一種多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀及通信方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀及通信方法，前置放大電路采集人體心電信號進行差分放大，前置放大電路輸出差分放大信號依次經(jīng)過帶通濾波電路、主放大電路、工頻陷波電路和電平抬升電路輸出心電信號送入STM32微處理器內(nèi)的A/D模塊，STM32微處理器通過藍牙無線通訊與手機終端連接，STM32微處理器通過USB與PC終端連接，STM32微處理器與GMS模塊以及GPS模塊互相通訊，STM32微處理器與SD卡存儲模塊互相交換數(shù)據(jù)，STM32微處理器數(shù)據(jù)送人機接口屏模塊顯示。實現(xiàn)對信號的處理、監(jiān)護/通訊、存儲、定位、顯示、發(fā)現(xiàn)異常信號自動報警等功能，在不降低性能和功能的前提下，實現(xiàn)了體積小巧、超低功耗、價格低廉、便于攜帶。
【專利說明】一種多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀及通信方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種心電檢測儀器，特別涉及一種多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀及通
/[目方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，生活水平的逐步提高，以及我國人口老齡化程度越來越嚴重，心臟病一類的疾病的發(fā)病率不斷攀升，嚴重影響人們的身體健康，成為威脅人類健康的第一因素。但常規(guī)心電監(jiān)護設備具有體積笨重、價格昂貴和不便于攜帶的局限性，隨著社會生活水平的提高，便攜式心電圖儀具有體積小、價格低、方便使用、攜帶等優(yōu)點，比如能夠在家庭或者其他地方很方便的進行心電信號的測量，并把波形實時顯示出來，通過一定的處理做出基本的診斷，并把數(shù)據(jù)存儲起來，然后可以提交到專業(yè)機構(gòu)做進一步的診斷，對于一些行動不便的病人，便可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把數(shù)據(jù)通過遠程傳送的方式，提交到專業(yè)機構(gòu)或指定醫(yī)院，便攜式心電設備的使用也由于利于醫(yī)生在急診或查房的時候方便快速的進行病情診斷。并且此多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀能進行長時間實時監(jiān)護并把數(shù)據(jù)存儲起來，以及利用GPS定位和GSM通信以達到在家里親屬不必守候在病人旁邊，在公共場合不必時刻陪伴病人，僅通過發(fā)送一條短信進行遠程監(jiān)護便能時刻得知病人的基本情況已經(jīng)地理位置信息這樣患者就不必長時間的靜臥在醫(yī)院，就可以得到實時的監(jiān)護，所以本發(fā)明產(chǎn)品 具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是針對常規(guī)心電監(jiān)護設備具有體積笨重、價格昂貴和不便于攜帶的局限性的問題，提出了一種多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀及通信方法，實現(xiàn)對信號的處理、監(jiān)護/通訊、存儲、定位、顯示、發(fā)現(xiàn)異常信號自動報警等功能，在不降低性能和功能的前提下，實現(xiàn)了體積小巧、超低功耗、價格低廉、便于攜帶。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀，包括STM32微處理器、人機接口屏模塊、手機終端、PC終端、GMS模塊、GPS模塊、SD卡存儲模塊、信號采集模塊，信號采集模塊包括前置放大電路、右腿驅(qū)動電路、帶通濾波電路、主放大電路、工頻陷波電路和電平抬升電路，左手和右手通過電極將人體的心電信號輸入到前置放大電路進行差分放大，前置放大電路輸出差分放大信號依次通過帶通濾波電路、主放大電路、工頻陷波電路和電平抬升電路，電平抬升電路輸出心電信號送入STM32微處理器內(nèi)的A/D模塊，STM32微處理器通過藍牙無線通訊與手機終端連接，STM32微處理器通過USB與PC終端連接，STM32微處理器與GMS模塊以及GPS模塊互相通訊，STM32微處理器與SD卡存儲模塊互相交換數(shù)據(jù)，STM32微處理器數(shù)據(jù)送人機接口屏模塊顯示，人機接口屏模塊設定指令到STM32微處理器。
[0005]一種多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀通信方法，包括多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀，具體包括如下步驟:1)STM32微處理器完成各個模塊的初始化之后，開始對信號采集模塊送入的模擬心電信號進行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換；
2)轉(zhuǎn)化后的數(shù)字心電信號送到SD卡存儲模塊進行存儲:根據(jù)人機接口屏模塊的提示手動按鍵控制SD卡存儲模塊來存儲長達24小時的心電數(shù)據(jù)，并建立基于SD卡的文件系統(tǒng)，把心電數(shù)據(jù)存儲為TXT文件格式，通過USB接口與PC終端進行數(shù)據(jù)傳輸，同時將常見判斷心臟病的數(shù)據(jù)庫和病患治療信息存儲在SD卡中，并在人機接口屏模塊上設置讀取該信息的功能鍵；
3 )對心電數(shù)據(jù)采集之后進行數(shù)據(jù)的分析:對采集得到的心電數(shù)據(jù)進行特征量分析并確定其特征值，調(diào)用SD卡內(nèi)存儲的常見心臟病的數(shù)據(jù)庫，來判斷心電數(shù)據(jù)是否異常，并把分析的結(jié)果通過人機接口屏模塊在LCD觸摸液晶屏上顯示出來；
4)工作方式選定， 設定運動監(jiān)護和病理監(jiān)護兩種模式，并輸入兩種模式下的數(shù)據(jù)指
標；
5)對分析后的心電信號，可以通過藍牙與手機終端進行無線通信:當檢測到的心電信號數(shù)據(jù)異常時STM32微處理器自動發(fā)送指令控制手機終端撥打急救電話；
6)對心電信號分析之后，若發(fā)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)異常，則進行語言警報和紅色Led燈閃爍預警，并把分析得到的異常心電結(jié)果在LCD觸摸液晶屏上顯示出來，STM32微處理器接受GPS模塊接收的信息和通過藍牙利用手機終端GPS的定位功能獲取病人周邊的地理位置并進行處理，計算出本地的經(jīng)度、緯度以及周邊醫(yī)院的位置信息，通過GSM接收到請求信息，由GSM模塊把地址信息以及病人的基本信息發(fā)送給周邊醫(yī)院。
[0006]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀及通信方法，采用了超低功耗、高性能的內(nèi)核單片機，使得硬件結(jié)構(gòu)更加簡單，系統(tǒng)功耗也大大降低；采用了大容量存儲設備SD卡，并且具有GPS全球定位功能；具有2種工作模式，大大增加了其使用靈活性和應用范圍；便于擴展功能和系統(tǒng)的再次開發(fā)，不僅可以做心電監(jiān)護，還可以應用于其它生理參數(shù)的分析與監(jiān)護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀中信號采集模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀控制流程圖；
圖4為本發(fā)明多模式可通信監(jiān)護的便攜式心電儀USB數(shù)據(jù)傳輸流程圖；
圖5為本發(fā)明多模式可通信監(jiān)護的便攜式心電儀藍牙傳輸流程圖。
【具體實施方式】
[0008]如圖1、2所示多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀結(jié)構(gòu)示意圖和信號采集模塊結(jié)構(gòu)示意圖，STM32微處理器I通過內(nèi)部A/D模塊9通道與信號采集模塊8連接，STM32微處理器I與人機接口屏模塊2互相通訊，STM32微處理器I通過藍牙無線通訊與手機終端3連接，STM32微處理器I通過USB與PC終端4連接，STM32微處理器I與SD卡存儲模塊7互相交換數(shù)據(jù)，STM32微處理器I與GMS模塊5以及GPS模塊6互相通訊，信號采集模塊8包括前置放大電路13、右腿驅(qū)動電路14、帶通濾波電路15、主放大電路16、工頻陷波電路17和電平抬升電路18。
[0009] 經(jīng)過左手10和右手11通過電極將人體的心電信號輸入到前置放大電路13實現(xiàn)信號的差分放大，同時人體的共模電壓在前置放大電路13中被檢測出，通過右腿驅(qū)動電路倒相、放大反饋到右腿上，使人體的位移電流不流地，而是通過右腿驅(qū)動電路14倒相、放大從運放輸出，以達到更進一步的降低工頻干擾和提高共模抑制比，通過前置放大電路13差分放大的信號連接到帶通濾波電路15，因為由于人體的心電信號頻率范圍為0.05Hz~100Hz，所以需濾掉這個頻帶以外噪聲；人體的心電信號幅度一般為Imv左后，所以經(jīng)過帶通濾波器電路15出來的信號必須連接到主放大電路16來把提取出來的心電信號進行放大，雖然前置放大電路13對共模干擾具有一定的抑制作用，但是有部分工頻干擾是以差模方式進入電路的，且頻率處于心電信號的頻帶之內(nèi)，加上電極和輸入回路不穩(wěn)定的因素，前級電路輸出的心電信號仍存在較強的工頻干擾，所以主放大電路16出來的信號的經(jīng)過專門的工頻濾波電路17，此時出來的信號一般為-0.5v~1.5v，而A/D模塊9的輸入范圍為O~3.3v,因此需要把主放大電路16出來的信號通過電平抬升電路18，保證能采集到全部的心電信號，電平抬升電路18輸出信號通過A/D模塊9送入STM32微處理器I。
[0010]STM32微處理器作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，它完成對模擬信號的采集(A/D模塊9 )、對信號的存儲(SD卡存儲模塊7 )、定位(GPS模塊6 )、人機交互界面及控制(人機接口模塊2)、以及通訊與報警(GSM模塊5、USB、藍牙)，下面將結(jié)合圖3流程圖做具體說明:
I)在STM32微處理器完成各個模塊的初始化之后，將開始對信號采集模塊的模擬心電信號進行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，由于STM32微處理器有多大18個ADC通道，它可以測量16個外部和2個內(nèi)部信號源，所以可方便的進行功能的擴展，比如:血氧、血糖、血壓等生理參數(shù)的信號采集模塊通過STM32微處理器同時進行A/ D模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0011]2)在轉(zhuǎn)化后的數(shù)字心電信號送到SD卡進行存儲:根據(jù)IXD觸摸液晶顯示器上的提示功能按鍵控制SD卡存儲模塊來存儲長時間的心電數(shù)據(jù)，并建立基于SD卡的文件系統(tǒng)，把心電數(shù)據(jù)存儲為TXT文件格式，這樣既可以借助USB接口與PC終端進行數(shù)據(jù)傳輸，也可以把SD卡拔下來用讀卡器把數(shù)據(jù)讀入PC終端；基于大容量的SD卡，我們可以預先把判斷心率失常數(shù)據(jù)庫(MIT-BIH)，其中包括了 48個常見病例，比如:心室顫動、心房顫動、心動過速、心動過緩、房性早搏，室性早搏、心臟停搏及起搏等存儲在SD卡中，用做于微處理器對心電信號分析處理的依據(jù)；以及病人各類疾病的病患和治療信息存儲在SD卡中，并在LCD觸摸液晶屏上設置讀取該信息的功能鍵。
[0012]3)在對心電數(shù)據(jù)采集之后則進行數(shù)據(jù)的分析:在對采集得到的心電數(shù)據(jù)進行特征量分析并確定其特征值，調(diào)用SD卡內(nèi)存儲的常見心臟病的數(shù)據(jù)庫，來判斷心電數(shù)據(jù)是否異常。并把分析的結(jié)果和健康指導意見在LCD觸摸液晶屏上顯示出來，同是LCD觸摸液晶屏實時地顯示心電波形以及常用功能選擇鍵比如:病人信息功能鍵(比如本人的姓名，多位親人的手機號碼等，)、病史信息功能鍵(病人各類疾病的病患和治療信息)、應急措施功能鍵匕如藥品的存放位置和應當采取的一些急救措施)、回放功能鍵(對SD卡存儲的心電信息進行回讀)、MP3音樂播放器以及游戲功能鍵(歌曲、游戲存儲在SD卡內(nèi)，可供病人休閑或者無聊時候傾聽和玩耍)等。
[0013]4)在運動監(jiān)護模式下:在戶外運動通過預先設定的康復運動安排(比如:快走、跑步和騎行的運動時間和運動量，不同年齡和性別的人在健身房的運動安排，減肥體操和瑜伽鍛煉等)，當檢測到的心電信號數(shù)據(jù)異常時，則進行紅色Led燈閃爍預警和語言警報，并把分析得到的異常心電結(jié)果、科學運動計劃和合理的運動安排在LCD觸摸液晶屏上顯示出來，也可以預先通過LCD觸摸屏設定運動路線，STM32微處理器接受GPS模塊接收的信息和通過藍牙利用手機終端GPS的定位功能獲取病人周邊的地理位置并進行處理，計算出本地的經(jīng)度、緯度以及周邊醫(yī)院的位置信息，可以通過語言給患者提供路線導航和提供快速有效的救護，并通過鍵盤控制或GSM接收到請求信息，由GSM模塊把地址信息以及病人的基本信息(比如病人的姓名、病情提示、親人的手機號碼)發(fā)送給對方，達到定位、通信、及時救助的功能=GSM模塊通過UART串口與STM32微處理器進行數(shù)據(jù)通信，STM32微處理器從串口接受GSM發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，檢驗手機號碼的權(quán)限根據(jù)短信的內(nèi)容執(zhí)行相應的控制指令，t匕如在家里或者社區(qū)以及其他公共場合下，若病人心電數(shù)據(jù)異常則LCD觸摸液晶屏上會顯示出來檢測結(jié)果并提示相應的自救措施(注意休息、按時吃藥)以及發(fā)出語音警報，以便家人或者救助者知情，并通過GSM模塊把地址信息以及病人的基本信息以手機短消息形式發(fā)送給特定親屬或者醫(yī)生；同時親屬或者醫(yī)生可以通過手機將控制信號以短信的形式通過GSM網(wǎng)發(fā)送到GSM模塊，GSM模塊采用AT命令的形式將短信內(nèi)容傳送給STM32微處理器，STM32微處理器對接受到的命令進行分析處理后再由GSM模塊把病人的監(jiān)護狀態(tài)信息通過GSM網(wǎng)反饋回去，以達到在家里親屬不必守候在病人旁邊，在公共場合不必時刻陪伴病人，僅通過發(fā)送一條短信進行遠程監(jiān)護便能時刻得知病人的基本情況以及地理位置信息。
[0014]5)在病理監(jiān)護模式:通過對比心率失常數(shù)據(jù)庫和預先設定(也可以自定義)的康復計劃，當檢測到數(shù)據(jù)異常時，STM32微處理器自動把異常數(shù)據(jù)以時間、地點的列表格式存儲在SD卡中，以HL7通信標準編碼格式進行USB數(shù)據(jù)傳輸，并通語音預警讓患者知曉，使患者按照LCD觸摸屏上的健康計劃進行科學的合理安排，為了提高采樣效率，在微處理器的內(nèi)存空間中開辟4KB作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當外部模擬信號送入A/D模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用STM32自帶的SPI接口， 其最大傳輸速率可達18Mbps，并且每秒鐘可以傳輸2M以上的數(shù)據(jù)。當接收到PC機的傳輸命令時，A/D模塊每次轉(zhuǎn)換結(jié)束之后，通過DMA方式將轉(zhuǎn)換后的16位數(shù)據(jù)順序搬移到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，待緩沖區(qū)滿后，將4KB數(shù)據(jù)打包經(jīng)由USB總線回傳到PC終端，其USB控制流程如圖4。若在預定義的時間內(nèi)警報沒有消除，則通過藍牙自動發(fā)送指令控制手機終端撥打設置的特定電話比如120、指定醫(yī)生或者親屬的手機號碼，還可以向手機終端發(fā)送病人的基本信息(比如病人的姓名、病情提示、地理位置、親人的手機號碼)，實現(xiàn)及時的遠程監(jiān)護。其藍牙傳輸流程圖如圖5。
【權(quán)利要求】
1.一種多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀，其特征在于，包括STM32微處理器、人機接口屏模塊、手機終端、PC終端、GMS模塊、GPS模塊、SD卡存儲模塊、信號采集模塊，信號采集模塊包括前置放大電路、右腿驅(qū)動電路、帶通濾波電路、主放大電路、工頻陷波電路和電平抬升電路，左臂和右臂通過電極將人體的心電信號輸入到前置放大電路進行差分放大，前置放大電路輸出差分放大信號依次通過帶通濾波電路、主放大電路、工頻陷波電路和電平抬升電路，電平抬升電路輸出心電信號送入STM32微處理器內(nèi)的A/D模塊，STM32微處理器通過藍牙無線通訊與手機終端連接，STM32微處理器通過USB與PC終端連接，STM32微處理器與GMS模塊以及GPS模塊互相通訊，STM32微處理器與SD卡存儲模塊互相交換數(shù)據(jù)，STM32微處理器數(shù)據(jù)送人機接口屏模塊顯示，人機接口屏模塊設定指令到STM32微處理器。
2.一種多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀通信方法，包括多模式通信監(jiān)護便攜式心電儀，其特征在于，具體包括如下步驟: 1)STM32微處理器完成各個模塊的初始化之后，開始對信號采集模塊送入的模擬心電信號進行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換； 2)轉(zhuǎn)化后的數(shù)字心電信號送到SD卡存儲模塊進行存儲:根據(jù)人機接口屏模塊的提示手動按鍵控制SD卡存儲模塊來存儲長達24小時的心電數(shù)據(jù)，并建立基于SD卡的文件系統(tǒng)，把心電數(shù)據(jù)存儲為TXT文件格式，通過USB接口與PC終端進行數(shù)據(jù)傳輸，同時將常見判斷心臟病的數(shù)據(jù)庫和病患治療信息存儲在SD卡中，并在人機接口屏模塊上設置讀取該信息的功能鍵； 3)對心電數(shù)據(jù)采集之后進行數(shù)據(jù)的分析:對采集得到的心電數(shù)據(jù)進行特征量分析并確定其特征值，調(diào)用SD卡內(nèi)存儲的常見心臟病的數(shù)據(jù)庫，來判斷心電數(shù)據(jù)是否異常，并把分析的結(jié)果通過人機接口屏模塊在LCD觸摸液晶屏上顯示出來； 4)工作方式選定，設定運動監(jiān)護和病理監(jiān)護兩種模式，并輸入兩種模式下的數(shù)據(jù)指標； 5)對分析后的心電信號，可以通過藍牙與手機終端進行無線通信:當檢測到的心電信號數(shù)據(jù)異常時STM32微處理器自動發(fā)送指令控制手機終端撥打急救電話； 6)對心電信號分析之后，若發(fā)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)異常，則進行語言警報和紅色Led燈閃爍預警，并把分析得到的異常心電結(jié)果在LCD觸摸液晶屏上顯示出來，STM32微處理器接受GPS模塊接收的信息和通過藍牙利用手機終端GPS的定位功能獲取病人周邊的地理位置并進行處理，計算出本地的經(jīng)度、緯度以及周邊醫(yī)院的位置信息，通過GSM接收到請求信息，由GSM模塊把地址信息以及病人的基本信息發(fā)送給周邊醫(yī)院。
【文檔編號】A61B5/0402GK103976731SQ201410230309
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】劉穎, 梁湞 申請人:上海理工大學