便携式心电监护系统

便携式心电监护系统

作品背景

随着年龄的增加，人体解剖组织结构和生理代谢发生一系列变化，机体功能衰退，应变能力减退，骨骼也变得较为松脆，这些生理或其他原因引发的变化常常可以通过人体的心律和身体状态表现出来。当人生病时，特别是心脏病发作时，心律都会发生明显的改变。另外，由于自身疾病如心脑血管疾病或外界影响等因素，人的身体状态也常常发生改变如跌倒。根据美国国家安全委员会的报告指出，在65岁以上的人口中，跌倒所造成的死亡居所有意外死亡原因的第一位，占此年龄段意外死亡的33％。近年来，我国心脑血管疾病发病率持续上升，每年有54.4万人心脏性猝死。面对越来越严峻的现实，我们应该做好相对的预防措施。心脑血管疾病的发生是有先兆的，如果刚出现病灶时就立刻救治，很多人是能够缓解过来的。现在有很多心脏性猝死的病人是由于发病时无人知晓，没有得到及时的救治，才导致严重的后果。面对越来越严峻的现实，我们应该做好相对的预防措施。

随着生命科学技术、信息技术、网络技术的高速发展，家庭、社区、野外救助现场等更多领域有了对心电监护设备的大量需求。但是目前的心电监护设备（如杰瑞那心电监护仪）有以下不足：

1）监护设备成本高

2）操作复杂、体积大不便于移动

3）无法长时间监护。

设计方案

针对目前心电监护设备的不足，提出一种能够提供无线心电采集与心率显示、操作简单、便于移动，成本低的心电监护设备，以实现在正常环境中进行心电的采集和无线传输，心电图的显示以及心率的显示，在心率不正常时报警，可以把心电数据存储起来以便于进行更准确的分析。

为实现上述目的，参照图1，本系统包括：电极片1、胸带2、Zigbee心电采集和发送模块3、Zigbee无线接收模块4、嵌入式显示模块5：两个电极片1和Zigbee 心电采集和发送模块3由导线相连分别安装在胸带2的中心的内外两侧； Zigbee接收模块4、嵌入式显示模块5依次连接。

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图1

前置放大电路低通滤波电路

高通滤波电路电平抬升电路等比例变换变换

陷波电路

CC2530发射电路

CC2530接收电路

STM32控制电路LCD显示电路

SD卡存储电路

图2

参照图2，本系统包括，前置放大电路、低通滤波电路、高通滤波电路、电平抬升电路、等比例变换电路、陷波电路、CC2530发射电路、CC2530接收电路、STM32控制电路、LCD显示电路、SD卡存储电路。其中：

前端放大电路，低通滤波电路，高通滤波电路，陷波电路，电平抬升电路，等比例变换电路，都采用贴片式集成运放构成。前置放大电路用于将微弱的心电信号进行差分放大，以方便进行A/D转换。由于心电信号的频率在100Hz以下，所以要用低通滤波电路滤除高频信号。由于采集的信号中还含有呼吸产生的低频分量，所以要用高通滤波滤除低频信号。由于信号中还有市电产生的工频而且干扰很大，所以要用陷波电路滤除。但是得到的信号是双极性的而且幅值过大，不便于A/D转换，所以用电平抬升电路、等比例变换电路把把信号变换到合适的范围。

CC2530发射电路包括A/D转换电路，无线射频电路，电源电路、时钟电路、复位电路。A/D转换电路是集成在CC2530内部，用的是12位的A/D转换，精度高、操作简单。

CC2530接收电路包括无线接收电路、D/A转换电路、串口电路。通过CC2530中的51CPU把收到无线信号转换为数字信号，通过串口传给嵌入式控制模块。

嵌入式控制电路，包括STM32处理器、时钟电路、JTAG接口电路、电源电路、复位电路、串口接口电路、LCD接口电路、SD卡接口电路、SPI接口电路。STM32处理器通过串口与无线接收模块通信，通过LCD接口电路控制TFT触摸屏显示心电图和心率。

LCD显示电路，包括SSD1289LCD控制器、SPI Flash、3.2寸TFT触摸屏。嵌入式控制模块通过对SSD1289LCD控制器的操作实现心电图和心率的显示，SD卡存储电路用于存储心电数据。

工作原理

电极片1将心电信号传入前置放大电路进行差分放大，经过低通滤波电路，高通滤波电路，滤除呼吸信号的干扰，通过陷波电路滤除工频信号，得到稳定的心电

信号。再经过电平抬升电路，等比例变换电路得到适合A/D转换的信号。经过Zigbee心电采集和发送模块3将信号进行A/D转换并把转换后的信号发送出去。

Zigbee无线接收模块4接收的数据通过串口传给心电显示模块5，心电显示与报警模块5将收到的数据，通过程序进行处理，计算出心率。并且通过操作LCD显示模块，把心电图和心率都显示在TFT触摸屏上，同时把收到的心电数据存储到SD 卡中，以便进行进一步分析。

具体实施方式

参照图1，本发明系统，包括电极片1、胸带2、Zigbee心电采集和发送模块3、Zigbee无线接收模块4、嵌入式显示模块5；电极片1、Zigbee心电采集和发送模块3分别安装在胸带2的内侧和外侧。安装好后，根据被测者的胸围不同，调整电极片1的位置；采用胸口导联方式采集心电，正电极位置在胸骨右缘第4肋间，负电极位置在左腋前线与左锁骨中线第5肋间同一水平。监测时，将带有心电电极的那一面向内，把胸带系于胸前；保证电极与衣服接触紧密。打开心电采集和发送模块的开关，指示灯亮起。

然后打开Zigbee无线接收模块4和嵌入式显示模块5，指示灯亮；实时的心电图就会显示在TFT屏幕上，两分钟后就会有正确的心率显示在屏幕上，并且把监测的心电数据保存到SD卡上。

本发明具有如下优点

1、本发明将Zigbee心电采集和发送模块3集成在CC2530上；CC2530是低功耗的系统，可以在电池供电的情况下长时间工作，满足心电监护的要求。

2、本发明的嵌入式显示模块5，可以实时的显示心电图和心率，心电数据保存到SD卡中。

3、本发明由于心电数据保存到SD卡中，可以通过专业的分析软件进一步分析心电数据。

作品实用性

本发明属于医疗器械技术领域，是一种便携式的心电监测的仪器。可用于正常环境中的心电的无线采集和显示，协助医护人员和家人对被测者进行辅助诊断与治疗。

本人收益

通过制作本作品，我了解了心电信号的特征、产生机理，对于小信号的放大，滤波电路的设计，无线传输，MCU控制，A/D转换有了更深入的认识。更重要的是我体会到了书本上的理论知识和工程实践都是很重要的，理论要结合实践才更有意义。