專利名稱：一種12導(dǎo)聯(lián)無線實時心電監(jiān)護(hù)和分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及醫(yī)療儀器領(lǐng)域，具體涉及一種12導(dǎo)聯(lián)無線實時心電監(jiān)護(hù)和分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
心電信號是目前監(jiān)測心臟狀況最重要的手段之一，通過多導(dǎo)聯(lián)體系獲取心電信號在體表的分布，來反映心臟的運動變化情況，能對多種心臟疾病進(jìn)行診斷。而12導(dǎo)聯(lián)心電是目前臨床所廣泛使用的心電監(jiān)測方法，通過10個電極來獲取被檢測者3個肢體導(dǎo)聯(lián)，3個加壓導(dǎo)聯(lián)和6個胸導(dǎo)聯(lián)的心電信號，能全面、準(zhǔn)確的反應(yīng)心臟運動變化情況，全面的獲取心臟各種參數(shù)信息。現(xiàn)有的12導(dǎo)聯(lián)同步心電信號監(jiān)測技術(shù)中，各導(dǎo)聯(lián)的心電信號獲取是通過多路選擇開關(guān)先后順序的選通各路心電信號，然后對其進(jìn)行采集，并非心臟在同一時刻在體表不同方向上表現(xiàn)出來的電信號，通過這種方式采集到的12導(dǎo)聯(lián)心電信號，各導(dǎo)聯(lián)的心電信號之間會存在延遲，并不是嚴(yán)格意義上的同步采集。由此可能導(dǎo)致多導(dǎo)聯(lián)心電的診斷出現(xiàn)一定的偏差。到目前為止，還沒有看到有文獻(xiàn)或?qū)＠麃砻枋?2導(dǎo)聯(lián)心電并行同步采集的方法。12導(dǎo)聯(lián)心電信號的獲取往往是通過有線的方式，即10根或更多的導(dǎo)聯(lián)線一邊連接被測者體表，一邊連接到監(jiān)護(hù)儀上。監(jiān)護(hù)儀對實時采集的心電信號進(jìn)行動態(tài)的波形顯示， 并計算，分析，進(jìn)行輔助診斷或給出報警信號。被檢測者往往要求躺在病床上進(jìn)行心電監(jiān)測。而心臟疾病往往具有突發(fā)性、短暫性和很大的危險性，因此心臟病患者或潛在的患者必須要進(jìn)行長時間的心電實時監(jiān)測才能準(zhǔn)確獲得心臟信息，達(dá)到及時報警，及時預(yù)防和及時治療的效果。長時間的臥床監(jiān)測12導(dǎo)聯(lián)的心電信號對病人來說是極其不方便的，不僅給患者帶來嚴(yán)重的不舒適感，同時限制病人的移動，影響正常的生活。從已有的文獻(xiàn)和資料來看，采用無線方式獲取心電信號的方案主要有以下兩種一是通過便攜式的Holter采集心電信號，患者可隨身攜帶Holter隨意走動， Holter采集到一定的心電信號后，通過電腦聯(lián)網(wǎng)或者手機聯(lián)網(wǎng)的方式遠(yuǎn)程發(fā)送給服務(wù)器 (或者醫(yī)院的終端)，這種方案解決了患者不能移動的問題，但是Holter采集的信號往往是一段時間的心電信號，不具有即時性，我們無法完全實時動態(tài)的在遠(yuǎn)程獲取完整的心電數(shù)據(jù)，顯示完整的心電波形，因此不能即時和準(zhǔn)確的對病人的心臟異常做出診斷。二是通過GSM/GPRS/3G/4G等方式將心電信號實時采集，并實時發(fā)送給互聯(lián)網(wǎng)。這種方式也能一定程度的解決病人無法移動的問題，而且能將數(shù)據(jù)發(fā)送到任意的遠(yuǎn)程端點。 但是，上述電信/通信網(wǎng)絡(luò)往往也不具有準(zhǔn)確的實時性，而且?guī)捰邢蓿ǔo法進(jìn)行大量數(shù)據(jù)連續(xù)的發(fā)送，而且還會受到當(dāng)前基站網(wǎng)絡(luò)信號等多種限制，因此很難實時連續(xù)的無線發(fā)送采集到的心電信號到數(shù)據(jù)接收端。當(dāng)病人已經(jīng)在醫(yī)院病房或者社區(qū)醫(yī)療站監(jiān)護(hù)的情況下，也無須通過上述兩種方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集，而只需要將采集的心電數(shù)據(jù)能無線的從患者身上發(fā)送到同一環(huán)境內(nèi)內(nèi)的動態(tài)監(jiān)視設(shè)備中。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供了一種12導(dǎo)聯(lián)無線實時心電監(jiān)護(hù)和分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有12導(dǎo)聯(lián)心電并行同步采集、低功耗和使用方便的特點。本實用新型提供的一種12導(dǎo)聯(lián)無線實時心電監(jiān)護(hù)和分析系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括采集單元，接收單元和上位機；采集單元包含依次串行連接的電極接口、同步采集電路、控制器和無線發(fā)射模塊； 心電信號通過電極接口輸入到同步采集電路，控制器控制同步采集電路按照設(shè)定的采樣率工作，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線發(fā)射模塊，無線發(fā)射模塊將接收的數(shù)字信號調(diào)制為電磁波發(fā)送出去；接收單元包括依次串行連接的無線接收模塊、控制器和接口模塊；控制器用于對無線接收模塊進(jìn)行配置，控制無線接收模塊接收空中的電磁波信號，解調(diào)出數(shù)字信號，并將無線接收模塊接收到的數(shù)據(jù)打包，發(fā)送給接口模塊；用于對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、存儲心電數(shù)據(jù)并實時動態(tài)顯示結(jié)果數(shù)據(jù)的上位機與接口模塊相連。本實用新型的優(yōu)點和本實用新型的貢獻(xiàn)是用戶可以在一定的監(jiān)護(hù)環(huán)境中如醫(yī)院病房或者樓層，在社區(qū)衛(wèi)生站或者在家里，隨身攜帶無線12導(dǎo)聯(lián)的心電采集模塊，進(jìn)行實時心臟監(jiān)護(hù)，不間斷的采集完整全面的心電數(shù)據(jù)，并通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給同一環(huán)境中的實時顯示和分析設(shè)備。用戶攜帶的采集模塊體積小，功耗低，重量輕。用戶使用該采集模塊可完全并行同步的采集12路心電信號，并完全通過無線鏈路發(fā)送給遠(yuǎn)端12導(dǎo)聯(lián)無線心電接收單元，可以實現(xiàn)72小時的連續(xù)監(jiān)護(hù)。上位機能動態(tài)的顯示患者的心電波形并進(jìn)行實時的分析、計算、存儲以及通過廣域網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。本實用新型使得用戶能并行同步的采集12導(dǎo)聯(lián)心電信號，并可以在12導(dǎo)聯(lián)心電監(jiān)護(hù)過程中自由移動，而不影響正常生活。

圖1表示本實用新型無線12導(dǎo)聯(lián)心電監(jiān)護(hù)和分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖。圖2表示本實用新型中采集單元中12導(dǎo)聯(lián)心電并行同步采集電路結(jié)構(gòu)圖。圖3表示本實用新型中采集單元中控制器部分結(jié)構(gòu)圖。圖4表示本實用新型中接收單元結(jié)構(gòu)圖。圖5表示本實用新型中上位機分析處理的流程圖。
具體實施方式
下面通過借助實施例更加詳細(xì)地說明本實用新型，但以下實施例僅是說明性的， 本實用新型的保護(hù)范圍并不受這些實施例的限制。如圖1所示，本實用新型主要包括采集單元100，接收單元200和上位機300。采集單元100包含電極接口 110、同步采集電路120、控制器130和無線發(fā)射模塊 140。[0024]電極接口 110、同步采集電路120、控制器130和無線發(fā)射模塊140依次串行連接。心電信號通過電極接口 110輸入到同步采集電路120，控制器130控制同步采集電路120按照設(shè)定的采樣率工作，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線發(fā)射模塊140，無線發(fā)射模塊 140將輸入的數(shù)字信號調(diào)制為電磁波發(fā)送出去。接收單元200包括無線接收模塊210、控制器220和接口模塊230。無線接收模塊210，控制器220和接口模塊230依次串行連接?？刂破?20控制無線接收模塊210接收空中的電磁波信號，解調(diào)出數(shù)字信號，并將數(shù)字信號輸入接口模塊 230。接口模塊230可以是USB或者串口收發(fā)模塊。上位機300接收接口模塊230的數(shù)據(jù)，并對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和顯示。如圖2，同步采集電路120包含射極跟隨器121，威爾遜網(wǎng)絡(luò)122，電阻網(wǎng)絡(luò)123，以及12路并列的信號處理模塊124，由于對12路心電信號的前端信號處理模塊IM是相同的，都是由儀表放大器1對0，高通濾波器1241，低通濾波器1242，運算放大器1243和模數(shù)轉(zhuǎn)換器1244依次串連，因此本說明書只對12路中心電信號的其中一路信號的處理過程做說明。射級跟隨器121的RA、LA、LL的輸出端與威爾遜網(wǎng)絡(luò)122相連，威爾遜中心點、RA、LA、 1^、￥1、￥2、￥3、￥4、￥5和￥6與電阻網(wǎng)絡(luò)123相連。電阻網(wǎng)絡(luò)123與儀表放大器1M0，高通濾波器1241，低通濾波器1242，運算放大器1243和模數(shù)轉(zhuǎn)換器1244依次串連。心電信號從使用者體表通過心電導(dǎo)聯(lián)線引入到電極接口 110，電極接口 110包含 7 RA，LA，RL，LL，V1，V2，V3，V4，V5*V6 導(dǎo)聯(lián)至少共 10 個信號接入點。RA, LA, LL, VI, V2, V3，V4，V5和V6流入由運算放大器構(gòu)成的射極跟隨器121，提高心電信號的輸入阻抗。其中 RA，LA和LL的信號輸入威爾遜網(wǎng)絡(luò)122，得到威爾遜中心點，該點電壓通過反向射極跟隨器輸出到RL,作為右腿驅(qū)動。威爾遜中心點、RA、LA、LL、VI、V2、V3、V4、V5和V6輸入到電阻網(wǎng)絡(luò)123，得到需要檢測的1到12導(dǎo)聯(lián)共12路心電信號。12路心電信號并行的輸入到各自對應(yīng)的信號處理模塊124中，12路的信號處理模塊功能一樣。每一路獨立的首先輸入高共模抑制比的儀表放大器1240進(jìn)行差分放大，然后輸入到一階無源CR高通濾波器1241濾去直流分量和低頻分量，降低心電信號的基線漂移等干擾。然后輸入到由運算放大器構(gòu)成的二階低通濾波器1242濾去電路中的高頻噪聲。低通濾波器在對信號進(jìn)行濾波的同時，也對信號通過運算放大器1243進(jìn)行二級放大，然后將最后放大的信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 1244的輸入端。如圖3，一共12路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 1244并行與控制器130連接，控制器130與無線發(fā)射模塊140相連。在本實施例中控制器130選用FPGA。12路心電信號通過前端調(diào)理電路后輸入到對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，控制器130分別通過SPI總線與12路模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，并為每路模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供采樣時鐘和轉(zhuǎn)換時鐘，通過SPI總線的片選信號CS和時鐘信號CLK送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器?？刂破?30并行同步的將模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)腳取回控制器130 內(nèi)部。在控制器130內(nèi)部設(shè)置12個16位的接收寄存器，用于接收存放一次模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣之后，12路心電的轉(zhuǎn)換結(jié)果，共12*16位?？刂破?30可以通過改變采樣時鐘來的控制改變模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率。例如控制器130每0. 5ms或者Ims或者2ms啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣一次，則對應(yīng)的心電信號的采樣率分別為ISps，IKsps和500Sps。無線發(fā)射模塊140在上電之后，控制器130對其進(jìn)行配置，確定其發(fā)送方式。然后控制器130通過SPI總線的MOSI將內(nèi)部寄存器存放的上一次的采樣數(shù)據(jù)串行發(fā)送給無線發(fā)射模塊140，無線發(fā)射模塊立刻將接收的數(shù)據(jù)裝載入無線發(fā)送緩沖區(qū)，并實時將數(shù)據(jù)調(diào)制為電磁波，通過天線發(fā)送出去。無線發(fā)射模塊140每T秒接收一次來自于控制器130的數(shù)據(jù)，并在下一次接收到控制器130送來數(shù)據(jù)之前，將發(fā)送緩沖區(qū)的12*16位的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。這樣實現(xiàn)了心電數(shù)據(jù)的立即采集，立即發(fā)送，保證了心電數(shù)據(jù)傳輸沒有延遲，確保遠(yuǎn)端上位機能無線獲取實時的心電數(shù)據(jù)，從而動態(tài)顯示實時的心電波形和輔助診斷結(jié)果。如圖4，無線接收單元200包含無線接收模塊210，控制器220和接口模塊230。無線接收模塊210，控制器220和接口模塊230依次連接。在本實施例中，控制器選用FPGA。無線接收模塊210上電后，控制器220首先對無線接收模塊210進(jìn)行配置，確定無線接收方式。然后無線接收模塊210開始搜尋空中無線信號。一旦接收到信號，將接收到的無線信號解調(diào)出數(shù)字信號并存入內(nèi)部的無線接收寄存器中。由于無線發(fā)射模塊140每T 秒會發(fā)送一次心電數(shù)據(jù)包。那么意味著無線接收模塊210每T秒也會接收到一個心電數(shù)據(jù)包?？刂破?20不停的查詢無線接收單元內(nèi)部無線接收寄存器的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)為非空，則意味著有數(shù)據(jù)接收到。控制器220通過SPI總線的MISO從無線接收模塊210的數(shù)據(jù)寄存器中讀取接收到的心電數(shù)據(jù)，并且會對這一幀的數(shù)據(jù)加入包頭，以便于后續(xù)上位機程序區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)?？刂破?20與接口模塊230通過控制總線和16位的數(shù)據(jù)總線相連?？刂破?20 首先通過檢測USB接口芯片狀態(tài)管腳Busy來查看其是否忙碌，如果不忙，則對該芯片進(jìn)行寫使能，并將從無線接收單元獲取的數(shù)據(jù)以16位并行的方式發(fā)送給USB接口芯片，在發(fā)送過程中，控制器220會將每一幀中12路16位的心電數(shù)據(jù)的起始處添加的2個8位的包頭， 構(gòu)成完整的一個心電數(shù)據(jù)包，包含總共13*16位=208位?？偣卜殖?3次發(fā)送給USB接口模塊230。接口模塊在控制器220的控制下，通過16位并行總線接收控制器220發(fā)送的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)直接通過內(nèi)部的USB引擎，以DMA的方式直接發(fā)送到USB發(fā)送端口緩存中，等待上位機讀取。上位機300讀取USB端口緩存中的數(shù)據(jù)，實時動態(tài)的顯示心電波形，實時的對波形進(jìn)行特征點識別和分析，并輔助醫(yī)生進(jìn)行心臟疾病診斷。上位機可以是計算機，筆記本，智能手機，PDA或者自定義的醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備。心電采集單元100與心電接收單元200之間通過在近距離內(nèi)建立在ISM(工業(yè)科學(xué)醫(yī)療)頻段的無線鏈路來實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的透明傳輸。該無線鏈路通過無線發(fā)送模塊和遠(yuǎn)端無線接收模塊之間建立，工作在免費開放的ISM頻段，例如433MHz，2. 4GHz等等， 通信協(xié)議可以是任意的無線協(xié)議，例如通用RF，802. 11(無線保真)，802. 15. 1(藍(lán)牙)， 802. 15. 4(ZigBee)等等。如圖5，通過在上位機中加載相應(yīng)的驅(qū)動和應(yīng)用程序，上位機從USB端口緩存中讀出數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)暫存在內(nèi)部存儲器中，并進(jìn)行計算處理。上位機首先完成對心電數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，識別出從1導(dǎo)聯(lián)到12導(dǎo)聯(lián)的數(shù)據(jù)。然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號處理，包括50Hz陷波， 高通濾波，低通濾波。然后對處理后的數(shù)據(jù)通過差分閾值方法來識別R波峰值等心電波形的特征點。進(jìn)一步計算實時心率，RR間期，ST段偏移量等參數(shù)。然后實現(xiàn)如下功能(1)實時動態(tài)的將12路波形繪制在屏幕上，同時將計算參數(shù)和分析結(jié)果同步顯示在屏幕上。在程序的控制下可以由用戶選擇性顯示任意導(dǎo)聯(lián)的心電信號。用戶通過人機對話來放大和縮小顯示的波形。(2)植入或者安裝完整的心電分析程序，對以保存的完整心電數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的回放分析，包括心率變異時域分析，心率變異頻域分析，心率變異非線性分析，ST段增強分析， QTd分析以及各種心電分析。(3)選擇性將接收到的心電數(shù)據(jù)存儲到掉電不丟失的存取器，如硬盤、Flash等設(shè)備中，方便后續(xù)的讀取和查看。(4)通過連接互聯(lián)網(wǎng)的方式，例如通過GPRS，3G或者ADSL等，共享或者發(fā)送本地已存的心電數(shù)據(jù)和心電計算分析的結(jié)果。本實用新型不僅局限于上述具體實施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本實用新型公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實施方式
實施本實用新型，因此，凡是采用本實用新型的設(shè)計結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡單的變化或更改的設(shè)計，都落入本實用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種12導(dǎo)聯(lián)無線實時心電監(jiān)護(hù)和分析系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括采集單元 (100)，接收單元(200)和上位機(300)；采集單元(100)包含依次串行連接的電極接口(110)、同步采集電路(120)、控制器 (130)和無線發(fā)射模塊(140);心電信號通過電極接口(110)輸入到同步采集電路(120)，控制器(130)控制同步采集電路(120)按照設(shè)定的采樣率工作，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線發(fā)射模塊(140)，無線發(fā)射模塊(140)將接收的數(shù)字信號調(diào)制為電磁波發(fā)送出去；接收單元(200)包含依次串行連接的無線接收模塊(210)，控制器(220)和接口模塊 (230);控制器(220)用于對無線接收模塊(210)進(jìn)行配置，控制無線接收模塊(210)接收空中的電磁波信號，解調(diào)出數(shù)字信號，并將無線接收模塊(210)接收到的數(shù)據(jù)打包，發(fā)送給接口模塊(230)；用于對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、存儲心電數(shù)據(jù)并實時動態(tài)顯示結(jié)果數(shù)據(jù)的上位機 (300)與接口模塊(230)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的12導(dǎo)聯(lián)無線實時心電監(jiān)護(hù)和分析系統(tǒng)，其特征在于，同步采集電路(120)包含射極跟隨器(121)，威爾遜網(wǎng)絡(luò)(122)，電阻網(wǎng)絡(luò)(123)和12路并列的信號處理模塊(IM)；每路信號處理模塊(124)均包含儀表放大器(1M0)，高通濾波器 (1241 )，低通濾波器(1242)，運算放大器(1243)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1244)；射極跟隨器(121)的RA、LA、LL的輸出端與威爾遜網(wǎng)絡(luò)(122)相連，威爾遜網(wǎng)絡(luò)(122) 與射極跟隨器(121)相連，威爾遜中心點、RA、LA、LL、VI、V2、V3、V4、V5和V6與電阻網(wǎng)絡(luò) (123)相連；電阻網(wǎng)絡(luò)(123)與儀表放大器(1M0)，高通濾波器(1M1)，低通濾波器(1M2)， 運算放大器(1M3)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1M4)依次串連；12路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1M4)并行與控制器(130)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種12導(dǎo)聯(lián)無線實時心電監(jiān)護(hù)和分析系統(tǒng)，包括完全同步并行的12導(dǎo)聯(lián)心電無線實時采集單元，12導(dǎo)聯(lián)心電無線實時接收單元和上位機組成。12導(dǎo)聯(lián)心電無線采集單元和無線接收單元通過工作在ISM頻段的高速無線鏈路進(jìn)行通信。無線采集單元不間斷的并行同步采集12導(dǎo)聯(lián)心電數(shù)據(jù)，并通過無線鏈路實時發(fā)送給配對的無線接收單元。無線接收單元將數(shù)據(jù)通過USB或者串口發(fā)送給上位機。上位機完成心電波形的實時動態(tài)顯示、實時分析以及存儲或者轉(zhuǎn)發(fā)。本實用新型適用于病房，社區(qū)衛(wèi)生站或者家庭的無線12導(dǎo)聯(lián)心電監(jiān)護(hù)。
文檔編號A61B5/0402GK202051703SQ20112012012
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者張博, 房磊, 楊玉星, 謝慶國 申請人:華中科技大學(xué)