一种便携式心电监测仪的设计
一种单导联心电检测前端设计
一种单导联心电检测前端设计摘要随着人们对健康的重视，智能化医疗设备作为一种辅助检测工具，有助于对老人、小孩、军人等各类人群的生理参数进行实时检测和分析。
本单导联心电检测前端设计通过结合单导心电及WIFI传输技术，将采集的心电信号和心率信号实时传输到云平台或手机APP，供医生及时查看和辅助诊断，从而进一步实现心血管疾病预防和诊断的家庭化、便携化，降低医疗诊断、治疗和监护的成本。
其设计在保留传统心电检测功能的基础上增加了心电数据传输功能，并可根据心电图计算出心率，对患者进行高质量的实时心脏监护，未来还可以通过心电大数据的深度学习来实现智能诊断功能。
关键词：心电检测、单导联、无线传输、心脏监护、可穿戴设备、实时检测中图分类号：TN806引言受新冠疫情的启发，为了便于医生快速获取患者的心电、心率信息，也方便人们家用检测，本项目通过单导心电和WIFI传输技术，采用FFT滤波、中值滤波去除基线，得到准确可靠的心电波形数据，并将心电信号实时传输到云平台或手机APP，供医生即刻查看和辅助诊断，对患者进行高质量的实时心脏监护，从而降低疾病突发风险，提高病情管控效率。
本设计在保留传统心电检测功能的基础上增加了心电数据传输功能，并可根据心电图计算出准确的心率，同时保存心电数据文件，可以对心电检测历史进行回放以及后期的诊断处理。
1系统硬件设计一种单导联心电检测前端包括心电采集模块、WIFI模块、电源模块、单片机处理模块。
心电采集模块用到的芯片为ADS1292，和单片机之间采用SPI进行通信。
WIFI模块和单片机之间采用串口通信。
整体硬件设计图如图1所示。
图1 整体硬件框图1.1心电采集模块设计本系统采用TI公司生产的用于生物电势测量的模拟前端ADS1292，该芯片低功耗，具有24位双通道采集，32引脚，TQFP封装。
ADS1292每通道功率仅335W,内置有右腿驱动放大器、持续断线检测和测试信号，并且拥有非常灵活的断电以及待机模式。
毕业设计
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二. 摘要
本文首先阐述了健康监测仪的研究背景国内外研究现状，根据以 人为本的设计思想，在整体分析的基础上，提出了便携式健康检测仪 的人性化设计理念，总结出了健康监测仪的研究背景和方向。以便携 式健康检测仪的人性化设计为切入点，在设计过程中对人性化设计定 位、功能、造型、人机工程、材料、色彩、心理等进行详细的分析和 研究，通过设计实践，总结出了如何使以人为本贯穿于设计中，发挥 设计的真正意义。完成了“便携式健康检测仪的人性化设计”论文、 建模、效果图和模型制作。
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八.设计的整体构想
■ 设计的整体构想
由监测身体各部位的传感器采集到的数据通过无线传输技术zigbee 由监测身体各部位的传感器采集到的数据通过无线传输技术zigbee 传到便携式健康监测仪进行初步分析和存储，再将数据传输到医院， 传到便携式健康监测仪进行初步分析和存储，再将数据传输到医院，进 行诊断分析。 行诊断分析。
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十一. 十一.设计实践
■
设计的草图构想
草图2
草图3
草图1
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十一.设计实践
■
设计方案
初步方案渲染图
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十一.设计实践 ■ 设计建模
犀牛建模过程
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十一.设计实践
■ 设计建模
犀牛建模过程
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十一.设计实践 ■ 设计建模
犀牛建模过程
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十一.设计实践
最终渲染图
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十一.设计实践
最终渲染图
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十.设计分析
“人机”分析
细腕周长 中腕周长 13cm 16cm 14cm 17cm 15cm 一般人体手腕的宽 度为5-8cm左右 20cm
大腕周长
18cm
医疗器械设计创新的案例解析
医疗器械设计创新的案例解析
案例一：便携式心脏监测仪
面对心脏疾病发病率的上升，我们设计了一款便携式心脏监测仪。
这款产品以其小巧轻便、操作简便以及精准监测的特点应运而生。
我们通过优化电路设计，使得设备体积大幅缩小，重量轻至仅数
十克，用户可以轻松携带。
我们针对心脏监测的需求，研发了智能算法，能够实时分析心电信号，并在异常情况下及时提醒用户。
我们还
创新性地引入了无线传输功能，使得监测数据可以直接发送至医生的
终端设备，便于医生及时了解患者病情，给出治疗建议。
案例二：人工关节假体
人工关节假体是解决关节疾病的重要手段，但在传统设计中，假
体与骨骼的兼容性及耐用性仍有待提高。
在参与这款人工关节假体的
设计过程中，我们着重关注了这两个问题。
案例三：智能胰岛素泵
糖尿病患者的胰岛素注射管理一直是临床治疗的难题。
为了提高
患者的生活质量，我们设计了一款智能胰岛素泵。
这款胰岛素泵的主要创新点在于其精准调控和智能提醒功能。
我
们通过微泵技术，实现了胰岛素的精准调控，根据患者的实时血糖状
况调整胰岛素剂量。
我们利用物联网技术，将胰岛素泵与患者的智能
手机连接，实时监测血糖状况，并通过手机应用向患者发出饮食和运
动建议。
我们还设置了异常情况预警机制，当血糖水平过高或过低时，胰岛素泵会自动发出提醒，确保患者及时处理。
通过这些案例的实践，我深刻认识到医疗器械设计创新的重要性。
在今后的日子里，我将继续发挥我的专业技能，为医疗器械行业的创
新与发展贡献自己的力量。
多参数监护系统
Physiology information detecting
目 录
前 言
随着现代医学技术的发展，尤其是电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的不断发展，监护仪作为各级各类医院中一种常用设备，得到了广泛应用。现代医学监护仪是一种以测量和控制病人生理参数，并可与已知设定参数进行比较，出现超差而发出报警的一种装置或系统。
关键字：监护仪，单片机，C8051F020,OEM模块，生理信息采集
Abstract
Electrocardiogram (ECG), blood pressure (BP), sphagnum and blood oxygen saturation (SpO2) are the most fundamental bio-indicators of human beings. It's helpful for doctors to measure these biology signals in the first-aid outside the hospital. However, most of the existing monitor systems are inconvenient to be carried and controlled. Therefore, an intillage-timed, portable, low dissipation multi-parametersmonitor system is presented in this paper.
图1－1心电图
随着心脏的搏动，心电图上出现一组特征性的波形(P,QRS,T及U),这些波形对应着心脏的基本电活动。图1-1所示是一个正常状况下的典型的完整心电波形。心电图的各个波、段和间期都有其特殊的生理意义，可作为临床分析心脏疾病的重要参考资料:
新型便携式心电监测仪的设计原理
新型便携式心电监测仪的设计原理一、绪论心血管疾病是目前对人类危害最大的一种疾病，而心电图是检查、诊断和预防该类疾病的主要手段和依据。
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，而无法实时监护患者的病情，给医生和病人带来了很大的不便。
近年来，随着嵌入式和网络通讯技术的飞速发展，我们研制出一种基于ARM7处理器的新型嵌入式心电监护仪，它采用Samsung公司的一款ARM7TDMI核的RISC的32位高速处理器S3C44B0X,具有成本低、体积小、可靠性高、操作简单等优点，适用于个人、中小医院和社区医疗单位，为家庭保健（HHC）和远程医疗（Telem edicine）等新兴的医疗途径提供良好的帮助与支持。
二、系统的工作原理图一新型嵌入式心电监护仪的系统结构框图心电信号通过专用电极从人的左右臂采集到后，送入信号调理电路，先经过前置放大器初步放大，经高通滤波滤除直流信号及低频基线干扰后，由后级放大器放大，再经滤波器进一步滤除50HZ的工频干扰，经低通滤波器后得到符合要求的心电信号，由模拟信号输入端送入ADC，进行高精度的A/D转换。
为了更好的抑制干扰信号和防止导联松动及脱落，我们在电路中还引入了右腿驱动电路和导联脱落检测电路。
系统控制核心采用Samsung公司的S3C44BOX,液晶显示屏（LCD）建立良好的人机交互界面，采集到的信号可以通过LCD实时显示和回放，数据通过因特网基于TCP/ IP(传输控制协议、网际协议) 顺序可靠地传输数据到心电监护中心,为医护人员及时准确的诊断提供参考。
嵌入式实时操作系统采用现在流行的uClinx,管理协调各模块工作，为系统可靠的运行提供保证。
三、系统硬件模块设计3．1、信号调理电路信号调理电路主要包括：放大器、带通滤波器、陷波器等。
图二心电前置放大电路人体心电信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，一般只有0.05-5mV,频谱范围为：0.05-100HZ,心电信号正常输出时其幅值约为1mV,而A/D转换器的输入电平要求到达1V左右，即心电放大倍数约为1000倍，由于肌电干扰可能造成前置放大器静态工作点的偏移，甚至截至饱和，所以前置放大器的增益不能太大。
便携式心率监测仪文献
文献综述一、目的和意义便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。
未来，还将有众多能显著改善医疗效果的创新型医疗应用产品。
多年来，心率检测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。
目前，检测心率的仪器虽然很多，但是体积大，功耗大，不易于携带。
有些医院使用的各种心率监测仪器抗干扰性差，开发成本高，价格昂贵，即便用于心率信号采集的传感器也价格不菲。
如果心率监测的仪器能够做到体积小，制作成本和销售价格低、操作简单，能被普通家庭患者接受，这无疑为临床诊断和个人保健使用提供了方便。
因此，设计一种成本低廉，可随身携带，可长时间记录，显示和存储心率值，可和微机通讯并具有较强抗干扰能力的心率检测仪是十分必要的。
基于此，本文探究研发了一种体积小，操作简单，适合家庭和社区医疗保健使用的便携式心率检测仪。
二、国内外现状心电监护（ECG Telemonitor）的历史，可以追溯到上世纪初。
1903年，“心电图之父”荷兰教授Einthoven通过1500米的电缆线，记录了世界上第一份完整人体心电图，这在后来被广泛认为是心电监护的雏形。
其后数十年间，伴随冠心病等心血管疾病的大肆流行，心电采集和监测技术得以迅猛发展。
最早，医务人员对ECG的监测和需求，是从危重病人抢救开始的。
1933年Hooker首次进行实验动物心脏复苏，通过密切观察心脏跳动状况，来总结和判断病人的危重抢救效果。
1943年Claude Beek首次在手术室内实施电除颤，开始ECG的监测和临床应用。
1952年Zoll首次推出心脏起搏术，通过对心脏功能未完全恢复的病人进行起搏、监护，使病人得以康复。
1956年体外除颤仪问世，提高了危重病人抢救的存活率。
1960年Kauwenhoven报道胸外心脏按摩有效，心脏复苏技术日渐成熟。
1960年研发的持续床边ECG监测仪，能够适时不断地监护病人的ECG状况，使得心脏病人及危重病人得以密切和连续的被观察，同时帮助医务人员能对病人的心电情况做出连续的分析和判断。
9种不同类型心电监护仪的设计方案,包括便携式、远
9种不同类型心电监护仪的设计方案，包括便携式、远
随着人们生活节奏加快，人口逐渐老龄化，心脏疾病成为危害人类健康和生命的主要疾病之一。
心电监护系统为心脏病人诊断和治疗提供了一个有效的手段，对心脏疾病的防治和诊断具有重大的意义，本文为大家介绍几种心电监护仪的设计方案，包括便携式，低功耗，远程监控等类型。
基于Android 的低功耗移动心电监控系统的设计方案
本文通过研究人体心电信号的各项主要特征和实际监测应用需求，设计开发了一套无线传感心电信息监测系统，该系统通过嵌入内衣穿戴的智能电极对心电信号进行采集处理，并通过目前已成为移动设备标配的蓝牙无线数据网络将心电数据发送至Android 智能监控终端进行接收数据的存储、管理和分析。
基于Linux 和MiniGUI 的心电监护仪设计
本介绍一种基于Linux 和MiniGUI 的心电监护系统，能够满足患者随时随地对心电进行方便快捷的监测，及时地发现异常情况并采取有效的措施，从而更好地保护人们的身体健康。
基于TMS320LF2407A DSP 的心电监护系统分析
本文设计了一种以TMS320LF2407A DSP 为信号处理器的心电监护系统，该系统把心电信号的采集、分析和显示集成于一体,而且系统体积小、成本低、便于携带、实用性强。
基于S3C2410 设计三导联远程心电监护
本方案是基于S3C2410 设计三导联远程心电监护系统，可以对心脏病患者进行实时监护。
具有无线传输功能，因而患者可以不受时间和空间的限制使用本系统。
系统的24 小时无间断心电图记录功能，足以捕捉突发性的异常心电数据，为医护人员提供有力的诊断依据。
基于S3C44BOX的新型便携式心电监测仪的研制
电
子
测
量
技
术
第 ２ 卷 第 ５期 ９
２０ 年 １ ０６ Ｏ月
ＥＬＥＣ ＴＲ０ＮＩ Ｃ Ｍ ＥＡＳＵＲＥＭ ＥＮＴ ＴＥＣＨＮ０Ｌ ＯＧＹ
基 于 Ｓ Ｃ ４ Ｏ 的新 型 便 携 式 心 ３ ４Ｂ Ｘ 电监 测 仪 的研 制 ＊
张 华 和卫 星 徐 栋 君 陈相朝
输 。以太网接 口通 过隔离很好地切断 了传输线对模拟心 电信号的干扰 ， 而隔离前的 电路均 由隔离浮地 电源供 电， 有效隔绝漏电流和意外高压 ， 保证了系统的安全性。嵌入 式实时操作系统（ Ｔ Ｓｐ ／ ＳＩ协调各功能模块工作 ， Ｒ Ｏ ）Ｃ Ｏ － Ｉ
使系统具有很高的实时性和可靠性 。
Ｓ ｍｓｎ 公司的 ￥Ｃ ４ ０ ａ ｕｇ ３ ４ Ｂ ｘ作为控制核心， 通过液晶屏幕
（Ｃ ） Ｌ Ｄ 对心 电波 形实 时 显示 ， 可 以 通过 Ｔ Ｐ Ｉ 议 利 也 Ｃ ／Ｐ协
信号 （ Ｃ ） Ｅ Ｇ 是诊断此类疾病的重要依据， 对其进行方便 、 快捷的监测 ， 对此类疾病的急救和治疗具有十分重要 的意
关键词 ：心 电；ＡＲ Ｍ；Ｎ２ Ｏ － ；液 晶显示屏 ；Ｔ Ｐ Ｉ ／ ＳＩ Ｉ Ｃ ／Ｐ协议
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｏ ｅ ｏ ｔ ｂ ｅＥＣＧ ｎ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ３ ４ Ｏ ｓｇ ｆｎ ｖ ｌ ｒ ａ ｌ ｐ ｍｏ ｉ ａ ｅ ｎ Ｓ Ｃ４ Ｂ Ｘ ｏ
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关 键词 ： 心电信号；Ｒ 波； Ｑ Ｓ 检测； 心律失常
中 图分类号 ：７ ． ７２ ２
文 献标识 码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ５— ４ ０ ２ １ ） １— １ ５一 ４ １ ０ ９ ９ （０ ０ ０ ０ ０ Ｏ
心 血管疾 病 是威 胁 人 类 生命 的 主要 疾 病 之 一 ，
目前 具 有心 电检测 、 析功能 的设 备价 格不 菲 ， 且 分 而 主要是 在 医院等 医疗 场 所 才 有 ， 人 监 护使 用 很 不 个 方 便 。也有针 对个 人 的便 携 式 产 品 ， 但一 般 仅 能 记
录、 存储 心 电数据 而不 带分析 功 能¨ 。
随着 电子 技术 的发 展 ， 件性 能大 大提 高 ， 开 器 使
ｄ ｔ ｔ Ｒ ｏ ｐｅ ｎ ｎ ｌ ｅｉ ｒａ ｔ ｎ ｍｂｄｆｅｓｓ ｍ，Ｓ ｅＥ Ｇ ｄｔ ｃｎｂ ｔ ｅ ｘ ｆｒ ｅｅ Ｓｃｍ ｌｘａ ｄａ ａ ｚ ｅｌ ｉ ａ ｄ ｅ ｅ ｌ ｙｔ ｃＱ ｙ ｎ —ｍｅ ｉ ｅ Ｏｔ Ｃ ａ ａ ｅｓ ｒｄｉ ｔ ｔ ｏｍ ｈ ａ ｏ ｎｅ
第３ ３卷 第 １ 期
２１ ０ ０年 ２月
电 子 器 件
Ｃｈｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｏ ｌｃ ｏ ｅ ｉｅ ｉｅ ｅＪ ｕｎ ｌ ｆＥｅ ｔ ｎ Ｄ ｖｃ ｓ ｒ
Ｖｏ ＿ ３ Ｎｏ １ １３ ．
Ｆ ｂ ０１ ｅ ．２ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ａ ｌ ｓｇ ｆＰｏ ｔ ｂ ｅ ＥＣＧ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔ Ｄｅ ｉ ｅ Ｍ ａ ｕｒ ｍ ｎ ｖ ｃ
电检测 系统 。
图 １ 系统框 图
１ 系统 原 理 及 构 成
系统 主要 分 为 三个 部 分 ， 包括 心 电信 号采 集 模 块、 数据存 储模 块 和 心 电数 据分 析 处 理 模 块 。系 统
ａ ｄ ｄ ｔ Ｓ ｒ ａ ｂ ｌｔ ｎ ｒ ｎ ｌｔｂｉ ｔ ｒ ｎ ｎ ｅ ｎ ａａ’ ｅ ｄａ ｉｉ ａ ｄ ｔａ ｓａａ ｌ ｙ ａ ｅ ｅ ｈａ ｃ ｄ． Ｆｏ ｈ Ｉ ＢＩ ｄ ｔｂ ｓ ｎ ｃ ｕ ｌｐ ｒｏ ｓ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｉ ｒｔ ｅ Ｍ Ｔ— Ｈ ａａ ａ ｅ ａ ｄ ａ ｔ ａ ｅ ｓ ｎ ，ｔ ｅ ａ ｃ ｒ — ｃ ｆｍｏ ｔ ｒｒ ａ ｈ ｓｔ ｅ ｒ ｑｕｒ ｍ ｅ ｔ ． ｙ ｏ ｎｉ ｅ ｃ ｅ ｈ ｅ ｉｅ ｎ ｓ ｏ
发 一种 便携式 、 耗 低 、 量 大 、 有 分 析能 力 的心 功 容 具
电检测设 备成 为 可能 。本文 利用 Ａ Ｍ Ｃ ｒ ｘＭ３内 Ｒ ｏ ｅ－ ｔ
核 的 ３ ｉ单 片机作 为处理 器 ， ２ｂｔ 采用 大容 量 Ｓ Ｄ卡 作
为存 储单 元 ， 开发 出一是 评 价 心脏 功 能 的 主 要 依 据 。而 Ｅ Ｇ）
框 图如 图 １ 示 。心 电信 号采 集模块 主要 由心 电采 所 集 电路 、 信号 放 大 电路 、 波 电路 和 Ａ 滤 Ｄ采 样 电路组 成 。心 电信 号微 弱且 有 较 多 干扰 ， 因此 对 这 一模 块 的硬件 和软 件设计 都 提 出了更 高 的要求 。
摘 要 ： 介绍一种能实时处理、 处理速度快的心电检测仪 ， 它以基于Ａ ＭＣｄｘＭ Ｒ ｏｅ—３内核的单片机为核心， 以大容量 ｓ Ｄ卡作为
存储媒介 ， 并实现人机交互 、 波形 回放 、 心律失常分析及病情 报警功能 。系统采取实时的 Ｑ Ｓ波检测算法 ， Ｒ 并嵌入文件系统将心 电数据以文本 的形式存储 ， 提高 了数据 的可读性和移植性 。检测仪经 ＭＩ．Ｉ Ｔ ＢＨ数据库和实际人体测试检验 ， 达到了实 际要求。
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｅ ｐ ｒａ ｌ ｎ ｗ ｏ ｔｂ ｅ ＥＣＧ ａ ｕ ａ ｌ ｅ ｉｅ ｗｉｈ ｈｉｈ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｓｉｔｏ ｕｃ ｄ ｗｈ ｃ ｓｓ ｌ ａ ｄ ｌｗｅ ｏ ｍｅ ｓ ｒ ｂ ｅ ｄ ｖ ｃ ｔ ｇ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｉ ｎ ｒｄ ｅ ｉ ｈ ｉ ｍａｌ ｎ ｏ ｒｐ ｗ— ｅ ．ＩｓＣｏ ｅ ｉ ｒ ｔ ｒ ｓＭＣＵ ａ ｅ ｎ ＡＲＭ ｄｅ — ｎ ｔ ｔｒ ｇ ｄｉ ｉ ｉｈ－ ａ ａ ｉｙ Ｓ Ｃａ ｄ．Ｂｅ ｉ ｅ ．ｔ ｅ ｂ ｓｄｏ Ｃｏ ｘ Ｍ３ ａ ｄ ｉｓｓｏ ａ ｅ ｍｅ ｕｍ ｓａ ｈ ｇ ｃ ｐ ｃｔ Ｄ ｒ ｓｄ ｓ ｈｅｄ －
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（ｎｔｕ ｌ ｔ ｎＤ ｖ ｅ＆ Ａｐｉ ｔ ｎ ＨａｇｈｕＤａｚ Ｕ ｉ ｒｔ， ｎｚｏ １０ ８ ｈｎ ） Ｉｓｔｔ ｏ ｅ ｒ ｅｉ ｉ ｅ ｆＥ ｃ ｏ ｃ ｐｌａｉ ， ｎｚｏ ｉｎｉ ｎｖ ｓｙ Ｈａｇｈｕ３０ １ ，Ｃ ｉａ ｃ ｏ ｅｉ
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种 便 携 式 心 电监 测 仪 的设 计 冰
张亚 君 ， 永 纪 ， 余 洪 明
（ 州 电 子 科 技 大 学 电子 信 息 学 院 ， 州 ３０ １ ） 杭 杭 １０ ８