可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖的製造方法
2023-06-26 14:47:36
可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基於數位訊號處理器(DSP)和模擬採集前端的可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機。由預處理模塊、模擬採集前端、數位訊號處理器、液晶顯示模塊、存儲器、按鍵與指示燈、智能電源管理模塊和通訊接口組成，心電信號經過預處理模塊後傳送至模擬採集前端進行放大和模數轉換，後同步送入DSP進行處理分析並通過液晶顯示模塊實時顯示。同時系統配置了大容量存儲器，可以長時間無壓縮存儲心電數據，也可以通過通訊接口將心電數據傳送至上位機，進行信號的離線分析。本實用新型體積小，功耗低，精度高。
【專利說明】可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於醫療電子器械【技術領域】，特別涉及一種集心電信號採集、處理、顯示、分析、存儲和傳輸於一體的可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機。
【背景技術】
[0002]心電圖機是臨床診斷心血管疾病的重要工具之一，硬體系統可分為心電信號採集模塊和核心控制模塊兩個部分。其中心電信號採集模塊由電極、導聯線、放大電路、濾波電路、模數轉換電路等模擬電路模塊組成，實現心電信號的採集。核心控制模塊由微處理器、存儲器，液晶顯示器等數字電路模塊組成，實現心電信號的存儲、顯示和傳輸。
[0003]在現有的各類心電圖機設計方案中，一直採用分立元件設計心電信號採集模塊中的放大電路和濾波電路，而模數轉換電路則採用微處理器內部自帶的模數轉換電路或者專用的模數轉換晶片。這種設計方案，對於多通道的心電圖機，由於每個通道都需要進行上述設計，使得電路結構複雜、體積大、成本高，不適合可攜式心電圖機的設計，因而現有的可攜式心電圖機或者家用心電圖機通常只有一個導聯，然而臨床診斷上，同步12導聯的心電圖則具有更多的診斷價值。而對於核心控制模塊，傳統的設計方案採用單片機作為核心控制器，由於單片機的運算速度低，無法實時的對心電信號做進一步分析處理，因此這種設計方案只能簡單的進行心電信號的存儲、顯示和存儲，不滿足現代醫療器械逐步智能化的發展方向。
【發明內容】
[0004]為了解決現有的設計方案中，採用分立元件設計心電信號採集模塊造成的電路結構複雜、體積大、成本高、穩定性差、心電導聯數有限；採用單片機作為核心控制模塊造成系統智能化程度低、運算速度低等缺點，本實用新型的目的在於提供一種可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機，系統電路結構簡單、功耗低、精度高，能夠同步採集和顯示12導聯心電信號。
[0005]本實用新型是通過如下技術方案實現的:
[0006]一種可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機，由預處理模塊1、模擬採集前端2、數位訊號處理器3、液晶顯示模塊4、存儲器5、按鍵與指示燈6、智能電源管理模塊7和通訊接口 8組成，其中:數位訊號處理器(DSP) 3分別與模擬採集前端2、液晶顯示模塊4、存儲器
5、按鍵與指示燈6、智能電源管理模塊7和通訊接口 8連接，智能電源管理模塊7的輸出端分別連接預處理模塊I和模擬採集前端2，預處理模塊I的輸出端連接模擬採集前端2的輸入端，預處理模塊I的輸入端連接心電信號。
[0007]本實用新型中，所述模擬採集前端2內部設有8個獨立的通道。
[0008]本實用新型中，所述存儲器5採用大容量存儲器。
[0009]本實用新型中，所述通訊接口 8連接上位機。
[0010]本實用新型中，按鍵和指示燈6由電源開關按鈕和電源指示燈，異常心電報警燈組成。
[0011]本實用新型的工作過程如下:
[0012]心電信號通過導聯線連接至心電信號預處理模塊1，降低電磁幹擾、實現過壓保護之後進入模擬採集前端2，該模擬採集前端2內部有8個獨立的通道，實現心電信號的放大和模數轉換。模擬採集前端2將轉變之後的心電信號傳輸至數位訊號處理器3，通過軟體處理程序實現對心電信號的分析處理，對於異常的心電信號可自動將其存儲在與數位訊號處理器相連的大容量存儲器5中，也可以通過液晶顯示模塊4上的觸摸按鍵手動選擇想要存儲的心電信號和需要顯示的心電信號(系統最多可同步顯示12導聯的心電信號)。對於大容量存儲器5中的心電信號，可以通過通訊接口 8將心電數據發送至上位機。系統採用電池供電，通過智能電源管理模塊7提供各個模塊所需的電壓同時監控數位訊號處理器的工作狀態。按鍵和指示燈6由電源開關按鈕和電源指示燈，異常心電報警燈組成。
[0013]本實用新型的有益效果在於:
[0014]1、本實用新型採用了模擬採集前端2代替了分立元件，實現12導聯同步記錄，同時簡化了電路設計，提高了穩定性，減小了系統體積，降低了功耗和成本，提高了信號的質量。
[0015]2、本實用新型採用了數位訊號處理器3，使得系統可以實時的調用數字濾波算法對心電信號進一步的處理，提高了信號的質量，同時免去了模擬濾波器的設計，進一步簡化模擬電路的設計，減小了系統體積。採用數位訊號處理器3，還可以對處理後的心電信號進一步分析，使得儀器能自動識別異常心電信號。
[0016]3、本實用新型採用了液晶顯示器4，可以同步顯示12導聯信號，同時用戶可以通過觸摸按鍵，選擇需要顯示的心電信號和需要存儲的異常心電信號。
[0017]4、本實用新型採用了大容量存儲器5，使得系統可以長時間無壓縮存儲心電數據。
[0018]5、本實用新型採用智能電源管理模塊7提供上述所有模塊所需的電壓，簡化了電路設計；同時可監視數位訊號處理器的工作狀態，當系統不工作時，使系統處於休眠狀態，從而降低系統的功耗。
[0019]6、本實用新型利用通訊接口 8可以將存儲器5中的心電數據上傳到上位機，進行離線分析，或者通過網際網路發送給醫務工作者，實現遠程醫療。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的硬體結構框圖。
[0021]圖2為本實用新型實施例中數位訊號處理器的工作流程框圖。
[0022]圖中標號:1為預處理模塊，2為模擬採集前端，3為數位訊號處理器，4為液晶顯示模塊，5為存儲器，6為按鍵與指示燈，7為智能電源管理模塊，8為通訊接口，9為總控制臺，10為心電採樣，11為數字濾波，12為異常心律識別，13為報警,14為液晶控制，15為心電信號顯不，16為觸摸控制，17為心電存儲，18為心電信號發送。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明:
[0024]實施例1:圖1為本實用新型實施例的硬體結構框圖，它是以數位訊號處理器為核心的集心電信號採集，處理，分析，顯示，存儲和傳輸於一體的可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機。包括預處理模塊I，模擬採集前端2，數位訊號處理器3，液晶顯示模塊4，大容量存儲器5，按鍵與指示燈6，電源管理模塊7和通訊接口 8。心電信號通過導聯線連接至心電信號預處理模塊1，預處理模塊I依次連接模擬採集前端2、數位訊號處理器(DSP)3和通訊接口 8。所述數位訊號處理器3還連接有液晶顯示模塊4、存儲器5及按鍵與指示燈6 ；智能電源管理模塊7提供上述所有模塊所需的電壓並監視數位訊號處理器3的工作狀態。
[0025]本實施例中各模塊的具體實現介紹如下:
[0026]預處理模塊1:由電阻、電容和TVS管構成，其中電阻電容組成RC低通濾波電路，降低環境中高頻電磁波的幹擾，TVS管形成過壓保護電路，防止浪湧電壓和ESD對電路的損壞。
[0027]模擬採集前端2:本實施例中採用了 TI公司的模擬前端ADS1298代替分立元件設計心電信號採集電路。該晶片內部有8個獨立的通道，每個通道進行獨立的放大和AD轉換，其中放大器的增益可調，輸入阻抗為10ΜΩ，共模抑制比大於100dB。AD轉換器的精度為24位且採樣率從500sps到32ksps可調，本實施例選為2Ksps。晶片內部含有右腿驅動電路，可進一步的降低共模幹擾，提高信號的質量。利用其中的六個通道構成胸導聯，剩下兩個通道構成I，II導聯，通過雙極導聯和加壓單極導聯的關係可推導出其他四個肢體導聯，這樣就構成了同步12導聯心電圖。晶片通過SPI接口同DSP進行通信，實現心電數據的傳輸和模擬前端的設置。由於採用集成電路技術，晶片的面積只有8_X8mm大小，大大減小了心電信號採集模塊的體積，簡化了電路的設計，同時晶片內部通道間各個元器件的參數相對誤差小，匹配性高，並且每個通道的輸入參考噪聲低，只有4 μ Vpp,輸入偏置電流只有200ρΑ，使得模擬採集前端的每個通道只有0.75mff的功耗，降低了系統的功耗。
[0028]數位訊號處理器3:系統採用的核心控制晶片是TI公司的TMS320C5515，這是一款聞性能、低功耗的定點DSP晶片。晶片內部有豐富的總線結構和硬體資源，提聞了指令的執行效率，降低了功耗，為數位訊號的實時快速處理提供了保障。同時晶片內部還有豐富的外設資源，包括UART、SP1、USB等串行接口，64M的外部存儲器接口，液晶顯示模塊接口等等。這些外設資源可使設計者省去大量外圍電路的設計，精簡系統。本實施例中數位訊號處理器3通過SPI接口與模擬前端2進行通信，當DSP晶片檢測到模擬前端ADS1298的DATE_READY信號時，讀取ADC轉換結果，進行分析處理後通過液晶顯示模塊4和大容量存儲器5實現心電信號實時的顯示與存儲。
[0029]液晶顯示模塊4:本實施例選用內含SED1335控制器的液晶模塊，解析度是128X128。該模塊特點是功耗低，抗幹擾能力強，集成了液晶顯示控制器、驅動器、RAM、ROM和IXD顯示器，使用時只需向LCM中送入相應的命令和數據即可顯示所需信息，且與數位訊號處理器3接口簡單，使用方便靈活。
[0030]存儲器5:本實施例中的存儲器5選用三星公司的大容量快閃記憶體晶片K9F1G08U0A和美光半導體公司的快閃記憶體晶片PC28F128P30T85。 K9F1G08U0A單片容量高達128MB，屬於NAND Flash結構。存儲器將數據線與地址線復用為8條I/O線，另外還分別提供了命令控制信號線，命令、地址和數據信息均通過8條I/O線傳輸，從而極大方便了系統設計和產品升級。在本實施例中，利用該大容量快閃記憶體晶片來存儲心電數據。當系統的採樣率為500sps時，可連續存儲5個小時的12導聯心電數據。PC28F128P30T85晶片為64MB的NOR Flash,本實施例利用該晶片來存儲程序。這兩個存儲晶片可以同數位訊號處理器3的外部存儲器接口直接相連。
[0031]按鍵與指示燈6:由於本實施例的顯示採用觸控螢幕，大部分的按鍵都是通過觸控螢幕來設置的，所以本實施例的按鍵只設計了一個電源開關按鈕，指示燈包括電源指示燈和異常心電信號報警燈。
[0032]智能電源管理模塊7:本實施例中所涉及的電壓包括模擬前端ADS1298所需的模擬3V電壓和數字1.8V電壓，DSP晶片的內核電壓1.3V，I/0電壓3.3V以及鎖相環電壓、存儲器電壓、實時時鐘電壓等。電源部分設計時要滿足系統的上電時序要求，同時各路輸出電壓能夠滿足系統各功能模塊對電壓精度的要求。本實施例採用TI公司電源晶片TPS65023來滿足上述要求。該晶片可提供三路降壓式DC/DC轉換器輸出，兩路低壓差線性穩壓器LD0輸出，一路實時時鐘電壓輸出。晶片同時提供了節電模式，軟啟動，熱關斷和電池備份功能，片上集成了 I2C串行接口，可對相應的輸出電壓進行動態縮放；提供了多個電壓比較器，用於監控輸入輸出電壓；並為系統提供復位機制。由於系統功耗較小可米用電池供電，提高了整機的便攜性，不必依賴於市電，方便攜帶和使用，同時也降低了工頻幹擾。
[0033]通訊接口 8:本實施例通過USB接口與上位機相連，實現心電數據的發送，便於使用離線的分析工具對心電信號進一步的分析，同時也可以通過網際網路將心電信號發送給醫務人員，實現遠程醫療。
[0034]圖2為本實用新型實施例中基於數位訊號處理器3的工作流程框圖。根據系統軟體不同，系統實現的功能也各不相同，本實施例可實現以下三個功能:心電信號採集與處理、液晶顯示與控制、心電信號發送。系統由總控制臺9控制，檢測液晶顯示模塊4的輸出，調用相應的子程序，實現相應的功能。
[0035]心電信號採集與處理功能具體實現過程為:數位訊號處理器3通過配置模擬採集前端，調用心電採集程序開始心電採樣10，對於採集到的心電信號，數位訊號處理器3根據數字濾波程序對心電信號進行數字濾波11，同時通知數位訊號處理器3採樣完畢，可以進行下一輪採樣。對於數字濾波11處理後的信號，調用心律失常識別程序進行異常心律識別12，如果判斷異常，則實現報警13與自動心電存儲17。
[0036]液晶顯示與控制功能具體實現過程為:當數位訊號處理器3收到採樣完成信號時，開始調用液晶控制14功能，實現實時心電信號顯示15，同時檢測液晶顯示模塊4中觸摸控制16的輸出，將控制信息反饋給數位訊號處理器3以調用相應的子程序實現相應的功能。如當檢測到用戶需要保存某段心電信號時，即可實現心電信號存儲17。
[0037]心電信號發送功能則是基於數位訊號處理器3的USB接口將心電信號傳送至上位機，實現心電信號傳送18。
【權利要求】
1.一種可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機，由預處理模塊(1)、模擬採集前端(2)、數位訊號處理器(3)、液晶顯示模塊(4)、存儲器(5)、按鍵與指示燈(6)、智能電源管理模塊(7)和通訊接口(8)組成，其特徵在於:數位訊號處理器(3)分別與模擬採集前端(2)、液晶顯示模塊(4)、存儲器(5)、按鍵與指示燈(6)、智能電源管理模塊(7)和通訊接口(8)連接，智能電源管理模塊(7)的輸出端分別連接預處理模塊(1)和模擬採集前端(2)，預處理模塊(1)的輸出端連接模擬採集前端(2)的輸入端，預處理模塊(1)的輸入端連接心電信號。
2.根據權利要求1所述的一種可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機，其特徵在於所述模擬採集前端(2)內部設有8個獨立的通道。
3.根據權利要求1所述的一種可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機，其特徵在於所述存儲器(5)採用大容量存儲器。
4.根據權利要求1所述的一種可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機，其特徵在於所述通訊接口(8)連接上位機。
5.根據權利要求1所述的一種可攜式低功耗同步12導聯數字心電圖機，其特徵在於按鍵和指示燈(6)由電源開關按`鈕和電源指示燈，異常心電報警燈組成。
【文檔編號】A61B5/0402GK203506715SQ201320619503
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月9日 優先權日:2013年10月9日
【發明者】楊翠微, 盛傳廣, 王彥磊, 張璘, 王章玉, 鄔小玫, 秦亞傑, 汪源源 申請人:復旦大學