專利名稱：一種便攜式數(shù)字動態(tài)心電記錄儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種便攜式數(shù)字動態(tài)心電記錄儀，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
心血管疾病是威脅人類生命的主要病癥之一，由于未能及時發(fā)現(xiàn)病變進行早期搶 救，許多心臟病患者往往極易死亡。心電信號檢測是發(fā)現(xiàn)心臟病的最直接手段，然而，心血 管疾病發(fā)病具有很大的偶然性與突發(fā)性，一些異常的心電信息只有在某些特殊的情況下才 出現(xiàn)，因此，有必要對被監(jiān)測者在正常生活狀態(tài)下的心電信號進行長時間記錄與分析。 為了解決該問題，目前醫(yī)學(xué)中使用比較多的是動態(tài)心電記錄儀(Holter) ， Holter 能夠長時間記錄心電信號并保存在記錄器上，并且可以將信號進行回放和分析，便攜式 Holter能隨身攜帶，記錄病人日常生活時的心電信號，具有重要的醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值。目前市場 上的便攜式動態(tài)心電記錄儀正向小型化、數(shù)字化發(fā)展，但難以同時滿足功耗低、體積小和性 能高的需求。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種低功耗、體積小、高性能的便攜式數(shù) 字動態(tài)心動記錄儀。 本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是該便攜式數(shù)字動態(tài)心電記錄儀 包括導(dǎo)聯(lián)電極、心電信號調(diào)理電路、加速度傳感器、單片機、液晶顯示屏、按鍵、記憶卡和電 源模塊，所述導(dǎo)聯(lián)電極與所述心電信號調(diào)理電路連接，所述心電信號調(diào)理電路、加速度傳感 器、液晶顯示屏、按鍵、記憶卡分別與所述單片機連接，所述心電信號調(diào)理電路、加速度傳感 器、單片機、液晶顯示屏、按鍵、記憶卡分別與電源模塊連接。 進一步地，本實用新型所述心電信號調(diào)理電路包括第一前置放大器、第一濾波放 大電路、第二前置放大器、第二濾波放大電路、第三前置放大器、第三濾波放大電路、右腿驅(qū) 動電路和參考電壓電路，所述第一前置放大器與第一濾波放大電路連接，所述第二前置放 大器與第二濾波放大電路連接，所述第三前置放大器與第三濾波放大電路連接，所述第一 前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器和參考電壓電路分別與所述右腿驅(qū)動電路 連接，所述第一濾波放大電路、第二濾波放大電路、第三濾波放大電路和右腿驅(qū)動電路分別 與所述參考電壓電路連接。 進一步地，本實用新型所述加速度傳感器為數(shù)字加速計芯片。 進一步地，本實用新型所述單片機為低功耗模數(shù)混合型微處理器。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點 1.本實用新型數(shù)字化、集成化程度高，結(jié)構(gòu)緊湊，采用小號電池，在實現(xiàn)多通道心 電信號采集、加速度信息采集、LCD顯示、按鍵交互等多種功能的同時，實現(xiàn)儀器的小型化。 2.低功耗，記錄儀使用一節(jié)市售7號1. 5V堿性電池可持續(xù)記錄48小時以上。 3.本實用新型可記錄加速度信息，有利于計算機分析時排除由于病人運動而引起的心電信號危機，提高醫(yī)生后期回放分析數(shù)據(jù)的效率。
圖1為本實用新型數(shù)字心電記錄儀的結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖2為本實用新型電源模塊的原理框圖； 圖3為本實用新型心電信號調(diào)理電路的電路原理圖； 圖4為本實用新型數(shù)字電路的電路原理圖； 圖5為本實用新型數(shù)字心電記錄儀的工作流程圖。
具體實施方式圖1是本實用新型一種實施例的便攜式數(shù)字心電記錄儀的結(jié)構(gòu)示意框圖。該記錄 儀主要由導(dǎo)聯(lián)電極、心電信號調(diào)理電路、電源模塊、單片機、加速度傳感器、記憶卡、按鍵和 液晶顯示屏構(gòu)成。電源模塊為記錄儀供電，導(dǎo)聯(lián)電極連接人體和心電信號調(diào)理電路，把體表 心電信號傳導(dǎo)到心電信號調(diào)理電路的輸入端，心電信號調(diào)理電路對三通道心電信號進行放 大、濾波后，輸出到單片機的A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入端，心電信號調(diào)理電路的右腿驅(qū)動輸出通過
導(dǎo)聯(lián)電極接回到人體，單片機對采集到的心電數(shù)據(jù)和加速度傳感器的數(shù)據(jù)進行緩沖存儲， 當(dāng)緩沖數(shù)據(jù)達到一定量時，單片機以突發(fā)形式把數(shù)據(jù)寫入記憶卡，單片機可通過液晶顯示 屏顯示實時心電信號波形，用戶通過按鍵與單片機進行交互操作，實現(xiàn)記錄的開始/停止， 開啟/關(guān)閉顯示波形等功能。 其中，導(dǎo)聯(lián)電極可采用市售的動態(tài)心電導(dǎo)聯(lián)，在本實施例中，采用7電極式動態(tài)心 電導(dǎo)聯(lián)線，7個電極包括第一差分通道CHl+、CHl-，第二差分通道CH2+、CH2-，第三差分通道 CH3+、 CH3-，右腿驅(qū)動電極RL。 按照本實施例所采用的器件方案，記錄儀使用1節(jié)市售7號1. 5V堿性電池，可連 續(xù)記錄48小時以上。記錄儀通過電源模塊對電池進行電壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)流，圖2為本實施例中 電源模塊的原理框圖，該電源模塊的電路包括升壓轉(zhuǎn)換電路和降壓電路兩部分，升壓電路 采用高效率升壓芯片，如TI公司的TPS61070升壓芯片，該芯片具有封裝體積小，轉(zhuǎn)換效率 高，需要外圍元件少的特點，升壓電路把1. 5V電池電壓轉(zhuǎn)換成3V電源(DVCC)，為單片機、 加速傳感器、記憶卡、按鍵、液晶顯示屏以及降壓電路供電。降壓電路把升壓電路所提供的 3V電源降壓到2. 8V(AVCC)，抑制由數(shù)字電路部分引入電源的噪聲，為心電信號調(diào)理電路提 供低噪聲的電源，提高心電信號的信噪比，降壓電路應(yīng)選用線性度較好的LD0，如TI公司的 低壓差降壓芯片TPS77001。 圖3是本實用新型的心電信號調(diào)理電路的電路原理圖。其中，第一前置放大器和 第一濾波放大電路組成第一導(dǎo)聯(lián)通道，電阻RlOl、 R102、 R103、 R104和儀表放大器U101組 成第一前置放大器，導(dǎo)聯(lián)電極輸入CH1-與R101的一端連接，導(dǎo)聯(lián)電極輸入CH1+與R102的 一端連接，R101的另一端與U101的負端輸入連接，R102的另一端與UIOI的正端輸入連接， R103的一端與UIOI的第一增益調(diào)節(jié)管腳連接，R104的一端與UIOI的第二增益調(diào)節(jié)管腳連 接，R103的另一端與R104的另一端連接。第一前置放大電路負責(zé)放大來自第一差分通道 CH1+、CH1-的差分信號，放大倍數(shù)為10倍。電阻R105、R106、R107、電容C101、C102和運放 U102A、U102B組成第一濾波放大電路，R105的一端與U101的信號輸出端連接，R105的另一端與U102A的輸出端連接，C101的一端與U102A的輸出端連接，C101的另一端與U102A的負 端輸入連接，U102A的輸出端與U101的參考電壓端連接，U102A的正端輸入與參考地連接， R106的一端與U101的信號輸出端連接，R106的另一端、R107的一端、C102的一端分別與 U102B的負端輸入連接，C102的另一端、R107的另一端分別與U102B的輸出端連接，U102B 的正端輸入與參考地連接，第一濾波放大電路負責(zé)對第一前置放大器的輸出信號進行帶通 濾波和二次放大，放大倍數(shù)為20倍，通帶頻率為0. 1 100Hz，以去除信號中的基線漂移和 高頻噪聲，并使心電信號放大到適合單片機采集的幅度。 第二前置放大器和第二濾波放大電路構(gòu)成第二導(dǎo)聯(lián)通道，電阻R201、 R202、 R203、 R204和儀表放大器U201組成第二前置放大器，導(dǎo)聯(lián)電極輸入CH2-與R201的一端連接，導(dǎo) 聯(lián)電極輸入CH2+與R202的一端連接，R201的另一端與U201的負端輸入連接，R202的另一 端與U201的正端輸入連接，R203的一端與U201的第一增益調(diào)節(jié)管腳連接，R204的一端與 U201的第二增益調(diào)節(jié)管腳連接，R203的另一端與R204的另一端連接，第二前置放大電路負 責(zé)放大來自第二差分通道CH2+、CH2-的差分信號，放大倍數(shù)為10倍，電阻R205、R206、R207、 電容C201、 C202和運放U202A、 U202B組成第二濾波放大電路，R205的一端與U201的信號 輸出端連接，R205的另一端與U202A的輸出端連接，C201的一端與U202A的輸出端連接， C201的另一端與U202A的負端輸入連接，U202A的輸出端與U201的參考電壓端連接，U202A 的正端輸入與參考地連接，R206的一端與U201的信號輸出端連接，R206的另一端、R207 的一端、C202的一端分別與U202B的負端輸入連接，C202的另一端、R207的另一端分別與 U202B的輸出端連接，U202B的正端輸入與參考地連接，第二濾波放大電路負責(zé)對第二前置 放大器的輸出信號進行帶通濾波和二次放大，放大倍數(shù)為20倍，通帶頻率為0. 1 100Hz， 以去除信號中的基線漂移和高頻噪聲，并使心電信號放大到適合單片機采集的幅度。 第三前置放大器和第三濾波放大電路構(gòu)成第三導(dǎo)聯(lián)通道，電阻R301、 R302、 R303、 R304和儀表放大器U301組成第三前置放大器，導(dǎo)聯(lián)電極輸入CH3-與R301的一端連接，導(dǎo) 聯(lián)電極輸入CH3+與R302的一端連接，R301的另一端與U301的負端輸入連接，R302的另一 端與U301的正端輸入連接，R303的一端與U301的第一增益調(diào)節(jié)管腳連接，R304的一端與 U301的第二增益調(diào)節(jié)管腳連接，R303的另一端與R304的另一端連接，第三前置放大電路負 責(zé)放大來自第三差分通道CH3+、CH3-的差分信號，放大倍數(shù)為10倍。電阻R305、R306、R307、 電容C301、 C302和運放U302A、 U302B組成第三濾波放大電路，R305的一端與U301的信號 輸出端連接，R305的另一端與U302A的輸出端連接，C301的一端與U302A的輸出端連接， C301的另一端與U302A的負端輸入連接，U302A的輸出端與U301的參考電壓端連接，U302A 的正端輸入與參考地連接，R306的一端與U301的信號輸出端連接，R306的另一端、R307 的一端、C302的一端分別與U302B的負端輸入連接，C302的另一端、R307的另一端分別與 U302B的輸出端連接，U302B的正端輸入與參考地連接，第三濾波放大電路負責(zé)對第三前置 放大器的輸出信號進行帶通濾波和二次放大，放大倍數(shù)為20倍，通帶頻率為0. 1 100Hz， 以去除信號中的基線漂移和高頻噪聲，并使心電信號放大到適合單片機采集的幅度。 運放U401A、 U401B、 U402A、 U402B，電阻R401、 R402、 R403、 R404、 R405和電容C401 組成右腿驅(qū)動電路，R104的一端與U401A的正端輸入連接，U401A的輸出端與R401的一端 連接，R204的一端與U401B的正端輸入連接，U401B的輸出端與R402的一端連接，R304的 一端與U402B的正端輸入連接，U402B的輸出端與R403的一端連接，R401的另一端、R402的另一端、R403的另一端分別與U402A的負端輸入連接，R404的一端、C401的一端分別與 U402A的負端輸入連接，R404的另一端、C401的另一端分別與U402A的輸出端連接，U402A 的正端輸入與參考地連接，R405的一端與U402A的輸出端連接，R405的另一端與導(dǎo)聯(lián)電極 RL連接，右腿驅(qū)動電路負責(zé)把第一前置放大器、第二前置放大器和第三前置放大器所檢測 到的共模信號進行加和并反向放大后通道導(dǎo)聯(lián)電極RL接到人體，提高電路的共模抑制能 力。 運放U501A，電阻R501、R502、R503和電容C504組成參考電壓電路，R501的一端與 基準(zhǔn)電壓(VREF)連接，R501的另一端與R502的一端連接，R502的另一端與地連接，R501 的另一端與U501A的正端輸入連接，U501A的負端輸入與U501A的輸出端連接，R503的一端 與U501A的輸出端連接，R503的另一端與C504的一端連接，C504的另一端與地連接，R503 的另一端與參考地連接，參考電壓電路對單片機產(chǎn)生的2. 5V基準(zhǔn)電壓進行分壓和緩沖，產(chǎn) 生一個1. 25V的參考電壓，作為心電信號調(diào)理電路的參考地。 U101、 U201和U301采用低功耗集成儀表放大器，如AD公司的AD623，相對于使用 運算放大器搭建的差分放大器，儀表放大器具有共模抑制比高，輸入阻抗高的優(yōu)點，能保證 有很強的抗干擾能力。U102A、 U102B、 U202A、 U202B、 U302A、 U302B、 U401A、 U401B、 U402A、 U402B和U501A采用低功耗型運算放大器，如TI公司的雙通道運算放大器0PA2336。 除了本實施例中所提供的心電信號調(diào)理電路方案外，本實用新型還可以采用現(xiàn)有 技術(shù)中的其他心電信號調(diào)理電路方案，這些方案必須滿足一下功能要求1.能放大三個導(dǎo) 聯(lián)通道各自的差分信號，抑制三個導(dǎo)聯(lián)通道各自的共模信號。2.具有帶通濾波能力，通帶范 圍約為0. 1 100Hz，該通帶范圍可以進行修改，高通截止頻率可在0. 05 0. 5Hz之間調(diào) 整，高通截止頻率越低，抗基線漂移能力越弱，信號失真度越低，高通截止頻率越高，抗基線 漂移能力越強，信號失真度越高，低通截止頻率必須小于單片機采樣頻率的一半，以滿足采 樣定律。3.元件必須支持單電源供電，支持2.8V工作電壓。4.具有驅(qū)動信號，該信號通過 右腿驅(qū)動電極RL與人體連接。 圖4為本實施例中數(shù)字電路的電路原理圖，該數(shù)字電路包括單片機、加速度傳感 器、液晶顯示屏、按鍵和記憶卡。 單片機采用低功耗模數(shù)信號混合處理器，本實施例采用TI公司的MSP430F1611微 處理器(Ul)，該處理器具有超低功耗管理、集成外部8路A/D轉(zhuǎn)換器，擁有10KB RAM等特 點，非常適用于以電池為電源的需要長時間工作嵌入式系統(tǒng)，石英晶體X1的一端與U1的 XT2IN連接，X1的另一端與U1的XT20UT連接，電容C1的一端與XI的一端連接，電容C2的 一端與XI的另一端連接，Cl的另一端和C2的另一端分別與地連接。第一導(dǎo)聯(lián)通道、第二 導(dǎo)聯(lián)通道和第三導(dǎo)聯(lián)通道所輸出的心電信號分別連接Ul的A/D轉(zhuǎn)換器輸入腳P6. 0、P6. 1、 P6. 2，單片機通過P6. 3采集電池的電壓，監(jiān)視電池的電量。 U2為數(shù)字加速計，本實施例中采用AD公司的低功耗三軸向數(shù)字加速計ADXL345， 與傳統(tǒng)模擬信號加速計相比，數(shù)字加速計不需要外加濾波電路或放大電路，直接以數(shù)字 信號的形式提供加速度數(shù)據(jù)，能顯著減少硬件電路的規(guī)模，提高可靠性，U2通過I2C總線 (SCL、SDA)與U1的P3. 1、P3. 3連接，電阻R1的一端與Ul的P3. 1連接，R1的另一端與DVCC 連接，電阻R2的一端與Ul的P3. 4連接，R2的另一端與DVCC連接，U2的中斷信號輸出INT1 、 INT2分別與Ul的P2. 0、P2. 1連接。[0031] 單片機采集三通道的心電信號和數(shù)字加速計的加速數(shù)據(jù)后，先把信號數(shù)據(jù)進行緩 沖，當(dāng)緩沖數(shù)據(jù)數(shù)量達到一定長度后，單片機將以突發(fā)形式把緩沖數(shù)據(jù)寫進記憶卡，記憶卡 采用市售的SD記憶卡，SD卡具有體積纖巧，功耗低，容量大的特點，目前市售記憶卡的容量 在1GB以上，完全能滿足記錄儀48小時記錄數(shù)據(jù)的空間需求。SD卡以匪C總線模式與單片 機連接，在本實施例中，SD卡的CS、DI、D0、SCK管腳分別與單片機的P5. 0、P5. 1、P5. 2、P5. 3 管腳連接，SD卡中按照FAT16文件管理格式規(guī)范存放數(shù)據(jù)文件，記錄儀記錄完畢后，取出SD 卡，利用市售SD卡讀卡器即可用PC讀取SD卡中的數(shù)據(jù)文件，供計算機后期回放分析使用。 電阻R3、 R4和微動開關(guān)Sl、 S2組成按鍵電路，微動開關(guān)SI —端接地，另一端與電 阻R3連接，R3的另一端與DVCC連接，SI的另一端與單片機的PI. 0連接，微動開關(guān)S2 — 端接地，另一端與電阻R4連接，R4的另一端與DVCC連接，S2的另一端與單片機的PI. 1連 接，Pl.O和Pl. 1設(shè)置為下降沿中斷輸入模式，單片機利用中斷服務(wù)子程序來相應(yīng)微動開關(guān) SI和S2的閉合動作，實現(xiàn)按鍵操作功能。 本實用新型的記錄儀能通過液晶顯示屏顯示實時信號波形，液晶顯示屏采用 COG(玻璃封裝)式點陣型LCD，本實施例中采用杭州清達光電公司的HG012864A，具有體積 小、功耗低的特點，本實施例中，LCD U4的CS1 、SI、SCL、RES、AO分別與單片機的P3. 0、P3. 2、 P3. 4、P3. 5、P3. 6管腳連接。用戶在需要查看實時信號波形的時候，通過按鍵控制單片機開 啟LCD，在顯示波形一段時間后，關(guān)閉LCD波形顯示，以節(jié)省記錄儀功耗。 圖5為本實用新型記錄儀的工作流程圖，步驟如下 1)用戶通過按鍵啟動記錄； 2)單片機采集來自心電信號調(diào)理電路輸出的信號數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)； 3)如果用戶開啟了顯示波形的選項，則通過LCD顯示該次所采集信號的波形，如 果關(guān)閉了波形顯示選項，則不顯示波形； 4)單片機采集加速度傳感器的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)； 5)如果緩沖區(qū)沒有填滿，則返回第2)步； 6)緩沖區(qū)滿，把緩沖數(shù)據(jù)寫入SD卡； 7)如果記錄沒有結(jié)束，則返回第2)步； 8)記錄結(jié)束，單片機停止采集數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求一種便攜式數(shù)字動態(tài)心電記錄儀，其特征是它包括導(dǎo)聯(lián)電極、心電信號調(diào)理電路、加速度傳感器、單片機、液晶顯示屏、按鍵、記憶卡和電源模塊，所述導(dǎo)聯(lián)電極與所述心電信號調(diào)理電路連接，所述心電信號調(diào)理電路、加速度傳感器、液晶顯示屏、按鍵、記憶卡分別與所述單片機連接，所述心電信號調(diào)理電路、加速度傳感器、單片機、液晶顯示屏、按鍵、記憶卡分別與電源模塊連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式數(shù)字動態(tài)心電記錄儀，其特征是所述心電信號 調(diào)理電路包括第一前置放大器、第一濾波放大電路、第二前置放大器、第二濾波放大電路、 第三前置放大器、第三濾波放大電路、右腿驅(qū)動電路和參考電壓電路，所述第一前置放大器 與第一濾波放大電路連接，所述第二前置放大器與第二濾波放大電路連接，所述第三前置 放大器與第三濾波放大電路連接，所述第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器 和參考電壓電路分別與所述右腿驅(qū)動電路連接，所述第一濾波放大電路、第二濾波放大電 路、第三濾波放大電路和右腿驅(qū)動電路分別與所述參考電壓電路連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式數(shù)字動態(tài)心電記錄儀，其特征是所述加速度傳 感器為數(shù)字加速計芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式數(shù)字動態(tài)心電記錄儀，其特征是所述單片機為 低功耗模數(shù)混合型微處理器。
專利摘要本實用新型公開了一種便攜式數(shù)字動態(tài)心電記錄儀，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。為克服現(xiàn)有技術(shù)難以同時滿足功耗低、體積小和性能高的需求的缺陷，本實用新型記錄儀包括導(dǎo)聯(lián)電極、心電信號調(diào)理電路、加速度傳感器、單片機、液晶顯示屏、按鍵、記憶卡和電源模塊，導(dǎo)聯(lián)電極與心電信號調(diào)理電路連接，心電信號調(diào)理電路、加速度傳感器、液晶顯示屏、按鍵、記憶卡分別與單片機連接，心電信號調(diào)理電路、加速度傳感器、單片機、液晶顯示屏、按鍵、記憶卡分別與電源模塊連接。本實用新型的優(yōu)點是數(shù)字化、集成化程度高，結(jié)構(gòu)緊湊；實現(xiàn)了多通道心電信號采集、加速度信息采集、LCD顯示、按鍵交互等多種功能；提高醫(yī)生后期回放分析數(shù)據(jù)的效率。
文檔編號A61B5/0402GK201519145SQ200920196998
公開日2010年7月7日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者葉樹明, 周樂川, 李頂立 申請人:葉樹明