CN113951892A - 一种基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法。属于心电仪技术领域。包括心电采集和4G数据中转两个步骤；心电数据采集过程为将贴片电极固定在人体特定部位并通过柔性导线连接到心电采集系统的心电信号采集芯片，心电信号采集芯片将信号进行放大、滤波、量化编码后转换为数字信号传输给主控MCU，主控MCU将心电数据和姿态传感器的运动信息进行实时压缩后得到压缩数据包，然后将数据包保存到存储芯片，同时通过BLE蓝牙芯片发送给4G数据中转系统；4G数据中转过程为4G数据中转系统将BLE蓝牙芯片接收到的心电数据通过4G模块同步上传至云端服务器，医院上位机通过访问云端服务器获取心电数据。本发明有助于识别用户在高强度运动时出现的伪差波形，提高临床分析的准确性。

Description

一种基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法
技术领域
本发明涉及心电仪技术领域，具体涉及一种基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法。
背景技术
随着人们生活方式、饮食结构的改变，以心血管疾病为主的慢性病逐渐成为人类健康的头号杀手，并以惊人的速度从城市向农村蔓延。据统计2016年我国有超过3亿心血管疾病患者，而高危人群超过5亿人，每年有数百万人直接或间接死于心血管疾病。心血管疾病有发展周期长、前期症状不明显、发病急迫且严重的特点，发病后如果错过最佳治疗时机往往造成死亡或严重残疾。以往由于缺乏足够的医疗资源和技术手段，又无法有效在疾病发展期进行慢病管理与预防。
心电图对于心血管疾病的前期筛查和慢病管理有着不可替代的临床价值。但目前普遍使用的常规心电图和动态心电仪(Holter)存在监测时间短、佩戴不舒适、信号干扰大、无法进行实时数据分析等缺陷，无法满足现代慢病管理的需求。因此，发展能进行长时间连续心电监测的动态心电仪系统，使用动态心电图对心脏活动进行记录，为临床诊治提供有价值的诊断资料，对心脏疾病的早期发现和心脏功能的评估具有十分重要的意义。
传统的动态心电记录仪，包括壳体、单片机、电极导线、信号处理模块、存储模块、电源模块。单片机、信号处理模块、存储模块、电源模块置于壳体内部，电极导线一端通过壳体的接口连接信号处理模块，另一端通过电极贴片与人体连接。工作方式是先将心电记录仪主机通过数据线连接PC上位机，通过软件录入使用者信息，然后将电极贴片固定于人体指定位置，通过电极导线连接心电记录仪主机开始心电监测，监测结束后取下主机，再次通过数据线连接PC上位机读取心电数据。
传统的动态心电记录仪(Holter)由于处理器性能较弱，无法对心电数据进行实时压缩，存储数据需要大量存储空间。这样既增加了物料成本，同时导致传输数据时需要更多的时间。传统的Holter佩戴完之后还要送到医生手里进行数据分析，给用户增添了许多不便。传统的Holter只记录心电数据，没有用户运动相关信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法。
本发明的技术方案包括：
一种基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法，所述方法包括心电采集和4G数据中转两个步骤；心电数据采集过程为将贴片电极固定在人体特定部位并通过柔性导线连接到心电采集系统的心电信号采集芯片，心电信号采集芯片将信号进行放大、滤波、量化编码后转换为数字信号传输给主控MCU，主控MCU将心电数据和姿态传感器的运动信息进行实时压缩后得到压缩数据包，然后将数据包保存到存储芯片，同时通过BLE蓝牙芯片发送给4G数据中转系统；4G数据中转过程为4G数据中转系统将BLE蓝牙芯片接收到的心电数据通过4G模块同步上传至云端服务器，医院上位机通过访问云端服务器获取心电数据。
进一步的，所述方法中心电采集步骤具体包括：主控MCU上电后通过SPI接口初始化存储芯片，然后检测电源电压是否小于第一控制电压，如果小于第一控制电压则为纽扣电池供电，说明心电采集主机将要佩戴于人体上进行心电采集，此时主控MCU通过SPI接口初始化9轴姿态传感器和12导联心电信号采集芯片，然后通过UART接口初始化BLE蓝牙芯片，进而通过蓝牙搜索4G数据中转模块，如可以搜索到即建立连接，接下来主控MCU通过心电信号采集芯片循环检测是否连接贴片电极并佩戴于人体上，如果采集到完整的心电波形，即开始将采集的心电数据进行缓存，当缓存到心电压缩算法设置的长度后，则会通过9轴姿态传感器获取一次运动信息，然后运行压缩算法将心电数据和运动信息压缩为一个数据包，进而将数据包记录于存储芯片上，如已连接4G数据中转模块，则通过蓝牙将压缩数据包发送给4G数据中转模块；如果主控MCU在上电后检测到电源电压等于第二控制电压则判断为USB供电，说明心电采集主机与PC上位机连接并将要进行数据传输，此时主控MCU先初始化USB外设，等待PC上位机指令，当接收到读取数据指令后，通过SPI接口读取存储芯片中的数据并发送给PC上位机。
进一步的，所述方法中第一控制电压为4v。
进一步的，所述方法中第二控制电压为5v。
进一步的，所述方法中4G数据中转步骤具体包括：4G数据中转模块开机后，BLE蓝牙芯片进行蓝牙连接的初始化，然后通过UART接口对4G模块进行初始化，尝试与服务器建立TCP连接，如果TCP Socket连接建立成功，则等待心电采集主机进行蓝牙连接，当与心电采集主机连接成功后，接收心电数据并通过4G网络上传至云端服务器。
进一步的，所述方法心电数据采集步骤中，用户使用智能手机通过蓝牙连接心电采集系统即可查看心电实时数据。
本发明的技术效果包括：本发明的方法心电采集系统采用12导联，通过快速实时心电压缩算法将心电数据进行实时压缩，减少了存储和传输的数据量，为长程监测提供保障。使用BLE蓝牙+4G技术将心电数据实时上传至云端，医生可随时调取数据进行分析生成诊断报告，同时也省去了用户多次往返医院。
使用9轴姿态传感器实现用户活动状态的识别，有助于识别用户在高强度运动时出现的伪差波形。使用高性能低功耗MCU，通过快速实时心电压缩算法，节省了存储空间和电池电量，可以满足长程监测需求。
BLE蓝牙和LTE模块实现了心电数据实时上传至云端，用户可以使用智能手机连接心电采集主机查看心电实时数据及有无异常情况，同时医生可以在医院查看心电数据，同步生成分析报告。用户无需往返医院即可获知诊断结果，增加便利的同时也提高了就医效率。
通过集成9轴姿态传感器，识别用户运动状态，同步记录心电数据和运动信息，帮助医生分析用户在不同运动状态下的心电数据是否存在异常，有助于识别用户在高强度运动时出现的伪差波形，提高临床分析的准确性。
附图说明
图1为本发明基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法的整体工作原理图；
图2为心电采集系统主控MCU的工作流程图；
图3为数据中转系统BLE蓝牙芯片的工作流程框图。
具体实施方式
本发明为解决以下问题而设计：
如图1所示，首先，贴片电极固定在人体特定部位并通过柔性导线连接到心电采集系统的心电信号采集芯片，心电信号采集芯片将信号进行放大、滤波、量化编码后转换为数字信号传输给主控MCU，MCU将心电数据和姿态传感器的运动信息进行实时压缩后得到压缩数据包，然后将数据包保存到存储芯片，同时通过BLE蓝牙芯片发送给4G数据中转系统，4G数据中转系统负责将心电数据同步上传至云端服务器，医院上位机通过访问云端数据，即可对用户心电数据做出分析和诊断。同时，用户通过智能手机连接心电采集系统即可查看心电实时数据。
本发明分为心电采集系统和4G数据中转系统两部分。
首先图2是心电采集系统主控MCU的工作流程图。主控MCU上电后通过SPI接口初始化存储芯片，然后检测电源电压是否小于4V，如果小于4V则为纽扣电池供电，说明心电采集主机将要佩戴于人体上进行心电采集，此时主控MCU通过SPI接口初始化9轴姿态传感器(内部包含3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计，这些传感器的数据经过融合算法运算后，可以识别用户躺卧、直立、行走、跑步等基本活动状态)和12导联心电信号采集芯片，然后通过UART接口初始化BLE蓝牙芯片，进而通过蓝牙搜索4G数据中转模块，如可以搜索到即建立连接，接下来主控MCU通过心电信号采集芯片循环检测是否连接贴片电极并佩戴于人体上，如果采集到完整的心电波形，即开始将采集的心电数据进行缓存，当缓存到心电压缩算法设置的长度后，则会通过9轴姿态传感器获取一次运动信息，然后运行压缩算法将心电数据和运动信息压缩为一个数据包，进而将数据包记录于存储芯片上，如已连接4G数据中转模块，则通过蓝牙将压缩数据包发送给4G数据中转模块；如果主控MCU在上电后检测到电源电压等于5V(大于4V)则判断为USB供电，说明心电采集主机与PC上位机连接并将要进行数据传输，此时主控MCU先初始化USB外设，等待PC上位机指令，当接收到读取数据指令后，通过SPI接口读取存储芯片中的数据并发送给PC上位机。
图3是4G数据中转系统BLE蓝牙芯片的工作流程框图，4G数据中转模块开机后，BLE蓝牙芯片进行蓝牙连接的初始化，然后通过UART接口对4G模块进行初始化，然后尝试与服务器建立TCP连接，如果TCP Socket连接建立成功，则等待心电采集主机进行蓝牙连接，当与心电采集主机连接成功后，便可以接收心电数据并通过4G网络上传至云端服务器。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法，其特征在于，所述方法包括心电采集和4G数据中转两个步骤；心电数据采集过程为将贴片电极固定在人体特定部位并通过柔性导线连接到心电采集系统的心电信号采集芯片，心电信号采集芯片将信号进行放大、滤波、量化编码后转换为数字信号传输给主控MCU，主控MCU将心电数据和姿态传感器的运动信息进行实时压缩后得到压缩数据包，然后将数据包保存到存储芯片，同时通过BLE蓝牙芯片发送给4G数据中转系统；4G数据中转过程为4G数据中转系统将BLE蓝牙芯片接收到的心电数据通过4G模块同步上传至云端服务器，医院上位机通过访问云端服务器获取心电数据。
2.根据权利要求1所述的基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法，其特征在于，所述方法中心电采集步骤具体包括：主控MCU上电后通过SPI接口初始化存储芯片，然后检测电源电压是否小于第一控制电压，如果小于第一控制电压则为纽扣电池供电，说明心电采集主机将要佩戴于人体上进行心电采集，此时主控MCU通过SPI接口初始化9轴姿态传感器和12导联心电信号采集芯片，然后通过UART接口初始化BLE蓝牙芯片，进而通过蓝牙搜索4G数据中转模块，如可以搜索到即建立连接，接下来主控MCU通过心电信号采集芯片循环检测是否连接贴片电极并佩戴于人体上，如果采集到完整的心电波形，即开始将采集的心电数据进行缓存，当缓存到心电压缩算法设置的长度后，则会通过9轴姿态传感器获取一次运动信息，然后运行压缩算法将心电数据和运动信息压缩为一个数据包，进而将数据包记录于存储芯片上，如已连接4G数据中转模块，则通过蓝牙将压缩数据包发送给4G数据中转模块；如果主控MCU在上电后检测到电源电压等于第二控制电压则判断为USB供电，说明心电采集主机与PC上位机连接并将要进行数据传输，此时主控MCU先初始化USB外设，等待PC上位机指令，当接收到读取数据指令后，通过SPI接口读取存储芯片中的数据并发送给PC上位机。
3.根据权利要求2所述的基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法，其特征在于，所述方法中第一控制电压为4v。
4.根据权利要求2所述的基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法，其特征在于，所述方法中第二控制电压为5v。
5.根据权利要求1所述的基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法，其特征在于，所述方法中4G数据中转步骤具体包括：4G数据中转模块开机后，BLE蓝牙芯片进行蓝牙连接的初始化，然后通过UART接口对4G模块进行初始化，尝试与服务器建立TCP连接，如果TCPSocket连接建立成功，则等待心电采集主机进行蓝牙连接，当与心电采集主机连接成功后，接收心电数据并通过4G网络上传至云端服务器。
6.根据权利要求1所述的基于穿戴式12导联心电仪的数据采集方法，其特征在于，所述方法心电数据采集步骤中，用户使用智能手机通过蓝牙连接心电采集系统查看心电实时数据。
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