专利名称：一种便携式数字动态心电记录仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种便携式数字动态心电记录仪，属于医疗器械领域。
背景技术：
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。心电信号检测是发现心脏病的最直接手段，然而，心血 管疾病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，有必要对被监测者在正常生活状态下的心电信号进行长时间记录与分析。 为了解决该问题，目前医学中使用比较多的是动态心电记录仪(Holter) ， Holter 能够长时间记录心电信号并保存在记录器上，并且可以将信号进行回放和分析，便携式 Holter能随身携带，记录病人日常生活时的心电信号，具有重要的医学应用价值。目前市场 上的便携式动态心电记录仪正向小型化、数字化发展，但难以同时满足功耗低、体积小和性 能高的需求。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种低功耗、体积小、高性能的便携式数 字动态心动记录仪。 本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是该便携式数字动态心电记录仪 包括导联电极、心电信号调理电路、加速度传感器、单片机、液晶显示屏、按键、记忆卡和电 源模块，所述导联电极与所述心电信号调理电路连接，所述心电信号调理电路、加速度传感 器、液晶显示屏、按键、记忆卡分别与所述单片机连接，所述心电信号调理电路、加速度传感 器、单片机、液晶显示屏、按键、记忆卡分别与电源模块连接。 进一步地，本实用新型所述心电信号调理电路包括第一前置放大器、第一滤波放 大电路、第二前置放大器、第二滤波放大电路、第三前置放大器、第三滤波放大电路、右腿驱 动电路和参考电压电路，所述第一前置放大器与第一滤波放大电路连接，所述第二前置放 大器与第二滤波放大电路连接，所述第三前置放大器与第三滤波放大电路连接，所述第一 前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器和参考电压电路分别与所述右腿驱动电路 连接，所述第一滤波放大电路、第二滤波放大电路、第三滤波放大电路和右腿驱动电路分别 与所述参考电压电路连接。 进一步地，本实用新型所述加速度传感器为数字加速计芯片。 进一步地，本实用新型所述单片机为低功耗模数混合型微处理器。 与现有技术相比，本实用新型具有如下优点 1.本实用新型数字化、集成化程度高，结构紧凑，采用小号电池，在实现多通道心 电信号采集、加速度信息采集、LCD显示、按键交互等多种功能的同时，实现仪器的小型化。 2.低功耗，记录仪使用一节市售7号1. 5V碱性电池可持续记录48小时以上。 3.本实用新型可记录加速度信息，有利于计算机分析时排除由于病人运动而引起的心电信号危机，提高医生后期回放分析数据的效率。
图1为本实用新型数字心电记录仪的结构示意框图； 图2为本实用新型电源模块的原理框图； 图3为本实用新型心电信号调理电路的电路原理图； 图4为本实用新型数字电路的电路原理图； 图5为本实用新型数字心电记录仪的工作流程图。
具体实施方式图1是本实用新型一种实施例的便携式数字心电记录仪的结构示意框图。该记录 仪主要由导联电极、心电信号调理电路、电源模块、单片机、加速度传感器、记忆卡、按键和 液晶显示屏构成。电源模块为记录仪供电，导联电极连接人体和心电信号调理电路，把体表 心电信号传导到心电信号调理电路的输入端，心电信号调理电路对三通道心电信号进行放 大、滤波后，输出到单片机的A/D转换模块输入端，心电信号调理电路的右腿驱动输出通过
导联电极接回到人体，单片机对采集到的心电数据和加速度传感器的数据进行缓冲存储， 当缓冲数据达到一定量时，单片机以突发形式把数据写入记忆卡，单片机可通过液晶显示 屏显示实时心电信号波形，用户通过按键与单片机进行交互操作，实现记录的开始/停止， 开启/关闭显示波形等功能。 其中，导联电极可采用市售的动态心电导联，在本实施例中，采用7电极式动态心 电导联线，7个电极包括第一差分通道CHl+、CHl-，第二差分通道CH2+、CH2-，第三差分通道 CH3+、 CH3-，右腿驱动电极RL。 按照本实施例所采用的器件方案，记录仪使用1节市售7号1. 5V碱性电池，可连 续记录48小时以上。记录仪通过电源模块对电池进行电压转换和稳流，图2为本实施例中 电源模块的原理框图，该电源模块的电路包括升压转换电路和降压电路两部分，升压电路 采用高效率升压芯片，如TI公司的TPS61070升压芯片，该芯片具有封装体积小，转换效率 高，需要外围元件少的特点，升压电路把1. 5V电池电压转换成3V电源(DVCC)，为单片机、 加速传感器、记忆卡、按键、液晶显示屏以及降压电路供电。降压电路把升压电路所提供的 3V电源降压到2. 8V(AVCC)，抑制由数字电路部分引入电源的噪声，为心电信号调理电路提 供低噪声的电源，提高心电信号的信噪比，降压电路应选用线性度较好的LD0，如TI公司的 低压差降压芯片TPS77001。 图3是本实用新型的心电信号调理电路的电路原理图。其中，第一前置放大器和 第一滤波放大电路组成第一导联通道，电阻RlOl、 R102、 R103、 R104和仪表放大器U101组 成第一前置放大器，导联电极输入CH1-与R101的一端连接，导联电极输入CH1+与R102的 一端连接，R101的另一端与U101的负端输入连接，R102的另一端与UIOI的正端输入连接， R103的一端与UIOI的第一增益调节管脚连接，R104的一端与UIOI的第二增益调节管脚连 接，R103的另一端与R104的另一端连接。第一前置放大电路负责放大来自第一差分通道 CH1+、CH1-的差分信号，放大倍数为10倍。电阻R105、R106、R107、电容C101、C102和运放 U102A、U102B组成第一滤波放大电路，R105的一端与U101的信号输出端连接，R105的另一端与U102A的输出端连接，C101的一端与U102A的输出端连接，C101的另一端与U102A的负 端输入连接，U102A的输出端与U101的参考电压端连接，U102A的正端输入与参考地连接， R106的一端与U101的信号输出端连接，R106的另一端、R107的一端、C102的一端分别与 U102B的负端输入连接，C102的另一端、R107的另一端分别与U102B的输出端连接，U102B 的正端输入与参考地连接，第一滤波放大电路负责对第一前置放大器的输出信号进行带通 滤波和二次放大，放大倍数为20倍，通带频率为0. 1 100Hz，以去除信号中的基线漂移和 高频噪声，并使心电信号放大到适合单片机采集的幅度。 第二前置放大器和第二滤波放大电路构成第二导联通道，电阻R201、 R202、 R203、 R204和仪表放大器U201组成第二前置放大器，导联电极输入CH2-与R201的一端连接，导 联电极输入CH2+与R202的一端连接，R201的另一端与U201的负端输入连接，R202的另一 端与U201的正端输入连接，R203的一端与U201的第一增益调节管脚连接，R204的一端与 U201的第二增益调节管脚连接，R203的另一端与R204的另一端连接，第二前置放大电路负 责放大来自第二差分通道CH2+、CH2-的差分信号，放大倍数为10倍，电阻R205、R206、R207、 电容C201、 C202和运放U202A、 U202B组成第二滤波放大电路，R205的一端与U201的信号 输出端连接，R205的另一端与U202A的输出端连接，C201的一端与U202A的输出端连接， C201的另一端与U202A的负端输入连接，U202A的输出端与U201的参考电压端连接，U202A 的正端输入与参考地连接，R206的一端与U201的信号输出端连接，R206的另一端、R207 的一端、C202的一端分别与U202B的负端输入连接，C202的另一端、R207的另一端分别与 U202B的输出端连接，U202B的正端输入与参考地连接，第二滤波放大电路负责对第二前置 放大器的输出信号进行带通滤波和二次放大，放大倍数为20倍，通带频率为0. 1 100Hz， 以去除信号中的基线漂移和高频噪声，并使心电信号放大到适合单片机采集的幅度。 第三前置放大器和第三滤波放大电路构成第三导联通道，电阻R301、 R302、 R303、 R304和仪表放大器U301组成第三前置放大器，导联电极输入CH3-与R301的一端连接，导 联电极输入CH3+与R302的一端连接，R301的另一端与U301的负端输入连接，R302的另一 端与U301的正端输入连接，R303的一端与U301的第一增益调节管脚连接，R304的一端与 U301的第二增益调节管脚连接，R303的另一端与R304的另一端连接，第三前置放大电路负 责放大来自第三差分通道CH3+、CH3-的差分信号，放大倍数为10倍。电阻R305、R306、R307、 电容C301、 C302和运放U302A、 U302B组成第三滤波放大电路，R305的一端与U301的信号 输出端连接，R305的另一端与U302A的输出端连接，C301的一端与U302A的输出端连接， C301的另一端与U302A的负端输入连接，U302A的输出端与U301的参考电压端连接，U302A 的正端输入与参考地连接，R306的一端与U301的信号输出端连接，R306的另一端、R307 的一端、C302的一端分别与U302B的负端输入连接，C302的另一端、R307的另一端分别与 U302B的输出端连接，U302B的正端输入与参考地连接，第三滤波放大电路负责对第三前置 放大器的输出信号进行带通滤波和二次放大，放大倍数为20倍，通带频率为0. 1 100Hz， 以去除信号中的基线漂移和高频噪声，并使心电信号放大到适合单片机采集的幅度。 运放U401A、 U401B、 U402A、 U402B，电阻R401、 R402、 R403、 R404、 R405和电容C401 组成右腿驱动电路，R104的一端与U401A的正端输入连接，U401A的输出端与R401的一端 连接，R204的一端与U401B的正端输入连接，U401B的输出端与R402的一端连接，R304的 一端与U402B的正端输入连接，U402B的输出端与R403的一端连接，R401的另一端、R402的另一端、R403的另一端分别与U402A的负端输入连接，R404的一端、C401的一端分别与 U402A的负端输入连接，R404的另一端、C401的另一端分别与U402A的输出端连接，U402A 的正端输入与参考地连接，R405的一端与U402A的输出端连接，R405的另一端与导联电极 RL连接，右腿驱动电路负责把第一前置放大器、第二前置放大器和第三前置放大器所检测 到的共模信号进行加和并反向放大后通道导联电极RL接到人体，提高电路的共模抑制能 力。 运放U501A，电阻R501、R502、R503和电容C504组成参考电压电路，R501的一端与 基准电压(VREF)连接，R501的另一端与R502的一端连接，R502的另一端与地连接，R501 的另一端与U501A的正端输入连接，U501A的负端输入与U501A的输出端连接，R503的一端 与U501A的输出端连接，R503的另一端与C504的一端连接，C504的另一端与地连接，R503 的另一端与参考地连接，参考电压电路对单片机产生的2. 5V基准电压进行分压和缓冲，产 生一个1. 25V的参考电压，作为心电信号调理电路的参考地。 U101、 U201和U301采用低功耗集成仪表放大器，如AD公司的AD623，相对于使用 运算放大器搭建的差分放大器，仪表放大器具有共模抑制比高，输入阻抗高的优点，能保证 有很强的抗干扰能力。U102A、 U102B、 U202A、 U202B、 U302A、 U302B、 U401A、 U401B、 U402A、 U402B和U501A采用低功耗型运算放大器，如TI公司的双通道运算放大器0PA2336。 除了本实施例中所提供的心电信号调理电路方案外，本实用新型还可以采用现有 技术中的其他心电信号调理电路方案，这些方案必须满足一下功能要求1.能放大三个导 联通道各自的差分信号，抑制三个导联通道各自的共模信号。2.具有带通滤波能力，通带范 围约为0. 1 100Hz，该通带范围可以进行修改，高通截止频率可在0. 05 0. 5Hz之间调 整，高通截止频率越低，抗基线漂移能力越弱，信号失真度越低，高通截止频率越高，抗基线 漂移能力越强，信号失真度越高，低通截止频率必须小于单片机采样频率的一半，以满足采 样定律。3.元件必须支持单电源供电，支持2.8V工作电压。4.具有驱动信号，该信号通过 右腿驱动电极RL与人体连接。 图4为本实施例中数字电路的电路原理图，该数字电路包括单片机、加速度传感 器、液晶显示屏、按键和记忆卡。 单片机采用低功耗模数信号混合处理器，本实施例采用TI公司的MSP430F1611微 处理器(Ul)，该处理器具有超低功耗管理、集成外部8路A/D转换器，拥有10KB RAM等特 点，非常适用于以电池为电源的需要长时间工作嵌入式系统，石英晶体X1的一端与U1的 XT2IN连接，X1的另一端与U1的XT20UT连接，电容C1的一端与XI的一端连接，电容C2的 一端与XI的另一端连接，Cl的另一端和C2的另一端分别与地连接。第一导联通道、第二 导联通道和第三导联通道所输出的心电信号分别连接Ul的A/D转换器输入脚P6. 0、P6. 1、 P6. 2，单片机通过P6. 3采集电池的电压，监视电池的电量。 U2为数字加速计，本实施例中采用AD公司的低功耗三轴向数字加速计ADXL345， 与传统模拟信号加速计相比，数字加速计不需要外加滤波电路或放大电路，直接以数字 信号的形式提供加速度数据，能显著减少硬件电路的规模，提高可靠性，U2通过I2C总线 (SCL、SDA)与U1的P3. 1、P3. 3连接，电阻R1的一端与Ul的P3. 1连接，R1的另一端与DVCC 连接，电阻R2的一端与Ul的P3. 4连接，R2的另一端与DVCC连接，U2的中断信号输出INT1 、 INT2分别与Ul的P2. 0、P2. 1连接。[0031] 单片机采集三通道的心电信号和数字加速计的加速数据后，先把信号数据进行缓 冲，当缓冲数据数量达到一定长度后，单片机将以突发形式把缓冲数据写进记忆卡，记忆卡 采用市售的SD记忆卡，SD卡具有体积纤巧，功耗低，容量大的特点，目前市售记忆卡的容量 在1GB以上，完全能满足记录仪48小时记录数据的空间需求。SD卡以匪C总线模式与单片 机连接，在本实施例中，SD卡的CS、DI、D0、SCK管脚分别与单片机的P5. 0、P5. 1、P5. 2、P5. 3 管脚连接，SD卡中按照FAT16文件管理格式规范存放数据文件，记录仪记录完毕后，取出SD 卡，利用市售SD卡读卡器即可用PC读取SD卡中的数据文件，供计算机后期回放分析使用。 电阻R3、 R4和微动开关Sl、 S2组成按键电路，微动开关SI —端接地，另一端与电 阻R3连接，R3的另一端与DVCC连接，SI的另一端与单片机的PI. 0连接，微动开关S2 — 端接地，另一端与电阻R4连接，R4的另一端与DVCC连接，S2的另一端与单片机的PI. 1连 接，Pl.O和Pl. 1设置为下降沿中断输入模式，单片机利用中断服务子程序来相应微动开关 SI和S2的闭合动作，实现按键操作功能。 本实用新型的记录仪能通过液晶显示屏显示实时信号波形，液晶显示屏采用 COG(玻璃封装)式点阵型LCD，本实施例中采用杭州清达光电公司的HG012864A，具有体积 小、功耗低的特点，本实施例中，LCD U4的CS1 、SI、SCL、RES、AO分别与单片机的P3. 0、P3. 2、 P3. 4、P3. 5、P3. 6管脚连接。用户在需要查看实时信号波形的时候，通过按键控制单片机开 启LCD，在显示波形一段时间后，关闭LCD波形显示，以节省记录仪功耗。 图5为本实用新型记录仪的工作流程图，步骤如下 1)用户通过按键启动记录； 2)单片机采集来自心电信号调理电路输出的信号数据，把数据放入缓冲区； 3)如果用户开启了显示波形的选项，则通过LCD显示该次所采集信号的波形，如 果关闭了波形显示选项，则不显示波形； 4)单片机采集加速度传感器的数据，把数据放入缓冲区； 5)如果缓冲区没有填满，则返回第2)步； 6)缓冲区满，把缓冲数据写入SD卡； 7)如果记录没有结束，则返回第2)步； 8)记录结束，单片机停止采集数据。
权利要求一种便携式数字动态心电记录仪，其特征是它包括导联电极、心电信号调理电路、加速度传感器、单片机、液晶显示屏、按键、记忆卡和电源模块，所述导联电极与所述心电信号调理电路连接，所述心电信号调理电路、加速度传感器、液晶显示屏、按键、记忆卡分别与所述单片机连接，所述心电信号调理电路、加速度传感器、单片机、液晶显示屏、按键、记忆卡分别与电源模块连接。
2. 根据权利要求1所述的一种便携式数字动态心电记录仪，其特征是所述心电信号 调理电路包括第一前置放大器、第一滤波放大电路、第二前置放大器、第二滤波放大电路、 第三前置放大器、第三滤波放大电路、右腿驱动电路和参考电压电路，所述第一前置放大器 与第一滤波放大电路连接，所述第二前置放大器与第二滤波放大电路连接，所述第三前置 放大器与第三滤波放大电路连接，所述第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器 和参考电压电路分别与所述右腿驱动电路连接，所述第一滤波放大电路、第二滤波放大电 路、第三滤波放大电路和右腿驱动电路分别与所述参考电压电路连接。
3. 根据权利要求1所述的一种便携式数字动态心电记录仪，其特征是所述加速度传 感器为数字加速计芯片。
4. 根据权利要求1所述的一种便携式数字动态心电记录仪，其特征是所述单片机为 低功耗模数混合型微处理器。
专利摘要本实用新型公开了一种便携式数字动态心电记录仪，属于医疗器械领域。为克服现有技术难以同时满足功耗低、体积小和性能高的需求的缺陷，本实用新型记录仪包括导联电极、心电信号调理电路、加速度传感器、单片机、液晶显示屏、按键、记忆卡和电源模块，导联电极与心电信号调理电路连接，心电信号调理电路、加速度传感器、液晶显示屏、按键、记忆卡分别与单片机连接，心电信号调理电路、加速度传感器、单片机、液晶显示屏、按键、记忆卡分别与电源模块连接。本实用新型的优点是数字化、集成化程度高，结构紧凑；实现了多通道心电信号采集、加速度信息采集、LCD显示、按键交互等多种功能；提高医生后期回放分析数据的效率。
文档编号A61B5/0402GK201519145SQ200920196998
公开日2010年7月7日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者叶树明, 周乐川, 李顶立 申请人:叶树明