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一種低功耗便攜式心電監護系統.pdf

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一種 功耗 便攜式 監護 系統
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摘要
申請專利號:

CN201620500682.7

申請日:

20160530

公開號:

CN205758549U

公開日:

20161207

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61B5/0402 主分類號: A61B5/0402
申請人: 高鵬
發明人: 高鵬,胡厚源,李永勤,魏良,戴晨曦,蔡軍杰,祖丹
地址: 400038 重慶市沙坪壩區高灘巖正街30號
優先權: CN201620500682U
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201620500682.7

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本實用新型涉及一種低功耗便攜式心電監護系統,屬于便攜式人體心電監護領域,包括心電電極、導聯線、心電信號調理電路、單片機控制電路、低功耗藍牙電路、可充電鋰電池、電源管理電路、智能手機、服務端。本實用新型采用右腿驅動、有源濾波、雙儀表運放、數字平滑濾波,有效提取心電信號,采用差分閾值法準確檢測R波計算心率,利用智能手機繪制實時心電圖并可向服務端發送心電數據,醫生可在服務端查看、分析心電數據。本實用新型采用低功耗設計,體積小,適用于隨時隨地需要關注自身心電情況的人群。

權利要求書

1.一種低功耗便攜式心電監護系統,其特征在于,包括心電電極、導聯線、心電信號調理電路、單片機控制電路、低功耗藍牙電路、可充電鋰電池、電源管理電路、智能手機、服務端;所述心電電極攝取人體心電信號,通過所述導聯線傳遞給所述心電信號調理電路;所述心電信號調理電路,包括前置放大電路、右腿驅動電路、低通濾波電路、高通濾波電路、主放大電路、基線調整電路,將心電信號放大、濾波后傳遞給所述單片機控制電路;所述單片機控制電路對所述心電信號調理電路輸出信號進行采樣、AD轉換、平滑濾波、心率計算,將處理所得心電數據傳遞給所述低功耗藍牙電路,對所述可充電鋰電池電量進行監測、提示;所述低功耗藍牙電路將所述單片機控制電路輸出數據通過藍牙發送到所述智能手機;所述電源管理電路,包括充電管理電路、正負電源轉換電路、分壓電路、穩壓電路,對所述可充電鋰電池進行充電管理,為所述心電信號調理電路、所述單片機控制電路、所述低功耗藍牙電路供電,將所述可充電鋰電池分壓后傳遞給所述單片機控制電路;所述智能手機接收、存儲所述低功耗藍牙電路發送的心電數據,繪制心電圖、提示異常并將心電數據通過微信、郵件、QQ發送到所述服務端;所述服務端接收、顯示、分析所述智能手機發送的心電數據。2.根據權利要求1所述的一種低功耗便攜式心電監護系統,其特征在于,所述心電電極采用貼片式心電電極,所述導聯線采用扣式導聯線,所述導聯線與所述心電信號調理電路通過3.5mm耳機接口連接。3.根據權利要求1所述的一種低功耗便攜式心電監護系統,其特征在于,所述前置放大電路采用儀表運放AD620AR芯片;所述右腿驅動電路采用運放OP07C芯片;所述低通濾波電路采用有源二階低通設計,采用LM358D芯片;所述高通濾波電路采用有源二階高通設計,采用LM358D芯片;所述主放大電路采用儀表運放AD620AR芯片,該芯片基準引腳連接所述基線調整電路,所述基線調整電路采用大阻值滑動變阻器。4.根據權利要求1所述的一種低功耗便攜式心電監護系統,其特征在于,所述單片機控制電路采用低功耗處理器MSP430F149芯片,利用所述MSP430F149芯片內置的TimerA定時器設置采樣率控制AD轉換,利用所述MSP430F149芯片內置的12位ADC模塊對心電信號調理電路輸出進行AD轉換;利用所述MSP430F149芯片對采樣得到的心電數據進行平滑濾波、R波檢測、心率計算,將處理后的心電數據輸出到所述單片機控制電路的UART接口;利用所述MSP430F149芯片內置的比較器A模塊對所述可充電鋰電池電量進行監測、提示。5.根據權利要求1所述的一種低功耗便攜式心電監護系統,其特征在于,所述低功耗藍牙電路采用CC2541藍牙4.0模塊,所述低功耗藍牙電路UART接口與所述單片機控制電路UART接口連接。6.根據權利要求1所述的一種低功耗便攜式心電監護系統,其特征在于,所述鋰電池充電管理電路采用TP4056芯片,所述充電管理電路通過USBMicro-B接口與外部電源連接,所述外部電源輸入充電電壓5V、電流1A;所述正負電源轉換電路采用ICL7660ESA芯片;所述鋰電池分壓電路采用大阻值滑動變阻器;所述穩壓電路采用NCP600SN330T1G芯片。7.根據權利要求1所述的一種低功耗便攜式心電監護系統,其特征在于,所述智能手機支持藍牙4.0,包括Android手機和iOS手機。8.根據權利要求1所述的一種低功耗便攜式心電監護系統,其特征在于,所述服務端,包括電腦、平板、智能手機。

說明書

技術領域

本實用新型涉及一種低功耗便攜式心電監護系統,屬于便攜式人體心電監護領域。

背景技術

隨著人們工作、生活方式、飲食習慣的改變和人口老齡化,我國的心臟病發病率逐年攀升。心電圖能反映人體心臟的電活動過程,對心臟基本功能及其病理研究方面具有重要的參考價值,可以分析與鑒別各種心律失常,也可以反映心肌受損的情況和心房、心室的功能結構情況。因此,心電監護顯得越來越重要,對于已經患心臟疾病的人群來說,更需要隨時隨地對自己的心電進行監護并及時向醫生反饋。

目前,醫院現有的心電設備體積、功耗較大、價格昂貴并且需要專業人員才能熟練操作,不適用于上述人群。現有便攜式監護系統,在心電信號提取方面,一些采用集成心電采集芯片,信號放大、濾波參數不易調整,從而使得心電提取效果不夠好;另一些采用分立元器件搭建的心電采集電路,干擾處理的不好,尤其是肌電、基線漂移等干擾,波形差,從而異常提示、心率計算都會有問題。在功耗方面,現有便攜式心電監護系統沒有采用低功耗設計,體積大,不便于隨時隨地根據需要進行心電監護。而且現有便攜式監護系統不具有向醫生反饋心電數據的功能,絕大多數只支持單一平臺智能手機。

因此,目前需要一種低功耗便攜式的心電監護系統了,同時支持iOS和Android智能手機,通過所述系統人們可以隨時隨地監測自己的心電情況,并且可以將心電數據發送到服務端,醫生則可以方便快捷地在服務端查看和分析心電數據,做到心臟疾病早發現、早預防、早治療。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種低功耗便攜式心電監護系統,該系統采用低功耗設計,能夠采集人體心電信號并通過藍牙傳輸到智能手機,智能手機顯示心電圖、心率以及提示異常,并對心電數據進行存儲、回放,還可將心電數據發送到服務端,供醫生查看、分析。

本實用新型解決其技術問題所采用的方案是:一種低功耗便攜式心電監護系統,其特征在于,包括心電電極、導聯線、心電信號調理電路、單片機控制電路、低功耗藍牙電路、可充電鋰電池、電源管理電路、智能手機、服務端;所述心電電極攝取人體心電信號,通過所述導聯線傳遞給所述心電信號調理電路;所述心電信號調理電路,包括前置放大電路、右腿驅動電路、低通濾波電路、高通濾波電路、主放大電路、基線調整電路,將心電信號放大、濾波后傳遞給所述單片機控制電路;所述單片機控制電路對所述心電信號調理電路輸出信號進行采樣、AD轉換、平滑濾波、心率計算,將處理所得心電數據傳遞給所述低功耗藍牙電路,對所述可充電鋰電池電量進行監測、提示;所述低功耗藍牙電路將所述單片機控制電路輸出數據通過藍牙發送到所述智能手機;所述電源管理電路,包括充電管理電路、正負電源轉換電路、分壓電路、穩壓電路,對所述可充電鋰電池進行充電管理,為所述心電信號調理電路、所述單片機控制電路、所述低功耗藍牙電路供電,將所述可充電鋰電池分壓后傳遞給所述單片機控制電路;所述智能手機接收、存儲所述低功耗藍牙電路發送的心電數據,繪制心電圖、提示異常并將心電數據通過微信、郵件、QQ發送到所述服務端;所述服務端接收、顯示、分析所述智能手機發送的心電數據。

可選地,所述心電電極采用貼片式心電電極,所述導聯線采用扣式導聯線,所述導聯線與所述心電信號調理電路通過3.5mm耳機接口連接;所述前置放大電路采用儀表運放AD620AR芯片;所述右腿驅動電路采用運放OP07C芯片;所述低通濾波電路采用有源二階低通設計,采用LM358D芯片;所述高通濾波電路采用有源二階高通設計,采用LM358D芯片;所述主放大電路采用儀表運放AD620AR芯片,該芯片基準引腳連接所述基線調整電路,所述基線調整電路采用大阻值滑動變阻器;所述單片機控制電路采用低功耗處理器MSP430F149芯片,利用所述MSP430F149芯片內置的Timer A定時器設置采樣率控制AD轉換,利用所述MSP430F149芯片內置的12位ADC模塊對心電信號調理電路輸出進行AD轉換;利用所述MSP430F149芯片對采樣得到的心電數據進行平滑濾波、R波檢測、心率計算,將處理后的心電數據輸出到所述單片機控制電路的UART接口;利用所述MSP430F149芯片內置的比較器A模塊對所述可充電鋰電池電量進行監測、提示;所述低功耗藍牙電路采用CC2541藍牙4.0模塊,所述低功耗藍牙電路UART接口與所述單片機控制電路UART接口連接;所述鋰電池充電管理電路采用TP4056芯片,所述充電管理電路通過USB Micro-B接口與外部電源連接,所述外部電源輸入充電電壓5V、電流1A;所述正負電源轉換電路采用ICL7660ESA芯片;所述鋰電池分壓電路采用大阻值滑動變阻器;所述穩壓電路采用NCP600SN330T1G芯片;所述智能手機支持藍牙4.0,包括Android手機和iOS手機;所述服務端,包括電腦、平板、智能手機。

本實用新型的有益效果是該系統體積小、噪聲小、功耗低、簡單易用,可隨時隨地進行心電監護且利于醫生及時掌握使用者心電情況。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統框圖。

圖2為本實用新型的單片機控制電路程序流程圖。

圖3為本實用新型的智能手機APP程序流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖說明對本實用新型的實施制作進行進一步詳細描述,但本實施例并不用于限制本實用新型,凡是采用本實用新型的相似結構及其相似變化,均應列入本實用新型的保護范圍。

本實施例的系統框圖如圖1所示,本施實例包括心電電極1、導聯線2、心電信號調理電路3、單片機控制電路4、低功耗藍牙電路5、電源管理電路6、可充電鋰電池7、智能手機8、服務端9。心電信號調理電路3包括前置放大電路301、右腿驅動電路302、基線調整電路303、低通濾波電路304、高通濾波電路305、主放大電路306。所述電源管理電路6包括充電管理電路601、正負電源轉換電路602、分壓電路603、穩壓電路604。心電電極1經導聯線2連接到前置放大電路301及右腿驅動電路302,右腿驅動電路302連接到前置放大電路301,前置放大電路301連接到低通濾波電路304,低通濾波電路304連接到高通濾波電路305,高通濾波電路305連接到主放大電路306,基線調整電路303連接到主放大電路306,主放大電路306連接到單片機控制電路4,單片機控制電路4連接到低功耗藍牙電路5,智能手機8通過藍牙與低功耗藍牙電路5相連接。充電管理電路601連接到可充電鋰電池7,對可充電鋰電池7進行充電管理;可充電鋰電池7分別接到正負電源轉換電路602、分壓電路603以及穩壓電路604,正負電源轉換電路602為心電信號調理電路3供電,分壓電路603連接到單片機控制電路4,穩壓電路604為單片機控制電路4及低功耗藍牙電路5供電。智能手機8通過社交網絡應用程序微信、郵件、QQ向服務端9發送心電數據,醫生可查看和分析服務端9所接收到的心電數據。

本實施例工作流程如下,以Ⅱ導心電監護為例,所述心電電極1分別貼于人體右手腕、右腳踝、左腳踝,所述心電電極1通過所述導聯線2連接至心電信號調理電路3的3.5mm耳機插口,所述心電電極1采用3M公司的貼片式監護電極,所述導聯線2采用扣式導聯線。經所述3.5mm耳機插口,所述右腳踝電極信號輸入至所述右腿驅動電路302,所述右手腕電極信號輸入至所述前置放大電路301正輸入端,所述左腳踝電極信號輸入至所述前置放大電路301負輸入端,所述右腿驅動電路302連接到所述前置放大電路301以減小共模干擾,所述前置放大電路301采用AD620AR芯片,放大倍數10倍,所述右腿驅動電路302采用OP07C芯片。所述前置放大電路301輸出至所述低通濾波電路304,所述低通濾波電路304采用二階有源低通濾波電路,截止頻率100Hz,采用LM358D芯片;所述低通濾波電路304輸出至所述高通濾波電路305,所述高通濾波電路305采用二階有源高通濾波電路,截止頻率0.05Hz,采用LM358D芯片。所述高通濾波電路305輸出至所述主放大電路306,所述主放大電路306采用AD620AR芯片,放大倍數50倍,其基準引腳接到所述基線調整電路303,所述基線調整電路303由兩端分別連接到正負電源的大阻值滑動變阻器構成。所述主放大電路306輸出至所述單片機控制電路4,所述單片機控制電路4采用MSP430F149芯片,所述MSP430F149芯片CA0端口接到所述分壓電路603。

所述MSP430F149單片機控制電路程序流程圖如圖2所示,主程序首先初始化WDT、外部時鐘、Timer A、ADC、UART串口以及比較器A模塊,然后打開中斷,利用所述MSP430F149芯片內置比較器A模塊以輪詢方式檢測分壓電路傳入電壓,當電壓低于一定值時表明電源電量不足,此時點亮低電量指示燈。在Timer A中斷處理程序中,利用所述MSP430F149芯片內置Timer A定時器設置采樣率控制AD轉換,本例中采樣率設為200。在ADC中斷處理程序中,利用所述MSP430F149芯片內置12位ADC模塊對所述主放大電路306輸出進行AD轉換,對轉換結果進行4點平滑濾波,用兩字節存儲平滑濾波后的心電數據,對平滑濾波后結果進行差分運算,根據設置的閾值檢測R波并求出心率,用一個字節存儲心率,為了避免心律不齊對心率的影響,對求出的心率再進行5個點平均。為了簡化藍牙數據發送和所述智能手機8 APP數據接收解析,將平滑濾波后的心電數據左移一位,然后分成高低位字節,再對處理所得的心率值進行閾值處理,其最大值設為254,于是在待發送的3個字節(心電數據高低位字節、心率字節)數據中都不包含255,因此將255作為數據傳輸的同步位,在連續向該芯片UART接口輸出兩個255后再依次輸出心電的高低字節及心率字節,所述智能手機8 APP只要將收到的心電數據除以2即可還原心電數據。

所述單片機控制電路4輸出至所述低功耗藍牙電路5,所述低功耗藍牙電路5采用CC2541藍牙4.0模塊,所述低功耗藍牙電路5 UART與所述單片機控制電路4 UART連接,波特率設為19200,所述低功耗藍牙電路5通過藍牙發送數據發送至所述智能手機8。所述充電管理電路601接至所述可充電鋰電池7,所述充電管理電路601采用TP4056芯片,外部電源通過USB Micro-B接口接至所述充電管理電路601對所述可充電鋰電池7充電;所述可充電鋰電池7分別接至所述正負電源轉換電路602、所述分壓電路603及所述穩壓電路604,所述正負電源轉換電路602將所述可充電鋰電池7輸出電壓轉換為負并為所述心電信號調理電路3供電,所述分壓電路603將所述可充電鋰電池分壓后輸出至所述單片機控制電路4對所述可充電電池7電量監測、提示,所述穩壓電路604為所述單片機控制電路4、所述低功耗藍牙電路5供電;所述正負電源轉換電路602采用ICL7660ESA芯片,所述分壓電路603由兩端分別連接到正負電源的大阻值滑動變阻器構成,所述穩壓電路604采用NCP600SN330T1G芯片。

所述智能手機8支持藍牙4.0、能通過3G或WIFI連接互聯網并裝有社交網絡應用程序微信、郵件、QQ。根據目前智能手機市場占有情況,所述智能手機8采用Android手機和iOS手機,本實施例中采用Google Nexus5和iPhone6 plus。所述智能手機8 APP開發采用Cordova跨平臺開發框架,在Eclipse開發環境采用Thym Cordova開發插件開發出Andoird APP,然后將源代碼在Mac系統下Xcode開發環境編譯調試iOS APP。所述智能手機8 APP程序流程圖如圖3所示,程序首先初始化Cordova插件、檢測智能手機系統平臺類型、綁定事件處理程序、加載用戶界面,然后判斷操作類型,可加載心電數據進行回放和進行心電監護;心電監護時首先初始化并打開藍牙,搜索到低功耗藍牙后與之連接、查詢串口數據傳輸服務、訂閱串口數據傳輸服務,訂閱服務成功后開始接收、存儲心電數據,數據解析時先識別藍牙數據中的兩個同步字節255,然后依次讀出心電數據及心率,將心電數據除以2以還原心電數據,根據解析后的數據實時繪制心電圖并對異常進行提示,根據需要可將心電數據通過微信、郵件、QQ發送給所述服務端9。所述服務端9,包括電腦、平板、智能手機,顯示所接收到的心電圖,根據接收到的心電數據進行心電圖繪制,也可以使用專業數據分析軟件對心電數據進行分析。

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