CN2565394Y - 基于数字信号处理器的便携式心电监护仪 - Google Patents
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Abstract
基于数字信号处理器的便携式心电监护仪，属于医疗电子器械技术领域。本实用新型包括数字信号处理器、A/D采集器、心电放大器，D/A转换器及与D/A转换器输出端相连的声耦合传输、功能按键、闪速存储器、MODEM接口控制器以及提供该心电监护仪电力的DC－DC直流电压输出电源，该心电监护仪还包括预先储存在处理器中的软件处理程序以及与微处理器相连的液晶显示器。本实用新型与现有的心电监护仪相比，运算速度提高了近百倍，监护仪可以对心电信号准确地进行分析、辨别并显示出常见的心律失常，对病情严重者监护分析仪会自动以声音报警。本仪器采用小巧的液晶显示器，用户操作更加方便和简单。
Description
技术领域
本实用新型属于医疗电子器械技术领域，特别涉及一种心电信号的存储、分析和传输的装置。
背景技术
现有的便携式心电监护仪主要完成心电的记录功能，如一种具有远程传输能力的多功能长时间心电记录仪(专利号ZL 99248612.2)。由于采用了较多的模拟电路，不能利用强有力的数字信号处理技术对心电信号进行实时的分析，而往往是将记录下的心电数据传送至远端的医院中心站再进行分析处理。这种方式一方面给患者带来不便，更重要的是它不能在第一时间分析出患者心电图的问题所在，这往往会延误治疗，严重的情况下可能危及生命。
从技术角度来说，原专利采用以单片机为核心的总体系统结构，其工作频率通常是1MIPS左右，在这种运算速度下无法完成心电的滤波、陷波和自动判别等复杂的信号处理的运算。因此传统的便携式心电监护仪通常采用模拟滤波和陷波的方式对心电进行预处理，而无法进行数字化的心律失常的判别。另一方面，传统的便携式心电监护仪操作面板较简单，用户的每一次操作的结果无法在监护仪上得到确认和指示，这给患者特别是老年患者带来了极大的不便。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种基于数字信号处理器的便携式心电监护仪，使其更准确、有效地进行心电监护和方便用户的使用。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种基于数字信号处理器的便携式心电监护仪，包括微处理器，通过A/D采集器与微处理器相连的心电放大器，D/A转换器及与D/A转换器输出端相连的声耦合传输，功能按键，闪速存储器，MODEM口控制器以及提供该心电监护仪电力的DC-DC直流电压输出电源，其特征在于：所述的微处理器采用数字信号处理器，该心电监护仪还包括预先储存在微处理器中的软件处理程序以及与微处理器相连的液晶显示器。
以上所述的的数字信号处理器采用TMS320VC5402，所述的液晶显示器采用SSD1815STN。
本实用新型与现有的心电监护仪相比较，运算速度提高了近百倍，监护仪可以对心电信号准确地进行分析、辨别并显示出常见的心律失常，对病情严重者监护分析仪会自动以声音报警。本仪器采用小巧的液晶显示器，用户操作更加方便和简单。
本实用新型的工作原理为：心电放大器将微弱的心电信号放大到3V的范围，由数字信号处理器(DSP)控制A/D转换器将模拟的心电信号量转换成数字量，并根据预先设定的压缩编码算法得到转换结果的压缩编码值，最后由DSP将这个编码值存储到闪速存储器中。同时，当用户进行心电实时监护时，监护仪可以对心电信号进行分析、辨别并显示出常见的心律失常，对病情严重者监护分析仪会自动以声音报警。当用户需要将长期的心电数据传送至医院中心站时，只要按下相应的功能键并连接MODEM，DSP将闪速存储器中的数据取出，进行反压缩编码，然后将反编码的结果通过MODEM发送出去。监护仪通过液晶显示器显示监护仪的状态信息。
附图说明
图1为本实用新型的硬件结构框图。
图2为本实用新型实施例的程序流程框图。
图3为本实用新型实施例的外观结构示意图。
图4为本实用新型实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合各附图详细描述本实用新型的一种具体实施例：
图1为本实施例的总体构成原理框图，它是以DSP为核心的信号采集、分析、存储与传输的便携式设备。包括：心电信号放大器、A/D、D/A、闪速存储器，声耦合传输装置、数字信号处理器、功能按键、电源、液晶显示器、MODEM接口控制器和MODEM。本系统采用美国德州仪器公司的新系列数字信号处理器TMS320C5402，它具有小的封装体积，较高的性能和非常低的功耗，这些特别都非常适用于本系统的开发。特别是它在工作在100MIPS的高速度下，其功耗可以控制在100mW以内，这使得本系统的设计目标成为可能。本实用新型可以进行心电信号的长期记录和分析，采用大容量的内速存储芯片和无损数据压缩算法，最终可存储5-6小时的心电数据。用户可通过MODEM接口控制器控制MODEM将存储在心电存储器中的心电数据发送到医院的心电监护中心站。系统内部有串行和并行两种总线结构：串行总线全部采用串行外围总线SPI(Serial Peripheral Interface Bus)，DSP的SPI接口由通用I/O口线模拟，A/D转换器、D/A转换器和MODEM接口控制器通过SPI与DSP通讯；系统的并行总线用于控制心电存储器和液晶显示器。系统的数字电路全部采用3.3V供电，模拟电路采用5V供电。
图2为本实施例的程序流程框图。系统软件统一由总控台控制，它负责检测用户面板的输入和液晶显示的输出，并根据用户的要求调用相应的服务子程序。根据不同的功能，软件可分为监护软件、心电传送软件和液晶控制程序三大部分。1)监护软件又可分为心电采集程序、数字低通和高通滤波程序、数字陷波程序、心律失常判别程序和心电记录程序。当用户按下心电监护键后，系统开始执行监护软件。监护软件每5ms进行一次心电采样，并进行相关的滤波和陷波处理，然后进行心律失常的判别和心电数据的存储。如果发现心律失常，系统会在保存数据后进行报警。无论是否发现心律失常，在保存了心电数据之后，监护程序将回到心电采集程序开始新一轮的心电采集和处理进程。2)心电传送软件可分心电读取、数字传送和音频传送三个子程序。当用户按下数字传送键时，系统执行心电读取程序和数字传送程序，将预先存储在闪速存储器中的心电数据发送至医院中心站；当用户按下音频传送键时，则执行心电读取程序和音频传送程序，以音频的方式传送心电数据。3)液晶控制程序完全由数字信号处理器控制，它负责向液晶显示器输出当前系统的状态信息。
图3为本实施例的硬件外观结构图，它为一长方形，正面面板上装有液晶显示器1和功能按键3(功能按键有四个，在图3中从左至右分别为心电监护键，数字传送键，音频传送键和停止键)，侧面装有心电电极插孔2，数字传送接口5和音频传送接口4。盒体内安装有电路板，所有的元器件均在此电路板上。
图4为本实施例的电路原理图。它包括采集与记录电路A、声耦合传输电路B、DC-DC直流电压输出电路C、心电放大电路D、数字心电传输电路E和液晶显示控制电路F等六个组成部分。其核心部件为TI DSP，其内部含有64K字节程序存储器，采用TQFPl44封装，减小了仪器的体积。各电路的组成、工作原理及主要技术改进分别详细说明如下：
心电采集与记录电路A：DSP的INT0-INT3的4根外部中断线用作功能按键输入线，检测是否有按键输入。系统总线采用三条SPI总线，分别为时钟线、数据输入线和数据输出线。C5402DSP McBspO的三根数据线线BCLKXO，BDXO，BDRO作为SPI总线模拟线，分别与A/D、D/A、RS232接口转换芯片进行通讯联系。C5402DSP McBspO的其它数据线BCLKRO，BFSXO，BFSRO作为片选线，分别用作选通A/D、D/A和RS232转换芯片MAX3111E。系统的并行总线控制心电数据存储器AM29LV200-55，DSP的16根地址线分别和AM29LV200-55的相应地址线相连，DSP的低8位数据线与AM29LV200-55的低8位数据线相连，AM29LV200-55的片选线由DSP的MSTROB和DS信号线产生。此功能模块是心电监护分析仪所必需要的，但本系统的心电采集与记录模块最大限度地减小了模拟电路的使用，心电信号经过两级放大后就直接进入A/D转换器，这使得系统的稳定性有了提高。
实时声耦合传输电路B：音频信号的远程通讯是C5402DSP从闪速存储器AM29LV200-55取出已存储的心电数据，经过反压缩编码和MAX5355A的D/A转换输出模拟量，再由4046V/F芯片将模拟量转换为音频范围的频率电信号，最后由压电陶瓷片转换成声音，通过电话传到远方医院中心站。远方医院中心安装一个反变换装置F/V频幅变换，将音频范围的频率信号恢复成心电信号。
声耦合的V/F变换是由R39、R46、R53、R56、R57、C39、C45、B1、Q1、U11组成。4046是V/F变换的主芯片，R57、R56、R39、C45用于调整中心频率，压电陶瓷片B1是发声元件，Q1(9013)是NPN型的三极管，与R46、R53组成电压驱动，调整压电陶瓷片的音量。
DC-DC直流电压输出电路C：系统使用两节5号电池作为基础能源，通过DC-DC(直流-直流)的变换，产生数字电路和模拟电路所需的1.8V、3V、+5V、-5V电压。C44，R51，R52，C42，C43，C15，C14和TPS767D318可产生+1.8V和+3V的稳定电压。R1，R2，R3，R4，R5，C16，C17，C1，L1和MAX1676产生+5V电压。L2、D1、C26、C18、R13和MAX761可产生+12V的稳定电压。C27、C28和MAX828B可产生-5V的稳定电压。采用TPS767D318作为电源转换器也是本系统的一个改进，TPS767D318是一种数字信号处理器专用的电源转换芯片，它为DSP提供了高质量的电源信号，从而保证了DSP可以稳定地在高的工作频率下正常工作。
心电放大电路D：心电信号放大器包括：精密差动放大器、高通滤波、主放大、50Hz陷波器。其作用是将微弱的心电信号放大到0-3V，同时除去基线漂移、50Hz工频干扰和高频噪声。仪用放大器AD620可对由两个电极输入的信号进行差动放大，放大倍数可通过R40和R47调整。C19、R41组成高通滤波器。R47、R48、R44、R45、R43、P1及LM324组成电平调整电路和主放大电路，通过改变P1调整电平，通过改变R47、R43、R42调整放大倍数。
数字传输电路E：MAX3111E作为232/TTL接口转换器，可以将DSP输出的TTL电平的串行信号转换成工业标准的RS232串行信号，后都可以直接控制调制解调器发送数据。数字传输电路由C20，C30，C31，Y1和MAX3111E组成。由于采用了串行SPI接口作为DSP与232/TTL接口转换器MAX3111E的通讯接口，新系统的体积更小，携带更方便。
液晶显示电路F：液晶显示电路由C21-C25，C37，C38，C39和SSD1815构成。液晶控制器SSD1815采用并行方式与DSP进行通讯。SSD1815的8位数据线接DSP数据线的低8位。液晶控制器的片选信号由DSP的BCLKR1通用IO口线控制。
Claims (3)
1.一种基于数字信号处理器的便携式心电监护仪，包括微处理器，通过A/D采集器与微处理器相连的心电放大器，D/A转换器及与D/A转换器输出端相连的声耦合传输，功能按键，闪速存储器，MODEM接口控制器以及提供该心电监护仪电力的DC-DC直流电压输出电源，其特征在于：所述的微处理器采用数字信号处理器，该心电监护仪还包括预先储存在微处理器中的软件处理程序以及与微处理器相连的液晶显示器。
2.按照权利要求1所述的一种基于数字信号处理器的便携式心电监护仪，其特征在于：所述的数字信号处理器采用TMS320VC5402，所述的液晶显示器采用SSD1815STN。
3.按照权利要求1或2所述的一种基于数字信号处理器的便携式心电监护仪，其特征在于：所述的闪速存储器采用AMD29LV400，所述的MODEM接口控制器采用MAX3111E。
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Cited By (2)
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| CN100399984C (zh) * | 2006-08-18 | 2008-07-09 | 方祖祥 | 具有急救及定位功能的便携式远程实时监护仪 |
| CN104573323A (zh) * | 2006-07-13 | 2015-04-29 | 康尔福盛303有限公司 | 医疗通知装置与方法 |
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