專利名稱：一種3g心電監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種3G心電監(jiān)測系統(tǒng)，屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，心電監(jiān)護儀是醫(yī)院普遍使用的經(jīng)典常規(guī)儀器，它使用安全，可實時、準確、長時間地動態(tài)檢測病人基本電生理參數(shù)的變化，并能準確地記錄和分析并實時報警，為醫(yī)護人員治療及搶救提供有效地幫助。隨著3G網(wǎng)絡(luò)的完善，利用其來實現(xiàn)移動健康監(jiān)護，也必將成為一個重要的應(yīng)用
點ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種3G心電監(jiān)測系統(tǒng)， 采用如下技術(shù)方案一種3G心電監(jiān)測系統(tǒng)，包括心電信號采集模塊、前置放大電路、帶通濾波電路、主放大電路、50Hz陷波電路、DSP微處理器以及IXD顯示模塊和3G模塊；所述心電信號采集模塊包括電極和緩沖放大電路、右腿驅(qū)動電路、屏蔽層驅(qū)動電路；所述電極包括右胸上電極、左腹下電極和右腹下電極，右胸上電極及左腹下電極為心電信號采樣電極，右腹下電極為右腿驅(qū)動電極；右胸上電極及左腹下電極分別連接緩沖放大電路，緩沖放大電路將輸入電極信號進行隔離；右腿驅(qū)動電路用于消除在心電檢測時形成的交流干擾，降低人體的共模電壓，提高信噪比，連接時電極經(jīng)過電阻與放大器接地端相連；屏蔽層驅(qū)動電路用于抑制引入的差模干擾信號；心電信號采集模塊向前置放大電路輸出幅度為10uV-4mV的心電信號；前置放大電路用于把緩沖放大電路輸出的心電信號進行前置放大，前置放大電路的增益設(shè)計為10 倍，向帶通濾波電路輸出幅度為100uv-40mV的心電信號；帶通濾波電路用于濾除頻率小于 0. 05Hz，大于IOOHz的干擾信號，將心電信號的有用成分從采集到的信號中分離出來，向主放大電路輸出頻率范圍為0. 05Hz-100Hz范圍內(nèi)的有用心電信號；主放大電路電路用于心電信號的主要增益放大，增益設(shè)計為1-100倍，向50Hz陷波器電路輸出幅度為10mV-4V的信號；50Hz陷波器電路用于濾除50Hz工頻干擾，向DSP微處理器輸出沒有干擾的心電信號；DSP微處理器用于實現(xiàn)A/D數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波，同時對LCD顯示模塊進行顯示控制，對 3G模塊進行通信控制；3G模塊用于把采集到的心電信號實時傳輸?shù)结t(yī)院接收終端。實時采集傳輸實時采集病人的心電、呼吸、體溫、心率等醫(yī)用信息，利用3G網(wǎng)絡(luò)傳輸和存儲到數(shù)據(jù)庫。實時監(jiān)控報警實時心電數(shù)據(jù)自動分析和預(yù)警，為預(yù)防和治療提供參考，遇突發(fā)事件主動向值班護士和醫(yī)生報警，為突發(fā)事件贏得寶貴的搶救時間。利用3G無線數(shù)據(jù)傳輸為病人提供對小時連續(xù)的心電等生理信息的監(jiān)護，患者可以自由移動。
實時診斷分析醫(yī)護人員可以實時調(diào)取病人醫(yī)療心電數(shù)據(jù)，結(jié)合電子病歷，對病情作出分析和診斷。醫(yī)生的指令可以發(fā)回到監(jiān)護儀，指導(dǎo)治療和救助。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的原理框圖；圖2為緩沖放大電路；圖3為右腿驅(qū)動電路；圖4為屏蔽層驅(qū)動電路；圖5為帶通濾波電路；圖6為50Hz陷波電路。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。參考圖1，3G心電監(jiān)測系統(tǒng)包括心電信號采集模塊、前置放大電路、帶通濾波電路、主放大電路、50Hz陷波電路、DSP微處理器以及IXD顯示模塊和3G模塊。所述心電信號采集模塊包括電極和緩沖放大電路、右腿驅(qū)動電路、屏蔽層驅(qū)動電路。所述電極包括右胸上電極、左腹下電極和右腹下電極，均采用表面鍍有AgCl的可拆卸的一次性軟電極，并在電極上涂有優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電膏，右胸上電極及左腹下電極為心電信號采樣電極，右腹下電極為右腿驅(qū)動電極。右胸上電極及左腹下電極分別連接緩沖放大電路，緩沖放大電路可以將輸入電極信號進行隔離；右腿驅(qū)動電路用于消除在心電檢測時形成的交流干擾，降低人體的共模電壓，提高信噪比，連接時電極經(jīng)過電阻與放大器接地端相連；屏蔽層驅(qū)動電路(與右腿驅(qū)動電路并接)用于抑制引入的差模干擾信號(由于元器件不完全對稱，電路板存在的分布參數(shù)，)。這三路信號匯集后，向前置放大電路輸出幅度為10uV-4mV的心電信號；前置放大電路用于把緩沖放大電路輸出的心電信號進行前置放大，前置放大電路的增益設(shè)計為10 倍，向帶通濾波電路輸出幅度為100uv-40mV的心電信號；帶通濾波電路用于濾除頻率小于 0. 05Hz，大于IOOHz的干擾信號，將心電信號的有用成分從采集到的信號中分離出來，向主放大電路輸出頻率范圍為0. 05Hz-100Hz范圍內(nèi)的有用心電信號；主放大電路電路用于心電信號的主要增益放大，增益設(shè)計為1-100倍，向50Hz陷波器電路輸出幅度為10mV-4V的信號；50Hz陷波器電路用于濾除50Hz工頻干擾，向DSP微處理器輸出沒有干擾的心電信號；DSP微處理器用于實現(xiàn)A/D數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波，同時對LCD顯示模塊進行顯示控制，對 3G模塊進行通信控制。3G模塊用于把采集到的心電信號實時傳輸?shù)结t(yī)院接收終端。醫(yī)院接收終端由監(jiān)控臺和信息管理系統(tǒng)組成。監(jiān)控臺基于Visual Basic, net平臺構(gòu)建，主要功能是通過3G模塊和IP綁定技術(shù)接收、處理、保存來自移動單元的數(shù)據(jù)，并將當前同監(jiān)護中心連接的用戶的生理數(shù)據(jù)顯示出來供醫(yī)生參考。信息管理系統(tǒng)主要由電子病歷系統(tǒng)構(gòu)成，主要包含信息錄入、查詢及信息統(tǒng)計、分析等功能，為醫(yī)生對病人的資料進行管理提供方便。鋰電池供電模塊用于為以上各個模塊提供+5V穩(wěn)壓電源。IXD顯示模塊選用 320x240圖形液晶顯示模塊，用于在本地實時顯示采集到的心電信號。參考圖2，緩沖放大電路，是心電采集輸入電路的重要部分，實際上是一個阻抗轉(zhuǎn)換器，在電路中起隔離作用。為了降低輸入噪聲，設(shè)計上，各放大器具有相同共模抑制比 (CMRR)，放大器選用高精度運算放大器0PA4277，具有超低失調(diào)電壓10uA，超低失調(diào)偏移電壓士0. luV，偏置電流最大為InA。緩沖放大電路設(shè)計如圖3所示，圖3中心電電極采集到的信號經(jīng)100K電阻接到放大器0PA4277同相端，放大器作為電壓跟隨器將信號送下一級處理。參考圖3，右腿驅(qū)動電路，由于人體在通常情況下通過各種渠道拾取50Hz交流電壓，這樣就會在心電檢測時，在信號中形成交流干擾，常在幾伏以上，為了消除這種干擾，通常采用右腿驅(qū)動電路。接線時電極經(jīng)過電阻與放大器接地端相連，能大大降低人體的共模電壓。右腿驅(qū)動是心電信號提取中必需的一個環(huán)節(jié)，把混雜于原始心電信號中的共模噪聲提取出來，經(jīng)過一級倒相放大后，再返回到人體，使它們相互疊加，從而減小人體共模干擾的絕對值，提高信噪比，它能夠?qū)?0Hz的工頻干擾降低到—下，而且不會將心電信號中的50Hz有用信號除去，與右腿接地的方法比較，右腿驅(qū)動技術(shù)對抑制交流干擾效果更好。參考圖4，屏蔽層驅(qū)動電路抑制由于元器件不完全對稱，電路板存在的分布參數(shù)， 引入的差模干擾信號。采用屏蔽層驅(qū)動電路，用共模電壓本身驅(qū)動屏蔽層給予中和，以便將跨接在其上的共模波動減小到零。前置放大電路是整個系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，由于人體的心電信號具有幅度小、頻率低、 易受干擾、不穩(wěn)定、隨機性強等特點，使得對心電放大電路的設(shè)計提出了極其嚴格的要求， 尤其是放大器的選擇十分重要，選擇放大器時需要從增益、頻率響應(yīng)、輸入阻抗、共模抑制比、噪聲、源移等幾個方面加以綜合考慮。①增益心電信號幅值范圍為10Uv-4mV，而心電放大器增益的常規(guī)設(shè)計要求心電在正常輸入時，即輸入為ImV時，輸出電平達到IV左右。所以心電放大器的總放大倍數(shù)很高，選擇為 1000倍左右。在電路設(shè)計時為抑制電路的零點漂移，進一步提高共模抑制比，要求放大電路應(yīng)該分多級實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，信號的增益控制由前置放大電路、主放大電路、陷波電路的放大部分共同完成。電路設(shè)計時，前置放大器的增益設(shè)計為10倍，主放大器增益設(shè)計為 1-100倍，陷波放大器增益是手動可調(diào)，用做ImV定標時的微調(diào)，正常為4巧4倍。②頻率響應(yīng)由于人體心電信號的頻譜范圍為0. 05Hz-100Hz，所以設(shè)計心電放大器在此頻率范圍內(nèi)，為了減少不需要的帶外噪聲，心電信號用高通和低通濾波器來壓縮通頻帶，同時必須設(shè)計抗50Hz工頻干擾的陷波電路，這樣等到的心電信號才具有可靠的診斷價值。③輸入阻抗心電放大器輸入阻抗的設(shè)計取決于被測人體的阻抗特性、所使用的電極類型以及與人體的接觸面，心電放大器通過電極與人體連接，從放大器的輸入端向人體方向看去，包括電極、導(dǎo)電膏、皮膚、組織液到心臟外壁形成了信號源阻抗，這個源阻抗可看作由電阻串并聯(lián)的電阻及電容組成。在低頻的情況下，這個源阻抗為純電阻。由于心電信號源阻抗具有高阻抗的特性，而心電信號又是弱小信號，因此，要求心電放大器的輸入具有高阻抗特性。 否則與源阻抗分壓后，心電放大器輸入端的信號就更微弱了，而且會出現(xiàn)信號源過負荷使心電信號產(chǎn)生畸變?；谏鲜鲈?，心電信號放大器的前置級，大多都采用差動放大電路結(jié)構(gòu)，使用最普遍的是同相并聯(lián)差動放大電路，即通常所說的三運放儀表放大器。本系統(tǒng)采用了 AD公司的儀表放大器AD620作為心電信號前置放大器的核心器件。參考圖5，本系統(tǒng)設(shè)計了 0. 05-100HZ的帶通濾波電路，5-1為低通電路，5-2為高通電路，將心電信號的有用成分從采集到得信號中分離出來。參考圖6，50Hz陷波電路采用改進的雙T阻容有源濾波器，放大器選用低功耗低噪聲的運算放大器TLC2254。TMS320F2812數(shù)字信號處理器，TM S32 OF 2812是TI公司最新推出的一款32位定點高速DSP芯片，采用8級指令流水線，單周期3M32位MAC功能，最高速度每秒鐘可執(zhí)行1. 50億條指令(150MIPS)，保證了控制和信號處理的快速性和實時性。另外IMS320M812 片上還集成了豐富的外部資源，包括16路12位ADC，16路PWM輸出、3個32位通用定時器、的16位Flash存貯器、ISkRAM存貯器，外圍中斷擴展模塊(PIE)可支持45個外圍中斷，并具有McBSP，SPI，SCI和擴展的CAN總線等接口。TMS320M812還支持最大IM的外部存貯器擴展。TMS320M812支持C/C+十編程語言，其C語言優(yōu)化器的C編譯效率可達 0%，還有虛擬浮點數(shù)學(xué)函數(shù)庫提供支持，可以大大縮短數(shù)學(xué)運算與控制程序的開發(fā)周期。 TMS320F2812非常適用于電機控制、電源設(shè)計、智能傳感器設(shè)計等應(yīng)用領(lǐng)域川。在對大型工程機械進行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷時首先要對各傳感器的信號進行采集。CAN(C0 ntorlera eranetwork)總線具有可靠性強、鏈路簡單、支持優(yōu)先級處理等優(yōu)點[21，因此我們選擇了基于CAN總線的主/從分布式的測量方式，并開發(fā)了基于TMS320M812的智能CAN節(jié)點，它具有10路模擬量輸人，4路數(shù)字量輸人，不僅可以根據(jù)中心處理主機的命令進行數(shù)據(jù)采集， 還可以實現(xiàn)鬧值報警、數(shù)字濾波、m變換等功能，可以大大減輕中心處理主機的運算負荷。3G無線通信模塊，本系統(tǒng)選用的LC6311是一款TD-SCDMA&GSM(GPRQ雙模無線模塊，支持TD-SCDMA與GSM系統(tǒng)間跨網(wǎng)自動無縫切換，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非對稱數(shù)據(jù)傳輸能力，上下行數(shù)據(jù)傳輸速率可分別達到3841ApS ；支持UART和USB兩種通信接口，使用更為方便和靈活，可以滿足不同主控設(shè)備的需求；采用2. 9mm裝配高度的超薄設(shè)計，使其可以方便應(yīng)用于智能手機和各類數(shù)據(jù)卡中，內(nèi)部集成H. 3M協(xié)議棧，使得視頻電話的功能實現(xiàn)更為簡單；內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議，可以方便連接hternet。應(yīng)當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1. 一種3G心電監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括心電信號采集模塊、前置放大電路、帶通濾波電路、主放大電路、50Hz陷波電路、DSP微處理器以及IXD顯示模塊和3G模塊；所述心電信號采集模塊包括電極和緩沖放大電路、右腿驅(qū)動電路、屏蔽層驅(qū)動電路；所述電極包括右胸上電極、左腹下電極和右腹下電極，右胸上電極及左腹下電極為心電信號采樣電極，右腹下電極為右腿驅(qū)動電極；右胸上電極及左腹下電極分別連接緩沖放大電路， 緩沖放大電路將輸入電極信號進行隔離；右腿驅(qū)動電路用于消除在心電檢測時形成的交流干擾，降低人體的共模電壓，提高信噪比，連接時電極經(jīng)過電阻與放大器接地端相連；屏蔽層驅(qū)動電路用于抑制引入的差模干擾信號；心電信號采集模塊向前置放大電路輸出幅度為10uV-4mV的心電信號；前置放大電路用于把緩沖放大電路輸出的心電信號進行前置放大，前置放大電路的增益設(shè)計為10倍， 向帶通濾波電路輸出幅度為100uv-40mV的心電信號；帶通濾波電路用于濾除頻率小于 0. 05Hz，大于IOOHz的干擾信號，將心電信號的有用成分從采集到的信號中分離出來，向主放大電路輸出頻率范圍為0. 05Hz-100Hz范圍內(nèi)的有用心電信號；主放大電路電路用于心電信號的主要增益放大，增益設(shè)計為1-100倍，向50Hz陷波器電路輸出幅度為10mV-4V的信號；50Hz陷波器電路用于濾除50Hz工頻干擾，向DSP微處理器輸出沒有干擾的心電信號；DSP微處理器用于實現(xiàn)A/D數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波，同時對LCD顯示模塊進行顯示控制，對 3G模塊進行通信控制；3G模塊用于把采集到的心電信號實時傳輸?shù)结t(yī)院接收終端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種3G心電監(jiān)測系統(tǒng)，包括心電信號采集模塊、前置放大電路、帶通濾波電路、主放大電路、50Hz陷波電路、DSP微處理器以及LCD顯示模塊和3G模塊；實時采集傳輸實時采集病人的心電、呼吸、體溫、心率等醫(yī)用信息，利用3G網(wǎng)絡(luò)傳輸和存儲到數(shù)據(jù)庫。實時監(jiān)控報警實時心電數(shù)據(jù)自動分析和預(yù)警，為預(yù)防和治療提供參考，遇突發(fā)事件主動向值班護士和醫(yī)生報警，為突發(fā)事件贏得寶貴的搶救時間。利用3G無線數(shù)據(jù)傳輸為病人提供24小時連續(xù)的心電等生理信息的監(jiān)護，患者可以自由移動。實時診斷分析醫(yī)護人員可以實時調(diào)取病人醫(yī)療心電數(shù)據(jù)，結(jié)合電子病歷，對病情作出分析和診斷。醫(yī)生的指令可以發(fā)回到監(jiān)護儀，指導(dǎo)治療和救助。
文檔編號A61B5/0402GK102488511SQ20111033277
公開日2012年6月13日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者于霄, 呂昊, 張楊, 湯池, 漆家學(xué), 焦騰, 王 華, 薛惠君 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)