多床位心电监护仪设计与实现
26218513_便捷式多功能心电监护系统的设计与实现
收稿日期：2021-07-02；修回日期：2021-09-27基金项目：国家自然科学基金（61671091）作者简介：崔昆峰（1996-），男，汉族，硕士。
研究方向：智慧医疗与嵌入式系统。
通信作者：庞宇（1978-），男，汉族，博士，教授。
研究方向：通信集成电路设计、逻辑综合、无线通信和智慧医疗。
E-mail : pangyu@Abstract: ECG signal is one of the important physiological signals of human body, which contains a variety of important information such as heart beat and nerve regulation. The monitoring of ECG signal is very common in medical and health care. Therefore, a convenient ECG monitoring system is developed, including the design and implementation of software and hardware. The ARM chip stm32f103c8t6 is used as the main control chip of the hardware acquisition terminal, and ads1299 is used for multi-channel data acquisition, so the hardware is compact and convenient. Through ads1299 integrated internal programmable amplifier to achieve the controllable gain of the signal, the data is collected and converted into digital signals. After the preliminary processing of MCU, the data is packaged, and the data packets are sent to the PC in real time through the USB interface with the serial protocol. The upper computer software is developed with Qt development framework, which has the advantages of high code efficiency and cross platform. QT host computer software can display ECG waveform in real time after preprocessing the collected ECG data, and display ECG signs such as heart rate and HRV after analyzing and processing the ECG data, so as to achieve real-time monitoring of ECG signal. The experimental results show that the system can run stably and display ECG information accurately.Key words ：ECG monitoring; R wave detection; QT upper computer; Heart rate variabilityDesign and Implementation of Convenient Multifunctional ECGMonitoring SystemCUI Kunfeng,PANG Yu(Chongqing University of Posts and telecommunications, Chongqing 400065)摘要：心电信号是人体重要生理信号之一，包含着心脏跳动与神经调节等多种重要信息，对心电信号的监测在医疗与医护上都极为普遍，为此研制一种便捷式心电监护系统，包含软件和硬件的设计与实现。
心电监护仪实训报告创新
一、引言心电监护仪是临床医学中用于监测患者心电活动的重要设备，对于及时发现和处理心血管疾病具有重要意义。
随着科技的不断进步，心电监护仪在功能、性能和便携性等方面都取得了显著的发展。
本实训报告旨在通过对心电监护仪的创新设计与实践探索，提升其临床应用价值。
二、实训目的1. 深入了解心电监护仪的工作原理和临床应用。
2. 掌握心电监护仪的维护与保养方法。
3. 通过创新设计，提高心电监护仪的性能和便携性。
4. 提升心电监护仪在临床中的应用效果。
三、实训内容1. 心电监护仪的基本原理心电监护仪通过电极采集人体心脏的电信号，经过放大、滤波、处理和显示等环节，将心电波形直观地呈现出来。
心电监护仪主要包括以下模块：信号采集模块、信号处理模块、显示模块和报警模块。
2. 心电监护仪的创新设计（1）信号采集模块为提高心电信号的采集质量，我们采用以下创新设计：1）采用新型电极，降低电极阻抗，提高信号采集灵敏度。
2）采用生物电噪声抑制技术，降低心电信号中的噪声干扰。
3）采用自适应滤波算法，优化信号处理效果。
（2）信号处理模块为提高心电监护仪的处理性能，我们采用以下创新设计：1）采用高性能微处理器，提高数据处理速度。
2）采用数字信号处理技术，实现心电信号的高精度分析。
3）采用人工智能算法，实现心电信号的自动识别和分类。
（3）显示模块为提高心电监护仪的显示效果，我们采用以下创新设计：1）采用高分辨率显示屏，清晰展示心电波形。
2）采用触摸屏技术，方便用户操作。
3）采用图形化界面，提高用户友好性。
（4）报警模块为提高心电监护仪的报警效果，我们采用以下创新设计：1）采用多级报警系统，根据心电波形的变化程度进行分级报警。
2）采用短信报警功能，将报警信息发送至医护人员手机。
3）采用远程监控功能，实现对心电监护仪的远程控制和数据传输。
3. 心电监护仪的实践探索（1）临床应用我们将创新设计的心电监护仪应用于临床实践，通过以下方面验证其效果：1）观察心电波形，判断患者的心脏功能。
床旁心电监护仪使用法通用课件
异常心电图的识别
心律失常
异常心电图可能表现为心 律失常，如心动过速、心 动过缓、早搏等。
心肌缺血
心肌缺血可能导致ST段和 T波异常，提示心脏供血不 足。
心肌梗死
异常心电图可能表现为心 肌梗死，如ST段弓背向上 抬高或异常Q波等。
பைடு நூலகம்
数据分析技巧和注意事项
对比分析
将实时心电数据与历史心电图 数据进行对比，有助于发现细
选择合适类型的心电监护仪
根据实际需求选择便携式、固定式或多参数监护 仪，以满足不同场景的监测需求。
熟悉操作流程
医护人员应熟悉心电监护仪的操作流程，正确设 置参数和报警阈值，确保实时准确地监测患者的 心电活动。
正确安放电极片
确保电极片紧贴患者皮肤，减少干扰信号，提高 监测准确性。
注意维护和保养
定期对心电监护仪进行维护和保养，确保设备正 常运行，延长使用寿命。同时，注意设备的安全 性和合规性，避免因操作不当或设备问题造成医 疗事故。
THANKS
清洁
防尘
防潮
防摔
定期清洁心电监护仪表 面，保持清洁卫生。
避免灰尘进入仪器内部 ，影响仪器正常工作。
保持仪器干燥，避免在 潮湿环境中使用。
小心搬运，避免仪器受 到剧烈震动或摔落。
常见故障排除
01
02
03
04
显示屏不亮
检查电源是否正常，检查连接 线是否松动。
心电波形异常
检查电极片是否正确贴放，检 查导联线是否正常连接。
调整参数设置
根据患者病情和监测需求，设置合适 的报警上下限、心率测量范围等参数 。
根据患者体位和胸壁厚度，适当调整 电极片位置和导联线的角度，以确保 信号质量。
心电监护仪设计报告
心电监护仪设计报告===========================设计背景心电监护仪是一种用于监测和记录患者心电信号的医疗设备。
它是心电图检查的重要工具，可用于诊断心脏疾病和监测心脏病患者的病情。
现代心电监护仪已经发展到可以实时监测、记录和传输心电信号的程度。
本设计报告旨在介绍一个基于嵌入式系统的心电监护仪的设计。
系统设计整个心电监护仪系统由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括嵌入式系统、心电传感器和显示器。
软件部分包括心电信号采集、处理和显示。
硬件设计嵌入式系统选用ARM处理器作为控制核心，具有较高的计算能力和稳定性。
为了减小体积，可以采用封装度高的SOP或BGA封装。
同时，系统需要具备与心电传感器和显示器连接的接口，以便进行数据的采集和显示。
心电传感器是监测心电信号的关键部件。
它通常由多个电极组成，贴在患者胸部，能够感知心脏的电流变化。
传感器将信号转化为模拟电压信号，再由嵌入式系统进行采集和处理。
显示器是心电监护仪的输出设备，可以实时显示心电波形图和相关参数。
显示器可以采用TFT液晶屏，以便显示高分辨率的波形图和文字信息。
软件设计心电信号采集是通过心电传感器获取心电信号的过程。
传感器不断地读取心电信号，并将其转化为模拟电压信号。
嵌入式系统通过模数转换器将模拟信号转化为数字信号，进行采集和处理。
心电信号处理是对采集到的数字信号进行滤波、降噪和放大等处理。
其中，滤波是去除干扰信号的关键步骤，可采用数字滤波算法进行实现，以保证采集到的波形图的准确度和清晰度。
降噪是为了减小信号的杂波干扰，使得波形图更加平滑。
放大是为了增强信号的幅度，便于显示和分析。
心电信号显示是将处理后的信号以波形图的形式在显示器上进行显示。
波形图可以实时更新，以便医生和护士能够准确地分析和判断患者的心脏状况。
同时，显示器上还可以显示心率和其他相关参数，方便医生进行诊断。
总结-本设计报告介绍了一个基于嵌入式系统的心电监护仪的设计。
病人远程心电监护系统设计与实现
病人远程心电监护系统设计与实现心电监护在医疗领域起着重要的作用，能够实时检测病人的心电信号，帮助医务人员及时发现和处理心律失常等疾病。
然而，传统的心电监护方式受限于时间和空间，且需要专业人员在现场进行监护。
为了解决这一问题，病人远程心电监护系统被引入，该系统设计旨在通过互联网实现医生对病人心电信号的远程监护，为医务人员提供更便利的工具和病人更舒适的体验。
本文将针对病人远程心电监护系统的设计与实现进行详细探讨，包括系统架构、关键功能以及实施所需技术等方面。
一、系统架构病人远程心电监护系统的架构主要由三个关键部分构成：心电监测设备、数据传输网路和数据接收端，如下图所示：1. 心电监测设备：病人佩戴的心电传感器将心电信号转换为数字信号，并通过蓝牙或其他无线通信技术传输到数据传输网路。
2. 数据传输网路：采用互联网作为数据传输的通道，确保医生可以随时随地实时接收心电信号。
该网路应具备稳定、快速、安全的特性，以保护病人的隐私。
3. 数据接收端：医生通过电脑、平板或智能手机等设备接收并显示心电信号。
该设备上运行着专门的心电监护软件，能够实时解析、展示心电波形图和相关数据，并提供有关病人的详细信息。
二、关键功能病人远程心电监护系统具有以下几项关键功能，以满足临床医生和病人的需求：1. 实时监测：系统能够实时地采集和传输心电信号，医生能够随时随地对病人心电状态进行监测和评估，并及时采取必要的措施。
2. 报警机制：系统具备心电异常报警功能，能够检测出心律失常、心脏骤停等紧急状况，并及时向医生发送报警信息，以便医生能够快速作出反应。
3. 数据记录与分析：系统将心电信号记录在数据库中，医生可以回溯病人的历史心电数据，进行长期分析和比较。
同时，系统还提供数据分析算法，用于辅助医生进行心电信号的解读和诊断。
4. 远程诊断：医生通过数据接收端对病人的心电信号进行解读和诊断，并可以远程为病人开具处方、调整治疗方案等。
这样可以减少医生和病人之间的距离，提高诊疗效果。
心脏监护仪设计
心脏监护系统设计
——The Design of Cardiac Monitor
2004年10月22日
一：开 题
在医院或者大型诊所，心电图机可以为患者提 供心电描述和心脏的病情诊断。较完整的心电描迹
和自我判断功能为心电图机在医疗行业获得了很好 的应用。
可是，更多的患者需要更为轻巧、成本更为低廉
图1：前置放大器
参 数 特 点： 1、增益 25.4
2、共模抑制比86dB
B、高通滤波和一级放大环节
设计特点： 1、高通截止频： 0.5Hz
2、一级放大增益： 7.2
3、高通滤波时采取两级RC无源滤波网络级联的目的在于使 得 高通滤波更可靠和彻底
C、低通滤波和二级放大环节
心电信号频谱比较宽，从直流到250Hz都有可能存在频谱。但 是，常人正常情况下的P波、QRS波、T波等的频率却在100Hz以 下，因此，为了滤得较为干净的心电信号同时排除噪声，低通滤 波的截止频率定在100Hz。 有源滤波器较之RC滤波网络而言， 衰减速率较快，因此采取了有源滤波的方式。放大器增益7.2。
的小型心脏监护仪（Cardiac Monitor），期望它 能够随时检测患者的心率，并给出一定的警示功能。 而这些是大型心电图机所不能满足的。基于上述的 优点，小型心脏监护仪可以在家庭、野外、出差时 随时监测患者的心率变化情况。
期待中的心脏监护仪应该具备以下的功能和优点：
一：较为准确的心率监测和显示系统 二：能够实时判断患者的心率正常与否 三：体积小，重量轻，能够随身携带 四：成本不能太高
51系列CPU 警告装置
ADC0809转换器分辨率8位，典型转换时间100us，单一+5V供电， 输入范围0～5V。将模拟通道的电压输入转换为数字输入后，通 过EOC信号通知CPU并请求中断。
心电监护仪设计
-------moni部分设计
应用背景及其意义
心血管疾病是威胁人类生命的主要病症之 一。由于未能及时发现病变进行早期抢救，许多 心脏病患者往往极易死亡。由于其发病具有很大 的偶然性与突发性，一些异常的心电信息只有在 某些特殊的情况下才出现，因此有必要对ECG 进行长时间记录与分析。动态心电监护作为一种 对心血管疾病进行监测与诊断的有效手段，在临 床与健康护理中得到广泛的应用。
所监护的参数的特点：
频率范围：0.04－150Hz 心电信号的幅值：mv数量级
心电监护仪模拟部分方框图
检测电极
放大器保 护电路
导联脱落检测
右腿电极
右腿驱动电路
导联 选择
前置 放大器
起搏器抑制 电路,陷波器
隔离 电路
A/D转换
激励 放大器
自动标定 基线漂移恢复
隔离电源供电
放大器保护电路
导联脱落检测电路
基线漂移噪声: 一般是由人体呼吸和心肌兴奋所引起的，
频率低于1 Hz，表现为缓慢变化的曲线；
运放选用：
通用运放LM324，四运放。
LM324
放大器：高速、低噪声运放OP27
OP27
备用方案：
低噪声，超高输入阻抗运放
休息10s 请看数字部分…
心电监护仪
-------数字部分设计
应用背景：
使用心电监护时，常出现电极因导电膏干燥而松动或脱落的情况。这将引 入很大的50Hz的干扰，使ECG波形很难观察；有时因过大的干扰使放大 器饱和，使输出形成一平直的基线。前者可明显判断，而后者可能会被误 认为是心脏收缩不全、停搏或应急复苏过程不当。
导联脱落检测电路（方案1）
人体易受兴奋组织的感觉阈值随频率的升高而增大。(50kHz--100mA) 电极未脱落时，电极－皮肤接触电阻小，50KHz电压低。 导联脱落时，电极间阻抗变为无限大，此时导联线两端的50KHz电压很高，
一种新型的便携式多床位遥测心电监护仪的设计与实现
ｏ ｐ ｔ ｎ ｏ ｔ ｄｗ ｒ ｅ ｉ ｔ ｄ ｄｗｔ ｔ ｐｉ ｔ ｎｏ Ｓ ． ｅ ａ ｒ ｐ ｉ ｃｇ ｉ ｎ ｌ ｒｈ ｆ ｉ ｔ ｍ ｎ ｏ ｅ ｌ ｅ ｅ ｅ ｈ ｈ ａ ｌ ａ ｏ ｆ Ｂ Ａ ｎ ｗｆ ｔ ｅ ｎ ｒ ｏ ｎ ｉ ｇｉ ｍ—Ｚ Ｆ （ｅ ｅ ｈ ｏ ｏｄｏ ｅｓ ｉ ｒ ａ ｅ ｅ ａ ｙ ｘ ｎ ｉ ｅ ｐ ｃ ｉ ｓ Ｕ ｅｕ ｔ ｏ ｅ ｔ ａ ｏｔ ｏ Ｎ Ｄ ｚｒ ｎ ｉ ｂ ｒ ｏ ｆ ｏ ｇ ｈ ｉ ｔ ｒｅ ｄ ｒ ａ ｖ ， Ｎ Ｄ ａ ａ ｐ ｅ ｌ ｉ Ｃ ａｅ ｅ ｏ ａ ｔ ｓ ｏｉ ｒ ｈ ｏ ｃ ｓ ａｄ ｌ ｅ ｕ ｍ ｔ ｎ ｆｓ—ｏｄ ｒ ｅ ｖｔ ｅ Ｚ Ｆ ）Ｗ ｐ ｌ ｄｔ ｒａ—ｔ ｅＥ Ｇ ｗ ｖ 、Ｒ ｓ ｔ ｈ ｗ ｔ ｔ ｉ ｍ ｎ ｏ ｔ ｌ ｏｔ ｎ ｗ ｐ ｗ ｒ ｏ ｕ ｐｉ ｒ ｉ ｉ ｓ ｉ ｏｅ ｍ ｌ ｕ ｓ ｈ ｔ ｗ ｗ ｈ ｉ ｏ ｏ ｅｓ ｏ
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多床位心电监护仪设计与实现
为了适应现代医疗业的迅速发展,监护仪是临床诊疗的一种必备检查设备。
心电监护仪种类较多,如临床使用的基于PC平台的心电监护仪,家用便携式心电监护仪,随时携带便携式心电监护仪等。
调查表明,心血管疾病已经成为目前威胁人类生命的主要疾病之一,导致此类疾病的主要原因是人们生活节奏加快、人口逐渐老龄化以及生活不规律性。
心血管疾病的主要特点是突发性、短暂性和危险性。
如果不能及时发现并进行治疗,将会导致患者死亡的严重后果。
心电监护仪是检查、诊断和预防该类疾病的重要手段和依据,是监护患者心脏状态的一个重要仪器;对于心肌梗塞、心律失常等症状,心电监护仪的使用贯穿于治疗、康复的整个过程。
由于传统的基于PC机平台的心电监护仪,价格昂贵,体积庞大,不便于移动且主要集中在大医院,给医生和患者带来了很大的不便[1]。
采用一台PC机设计一种新型多床位心电监护仪。
它利用上位机来远程监视多位患者的心电,不但可以降低成本、缩小体积,而且还可以同时监护多位患者,方便医生随时查看被检查床位患者的病情。
1 心电波形知识
1.1 心电波形组成
心电波形是由一系列的波组所构成,每个波组代表着每一个心动周期。
一个波组包括P波、QRS波群、T波和U波[2],如图1所示。
(1) P波。
P波由心房除极所产生,是每一波组中的第一波,心脏的激动发源于窦房结,然后传导到达心房,它反映了左、右心房的除极过程。
前半部分代表右房,后半部分代表左房。
P波呈钝圆形,可有轻度切迹;P波时小于<0.11 s,双峰间距小于0.04 s。
(2) QRS波群。
典型的QRS波群包括三个紧密相连的波,第一个向下的波称为Q波,继Q波后的一个高尖的直立波称为R波,R波后向下的波称为S波。
因其紧密相连,且反映了心室电激动过程,故统称为QRS波群。
这个波反映了左、右两心室的除极过程。
QRS时限小于0.11 s。
(3) T波。
T波位于S-T段之后,是一个比较低且占时较长的波,它是心室复极所产生的。
T 波在24 h振幅变化较大。
T波钝圆,占时较长,从基线开始缓慢上升,然后较快下降,形成前肢较长、后肢较短的波形;T波方向常和QRS波群的主波方向一致;T波的振幅不应低于同导联R波的1/10。
(4) U波。
U波位于T波之后,比较低小,其发生机理未完全明确;一般认为是心肌激动的/激后电位0。
1.2 心电信号的特性
一般电信号有三大特征:幅度、频谱和信号源阻抗。
作为生物电的心电信号也是如此[3]: (1)微弱性。
心电信号是自人体体表特定点处拾取的生物电信号,信号通常十分微弱,其幅度一般不超过5 mV。
(2)低频特性。
通常心电信号的频率较低,其频谱范围一般为0.05~ 100 Hz,频谱能量主要集中在0.25~35 Hz之间。
(3)高阻抗特性。
作为心电的信号源,人体源阻抗一般较大,可达几千欧到几十千欧,它将给心电测量带来误差和失真。
(4)不稳定性和随机性。
人体是在内环境与外环境相适应的条件下维持其新陈代谢和生命。
为适应各种外环境的变化,人体内各种系统的功能活动都在相互影响中不同地变化调整着,以在内环境保持平衡。
同时遗传等因素也造成人体的个体差异。
由于人体所处内外界环境在时空上的复杂多变性和个体差异,使得人体心电信号表现出不稳定性和随机性。
2 多床位心电监护仪的设计方案
2.1 总体功能目标开发多床位心电监护仪主要实现以下功能目标:
(1)对所监护每一床位实现监护、动态显示心电波形和打印功能;
(2)对所监护每一床位患者的心电数据存储,并具有查看重显功能;
(3)监护软件可以自动计算心率、并能显示心率数值；
(4)实现上位机的床位选择功能,显示多个床位的心电画面,重点患者心电波形可置顶显示;
(5)实现上位机与下位机的通信功能;
(6)实现下位机的心电数据采集功能;
(7)实现上位机USB接口和串口RS 232的转换设计;
(8)患者心率为0时,实现上位机的报警功能;
2.2 系统总体结构
根据多床位心电监护仪所要完成的功能和特点,建立该系统的主要结构如图2所示。
图2中,PC主控机主要安装有多床位心电监护仪控制软件,完成1~8个床位的监护工作,同时要具备计算心率和心电报警的任务;8051单片机主要用来接收A/D转换后的心电数字信号;A/D转换完成心电的模拟信号转换为单片机要接收的数字信号;光电隔离电路用于心电信号进行去噪、滤波;心电采集和放大器完成对患者心电信号的采集并放大采集信号;心电导联主要连接患者身体的检测部位,采集患者的心电信号。
2.3 多床位心电监护仪控制系统
多床位心电监护仪控制系统是基于Visual C++6.0开发的上位机监控系统,主要完成的功能有开始监护、停止监护、重显、心率显示、取图(波形显示和波形采集)、网格图纸显示、存储、打印、报警、时间和日期,以及利用Visual C++编写USB驱动程序。
(1)开始监护。
启动多床位心电图监护软件后,出现开机画面,选择要监护的床位,在确认好患者的导联采集装置都连接好后,点击开始监护,对患者的心电信号进行实时采集,同时显示心电网格图纸、心电波形、监护时间和保存心电数据,计算出患者当前的心率,达到对其中一个床位进行监护的目的。
如果有多个床位同时需要监护,建立对应床位的监护界面,点击开始监护即可进行。
(2)停止监护。
监护过程中,对不需要再继续进行监护的床位患者,选择停止监护;保存好患者的心电数据,用于医生诊断时重显监护时的心电数据。
(3)系统报警。
患者进行病情监护时,如果心电波形出现异常,心功能参数超出标准范围,心率为0时,系统会即时报警。
(4)日期时间。
显示患者进行监护时的时间,用于医生诊断时对患者病情的了解,并能及时做好病情的诊治。
(5)取图。
完成来自USB接口采集的心电信号数据,以波形形式显示到计算机屏幕上。
(6)数据保存。
数据保存的目的是将患者心电波形数据、监护日期和时间都保存下来。
(7)心率计算。
心率计算是将采集的心电实时数据,利用RR间期的差值方法计算心率,并显示到屏幕上的编辑框中,医生第一时间就可以掌握患者的心率资料。
(8)重显。
挑选出有典型意义的波形进行分析处理,调出患者某一时间的心电数据,显示心电波形和时间,帮助医生来分析患者的病症。
(9)打印。
采集的心电波形、计算所得的心率、监护时间打印到心电图网格纸上,帮助医生根据临床经验,进行医学诊断。