CN204192611U - 一种无线远程多用户心电监护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无线远程多用户心电监护系统，其系统主要由远程监护站、本地接收端和至少一个便携式心电监护仪组成。便携式心电监护仪对用户进行实时心电监测，获得用户实时心电信号。本地接收端接收便携式心电监护仪的所测心电数据，并对其进行自动诊断分析，出现异常时会发出声音和短信报警。同时，本地接收端可将数据通过互联网传送到远程监护站，对所测心电数据进行人为诊断分析，实现远程实时监护。本实用新型能够随时随地监控用户的心电信号，并实时进行初步诊断，为及时治疗提供保证；这样可以对病人进行远程诊断，提前预警，为病人争取治疗时间，减小病情偶然性和突发性带来的危险。

Description

一种无线远程多用户心电监护系统

技术领域

本实用新型涉及心电监测技术领域，具体涉及一种无线远程多用户心电监护系统。

背景技术

现代社会中，随着生活节奏的加快以及工作压力的增加，心血管疾病的患病率、发病率及死亡率不断呈上升的趋势，2008年《中国卫生事业发展情况统计公报》显示，心血管疾病导致的死亡人数已占全国总死亡人数的40.27％，且这一数据正在逐年递增。与此同时，我国迈入老龄化社会，而且心血管疾病多发病于中老年人中，并且心脏病是慢性病，具有长期带病，急性发病的特点。据我国卫生部数据中心统计，70％以上的心脏病患者是在社会上或家中突然发病，大部分人因失去抢救时间死于医院外。这些病人如果能够得到及时的抢救与护理，是很有可能避免死亡的。因此，对广大人群进行定期体检以及对心脏病人进行长期甚至是终生的心电监护是非常必要的。

对于亚健康人群来说，心电监测也是很有必要的。通常的心电图机只能获得很短时间的心电图，可用于诊断已成为常态的心脏疾病，而对于往往是偶发性的心率失常则基本无能为力。同时，在医院病房中使用的床边心电监护仪采用12导联，虽然可对患者进行较准确详细的检测，但采集信号时需要患者平躺在床上，限制了患者的活动，不便长时间的监测。此外，统计数据还显示，由于心理或环境上的压力，有相当一部分病人在医院测量的数据与平时生活的环境中所测量的数据有着本质的差别，影响疾病的诊断。因此，需要一种低成本、低功耗、小型化、便携式的心电监护设备，利用当前日益普及的网络技术和无线通信技术可对患者进行远程动态实时监护。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种无线远程多用户心电监护系统，其能够随时随地监控用户的心电信号，并实时进行初步诊断，为及时治疗提供保证。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种无线远程多用户心电监护系统，主要由远程监护站、本地接收端和至少一个便携式心电监护仪组成；

上述便携式心电监护仪包括电极片、心电调理模块、2个模数转换模块、2个处理器、存储模块、显示模块、无线传输发射器和电源模块；电极片与人体相贴，电极片的输出端经电极线连接心电调理模块的输入端，心电调理模块的输出端分为2路；其中一路即第一通路经第一模数转换模块连接第一处理器的输入端，第一处理器的输出端同时连接存储模块和显示模块；另一路即第二通路经第二模数转换模块连接第二处理器的输入端，第二处理器的输出端连接无线传输发射器；电源模块上设有控制开关，该控制开关具有3个按键开关即双通路开关、第一通路开关和第二通路开关；电源模块的一个输出端连接第一处理器，电源模块的另一个输出端连接第二处理器；

上述本地接收端包括无线传输接收器、本地上位机和本地网卡；无线传输接收器无线连接便携式心电监护仪的无线传输发射器，无线传输接收器的输出端连接本地上位机，本地上位机的输出端连接本地网卡；

上述远程监护站包括远程网卡和远程上位机；远程网卡与本地接收端的本地网卡通过网线连接，远程网卡的输出端连接远程上位机。

上述方案中，心电调理模块包括右腿驱动电路，缓冲电路、前置放大电路、带通滤波电路、陷波电路、主放大电路和电平抬升电路；右腿驱动电路和缓冲电路均与电极片相连，右腿驱动电路的输入端连接前置放大电路的共模电平，缓冲电路的输出端连接前置放大电路的数据输入端，前置放大电路的数据输出端经带通滤波电路连接陷波电路的输入端，陷波电路的输出端经主放大电路连接电平抬升电路的输入端，电平抬升电路的输出端同时连接第一模数转换模块和第二模数转换模块的输入端。

上述方案中，无线传输发射器为ZigBee发射器，无线传输接收器为ZigBee接收器。

上述方案中，本地接收端还进一步包括短信报警模块，该短信报警模块连接在本地上位机上。

与现有技术相比，本实用新型将现代传输技术与医学科技相结合，随时随地监控用户的心电信号，并实时进行初步诊断，为及时治疗提供保证；这样可以对病人进行远程诊断，提前预警，为病人争取治疗时间，减小病情偶然性和突发性带来的危险；远程监护可以在患者熟悉的环境中进行，减轻了患者的心理压力，提高了诊断的准确性；对健康人群的远程监护，可以发现疾病的早期病症，实时了解自身的心电状况，从而达到保健和预防疾病的目的；多用户心电监测和软件自动初步诊断功能，可增加医院体检效率；低成本、低功耗、小型化、便携，对用户日常生活影响小；双处理器分别对模拟信号采样和储存，减小信号的时延和误差，增加心电信号测量准确性，同时可对比避免误诊。

附图说明

图1为一种无线远程多用户心电监护系统的原理框图。

图2为图1中心电调理模块的原理框图。

具体实施方式

一种无线远程多用户心电监护系统，如图1所示，主要由便携式心电监护仪、本地接收端和远程监护站组成。便携式心电监护仪的个数根据用户数量进行设定，所有便携式心电监护仪均与一个本地接收端和远程监护站相连。

便携式心电监护仪包括电极片、心电调理模块、2个模数转换模块、2个处理器、存储模块、显示模块、无线传输发射器和电源模块。电极片与人体相贴，电极片的输出端经电极线连接心电调理模块的输入端，心电调理模块的输出端分为2路。其中一路即第一通路经第一模数转换模块连接第一处理器的输入端，第一处理器的输出端同时连接存储模块和显示模块。另一路即第二通路经第二模数转换模块连接第二处理器的输入端，第二处理器的输出端连接无线传输发射器。电源模块上设有控制开关，该控制开关具有3个按键开关即双通路开关、第一通路开关和第二通路开关。电源模块的一个输出端连接第一处理器，电源模块的另一个输出端连接第二处理器。

本地接收端包括无线传输接收器、本地上位机和本地网卡。无线传输接收器无线连接便携式心电监护仪的无线传输发射器，无线传输接收器的输出端连接本地上位机，本地上位机的输出端连接本地网卡。此外，为了实现短信报警功能，本地接收端还进一步包括短信报警模块，该短信报警模块连接在本地上位机上。

远程监护站包括远程网卡和远程上位机。远程网卡与本地接收端的本地网卡通过网线连接，远程网卡的输出端连接远程上位机。

便携式心电监护仪将电极线传来的心电信号送入心电调理模块，进行放大滤波；采集到的模拟心电信号分为两个通道经过模数转换后送入两个处理器中，第一处理器控制储存模块与显示模块，第二处理器控制无线传输发射器；三路开关控制电源模块给电路供电，可以实现单通道1、单通道2、双通道三种工作模式。本地上位机的通信接收器接收到多个监护仪发送的信号后，通过USB线将信号传输到本地上位机中，信号经过本地上位机处理后，还原为用户的心电波形，并进行实时自动诊断与报警，同时通过互联网传输到远程监护站的远程上位机中。远程上位机对本地上位机无法诊断的信号进行显示提供医生进行人为诊断。

下面对本系统的主要硬件构成进行进一步的说明：

1、电极片，与现有技术相同，采用现有技术已有电极片进行的用户心电监测。在心电导联线即连接电极片和心电调理模块的电极线方面，由于是要在患者的日常生活中进行监测，为了避免影响到患者的日常活动，本系统将采用标准三导联连接方式。

2、心电调理模块，如图2所示，系统利用心电调理电路滤除各种干扰，从干扰中提取出心电信号，然后将心电信号放大到便于我们观察和处理的大小。心电调理模块包括右腿驱动电路，缓冲电路、前置放大电路、带通滤波电路、陷波电路、主放大电路和电平抬升电路。右腿驱动电路和缓冲电路均与电极片相连，右腿驱动电路的输入端连接前置放大电路的共模电平，缓冲电路的输出端连接前置放大电路的数据输入端，前置放大电路的数据输出端经带通滤波电路连接陷波电路的输入端，陷波电路的输出端经主放大电路连接电平抬升电路的输入端，电平抬升电路的输出端同时连接第一模数转换模块和第二模数转换模块的输入端。

缓冲电路采用低功耗、低噪声OPA2333芯片。心电信号经过缓冲电路后有较大的输入阻抗，提高电路的抗干扰能力；同时缓冲电路起到人体与电路之间的隔离作用。

右腿驱动电路，是心电信号处理模块中必不可少的组成部分。它的输入信号取自前置放大电路的共模电平，这样右腿电极不直接跟接地端相连，提高了系统的共模抑制能力，而且能有效抑制人体电压脉冲的突变。

前置放大电路，仪表放大器INA333由于具有低失调、低噪声、高共模抑制比、宽输入输出线性范围、低静态电流等特点而被采用。考虑到系统噪声和心电信号幅度等因素，并防止系统出现自激，设计前置放大器增益为6倍。

带通滤波电路，由于心电信号主要集中在0.3～110Hz的频带范围，设计的带通滤波器要滤除0.3～110Hz频带外的噪声。考虑到器件误差，带通滤波器的高通截止频率设计为0.1Hz，低通截止频率为120Hz。

陷波电路，在ECG信号的测量中，50Hz工频干扰是信号的主要干扰源，虽然使用了右腿驱动，但仍有部分50Hz工频干扰以差模信号的形式进入电路。因此，为了有效的滤除工频干扰，必须采用专门的电路对工频干扰进行滤除。本系统采用了双T陷波电路。

主放大电路和电平抬升电路，ECG信号幅度约为0～4mV，而模数转换器的输入信号要求0～3.3V，因此，整个ECG信号电路的放大倍数要求825倍左右，而前置放大倍数为6倍，且实际滤波电路存在一定衰减以及为后面的电平抬升电路预留空间，本级放大倍数初步设计为100倍左右。加入电平抬升电路是为A/D转换器考虑。

3、模数转换模块，本系统采用STM32L152RB和CC2530各自内部集成的12位ADC，根据奈奎斯特采样定理，采样频率应大于等于被采样信号最高频率的两倍，以免采样后的信号发生频谱的混叠。因此，将采样频率分别设置为200Hz，选择AVDD＝3.3V作为ADC的参考电平，转换结果分别为：ADC＝(VIN×4096)/3.3；ADC＝(VIN×2048)/3.3(CC2530中12位ADC缺少一位)。本系统采用的是定时器中断的方式，进入中断程序时需要关闭中断控制器，以免产生多个中断而引起紊乱。

4、处理器，人体体表获取的心电信号经过心电调理模块放大和滤波处理后，即可送到处理器的模拟信号输入端口进行模数转换。本系统采用STM32L152RB和CC2530分别作为第一处理器和第二处理器。

5、显示模块，为了满足监护仪低压低功耗的要求，显示模块采用2.4V-3.6V低功耗LCD，背光关闭时功耗仅为10mW，通过四线SPI与处理器连接，将模数转换后的数字心电波形在液晶屏上显示。

6、存储模块，由于单片机内存缓冲不大，易导致数据丢失。故本系统使用Micro SD卡存储数据，通过SPI口进行写入。心电数据显示的同时写入Micro SD卡，保证在ZigBee模块关闭的时候也可以储存数据，以便后续读取诊断。容量为8G的Micro SD卡，在200Hz采样率的心电监护中，可以连续保存数天的数据，从而保证长期监护中无线传输的可靠性。

7、无线传输模块(即无线通信模块发射器和接收器)，基于低成本、低功耗、网络容量大等要求，无线通信模式本系统采用ZigBee，更重要的是从可靠性方面考虑。信号在无线环境中传输，必然会存在大尺度衰落、阴影衰落、多径和干扰等问题。ZigBee、蓝牙和WLAN(IEEE 802.11b)都是工作于2.4GHz ISM频段，相互间的干扰是不可避免的，因此保证可靠性尤为重要。实验表明IEEE 802.15.4/ZigBee的误码率，特别是在信噪比为4dB的情况下可达到10-9，达到同样误码率，蓝牙/802.15.1信噪比要达到16dB才行，802.11b要达到10dB，可见，ZigBee的抗干扰性能明显高于蓝牙和WLAN技术，具有更好的可靠性。在本实用新型中，无线传输发射器为ZigBee发射器，无线传输接收器为ZigBee接收器。

系统中多个便携式心电监护仪与本地接收端之间采用星型网络拓扑结构，可以实现多对一的收发结构。该网络结构由一个PAN协调器节点和多个终端节点组成，所有的星型网络和其他的星型网络都各自独立运行。当协调器上电时，他就建立一个自己的网络，通过PAN标识符可以实现该星型网络的唯一性。当选定PAN标识符以后，PAN协调器就可以允许其他终端加入到该网络中。

8、短信报警模块，为了不影响用户家属或医生其他的生活工作，本系统加入了短信报警模块，使用户家属或医生可在任何地点接收到异常警报。短信报警模块使用GSM，通过UART接口转USB接口后与外部PC连接，接收PC软件系统发送的AT命令。

Claims (4)

1.一种无线远程多用户心电监护系统，其特征在于：主要由远程监护站、本地接收端和至少一个便携式心电监护仪组成；

上述便携式心电监护仪包括电极片、心电调理模块、2个模数转换模块、2个处理器、存储模块、显示模块、无线传输发射器和电源模块；电极片与人体相贴，电极片的输出端经电极线连接心电调理模块的输入端，心电调理模块的输出端分为2路；其中一路即第一通路经第一模数转换模块连接第一处理器的输入端，第一处理器的输出端同时连接存储模块和显示模块；另一路即第二通路经第二模数转换模块连接第二处理器的输入端，第二处理器的输出端连接无线传输发射器；电源模块上设有控制开关，该控制开关具有3个按键开关即双通路开关、第一通路开关和第二通路开关；电源模块的一个输出端连接第一处理器，电源模块的另一个输出端连接第二处理器；

上述本地接收端包括无线传输接收器、本地上位机和本地网卡；无线传输接收器无线连接便携式心电监护仪的无线传输发射器，无线传输接收器的输出端连接本地上位机，本地上位机的输出端连接本地网卡；

上述远程监护站包括远程网卡和远程上位机；远程网卡与本地接收端的本地网卡通过网线连接，远程网卡的输出端连接远程上位机。

2.根据权利要求1所述的一种无线远程多用户心电监护系统，其特征在于：心电调理模块包括右腿驱动电路，缓冲电路、前置放大电路、带通滤波电路、陷波电路、主放大电路和电平抬升电路；右腿驱动电路和缓冲电路均与电极片相连，右腿驱动电路的输入端连接前置放大电路的共模电平，缓冲电路的输出端连接前置放大电路的数据输入端，前置放大电路的数据输出端经带通滤波电路连接陷波电路的输入端，陷波电路的输出端经主放大电路连接电平抬升电路的输入端，电平抬升电路的输出端同时连接第一模数转换模块和第二模数转换模块的输入端。

3.根据权利要求1所述的一种无线远程多用户心电监护系统，其特征在于：无线传输发射器为ZigBee发射器，无线传输接收器为ZigBee接收器。

4.根据权利要求1所述的一种无线远程多用户心电监护系统，其特征在于：本地接收端还进一步包括短信报警模块，该短信报警模块连接在本地上位机上。