一种穿戴式心电监护系统的制作方法

本发明涉及家庭医疗健康领域，涉及穿戴式心电监护仪，特别涉及一种穿戴式心电监护系统。

背景技术：

近年来，随着生活水平的提高，心血管疾病越来越频发，如何做好心血管疾病的预防及监护成为全社会共同关注的问题。医疗监护通常分为两种，一种是传统的医疗监护，指在医院由专业医生使用专门的仪器对病人进行生理信号监护；另一种是新型医疗监护，即远程医疗监护系统，它是指由患者本人或其家属使用远程医疗监护仪，通过该仪器将所得生理信号及时传送给相关医生进行监护。由于传统医疗监护受医疗资源、患者经济条件等多因素条件的制约，使其越来越不适应当今实时、连续、不间断地监护要求。

便携式心电监测设备具有携带方便、价格低等优势，对于个人、家庭、中小型社区医院来说十分适合，为家庭健康预防和远程医疗等新兴医疗方式提供良好支撑与帮助。尽管该类设备在性能上不如大型医院相同功能设备，但完全可以满足日常家庭的健康监护需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种穿戴式心电监护系统，用于个人的日常心电监护。

本发明采样的技术方案为一种穿戴式心电监护系统，包括：穿戴式心电监护仪用于采集人体心电信号并进行预处理，然后将模拟心电信号转换为数字信号传输给心电监护APP；心电监护APP通过蓝牙接收心电信号并绘制实时心电图、存储心电数据并将心电数据发送至服务器；服务器接受心电信号进行详细的分析，并将分析结果反馈给手机心电APP。穿戴式心电监护系统，其特征在于：包括穿戴式心电监护仪、智能终端智能终端和服务器；智能终端中安装有心电监护APP，心电监护APP包括配置有预设截止频率的数字滤波器，用于滤除基线偏移信号和噪声；

所述穿戴式心电监护仪，用于采集人体心电信号并进行预处理，然后将心电信号转换为数字信号通过蓝牙传输发送给智能终端心电监护APP，并通过存储单元保存原始心电数据；

所述心电监护APP通过蓝牙接收心电监护仪发送的心电数据并存储，对心电信号进行滤波处理后将实时心电图显示在智能终端屏幕上，然后通过心电算法计算出瞬时心率以及心电是否异常，最后调用存储的心电数据绘制历史心电波形以便查看；

所述服务器，用于通过因特网接收心电监护APP发送的心电信号，进行详细的分析，并将分析结果反馈给心电监护APP；

所述穿戴式心电监护仪包括：

心电检测电极，放置在检测部位以采集人体心电信号和电极检测电路用于检测电极状态；

心电采集电路，用于放大采集的心电信号和消除共模信号；

主控单元，用于控制电信号传输过程，对心电信号进行数字化转换；主控单元中的主控芯片用于触发心电信号的采集、预处理、和传输工作；

存储单元，用于存储心电监护仪采集到的原始数字信号；

蓝牙模块，用于穿戴式心电监护仪和智能终端进行数据通信。

所述穿戴式心电监护仪包括心电检测电极、心电采集电路、存储单元、主控单元和蓝牙模块；所述心电检测电极，包括电极贴片放置在检测部位用于采集人体心电信号和电极检测电路用于检测电极接触状态是好、禁止还是没有接触；所述心电采集电路包括一个拥有高增益、低截止频率滤波器的模拟前端对心电信号做数字转换和处理，以消除人体耦合噪声对检测的心电信号影响和一个差分放大器消除共模信号、同时放大输入的差分心电信号；所述存储单元，用于存储采集到的原始心电信号；所述主控单元，用于触发心电信号的采集、对心电信号进行数字化转换和传输工作；所述蓝牙模块无线传输单元包括蓝牙2.0和蓝牙4.0通信方式。

所述心电监护APP配置有已定截止频率的数字滤波器，用于滤除基线偏移信号和噪声。

所述心电监护APP包括心电图绘制功能、实时心率显示功能、心电分析功能、心电数据存储功能、历史心电查看功能和心电数据上传服务器功能；所述心电图绘制功能，用于在接收到心电数据后，在屏幕上绘制实时心电图；所述实时心率显示功能，用于由心率算法计算出实时心率并显示在屏幕上；所述心电分析功能，用于由心电分析算法计算出是否存在心脏类疾病；所述心电数据存储功能，用于将心电数据由内存存储到外存；所述历史心电查看功能，用于接收心电完毕后，查看心电记录，并查看服务器反馈的分析结果；所述心电数据上传服务器功能，用于通过传输协议打包心电数据，并通过Wi-fi或移动2G/3G/4G网络将心电数据上传至服务器。

所述服务器，用于通过因特网接收心电监护APP发送的心电数据包，解析后进行详细的分析，并将分析结果反馈给心电监护APP。

采用了上述方案，该穿戴式心电监护系统将穿戴式心电监测仪、心电监护APP和服务器结合有机地结合起来。利用穿戴式心电检测仪低功耗、小体积、检测时间长等优点，将心电数据传输至心电监护APP并在服务器对心电数据进行详细的分析，使人们可以在日常生活中方便地获得系统的、便利的监护。

附图说明

图1为本发明实施例的穿戴式心电监护系统的结构框图。

图2为本发明实施例的电极检测电路图。

图3为本发明实施例的心电采集电路图。

图4为本发明实施例的四阶Sallen-Key滤波器原理图。

图5为本发明实施例的穿戴式心电监测仪的软件编程实现流程图。

图6为本发明实施例的数据采集工作流程图。

图7为本发明实施例的心电监护APP心电测量运行流程图。

图8为本发明实施例的心电监护APP实时心电显示图。

图9为本发明实施例的心电监护APP历史心电显示图。

图10为本发明实施例的服务器软件运行流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明的穿戴式心电监护系统主要由穿戴式心电监护仪、心电监护APP和服务器组成，下面分别对各部分进行详细的说明：

参照图1，穿戴式心电监护仪包括心电检测电极、心电采集电路、存储单元、主控单元和蓝牙模块；所述主控单元和蓝牙模块采用TI公司研发的CC2640低功耗蓝牙芯片；所述存储单元，采用SD卡模块连接主控单元引脚，用于存储原始心电信号；所述心电检测电极，包括电极贴片放置在检测部位用于采集人体心电信号；

参照图2，电极检测电路为了检测电极贴与身体的接触情况，本发明采用电阻分压器方案。该方案需要两个电极之间人体电阻范围在100kΩ到300kΩ之间，并且导电焊盘间电阻比该范围更大。当接触时，电流流过电阻最小(人体)的路径引起左导电焊盘上的电压发生变化。此电压被数模转换器(ADC)取样，然后转换成的数据和一组阈值比较，判断其接触状况是好、禁止还是没有接触。主控单元引脚提供电源和地给这个电路，在休眠模式下，可以断开电源和地的连接来减少电源电流的消耗；

参照图3，心电采集电路用一个拥有高增益、低截止频率滤波器的模拟前端对心电信号做数字转换和处理，以消除人体耦合噪声对检测的心电信号影响。来自电极的共模信号是相同的，用一个差分放大器可以消除共模信号、同时放大输入的差分心电信号。本发明选用的INA332仪表放大器是一个低成本的差分放大器，其共模抑制比对于频率小于10kHz信号为73dB,静态电流为490μA，关机电流小于1μA。此放大器有一个专门关机引脚，其最低工作电压可低达2.7V。INA332被设置成外接10kΩ电阻，其电压增益为10。输入端电极串行连接51kΩ电阻，这样既可以限制从人体来的电流，而且可以达到一个RC低通滤波器的功能。从电极到共模电压(VCM)连接着5MΩ的下拉电阻，这既可以帮助两个输入端电压保持一致，也给电路工作提供了直流偏置点。共模电压(VCM)由一个工作在电压跟随器模式(低输出阻抗)下的通用运放提供，设置在750mV。

参照图4，本发明选用TLV274四核运放做成一个二阶Sallen-Key滤波器，如图2所示。TLV274工作电流是550μA/通道，最小工作电压是2.7V，共模抑制比为58dB。Sallen-Key滤波器每级的电压增益是8.5。这样，整个模拟前端的电压增益是10x8.5x8.5＝722.5,截止频率是16Hz。从低通滤波器输出的心电信号被放大和预处理，随后被输入到CC2640微控制器的数模转换器通道。INA332的关机引脚和TLV274的VCC引脚都连接到CC2640一个通用输入输出引脚(GPIO)被用来启用和禁用模拟前端，此通用输入输出引脚被设置成低电平状态用来减少休眠模式下的电源电流消耗。

参照图5，为穿戴式心电监护仪的工作流程。首先配置CC2640开始1Hz的周期唤醒，并禁用AFE和ADC采样。当间隔到期时，将通过电极检测电路判断导联是否连接。若是，则设置CC2640开始60Hz的周期唤醒，关闭电极检测电路，并开启AFE和ADC采样。当心电数组存满时，通过BLE将心电数据发送至智能手机。运行时电极检测电路会每3秒运行一次，保证电极正在获取数据。如果电极有连接，申请回到心电采样，否则返回到初始状态。

参照图1，心电监护APP基于Android操作系统，在Android Studio IDE下开发实现。

心电监护APP包括心电图绘制功能、实时心率显示功能、心电分析功能、心电数据存储功能、历史心电查看功能将心电数据上传服务器功能；所述实时心率显示功能和心电分析功能使用Android NDK实现C语言在Android端的应用，通过算法获取心率和心电分析结果；

参照图6，心电数据采集模块工作流程；心电监护仪通过BLE向Android设备发送心电数据。Android端通过BLE获取心电数据包并解析，数据缓存队列应用Java泛型实现循环队列，存入数据对应入队操作，出队操作在数据绘图完毕后进行。

参照图7，心电监护APP心电测量运行流程图；心电图绘制功能使用自定义SurfaceView类来实现。在画布初始化时，获取屏幕长和宽的分辨率，设置画布的大小，确定心电图绘图基线。开启绘图线程，在绘图线程内对数据缓存队列的大小进行判定，若缓存数据多于10个，则绘制一条心电图曲线。由于Android手机普遍存在屏幕刷新率最高为65fps的限制，本发明中每秒共有250个心电数据，一次性绘制10条线段，屏幕每秒刷新25次即可。当心电波形画满整个界面时，该线程会将绘图坐标移动到起点，继续画图，逐渐刷新上一屏的心电图。此外，本文将1280*720分辨率的手机设置为标准心电图，设置心电图每50像素为一个大格，每个像素点绘制一个心电数据，即实现标准心电图25mm/s的走速；在幅度上，将心电数据乘上系数A，即可实现10mm/mV的标准心电图幅度值。心电测量界面设计如图8所示。

心电数据存储功能在接收到第一包心电数据后开启，该功能会获取手机SD卡路径，并在其目录下建立“/ECGData/登录用户名/测量时间”路径的文件夹，并将本次测量的心电数据保存在该路径下，心电数据以bin文件的格式存储于T卡中。

参照图9，历史心电查看功能使用拖动条控制心电图显示内容，应用向线性布局中加入图片的方式展现给使用者。

心电数据上传服务器功能用于通过传输协议打包心电数据，并通过Wi-fi或移动2G/3G/4G网络将心电数据上传至服务器，并接受服务器反馈回来的分析信息。

参照图10，服务器软件运行流程图；服务器软件使用Visual Studio2010进行开发，通过因特网接收心电监护APP发送的心电数据包，根据通信协议解析，然后使用心电算法对心电数据进行详细的分析，并将分析结果反馈给心电监护APP。

以上所述，是本发明的一种实施例。本发明不局限于上述实施方式，只要其以相同的方式达到本发明的技术效果，都属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内整个系统可以有各种不同版本的修改和变化。