CN105686825A - 双级可穿戴家用心电记录器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双级可穿戴家用心电记录器及其方法。记录器包括壳体以及设置在所述壳体内的双极导联电极、信号滤波放大调理电路、CPU处理器；微处理器上还分别连接有存储卡；所述壳体上设置有开关/紧急按钮和指示灯；壳体内还设置有电源模块、充电电路；双极导联电极与所述信号滤波放大调理电路连接，信号滤波放大调理电路、开关/紧急按钮、指示灯、存储卡、数据通讯模块分别与所述CPU处理器连接；信号滤波放大调理电路、CPU处理器、开关/紧急按钮、指示灯、存储卡、数据通讯模块与电源模块连接；所述充电电路与电源模块连接。本发明操作较为方便，适合家庭使用；且贴片加束缚带的固定方式，可避免用户运动时牵扯到导联线而引起的运动干扰。

Description

双级可穿戴家用心电记录器及其方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种双级可穿戴家用心电记录器及其方法。

背景技术

心血管疾病是当今世界上威胁人类最严重的疾病之一，其发病率和死亡率已超过肿瘤性疾病而跃居第一。因为，该病表现形式及发病的时间的不一致，所以在现有的医疗模式和体系中，心血管疾病的预防以及诊疗还存在诸多不便。所以，高危人群的家庭早期介入是预防心血管疾病的重要方法。开发家庭易用的心电记录设备是帮助解决以上矛盾的有效方法。

目前已有的动态心电记录仪采用导联线连接人体的方式采集心电信号，产品体积大，质量重，操作复杂，携带不方便。使用过程中，运动时容易牵扯到导联线，造成电极脱落或接触不良，从而引发干扰信号，并可能被误判成异常心电信号，较大程度地影响临床诊断。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种双级可穿戴家用心电记录器。

为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种双级可穿戴家用心电记录器，包括：壳体以及设置在所述壳体内的双极导联电极、信号滤波放大调理电路、CPU处理器；所述微处理器上还分别连接有存储卡；所述壳体上设置有开关/紧急按钮和指示灯；所述壳体内还设置有电源模块、充电电路；所述双极导联电极与所述信号滤波放大调理电路连接，所述信号滤波放大调理电路、开关/紧急按钮、指示灯、存储卡、数据通讯模块分别与所述CPU处理器连接；所述信号滤波放大调理电路、CPU处理器、开关/紧急按钮、指示灯、存储卡、数据通讯模块与电源模块连接；所述充电电路与电源模块连接。

作为优选，所述的双极导联电极直接扣在心电电极片上，用于通过心电电极片与人体连接。

作为优选，所述的双级可穿戴家用心电记录器通过自粘弹性绷带固定在人体上并调整连接位置。

作为优选，所述壳体内还设有加速度传感器，所述的加速度传感器与CPU处理器和电源模块分别连接，用于感应人体的运动状态变化。

作为优选，所述的开关/紧急按钮被按下后，双极导联电极监测到的近3分钟内的心电数据以优先的方式写入存储卡，并由数据通讯模块同步传输至互联网。

作为优选，所述的信号滤波放大调理电路包括一个前置放大器和一个二级放大带通电路，所述的前置放大器的放大倍数为3倍，二级放大带通电路的放大倍数为80倍，通带频率为0.5-100Hz，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CPU处理器采集的幅度。

作为优选，所述的充电电路采用MAX1555充电芯片，所述的电源模块通过降压电路1后分为两路，一路用于为CPU处理器、指示灯、存储卡、数据通讯模块供电，另一路进一步通过降压电路2后用于为信号滤波放大调理电路通电；所述的降压电路1用于将电源模块所提供的3.7V电源降压到3.3V；所述的降压电路2用于将降压电路1提供的3.3V电源降压到3.0V，抑制由于信号滤波放大调理电路通电导致的引入电源模块的噪声，提高心电信号的信噪比。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述心电记录器的心电数据记录方法，包括如下步骤：

1)用户通过按键启动记录，CPU处理器读取实时时钟的时间信息，作为本次记录的时间基准；

2)CPU处理器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)如果缓冲区没有填满，则返回第2)步继续采集信号数据；

4)若缓冲区被填满，把缓冲数据写入存储卡；

5)CPU处理器同步采集加速度传感器的数据，如果识别到运动干扰信号，则自动对同步采集到的心电信号进行干扰标记；

6)如果心电记录器的心电数据记录没有结束，则返回第2)步；若记录结束，CPU处理器停止采集数据。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用两个导联电极直接扣在心电电极片上的方式该心电记录器直接与人体连接。操作较为方便，适合家庭使用；

2、本发明结构紧凑，小巧轻盈，贴片加束缚带的固定方式，可避免用户运动时牵扯到导联线而引起的运动干扰；

3、本发明提供了一种便携式、易使用、可无线传输数据的动态心电记录器，可连续24小时以上持续监测用户心电活动情况，使用户能通过简单的操作，随时随地了解心脏健康状况。

4、本发明采用按钮，使用者可标记自按下紧急按钮后3分钟内的心电数据以优先的方式记录或同步传输至互联网。

附图说明

图1为双级可穿戴家用心电记录器的结构示意框图；

图2为双级可穿戴家用心电记录器的穿戴示意图；

图3为双级可穿戴家用心电记录器的工作流程图；

图4为本发明实施例中CPU处理器的结构示意图；

图5为本发明实施例中心电信号调理电路的电路原理图；

图6为本发明实施例中电源模块的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字及相应的附图能够据以实施本发明。

一种双级可穿戴家用心电记录器，包括：壳体以及设置在所述壳体内的双极导联电极1、信号滤波放大调理电路2、CPU处理器3；所述微处理器上还分别连接有存储卡5；所述壳体上设置有开关/紧急按钮6和指示灯7；所述壳体内还设置有电源模块8、充电电路9；所述双极导联电极1与所述信号滤波放大调理电路2连接，所述信号滤波放大调理电路2、开关/紧急按钮6、指示灯7、存储卡5、数据通讯模块4分别与所述CPU处理器3连接；所述信号滤波放大调理电路2、CPU处理器3、开关/紧急按钮6、指示灯7、存储卡5、数据通讯模块4与电源模块8连接；所述充电电路9与电源模块8连接。

考虑到家庭使用的便捷性，双极导联电极1可采用直接扣在心电电极片上，用于通过心电电极片与人体连接。另外，双级可穿戴家用心电记录器可通过自粘弹性绷带固定在人体上并调整连接位置。壳体内还可以设有加速度传感器，所述的加速度传感器与CPU处理器3和电源模块8分别连接，用于感应人体的运动状态变化，减少运动干扰。

开关/紧急按钮6可通过设置多种按键模式实现开关机、进入紧急模式等功能。所述的开关/紧急按钮6被按下后，双极导联电极1监测到的近3分钟内的心电数据以优先的方式写入存储卡5，并由数据通讯模块4同步传输至互联网。

所述的信号滤波放大调理电路2包括一个前置放大器和一个二级放大带通电路，所述的前置放大器的放大倍数为3倍，二级放大带通电路的放大倍数为80倍，通带频率为0.5-100Hz，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CPU处理器3采集的幅度。

所述的充电电路9采用MAX1555充电芯片，所述的电源模块8通过降压电路1后分为两路，一路用于为CPU处理器3、指示灯7、存储卡5、数据通讯模块4供电，另一路进一步通过降压电路2后用于为信号滤波放大调理电路2通电；所述的降压电路1用于将电源模块8所提供的3.7V电源降压到3.3V；所述的降压电路2用于将降压电路1提供的3.3V电源降压到3.0V，抑制由于信号滤波放大调理电路2通电导致的引入电源模块8的噪声，提高心电信号的信噪比。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述心电记录器的心电数据记录方法，包括如下步骤：

1)用户通过按键启动记录，CPU处理器读取实时时钟的时间信息，作为本次记录的时间基准；

2)CPU处理器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)如果缓冲区没有填满，则返回第2)步继续采集信号数据；

4)若缓冲区被填满，把缓冲数据写入存储卡；

5)CPU处理器同步采集加速度传感器的数据，如果识别到运动干扰信号，则自动对同步采集到的心电信号进行干扰标记；

6)如果心电记录器的心电数据记录没有结束，则返回第2)步；若记录结束，CPU处理器停止采集数据。

下面通过实施例具体阐述本发明所述双级可穿戴家用心电记录器。本实施例中，未特殊限定的技术特征均与前述相同。

实施例1

本发明公开的一种贴片式动态心电记录仪，其壳体外周长度不超过100mm，宽度不超过60mm，厚度不超过20mm，整机重量不超过40g。

图1为本发明所述双级可穿戴家用心电记录器的结构示意框图，所述贴片式动态心电记录仪包括：双极导联电极1、信号滤波放大调理电路2、CPU处理器3；所述微处理器上还分别连接有存储卡5；所述壳体上设置有开关/紧急按钮6、指示灯7；所述壳体内还设置有电源模块8、充电模块9；所述双极导联电极1与所述信号滤波放大调理电路2连接，所述数据通讯模块4、存储卡5、按纽6、指示灯7分别与所述微处理器3连接；所述心信号滤波放大调理电路2、微处理器3、据通讯模块4、存储卡5、开关及紧急按钮6、指示灯7与电源模块8连接；所述充电电路9与电源模块8连接。

电源模块为记录器供电，双极导联电极连接人体和信号滤波放大调理电路，把体表心电信号传导到信号滤波放大调理电路的输入端，信号滤波放大调理电路对心电信号进行放大、滤波后，输出到单片机的A/D转换模块输入端，信号滤波放大调理电路的右腿驱动输出通过双极导联电极接回到人体，单片机对采集到的心电数据进行缓冲存储，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，用户通过开关及紧急按钮6、指示灯7与单片机进行交互操作，实现记录的开始/停止以及应急记录等功能。存储卡中的数据可通过无线传输模块或者USB通讯模块发送至接收端。

对ECG信号采集采用模块化的设计方式，主要由前端的导联传感器、信号滤波放大调理电路和A/D采样电路组成。人体心电信号的主要频率范围为0.05～100Hz，幅度约为0～4mV，信号十分微弱。同时心电信号中通常混杂有其它生物电信号，加之体外以50Hz工频干扰为主的电磁场干扰，使得心电噪声背景较强，测量条件比较复杂。因此器件的选择显的非常重要，要求器件误差要很小，且工作性能稳定。

图5是本发明的心电信号调理电路的电路原理图。放大滤波电路包括一个前置放大器(如仪表放大器U2和电阻R1所组成的电路)和一个二级放大带通电路(如运算放大器U3A、U3B，电容C1、C11，电阻R2、R6、R9所组成的电路)，前置放大器的放大倍数为3倍，二级放大带通电路的放大倍数为80倍，通带频率为0.5-100Hz，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微处理器采集的幅度。电压基准器U6产生的基准电压作为心电信号调理电路的信号参考地，参考地的电压以微处理器A/D转换的参考电压的一半为宜，上述电路中的仪表放大器可采用TI公司的INA333，运算放大器可采用TI公司的TLV2452，电压基准器可采用TI公司的REF2912。

详细的说，其工作过程为：首先心电导联采集过来的微弱心电信号通过前置放大电路进行放大，应用右腿驱动以抑制共模干扰、屏蔽线驱动以消除引线干扰。电源设计应适用于低电压、低功耗的应用场合。实现较高的共模抑制比，温度稳定性，放大频带宽，噪声系数小等特点。放大后的信号经滤波、50Hz陷波处理后再进行二次放大。滤波采用压控电压源二阶高(低)通滤波电路，用于消除0.05Hz～100Hz频带以外的肌电等干扰信号，工频中的其余高次谐波也可被滤除掉。同时，采用有源双T带阻滤波电路进一步抑制50Hz工频干扰。

如图4，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位CPU处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

LPC213X是基于实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S(TM)CPU的微控制器。较小的封装和极低的功耗使LPC213X非常适用于通信网关﹑协议转换器﹑软modem声音辨别和低端成像技术，为它们提供满足的缓冲区空间和无与伦比的处理功能，特别适用于工业控制和便携式医疗系统。

充电电路的设计思路通过对外围电路的搭建完成对充电要求的满足。该方案具有高电压，高电流以及高效率等优异特性，并集成了反向漏电流保护及内部环路补偿电流。其封装小巧，不但能节约板级空间而且还可显著缩短设计时间。图6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充电电路和降压电路两部分，充电电路采用高安全可靠芯片，可采用Maxim公司的MAX1555充电芯片，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。降压电路1把电池所提供的3.7V电源降压到3.3V，输出的DVCC为微处理器、按键、指示灯、存储卡以及数据通讯模块供电。降压电路2将降压电路1提供的3.3V降到3.0V，抑制由数字电路部分引入电源的噪声，输出的AVCC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LDO，如TI公司的低压差降压芯片TPS77030。

图2，所述双级可穿戴家用心电记录器与电极贴片相连，粘并固定于如图的人体锁骨中线和乳头中线的位置，所述自粘束缚带经左肩与右臂腋下缠绕一周将双级可穿戴家用心电记录器加强固定。

如图3所示，双级可穿戴家用心电记录器在充电并固定于人体规定位置后，长按开关/紧急按钮3秒钟，电源指示灯亮，记录仪开始工作；采集的心电信号写入存储卡；如无开关/紧急按钮的指令信号，继续采集心电信号写入存储；当瞬时单击开关/紧急按钮1时，标记该指令信号后3分钟内的心电数据，同时打开无线连接上传该标记数据；当按下开关/紧急按钮3秒钟，停止工作并可以手动传输数据。

如表1所示，所述双级可穿戴家用心电记录器与传统Holter放置于同一个正常人进行模拟实验，24小时后记录数据如表1。心率异常2情况小于1%。其他统计数据表示双级可穿戴家用心电记录器可替代传统Holter作为心血管疾病的家庭进行使用。

表1双级可穿戴家用心电记录器与传统Holter对比试验

Claims (8)

1.一种双级可穿戴家用心电记录器，其特征在于，包括：壳体以及设置在所述壳体内的双极导联电极(1)、信号滤波放大调理电路(2)、CPU处理器(3)；所述微处理器上还分别连接有存储卡(5)；所述壳体上设置有开关/紧急按钮(6)和指示灯(7)；所述壳体内还设置有电源模块(8)、充电电路(9)；所述双极导联电极(1)与所述信号滤波放大调理电路(2)连接，所述信号滤波放大调理电路(2)、开关/紧急按钮(6)、指示灯(7)、存储卡(5)、数据通讯模块(4)分别与所述CPU处理器(3)连接；所述信号滤波放大调理电路(2)、CPU处理器(3)、开关/紧急按钮(6)、指示灯(7)、存储卡(5)、数据通讯模块(4)与电源模块(8)连接；所述充电电路(9)与电源模块(8)连接。

2.根据权利要求1所述的双级可穿戴家用心电记录器，其特征在于：所述的双极导联电极(1)直接扣在心电电极片上，用于通过心电电极片与人体连接。

3.根据权利要求1所述的双级可穿戴家用心电记录器，其特征在于：所述的双级可穿戴家用心电记录器通过自粘弹性绷带固定在人体上并调整连接位置。

4.根据权利要求1所述的双级可穿戴家用心电记录器，其特征在于：所述壳体内还设有加速度传感器，所述的加速度传感器与CPU处理器(3)和电源模块(8)分别连接，用于感应人体的运动状态变化。

5.根据权利要求1所述的双级可穿戴家用心电记录器，其特征在于所述的开关/紧急按钮(6)被按下后，双极导联电极(1)监测到的近3分钟内的心电数据以优先的方式写入存储卡(5)，并由数据通讯模块(4)同步传输至互联网。

6.根据权利要求1所述的双级可穿戴家用心电记录器，其特征在于：所述的信号滤波放大调理电路(2)包括一个前置放大器和一个二级放大带通电路，所述的前置放大器的放大倍数为3倍，二级放大带通电路的放大倍数为80倍，通带频率为0.5-100Hz，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CPU处理器(3)采集的幅度。

7.根据权利要求1所述的双级可穿戴家用心电记录器，其特征在于：所述的充电电路(9)采用MAX1555充电芯片，所述的电源模块(8)通过降压电路1后分为两路，一路用于为CPU处理器(3)、指示灯(7)、存储卡(5)、数据通讯模块(4)供电，另一路进一步通过降压电路2后用于为信号滤波放大调理电路(2)通电；所述的降压电路1用于将电源模块(8)所提供的3.7V电源降压到3.3V；所述的降压电路2用于将降压电路1提供的3.3V电源降压到3.0V，抑制由于信号滤波放大调理电路(2)通电导致的引入电源模块(8)的噪声，提高心电信号的信噪比。

8.一种使用权利要求1所述心电记录器的心电数据记录方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)用户通过按键启动记录，CPU处理器读取实时时钟的时间信息，作为本次记录的时间基准；

2)CPU处理器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)如果缓冲区没有填满，则返回第2)步继续采集信号数据；

4)若缓冲区被填满，把缓冲数据写入存储卡；

5)CPU处理器同步采集加速度传感器的数据，如果识别到运动干扰信号，则自动对同步采集到的心电信号进行干扰标记；

6)如果心电记录器的心电数据记录没有结束，则返回第2)步；若记录结束，CPU处理器停止采集数据。