CN102488511A - 一种3g心电监测*** - Google Patents

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焦腾
汤池
漆家学
张杨
王�华
于霄
薛惠君
吕昊
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Abstract

本发明公开了一种3G心电监测***，包括心电信号采集模块、前置放大电路、带通滤波电路、主放大电路、50Hz陷波电路、DSP微处理器以及LCD显示模块和3G模块；实时采集传输：实时采集病人的心电、呼吸、体温、心率等医用信息，利用3G网络传输和存储到数据库。实时监控报警：实时心电数据自动分析和预警，为预防和治疗提供参考，遇突发事件主动向值班护士和医生报警，为突发事件赢得宝贵的抢救时间。利用3G无线数据传输：为病人提供24小时连续的心电等生理信息的监护，患者可以自由移动。实时诊断分析：医护人员可以实时调取病人医疗心电数据，结合电子病历，对病情作出分析和诊断。医生的指令可以发回到监护仪，指导治疗和救助。

Description

一种3G心电监测***
技术领域
本发明涉及一种3G心电监测***，属于医疗器械技术领域。
背景技术
目前，心电监护仪是医院普遍使用的经典常规仪器，它使用安全，可实时、准确、长时间地动态检测病人基本电生理参数的变化，并能准确地记录和分析并实时报警，为医护人员治疗及抢救提供有效地帮助。
随着3G网络的完善，利用其来实现移动健康监护，也必将成为一个重要的应用点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种3G心电监测***，采用如下技术方案：
一种3G心电监测***，包括心电信号采集模块、前置放大电路、带通滤波电路、主放大电路、50Hz陷波电路、DSP微处理器以及LCD显示模块和3G模块；
所述心电信号采集模块包括电极和缓冲放大电路、右腿驱动电路、屏蔽层驱动电路；所述电极包括右胸上电极、左腹下电极和右腹下电极，右胸上电极及左腹下电极为心电信号采样电极，右腹下电极为右腿驱动电极；右胸上电极及左腹下电极分别连接缓冲放大电路，缓冲放大电路将输入电极信号进行隔离；右腿驱动电路用于消除在心电检测时形成的交流干扰，降低人体的共模电压，提高信噪比，连接时电极经过电阻与放大器接地端相连；屏蔽层驱动电路用于抑制引入的差模干扰信号；
心电信号采集模块向前置放大电路输出幅度为10uV-4mV的心电信号；前置放大电路用于把缓冲放大电路输出的心电信号进行前置放大，前置放大电路的增益设计为10倍，向带通滤波电路输出幅度为100uv-40mV的心电信号；带通滤波电路用于滤除频率小于0.05Hz，大于100Hz的干扰信号，将心电信号的有用成分从采集到的信号中分离出来，向主放大电路输出频率范围为0.05Hz-100Hz范围内的有用心电信号；主放大电路电路用于心电信号的主要增益放大，增益设计为1-100倍，向50Hz陷波器电路输出幅度为10mV-4V的信号；50Hz陷波器电路用于滤除50Hz工频干扰，向DSP微处理器输出没有干扰的心电信号；DSP微处理器用于实现A/D数据采集、数字滤波，同时对LCD显示模块进行显示控制，对3G模块进行通信控制；3G模块用于把采集到的心电信号实时传输到医院接收终端。
实时采集传输：实时采集病人的心电、呼吸、体温、心率等医用信息，利用3G网络传输和存储到数据库。
实时监控报警：实时心电数据自动分析和预警，为预防和治疗提供参考，遇突发事件主动向值班护士和医生报警，为突发事件赢得宝贵的抢救时间。
利用3G无线数据传输：为病人提供24小时连续的心电等生理信息的监护，患者可以自由移动。
实时诊断分析：医护人员可以实时调取病人医疗心电数据，结合电子病历，对病情作出分析和诊断。医生的指令可以发回到监护仪，指导治疗和救助。
附图说明
图1为本发明***的原理框图；
图2为缓冲放大电路；
图3为右腿驱动电路；
图4为屏蔽层驱动电路；
图5为带通滤波电路；
图6为50Hz陷波电路。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
参考图1，3G心电监测***包括心电信号采集模块、前置放大电路、带通滤波电路、主放大电路、50Hz陷波电路、DSP微处理器以及LCD显示模块和3G模块。
所述心电信号采集模块包括电极和缓冲放大电路、右腿驱动电路、屏蔽层驱动电路。所述电极包括右胸上电极、左腹下电极和右腹下电极，均采用表面镀有AgCl的可拆卸的一次性软电极，并在电极上涂有优质导电膏，右胸上电极及左腹下电极为心电信号采样电极，右腹下电极为右腿驱动电极。
右胸上电极及左腹下电极分别连接缓冲放大电路，缓冲放大电路可以将输入电极信号进行隔离；右腿驱动电路用于消除在心电检测时形成的交流干扰，降低人体的共模电压，提高信噪比，连接时电极经过电阻与放大器接地端相连；屏蔽层驱动电路(与右腿驱动电路并接)用于抑制引入的差模干扰信号(由于元器件不完全对称，电路板存在的分布参数，)。这三路信号汇集后，向前置放大电路输出幅度为10uV-4mV的心电信号；前置放大电路用于把缓冲放大电路输出的心电信号进行前置放大，前置放大电路的增益设计为10倍，向带通滤波电路输出幅度为100uv-40mV的心电信号；带通滤波电路用于滤除频率小于0.05Hz，大于100Hz的干扰信号，将心电信号的有用成分从采集到的信号中分离出来，向主放大电路输出频率范围为0.05Hz-100Hz范围内的有用心电信号；主放大电路电路用于心电信号的主要增益放大，增益设计为1-100倍，向50Hz陷波器电路输出幅度为10mV-4V的信号；50Hz陷波器电路用于滤除50Hz工频干扰，向DSP微处理器输出没有干扰的心电信号；DSP微处理器用于实现A/D数据采集、数字滤波，同时对LCD显示模块进行显示控制，对3G模块进行通信控制。3G模块用于把采集到的心电信号实时传输到医院接收终端。医院接收终端由监控台和信息管理***组成。监控台基于Visual Basic.net平台构建，主要功能是通过3G模块和IP绑定技术接收、处理、保存来自移动单元的数据，并将当前同监护中心连接的用户的生理数据显示出来供医生参考。信息管理***主要由电子病历***构成，主要包含信息录入、查询及信息统计、分析等功能，为医生对病人的资料进行管理提供方便。
锂电池供电模块用于为以上各个模块提供+5V稳压电源。LCD显示模块选用320x240图形液晶显示模块，用于在本地实时显示采集到的心电信号。
参考图2，缓冲放大电路，是心电采集输入电路的重要部分，实际上是一个阻抗转换器，在电路中起隔离作用。为了降低输入噪声，设计上，各放大器具有相同共模抑制比(CMRR)，放大器选用高精度运算放大器OPA4277，具有超低失调电压10uA，超低失调偏移电压±0.1uV，偏置电流最大为1nA。缓冲放大电路设计如图3所示，图3中心电电极采集到的信号经100K电阻接到放大器OPA4277同相端，放大器作为电压跟随器将信号送下一级处理。
参考图3，右腿驱动电路，由于人体在通常情况下通过各种渠道拾取50Hz交流电压，这样就会在心电检测时，在信号中形成交流干扰，常在几伏以上，为了消除这种干扰，通常采用右腿驱动电路。接线时电极经过电阻与放大器接地端相连，能大大降低人体的共模电压。右腿驱动是心电信号提取中必需的一个环节，把混杂于原始心电信号中的共模噪声提取出来，经过一级倒相放大后，再返回到人体，使它们相互叠加，从而减小人体共模干扰的绝对值，提高信噪比，它能够将50Hz的工频干扰降低到1％一下，而且不会将心电信号中的50Hz有用信号除去，与右腿接地的方法比较，右腿驱动技术对抑制交流干扰效果更好。
参考图4，屏蔽层驱动电路抑制由于元器件不完全对称，电路板存在的分布参数，引入的差模干扰信号。采用屏蔽层驱动电路，用共模电压本身驱动屏蔽层给予中和，以便将跨接在其上的共模波动减小到零。
前置放大电路是整个***设计的关键，由于人体的心电信号具有幅度小、频率低、易受干扰、不稳定、随机性强等特点，使得对心电放大电路的设计提出了极其严格的要求，尤其是放大器的选择十分重要，选择放大器时需要从增益、频率响应、输入阻抗、共模抑制比、噪声、源移等几个方面加以综合考虑。
①增益
心电信号幅值范围为10Uv-4mV，而心电放大器增益的常规设计要求心电在正常输入时，即输入为1mV时，输出电平达到1V左右。所以心电放大器的总放大倍数很高，选择为1000倍左右。在电路设计时为抑制电路的零点漂移，进一步提高共模抑制比，要求放大电路应该分多级实现。在本***中，信号的增益控制由前置放大电路、主放大电路、陷波电路的放大部分共同完成。电路设计时，前置放大器的增益设计为10倍，主放大器增益设计为1-100倍，陷波放大器增益是手动可调，用做1mV定标时的微调，正常为4-54倍。
②频率响应
由于人体心电信号的频谱范围为0.05Hz-100Hz，所以设计心电放大器在此频率范围内，为了减少不需要的带外噪声，心电信号用高通和低通滤波器来压缩通频带，同时必须设计抗50Hz工频干扰的陷波电路，这样等到的心电信号才具有可靠的诊断价值。
③输入阻抗
心电放大器输入阻抗的设计取决于被测人体的阻抗特性、所使用的电极类型以及与人体的接触面，心电放大器通过电极与人体连接，从放大器的输入端向人体方向看去，包括电极、导电膏、皮肤、组织液到心脏外壁形成了信号源阻抗，这个源阻抗可看作由电阻串并联的电阻及电容组成。在低频的情况下，这个源阻抗为纯电阻。由于心电信号源阻抗具有高阻抗的特性，而心电信号又是弱小信号，因此，要求心电放大器的输入具有高阻抗特性。否则与源阻抗分压后，心电放大器输入端的信号就更微弱了，而且会出现信号源过负荷使心电信号产生畸变。
基于上述原因，心电信号放大器的前置级，大多都采用差动放大电路结构，使用最普遍的是同相并联差动放大电路，即通常所说的三运放仪表放大器。本***采用了AD公司的仪表放大器AD620作为心电信号前置放大器的核心器件。
参考图5，本***设计了0.05-100Hz的带通滤波电路，5-1为低通电路，5-2为高通电路，将心电信号的有用成分从采集到得信号中分离出来。
参考图6，50Hz陷波电路采用改进的双T阻容有源滤波器，放大器选用低功耗低噪声的运算放大器TLC2254。
TMS32OF2812数字信号处理器，TM S32 OF 2812是TI公司最新推出的一款32位定点高速DSP芯片，采用8级指令流水线，单周期32x32位MAC功能，最高速度每秒钟可执行1.50亿条指令(150MIPS)，保证了控制和信号处理的快速性和实时性。另外IMS32OF2812片上还集成了丰富的外部资源，包括16路12位ADC，16路PWM输出、3个32位通用定时器、128k的16位Flash存贮器、18kRAM存贮器，***中断扩展模块(PIE)可支持45个***中断，并具有McBSP，SPI，SCI和扩展的CAN总线等接口。TMS32OF2812还支持最大1M的外部存贮器扩展。TMS32OF2812支持C/C+十编程语言，其C语言优化器的C编译效率可达0％，还有虚拟浮点数学函数库提供支持，可以大大缩短数学运算与控制程序的开发周期。TMS32OF2812非常适用于电机控制、电源设计、智能传感器设计等应用领域川。在对大型工程机械进行状态监测与故障诊断时首先要对各传感器的信号进行采集。CAN(co ntorlera eranetwork)总线具有可靠性强、链路简单、支持优先级处理等优点[21，因此我们选择了基于CAN总线的主/从分布式的测量方式，并开发了基于TMS32OF2812的智能CAN节点，它具有10路模拟量输人，4路数字量输人，不仅可以根据中心处理主机的命令进行数据采集，还可以实现闹值报警、数字滤波、m变换等功能，可以大大减轻中心处理主机的运算负荷。
3G无线通信模块，本***选用的LC6311是一款TD-SCDMA&GSM(GPRS)双模无线模块，支持TD-SCDMA与GSM***间跨网自动无缝切换，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非对称数据传输能力，上下行数据传输速率可分别达到384kbps；支持UART和USB两种通信接口，使用更为方便和灵活，可以满足不同主控设备的需求；采用2.9mm装配高度的超薄设计，使其可以方便应用于智能手机和各类数据卡中，内部集成H.324协议栈，使得视频电话的功能实现更为简单；内部集成TCP/IP协议，可以方便连接Internet。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种3G心电监测***，其特征在于，包括心电信号采集模块、前置放大电路、带通滤波电路、主放大电路、50Hz陷波电路、DSP微处理器以及LCD显示模块和3G模块；
所述心电信号采集模块包括电极和缓冲放大电路、右腿驱动电路、屏蔽层驱动电路；所述电极包括右胸上电极、左腹下电极和右腹下电极，右胸上电极及左腹下电极为心电信号采样电极，右腹下电极为右腿驱动电极；右胸上电极及左腹下电极分别连接缓冲放大电路，缓冲放大电路将输入电极信号进行隔离；右腿驱动电路用于消除在心电检测时形成的交流干扰，降低人体的共模电压，提高信噪比，连接时电极经过电阻与放大器接地端相连；屏蔽层驱动电路用于抑制引入的差模干扰信号；
心电信号采集模块向前置放大电路输出幅度为10uV-4mV的心电信号；前置放大电路用于把缓冲放大电路输出的心电信号进行前置放大，前置放大电路的增益设计为10倍，向带通滤波电路输出幅度为100uv-40mV的心电信号；带通滤波电路用于滤除频率小于0.05Hz，大于100Hz的干扰信号，将心电信号的有用成分从采集到的信号中分离出来，向主放大电路输出频率范围为0.05Hz-100Hz范围内的有用心电信号；主放大电路电路用于心电信号的主要增益放大，增益设计为1-100倍，向50Hz陷波器电路输出幅度为10mV-4V的信号；50Hz陷波器电路用于滤除50Hz工频干扰，向DSP微处理器输出没有干扰的心电信号；DSP微处理器用于实现A/D数据采集、数字滤波，同时对LCD显示模块进行显示控制，对3G模块进行通信控制；3G模块用于把采集到的心电信号实时传输到医院接收终端。
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