一種3g心電監測系統的製作方法
2023-10-24 05:53:17 2
專利名稱：一種3g心電監測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種3G心電監測系統，屬於醫療器械技術領域。
背景技術：
目前，心電監護儀是醫院普遍使用的經典常規儀器，它使用安全，可實時、準確、長時間地動態檢測病人基本電生理參數的變化，並能準確地記錄和分析並實時報警，為醫護人員治療及搶救提供有效地幫助。隨著3G網絡的完善，利用其來實現移動健康監護，也必將成為一個重要的應用
點ο
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種3G心電監測系統， 採用如下技術方案一種3G心電監測系統，包括心電信號採集模塊、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；所述心電信號採集模塊包括電極和緩衝放大電路、右腿驅動電路、屏蔽層驅動電路；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採樣電極，右腹下電極為右腿驅動電極；右胸上電極及左腹下電極分別連接緩衝放大電路，緩衝放大電路將輸入電極信號進行隔離；右腿驅動電路用於消除在心電檢測時形成的交流幹擾，降低人體的共模電壓，提高信噪比，連接時電極經過電阻與放大器接地端相連；屏蔽層驅動電路用於抑制引入的差模幹擾信號；心電信號採集模塊向前置放大電路輸出幅度為10uV-4mV的心電信號；前置放大電路用於把緩衝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；帶通濾波電路用於濾除頻率小於 0. 05Hz，大於IOOHz的幹擾信號，將心電信號的有用成分從採集到的信號中分離出來，向主放大電路輸出頻率範圍為0. 05Hz-100Hz範圍內的有用心電信號；主放大電路電路用於心電信號的主要增益放大，增益設計為1-100倍，向50Hz陷波器電路輸出幅度為10mV-4V的信號；50Hz陷波器電路用於濾除50Hz工頻幹擾，向DSP微處理器輸出沒有幹擾的心電信號；DSP微處理器用於實現A/D數據採集、數字濾波，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模塊用於把採集到的心電信號實時傳輸到醫院接收終端。實時採集傳輸實時採集病人的心電、呼吸、體溫、心率等醫用信息，利用3G網絡傳輸和存儲到資料庫。實時監控報警實時心電數據自動分析和預警，為預防和治療提供參考，遇突發事件主動向值班護士和醫生報警，為突發事件贏得寶貴的搶救時間。利用3G無線數據傳輸為病人提供對小時連續的心電等生理信息的監護，患者可以自由移動。
實時診斷分析醫護人員可以實時調取病人醫療心電數據，結合電子病歷，對病情作出分析和診斷。醫生的指令可以發回到監護儀，指導治療和救助。
圖1為本發明系統的原理框圖；圖2為緩衝放大電路；圖3為右腿驅動電路；圖4為屏蔽層驅動電路；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合具體實施例，對本發明進行詳細說明。參考圖1，3G心電監測系統包括心電信號採集模塊、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。所述心電信號採集模塊包括電極和緩衝放大電路、右腿驅動電路、屏蔽層驅動電路。所述電極包括右胸上電極、左腹下電極和右腹下電極，均採用表面鍍有AgCl的可拆卸的一次性軟電極，並在電極上塗有優質導電膏，右胸上電極及左腹下電極為心電信號採樣電極，右腹下電極為右腿驅動電極。右胸上電極及左腹下電極分別連接緩衝放大電路，緩衝放大電路可以將輸入電極信號進行隔離；右腿驅動電路用於消除在心電檢測時形成的交流幹擾，降低人體的共模電壓，提高信噪比，連接時電極經過電阻與放大器接地端相連；屏蔽層驅動電路(與右腿驅動電路並接)用於抑制引入的差模幹擾信號(由於元器件不完全對稱，電路板存在的分布參數，)。這三路信號匯集後，向前置放大電路輸出幅度為10uV-4mV的心電信號；前置放大電路用於把緩衝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；帶通濾波電路用於濾除頻率小於 0. 05Hz，大於IOOHz的幹擾信號，將心電信號的有用成分從採集到的信號中分離出來，向主放大電路輸出頻率範圍為0. 05Hz-100Hz範圍內的有用心電信號；主放大電路電路用於心電信號的主要增益放大，增益設計為1-100倍，向50Hz陷波器電路輸出幅度為10mV-4V的信號；50Hz陷波器電路用於濾除50Hz工頻幹擾，向DSP微處理器輸出沒有幹擾的心電信號；DSP微處理器用於實現A/D數據採集、數字濾波，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模塊用於把採集到的心電信號實時傳輸到醫院接收終端。醫院接收終端由監控臺和信息管理系統組成。監控臺基於Visual Basic, net平臺構建，主要功能是通過3G模塊和IP綁定技術接收、處理、保存來自移動單元的數據，並將當前同監護中心連接的用戶的生理數據顯示出來供醫生參考。信息管理系統主要由電子病歷系統構成，主要包含信息錄入、查詢及信息統計、分析等功能，為醫生對病人的資料進行管理提供方便。鋰電池供電模塊用於為以上各個模塊提供+5V穩壓電源。IXD顯示模塊選用 320x240圖形液晶顯示模塊，用於在本地實時顯示採集到的心電信號。參考圖2，緩衝放大電路，是心電採集輸入電路的重要部分，實際上是一個阻抗轉換器，在電路中起隔離作用。為了降低輸入噪聲，設計上，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，具有超低失調電壓10uA，超低失調偏移電壓士0. luV，偏置電流最大為InA。緩衝放大電路設計如圖3所示，圖3中心電電極採集到的信號經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，右腿驅動電路，由於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，在信號中形成交流幹擾，常在幾伏以上，為了消除這種幹擾，通常採用右腿驅動電路。接線時電極經過電阻與放大器接地端相連，能大大降低人體的共模電壓。右腿驅動是心電信號提取中必需的一個環節，把混雜於原始心電信號中的共模噪聲提取出來，經過一級倒相放大後，再返回到人體，使它們相互疊加，從而減小人體共模幹擾的絕對值，提高信噪比，它能夠將50Hz的工頻幹擾降低到—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，右腿驅動技術對抑制交流幹擾效果更好。參考圖4，屏蔽層驅動電路抑制由於元器件不完全對稱，電路板存在的分布參數， 引入的差模幹擾信號。採用屏蔽層驅動電路，用共模電壓本身驅動屏蔽層給予中和，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設計的關鍵，由於人體的心電信號具有幅度小、頻率低、 易受幹擾、不穩定、隨機性強等特點，使得對心電放大電路的設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、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增益心電信號幅值範圍為10Uv-4mV，而心電放大器增益的常規設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很高，選擇為 1000倍左右。在電路設計時為抑制電路的零點漂移，進一步提高共模抑制比，要求放大電路應該分多級實現。在本系統中，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。電路設計時，前置放大器的增益設計為10倍，主放大器增益設計為 1-100倍，陷波放大器增益是手動可調，用做ImV定標時的微調，正常為4巧4倍。②頻率響應由於人體心電信號的頻譜範圍為0. 05Hz-100Hz，所以設計心電放大器在此頻率範圍內，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，同時必須設計抗50Hz工頻幹擾的陷波電路，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計取決於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並聯的電阻及電容組成。在低頻的情況下，這個源阻抗為純電阻。由於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。 否則與源阻抗分壓後，心電放大器輸入端的信號就更微弱了，而且會出現信號源過負荷使心電信號產生畸變。基於上述原因，心電信號放大器的前置級，大多都採用差動放大電路結構，使用最普遍的是同相併聯差動放大電路，即通常所說的三運放儀表放大器。本系統採用了 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，本系統設計了 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採集到得信號中分離出來。參考圖6，50Hz陷波電路採用改進的雙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數位訊號處理器，TM S32 OF 2812是TI公司最新推出的一款32位定點高速DSP晶片，採用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，並具有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+十程式語言，其C語言優化器的C編譯效率可達 0%，還有虛擬浮點數學函數庫提供支持，可以大大縮短數學運算與控制程序的開發周期。 TMS320F2812非常適用於電機控制、電源設計、智能傳感器設計等應用領域川。在對大型工程機械進行狀態監測與故障診斷時首先要對各傳感器的信號進行採集。CAN(C0 ntorlera eranetwork)總線具有可靠性強、鏈路簡單、支持優先級處理等優點[21，因此我們選擇了基於CAN總線的主/從分布式的測量方式，並開發了基於TMS320M812的智能CAN節點，它具有10路模擬量輸人，4路數字量輸人，不僅可以根據中心處理主機的命令進行數據採集， 還可以實現鬧值報警、數字濾波、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系統間跨網自動無縫切換，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非對稱數據傳輸能力，上下行數據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備的需求；採用2. 9mm裝配高度的超薄設計，使其可以方便應用於智慧型手機和各類數據卡中，內部集成H. 3M協議棧，使得視頻電話的功能實現更為簡單；內部集成TCP/IP協議，可以方便連接hternet。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
權利要求
1. 一種3G心電監測系統，其特徵在於，包括心電信號採集模塊、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；所述心電信號採集模塊包括電極和緩衝放大電路、右腿驅動電路、屏蔽層驅動電路；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採樣電極，右腹下電極為右腿驅動電極；右胸上電極及左腹下電極分別連接緩衝放大電路， 緩衝放大電路將輸入電極信號進行隔離；右腿驅動電路用於消除在心電檢測時形成的交流幹擾，降低人體的共模電壓，提高信噪比，連接時電極經過電阻與放大器接地端相連；屏蔽層驅動電路用於抑制引入的差模幹擾信號；心電信號採集模塊向前置放大電路輸出幅度為10uV-4mV的心電信號；前置放大電路用於把緩衝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；帶通濾波電路用於濾除頻率小於 0. 05Hz，大於IOOHz的幹擾信號，將心電信號的有用成分從採集到的信號中分離出來，向主放大電路輸出頻率範圍為0. 05Hz-100Hz範圍內的有用心電信號；主放大電路電路用於心電信號的主要增益放大，增益設計為1-100倍，向50Hz陷波器電路輸出幅度為10mV-4V的信號；50Hz陷波器電路用於濾除50Hz工頻幹擾，向DSP微處理器輸出沒有幹擾的心電信號；DSP微處理器用於實現A/D數據採集、數字濾波，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模塊用於把採集到的心電信號實時傳輸到醫院接收終端。
全文摘要
本發明公開了一種3G心電監測系統，包括心電信號採集模塊、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；實時採集傳輸實時採集病人的心電、呼吸、體溫、心率等醫用信息，利用3G網絡傳輸和存儲到資料庫。實時監控報警實時心電數據自動分析和預警，為預防和治療提供參考，遇突發事件主動向值班護士和醫生報警，為突發事件贏得寶貴的搶救時間。利用3G無線數據傳輸為病人提供24小時連續的心電等生理信息的監護，患者可以自由移動。實時診斷分析醫護人員可以實時調取病人醫療心電數據，結合電子病歷，對病情作出分析和診斷。醫生的指令可以發回到監護儀，指導治療和救助。
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 優先權日2011年10月28日
發明者於霄, 呂昊, 張楊, 湯池, 漆家學, 焦騰, 王 華, 薛惠君 申請人:中國人民解放軍第四軍醫大學