专利名称：一种基于usb的便携网络式家用心电监护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种可随身携带的长时间测量心电图形的监控装置，尤其涉及一 种与Internet网络结合并在基于USB技术传输的基础上形成心电数据的实时采集和心电 数据的网络化存储的智能监控及分析装置。
背景技术：
随着人口老龄化和人民生活的提高，心血管的发病率逐步增高，并且已成为威胁 人类健康的主要疾病。心血管疾病具有病情隐蔽、发展缓慢、发病危险性高的特点，它对心 脏病患者的危害极大，是威胁人类生命安全的一大杀手。在各类监护参数中，心脏的活动是 一个至关重要的生理参数，特别是对患有严重心血管病的病人，心脏病发病时一股具有短 暂性、突发性和危险性的特点，为了阻止病人的病情恶化，所以有必要对患者的心电图进行 长时间实时监测，实现及时抢救和疾病预报，目前由于我国医疗资源仍然十分紧张，在加速 发展合作医疗大政策下，远程医疗和网络医疗无疑是解决患者这一问题的有效办法。因此， 可供心脏病人使用的便携式心脏监护装置系统有着广泛的应用前景。24小时心电监护和分析系统又称Holter系统，首台磁带记录式的长时间连续心 电图记录装置，是1957年美国物理学博士Norman J Holter发明的，它可以记录人体24h或 者更长时间的心电动态变化信息在经过计算机系统回放、处理和分析、由打印机打印输出 心电图，通过动态心电图能够发现短暂性或一过性的异常心电变化，了解患者的发病机理 和发病情况，它的出现对心电信号的监控具有重要的意义。HOLTER系统发展到今天，其已经 成为心血管疾病诊断领域中的实用、高效、无创、安全、准确、可重复性强的重要检查方法。传统式的HOLTER系统包含两部分一部分是带在病人身上的慢速磁带记录盒 ’另 一部分是回放分析系统。目前的固态HOLTER系统，以美国HP公司为代表，它是把心电信号 转换成数字信号后存储在芯片上，可避免之前因为马达变速、定期保养和更换磁带而引起 的磁带记录不全的一大难题。但是这类系统仍然存在以下几个方面问题1、记录盒内内存 有限，不能完整记录长时间数据，容易造成丢失大量信息；2、Holter系统仍属昂贵设备，患 者每次佩戴需缴纳100 200元费用，而且每佩戴一次和摘掉一次都需要患者去医院，对患 者来说，佩戴使用既不方便又不经济；3、医院为Holter系统采集数据的分析和报告站，完 成数据的采集存储和分析报告的发放，需要很大的硬盘存储量和专门的负责部门，不仅造 成医院此方面工作量大，耗时又耗材，而且病人还不能及时对自己的病情发展有所了解和 掌握。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，以解 决目前现有Holter记录盒存在的内存有限、佩戴使用费用贵以及不能在基于患者需求的 基础上实时动态的让患者方便查看自己以往的心电波形数据、分析报告的问题。本实用新型的目的是通过以下技术方案予以实现的一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，包括心电导联电路单元、差动放大电路单元、滤波电路单元、后级放大 电路单元、中央处理器、时钟电路单元、液晶显示电路单元、报警电路单元、导联脱落检测电 路和U盘存储电路单元，其中检测人体心电信号的心电导联电路单元通过导联线连接于人 体皮肤，差动放大电路单元与心电导联电路单元进行信号连接，滤波电路连接于差动放大 电路单元与后级放大电路单元之间，后级放大电路与中央处理器连接，中央处理器与时钟 电路单元、液晶显示电路单元、报警电路单元相连接，导联脱落检测电路连接于心电导联电 路单元与中央处理器之间，中央处理器通过USB芯片电路与U盘存储电路单元连接、通过 USB接口电路将信号送至联网的家用电脑。所述的心电导联电路单元包括安置在人体皮肤表面的心电电极和用于连接电极 和装置的导联线；导联方式采用模拟胸导联方式，电极线测定胸部三个特定位置与右下肢 之间的心电电位差。所述的差动放大电路单元与心电导联电路单元相连接，是由3个运算放大器以及 外围9个电阻组成，设置其增益为20，对心电导联电路单元所采集信号进行第一步放大。所述的滤波电路单元为带通滤波器，与差动放大电路输出的放大信号单元连接， 由1个运算放大器以及外围6个电阻和3个电容组成，通带频率范围在0. 05HZ-34HZ之间。所述的后级放大电路单元与滤波电路单元输出的滤波信号相连接，由1个运算放 大器以及外围3个电阻组成。所述的中央处理器，具有片内AD、片内定时器、片内看门狗及片内PWM发生器，与 后级放大电路单元输出信号相连接，对与其相连的时钟电路单元、液晶显示电路单元、报警 电路单元以及U盘存储电路单元管理和通信。所述的导联脱落检查电路与差动放大电路单元的输出信号相连接，包括2个运算 放大器，外围6个固定阻值电阻、2个电位器和2个电解电容，导联脱落检查电路输出信号与 中央处理器中断口相连接。所述的时钟电路单元为可设定佩戴时间和观察佩戴时间的电路单元，由时钟电路 和段式液晶显示电路组成，其中时钟电路包括1个时钟芯片PCF8563以及由4个电阻、3个 独石电容和1个晶振，与中央处理器通过单片机的中断口进行连接，段式液晶包括时分秒 显示，与中央处理器通过一组1\0 口进行连接。所述的液晶显示电路单元为一可用于心电信号显示的电路单元，由1个字符式液 晶和其外围电路组成，与中央处理器通过另一组1\0 口进行连接。所述的报警电路单元由1个蜂鸣器、1个场效应管以及外围上拉电阻组成或者由1 个电阻和1个LED灯组成，其信号输入口与中央处理器中断口连接。所述的家用联网电脑，与心电测试装置通过USB 口的连接，通过联网功能将由USB 接口转存至电脑硬盘的心电数据上传至医院心电信号分析系统调用和分析；通过以上技术 方案可以看出，本实用新型与现有的Holter系统相比具有以下的优点和积极效果1、数据 的大容量存储和自由转存通过使用U盘数据每日转存至电脑硬盘的方式，可以很好的解 决以往记录盒记录数据容量不大，容易丢失数据的问题，在保证测试心电数据这个基本功 能的基础上，还可以实现数据的大容量存储。2、佩戴方便可靠基于USB的便携网络式家用HOLTER系统装置，由于其应用范围 可扩充至家庭层面，患者通过使用说明即可自行佩戴；同时，由于其集成导联脱落检查电路、断电、无电等报警电路和液晶显示为一体，使用可靠安全。3、装置造价低廉基于USB的便携网络式家用心电监护装置的成本低廉，同时，由 于免去了以租用或者治疗为手段而使用医院的Holter系统所产生的每次的使用费，因此 可以产生长期的经济效益。4、患者的使用自由度有所增大患者可以根据装置自带的液晶显示屏随时观察 心电信号波形，同时通过按键可以自行设定佩戴时间，而且利用联网对所采的数据通过联 网的家用电脑进行分析，不仅患者的使用时间选择上自由度有所增加，同时通过家用联网 电脑即可足不出户的及时了解自己的病情，能够在一定程度上实现心脏病的早期预测与发 现。
图1是基于USB的便携网络式家用心电监护装置原理图；图2是本实用新型的前 级差动放大电路图；图3是本实用新型的滤波电路图；图4是后级放大电路图；图5是USB 驱动电路图；图6是本实用新型的导联脱落电路图；图7是本实用新型的时钟电路单元图； 图8是本实用新型的LCD显示电路单元图；图9为本实用新型的键盘电路单元图；图10为 本实用新型的报警电路单元图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。如图1所示，基于USB的便携网络式家用心电监护装置包括心电导联电路单元、 差动放大电路单元、滤波电路单元、后级放大电路单元、中央处理器、时钟电路单元、液晶显 示电路单元、报警电路单元、以及导联脱落检测电路和U盘存储电路单元，其中检测人体心 电信号的导联电路单元通过导联线连接于人体皮肤上，采用模拟胸导联的导联方式，利用 电极线测定胸部三个特定位置与右下肢之间的心电电位差，即用胸部的三个点模拟左上肢 LA、右上肢RA、左下肢LL，测量其与右下肢(模拟地)之间的心电信号(即VI、V3、V5)来 完成心电信号的采集；差动放大电路单元与心电导联电路单元进行信号连接，滤波电路连 接于差动放大电路单元与后级放大电路单元之间，后级放大电路与中央处理器连接，其中 中央处理器采用3. 3V供电低功耗并自带A\D采样的MSP430F449单片机，时钟芯片选用 PF8563、USB驱动芯片选用CH375B、各模拟电路中涉及到的运算放大器选用可3. 3V供电的 低功耗TLV2254放大器；中央处理器与时钟电路单元、液晶显示电路单元、报警电路单元相 连接，完成A/D采样、数据的数字滤波处理以及转存至Flash闪存的功能，同时还包括A/D 采样频率、中断口中断功能和USB芯片CH375B的间接控制；导联脱落检测电路连接于心电 导联电路单元与中央处理器之间，反映导联线与人体的连接状态；中央处理器通过USB芯 片电路与U盘存储电路单元连接、并通过USB接口电路将信号送至联网的家用电脑，进而通 过联网的家用电脑利用联网使用的医院心电信号分析系统，即可实现心电测试装置所测数 据的分析。如图2所示，前级差动放大电路与心电导联电路单元输出信号相连接，由3个运算 放大器以及外围9个电阻R1-R8和R15组成，其中运算放大器采用低功耗放大器TLV2254。 此电路有两个输入引脚，分别为RA和LA，分别代表模拟胸导联方式中的右上肢和左下肢，基于心电信号属于微弱信号(幅值一股在0. 5mV-5mV，频率范围一股为0. 05Hz-100Hz)，设 置其增益为20，对心电导联电路单元所采集信号进行第一步放大。如图3所示，滤波电路与差动放大电路输出的放大信号单元连接，由1个运算 放大器以及外围6个电阻R9-R14和三个电容C1-C3组成，其中Cl为电解电容，运算放 大器采用低功耗放大器TLV2254，考虑到输入前级放大器的心电信号频率范围一股为 0. 05Hz-100Hz，而且主要信号的频谱主要集中在IHz附近，为了获得理想的心电信号，滤波 器的通带范围设计为0. 05Hz-34Hz之间。如图4所示，后级放大电路与滤波电路单元输出的滤波信号相连接，由1个运算放 大器以及外围3个电阻R46-R48组成；原理同于一股的反向运算放大器构建原理，放大器仍 然选用可3. 3V供电的低功耗TLV2254运算放大器。如图5所示，USB驱动电路与中央处理器相连接，主要由USB驱动芯片CH375B及 其外围电路组成，它是在存储在Flash中的容量达到设定数值时启动，它的工作不影响系 统的数据采集和处理工作，同时心电测试装置通过USB 口的连接，通过联网功能将由USB接 口转存至电脑硬盘的心电数据上传至医院心电信号分析系统调用和分析。如图6所示，导联脱落电路与差动放大电路单元的输出信号相连接，包括2个运算 放大器，外围6个固定阻值电阻R67-R72、2个电位器P1、P2和2个电解电容C10、C11，联脱 落检查电路单元输出信号与中央处理器中断口相连接，导联脱落电路通过将差动放大输出 的心电信号与电阻分压的比较结果进行放大，实现后级三极管的饱和或者截止，通过三极 管的输出电压不同即可判断此时装置的工作状态。若为导联线脱落，则单片机产生中断，驱 动蜂鸣器警报电路发生警报。如图7所示，时钟电路单元由一时钟电路和一段式液晶显示电路组成，其中时钟 电路包括1个时钟芯片PCF8563以及由4个电阻R91_R94、3个独石电容C33-C35和1个晶 振，与中央处理器通过单片机的中断口进行连接，段式液晶包括时分秒显示，与中央处理器 通的一组1\0 口进行连接，时钟电路模块的开启是随着装置的启动而开始的，计时从0开 始，这个设计主要是为了让患者清楚地观察佩戴时间，同时患者可自行设定佩戴时间，设定 时间到装置自行停止。图8为本实用新型的IXD显示电路单元图，其由1个字符式液晶和其外围电路组 成，与中央处理器通的另一组1\0 口进行连接，实时动态的显示心电波形，主要是为患者提 供一个观察实时波形的一个需要，患者可根据自己情况选择开启或关闭。图9为键盘电路单元图，由1个电阻和1个开关按键组成，与中央处理器中断口连 接，完成人机交互的功能，主要完成装置、液晶的开启和关闭以及液晶显示图形的放大和缩 小功能。图10为报警电路单元图，图10(a)为第一种技术方案，它是由1个蜂鸣器、1个场 效应管以及外围上拉电阻R82、R83组成，图10(b)为另一种技术方案，它是由1个电阻和 1个LED灯组成，其信号输入口与中央处理器中断口连接，通过蜂鸣器的鸣叫和LED灯的 亮灭和闪烁，主要完成对装置不正常状态的报警功能，例如可以通过红绿色LED的点亮与 熄灭来指示此时装置的工作的进行与关断，同时还可以通过USB写入指示灯的闪烁来表示 Flash中的数据写入装置中U盘的过程。
权利要求一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，其特征在于包括心电导联电路单元、差动放大电路单元、滤波电路单元、后级放大电路单元、中央处理器、时钟电路单元、液晶显示电路单元、报警电路单元、导联脱落检测电路和U盘存储电路单元，其中检测人体心电信号的心电导联电路单元通过导联线连接于人体皮肤，差动放大电路单元与心电导联电路单元进行信号连接，滤波电路连接于差动放大电路单元与后级放大电路单元之间，后级放大电路与中央处理器连接，中央处理器与时钟电路单元、液晶显示电路单元、报警电路单元相连接，导联脱落检测电路连接于心电导联电路单元与中央处理器之间，中央处理器通过USB芯片电路与U盘存储电路单元连接、通过USB接口电路将信号送至联网的家用电脑。
2.根据权利要求1所述的一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，其特征在于 所述的心电导联电路单元包括安置在人体皮肤表面的心电电极和用于连接电极和装置的 导联线，导联方式采用模拟胸导联方式，电极线测定胸部三个特定位置与右下肢之间的心 电电位差。
3.根据权利要求1所述的一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，其特征在于 所述的差动放大电路单元与心电导联电路单元相连接，是由3个运算放大器以及外围9个 电阻组成，设置其增益为20，对心电导联电路单元所采集信号进行第一步放大。
4.根据权利要求1所述的一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，其特征在于 所述的滤波电路单元为带通滤波器，与差动放大电路输出的放大信号单元连接，由1个运 算放大器以及外围6个电阻和3个电容组成，通带频率范围在0. 05Hz-34Hz之间。
5.根据权利要求1所述的一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，其特征在于 所述的后级放大电路单元与滤波电路单元输出的滤波信号相连接，由1个运算放大器以及 外围3个电阻组成。
6.根据权利要求1所述的一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，其特征在于 所述的中央处理器，具有片内AD、片内定时器、片内看门狗及片内PWM发生器，与后级放大 电路单元输出信号相连接，对与其相连的时钟电路单元、液晶显示电路单元、报警电路单元 以及U盘存储电路单元管理和通信。
7.根据权利要求1所述的一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，其特征在于 所述的导联脱落检查电路与差动放大电路单元的输出信号相连接，包括2个运算放大器， 外围6个固定阻值电阻、2个电位器和2个电解电容，导联脱落检查电路输出信号与中央处 理器中断口相连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，其特征在于 所述的时钟电路单元为可设定佩戴时间和观察佩戴时间的电路单元，由时钟电路和段式液 晶显示电路组成，其中时钟电路包括1个时钟芯片PCF8563以及由4个电阻、3个独石电容 和1个晶振，与中央处理器通过单片机的中断口进行连接，段式液晶包括时分秒显示，与中 央处理器通过一组1\0 口进行连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，其特征在于 所述的液晶显示电路单元为一可用于心电信号显示的电路单元，由1个字符式液晶和其外 围电路组成，与中央处理器通过另一组1\0 口进行连接。
10.根据权利要求1所述的一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，其特征在 于所述的报警电路单元由1个蜂鸣器、1个场效应管以及外围上拉电阻组成或者由1个电阻和1个LED灯组成，其信号输入口与中央处理器中断口连接。
专利摘要本实用新型公开一种基于USB的便携网络式家用心电监护装置，包括心电导联电路单元、差动放大电路单元、滤波电路单元、后级放大电路单元、中央处理器、时钟电路单元、液晶显示电路单元、报警电路单元、导联脱落检测电路和U盘存储电路单元，检测人体心电信号的心电导联电路单元通过导联线连接于人体皮肤，差动放大电路单元与心电导联电路单元进行信号连接，滤波电路连接于差动放大电路单元与后级放大电路单元之间，后级放大电路与中央处理器连接，导联脱落检测电路连接于心电导联电路单元与中央处理器之间，本实用新型具有数据大容量存储和自由转存，佩戴方便可靠，装置造价低廉，患者的使用自由度增大的优点。
文档编号A61B5/0402GK201691917SQ20102019682
公开日2011年1月5日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者汪雨辰, 白凡, 苏娜, 马瑞光 申请人:西安交通大学