便携式低功耗同步12导联数字心电图的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于数字信号处理器(DSP)和模拟采集前端的便携式低功耗同步12导联数字心电图机。由预处理模块、模拟采集前端、数字信号处理器、液晶显示模块、存储器、按键与指示灯、智能电源管理模块和通讯接口组成，心电信号经过预处理模块后传送至模拟采集前端进行放大和模数转换，后同步送入DSP进行处理分析并通过液晶显示模块实时显示。同时系统配置了大容量存储器，可以长时间无压缩存储心电数据，也可以通过通讯接口将心电数据传送至上位机，进行信号的离线分析。本实用新型体积小，功耗低，精度高。
【专利说明】便携式低功耗同步12导联数字心电图机
【技术领域】
[0001]本实用新型属于医疗电子器械【技术领域】，特别涉及一种集心电信号采集、处理、显示、分析、存储和传输于一体的便携式低功耗同步12导联数字心电图机。
【背景技术】
[0002]心电图机是临床诊断心血管疾病的重要工具之一，硬件系统可分为心电信号采集模块和核心控制模块两个部分。其中心电信号采集模块由电极、导联线、放大电路、滤波电路、模数转换电路等模拟电路模块组成，实现心电信号的采集。核心控制模块由微处理器、存储器，液晶显示器等数字电路模块组成，实现心电信号的存储、显示和传输。
[0003]在现有的各类心电图机设计方案中，一直采用分立元件设计心电信号采集模块中的放大电路和滤波电路，而模数转换电路则采用微处理器内部自带的模数转换电路或者专用的模数转换芯片。这种设计方案，对于多通道的心电图机，由于每个通道都需要进行上述设计，使得电路结构复杂、体积大、成本高，不适合便携式心电图机的设计，因而现有的便携式心电图机或者家用心电图机通常只有一个导联，然而临床诊断上，同步12导联的心电图则具有更多的诊断价值。而对于核心控制模块，传统的设计方案采用单片机作为核心控制器，由于单片机的运算速度低，无法实时的对心电信号做进一步分析处理，因此这种设计方案只能简单的进行心电信号的存储、显示和存储，不满足现代医疗器械逐步智能化的发展方向。
【发明内容】
[0004]为了解决现有的设计方案中，采用分立元件设计心电信号采集模块造成的电路结构复杂、体积大、成本高、稳定性差、心电导联数有限；采用单片机作为核心控制模块造成系统智能化程度低、运算速度低等缺点，本实用新型的目的在于提供一种便携式低功耗同步12导联数字心电图机，系统电路结构简单、功耗低、精度高，能够同步采集和显示12导联心电信号。
[0005]本实用新型是通过如下技术方案实现的:
[0006]一种便携式低功耗同步12导联数字心电图机，由预处理模块1、模拟采集前端2、数字信号处理器3、液晶显示模块4、存储器5、按键与指示灯6、智能电源管理模块7和通讯接口 8组成，其中:数字信号处理器(DSP) 3分别与模拟采集前端2、液晶显示模块4、存储器
5、按键与指示灯6、智能电源管理模块7和通讯接口 8连接，智能电源管理模块7的输出端分别连接预处理模块I和模拟采集前端2，预处理模块I的输出端连接模拟采集前端2的输入端，预处理模块I的输入端连接心电信号。
[0007]本实用新型中，所述模拟采集前端2内部设有8个独立的通道。
[0008]本实用新型中，所述存储器5采用大容量存储器。
[0009]本实用新型中，所述通讯接口 8连接上位机。
[0010]本实用新型中，按键和指示灯6由电源开关按钮和电源指示灯，异常心电报警灯组成。
[0011]本实用新型的工作过程如下:
[0012]心电信号通过导联线连接至心电信号预处理模块1，降低电磁干扰、实现过压保护之后进入模拟采集前端2，该模拟采集前端2内部有8个独立的通道，实现心电信号的放大和模数转换。模拟采集前端2将转变之后的心电信号传输至数字信号处理器3，通过软件处理程序实现对心电信号的分析处理，对于异常的心电信号可自动将其存储在与数字信号处理器相连的大容量存储器5中，也可以通过液晶显示模块4上的触摸按键手动选择想要存储的心电信号和需要显示的心电信号(系统最多可同步显示12导联的心电信号)。对于大容量存储器5中的心电信号，可以通过通讯接口 8将心电数据发送至上位机。系统采用电池供电，通过智能电源管理模块7提供各个模块所需的电压同时监控数字信号处理器的工作状态。按键和指示灯6由电源开关按钮和电源指示灯，异常心电报警灯组成。
[0013]本实用新型的有益效果在于:
[0014]1、本实用新型采用了模拟采集前端2代替了分立元件，实现12导联同步记录，同时简化了电路设计，提高了稳定性，减小了系统体积，降低了功耗和成本，提高了信号的质量。
[0015]2、本实用新型采用了数字信号处理器3，使得系统可以实时的调用数字滤波算法对心电信号进一步的处理，提高了信号的质量，同时免去了模拟滤波器的设计，进一步简化模拟电路的设计，减小了系统体积。采用数字信号处理器3，还可以对处理后的心电信号进一步分析，使得仪器能自动识别异常心电信号。
[0016]3、本实用新型采用了液晶显示器4，可以同步显示12导联信号，同时用户可以通过触摸按键，选择需要显示的心电信号和需要存储的异常心电信号。
[0017]4、本实用新型采用了大容量存储器5，使得系统可以长时间无压缩存储心电数据。
[0018]5、本实用新型采用智能电源管理模块7提供上述所有模块所需的电压，简化了电路设计；同时可监视数字信号处理器的工作状态，当系统不工作时，使系统处于休眠状态，从而降低系统的功耗。
[0019]6、本实用新型利用通讯接口 8可以将存储器5中的心电数据上传到上位机，进行离线分析，或者通过互联网发送给医务工作者，实现远程医疗。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的硬件结构框图。
[0021]图2为本实用新型实施例中数字信号处理器的工作流程框图。
[0022]图中标号:1为预处理模块，2为模拟采集前端，3为数字信号处理器，4为液晶显示模块，5为存储器，6为按键与指示灯，7为智能电源管理模块，8为通讯接口，9为总控制台，10为心电采样，11为数字滤波，12为异常心律识别，13为报警,14为液晶控制，15为心电信号显不，16为触摸控制，17为心电存储，18为心电信号发送。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明:
[0024]实施例1:图1为本实用新型实施例的硬件结构框图，它是以数字信号处理器为核心的集心电信号采集，处理，分析，显示，存储和传输于一体的便携式低功耗同步12导联数字心电图机。包括预处理模块I，模拟采集前端2，数字信号处理器3，液晶显示模块4，大容量存储器5，按键与指示灯6，电源管理模块7和通讯接口 8。心电信号通过导联线连接至心电信号预处理模块1，预处理模块I依次连接模拟采集前端2、数字信号处理器(DSP)3和通讯接口 8。所述数字信号处理器3还连接有液晶显示模块4、存储器5及按键与指示灯6 ；智能电源管理模块7提供上述所有模块所需的电压并监视数字信号处理器3的工作状态。
[0025]本实施例中各模块的具体实现介绍如下:
[0026]预处理模块1:由电阻、电容和TVS管构成，其中电阻电容组成RC低通滤波电路，降低环境中高频电磁波的干扰，TVS管形成过压保护电路，防止浪涌电压和ESD对电路的损坏。
[0027]模拟采集前端2:本实施例中采用了 TI公司的模拟前端ADS1298代替分立元件设计心电信号采集电路。该芯片内部有8个独立的通道，每个通道进行独立的放大和AD转换，其中放大器的增益可调，输入阻抗为10ΜΩ，共模抑制比大于100dB。AD转换器的精度为24位且采样率从500sps到32ksps可调，本实施例选为2Ksps。芯片内部含有右腿驱动电路，可进一步的降低共模干扰，提高信号的质量。利用其中的六个通道构成胸导联，剩下两个通道构成I，II导联，通过双极导联和加压单极导联的关系可推导出其他四个肢体导联，这样就构成了同步12导联心电图。芯片通过SPI接口同DSP进行通信，实现心电数据的传输和模拟前端的设置。由于采用集成电路技术，芯片的面积只有8_X8mm大小，大大减小了心电信号采集模块的体积，简化了电路的设计，同时芯片内部通道间各个元器件的参数相对误差小，匹配性高，并且每个通道的输入参考噪声低，只有4 μ Vpp,输入偏置电流只有200ρΑ，使得模拟采集前端的每个通道只有0.75mff的功耗，降低了系统的功耗。
[0028]数字信号处理器3:系统采用的核心控制芯片是TI公司的TMS320C5515，这是一款闻性能、低功耗的定点DSP芯片。芯片内部有丰富的总线结构和硬件资源，提闻了指令的执行效率，降低了功耗，为数字信号的实时快速处理提供了保障。同时芯片内部还有丰富的外设资源，包括UART、SP1、USB等串行接口，64M的外部存储器接口，液晶显示模块接口等等。这些外设资源可使设计者省去大量外围电路的设计，精简系统。本实施例中数字信号处理器3通过SPI接口与模拟前端2进行通信，当DSP芯片检测到模拟前端ADS1298的DATE_READY信号时，读取ADC转换结果，进行分析处理后通过液晶显示模块4和大容量存储器5实现心电信号实时的显示与存储。
[0029]液晶显示模块4:本实施例选用内含SED1335控制器的液晶模块，分辨率是128X128。该模块特点是功耗低，抗干扰能力强，集成了液晶显示控制器、驱动器、RAM、ROM和IXD显示器，使用时只需向LCM中送入相应的命令和数据即可显示所需信息，且与数字信号处理器3接口简单，使用方便灵活。
[0030]存储器5:本实施例中的存储器5选用三星公司的大容量闪存芯片K9F1G08U0A和美光半导体公司的闪存芯片PC28F128P30T85。 K9F1G08U0A单片容量高达128MB，属于NAND Flash结构。存储器将数据线与地址线复用为8条I/O线，另外还分别提供了命令控制信号线，命令、地址和数据信息均通过8条I/O线传输，从而极大方便了系统设计和产品升级。在本实施例中，利用该大容量闪存芯片来存储心电数据。当系统的采样率为500sps时，可连续存储5个小时的12导联心电数据。PC28F128P30T85芯片为64MB的NOR Flash,本实施例利用该芯片来存储程序。这两个存储芯片可以同数字信号处理器3的外部存储器接口直接相连。
[0031]按键与指示灯6:由于本实施例的显示采用触摸屏，大部分的按键都是通过触摸屏来设置的，所以本实施例的按键只设计了一个电源开关按钮，指示灯包括电源指示灯和异常心电信号报警灯。
[0032]智能电源管理模块7:本实施例中所涉及的电压包括模拟前端ADS1298所需的模拟3V电压和数字1.8V电压，DSP芯片的内核电压1.3V，I/0电压3.3V以及锁相环电压、存储器电压、实时时钟电压等。电源部分设计时要满足系统的上电时序要求，同时各路输出电压能够满足系统各功能模块对电压精度的要求。本实施例采用TI公司电源芯片TPS65023来满足上述要求。该芯片可提供三路降压式DC/DC转换器输出，两路低压差线性稳压器LD0输出，一路实时时钟电压输出。芯片同时提供了节电模式，软启动，热关断和电池备份功能，片上集成了 I2C串行接口，可对相应的输出电压进行动态缩放；提供了多个电压比较器，用于监控输入输出电压；并为系统提供复位机制。由于系统功耗较小可米用电池供电，提高了整机的便携性，不必依赖于市电，方便携带和使用，同时也降低了工频干扰。
[0033]通讯接口 8:本实施例通过USB接口与上位机相连，实现心电数据的发送，便于使用离线的分析工具对心电信号进一步的分析，同时也可以通过互联网将心电信号发送给医务人员，实现远程医疗。
[0034]图2为本实用新型实施例中基于数字信号处理器3的工作流程框图。根据系统软件不同，系统实现的功能也各不相同，本实施例可实现以下三个功能:心电信号采集与处理、液晶显示与控制、心电信号发送。系统由总控制台9控制，检测液晶显示模块4的输出，调用相应的子程序，实现相应的功能。
[0035]心电信号采集与处理功能具体实现过程为:数字信号处理器3通过配置模拟采集前端，调用心电采集程序开始心电采样10，对于采集到的心电信号，数字信号处理器3根据数字滤波程序对心电信号进行数字滤波11，同时通知数字信号处理器3采样完毕，可以进行下一轮采样。对于数字滤波11处理后的信号，调用心律失常识别程序进行异常心律识别12，如果判断异常，则实现报警13与自动心电存储17。
[0036]液晶显示与控制功能具体实现过程为:当数字信号处理器3收到采样完成信号时，开始调用液晶控制14功能，实现实时心电信号显示15，同时检测液晶显示模块4中触摸控制16的输出，将控制信息反馈给数字信号处理器3以调用相应的子程序实现相应的功能。如当检测到用户需要保存某段心电信号时，即可实现心电信号存储17。
[0037]心电信号发送功能则是基于数字信号处理器3的USB接口将心电信号传送至上位机，实现心电信号传送18。
【权利要求】
1.一种便携式低功耗同步12导联数字心电图机，由预处理模块(1)、模拟采集前端(2)、数字信号处理器(3)、液晶显示模块(4)、存储器(5)、按键与指示灯(6)、智能电源管理模块(7)和通讯接口(8)组成，其特征在于:数字信号处理器(3)分别与模拟采集前端(2)、液晶显示模块(4)、存储器(5)、按键与指示灯(6)、智能电源管理模块(7)和通讯接口(8)连接，智能电源管理模块(7)的输出端分别连接预处理模块(1)和模拟采集前端(2)，预处理模块(1)的输出端连接模拟采集前端(2)的输入端，预处理模块(1)的输入端连接心电信号。
2.根据权利要求1所述的一种便携式低功耗同步12导联数字心电图机，其特征在于所述模拟采集前端(2)内部设有8个独立的通道。
3.根据权利要求1所述的一种便携式低功耗同步12导联数字心电图机，其特征在于所述存储器(5)采用大容量存储器。
4.根据权利要求1所述的一种便携式低功耗同步12导联数字心电图机，其特征在于所述通讯接口(8)连接上位机。
5.根据权利要求1所述的一种便携式低功耗同步12导联数字心电图机，其特征在于按键和指示灯(6)由电源开关按`钮和电源指示灯，异常心电报警灯组成。
【文档编号】A61B5/0402GK203506715SQ201320619503
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】杨翠微, 盛传广, 王彦磊, 张璘, 王章玉, 邬小玫, 秦亚杰, 汪源源 申请人:复旦大学