专利名称：便携式多参数健康监护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种医疗仪器技术领域的装置，具体是一种便携式多参数健康监护系统。
背景技术：
随着医学科学技术及电子工业技术的飞速发展，先进的医疗设备已经得到广泛的应用。多参数监护系统是根据患者的病情需要，对多种生命征象进行实时监护的系统，以实现及时了解病人状况，预防突发状况以及指导治疗的功能。目前多参数监护系统已经广泛应用在各种病房以及手术室中，尤其在对危重病人的监护中起到重要作用。此外，它正朝着家庭病房发展，实现对老人，慢性病患者，各种疾病高危患者提供敏感，准确，实时的监护预警，以及对普通大众提供无创检查，起到及时了解健康状况，预防突发病变的作用。
经过对现有技术的检索发现，实用新型专利申请号为200720108925. 3的《微型携带式远程多参数监护仪》设计了一个独立便携的多参数监护仪。该实用新型采用模块化设计，包括独立的血压采集模块，心电呼吸采集模块，血氧采集模块和通信模块，并且每块信号采集模块包含一个专用处理芯片，进而避免信号采样过程中的相互干扰，通信模块包含数据传输电路，读写SIM卡的电路，以及天线等，其与移动公司GPRS/CDMA建立通讯链路，高效传输数据。系统采用高速SOC单片机作为主控和接口，接收并处理各个模块的数据，将结果传送给通信模块输出。但是该技术每个模块采用独立的模拟前端，一方面系统的参数测量模块确定，可扩展性差；另一方面系统的集成度低，闲置资源多，导致了功耗高，体积大，移动不方便。
又经检索发现，发明专利申请号为200610157495.4的《插件式多参数监护测量模块》设计的是一体化多参数模块，其可作为多种监护仪，计算机以及通讯设备等主机的一个配件操作。相比上面提高的实用新型，该发明提高系统集成度，縮小系统集体。其主要包含前置处理器和主处理器，前置处理器对来自测量电路的电信号进行数据采集和数模转换，主处理器则完成该信号对应的生理参数处理，结果通过有线或无线接口传给主机。该一体化模块可与多种设备连接构成监护仪对不同参数监护。它能作为监护仪的一个模块使用，也能脱离监护仪在短时间内独立工作，还可以与显示设备组成监护仪。该技术不可实现多种参数的同时监护，更难以满足对脑电这种微弱电信号监护的需求，除此之外该模块是其它监护装置的配套模块，独立工作能力差。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种便携式多参数健康监护系统，不仅实现对脑电，心电的监护，还可根据病人需要选择不同传感器来监护特定生理参数。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括接口模块、前端模块、主处理器、存储模块、通信模块和人机交互模块，其中接口模块与前端模块相联系以传输传感器采集的模拟电信号，模拟前端模块与主处理器相联系以传输数字信号，主处理器模块与存储模块连接以传输生理状态信号，主处理器与通信模块相联系以传输输出信号，主处理器与人机交互模块相联系以传输多媒体信息。
所述的接口模块包括心电电极导线、脑电电极导线和传感器接口，其中心电电极导线的一端与心电电极相连接，另一端与前段模块的输入端相连接以传输心电信息，脑电电极导线的一端与脑电电极相连接，另一端与前段模块的输入端相连接以传输脑电电极信息，传感器接口的一端与传感器相连接，另一端与前端模块相连接以传输传感电信号。
所述的前端模块包括视频信息解码芯片，脑电模拟前端单元、心电模拟前端单元和一体化模拟前端单元，其中视频信息解码芯片与摄像头相连处理视频流信息，脑电模拟前端单元、心电模拟前端单元和一体化模拟前端单元分别与传感器接口相连接接收脑电电极信息、心电信息和传感电信号。
所述的人机交互模块包括控制系统工作的按键，本地显示信息的视频输出模块，以及本地预警的音频输出模块。
本发明适用于更多脑损伤的患者；独立的脑电，心电模拟前端，和其它参数的一体化模块，结合了目前两种主要监护系统设计的思想，保证信号采集需要的同时，简化系统设计；自带的摄像头可以更有效的监护使用者，结合系统的无线模块，实现在危急情况下系统自动产生预警信息和采集图像信息发送给预设监护人的功能，在获得直观信息时可提供快速的远程帮助；合理使用高性能的OMAP3530芯片，使系统高效流畅的完成多参数处理，同时縮小系统体积，降低 系统功耗，提高了本发明的便携性；本系统的无线通信技术，可实现使用者与监 护人之间的实时联通，其紧急预警降低了突发及危急疾病的危险，使用者在最短 时间内得到救助。
图l是本发明结构示意图。 图2是本发明操作流程图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括接口模块、前端模块、主处理器、存储模块、 通信模块和人机交互模块，其中接口模块与前端模块相联系以传输传感器采集 的模拟电信号，模拟前端模块与主处理器相联系以传输数字信号，主处理器模块 与存储模块连接以传输生理状态信号，主处理器与通信模块相联系以传输输出信 号，主处理器与人机交互模块相联系以传输多媒体信息。
所述的接口模块包括心电电极导线、脑电电极导线和传感器接口，其中 心电电极导线的一端与心电电极相连接，另一端与前段模块的输入端相连接以传 输心电信息，脑电电极导线的一端与脑电电极相连接，另一端与前段模块的输入 端相连接以传输脑电电极信息，传感器接口的一端与传感器相连接，另一端与前 端模块相连接以传输传感电信号。
所述的前端模块包括视频信息解码芯片，脑电模拟前端单元、心电模拟前 端单元和一体化模拟前端单元，其中视频信息解码芯片与摄像头相连处理视频 流信息，脑电模拟前端单元、心电模拟前端单元和一体化模拟前端单元分别与传 感器接口相连接接收脑电电极信息、心电信息和传感电信号。
所述的主处理器是美国TI公司的0MAP3530微处理器，它集成了 RAM, DSP两 种芯片架构以及丰富了片内资源，完成系统控制可生理参数识别与预诊断。
所述的通信模块包括有线通信的RS232接口， USB串口， JTAG口，无线通 信的ZigBee发射模块，GPRS/CDMA模块。通信模块与主处理器联系实现系统与 PC,手机等不同终端之间数据，视频信息传输。所述的人机交互模块包括控制系统工作的按键，本地显示信息的视频输出模 块，以及本地预警的音频输出模块。
如图2所示，本实施例工作步骤如下
第一步、开机自检开机以后自动完成对各个硬件模块的检査确保正常工作， 在自检出现错误时本地显示错误信息，自检通过后系统开始工作。该过程是确保 系统工作环境稳定和良好的敏感度，特异性，从而避免出现误诊和漏诊，尤其是 高危疾病的漏诊会对病人造成严重影响；
第二步、主处理芯片操作在系统开机后使用者需要根据选择的传感器输出 电信号的频率和范围做出相应的设置。通过按键操作的信息，主处理芯片选择一 体化模拟前端中的参数，实现对应的放大和滤波。主处理器中的主处理芯片需要 完成整个系统的控制，是被实施例的主控部分。
第三步、生理信号采集该过程是各个前端模拟电路采集原始模拟信号，经 过放大，滤波，数模转换后传送给后续模块处理。心电信号是主耍集中0. 05 100HZ， 50uV 50mV的弱电信号，从体表采集到的心电需放大50(Tl000倍用于后续处理。 第一阶放大电路与电极直接联系，因此为了避免电极产生的极化电位一阶放大的 倍数不能过大。 一般心电幅值在一阶放大电路约放大5倍，可根据实际需要确定 二阶放大或三阶放大。因为心电信号的噪声背景很强，主要包括肌电，呼吸伪迹， 工频干扰等，所以模拟电路需要设计合适的幅频响应范围，实现有效的滤波。综 上所述，心电信号的前端模拟电路实现500倍的总增益，共模抑制比大于80HZ, 频率响应范围0.05 100HZ。经过以上处理后，模数转换芯片将模拟信号转换为 数字信号并传送给后续模块。
脑电模拟前端的处理过程类似与心电，但头皮脑电的有用信息主要集中在 0.5 35HZ， 5 100uV内，是比心电更微弱，频率更低，干扰更多的电信号，所以 对脑电模拟电路要求更高。其放大增益比其它信号都要高，输入阻抗要求更高， 放大器的低频截止的选择困难。脑电的主要噪声来自眼动，心电，电极极化电位， 工频干扰等，所以电路需要抗干扰能力强，共模抑制比高，频率响应范围适当。 简便，高质量的脑电信号模拟前端电路是分析脑电信号的前提，也是该实施例的 重要技术问题。
其它生理信号的采集，如血氧，血压，呼吸，体温，体位等都是将非电信号 转换为电信号。基于已有的传感器，本实施例设计了一体化的前端模拟电路。该电路对不同的输入信号实现可调的放大与滤波，以满足后续处理的需要。使用者 可根据不同的需要选择合适的传感器，实现对一种或多种参数的检测。这即减小 系统电路体积，又使得系统适用于大多数人的健康监护。
第四步、数据存储该过程是将第三步中生成的数字信息保存到系统扩展的 存储模块中。该操作由主处理芯片控制完成，其目的是为了保存大量历史信息供 以后查阅，传输，显示等。
第五步、信号处理该过程是接收来自前端的数字信号，通过DSP完成信号 参数的识别，对健康状况做出检测。系统中嵌入多种生理参数的识别算法，同步 或者先后完成接收到数字信号的处理。
传统的多参数监护系统大多基于两片处理芯片， 一片完成系统控制及其它，
而另一片完成大量的数据处理。而本实施例基于美国TI公司的OMAP3530/3525 处理器完成。0MAP3530在单一芯片上集成了主处理芯片和DSP内核，是一个高 度整合的片上系统(S0C: System of Chip)。第3步操作产生的数字信号直接传 送给主处理器0MAP3530处理，其中主处理芯片处理器主要控制整个系统工作， DSP用来完成各种生理参数的计算。基于DSP强大的处理能力，本实施例不仅增 加了各种生理参数的诊断种类，也引入敏感度和特异性更好的识别算法，并对计 算结果进行检测。良好的系统架构和省电技术使它具有灵活方便的操作，极强的 计算能力以及极低的功耗。
第六步、检测结果输出该过程是系统根据检测的结果引起不同输出操作。 其中主控主处理芯片配合0MAP的众多接口完成整个过程。0MAP3530包括的图形 引擎和视屏加速器，可实现高速与清晰的图像与视频传输功能。而0MAP的丰富外 围接口实现有线和无线通信，显示，存储等功能。
当第4步检测为健康状况时，主处理芯片控制LCD实时显示监护生理参数的 波形和处理结果，除此之外，主处理芯片不引起其它操作。而检测结果为异常情 况，尤其是危险迹象时，主处理芯片控制本地显示，远/近距离预警以及数据和 图像(视频信息)传输，需要配合多个输出模块工作。(1)本地显示。通过LCD 显示给使用者直观信息。(2)本地音频输出。通过外壳上的音频设备产生报警信 号，提醒使用者本人出现异常情况。(3)远距离无线预警。通过GPRS/CDMA向监 护人发送短信息或自动拨号给监护人，提醒监护人被监护者出现异常。(4)远距 离视频信息输出。通过GPRS/CDMA向监护人发送视频信息，使监护人获得直观信息做出必要急救措施，同时还可以有效避免误检。
本操作是为了保证使用者与外界实时联系，有效避免在其无意识或失去控制 力情况下出现严重异常情况，如癫痫，室颤，夜间呼吸暂停等。监护人可立即 获得被监护人信息并提供所需的急救措施，使得被监护人在最短时间获得救助成 为可能。
除了 GPRS实现远距离通信以外，系统还包括基于ZigBee协议的无线短距离 传输，可实现一定距离范围内大量数据和视频信息的传输。而RS232有线串口 便于使用者高速的将数据从系统传送给电脑或其它设备。位于外壳内部的电源模 块给整个系统供电从而减少交流电带来的电磁干扰等问题。
权利要求
1、一种便携式多参数健康监护系统，其特征在于，包括接口模块、前端模块、主处理器、存储模块、通信模块和人机交互模块，其中接口模块与前端模块相联系以传输传感器采集的模拟电信号，模拟前端模块与主处理器相联系以传输数字信号，主处理器模块与存储模块连接以传输生理状态信号，主处理器与通信模块相联系以传输输出信号，主处理器与人机交互模块相联系以传输多媒体信息。
2、 根据权利要求1所述的便携式多参数健康监护系统，其特征是，所述的 接口模块包括心电电极导线、脑电电极导线和传感器接口，其中心电电极导 线的一端与心电电极相连接，另一端与前段模块的输入端相连接以传输心电信 息，脑电电极导线的一端与脑电电极相连接，另一端与前段模块的输入端相连接 以传输脑电电极信息，传感器接口的一端与传感器相连接，另一端与前端模块相 连接以传输传感电信号。
3、 根据权利要求1所述的便携式多参数健康监护系统，其特征是，所述的 前端模块包括视频信息解码芯片，脑电模拟前端单元、心电模拟前端单元和一 体化模拟前端单元，其中视频信息解码芯片与摄像头相连处理视频流信息，脑 电模拟前端单元、心电模拟前端单元和一体化模拟前端单元分别与传感器接口相 连接接收脑电电极信息、心电信息和传感电信号。
4、 根据权利要求1所述的便携式多参数健康监护系统，其特征是，所述的 人机交互模块包括控制系统工作的按键，本地显示信息的视频输出模块，以及本 地预警的音频输出模块。
全文摘要
一种医疗仪器技术领域的便携式多参数健康监护系统，包括接口模块、前端模块、主处理器、存储模块、通信模块和人机交互模块，其中接口模块与前端模块相联系以传输传感器采集的模拟电信号，模拟前端模块与主处理器相联系以传输数字信号，主处理器模块与存储模块连接以传输生理状态信号，主处理器与通信模块相联系以传输输出信号，主处理器与人机交互模块相联系以传输多媒体信息。本发明不仅实现对脑电，心电的监护，还可根据病人需要选择不同传感器来监护特定生理参数。
文档编号A61B5/0402GK101627906SQ20091005561
公开日2010年1月20日 申请日期2009年7月30日 优先权日2009年7月30日
发明者萌 崔, 朱贻盛, 牛金海, 童善保, 冬 聂 申请人:上海交通大学