信号经过调理电路的预处理之后，通过A/D转换，接入植入预处理算法的芯片中，分别是ADI公司的BlackFin533和ADuC7022处理器。预处理之后的信号通过SPI接口与无线传输模块进行数据通信，通过基于无线传感器网络的ZigBee射频芯片CC2430完成脉搏信号与DCG心电信号的无线传输。在生理信号的后续处理模块中，采用ZigBee射频芯片CC2430完成信号的接收，通过SPI口与DSP应用板上的GPIO管脚相连，用于接收无线射频信号，进行生理信号的融合处理与疾病辨识。
在DSP小系统中：DSP作为数据处理小系统的核心，接受ZigBee无线传输模块发送的信号，通过F28335的外部存储器接口XINTF可以外扩2Mx16位的SARAM，可以连接片上DMA控制器。在数据采集时，把需要实时处理的数据通过数组滚动的方式存储在片上SDRAM中，同时通过DMA控制器将需要存储的数据传输到外扩SARAM中去。这样可以保证CPU读取数据的速度又满足了大存储容量的需要。调用预先植入的标准病理库模型和智能诊断算法来进行诊断，这里可以得到同步的心电信号和脉搏波数据并进行融合分析，来消除外界的干扰，得到较为可信的分析诊断结果。此处理过程结束后，DSP处理器通过串口发送处理结果给通信控制器。
通信控制器通过RS485总线与DSP小系统相连接，构成主从通信系统，并且通过RS232总线与GSM收发器相连接。把DSP处理结果送到GSM收发模块中去。
如果监测到异常的生理信号，经过预先植入的智能诊断算法确认后，通过GSM收发模块向医疗中心或监护站发出预警消息。最后，考虑到未来物联网的普及，很多智能手机可以通过内置ZigBee射频芯片来加入物联网，成为无线传感网的控制器终端。并且能将无线传感网的信息通过GPRS或3G网络实时传输给需要的用户。所以本发明的预警系统有很强的扩展功能，和医院联手就能实现远程医疗救护的功能。
Claims (4)
1.一种嵌入式心电脉搏信号监测预警系统，其特征在于，它包括生理信号的采集模块和生理信号的后续处理模块。其中，所述生理信号的采集模块包括无线ECG Holter监视器、佩戴式脉搏传感器和两个ZigBee无线发送模块。所述生理信号的后续处理模块包括ZigBee无线接收模块、DSP小系统和GSM收发模块。
2.根据权利要求1所述嵌入式心电脉搏信号监测预警系统，其特征在于，所述生理信号的采集模块中，所述无线ECG Holter监视器和佩戴式脉搏传感器分别与两个ZigBee无线发送模块相连。
3.根据权利要求1所述嵌入式心电脉搏信号监测预警系统，其特征在于，所述生理信号的后续处理模块中，所述ZigBee无线接收模块、DSP小系统和GSM收发模块依次相连。
4.根据权利要求1所述嵌入式心电脉搏信号监测预警系统，其特征在于，所述生理信号的后续处理模块还包括一个通信控制器，通信控制器串接在DSP小系统和GSM收发模块之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100908 |