CN203354539U - 一种便携式心电多导联监护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：它包括用于探测人体心电信号的导联头、采集人体心电信号的采集电路、对输入的人体心电信号进行滤波和隔离处理的缓冲隔离电路、滤除工频干扰信号的右腿驱动电路、对心电信号进行差分放大的前置放大电路、进行二次放大的二级放大电路、对心电信号进行切换的导联切换电路、控制导联切换和对数字化的心电信号进行处理的MCU、将三个差分心电信号转换成三组差分心电信号的单分转差分电路、对信号进行模数转换的AD转换电路、将数字化的心电信号传输到PC机的传输无线网络传输模块和对接收到的心电信号进行显示的PC机。本实用新型可以广泛应用于家庭或者社区的心电监护场合中。

Description

一种便携式心电多导联监护装置

技术领域

本实用新型涉及一种心电监护装置，特别是一种便携式心电多导联监护装置。

背景技术

随着全球经济的蓬勃发展以及人类物质文化生活水平的不断提高，人们越来越关注自身的健康状况，而且随着世界人口老龄化趋势的不断加剧以及亚健康人群的不断增加，对健康状况进行智能监控成为人们的客观需求。由于心脏病发病时一般具有突发性、短暂性和危险性等特点，因此，有必要对患者的心电图进行长时间的实时监控，从而实现对患者及时抢救、对其疾病进行及时预报的目的。对于人体心电信号的监测和监护工作，医院常规的心电设备只能对患者短时间内的心电图进行检查，不易捕捉到人体偶发性的失常心电信号。而便携式的Holter（动态心电图）装置只能把数据采集后存储在Flash存储器（闪速存储器）中，监护完成之后才能对心电信号进行判断，不能对心电信号进行实地数据上传监护，更无从谈起实时地分析预警。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种便携式心电多导联监护装置，其具有低功耗、便于携带、可以对患者进行动态实时监护的特点。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：它包括导联头、采集电路、缓冲隔离电路、右腿驱动电路、前置放大电路、二级放大电路、导联切换电路、MCU、单分转差分电路、AD转换电路、无线网络传输模块和PC机；所述导联头由带导联线的RL右腿电极片、LA左臂电极片、RA右臂电极片、LL左腿电极片和V胸电极片构成；所述采集电路将所述导联头探测到的LA、RA、LL、V四路微弱的人体心电信号送入所述缓冲隔离电路；所述缓冲隔离电路滤除所述人体心电信号中的射频电磁干扰信号，并将所述人体心电信号与所述前置放大电路进行充分隔离，通过所述缓冲隔离电路对所述人体心电信号进行充分采集；滤除干扰后的所述人体心电信号通过所述右腿驱动电路滤除50Hz工频共模干扰信号后，经过所述前置放大电路进行初级差分放大得到三个较纯净的差分心电信号LA-RA、LL-RA、V-RA，所述三个较纯净的差分心电信号LA-RA、LL-RA、V-RA被送到所述二级放大电路中进行二次放大；所述导联切换电路中的高低电平由所述MCU控制，实现对所述LA-RA、LL-RA、V-RA三个差分心电信号的导联切换；所述单分转差分电路将所述LA-RA、LL-RA、V-RA三个差分心电信号转换成(LA-RA)+和(LA-RA)-、(LL-RA)+和(LL-RA)-以及(V-RA)+和(V-RA)-三组差分心电信号；所述三组差分心电信号分别传输至所述AD转换电路中进行模数转换后，通过串行外设接口模式传输给所述MCU，所述MCU对数字化的心电信号进行运算、滤波和移位后通过所述无线网络传输模块传输给所述PC机，在所述PC机上通过界面显示屏对心电信号进行显示。

所述前置放大电路采用型号为AD8221的前置放大器。

所述二级放大电路采用型号为MAX4044的轨到轨输入输出运算放大器。

所述AD转换电路采用型号为AD7691的模数转换芯片。

所述MCU采用嵌入式微处理器MSP430。

所述无线网络传输模块采用ZigBee网络传输模块。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于由导联头、采集电路、缓冲隔离电路、右腿驱动电路、前置放大电路、二级放大电路、导联切换电路、MCU、单分转差分电路、AD转换电路、无线网络传输模块和PC机构成，因此本实用新型结构小巧、便于携带。2、本实用新型由于采用高速、低功耗、单电源供电、精度高的前置放大器AD8221对心电信号进行初级放大；采用超低功耗的16位嵌入式微处理器MSP430使能并且控制导联切换电路、对数字化后的心电信号进行滤波处理；采用功耗低、时延短、容量大、保密性强、可靠性高的无线网络传输模块对心电信号进行传输；因此本实用新型具有功耗低的特点。3、本实用新型由于采用无线网络传输模块能够将测量的心电信号实时传送给PC机，因此本实用新型能够动态实时、不间断地监测和传送重要生命特征参数，并将获得的数据实时地传送给医护人员。基于以上优点，本实用新型可以广泛在家庭或者社区的心电监护场合中应用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图

具体实施方式

人体的心电信号是一种低频率的微弱电信号，其频率范围为0.05Hz～100Hz，其幅值为10uV～5mV。由于心电信号直接取自人体，人体电阻很大，因此在心电信号采集的过程中不可避免地会混入各种干扰信号。对心电信号进行测量的过程中，干扰信号主要有：（1）50Hz工频干扰，它是由市电频率产生的电磁干扰信号，分布在测量环境中；（2）除心电心号外，人体电现象所引起的噪声干扰；（3）射频电磁干扰；（4）导联头电极噪声干扰。

针对上述人体心电信号的特点，下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型包括由带导联线的RL（右腿）电极片、LA（左臂）电极片、RA（右臂）电极片、LL（左腿）电极片和V（胸）电极片构成的导联头1、采集电路2、缓冲隔离电路3、右腿驱动电路4、前置放大电路5、二级放大电路6、导联切换电路7、MCU（微控制单元）8、单分转差分电路9、AD（模数）转换电路10、无线网络传输模块11和PC机12。

导联头1探测到的LA、RA、LL、V四路微弱的心电信号经采集电路2采集后送入缓冲隔离电路3。缓冲隔离电路3滤除人体心电信号中的射频电磁干扰信号，并将心电信号与前置放大电路5进行充分的隔离，通过缓冲隔离电路3对心电信号进行充分采集。滤除射频电磁干扰后的心电信号通过右腿驱动电路4滤除50Hz工频共模干扰信号后，经过前置放大电路5进行初级差分放大，得到三个较纯净的差分心电信号LA-RA、LL-RA、V-RA。三个较纯净的心电信号LA-RA、LL-RA、V-RA被送到二级放大电路6中进行二次放大。导联切换电路7中的高低电平由MCU8控制，实现对LA-RA、LL-RA、V-RA三个差分心电信号的导联切换。单分转差分电路9将LA-RA、LL-RA、V-RA三个差分心电信号转换成(LA-RA)+和(LA-RA)-、(LL-RA)+和(LL-RA)-以及(V-RA)+和(V-RA)-三组差分心电信号。三组差分心电信号分别被送入AD（模数）转换电路10中，将模拟的心电信号转换成数字信号后通过SPI（串行外设接口）模式传输给MCU8，MCU8对数字化的心电信号进行运算、滤波和移位后传送给无线网络传输模块11，无线网络传输模块11把信号传给PC机12，在PC机12上通过界面显示屏对心电信号进行显示。

上述实施例中，缓冲隔离电路3由并联的四条通路构成，其中，每条通路由一个二阶滤波器和一个运算放大器级联组成。采集电路2将采集到的LA、RA、LL、V四路微弱的心电信号分别送入缓冲隔离电路3中并联的四条通路，每条通路中的二阶低通滤波器滤除心电信号中大于2kHz的干扰信号，然后通过每条通路中的运算放大器提高LA、RA、LL、V四路心电信号的输入阻抗，减小由于阻抗不匹配对LA、RA、LL、V四路心电信号传输造成的影响。

上述实施例中，右腿驱动电路4由驱动电路和RL电极片连接构成，驱动电路由三个运算放大器级联构成。被缓冲隔离电路3充分采集并滤除射频电磁干扰信号后的LA、RA、LL、V四路心电信号经过驱动电路中的前两级运算放大器后，其输入阻抗增大，其输出阻抗减小；第三级运算放大器采用反向开环放大的形式，把采集到的混有50Hz工频共模干扰信号的四路人体心电信号LA、RA、LL、V以反向放大的形式放大后，通过RL反馈到人体，滤出约99%的工频共模干扰信号。右腿驱动电路4通过RL将本级信号反馈到导联线的屏蔽层中，从而消除寄生电容对心电信号的影响。

上述实施例中，前置放大电路5采用高精度、低噪声、低功耗、增益为7的前置放大器AD8221，其对共模信号具有很高的共模抑制比，而对差模信号具有很高的放大能力。若干电阻构成的一级放大电路与前置放大器AD8221相连，四路心电信号LA、RA、LL、V被差分转换成LA-RA、LL-RA和V-RA三路差分信号并被放大。

上述实施例中，二级放大电路6采用放大倍数为75的低功耗轨到轨输入输出运算放大器MAX4044，若干电阻、电容构成低功耗轨到轨输入输出运算放大器MAX4044的***电路。

上述实施例中，导联切换电路7由MCU8中选用的超低功耗的16位嵌入式微处理器MSP430控制，通过对所用芯片ADG1608的高低电平的控制实现对LA-RA、LL-RA和V-RA三个差分心电信号的导联切换。导联切换电路7由芯片ADG1608、一个运算放大器和若干电阻、电容构成，芯片ADG1608的使能端连接MCU8中的微处理器MSP430，其输入端连接二级放大电路6，其输出数据端连接一个运算放大器，该运算放大器对单分转差分电路9中的信号与导联切换后的信号之间进行隔离。

上述实施例中，MCU8采用超低功耗的16位嵌入式微处理器MSP430，MSP430通过使能并且控制导联切换电路7中的芯片ADG1608来获得不同的导联信号；利用其内部的硬件乘法器对心电信号进行简单的数字信号滤波处理；通过普通IO口模拟SPI接口，读取模数转换芯片AD7691采集到的心电信号；利用导联信号之间的数学关系式，由三个差分心电信号LA-RA、LL-RA和V-RA分别计算出其它导联信号，其他导联信号如肢体导联信号I、II、III，加压肢体导联信号aVR、aVL、aVF和胸导联信号V；通过异步串行接口与无线网络传输模块11进行通讯，将经数字化处理后的心电信号上传到监护中心的PC机12用于信号的显示和进一步处理。

上述实施例中，AD转换电路10采用逐次逼近型高性能模数转换芯片AD7691，模数转换芯片AD7691的最高采样率为250kbps，采集精度为18bit，18位串行数据输出，采用5V单电源供电，其具有高速、低功耗、单电源供电、精度高等特点。芯片AD7691是一种差分信号输入芯片，其与单分转差分电路9所采用的芯片AD8475相连，经过芯片AD8475的驱动，模数转换芯片AD7691可以接收负电压信号，从而大大提高了对所能测量信号的量程。

上述实施例中，无线网络传输模块11采用ZigBee网络传输模块，其具有功耗低、时延短、容量大、保密性强、可靠性高等特点。采集到的心电信号经滤除干扰、模数转换处理后，通过无线网络传输模块11传送给PC机12，并通过PC机12的界面显示屏进行显示。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：它包括导联头、采集电路、缓冲隔离电路、右腿驱动电路、前置放大电路、二级放大电路、导联切换电路、MCU、单分转差分电路、AD转换电路、无线网络传输模块和PC机；

所述导联头由带导联线的RL右腿电极片、LA左臂电极片、RA右臂电极片、LL左腿电极片和V胸电极片构成；

所述采集电路将所述导联头探测到的LA、RA、LL、V四路微弱的人体心电信号送入所述缓冲隔离电路；

所述缓冲隔离电路滤除所述人体心电信号中的射频电磁干扰信号，并将所述人体心电信号与所述前置放大电路进行充分隔离，通过所述缓冲隔离电路对所述人体心电信号进行充分采集；

滤除干扰后的所述人体心电信号通过所述右腿驱动电路滤除50Hz工频共模干扰信号后，经过所述前置放大电路进行初级差分放大得到三个较纯净的差分心电信号LA-RA、LL-RA、V-RA，所述三个较纯净的差分心电信号LA-RA、LL-RA、V-RA被送到所述二级放大电路中进行二次放大；

所述导联切换电路中的高低电平由所述MCU控制，实现对所述LA-RA、LL-RA、V-RA三个差分心电信号的导联切换；

所述单分转差分电路将所述LA-RA、LL-RA、V-RA三个差分心电信号转换成(LA-RA)+和(LA-RA)-、(LL-RA)+和(LL-RA)-以及(V-RA)+和(V-RA)-三组差分心电信号；

所述三组差分心电信号分别传输至所述AD转换电路中进行模数转换后，通过串行外设接口模式传输给所述MCU，所述MCU对数字化的心电信号进行运算、滤波和移位后通过所述无线网络传输模块传输给所述PC机，在所述PC机上通过界面显示屏对心电信号进行显示。

2.如权利要求1所述的一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：所述前置放大电路采用型号为AD8221的前置放大器。

3.如权利要求1所述的一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：所述二级放大电路采用型号为MAX4044的轨到轨输入输出运算放大器。

4.如权利要求2所述的一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：所述二级放大电路采用型号为MAX4044的轨到轨输入输出运算放大器。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：所述AD转换电路采用型号为AD7691的模数转换芯片。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：所述MCU采用嵌入式微处理器MSP430。

7.如权利要求5所述的一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：所述MCU采用嵌入式微处理器MSP430。

8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：所述无线网络传输模块采用ZigBee网络传输模块。

9.如权利要求5所述的一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：所述无线网络传输模块采用ZigBee网络传输模块。

10.如权利要求6所述的一种便携式心电多导联监护装置，其特征在于：所述无线网络传输模块采用ZigBee网络传输模块。