CN2527225Y - 一种数字式电话传输心电图机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用数字式电话传输心电图机，包括：7个监护电极和7根导联线用于将人体的心电信号经输入滤波和均衡电路以及威尔逊网络电路，该电路包括积分电路用于滤除心电信号中的高频干扰；与积分电路的输出相连的增益为1的同相跟随器和威尔逊网络，并由二极管构成保护电路，采集信号经模拟开关控制导联的切换，经仪表放大器放大，经二级放大器和浮零电路。本实用新型的使用者可随时对心电状况进行记录，从而在必要时可通过合适的方式将这些数据送到工作站，进行分析。

Description

一种数字式电话传输心电图机

本实用新型涉及一种用数字式电话传输心电图机，尤其涉及通过电话线以数字方式传输心电图的仪器。

在本实用新型出现前，病人端的心电图机缺乏数字式存贮装置，使得病人端的心电图机使用不方便，另外，现有技术中电话传输心电图多采用模拟调频传输，这是一种早期出现的传输方式，经模拟调频传输心电，其特点可以实现单导心电或多导心电分时传输，缺点是抗干扰性能差，发送信号易受发送和接收环境噪声的干扰，美、以、澳的产品均为模拟调频传输。如果在接收器系统配有计算机管理系统，必须将收到的模拟信号转换为数字信号才能进行处理。

另外，既往国内外均采用单台微机与单台电话并联作为工作站。一次接收一个病人的信号，这显然存在不方便的地方。

本实用新型的产品首先采用数字编码传输。数字编码是先进的通信技术，其特点是抗干扰性能强，不易受环境、噪声干扰，失真小，差错率低，传输速度快，计算机对接收的数字信号可以直接进行处理，本实用新型是世界上首先采用先进的编码传输技术的产品。

因此，本实用新型的第一目的在于提供一种体积小、价廉的心电图机，使测得的信号可以以数字的方式存贮起来，并在必要的时候易于读取出来。

本实用新型的第三目的在于采用多台微机组成的局网式的工作站，使得可同时接收多个病人的信号。

本实用新型的第四目的在于提供一个由数字式电话传输心电图机(下简称心电图机)和数字电话传输心电工作站(下简称工作站)组成的装置。

为了实现以上目的，本实用新型提供了一个数字式电话传输心电图机，包括心电电极、心电信号放大器、数据采集与控制器、专用液晶显示模块、实时时钟、数据传输接口、供电电源。

为了实现以上目的，本实用新型提供了一个数字式电话传输心电工作站，由网络服务器、传输服务器、监护终端以及集线器、网线、打印机、电话组成的局网。

本实用新型与现有常规心电监护技术相比，具有如下优点：

使用者可随时对心电状况进行记录，从而在必要时可通过合适的方式将这些数据送到工作站，进行分析。

图1是数字式电话传输心电图机的整机的方框图。

图2是数字式电话传输心电图机的探测器与调制解调器一体的外形示意图。

图3a和图3b分别是数字式电话传输心电图机的探测器与调制解调器分体的外形示意图。

图4是数字式电话传输心电图机中的探测器的放大电路。

图5是数字式电话传输心电图机中的探测器的数字电路原理图。

图6是数字式电话传输心电图机中的调制解调器电原理图。

图7是数字式电话传输心电工作站框图。

图8是数字式电话传输心电工作站中的软件流程图。

图9是数字式电话传输心电工作站中的监护终端窗口界面。

下面结合图对本实用新型进一步详述：本实用新型是称之为数字式电话传输心电图机，它是由探测器与传输适配器组成。

本发明公开了一种数字式电话传输心电图机，包括7个监护电极和7根导联线L，R，F，V1，V2，V3，AGND用于将人体的心电信号经输入滤波和均衡电路以及威尔逊网络电路，该电路包括由R1，C1，R2，C2，R3，C3，R4，C4，R5，C5，R6，C6构成的积分电路用于滤除心电信号中的高频干扰；与积分电路的输出相连的由6组TIL2254构成的增益为1的同相跟随器和由R12，R13，R14，R15，R16，R17，R18，R19，R20所构成的威尔逊网络，并由V1--V12的12只二极管IN4148构成保护电路；之后采集信号经D3，D4，D5三个模拟开关控制导联的切换，再经D6，D7，D8的三路仪表放大器AD620放大，再经3组由TIL2254构成的二级放大器和三只2SK209(V19，V20，V21)构成的浮零电路；来自中央控制器D10的80C552的第1脚控制信号A连接到D3，D4，D5的第9脚，中央控制器D10的第80脚控制信号B连接到D3，D4，D5的第10脚，共同控制D3，D4，D5切换导联；中央控制器D10的第2脚控制信号C连接到V13(IN4148)负极，而V13的正极与V19，V20，V21的栅极相连接，从而控制基线的恢复，实时时钟包括D18(RCV386)，V17(BAV70)等，电可擦除存储器(EEPROM)的D14(24C02)用于存储参数等信息；中央控制器D10提供对12C型的D18和D14的两条时钟和数据线的控制，即D10的16脚同时连接到D14的6脚和D18的2脚，D10的17脚同时连接到D14的第5脚和D18的第3脚；在数据存储器D13(HM628512)和程序存储器D12(27C512)以及地址锁存器D11(74HC373)构成的存储子系统中，中央控制器D10的第49脚与D11的第11脚相连接，中央控制器D10的第48脚与D12的第25脚相连接，中央控制器D10的第4脚与D13的第22脚相连接，依次控制存储器的选通，中央控制器D10的第51至58脚依次作为数据线(D7--D0)和地址线的最低7位(通过74HC373)，分别与D11的第18，17，14，13，8，7，4，3脚相连接，同时还分别与D12的第22--18，15-13脚相连接，同时还分别与D13的第21--17，15-13脚相连接；D11的第19，16，15，12，9，6，5，2脚分别与D12的第4--11脚相连接，同时还分别与D13的第5--12脚相连接；D10的第75脚与蜂鸣器XS6相连接，用于中央控制器D10对提示音的控制；D10的第20脚接于SB1(按键1)，D10的第23脚接于SB2(按键2)，分别用于对记录键和传送键的控制，R47(10K)，V18(9012)，L5(47uH)，C39等构成模拟电源控制电路，D10的第5脚与R47相连接对该电路进行控制；D10的第13脚接于D17(MAX756)的第4脚，用于低电压报警；D10的第10--12脚分别与液晶显示器XS5的数据端(第3脚)，时钟端(第4脚)，片选端(第5脚)相连接，控制显示输出；D10的第18，19，24，15，14，25脚接于XS7(适配器)的RXD(第1脚)，TXD(第2脚)，RTS(第3脚)，CTS(第4脚)，DCD(第5脚)，MODEM(第6脚)，用于控制数据传输和写用户信息。

图1是本实用新型的探测器的方框图，参照图1，它是由心电电极(1)，心电放大器(2)，数据采集和控制电路(3)，专用液晶显示模块(4)，实时时钟(5)，数据传输接口(6)，供电电路(7)组成。

供电电路由2节5号电池供给，3V电压经过MAX756的DC/DC变换成5V直流电压，供其它电路使用：

液晶显示模块采用定做的专用显示模块，内带液晶显示控制器，通过专用串行总线接口与主CPU连接，用于显示主CPU送来的心电探测器的各种工作状态能及实时的日历时间；

数据采集和控制电路是心电探测器的控制核心，主要由80C552CPU、程序存储器(ROM)、大容量数据存储器(SRAM)、实时时钟芯片以及其它辅助电路组成，这部分将在配套的控制软件协助下，用于完成心电信号的导联切换、心电信号的数据采集和传输、各种工作状态的显示管理等；

心电信号放大电路是心电探测器的关键，可以为微弱心电信号提供1000倍的高性能放大能力，同时在CPU控制下完成导联切换，并抑制导联切换带来的基线漂移等。

虚线方框内的部份是数字式电话传输心电图机的整机方框图，后者与传输适配器(8)相连后，经电话网(9)，Modem(10)，传至工作站(11)。

图2是数字式电话传输心电图机的探测器与调制解调器一体的示意图，图3a和3b分别是数字式电话传输心电图机的探测器与调制解调器分体的外形示意图。参照图2，整个心电图机和探测器可安装在一个或两个比手掌稍大的机壳内，机壳上装有与心电电极相连的导联线插座、电话线路插座及外部直流电源插孔。参照图3a和3b，调制解调器安装在具有圆弧形底座中，探测器则安装在具有艺术造型的手持机壳中，底座有容纳手持机的凹槽，底座凹槽的向上端面和手持探测器的向下端面分别装有镀金的电气触点，无须特殊的操作部件，只须将探测器对准底座的凹槽轻轻滑入，即可实现可靠的连接。而将探测器自下而上的自凹槽中拔出，即可断开连接，插、拔方便快捷。从图2和图3a及3b可以看出二者的区别在于：一体式的心电图机的所有部分安装在一个机壳内，而分体式是心电图机的调制解调器安装一个机壳内，探测器安装在另一个机壳内。

图4是数字式电话传输心电图机中的探测器的心电放大电路，参照图4心电放大器电路集成电话D1-D9组成，心电放大电路由两片四运放TLV2254、一片二运放TLV2252、三片模拟开关CD4502、三片仪表放大器AD620B R、三个场效应管2SK209以及有关外围电阻、电容、二极管等组成。来自人体的微弱心电信号进入心电放大电路后首先送到由运放构成的阻抗变换电路，它们的输出经过威尔逊网络和三片模拟开关分别送到三个仪表放大器；电子模拟开关受CPU控制，完成标准导联、加压肢体导联和胸部导联的切换；三个仪表放大器用于三路心电信号的第一级放大，其放大倍数分别由反馈电阻决定，当反馈电阻为2K，仪表放大器使用AD620BR，因此其增益为G1＝1+50K/2K＝26。

仪表放大器的输出经过电容耦合到第二级放大电路，三个电容与相应的电阻决定了心电放大电路的时间常数，按目前的电阻、电容值(C1＝C2＝C3＝1uF，R24＝R25＝R26＝3.3M)计算，其时间常数应满足规定要求。

第二级放大器电路由运放TLV2254和外围电阻构成，放大器的输出送给CPU内部的A/D采集电路，完成心电信号的数据采集功能。本级增益约45倍。

还有三个场效应管和电阻、二极管，它们共同构成了浮零电路，用于消除由于导联切换带来的基线漂移影响。

利用一个运放和相应的电阻产生中间零电位的虚地信号。

图5是数字电话传输心电图机中的探测器的数字电路电原理图。参照图5，单片(微型计算)机系统主要由集成电路D10-D16等组成。

图6是数字式电话传输心电图机中的调制解调器电原理图。参照图6，调制解调器主要由集成电路U2-U5组成。

参照图5，供电电路主要由MAXIM公司的升压DC/DC芯片MAX756和有关外围器件组成，可以将两节电池的电压逆变为稳定的5V直流输出，同时提供电池欠压报警信号，模拟电路的供电通过一个三极管控制，当不需要模拟电路工作时，用于切断模拟电路的供电电源，以进一步降低电源功耗，延长电池的供电时间。为增强电路的抗干扰性，电源和地线中都增加了LC滤波电路。数据采集和控制电路的核心是CPU80C552，它将在存储于27C512内配套的控制软件控制下，完成心电探测器的所有功能。80C552内部具有8路10位A/D，其中的CH1-CH3用于采集前述心电放大电路输出的心电信号，采集的结果存储在具有512KB存储容量的数据存储器HM628512(SRAM)中。控制软件还具有自动检测MODEM是否存在的功能，当心电探测器的配套的MODEM连接后，CPU将在相应软件控制下，通过RS-232接口把全部心电数据通过MODEM传送到咨询中心。

其它辅助电路包括提供CPU低8位地址锁存用的74HC373、产生复位信号的CD4538和74HC00、用于存储工作参数的电可擦写存储器24C02、产生实时时钟信号的RVC386以及配套的相关电阻电容。

该装置的工作是这样操作的，心电电极贴在受试者身体的特定部位，它检测到的心电信号经威尔逊电路送到心电信号放大器放大后，输出到单片(微型计算)机，单片(微型计算)机利用内建的A/D转换器将此信号变换成数字量后，存贮在数据存贮器RAM内。RAM内的数据可按照由按键确定的状态，经过调制解调器，利用电话线路传送到心电工作站。在必要的情况下，由单片机采集的数据可以直接通过调制解调器发送而不用先存在数据存贮器中再通过专门的发送按钮发送。

使用时，将心电电极在受试者测量心电图的常规位置上，经过专用导联线与探测器相连，受试者选定手动或定时记录方式之一，经确认后，即开始记录信号。此时受试者的心电信号经导联线传给心电信号放大器以放大，再经A/D转换器转换成数字量(转换速率200次/秒，精度10位)，经过18秒，受试者的符合心电监测规范的心电图数据即存贮在本心电图机中，本心电图机的数据存贮器可以容纳例如24次的测量数据。只要数据不被更新以及不断电，已存储的数据可长时间保留。然后，无论存贮器中有多少数据，存满或者是未存满，只要受试者感到有必要，将本心电图机与电话连接好以后，均可将该批数据以调制解调器自动地通过电话线传到指定的工作站。然后，受试者就可拿起电话听筒聆听工作站医生对受试者根据记录心电图做出的诊断、医疗或急救指导。

在本实用新型的其它实施方式中，心电图机也可以不通过调制解调器和电话线与服务中心的工作站相连，而是先将数据发送到一台电脑，然后由该电脑与服务中心的工作站相连。即在必要的情况下，将心电图机与一台电脑的串行口或并行口相连，并通过串行口或并行口将数据送到电脑。然后由电脑通过因特网或其它合适的方式送给工作站。在这种情况下，本实用新型的心电图机还需要有一个串行口或并行口。

本实用新型数据远程传输协议是在参考标准文件传输协议的基础，作了部分改进。其规则如下：

1.数据传输以每个数据采集段为一个文件，当采集了多个数据段时，视作多个文件。

2.数据采集的存贮格式参阅“数据格式”一文。

3.每个采集段作为文件传输，被分为三个数据块。

4.全部数据正确传输完毕后，发送数据结束块。具体实现如下：

标示符定义如下：

#define SOH 0x01

#define STX 0x02

#define ACK 0x06

#define NAK 0x15

格式一：

SOH，00H，OFFH，X1，X2，00H，32H，36H，37H，30H，00H，01H，X3其中：X1，X2为当前发送的数据段段号ascii表示，例第1段为30H，31H。第24段为32H，34H。

X3为从X1到01H前的印有字节数据的等加和，仅低8位。

格式二：

STX，01H，FEH，X1，........XN，XSUM

其中：X1.......XN为依次取出的7300个字节采集数据，XSUM为X1-XN的所有字节数据累加和，取低8位。

格式三：

STX，02H，FDH，X1，......XN，XSUM

其中，X1......XN为依次取出的7300个字节采集数据，XSUM为X1-XN的所有字节数据累加和，取低8位。

格式四：

STX，03H，FCH，X1.......XN，Y1........YN，XSUM

其中，X1......XN为依次取出的7070个字节采集数据，Y1....YN

为230个字节的01H。

XSUM为X1-XN，Y1--YN的所有字节数据累加和，取低8位。

格式五：

SOH，00H，OFFH，00H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，01H，09H采样数据存放格式数据关格式：70字节00-01：2字节  标志字＝$1234为有效文件02-08：7字节  Y2，Y1，M，D，H，M，S(BCD码)09   ：1字节 放大器个数(Byte)10-21：导联序号：01H-OCH，对应I，II，III，

   avR，avL，avF，V1-V6

   12字节：值为00H，表示对应位置不保留数据空间。22-31：10个字节 ID号(ASCII码)32-33：2字节无符号整型，采样时间长度，以ms为单位(Word)34   ：1字节，段号(Byte)35   ：1字节，总段数(Byte)36-53：18字节，身份证号(ASCII码)54-65：12字节，采样数据存放序列66   ：1字节，定时采样时间(BCD码)67-69：3字节，$ffffff保留采集时数据存放格式：(传输和转存也按此格式)

数据头：70字节
	按数据头描述的格式依次存放所有的采样数据

例如目前的采样存贮格式为：数据头：00-01：$12，$3401-08：$20，$01，$02，$21，$10，$30，$25

   表示2001年2月21日10时30分25秒09：   $03  表示3个放大器10-21：$01，$02，$03，$04，$05，$06，$07，$08，$09，$0B，$00，$00，$00

   表示依次采样的导联为I，II，III，avR，avL，avF，V1，V3，V522-31：“1234567890”(MID为：1234567890，字符方式)32-33：$70，$17

   目前采样时间长度为6000ms＝$1770，按字符方式存放34   ：$03 第3段35   ：$18  总段数＝$18＝24段36-53：“123456789012345678”

   (身份证号为：123456789012345678，字符方式存放)54-65：$01，$02，$03，$04，$05，$06，$07，$08，$09，$00，$00，$00

   对应依次采样导联，设定数据存放序列

   目前采样导联为：I，II，III，avR，avL，avF，V1，V3，V5对应的数据存放序列为：1，2，3，4，5，6，7，8，966   ：$15  定时采样间隔15分67-69$ffffff    保留数据存放排列如下：第次采样数据为16位，按低字节在前，高字节在后存放。

数据头：70字节
	导联I数据：2400字节
导联II数据：2400字节
	导联III数据：2400字节
导联AVR数据：2400字节
	导联AVL数据：2400字节
导联AVF数据：2400字节
	导联V1数据：2400字节
导联V3数据：2400字节
	导联V3数据：2400字节

共70+9*2400＝21670字节写号时数据格式：前70字节相同，新增26字节数据头格式：96字节00-01：2字节  标志字＝$1234为有效文件02-08：7字节Y2，Y1，M，D，H，M，S(BCD码)09   ：1字节  放大器个数(Byte)10-21：导联序号：01H-0CH，对应I，II，III，

   avR，avL，avF，V1-V6

   12个字节：值为00H，表示对应位置不保留数据空间。22-31：10个字节  ID号(ASCII码)32-33：2字节无符号整型，采样时间长度，以ms为单位(Word)34   ：1字节，段号(Byte)35   ：1字节，总段数(Byte)36-53：18字节，身份证号(ASCII码)54-65：12字节，采样数据存放序列66   ：1字节，定时采样时间(BCD码)67-69：3字节，$ffffff保留70-94：MODEM电话拨号指令

   “ATDT1234567890123”，$13，0，0.......共至25字节95   ：上述95个字节的累加和

图7是数字电话传输心电图机的工作站框图：

本实用新型的工作站是以计算机为核心，由多台计算机组成的心电监护工作站。参照图7此工作站是由网络服务器(1)，集线器(2)，监护终端(3，4，5，6)，传输服务器(7)，电话局和网线(8)，用户的电话传输心电图机(9)，医院窗口终端(10，11)，等多种硬件设备组成的局网。

图8是电话传输心电图机的工作站软件流程图。系统准备(1)，运行中心软件(2)，检测外设MODEM(3)，检查外设(4)，若正常进入系统主界面(6)，通过选择模块(7)，打开用户档案(8)，通过选择模块(10)，增加新用户(12，18)，查询用户信息(13，19)，编辑用户档案(14，20)，通过选择模块(7)，打开心电图(9)，通过选择模块(11)，显示诊断结果(15，21)放大图形并测量之(16，22)，打印图形(17，23)。

图9是数字式电话传输心电工作站中的监护终端窗口界面。

本实用新型与现有常规心电监护技术相比，具有如下优点：

1.整机结构高度紧凑，实现了微型化，便于携带，操作简单，价格低廉，既适合个人用户使用，也适合集体用户使用，特别适宜于在已通直拔电话的社区医疗单位使用。

2.可对人体心电信号进行实时动态监测，只要受试者携带了本实用新型心电图机，无论他在什么地方，也不管在什么时间，只要出现突发心脏事件，均可准确及时地记录在案，为医生根据心电图对受试者做出诊断提供强有力的手段。

3.由于采用电话线路传输心电数据新技术，为普及常规心电图监护奠定坚定的物质基础，由于使用专用软件的工作站可以通过电话线路联网，这不仅可以提高广大农村地区的医疗水平，使群众受益，而且可以使工作在广大农村地区的医务人员得到心脏病专家的指导和帮助，提高他们的业务能力。

4.采用数字式传输，局网工作站，可同时接收数个及至数十个病人的信号，可靠性高，无差错传输，抗干扰能力强，工作站除接收数据外，还有录音/回放、临时文件排队、建立数据库、资源共享、写号、维护、计费、转发、登录、会诊、显示心电图、测量心电图、查看既往心电图等功能。

Claims (1)

1、一种数字式电话传输心电图机，包括7个监护电极和7根导联线L，R，F，V1，V2，V3，AGND用于将人体的心电信号经输入滤波和均衡电路以及威尔逊网络电路，该电路包括由R1，C1，R2，C2，R3，C3，R4，C4，R5，C5，R6，C6构成的积分电路用于滤除心电信号中的高频干扰；与积分电路的输出相连的由6组TIL2254构成的增益为1的同相跟随器和由R12，R13，R14，R15，R16，R17，R18，R19，R20所构成的威尔逊网络，并由V1--V12的12只二极管IN4148构成保护电路；之后采集信号经D3，D4，D5三个模拟开关控制导联的切换，再经D6，D7，D8的三路仪表放大器AD620放大，再经3组由TIL2254构成的二级放大器和三只2SK209(V19，V20，V21)构成的浮零电路；来自中央控制器D10的80C552的第1脚控制信号A连接到D3，D4，D5的第9脚，中央控制器D10的第80脚控制信号B连接到D3，D4，D5的第10脚，共同控制D3，D4，D5切换导联；中央控制器D10的第2脚控制信号C连接到V13(IN4148)负极，而V13的正极与V19，V20，V21的栅极相连接，从而控制基线的恢复，实时时钟包括D18(RCV386)，V17(BAV70)等，电可擦除存储器(EEPROM)的D14(24C02)用于存储参数等信息；中央控制器D10提供对I2C型的D18和D14的两条时钟和数据线的控制，即D10的16脚同时连接到D14的6脚和D18的2脚，D10的17脚同时连接到D14的第5脚和D18的第3脚；在数据存储器D13(HM628512)和程序存储器D12(27C512)以及地址锁存器D11(74HC373)构成的存储子系统中，中央控制器D10的第49脚与D11的第11脚相连接，中央控制器D10的第48脚与D12的第25脚相连接，中央控制器D10的第4脚与D13的第22脚相连接，依次控制存储器的选通，中央控制器D10的第51至58脚依次作为数据线(D7--D0)和地址线的最低7位(通过74HC373)，分别与D11的第18，17，14，13，8，7，4，3脚相连接，同时还分别与D12的第22--18，15-13脚相连接，同时还分别与D13的第21--17，15-13脚相连接；D11的第19，16，15，12，9，6，5，2脚分别与D12的第4--11脚相连接，同时还分别与D13的第5--12脚相连接；D10的第75脚与蜂鸣器XS6相连接，用于中央控制器D10对提示音的控制；D10的第20脚接于SB1(按键1)，D10的第23脚接于SB2(按键2)，分别用于对记录键和传送键的控制，R47(10K)，V18(9012)，L5(47uH)，C39等构成模拟电源控制电路，D10的第5脚与R47相连接对该电路进行控制；D10的第13脚接于D17(MAX756)的第4脚，用于低电压报警；D10的第10--12脚分别与液晶显示器XS5的数据端(第3脚)，时钟端(第4脚)，片选端(第5脚)相连接，控制显示输出；D10的第18，19，24，15，14，25脚接于XS7(适配器)的RXD(第1脚)，TXD(第2脚)，RTS(第3脚)，CTS(第4脚)，DCD(第5脚)，MODEM(第6脚)，用于控制数据传输和写用户信息。

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