CN203122371U - 基于手机的心率测试、心电图诊断仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医疗诊断机械技术领域，尤其涉及一种基于手机的心率测试、心电图诊断仪。该心率测试、心电图诊断仪基于手机设置，包括手机基带芯片及脉搏传感器，所述脉搏传感器通过GPIO接口与所述手机基带芯片相连接，使得手机基带芯片能够接收到脉搏信号。本心率测试、心电图诊断仪基于手机实现，体积小、操作便捷；可存储多次检测记录；可利用手机移动通信网络实现远程心电图形传输，实现远程诊治。

Description

基于手机的心率测试、心电图诊断仪

技术领域

本实用新型涉及医疗诊断机械技术领域，尤其涉及一种基于手机的心率测试、心电图诊断仪。

背景技术

心率(Heart Rate)是用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数。心律则是指心脏跳动的节奏。正常成年人安静时的心率有显著的个体差异，平均在75次/分左右(60—100次/分之间)。心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。心脏有病变或心脏神经调节不正常时，会使心脏搏动的频率和节律发生紊乱，此种现象称为心律失常。心律失常有因运动、情绪、进食、体位变化、睡眠、吸烟、饮酒或咖啡、冷热刺激等生理性原因；有的则是心血管疾病、内分泌疾病、代谢异常、药物影响、毒物或药物中毒等病理表现。

心电图（electrocardiogram）指的是记录心脏生物电电位变化的图形（简称ECG）。它是通过体表引出的电极通过专门描记器获得的，专门用来对各类心脏疾病的检查。

心率（律）检测是人们在就医及日常生活中经常会遇到的诊断或自诊过程，在临床上有着十分重要的意义。传统的心率检测可通过心电图或诊脉获得，诊脉读取心率方式简单易行，需查看时钟并默记脉搏跳动次数才能确定心率，通常个人即可完成；心电图需人体静卧、在体表连接电极导线并操作机器方可获得。因心电图机体积庞大，价格昂贵，个人无法操作实施，故只能在医院临床诊断时使用。日常生活中人们对于心率的自我检测，更多的是采用诊脉的方式，但这种方式也有精度较差，不便于老年人、残疾人和儿童采用等不足。因此就出现了一些简单易行的电子心率计设备，如：专利201210065024.6基于手机的心率监测装置，它将心率测量装置结果通过无线电发送至手机界面装置中，由手机界面装置将数据通过手机耳机通道传送至手机进行显示等处理。显然，整体监测装置系统是由三部分构成的，因部件的增多会使得操作不便，再因多个电子部件需要各自提供电源方能工作，也不符合节约的原则；再如：专利201210312675.0和专利200810241585.0都是基于手机的心率监测方法，其也都可以进行心率检测和心电图形显示，但这种脉搏波形的简单显示对于常人而言并无实际意义，普通人可能更关心的是心率，因大多数常人是无法通过心电波形来识别病变的。所以上述专利技术均存在一些诸如操作复杂、成本高及不实用的缺憾。

因此，针对以上不足，本实用新型提供了一种心率测试、心电图诊断仪。

实用新型内容

（一）要解决的技术问题

本实用新型的目的是解决传统心率的人工检测方式，其需要绑缚人体、连接导线制作心电图，需查看时钟并默记脉搏跳动次数才能确定心率；而现有的基于手机的心率监测方法，其脉搏波形的简单显示对于常人而言并无实际意义，且结构复杂、操作不便、成本高及不实用的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于手机的心率测试、心电图诊断仪，该心率测试、心电图诊断仪包括手机基带芯片及脉搏传感器，所述脉搏传感器通过GPIO接口与所述手机基带芯片相连接，使得手机基带芯片能够接收到脉搏信号。

其中，所述脉搏传感器位于手机外壳上，其包括红外发光管及红外光敏管，所述红外发光管及红外光敏管倾斜设置。

其中，所述红外发光管由所述GPIO接口中的任一位控制，在检测界面的控制下，由GPIOi输出高电平，经反相器使得红外发光管导通发光；当检测过程结束时，由GPIOi输出低电平，经反相器使得红外发光管截至关闭，其中GPIOi为输出位。

其中，在输出位GPIOi高电平有效期内，通过GPIOv采集、统计脉搏波在软件设定的时间段其间的数量，并计算出心率，其中GPIOv为输入位。

其中，在所述脉搏传感器与手机基带芯片的连接通路上还设有放大单元、滤波单元及整形单元。

其中，在所述脉搏传感器与手机基带芯片的连接通路上还设有模数转换单元。

（三）有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：将脉搏传感器通过GPIO接口与所述手机基带芯片相连接，使得手机基带芯片能够接收到脉搏信号，本心率测试、心电图诊断仪基于手机实现，体积小、操作便捷；可存储多次检测记录；可利用手机移动通信网络实现远程心电图形传输，实现远程诊治。

附图说明

图1是本实用新型实施例基于手机的心率测试、心电图诊断仪的电路示意图；

图2是本实用新型实施例经过放大、滤波及整形的脉搏信号与GPIO接口的连接示意图；

图3是本实用新型实施例脉搏传感器信号进行模数转换的示意图。

图中：1：手机基带芯片；2：脉搏传感器；3：放大单元；4：滤波单元；5：整形单元；6：模数转换单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1-3所示，本实用新型实施例提供的基于手机的心率测试、心电图诊断仪，其基于手机设置，包括手机基带芯片1及脉搏传感器2，所述脉搏传感器2通过GPIO接口与所述手机基带芯片1相连接，使得手机基带芯片1能够接收到脉搏信号。所述脉搏传感器位于手机外壳上，其包括红外发光管及红外光敏管，所述红外发光管及红外光敏管倾斜设置。

本心率测试、心电图诊断仪基于手机实现，体积小、操作便捷；可存储多次检测记录；可利用手机移动通信网络实现远程心电图形传输，实现远程诊治。

此电路中，通过脉搏传感器2同时产生脉搏跳动和脉搏波形数据，因脉搏跳动速率相对于手机CPU处理速度而言几乎可以忽略，故不会出现因读取“波形”或“跳动”数据而导致“跳动”或“波形”数据的丢失。

所述红外发光管由所述GPIO接口中的任一位i控制，在检测界面的控制下，由GPIOi输出高电平，经反相器使得红外发光管导通发光；当检测过程结束时，由GPIOi输出低电平，经反相器使得红外发光管截至关闭，其中GPIOi为输出位。

在输出位GPIOi高电平有效期内，通过GPIOv采集、统计脉搏波在软件设定的时间段其间的数量，并计算出心率，其中GPIOv为输入位。

GPIOi定义为输出位，GPIOv定义为输入位，GPIOn~GPIOn+7定义为输入字节。其中，GPIOi用于输出控制发光管的点亮与关闭；GPIOv用于输入心脏跳动方波；GPIOn~GPIOn+7用于输入脉搏波形的数字化数据。

脉搏传感器2输出的信号还不能直接交给手机CPU，必须经过放大、滤波、整形或模/数转换处理后，方可经手机GPIO接口由CPU进行计算、判断等。

因此，在所述脉搏传感器2与手机基带芯片1的连接通路上还设有放大单元3、滤波单元4、整形单元5及模数转换单元6。

图1-3中，U1是脉搏传感器2的输出；脉搏传感器2输出的信号都是mv的，因此必须经过信号放大单元3放大后方可使用，若一级放大不够还可以经过第二级放大。U2是经过放大单元3放大后的输出信号；U2会伴随有一些干扰信号进来，因此要经过滤波单元4低通滤波器滤波。所谓低通滤波器就是允许低频信号通过，而将高频信号衰减的电路。经滤波单元4低通滤波器滤波后的输出信号为U3，经滤波处理后的U3已将高频干扰去除，并作为整形电路的输入。

经滤波单元4处理后的输出U3，仍不能被GPIO接口有效识别，需经过整形单元5进行一定的整形处理。经过整形单元5处理后的输出U4，根据本技术的原理设定，是要将心电波形中的R波作为心率统计的基准，所以整形电路需将R波以外的其他心电波形去掉，并处理成便于GPIO识别的脉冲方波。在心电图波丛中，其他波的幅度要远远小于R波，所以整形电路采用由施密特触发器构成的鉴幅整形电路，它可以将幅度不够大及边沿较差或畸变的输入脉冲变为理想的输出方波。经过整形单元5处理后的波形U4与接口GPIO中的位v相连接，最终进行心率的计数统计。

若想将心电波形真实地还原在手机显示屏上，需要将心电波形图上的每一点的位置记录下来，即通过模数转换单元6将连续变化的模拟量变为一组离散数据的方法称作－模/数（A/D）转换。模/数转换的方式很多，其中有计数式、双积分式、逐次逼近式和有软件加数模（D/A）变换式等等。模拟输入经模/数转电路的转换后，输出的是一组二进制数据。模/数(A/D)转换与数模转换（D/A）一样，其转换精度取决于转换位数和采样率，如将一个模拟量经过采样率为1K、精度为8bit的模/数转换与经过采样率为2K、精度为16bit的模/数转换，其精度相差很多。前者每秒钟产生1024（1K）个字节（8bit），后者每秒钟产生2048（2K）双字节（16bit）。

在本实用新型中，模/数转换的采样率及转换位数分别为512和8bit即可满足基本需求。

本实用新型的心电图诊断仪具有如下优势：

1、体积小、操作便捷。因实用新型是基于手机实现的，而手机作为日常通信设备已经普及化了。本实用新型的外观与普通手机没有任何不同，使用时操作者只需进入“心电检测”界面并将手指肚轻压在红外传感器上即可实现；

2、可存储多次检测记录。可利用手机的存储及实时钟能力，可存储多次检测记录，故可以调用不同时段的心电图像进行比对，这种能力有助于帮助专业人士做出更准确的判断；

3、可远程快速传输心电图像。因是基于手机实现的检测，便可利用移动通信网络实现远程心电图形传输，实现远程诊治；

4、可给出病症诊断。与传统的只给出心率数据的设备不同，本实用新型可依据于《心电图标准和诊断指南》给出诊断结论，帮助操作者选择进一步的治疗方案。

心电图在专业上称作心电描记术（Electrocardiography，ECG或者EKG），是一种经胸腔的以时间为单位记录心脏的电生理活动，并通过皮肤上的电极捕捉并记录下来的诊疗技术。心电图中的一系列波分别命名为P波，Q波，R波，S波和T波，不同的波形表示不同的心血管系统疾病。ECG是测量和诊断异常心脏节律的最好的方法。

在一个正常心动周期中，一个典型的ECG波形是由一个P波，一个QRS波群，一个T波，以及在50%～75%的ECG中可能见到的U波。心电图的基线被称为等电势线。一般情况下，等电势线在心电图中是指T波后和P波前的那一段波形。ECG的输出是一张坐标图（或者几张坐标图，每张代表一个导联的图像），横坐标（X轴）表示时间，纵坐标（Y轴）表示电压。ECG的结果既可以描记的专用的记录纸上也可以显示在屏幕上。

心脏和血管组成机体的循环系统，血液在其中按一定方向流动，周而复始，称为血液循环。心脏是一个由心肌组织构成并具有瓣膜结构的空腔器官，是血液循环的动力装置。心脏一次收缩和舒张，构成一个机械活动周期，称为心动周期。正常心脏的活动由一连串的的心动周期组合而成，因此，心动周期可以作为分析心脏机械活动的基本单元。生命过程中，心脏不断作收缩和舒张交替的活动，舒张时容纳静脉血返回心脏，收缩时把血液射入动脉，为血液流动提供能量。通过心脏的这种节律性活动以及由此而引起的瓣膜的规律性开启和关闭，推动血液沿单一方向循环流动。可见，血管中血液充盈的程度是随着心动周期的改变而变化的，因此，检验出血液充盈就能够正确反映心动过程。

实验及临床已经证实，心脏的病变可以带来心动周期活动的异常，并在心电图上反映出来。表1是正常的心动周期过程之心电图波形的描述；表2是常见的心电图病理表现。

表1

表2

Qt间期缩短	高钙血症，药物，基因变异
		Qt间期延长	低钙血症，药物，基因变异
T波低平或倒置	冠状动脉缺血，左心室肥大，地高辛等药物作用
		T波高尖	可能是急性心肌梗塞的首个征象
高U波	低钾血症

对于心脏病的诊断，常规方法是人工通过对描记在记录纸上的心电图形的周期、形状进行机械测量和判断，以确定心率及病状。这也是迄今为止一直在临床上检测与诊断心脏病所采用的方法，但这种人工测量与诊断的方法并不适合普通人群。首先，普通人群并不具备这种心电图描记设备，其次是只有专业医师才能够准确的分析心电波形并做出疾病诊断。

专业医师做出疾病诊断的依据是《心电图标准和诊断指南》。国际上一般采“美国心脏病学会”、“美国心脏病学会基金会”和“美国心律学会”制定的标准，国内也有适合东方人的相应标准。因此，对心电图的诊断实际上就是识别心电波形并按照诊断指南给出相应结果的过程。如：出现Q波时间＞0.04秒，深度＞1/4R或T波倒置情况，则表明心肌梗死；QT间期延长（正常心率者QT间期0.36~0.44秒）则是慢性冠状动脉供血不足的表现；若提早出现宽大畸形的QRS波群（QRS波群时间≥0.12秒），前无P波则属室性早搏，等等。

因此，如手机能够准确有效地识别出心电波形图即可根据诊断指南做出相应的诊断结论。在本实用新型中心电图波形图已经过模数转换后成为数字形式存储，所以对心电图波形的识别、分析是对一组已知的数字数据操作，因对波形数字数据的识别已有成熟的算法，而波形识别也并非本技术主要阐述点，此处不在详细叙述。

当心电波形识别出以后，需找出本次心电波形的如P、Q、R、S、T及U波的宽度、幅度和P-R间期、QRS间期等特征，根据《心电图标准和诊断指南》做出相应的诊断。

综上所述，本实用新型将脉搏传感器通过GPIO接口与手机基带芯片相连接，使得手机基带芯片能够接收到脉搏信号，本心率测试、心电图诊断仪是基于手机实现的，体积小、操作便捷；可存储多次检测记录；可利用手机移动通信网络实现远程心电图形传输，实现远程诊治。

以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于手机的心率测试、心电图诊断仪，其特征在于：包括手机基带芯片及脉搏传感器，所述脉搏传感器通过GPIO接口与所述手机基带芯片相连接，使得手机基带芯片能够接收到脉搏信号。 

2.根据权利要求1所述的基于手机的心率测试、心电图诊断仪，其特征在于：所述脉搏传感器位于手机外壳上，其包括红外发光管及红外光敏管，所述红外发光管及红外光敏管倾斜设置。 

3.根据权利要求2所述的基于手机的心率测试、心电图诊断仪，其特征在于：所述红外发光管由所述GPIO接口中的任一位控制，在检测界面的控制下，由GPIOi输出高电平，经反相器使得红外发光管导通发光；当检测过程结束时，由GPIOi输出低电平，经反相器使得红外发光管截至关闭，其中GPIOi为输出位。 

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于手机的心率测试、心电图诊断仪，其特征在于：在所述脉搏传感器与手机基带芯片的连接通路上还设有放大单元、滤波单元及整形单元。 

5.根据权利要求4所述的基于手机的心率测试、心电图诊断仪，其特征在于：在所述脉搏传感器与手机基带芯片的连接通路上还设有模数转换单元。 

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