專利名稱：具有遠(yuǎn)程傳輸能力的多功能長(zhǎng)時(shí)間心電記錄儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于醫(yī)療電子領(lǐng)域，特別涉及心電信號(hào)的存儲(chǔ)和傳輸?shù)难b置。
目前，現(xiàn)有的長(zhǎng)時(shí)間心電記錄儀(HOLTER)僅具有24小時(shí)心電圖記錄的功能。即使用者在醫(yī)院外使用HOLTER用于記錄24小時(shí)心電圖，然后回到醫(yī)院，將HOLTER插在專用接口上，直接將記錄的心電數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行回放。由于HOLTER不具備遠(yuǎn)程傳輸?shù)哪芰?，不適應(yīng)心電圖遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的需要。
另一方面，目前具備遠(yuǎn)程傳輸能力的心電記錄設(shè)備(如心電BB機(jī))，其存儲(chǔ)容量較小，一般只能記錄幾分鐘到十幾分鐘的心電數(shù)據(jù)，不能滿足醫(yī)生對(duì)大容量心電信息的需要。同時(shí)，這些設(shè)備體積都相對(duì)比較大，不便于攜帶。在發(fā)聲元件方面，采用動(dòng)圈式喇叭，體積大、功耗大。
本實(shí)用新型的目的是克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計(jì)出一種具有遠(yuǎn)程傳輸能力的多功能長(zhǎng)時(shí)間心電記錄儀，使其具有體積小，功耗低，心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定度高的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型提出一種具有遠(yuǎn)程傳輸能力的多功能長(zhǎng)時(shí)間心電記錄儀，其特征在于，包括以單片機(jī)為核心，與單片機(jī)相連的A/D采集器、功能按鍵、FLASH存儲(chǔ)芯片、MODEM控制接口、D/A轉(zhuǎn)換器及預(yù)先儲(chǔ)存在單片機(jī)內(nèi)的軟件處理程序，還包括通過(guò)心電信號(hào)放大器與所說(shuō)的A/D采集器輸入端相連的采集心電信號(hào)的心電電極，通過(guò)V/F變換器芯片與D/A轉(zhuǎn)換器輸出端相連的音頻輸出裝置，以及提供該電記錄儀電力的DC-DC直流電壓輸出電源。
上述的單片機(jī)可采用89C2051，所說(shuō)的V/F變換器芯片最好是低功耗的4046，所說(shuō)的音頻輸出裝置可采用電壓驅(qū)動(dòng)的壓電陶瓷片，所說(shuō)的FLASH存儲(chǔ)芯片可使用IS25F080A-3。
本實(shí)用新型可以進(jìn)行心電信號(hào)的長(zhǎng)期記錄，采用大容量的FLASH存儲(chǔ)芯片和無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮算法，最終可存儲(chǔ)5-6小時(shí)的心電數(shù)據(jù)；同時(shí)長(zhǎng)期存儲(chǔ)的心電數(shù)據(jù)可使用自備的MODEM接口，通過(guò)MODEM高速傳輸?shù)竭h(yuǎn)端；實(shí)時(shí)心電數(shù)據(jù)則使用V/F變換，通過(guò)聲耦合傳輸?shù)竭h(yuǎn)端。系統(tǒng)內(nèi)部總線全部采用串行接口總線SPI(Serial Peripheral InterfaceBus)，單片機(jī)的SPI接口由普通口線模擬；系統(tǒng)的數(shù)字電路芯片全部采用3V供電；并且用DC-DC變換提供給系統(tǒng)穩(wěn)定電源。
本實(shí)用新型的工作原理為將0-5mV的心電信號(hào)放大到0-3V，由單片機(jī)控制A/D變換器將模擬的心電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再將這個(gè)結(jié)果查表，找到其編碼值，最后把這個(gè)編碼值由單片機(jī)控制存儲(chǔ)到Flash中。如果要進(jìn)行數(shù)字傳輸，則通過(guò)單片機(jī)接口與Modem相連，在單片機(jī)的控制下，數(shù)據(jù)從Flash取出，最后通過(guò)Modem將數(shù)據(jù)送出。如果要進(jìn)行數(shù)據(jù)的聲耦合傳輸，則單片機(jī)將數(shù)據(jù)從Flash取出送到D/A中轉(zhuǎn)換成模擬量，再由F/V變換成頻率，這個(gè)頻率信號(hào)通過(guò)壓電陶瓷片變換成音頻信號(hào)，由電話將音頻信號(hào)送出。接收方可以通過(guò)反變換F/V，將接收到的頻率信號(hào)再轉(zhuǎn)換成心電信號(hào)。
單片機(jī)控制下的處理軟件是由主程序和中斷服務(wù)子程序兩大部分組成。主程序主要進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)按鍵，即心電記錄鍵、數(shù)字傳送鍵、音頻傳送鍵、停止鍵，如果有某功能鍵按下，則進(jìn)入相應(yīng)的服務(wù)子程序完成相應(yīng)功能。中斷服務(wù)子程序?qū)纹瑱C(jī)的定時(shí)器設(shè)置成5ms，以實(shí)現(xiàn)200Hz心電圖采樣。
本實(shí)用新型可記錄5-6小時(shí)的心電數(shù)據(jù)；功耗低，總體功耗小于200mw；使用SPI接口的外圍芯片及壓電陶瓷片作為音頻轉(zhuǎn)換，減小了整機(jī)體積；同也實(shí)現(xiàn)通過(guò)兩種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，即聲耦合傳輸和MODEM傳輸。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明


圖1本實(shí)用新型的總體構(gòu)成原理框圖。
圖2本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖。
圖3本實(shí)用新型實(shí)施例的程序框圖。
圖4本實(shí)用新型實(shí)施例外觀結(jié)構(gòu)示意圖。
結(jié)合各附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施例
圖1為本實(shí)施例的總體構(gòu)成原理框圖，它是以單片機(jī)為核心的信號(hào)采集、存儲(chǔ)與傳輸?shù)谋銛y式設(shè)備。包括包括心電電極、心電信號(hào)放大器、A/D采集器、D/A輸出轉(zhuǎn)換器、FLASH存儲(chǔ)芯片，V/F變換器芯片、音頻輸出裝置、單片機(jī)、功能按鍵、DC-DC直流電壓輸出電源。其工作原理如上所述。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖。包括采集與記錄電路I，聲耦合電路II，DC-DC直流電壓輸出電路III，心電放大電路IV四個(gè)組成部分，圖中用虛線框劃分開(kāi)。其核心部件為89C2051單片機(jī)，其指令系統(tǒng)與普通的8031兼容，而內(nèi)部含有2K字節(jié)程序存儲(chǔ)器，采用20DIP封裝，減小了儀器的體積。各電路的組成及工作原理分別詳細(xì)說(shuō)明如下采集與記錄電路I，由89C2051單片機(jī)U1、MAX1242模數(shù)轉(zhuǎn)換U2、IS25F080A存儲(chǔ)芯片U5組成。其中U1的P3口的4根普通口線P3.2、P3.3、P3.4、P3.5用作功能按鍵輸入線，檢測(cè)是否有按鍵輸入。系統(tǒng)總線采用三條SPI總線，分別為時(shí)鐘線、數(shù)據(jù)輸入線和數(shù)據(jù)輸出線。89C2051單片機(jī)P1口的3根普通口線作為SPI總線模擬線，分別與A/D、D/A、FLASH進(jìn)行通訊聯(lián)系。89C2051單片機(jī)P3口的另外4根口線P1.3、P1.2、P3.7、P1.1作為片選線，分別用作選通A/D、D/A、FLASH、4046。
89C2051單片機(jī)的全雙工的串口線P3.0、P3.1與MODEM連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。89C2051單片機(jī)P1口的P1.0、P1.7，用于檢測(cè)MODEM狀態(tài)和控制MODEM工作，以便傳輸大容量的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
聲耦合電路II，由MAX5355A數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U3、4046 V/F變換芯片U4、三極管Q1、壓電陶瓷片B1所組成。音頻信號(hào)的遠(yuǎn)程通訊是U1(89C20510)單片機(jī)從FLASH芯片IS25F080A取出已存儲(chǔ)的心電數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)MAX5355A的D/A轉(zhuǎn)換輸出模擬量，再由4046V/F芯片將模擬量轉(zhuǎn)換為音頻范圍的頻率信號(hào)，最后由壓電陶瓷片B1轉(zhuǎn)換成聲音，通過(guò)電話傳到遠(yuǎn)方醫(yī)院中心。遠(yuǎn)方醫(yī)院中心安裝一個(gè)反變換裝置F/V頻幅變換，將音頻范圍的頻率信號(hào)恢復(fù)成心電信號(hào)。
聲耦合的V/F變換是由R21、R22、R23、R25、R26、C13、C12、B1、Q1、U4組成。4046是V/F變換的主芯片，R21、R22、R23、C12用于調(diào)整中心頻率，壓電陶瓷片B1是音頻輸出裝置(發(fā)聲元件)，Q1(9013)是NPN型的三極管，與R24、R25組成電壓驅(qū)動(dòng)，使壓電陶瓷片音量增大。
DC-DC直流電壓輸出電路III，主要由MAX1678C升壓變換U7、MAX1678C升壓變換U8、MAX828B反壓變換U9、MAX761A升壓變換及U10、L1、L2、L3、L4、R29、R30、R31、C14、C17、C19、C21、C22、C23、C24、C25、E5、D1所組成。系統(tǒng)使用兩節(jié)5號(hào)電池作為基礎(chǔ)能源，通過(guò)DC-DC(直流-直流)的變換，產(chǎn)生數(shù)字電路和模擬電路所需的3V、+5V、-5V電壓。由于DC-DC輸入電壓范圍是0.8V-輸出電壓，所以盡管電池的電壓會(huì)下降，只要不低于0.8V，輸出電壓仍然能保持在所設(shè)定的值上。L1、C21、C22和MAX1678C可產(chǎn)生+3V的穩(wěn)定電壓。L5、D1、C17、C18和MAX761A可產(chǎn)生+12V的穩(wěn)定電壓。C19、C10和MAX828B可產(chǎn)生-3V的穩(wěn)定電壓。L2、C23、R29、R30、R31和MAX1678C可產(chǎn)生+5V的穩(wěn)定電壓。
心電放大電路IV，包括儀用放大器、高通濾波、主放大、50Hz陷波器、低通濾波器。其作用是將0-5mV的心電信號(hào)放大到0-3V，同時(shí)除去基線漂移、50Hz工頻干擾和高頻噪聲。儀用放大器AD620可對(duì)由兩個(gè)電極輸入的信號(hào)進(jìn)行差動(dòng)放大，放大倍數(shù)可通過(guò)R3調(diào)整，R1、R2、R4、C1、R5及ICL7642/3形成浮地驅(qū)動(dòng)。C2、R6組成高通濾波器。R7、R8、R9、R10、R14、R15、P1及ICL7642/2組成電平調(diào)整電路和主放大電路，通過(guò)改變P1調(diào)整電平，通過(guò)改變R7、R8、R10調(diào)整放大倍數(shù)。R10、R11、R12、R13、C5、C6、R16、R17、ICL7642/1和ICL7642/4組成50Hz陷波電路。R18、R19、R20、C9、C10、UA3(TLC04)組成4階巴特沃斯低通電路，截止頻率由R10、C10決定。
圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的程序框圖。系統(tǒng)軟件是由主程序和中斷服務(wù)子程序兩大部分組成。主程序主要完成按鍵的循環(huán)檢測(cè)，如果有功能鍵按下，則將相應(yīng)標(biāo)志置位，并進(jìn)入相應(yīng)的服務(wù)子程序。具體步驟如下首先判斷心電記錄鍵是否按下，如果按下則置心電記錄標(biāo)志，否則就判斷數(shù)字傳送鍵是否按下。如果數(shù)字傳送鍵按下則置數(shù)字傳送標(biāo)志，否則就判斷音頻傳送鍵是否按下。如果音頻傳送鍵按下則置音頻傳送標(biāo)志，否則就判斷停止鍵是否按下。如果停止鍵按下則清除全部記錄標(biāo)志，否則就開(kāi)始判斷定時(shí)標(biāo)志是否置位，若置位則清除定時(shí)標(biāo)志，然后進(jìn)入按鍵標(biāo)志判斷；否則，返回到按鍵判斷開(kāi)始處。若心電記錄標(biāo)志置位，則調(diào)心電采集記錄子程序；若數(shù)字傳送標(biāo)志置位，則由單片機(jī)控制MODEM將壓縮數(shù)據(jù)高速傳到中心站。若音頻傳送標(biāo)志置位，則由單片機(jī)控制4046進(jìn)行V/F變換，傳輸20分鐘的心電數(shù)據(jù)；否則返回到按鍵判斷開(kāi)始處。
中斷服務(wù)子程序主要完成時(shí)間標(biāo)志位的設(shè)置。單片機(jī)的定時(shí)器設(shè)置成5ms，即每隔5ms單片機(jī)產(chǎn)生一次中斷。當(dāng)定時(shí)中斷產(chǎn)生時(shí)，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，將定時(shí)時(shí)間標(biāo)志位置位，表明定時(shí)時(shí)間已到，最后退出中斷服務(wù)子程序。
本實(shí)施例外觀為一長(zhǎng)方形盒體，如圖4所示。圖中，正面面板上部安裝有音頻輸出孔1，中部設(shè)有四個(gè)功能鍵，分別為心電記錄鍵3，數(shù)字傳送鍵4，音頻傳送鍵5，停止健6，側(cè)面設(shè)有心電電極接插孔2，電源開(kāi)關(guān)7，機(jī)箱底部設(shè)有與MODEM充電器的連接孔8。盒體內(nèi)安裝有電路板，上述各電路元器件均連接于該電路板上。
權(quán)利要求1.一種具有遠(yuǎn)程傳輸能力的多功能長(zhǎng)時(shí)間心電記錄儀，其特征在于，包括以單片機(jī)為核心，與該單片機(jī)相連的A/D采集器、功能按鍵、FLASH存儲(chǔ)芯片、MODEM控制接口、D/A轉(zhuǎn)換器及預(yù)先儲(chǔ)存在單片機(jī)內(nèi)的軟件處理程序，還包括通過(guò)心電信號(hào)放大器與所說(shuō)的A/D采集器輸入端相連的采集心電信號(hào)的心電電極，通過(guò)V/F變換器芯片與所說(shuō)的D/A轉(zhuǎn)換器輸出端相連的音頻輸出裝置，以及提供該心電記錄儀電力的DC-DC直流電壓輸出電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心電記錄儀，其特征在于，所說(shuō)的單片機(jī)采用89C2051，所說(shuō)的V/F變換器芯片是低功耗的4046，所說(shuō)的音頻輸出裝置采用電壓驅(qū)動(dòng)的壓電陶瓷片，所說(shuō)的FLASH存儲(chǔ)芯片使用IS25F080A-3。
專利摘要本實(shí)用新型屬于醫(yī)療電子領(lǐng)域。本心電記錄儀包括單片機(jī),與單片機(jī)相連的A/D采集器、功能按鍵、FLASH存儲(chǔ)芯片、MODEM控制接口、D/A轉(zhuǎn)換器及預(yù)先儲(chǔ)存在單片機(jī)內(nèi)的軟件處理程序,還包括通過(guò)心電信號(hào)放大器與A/D采集器相連的心電電極,通過(guò)V/F變換器芯片與D/A轉(zhuǎn)換器相連的音頻輸出裝置,以及DC－DC直流電壓輸出電源。本心電記錄儀具有體積小,功耗低,心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大,系統(tǒng)電壓穩(wěn)定度高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B5/0432GK2393482SQ9924861
公開(kāi)日2000年8月30日 申請(qǐng)日期1999年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月29日
發(fā)明者白凈, 張永紅, 陳佳 申請(qǐng)人:清華大學(xué)