基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀的製作方法

2023-07-29 10:21:36

專利名稱：基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種院外遠程實時心電監測設備，尤其是涉及一種基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀。
背景技術：
心血管疾病是一類常見的中老年疾病，其導致的死亡佔全世界所有死亡人數的29. 1%。《中國心血管報告2010》指出，我國目前有心血管病2. 3億人,每年死於心血管疾病300萬人，佔總死亡原因的41%，居各種死因的首位，給廣大人民群眾的生命財產造成了巨大的威脅。尤其重要的是，心血管疾病死亡大部分發生於院外，從而錯失了及時的救治時間。研究表明，72%的發生心臟驟停的患者在發病前均有明顯不適，其中70%的患者的症狀持續超過15分鐘。研究還發現，當發生心臟驟停時，無人在旁的患者生存率為0%，若有醫務人員在場則可達到35%。因此，早發現將發生或已發生心血管事件並給予及時的幹預能 降低心血管病死亡率、致殘率。此外，我國極不健康患者(1% )和慢性病患者(19% )佔用了 70%的衛生資源，而佔絕大多數的正常人群只佔用了 10%的衛生資源，大部分的醫療資源用於支付昂貴的診斷和治療費用。因此，將衛生資源從過度的醫療服務逐步轉向預防性幹預為主，做好預防控制工作是控制心血管疾病的主要手段。遠程醫療是隨著通信技術、網絡技術和多媒體技術的發展而形成學科，而遠程實時心電監測是近年來遠程醫療研究領域一個重要的發展方向。基於移動通信技術、計算機和無線通信的迅猛發展，目前在歐美國家已廣泛開展了遠程實時心電監測的研究和臨床應用。最新研究發現，對比於門診隨訪的心血管疾病患者，接受遠程心電監測者其入院率減少了 27-40%，死亡率減少了 30-67%，總醫療費用則降低了 68. 3%，臨床效應及社會效應十分明顯。我國在這一領域起步較晚，目前尚無可用於持續遠程實時心電監測的系統應用於臨床。目前臨床常用的各種心電監護設備，如動態心電圖、床旁監測、電話傳輸心電圖系統和心電手機等，均存在不足而不能完全滿足臨床需要動態心電圖屬於回顧性資料，實時性差；床旁監測只適合於院內病人使用；電話傳輸心電圖具備一定的實時性，但操作複雜；心電手機操作簡單，但一次操作只能採集一個導聯的心電數據，信息量小，適用範圍小。
實用新型內容為了克服現有技術存在的上述缺陷，本實用新型提供一種操作簡單，信息量較大，適用範圍廣的基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀。本實用新型之基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀，包括心電信號採集模塊、微處理器模塊、Flash存儲模塊、無線通訊模塊、人機接口模塊及電源模塊，心電信號採集模塊與微處理器模塊電連接，微處理器模塊與Flash存儲模塊電連接，微處理器模塊與無線通訊模塊雙向連接，人機接口模塊與微處理器模塊和無線通訊模塊雙向連接，電源模塊與心電信號採集模塊、微處理器模塊和無線通訊模塊電連接，無線通訊模塊與醫院監測中心或醫生的PDA手機無線連接。[0008]所述心電信號採集模塊負責採集、放大人體心電信號以及處理心電信號中混雜的相應的直流和高頻幹擾。微處理器模塊將採集的心電信號進行初步的分析、計算，並提取其心電特徵參數。經微處理器模塊處理的心電信號一方面送入Flash存儲模塊中進行存儲，另一方面則送入無線通訊模塊，通過移動通訊網絡發送至醫院監測中心或對應醫生的PDA手機。進一步，所述心電信號採集模塊包括心電信號採集電路、用於微弱心電信號放大的多級放大電路和用於心電信號處理的濾波電路，心電信號採集電路、多級放大電路和濾波電路依次電連接。進一步，所述無線通訊模塊為採用GPRS和CDMA的雙通道無線通訊模塊，其包括藉助移動無線通訊網絡與醫生PDA手機或醫院心電監測中心傳輸數據的GPRS模塊和CDMA模塊；用於在GPRS或CDMA網絡中標識用戶身份的用戶身份識別卡(即SIM卡)；用於接收、發送GPRS或CDMA網絡信號的天線；用於控制無線通訊模塊上電正常工作的復位電路；用於指示無線通訊模塊連上無線通訊網絡的指示電路。 進一步，所述人機接口模塊主要包括液晶顯示屏和操作鍵盤。進一步，所述電源模塊包括模擬電源供電模塊、數字電源供電模塊和電池直接供電模塊，模擬電源供電模塊優選3. 3V模擬電源供電模塊，數字電源供電模塊優選3. 3V數字電源供電模塊，模擬電源供電模塊與心電信號採集模塊電連接，數字電源供電模塊與微處理器模塊電連接，電池直接供電模塊與無線通訊模塊電連接。無線通訊模塊的工作電壓為3. 7V^4. 2V，因此可選擇3. 7V 4800mAh的可充電鋰電池直接供電。目前，移動通訊網絡已廣泛覆蓋全國，因此，本實用新型之基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測設備的攜帶者能在信號覆蓋範圍內隨時隨地接受心電監測服務，不再受到地域和時間限制。利用本實用新型，可針對院外心血管病人隨時隨地監護的需要，實時採集攜帶者的心電信息，並且通過移動通訊網絡發送至醫院心電監測中心或對應醫生的PDA手機，以實現儘早發現、診斷可能發生或存在的心電異常，再將醫囑或處理方案通過簡訊發送至攜帶者的監測儀上，以達到早期心電預警監測的目的，實時性強，操作性強，實現與醫生PDA手機或醫院心電中心的點對點雙向通訊，實現對用戶的遠程無線心電實時監護和治療。本實用新型通過採用單晶片集成四路放大器進行微弱心電信號的放大和濾波處理，體積較小，功耗較低；在工作模式時上電，在休閒狀態下自動掉電，能耗較低。本實用新型採用雙通道通訊技術，監測儀能自動檢測當前的網絡信號，從而可以選擇一個信號相對信號較好的網絡進行通訊，最大限度地保證了心電信號的實時性、連續性及完整性。本實用新型傳輸數據的速率高，可以達到100Kbits/s左右，是目前使用的無線心電監護設備中數據傳輸速率最高的。本實用新型由於採用了移動通訊技術，使攜帶者在移動無線通訊網絡覆蓋範圍內均能接受監測，無論在家、辦公室或外出旅遊都能夠自由佩戴使用，適用範圍廣。本實用新型主要選用小體積、貼片封裝晶片，整個設備體積小，便於攜帶。

[0020]圖I是本實用新型一實施例整體結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。參照圖I，本實施例包括心電信號採集模塊I、微處理器模塊2、Flash存儲模塊3、無線通訊模塊4、人機接口模塊5及電源模塊6，心電信號採集模塊I與微處理器模塊2電連接，微處理器模塊2與Flash存儲模塊3電連接，微處理器模塊2與無線通訊模塊4雙向連接，人機接口模塊5與微處理器模塊2和無線通訊模塊4雙向連接，電源模塊6與心電信號採集模塊I、微處理器模塊2和無線通訊模塊4電連接，無線通訊模塊4與醫院監測中心或醫生的PDA手機無線連接。所述心電信號米集模塊I負責米集、放大人體心電信號以及處理心電信號中混雜的相應的直流和高頻幹擾。心電信號採集模塊I包括心電信號採集電路1-1、用於微弱心電信號放大的多級放大電路1-2、用於心電信號處理的濾波電路1-3，心電信號採集電路 1-1、多級放大電路1-2和濾波電路1-3依次電連接。微處理器模塊2將採集的心電信號進行初步的分析、計算，並提取其心電特徵參數。經微處理器模塊2處理的心電信號一方面送入Flash存儲模塊3中進行存儲，另一方面則送入無線通訊模塊4，通過移動通訊網絡發送至醫院監測中心或對應醫生的PDA手機。無線通訊模塊4為採用GPRS和CDMA的雙通道無線通訊模塊，其包括藉助移動無線通訊網絡與醫生PDA手機或醫院心電監測中心傳輸數據的GPRS模塊4-1和CDMA模塊4-2 ;用於在GPRS或CDMA網絡中標識用戶身份的用戶身份識別卡(即SIM卡)4-3 ;用於接收、發送GPRS或CDMA網絡信號的天線4-4 ;用於控制無線通訊模塊上電正常工作的復位電路4-5 ;用於指示無線通訊模塊連上無線通訊網絡的指示電路4-6。人機接口模塊5主要包括液晶顯示屏5-1和操作鍵盤5-2。電源模塊6包括模擬電源供電模塊6-1、數字電源供電模塊6-2和電池直接供電模塊6-3，模擬電源供電模塊6-1為3. 3V模擬電源供電模塊，數字電源供電模塊6-2為3. 3V數字電源供電模塊，模擬電源供電模塊6-1與心電信號採集模塊I電連接，數字電源供電模塊6-2與微處理器模塊2電連接，電池直接供電模塊6-3與無線通訊模塊4電連接。無線通訊模塊4的工作電壓為3. 7V^4. 2V，因此可選擇3. 7V 4800mAh的可充電鋰電池直接供電。多級放大電路1-2和濾波電路1-3中能選用TI公司的TLC2264集成放大器，該放大器集成有四個差分放大器，適合於手持設備的設計需要。微處理器模塊2選用NXP公司的ARM7處理器，通過LPC2148單片機來實現心電數據採集、存儲、無線通訊和人機對話等功能。該處理器基於包含16位Thumb指令、調試擴展和32位乘法器的ARM7TDMI-S內核，最高工作頻率達60MHz。內置寬度範圍的串行通信接口(USB 2.0全速器件接口、雙UART、SPI、SSP、I2C)、多個32位定時器、2個10位ADC、一個10位DAC、PWM通道、45個高速GPIO及9個邊沿或電平觸發的外部中斷引腳。單片機LPC2148的2個10位8路A/D轉換器共有14通道。選擇其中一個轉換器的模擬通道來輸入前期處理過的模擬心電信號，10位採樣結果取前8位構成一個字節。另外選擇一路來進行導聯脫落檢測，在外圍電路的輔助下，對採樣時鐘進行類分頻處理，設定每200次採樣，即0. 5s進行一次導聯脫落檢測。 GPRS模塊4-1能選用BENQ公司的GPRS模塊M22，其為三頻模塊。該模塊集成有基帶處理器、FLASH快閃記憶體、RF接口、普通I/O 口、通用異步收發器、SM卡接口、電池及LED接□。CDMA模塊4-2選用WAVEC0M公司的CDMA模塊Q2438或Q2406，均為雙頻帶模塊。該模塊集成有ARM7內核的CPU、SRAM存儲器、FLASH閃速存儲器、RF接口、普通I/O 口、通用異步收發器、SM卡接口、電源管理接口、RTC接口、LED接口、音頻接口及鍵盤接口。WAVEC0M公司的CDMA模塊Q2406或Q2438在進行數據傳輸時電流約為150mA，且由於其大部分時間並不處於數據傳輸狀態，故平均電流僅為90mA，因此可以保證約24h的連續心電監測的需要。電源電路通過數字電路和模擬電路分開供電的方式，避免了相互之間的信號幹擾，工作可靠性高。 工作原理通過心電信號採集電路1-1採集到微弱心電信號，經多級放大電路1-2耦合放大後的心電信號能夠滿足後端監護中心輸入要求的信噪比，再經濾波電路1-3耦合濾波後的心電信號符合其相應的頻率範圍(0. 5-45HZ)。耦合濾波放大後的心電信號經模數轉換後，由模擬信號轉換成數位訊號，該數位訊號經微處理器模塊2進行心電參數特徵提取、分析與計算處理，並將處理結果和原始數據存儲到Flash存儲模塊3中；另一方面微處理器模塊2將數位訊號進行編碼、壓縮後，送入無線通信模塊4，將無線通信模塊4的收發頻段調製到射頻頻段，並通過功放把信號放大並送入內置的天線4-4，以無線電波形式發送到醫院心電監測中心或相應醫生的PDA手機上。微處理器模塊2對其它模塊的控制通過微處理模塊的主串口來實現。微處理器發送AT命令和A/D轉換後的心電數據給無線通訊模塊4，無線通訊模塊4再將響應信息發送回微處理器模塊2，從而完成微處理器對無線通訊模塊4的狀態控制和數據發送。單片機LPC2148有兩個串口 UARTO和UART1，因此可使用UARTO控制Q2406模塊或UARTl控制Q2438模塊，並且通過AT+CSQ指令查詢當前網絡信號質量，如果信號太弱則進行網絡切換，從而實現雙通道通信。在運行中，醫生PDA手機和醫院心電監測中心向無線通訊模塊4發送包含醫生的反饋信息，而無線通訊模塊4將接收到的反饋信息後，則通過串行口把信息發送給微處理器模塊2，並可將其顯示在液晶顯示屏5-1上，從而攜帶者就能及時的根據醫生的建議和意見進行及時治療。為了保證數據傳送的連續性，我們將可攜式監測儀容量為32M的Flash存儲器劃分為2048個「塊」，每個「塊」則包含32個「頁」，每「頁」包含512個字節，並建立兩個512位元組的雙緩衝區交替備份心電採樣數據，容量均對應Flash中的一頁，從而充分保證採樣數據的完整和前端實時功能的實現。在外擴存儲設備的選擇上，考慮到攜帶者有時可能因客觀環境無法實現心電數據的實時傳輸，因而需要監測儀自身能存儲24小時甚至更長時間的心電數據，並且能在必要時實現心電信號的回放。因此，採用三星公司的K9F2G08U0MNAND Flash晶片，該晶片總容量為256M，以1200Hz的三導聯心電信號採樣頻率、10位A/D轉換精度計算，其存儲容量可以保證保存至少50小時的心電數據。
權利要求1.基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀，其特徵在於，包括心電信號採集模塊、微處理器模塊、Flash存儲模塊、無線通訊模塊、人機接口模塊及電源模塊，心電信號採集模塊與微處理器模塊電連接，微處理器模塊與Flash存儲模塊電連接,微處理器模塊與無線通訊模塊雙向連接，人機接口模塊與微處理器模塊和無線通訊模塊雙向連接，電源模塊與心電信號採集模塊、微處理器模塊和無線通訊模塊電連接，無線通訊模塊與醫院監測中心或醫生的PDA手機無線連接。
2.根據權利要求I所述的基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀，其特徵在於，所述心電信號採集模塊包括心電信號採集電路、多級放大電路和濾波電路，心電信號採集電路、多級放大電路和濾波電路依次電連接。
3.根據權利要求I或2所述的基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀，其特徵在於，所述無線通訊模塊為採用GPRS和CDMA的雙通道無線通訊模塊，無線通訊模塊包括藉助移動無線通訊網絡與醫生PDA手機或醫院心電監測中心傳輸數據的GPRS模塊和CDMA模塊；用於在GPRS或CDMA網絡中標識用戶身份的用戶身份識別卡；用於接收、發送GPRS或CDMA網絡信號的天線；用於控制無線通訊模塊上電正常工作的復位電路；用於指示無線通訊模塊連上無線通訊網絡的指示電路。
4.根據權利要求I或2所述的基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀，其特徵在於，所述人機接口模塊主要包括液晶顯示屏和操作鍵盤。
5.根據權利要求I或2所述的基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀，其特徵在於，所述電源模塊包括模擬電源供電模塊、數字電源供電模塊和電池直接供電模塊，模擬電源供電模塊為3. 3V模擬電源供電模塊，數字電源供電模塊為3. 3V數字電源供電模塊，模擬電源供電模塊與心電信號採集模塊電連接，數字電源供電模塊與微處理器模塊電連接，電池直接供電模塊與無線通訊模塊電連接。
專利摘要基於移動通訊技術的院外遠程實時心電監測儀，包括心電信號採集模塊、微處理器模塊、Flash存儲模塊、無線通訊模塊、人機接口模塊及電源模塊，心電信號採集模塊與微處理器模塊電連接，微處理器模塊與Flash存儲模塊電連接，微處理器模塊與無線通訊模塊雙向連接，人機接口模塊與微處理器模塊和無線通訊模塊雙向連接，電源模塊與心電信號採集模塊、微處理器模塊和無線通訊模塊電連接，無線通訊模塊與醫院監測中心或醫生的PDA手機無線連接。本實用新型操作簡單，信息量較大，適用範圍廣，能耗低。
文檔編號H04L29/08GK202565308SQ20122011102
公開日2012年11月28日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者袁洪 申請人:黃偉, 黃志軍