可攜式無線心電監護裝置的製作方法
2023-12-07 05:03:36 2
專利名稱：可攜式無線心電監護裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療器件技術領域的裝置，具體涉及一種可攜式無線心電監 護裝置。
背景技術：
心血管疾病是威脅人類生命的主要病症之一，由於未能及時發現病變進行早 期搶救，許多心臟病患者往往極易死亡。心電圖則是治療此類疾病的主要依據， 具有診斷可靠，方法簡便，對病人無損害的優點，在現代醫學中，變得越來越重 要。常規心電圖是病人在靜臥情況下由心電圖儀記錄的心電活動，歷時僅為幾 s lm，只能獲取少量有關心臟狀態的信息，所以在有限時間內即使發生心率失 常，被發現的概率也是很低的。因此有必要通過相應的監護系統對患者進行長時 間的實時監護，記錄患者的心電數據。又由於心臟病的發生具有突發性的特點， 患者不可能長時間地靜臥在醫院，但又需實時得到醫護人員的監護，所以研發相 應的可攜式無線心電監護產品就顯得更加重要。
動態心電監護系統作為一種對心血管疾病進行長期監測小型隨身佩戴裝置， 在臨床與健康護理中得到廣泛的應用。但隨著電子技術、計算機技術的發展，人 們對它的功能提出越來越高的要求，如圖形顯示、網絡連接、實時診斷等過去依 靠PC機實現的高級功能也成為其必備的基本功能，這將使得裝置整體體積變大， 且要攜帶更多的電池供電，從而導致佩戴的用戶覺得不便。
經對現有技術文獻的檢索發現，專利申請號為200710003350. 3的中國專利， 專利名稱為《一種遠程無線心電實時監護儀》，該專利包括心電信號的獲取、處 理部分和無線通訊部分，無線通訊部分採用GSM/GPRS無線收發方案，實時無線 傳輸功耗很高，而且其價格昂貴，且PDA或手機的其他功能對於絕大部分患者完 全沒有必要，所以到目前為止國內實用的無線心電監護產品領域還是空白。
發明內容
本發明針對上述現有技術的不足，提出了一種可攜式無線心電監護裝置，使其將微處理器中的運算放大器、Flash模塊、AD轉換器、MAC (乘加器)和外設 接口集中於微處理器中，同時，將異常心電信號傳輸給外圍醫療監控設備，整個 系統集成度非常高，功率消耗很小，能夠滿足對患者進行長時間的實時監護的要 求，其體積小，便於患者的攜帶，無線傳輸的設計滿足了家庭醫療監護的需要。
本發明是通過如下技術方案的，本發明包括心電信號前置放大模塊、微處 理器、無線收發模塊、USB收發模塊，其中
心電信號前置放大模塊採用負反饋差動放大電路將採集到的心電信號進行 一級放大，放大後將信號傳輸給微處理器；
微處理器包括運算放大器、AD轉換器、MAC、心率識別模塊、外設接口、 Flash模塊，其中運算放大器接收心電信號前置放大模塊放大後的心電信號， 對心電信號進行二級放大後傳輸給AD轉換器；AD轉換器對心電信號進行數位化 處理，將數位化的心電信號傳輸給MAC,從而不需要再採用外設擴展的AD採樣
晶片；區C對心電信號進行濾波處理，並將濾波後的信號傳輸至心率識別模塊；
心率識別模塊對濾波後得到的心電信號進行預處理獲得心電信號峰峰值之間的 間隔，若果峰值之間的間隔超過設定閾值，若判斷心率異常，則將異常心電信號
輸出給外設接口；外設接口擴展為SPI (串行外圍設備接口)與無線收發模塊相
連接，外設接口將信號輸出給無線收發模塊；Flash模塊負責存儲運算放大器、
AD轉換器、MAC對心電信號處理過程中的中間數據和啟動程序，不需要外擴ROM; 無線收發模塊使用Zigbee (全新無線網絡數據通信技術)協議將異常的心
電信號無線傳輸給USB收發模塊；
USB收發模塊接收無線收發模塊發送的異常心電信號，USB收發模塊可與醫 院問診系統、個人電腦、手機、TOA (個人數字助理)等外圍醫療監控設備相連， 由外圍設備進行智能檢測，以對患者進行及時的搶救。
所述心電信號前置放大模塊，其採用低功耗的儀用集成運放對很微弱的心電 信號進行放大處理，放大倍數為5倍-15倍。
所述運算放大器，對心電信號進行二級放大，放大倍數為50倍-150倍。
心電信號前置放大模塊和微處理器中的運算放大器組成的二級放大電路，極 大地降低了系統設計的複雜度，提高了系統的集成度，使得整體產品的體積更小， 重量更輕。
所述微處理器，其不工作時經控制處於省電模式狀態。
4與現有的技術相比，本發明具有如下有益效果
1、 集成度高，本發明將運算放大器、Flash模塊、AD轉換器、MAC(乘加器)、 心率識別模塊、外設接口等功能集成於微處理器，所以本發明只需要採用三個核 心元器件(心電信號前置放大模塊、微處理器、無線收發模塊)就實現了心電信 號的放大，採集，處理，無線收發；不僅極大地簡化了系統硬體電路，還大大提 高了系統的性價比；
2、 體積小，重量輕，高度集成的系統設計，保證整個裝置的體積非常小， 整體大小為3cm (寬度)*4cni (長度)*1，(厚度)，方便攜帶在身體上。整體 重量小於15克，適合於佩戴在小型試驗動物身上，完成動物試驗；
3、 功耗低，本發明中通過軟體方式控制微處理器其不工作時處在低功耗或 者睡眠模式下，可以大大降低系統的功耗。另外，本發明中的無線收發模塊使用 基於Zigbee的短距離無線傳輸協議，相比現有技術具有省電等特性，大大降低 在無線收發上的功耗，保證整個系統可以在紐扣電池供電的方式下實現連續24 小時工作；
4、 豐富的外部接口，通過帶有Zigbee的無線收發模塊以及USB收發模塊， USB收發模塊可以靈活地與個人電腦(PC)、 PDA、手機等連接，通過這些設備， 可以進一步拓展外部連接，通過Internet, GSM/GPRS， WiFi等網路連接到醫院 的專家系統或者與親人通信。
圖1是本發明的系統結構框圖2是本發明的實施例中心電信號前置放大模塊的信號輸入輸出示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括心電信號前置放大模塊、微處理器、無線收發 模塊、USB收發模塊，其中
心電信號前置放大模塊的輸出端與微處理器的輸入端相連，微處理器的輸出 端和無線收發模塊的輸入端相連，USB收發模塊的輸出端和監控用戶心率的外 圍設備相連。心電信號前置放大模塊採用負反饋差動放大電路將採集到的心電信號進行 一級放大，放大後將信號傳輸給微處理器；
微處理器包括運算放大器、AD轉換器、MAC、心率識別模塊、外設接口、 Flash模塊，其中運算放大器接收心電信號前置放大模塊放大後的心電信號， 對心電信號進行二級放大後傳輸給AD轉換器；AD轉換器對心電信號進行數位化 處理，將數位化的心電信號傳輸給MAC，從而不需要再採用外設擴展的AD採樣
晶片；MAC對心電信號進行濾波處理，並將濾波後的信號傳輸至心率識別模塊；
心率識別模塊對濾波後得到的心電信號進行預處理獲得心電信號峰峰值之間的 間隔，若果峰值之間的間隔超過設定閾值，若判斷心率異常，則將異常心電信號
輸出給外設接口；外設接口擴展為SPI (串行外圍設備接口)與無線收發模塊相
連接，外設接口將信號輸出給無線收發模塊；Flash模塊負責存儲運算放大器、
AD轉換器、MAC對心電信號處理過程中的中間數據和啟動程序，不需要外擴ROM; 無線收發模塊使用Zigbee (全新無線網絡數據通信技術)協議將異常的心
電信號無線傳輸給USB收發模塊；
USB收發模塊接收無線收發模塊發送的異常心電信號，USB收發模塊可與醫 院問診系統、個人電腦、手機、PDA等外圍設備相連，由外圍設備進行智能檢測， 以對患者進行及時的搶救。
所述微處理器為MSP430FG439晶片，其集成了運算放大器、Flash模塊、AD 轉換器、MAC (乘加器)、心率識別模塊、外設接口等功能模塊。
所述心電信號前置放大模塊，其採用TI公司的基於雙運放電路的微功耗儀 表放大器INA321A晶片，放大倍數為10倍，由於生物電信號很微弱，故對放大 電路的要求很高，INA321A晶片為低功耗儀用集成運放，其特點是靜態電流 小；內部增益可通過管腳的不同連接而變化；增益精度高，且漂移小；共模抑制 比高；失調電壓小；非線性失真小；失調電壓的漂移小；輸入電阻高。
如圖2所示，所述心電信號前置放大模塊，其中心電放大晶片採用INA321A， 心電電極採集心電信號經過INA321A的VIN+和VIN-的管腳輸入片，微弱的心電 信號在INA321A完成心電信信號的一級放大，放大之後的心電信號，經由INA321A 的VOUT輸出。從INA321A的VOUT輸出的心電信號，經過微處理器MSP430的Pl. 6 埠輸入到微處理器MSP430的運算放大器(OA)進行二級放大以及AD採樣。
所述微處理器，其中的運算放大器對心電信號進行二級放大，放大倍數為100倍，心電信號前置放大模塊和微處理器中的運算放大器組成的二級放大電
路，使得心電信號放大倍數共為iooo倍，同時極大地降低了系統設計的複雜度，
提高了系統的集成度，使得整體產品的體積更小，重量更輕。 所述微處理器，其不工作時由軟體控制處於省電模式狀態。
所述無線收發模塊，採用Texas Instruments公司的Chipcon系列RF射頻 晶片，型號為CC2500，無線收發模塊具有通訊距離遠、低功耗、接口靈活等優 點，Zigbee協議具有無網絡使用費，設備投入低，通信更可靠，抗幹擾性好， 工作頻段靈活等諸多優點，能達到很好的傳輸效果。
本實施例裝置具有體積小，低功耗等特點，可以對患有心血管疾病的病人進 行連續24小時的實時監護，即使在沒有發病的時間也可以進行監護，起到預警 等作用；可以方便地貼在病人身上，通過無線方式把心電信號發送出來；還可以 方便的佩戴在小型動物身上，進行非麻醉狀態下心電實驗研究。
權利要求
1、一種可攜式無線心電監護裝置，其特徵在於，包括心電信號前置放大模塊、微處理器、無線收發模塊、USB收發模塊，其中心電信號前置放大模塊採用負反饋差動放大電路將採集到的心電信號進行一級放大，放大後將信號傳輸給微處理器；微處理器包括運算放大器、AD轉換器、MAC、心率識別模塊、外設接口、Flash模塊，其中運算放大器接收心電信號前置放大模塊放大後的心電信號，對心電信號進行二級放大後傳輸給AD轉換器，AD轉換器對心電信號進行數位化處理，將數位化的心電信號傳輸給MAC；MAC對心電信號進行濾波處理，並將濾波後的信號傳輸至心率識別模塊，心率識別模塊對濾波後得到的心電信號進行預處理獲得心電信號峰峰值之間的間隔，若果峰值之間的間隔超過設定閾值，若判斷心率異常，則將異常心電信號輸出給外設接口，外設接口擴展為SPI與無線收發模塊相連接，外設接口將信號輸出給無線收發模塊，Flash模塊負責存儲運算放大器、AD轉換器、MAC對心電信號處理過程中的中間數據和啟動程序；無線收發模塊使用Zigbee協議將異常的心電信號無線傳輸給USB收發模塊；USB收發模塊接收無線收發模塊發送的異常心電信號，USB收發模塊與外圍設備相連。
2、 根據權利要求1所述的可攜式無線心電監護裝置，其特徵是，所述心電信號前置放大模塊，其採用低功耗的儀用集成運放對心電信號進行放大處理，放大倍數為5倍-15倍。
3、 根據權利要求1所述的可攜式無線心電監護裝置，其特徵是，所述運算放大器，對心電信號進行二級放大，放大倍數為50倍-150倍。
全文摘要
一種醫療監護技術領域的可攜式無線心電監護裝置，本發明中，心電信號前置放大模塊採用負反饋差動放大電路將採集到的心電信號進行一級放大，放大後將信號傳輸給微處理器；微處理器包括運算放大器、Flash模塊、AD轉換器、MAC、心率識別模塊、外設接口；無線收發模塊使用Zigbee協議將異常的心電信號無線傳輸給USB收發模塊；USB收發模塊接收無線收發模塊發送的異常心電信號，USB收發模塊與外圍設備相連。本發明具有體積小，功耗低，無線收發特點。
文檔編號A61B5/0402GK101474068SQ20091004506
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月8日 優先權日2009年1月8日
發明者萌 崔, 朱貽盛, 牛金海, 王賀寧, 冬 聶 申請人:上海交通大學