无导联线标准心电监护仪的制作方法

本实用新型涉及一种监护仪，具体涉及一种无导联线标准心电监护仪，属于医疗器械设备技术领域。

背景技术：

监护仪一般是对心电、呼吸、血压、血氧饱和度、脉率、体温、呼吸末二氧化碳、呼吸力学、麻醉气体、心输出量、脑电双频指数等进行监测，是医院和家庭不可缺少的医疗器械设备之一。

人体心电信号的产生：心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电的。心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，这些生物电的变化称为心电。

人体心电信号的特点：心电信号属生物医学信号，具有如下特点：

(1)信号具有近场检测的特点，离开人体表微小的距离，就基本上检测不到信号；

(2)心电信号通常比较微弱，至多为mV量级；

(3)属低频信号，且能量主要在几百赫兹以下；

(4)干扰特别强。干扰既来自生物体内，如肌电干扰、呼吸干扰等；也来自生物体外，如工频干扰、信号拾取时因不良接地等引入的其他外来串扰等；

(5)干扰信号与心电信号本身频带重叠(如工频干扰等)。

心电信号的研究：心电信号是人类最早研究并应用于医学临床的生物信号之一，它比其它生物电信号更易于检测，并且具有较直观的规律性，因而心电图分析技术促进了医学的发展。心电图检查是临床上诊断心血管疾病的重要方法。心电图的准确自动分析与诊断对于心血管疾病起着关键的作用，也是国内外学者所热衷的课题。

心电信号的检查意义：用于对各种心率失常、心室心房肥大、心肌梗死、心律失常、心肌缺血等病症检查。心电图是反映心脏兴奋的电活动过程，它对心脏基本功能及其病理研究方面，具有重要的参考价值。心电图的检查必须结合多种指标和临床资料，进行全面综合分析，才能对心脏的功能结构做出正确的判断。

心电信号基本构成：心电信号由P、QRS、T波和静息期组成，如图1，各波具有不同的频率特性，是一种典型的具有明显时频特称与时间—尺度特征的生物医学信号。

P.QRS.T波以及PR,ST,QT间期都不同程度地反应了心脏的功能的变化，因此通过算法实现对心脏功能的自动分析判别已成为一个比较热门的研究方向。

心电信号的提取：生物医学信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。各生理参数如心电、脑电、肌电等生物电信号体温、血压、呼吸、血流量、脉搏、心音等的温度、压力流量、力、位移等非电信号，从信号本身特征到提取方式都不同于工业工程中的情况，具有其特殊性。作为信号源的人体是极为复杂的生命系统人体生物医学信号的提取和处理，是自然科学领域中比较重要的。人体的生物电现象通过电极采用一定的导联方式拾取出来，各非电参数用各种传感器变换成电信号后被拾取。电极形式有皮肤表面电极体表电极、针形电极、微电极等体表电极的形状很多有用于肢体的金属板电极、用橡皮膏粘贴的金属圆盘电极、吸杯电极、浮动型表面电极、按扣式电极以及特殊形式的表面电极耳夹式电极等。所谓的电极的极化是指电极与电解质溶液界面形成双电层以及在有电流通过时电极和电解质溶液界面电位发生的变化产成极化电压。通过信号处理电路去掉原始信号的干扰得到初级的生物信号(Primary signal)再经过各种运算得到能够反映器官功能特征的信号(Secondary signal)。生物电引导电极实际完成人体和测量系统之间的界面作用。为了把生物电信号引入信号处理模块中引导电极必须具备电流的传导能力。在人体内电流靠离子导电而在测试系统内是电子导电。通过引导电极把离子电流变为电子电所以电极实际上起了一个换能器的作用。

目前市场上分为双电极式和多电极标准导联式两大类产品。双电极式通过检测身体两点的电压差计算得出心电图，两个电极间距短，可以不需引线，小巧，方便配戴，便利性很好，但得出的不是标准导联的心电图，诊断参考价值低。多电极标准导联式得出的心电图能与标准库配匹，具有很高的诊断参考价值，但各电极是通过导线引出，配戴麻烦，体验比较差，因此，迫切的需要一种新的技术方案解决该问题。

技术实现要素：

本实用新型正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种无导联线标准心电监护仪，该技术方案通过电极检测的信号以无线的方式传给主机，无导联线标准心电监护仪，电极检测的信号以无线的方式传给主机，主机也是以无线的方式再传给显示设备，全程无须导线，这样保证了很好体验的同时，还能组成各种标准导联，测出标准心电图，得到与常规标准导联同等的诊断效果。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下，一种无导联线标准心电监护仪，其特征在于，所述心电监护仪包括主机电极、普通电极以及显示设备，所述主机电极和普通电极之间以及主机电极和显示设备之间通过无线传输方式进行传输，所述主机电极通过无线传输方式连接一个或者多个普通电极。

作为本实用新型的一种改进，所述无线传输方式采用以下方式中的一种，高频无线电、红外线光波、声波、(音频，超声波等)；其中高频无线电包括蓝牙、wife、2.4ghz、868mhz、433mhz、315mhz等其它无线电协议，制式，频率，所述声波包括音频，超声波，所述普通电极包括电极片、前置放大电路、高通滤波电路、主放大电路、低通滤波电路以及无线发射电路，所述电极片通过前置放大电路连接高通滤波电路，高通滤波电路通过主放大电路连接低通滤波电路以及无线发射电路。

作为本实用新型的一种改进，所述主机电极包括RL电极、RL电极片、电极、增益控制电路、MCU、蓝牙电路以及无线接收电路，所述RL电极片贴于人体表面，无线接收电路通过增益控制电路连接电极，电极通过MCU和蓝牙电路将信号传送到显示设备。

作为本实用新型的一种改进，所述普通电极电源电路包括电阻R1、电阻R2、开关S1、运算放大器U1A电容C11以及电容C1，其中电容C1、电阻R1、电阻R2和电容C11组成外围电路，电池经过开关S1后进滤波将电源提供给各电路，外围电路和运算放大器U1A形成虚拟地。以二分之一VDD电压(Vref)作为虚拟地提供给各运算放大电路。

作为本实用新型的一种改进，所述电极片和前置放大线路包括电阻R5、电容C12以及运算放大器U1B,其中运算放大器U1B组成电压跟随器，电极片检测到的信号通过RC无源滤波送到U1B电压跟随器进行阻抗变换，放大驱动能力。因为心电信号过于微弱。

作为本实用新型的一种改进，所述高通滤波放大电路包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R13、电容C6、电容C7以及运算放大器U1C,其中电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R13、电容C6、电容C7形成外围元件，所述运算放大器U1C和外围元件组成二阶有源高通滤波电路，滤除低频部分的干扰信号。

作为本实用新型的一种改进，所述主放大电路包括电阻R4、电阻R7、及运算放大器U1D，其中电阻R4、电阻R7、及运算放大器U1D组成反向放大电路，放大倍数为R7/R4。

作为本实用新型的一种改进，所述低通滤波放大电路包括电阻R12、电阻R6、电阻R14、电阻R11、电容C4、电容C5以及运算放大器U2B,其中电阻R12、电阻R6、电阻R14、电阻R11、电容C4以及电容C5组成外围元件，所述运算放大器U2B和外围元件组成二阶有源低通滤波电路，滤除高频部分的干扰信号。

作为本实用新型的一种改进，所述无线发射电路包括电阻R3、运算放大器U2C、电容C3、电阻R5、声表面滤波器Y1、三极管Q1、晶振荡L1、电容C9、电容C8、电容C10以及电阻R16，所述运算放大器U2C形成电压跟随器，电容C3、电阻R5、声表面滤波器Y1、三极管Q1、晶振荡L1、电容C9、电容C8、电容C10以及电阻R16形成电容三点式高频无线发射电路，信号先通过U2C形成的电压跟随器，进行阻抗变换提升驱动能力，然后送到电容三点式高频无线发射电路将信号发射出去。采用了声表面滤滤器Y，使得频率比较稳定，不容易出现飘移。各普通电极采用不同的发射频率以区分，整个电路的原理完全一致。不同的普通电极只需在发射电路部分换用不同频率的声表面滤波器和调整匹配元件。

作为本实用新型的一种改进，所述增益控制电路包括电阻R17、电阻R18、所述运算放大器U5C、电阻R19、电阻R20、电容C13、电容C17以及三极管Q2，所述电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电容C13、电容C17以及三极管Q2组成外围电路，其中运算放大器U5C和外围电路组成增益控制电路。接收到的信号输入到运算放大器U5C，先虑除高频杂波，使信号更干净，MUC输出AGC信号控制增益，以弥补信号通过前面各种电路处理后产生的幅度偏移并调整为适合模拟前端芯片的信号。

作为本实用新型的一种改进，所述主机电极的电源电路采用TPS61220DCK芯片，所述无线接收电路采用MICRF007芯片。

相对于现有技术，本实用新型具有如下优点，1)该技术方案整体设计巧妙、结构紧凑；2)该技术方案中电极检测的信号以无线的方式传给主机，主机也是以无线的方式再传给显示设备，全程无须导线，这样保证了很好体验的同时，还能组成各种标准导联，测出标准心电图，得到与常规标准导联同等的诊断效果。RL位置上的为主机电极其余为普通电极，各普通电极检测各自心电信号然后以无线的方式传给主机电极；主机电极检测RL信号，接收普通电极发出的信号一同送入心电运算芯片进行分析，最后以无线蓝牙的方式传给显示设备，提高体验的同时保证了测量效果；3)该技术方案真正实现了无线传输，电极片检测到的信号是通过无线方式传给主机，主机通过无线方式传给显示设备，操作使用便捷。

附图说明

图1为典型心电信号波形图；

图2为本实用新型整体组成示意图；

图3为普通电极示意图；

图4为主机电极示意图；

图5为普通电极电源电路示意图；

图6为电极片和前置放大电路示意图；

图7为高通滤波放大电路；

图8为主放大电路示意图；

图9为低通滤波放大电路示意图；

图10为无线发射电路示意图；

图11为无线接收电路示意图；

图12为增益控制电路示意图；

图13为主机电极电源电路图；

图14为心电模拟前端及外围电路图；

图15为ADS1293内部结构与外部引脚的连接示意图；

图16为使用时，主机电机位置示意图；

图17为显示设备示意图；

具体实施方式：

为了加深对本实用新型的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图2，一种无导联线标准心电监护仪，所述心电监护仪包括主机电极、普通电极以及显示设备，所述主机电极和普通电极之间以及主机电极和显示设备之间通过无线传输方式进行传输，所述主机电极通过无线传输方式连接一个或者多个普通电极；所述无线传输方式采用以下方式中的一种，高频无线电、红外线光波、声波、(音频，超声波等)；其中高频无线电包括蓝牙、wife、2.4ghz、868mhz、433mhz、315mhz等其它无线电协议，制式，频率，所述声波包括音频，超声波，参见图3，所述普通电极包括电极片、前置放大电路、高通滤波电路、主放大电路、低通滤波电路以及无线发射电路，所述电极片通过前置放大电路连接高通滤波电路，高通滤波电路通过主放大电路连接低通滤波电路以及无线发射电路。

参见图4，所述主机电极包括RL电极片、若干个无线接收电路、增益控制电路、心电信号模拟前端电路、MCU+蓝牙电路，所述RL电极片贴于人体表面，无线接收电路通过增益控制电路连接电极，心电信号模拟前端电路连接MCU和蓝牙电路将信号传送到显示设备。

参见图5，所述普通电极电源电路包括电阻R1、电阻R2、开关S1、运算放大器U1A电容C11以及电容C1，其中电容C1、电阻R1、电阻R2和电容C11组成外围电路，电池经过开关S1后进滤波将电源提供给各电路，外围电路和运算放大器U1A形成虚拟地。以二分之一VDD电压(Vref)作为虚拟地提供给各运算放大电路。

参见图6，所述电极片和前置放大线路包括电阻R5、电容C12以及运算放大器U1B,其中运算放大器U1B组成电压跟随器，电极片检测到的信号通过RC无源滤波送到U1B电压跟随器进行阻抗变换，放大驱动能力。因为心电信号过于微弱。

参见图7，所述高通滤波放大电路包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R13、电容C6、电容C7以及运算放大器U1C,其中电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R13、电容C6、电容C7形成外围元件，所述运算放大器U1C和外围元件组成二阶有源高通滤波电路，滤除低频部分的干扰信号。

参见图8，所述主放大电路包括电阻R4、电阻R7、及运算放大器U1D，其中电阻R4、电阻R7、及运算放大器U1D组成反向放大电路，放大倍数为R7/R4。

参见图9，所述低通滤波放大电路包括电阻R12、电阻R6、电阻R14、电阻R11、电容C4、电容C5以及运算放大器U2B,其中电阻R12、电阻R6、电阻R14、电阻R11、电容C4以及电容C5组成外围元件，所述运算放大器U2B和外围元件组成二阶有源低通滤波电路，滤除高频部分的干扰信号。

参见图10，所述无线发射电路包括电阻R3、运算放大器U2C、电容C3、电阻R5、声表面滤波器Y1、三极管Q1、晶振荡L1、电容C9、电容C8、电容C10以及电阻R16，所述运算放大器U2C形成电压跟随器，电容C3、电阻R5、声表面滤波器Y1、三极管Q1、晶振荡L1、电容C9、电容C8、电容C10以及电阻R16形成电容三点式高频无线发射电路，信号先通过U2C形成的电压跟随器，进行阻抗变换提升驱动能力，然后送到电容三点式高频无线发射电路将信号发射出去。采用了声表面滤滤器Y，使得频率比较稳定，不容易出现飘移。各普通电极采用不同的发射频率以区分，整个电路的原理完全一致。不同的普通电极只需在发射电路部分换用不同频率的声表面滤波器和调整匹配元件。

参见图13，主机电极电源电路图，采用TI(德州仪器)公司的DCDC升压稳压IC，型号为：TPS61220DCK，为各电路提供电源供给。TPS61220是一款具有5.5mA的静态电流低输入电压、0.7V升压转换器。TPS61220采用6引脚SC-70封装，可在低负载条件下保持极高的效率。可进一步延长本系统基于低功耗的微处理器的设计方案的电池使用寿命。在5V输出电压时，输出电流高达50mA，并使系统的锂离子电池放电电压低于2.5V。

各电极的无线接收电路部分如下图11，电路以MICRF007为核心。MICRF007是Micrel公司推出的单片UHF ASK/OOK(导通-关断键控)超外差无线电接收芯片。MICRF007采用SOP(M)-8封装，芯片内电路可分为UHF下变换器、OOK解调器和基准控制三部分。UHF下变换器包含RF放大器、混频器、中频放大器、带通滤波器、峰值检波器、合成器、AGC控制电路；OOK解调器包含低通滤波器、比较器；基准控制电路包含基准振荡器和控制逻辑电路，仅需外接2个电容器CAGC和CTH，1个晶振以及电源去耦电容即可构成1个UHF ASK接收器，所有的RF和IF调谐都在芯片内自动完成，是一个真正"无线输入－数据输出"的单片器件。各电极的接收电路只需换不同的晶振改变接收频率，与各发射电极对应上即可，使用的芯片和电路原理完全一致。参见图12，所述增益控制电路包括电阻R17、电阻R18、所述运算放大器U5C、电阻R19、电阻R20、电容C13、电容C17以及三极管Q2，所述电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电容C13、电容C17以及三极管Q2组成外围电路，其中运算放大器U5C和外围电路组成增益控制电路。接收到的信号输入到运算放大器U5C，先虑除高频杂波，使信号更干净，MUC输出AGC信号控制增益，以弥补信号通过前面各种电路处理后产生的幅度偏移并调整为适合模拟前端芯片的信号。

参见图14心电模拟前端及外围电路图，采用的是TI公司ADS129X系列的专业心电模拟前端，ADS1291--ADS1298主要是电极数目的不一样，根据需求使用不同的芯片。现以ADS1293芯片设计为介绍。ADS1293是美国德州仪器公司(TI)用于生物电势测量的3通道、24位集成模拟前端，能够针对特定的采样率和带宽对每个通道进行设定，使用户能够针对性能和功耗来优化配置，其还具有交直流断线检测(Lead_offDetect)、电池电量监控和自我诊断报警等功能，内置有ECG应用所需的右腿驱动电路租Wilson/Goldberger终端。ADS1293内部结构与外部引脚的连接方式如图15所示，从信号的流向可划分为信号输入接口、信号处理单元和信号输出接口等部分。

(1)信号输入接口。信号输入引脚从IN1～IN6共有6个，全部输入引脚都包含一个电磁干扰(EMI)过滤器以滤除射频噪声。系统采用5导联连接方式，即右臂(RA)、左臂(LA)和左腿(LL)分别连接到IN1、IN2和IN3引脚；共模探测器(CMdetect)取得RA、LA和LL的平均电压用作右腿驱动(RLD)放大器的输入，右腿驱动放大器的输出再返回到右腿(RL)端，一起从IN4引脚输入。右腿驱动电路的作用是控制病人的共模水平，提升系统的交流抑制比；威尔逊网络(WCT)的输出连接到IN6引脚，与连接到IN5引脚的V1(胸电极)一起作为CH3通道的差分信号输入。

(2)信号处理单元。主要由仪用放大器(INA)、∑△调节器(SDM)和低通数字滤波器(DigitalFilter)3部分组成，主要作用是将差分模拟电压信号转换成数字信号。仪用放大器是一个具有高输入阻抗的运算放大电路，主要有两个作用：1)对差分信号起一定的放大作用。2)提供高输入阻抗，以便从ECG电极获取更大的输入信号。仪用放大器的输出信号送入∑△调制器进行模/数转换，∑△调制器是基于过采样的一位编码技术，输出反映了输入信号幅度的一位编码数据流。低通数字滤波器由3个可编程的5阶sin型滤波器组成，∑△调制器的输出由低通数字滤波器处理后，即可得到N位编码输出。

(3)信号输出接口。主要包括4线SPI串行接口、DRDYB引脚和ALRAM引脚。各引脚的功能如下：SCLK为串行时钟输入引脚；SDI为串行数据输入引脚，共16位，其中，1位读写控制，7位地址和8位数据。在时钟上升沿期间，所有数据被采样和在第16个时钟上升沿时被写入寄存器中。SDO为串行数据输出引脚，在8～15个时钟下降沿，SDO引脚读数据。CSB为片选引脚，低电平有效，在低电平期间SPI接口开始读写数据，低电平维持16个时钟周期；DRDYB为模数转换结束引脚，表示芯片内部的数据已准备好可以读取，低电平有效，通常可用作CPU的中断信号或状态查询信号；ALARMB为报警引脚，ADS1293有一个自我诊断报警系统，用于诊断在ECG应用中可能发生的异常情况，这些异常情况主要包括电极脱落、同步错误、低电警告和3个通道工作异常等，一旦有异常情况发生就报告给错误标志，并在ARLAM引脚上显示。

MCU和蓝牙发射电路，将心电信号模拟前端电路采集到的信号，通过该电路发送到终端设备上。该电路以TI公司的CC2541为核心。CC2541将领先RF收发器的出色性能和一个业界标准的增强型8051MCU、系统内可编程闪存存储器、8KB RAM和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起；CC2541非常适合应用于需要超低能耗的系统，这由多种不同的运行模式指定。运行模式间较短的转换时间进一步使能耗降低。CC2541内嵌8051核，将心电发送模块经编码后的数字信号以SPI协议接收，进行处理，再通过RF发送出去。

工作原理：

参见图16、17，使用时，预先将显示设备(手机，电脑等)装好相应APP(应用程序)，产品附带APP光盘或到公司网站下载；根据需求和标准在身体相应的位置贴上电极片，将相对应的普通电极和主机电极扣到电极片上，确保接触良好，并打开每个电极开关，主机电极与显示设备匹配，建立连接，操作显示设备，显示心电图，进行心电监护无任何引线，完美的检测体验，最后得到标准的心电图。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本实用新型的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本实用新型权利要求所保护的范围。