CN1237934C

CN1237934C - 便携式动态全信息心电心音监测仪

Info

Publication number: CN1237934C
Application number: CN 02156421
Authority: CN
Inventors: 刘雅言; 徐建; 胡红峰; 刘欣; 王刚; 周玉业; 于晓明
Original assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Applied Chemistry of CAS
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: CN1425354A

Abstract

本发明属于便携式动态全信息心电心音监测仪的制造，以压电薄膜传感器为心音信号采集器，心电电极为心电信号采集器。心音信号采集器采集人体胸部三个不同位置的心音信号，形成三个心音采集通道。心电信号采集器采集人体胸部五个不同位置的心电信号，形成五个心电采集通道。采集的心音和心电信号通过八通道的外端接口进入同相放大电路，其中第二、四、六通道为心音信号通道，第一、三、五、七、八通道为心电信号通道。心音信号经隔直后进入同相放大电路。心电信号经阻抗变换放大电路和低通滤波电路后进入同相放大电路。经单片机进行A/D转换和计算，其数据存入闪存卡中，并由单片机指令USB接口向外接终端传递数据。

Description

便携式动态全信息心电心音监测仪

技术领域

本发明涉及一种便携式动态全信息心电心音综合监测仪。

背景技术

动态心电图仪是能够动态的监测人体心电信号的仪器，它用便携的微型记录仪将人体的心电信号记录下来，利用终端回放系统输出心电波形和数据，它主要应用于心率失常及心肌缺血的定性与定量分析诊断，还可以应用于心悸、胸痛、呼吸困难、头晕、昏厥等模糊症状的鉴别诊断，心血管药物的疗效评价。心音图是将心脏听诊的瞬间即逝的声音信号变为可以长期保存、分析的图形和数据。心音图能够有效的弥补心脏听诊的不足，将心脏听诊不能记录的心音信号或不容易分辨的信号用图形的形式记录下来，供医生分析使用。心音图结合心电图，能够大大提高心血管疾病的鉴别和诊断水平，对于了解心血管功能，选择治疗，判断病理以及研究某些疾病的机理都提供了很有价值的资料，应用日益广泛。

以磁带为记录介质的动态心电图由于体积和功率都很大，被逐步淘汰。目前国外的动态心电图仪多采用闪存卡作为存储介质，体积小，记录量大，保存时间长，如美国BURDICK公司生产的ECLIPSE PLUS型十二导联可存储式心电图机。国内生产的心音图机，如上海星宇电子仪器厂生产的TJY-6胎心音监护仪，多利用多谱勒效应制成探头，后续电路复杂，功耗大，体积大。并且目前已经研制出的心音图机和心电图机通常为分开的两个不同的仪器，各个单独完成心音或者心电的检测，二者不能有效的结合，实现同一台机器同步监测人体的心音和心电信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式动态全信息心电心音监测仪。

本发明的便携式动态全信息心电心音监测仪，其特征在于它由通过外接端口3采集五个通道的心电信号的心电电极2，和采集三个通道的心音信号的聚偏氟乙烯压电薄膜传感器1，变换心电信号阻抗的阻抗变换电路4，滤掉心电信号高频干扰的低通滤波电路5，耦合心音信号的隔直电容6，将耦合后的心音信号和经低通滤波电路5的心电信号放大到适合A/D转换的电压值范围的同相放大电路7，采用Wilson网络计算出九到十二通道的心电信号，并采集心音心电信号存入闪存卡9的单片机8，输出时信号通过单片机8读取闪存卡9中信息的USB接口10，实现数据输出的PC或打印机12和提供3.3v稳定直流电压的DC/DC变换器11组成。

本发明的结构方框电路图1是五个通道的心电信号经过放大和阻抗变换后送入低通滤波电路，再和单独滤波后的三个通道的心音信号一起同相放大，然后信号送入单片机处理，并由单片机计算出另四个心电通道的数据，存入闪存卡。本发明利用压电薄膜传感器作为心音信号采集器，心电电极作为心电信号采集器；心音，采集人体胸部三个不同位置的心音信号；形成三个心音采集通道，心电电极采集人体胸部五个不同位置的心电信号，形成五个心电采集通道；心音、心电两组信号分别输入单片机，通过单片机计算Wilson网络采集的数据获得；Wilson网络由第七通道和第八通道构成；一片工业级的单片机完全实现数据的采集和控制；单片机和闪存卡设定为低压工作状态，降低功耗；将模拟运算放大器的电压设定为低压，以降低功耗；采用四个闪存卡实现大容量的存储；采用USB接口实现与PC或打印机的连接，向外接终端传递数据；将整个电路的数字部分和模拟部分设计为两块电路板，增加电路的抗干扰的能力；两块电路板重叠放置，缩小体积，科学利用空间实现小型化。

该监测仪是一种能够24小时全信息监测心电，并在需要时能同步监测心音的全记录式、超小型、低功耗、高性能的综合监测仪。

附图说明

本发明的具体结构和电路组成如图1、图2和图3所示。

图1是便携式动态全信息心电心音监测仪结构框图。

图2是便携式动态全信息心电心音监测仪的电路图的第一通道和第二通道的模拟放大电路部分。

图3是便携式动态全信息心电心音监测仪的电路图的数字电路部分。

具体实施方式

本发明的实施方案结合附图描述如下：

如图1，压电薄膜传感器1采集三个通道的心音信号和心电电极2采集五个通道心电信号；心电信号送入阻抗变换器4完成阻抗变换并放大有用的心电信号；放大后的心电信号经过低通滤波电路5滤掉高频的干扰后送入同相放大器7；；心音信号经隔直电容6耦合后送入同相放大电路7；同相放大电路7将心音心电信号放大到适合A/D转换的幅度；单片机对心电心音信号进行A/D转换，并计算出另四个通道的心电数据，并将处理后的数据存入闪存卡9；USB接口10通过接受单片机8的指令，从固态闪光记忆9读取数据向PC或打印机输出；两个五号电池13对整个电路供电，可持续使用30个小时；DC/DC变换器11将两个五号电池的输出电压稳定转换在3.3V，提供给单片机8、闪存卡9、USB接口10和阻抗变换器4、同相放大器7。

图2为便携式动态全信息心电心音监测仪电路图第一通道和第二通道的模拟放大电路图。第一通道的心电信号先进行阻抗变换和放大。U₃₁C、R₀、R₂、R₃、R₄、C₁组成阻抗变换和放大器；R₀、R₂和R₄为限流电阻；R₃为负反馈，用来控制变换器输出阻抗值；C₁为隔直电容；经过阻抗变换器进行阻抗变换和放大后，信号送入下一级低通滤波器进行滤波，滤掉高频干扰部分，R₅、C₂和C₃组成低通滤波器；滤波后的心电信号送入同相放大器进行放大，U₇、R₇为同相放大器，放大倍数由电阻R₇控制；R₆为升压电阻，控制同相放大器的输入端工作电压；C₅为隔直电容；V_DD为对地电压，其值为1.5V；经过同相放大器放大到适合A/D转换的范围后，心电数据送入单片机的PF0接口进行A/D转换；U₃₁C和U₇为集成运算放大器，U₃₁C为MAX4044，U₇为AD620，工作电压均为3.3V；第三、五、七和八通道的模拟放大部分的结构和第一通道的相同。第三、五、七和八通道心电信号经放大处理后进入单片机的PF2、PF4、PF5进行A/D转换。

第二通道为心音通道，为双端输入，心音信号先通过隔直耦合，C₆和C₇为第二通道两个输入端的隔直电容；经过隔直耦合后的心音送入同相放大器进行放大，R₁₀、U₈为同相放大器，放大倍数由R₁₀控制；R₉和R₁₁为升压电阻，控制同相放大器的输入端工作电压；C₈为隔直电容；V_DD为对地电压，其值为1.5V；第一通道的心音信号经过同相放大器放大到适合A/D转换的范围后，送入单片机的PF2接口进行A/D转换。心音共有三个通道，为二、四、六通道。第四、六通道的模拟放大部分的结构和第二通道的结构相同。第四、六通道心音信号经过放大后进入单片机的PF3、PF5端口进行A/D转换。

如图3，经过放大器放大后的心音和心电信号送入单片机的PF*，端口进行A/D转换，PF*为PF0、PF1、PF2、PF3、PF4、PF5、PF6、PF7。工作电压为低电压3.3V。单片机的PC*接口和U₂、U₃、U₄、U₅四块闪存卡的片选线CE相连，PC*为PC4、PC5、PC6、PC7，；单片机的PA*接口和USB接口的D*相连，PA*为PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6、PA7，D*为D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7；单片机的PD4、PD5、PD6、PD7分别与四块闪存卡的S/B、CLE、ALE、WP相连，控制四块闪存卡的工作状态；单片机的PD3和VCC与DC/DC变换器相连。AVCC、AREF与DC/DC变换器相连，共同构成单片机的基准比较电压。单片机U₁的工作电压为3.3V，在0-12MHz范围内全静态工作。U₂、U₃、U₄和U₅是四块闪存卡，工作电压为3.3V。

各个闪存卡的VCC和Vss都和DC/DC变换器连接，通过DC/DC变换器为它们提供3.3V的低电压，电压选取3.3V是为了尽量地降低功耗；U₂、U₃、U₄和U₅的各个I/O*和USB接口的D*，，I/O*为I/O0、I/O1、I/O2、I/O3、I/O4、I/O5、I/O6、I/O7，D*为D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7连接，向USB接口传输数据，同时也和单片机的PA*相连，PA*为PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6、PA7，向单片机传输处理的数据。

U₁₈为USB接口，它除了和单片机连接，实现控制和传输外，其OUT3.3、VCC均和外接端口连接；U₁₈的读选通WR-N写选通RD-N与四块闪存卡的WR、RE相连，控制闪存卡的读写；GL-N与发光二极管连接；XTAL2、XTAL1与C₄₃、C₂₃，C₅₁相连，提供晶震信号。

本发明的优点是：可提供三个通道的心音和九个通道的心电数据，获取24小时全信息心电数据，并在需要时同步获得心音数据。可靠性好，采用最新的IC芯片技术，模拟放大电路采用低功耗，低失真的运算放大器；一片工业级的单片机实现了所有的数字处理和控制电路；数据存储量大，采用四片17M的存储器，可全信息的存储24小时的心音心电数据；功耗低，选用低功耗的集成器件，工作在低压状态电流小于20mA，两节五号电池可使用30小时以上；体积小，只有9.6×6×2.5(cm)，重量只有82克，方便随身携带；使用方便，采用USB接口技术，可方便随意的连接PC和各种型号的打印机。

Claims

1.一种便携式动态全信息心电心音监测仪，其特征在于它由通过外接端口(3)采集五个通道的心电信号的心电电极(2)，和采集三个通道的心音信号的压电薄膜传感器(1)，变换心电信号阻抗的阻抗变换电路(4)，滤掉心电信号高频干扰的低通滤波电路(5)，耦合心音信号的隔直电容(6)，将耦合后的心音信号和经低通滤波电路(5)的心电信号放大到适合A/D转换的电压值范围的同相放大电路(7)，采用Wilson网络计算出九到十二通道的心电信号，采集心音心电信号并存入闪存卡(9)的单片机(8)，输出时信号通过单片机(8)读取闪存卡(9)中信息的USB接口(10)，实现数据输出的PC或打印机(12)和将两个五号电池(13)的输出电压稳定转换在3.3V提供给单片机(8)、闪存卡(9)、USB接口(10)和阻抗变换电路(4)、同相放大电路(7)的DC/DC变换器(11)组成。

2.根据权利要求1的便携式动态全信息心电心音监测仪，其特征在于：本发明利用压电薄膜传感器作为心音信号的采集器，心电电极作为心电信号采集器；设计12通道结构，将二、四、六通道设计为心音通道；一、三、五、七、八通道设计为心电通道，采用Wilson网络计算出九到十二通道的心电信号。

3.根据权利要求2的便携式动态全信息心电心音监测仪，其特征在于一、三、五、七、八通道设计为心电通道，这些通道的心电信号先进行阻抗变换和放大，U₃₁C、R₀、R₂、R₃、R₄、C₁组成阻抗变换和放大器；R₁、R₂和R₄为限流电阻；R₃为负反馈，用来控制变换器输出阻抗值；C₁为隔直电容；经过阻抗变换器进行阻抗变换和放大后，信号送入下一级低通滤波器进行滤波，滤掉高频干扰部分，R₅、C₂和C₃组成低通滤波器；滤波后的心电信号送入同相放大器进行放大，U₇、R₇为同相放大器，放大倍数由电阻R₇控制；R₆为升压电阻，控制同相放大器的输入端工作电压；C₅为隔直电容；V_DD为对地电压，其值为1.5V；经过同相放大器放大到适合A/D转换的范围后，心电数据送入单片机的PF0接口进行A/D转换；U₃₁C和U₇为集成运算放大器，U₃₁C为MAX4044，U₇为AD620，工作电压均为3.3V；心电信号经放大处理后进入单片机的PF2、PF4、PF5进行A/D转换。

4，根据权利要求2的便携式动态全信息心电心音监测仪，其特征在于第二，四，六通道为心音通道，为双端输入，心音信号先通过隔直耦合，C₆和C₇为通道两个输入端的隔直电容；经过隔直耦合后的心音送入同相放大器进行放大，R₁₀、U₈为同相放大器，放大倍数由R₁₀控制；R₉和R₁₁为升压电阻，控制同相放大器的输入端工作电压；C₈为隔直电容；V_DD为对地电压，其值为1.5V；第一通道的心音信号经过同相放大器放大到适合A/D转换的范围后，送入单片机的PF2接口进行A/D转换。

5，根据权利要求1的便携式动态全信息心电心音监测仪，其特征在于经过放大器放大后的心音和心电信号送入单片机的PF*端口进行A/D转换，PF*为PF0、PF1、PF2、PF3、PF4、PF5、PF6、PF7；工作电压为低电压3.3V；单片机的PC*接口和U₂、U₃、U₄、U₅四块闪存卡的片选线CE相连，PC*为PC4、PC5、PC6、PC7；单片机的PA*接口和USB接口的D*相连，PA*为PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6、PA7，D*为D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7；单片机的PD4、PD5、PD6、PD7分别与四块闪存卡的S/B、CLE、ALE、WP相连，控制四块闪存卡的工作状态；单片机的PD3和VCC与DC/DC变换器相连；AVCC、AREF与DC/DC变换器相连，共同构成单片机的基准比较电压；单片机U₁的工作电压为3.3V，在0-12MHz范围内全静态工作；U₂、U₃、U₄和U₅是四块闪存卡，各个闪存卡的VCC和Vss都和DC/DC变换器连接，通过DC/DC变换器为它们提供3.3V的低电压；U₂、U₃、U₄和U₅的各个I/O*和USB接口的D*，I/O*为I/O0、I/O1、I/O2、I/O3、I/O4、I/O5、I/O6、I/O7，D*为D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7连接，向USB接口传输数据，同时也和单片机的PA*相连，PA*为PA0、PA1、PA2、PA3、PA4、PA5、PA6、PA7，向单片机传输处理的数据。