專利名稱：基于數(shù)字信號(hào)處理器的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于醫(yī)療電子器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種心電信號(hào)的存儲(chǔ)、分析和傳輸?shù)难b置。
從技術(shù)角度來說，原專利采用以單片機(jī)為核心的總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其工作頻率通常是1MIPS左右，在這種運(yùn)算速度下無法完成心電的濾波、陷波和自動(dòng)判別等復(fù)雜的信號(hào)處理的運(yùn)算。因此傳統(tǒng)的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀通常采用模擬濾波和陷波的方式對(duì)心電進(jìn)行預(yù)處理，而無法進(jìn)行數(shù)字化的心律失常的判別。另一方面，傳統(tǒng)的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀操作面板較簡(jiǎn)單，用戶的每一次操作的結(jié)果無法在監(jiān)護(hù)儀上得到確認(rèn)和指示，這給患者特別是老年患者帶來了極大的不便。
本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于數(shù)字信號(hào)處理器的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀，包括微處理器，通過A/D采集器與微處理器相連的心電放大器，D/A轉(zhuǎn)換器及與D/A轉(zhuǎn)換器輸出端相連的聲耦合傳輸，功能按鍵，閃速存儲(chǔ)器，MODEM口控制器以及提供該心電監(jiān)護(hù)儀電力的DC-DC直流電壓輸出電源，其特征在于所述的微處理器采用數(shù)字信號(hào)處理器，該心電監(jiān)護(hù)儀還包括預(yù)先儲(chǔ)存在微處理器中的軟件處理程序以及與微處理器相連的液晶顯示器。
以上所述的的數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320VC5402，所述的液晶顯示器采用SSD1815STN。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有的心電監(jiān)護(hù)儀相比較，運(yùn)算速度提高了近百倍，監(jiān)護(hù)儀可以對(duì)心電信號(hào)準(zhǔn)確地進(jìn)行分析、辨別并顯示出常見的心律失常，對(duì)病情嚴(yán)重者監(jiān)護(hù)分析儀會(huì)自動(dòng)以聲音報(bào)警。本儀器采用小巧的液晶顯示器，用戶操作更加方便和簡(jiǎn)單。
本實(shí)用新型的工作原理為心電放大器將微弱的心電信號(hào)放大到3V的范圍，由數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)控制A/D轉(zhuǎn)換器將模擬的心電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的壓縮編碼算法得到轉(zhuǎn)換結(jié)果的壓縮編碼值，最后由DSP將這個(gè)編碼值存儲(chǔ)到閃速存儲(chǔ)器中。同時(shí)，當(dāng)用戶進(jìn)行心電實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)時(shí)，監(jiān)護(hù)儀可以對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行分析、辨別并顯示出常見的心律失常，對(duì)病情嚴(yán)重者監(jiān)護(hù)分析儀會(huì)自動(dòng)以聲音報(bào)警。當(dāng)用戶需要將長(zhǎng)期的心電數(shù)據(jù)傳送至醫(yī)院中心站時(shí)，只要按下相應(yīng)的功能鍵并連接MODEM，DSP將閃速存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)取出，進(jìn)行反壓縮編碼，然后將反編碼的結(jié)果通過MODEM發(fā)送出去。監(jiān)護(hù)儀通過液晶顯示器顯示監(jiān)護(hù)儀的狀態(tài)信息。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的程序流程框圖。
圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖。
圖2為本實(shí)施例的程序流程框圖。系統(tǒng)軟件統(tǒng)一由總控臺(tái)控制，它負(fù)責(zé)檢測(cè)用戶面板的輸入和液晶顯示的輸出，并根據(jù)用戶的要求調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)子程序。根據(jù)不同的功能，軟件可分為監(jiān)護(hù)軟件、心電傳送軟件和液晶控制程序三大部分。1)監(jiān)護(hù)軟件又可分為心電采集程序、數(shù)字低通和高通濾波程序、數(shù)字陷波程序、心律失常判別程序和心電記錄程序。當(dāng)用戶按下心電監(jiān)護(hù)鍵后，系統(tǒng)開始執(zhí)行監(jiān)護(hù)軟件。監(jiān)護(hù)軟件每5ms進(jìn)行一次心電采樣，并進(jìn)行相關(guān)的濾波和陷波處理，然后進(jìn)行心律失常的判別和心電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。如果發(fā)現(xiàn)心律失常，系統(tǒng)會(huì)在保存數(shù)據(jù)后進(jìn)行報(bào)警。無論是否發(fā)現(xiàn)心律失常，在保存了心電數(shù)據(jù)之后，監(jiān)護(hù)程序?qū)⒒氐叫碾姴杉绦蜷_始新一輪的心電采集和處理進(jìn)程。2)心電傳送軟件可分心電讀取、數(shù)字傳送和音頻傳送三個(gè)子程序。當(dāng)用戶按下數(shù)字傳送鍵時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行心電讀取程序和數(shù)字傳送程序，將預(yù)先存儲(chǔ)在閃速存儲(chǔ)器中的心電數(shù)據(jù)發(fā)送至醫(yī)院中心站；當(dāng)用戶按下音頻傳送鍵時(shí)，則執(zhí)行心電讀取程序和音頻傳送程序，以音頻的方式傳送心電數(shù)據(jù)。3)液晶控制程序完全由數(shù)字信號(hào)處理器控制，它負(fù)責(zé)向液晶顯示器輸出當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)信息。
圖3為本實(shí)施例的硬件外觀結(jié)構(gòu)圖，它為一長(zhǎng)方形，正面面板上裝有液晶顯示器1和功能按鍵3(功能按鍵有四個(gè)，在圖3中從左至右分別為心電監(jiān)護(hù)鍵，數(shù)字傳送鍵，音頻傳送鍵和停止鍵)，側(cè)面裝有心電電極插孔2，數(shù)字傳送接口5和音頻傳送接口4。盒體內(nèi)安裝有電路板，所有的元器件均在此電路板上。
圖4為本實(shí)施例的電路原理圖。它包括采集與記錄電路A、聲耦合傳輸電路B、DC-DC直流電壓輸出電路C、心電放大電路D、數(shù)字心電傳輸電路E和液晶顯示控制電路F等六個(gè)組成部分。其核心部件為TI DSP，其內(nèi)部含有64K字節(jié)程序存儲(chǔ)器，采用TQFPl44封裝，減小了儀器的體積。各電路的組成、工作原理及主要技術(shù)改進(jìn)分別詳細(xì)說明如下心電采集與記錄電路ADSP的INT0-INT3的4根外部中斷線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。C5402DSP McBspO的三根數(shù)據(jù)線線BCLKXO，BDXO，BDRO作為SPI總線模擬線，分別與A/D、D/A、RS232接口轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行通訊聯(lián)系。C5402DSP McBspO的其它數(shù)據(jù)線BCLKRO，BFSXO，BFSRO作為片選線，分別用作選通A/D、D/A和RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX3111E。系統(tǒng)的并行總線控制心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器AM29LV200-55，DSP的16根地址線分別和AM29LV200-55的相應(yīng)地址線相連，DSP的低8位數(shù)據(jù)線與AM29LV200-55的低8位數(shù)據(jù)線相連，AM29LV200-55的片選線由DSP的MSTROB和DS信號(hào)線產(chǎn)生。此功能模塊是心電監(jiān)護(hù)分析儀所必需要的，但本系統(tǒng)的心電采集與記錄模塊最大限度地減小了模擬電路的使用，心電信號(hào)經(jīng)過兩級(jí)放大后就直接進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，這使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了提高。
實(shí)時(shí)聲耦合傳輸電路B音頻信號(hào)的遠(yuǎn)程通訊是C5402DSP從閃速存儲(chǔ)器AM29LV200-55取出已存儲(chǔ)的心電數(shù)據(jù)，經(jīng)過反壓縮編碼和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電信號(hào)，最后由壓電陶瓷片轉(zhuǎn)換成聲音，通過電話傳到遠(yuǎn)方醫(yī)院中心站。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R39、R46、R53、R56、R57、C39、C45、B1、Q1、U11組成。4046是V/F變換的主芯片，R57、R56、R39、C45用于調(diào)整中心頻率，壓電陶瓷片B1是發(fā)聲元件，Q1(9013)是NPN型的三極管，與R46、R53組成電壓驅(qū)動(dòng)，調(diào)整壓電陶瓷片的音量。
DC-DC直流電壓輸出電路C系統(tǒng)使用兩節(jié)5號(hào)電池作為基礎(chǔ)能源，通過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1.8V、3V、+5V、-5V電壓。C44，R51，R52，C42，C43，C15，C14和TPS767D318可產(chǎn)生+1.8V和+3V的穩(wěn)定電壓。R1，R2，R3，R4，R5，C16，C17，C1，L1和MAX1676產(chǎn)生+5V電壓。L2、D1、C26、C18、R13和MAX761可產(chǎn)生+12V的穩(wěn)定電壓。C27、C28和MAX828B可產(chǎn)生-5V的穩(wěn)定電壓。采用TPS767D318作為電源轉(zhuǎn)換器也是本系統(tǒng)的一個(gè)改進(jìn)，TPS767D318是一種數(shù)字信號(hào)處理器專用的電源轉(zhuǎn)換芯片，它為DSP提供了高質(zhì)量的電源信號(hào)，從而保證了DSP可以穩(wěn)定地在高的工作頻率下正常工作。
心電放大電路D心電信號(hào)放大器包括精密差動(dòng)放大器、高通濾波、主放大、50Hz陷波器。其作用是將微弱的心電信號(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R40和R47調(diào)整。C19、R41組成高通濾波器。R47、R48、R44、R45、R43、P1及LM324組成電平調(diào)整電路和主放大電路，通過改變P1調(diào)整電平，通過改變R47、R43、R42調(diào)整放大倍數(shù)。
數(shù)字傳輸電路EMAX3111E作為232/TTL接口轉(zhuǎn)換器，可以將DSP輸出的TTL電平的串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行信號(hào)，后都可以直接控制調(diào)制解調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)字傳輸電路由C20，C30，C31，Y1和MAX3111E組成。由于采用了串行SPI接口作為DSP與232/TTL接口轉(zhuǎn)換器MAX3111E的通訊接口，新系統(tǒng)的體積更小，攜帶更方便。
液晶顯示電路F液晶顯示電路由C21-C25，C37，C38，C39和SSD1815構(gòu)成。液晶控制器SSD1815采用并行方式與DSP進(jìn)行通訊。SSD1815的8位數(shù)據(jù)線接DSP數(shù)據(jù)線的低8位。液晶控制器的片選信號(hào)由DSP的BCLKR1通用IO口線控制。
權(quán)利要求1.一種基于數(shù)字信號(hào)處理器的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀，包括微處理器，通過A/D采集器與微處理器相連的心電放大器，D/A轉(zhuǎn)換器及與D/A轉(zhuǎn)換器輸出端相連的聲耦合傳輸，功能按鍵，閃速存儲(chǔ)器，MODEM接口控制器以及提供該心電監(jiān)護(hù)儀電力的DC-DC直流電壓輸出電源，其特征在于所述的微處理器采用數(shù)字信號(hào)處理器，該心電監(jiān)護(hù)儀還包括預(yù)先儲(chǔ)存在微處理器中的軟件處理程序以及與微處理器相連的液晶顯示器。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字信號(hào)處理器的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀，其特征在于所述的數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320VC5402，所述的液晶顯示器采用SSD1815STN。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種基于數(shù)字信號(hào)處理器的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀，其特征在于所述的閃速存儲(chǔ)器采用AMD29LV400，所述的MODEM接口控制器采用MAX3111E。
專利摘要基于數(shù)字信號(hào)處理器的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀，屬于醫(yī)療電子器械技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括數(shù)字信號(hào)處理器、A/D采集器、心電放大器，D/A轉(zhuǎn)換器及與D/A轉(zhuǎn)換器輸出端相連的聲耦合傳輸、功能按鍵、閃速存儲(chǔ)器、MODEM接口控制器以及提供該心電監(jiān)護(hù)儀電力的DC－DC直流電壓輸出電源，該心電監(jiān)護(hù)儀還包括預(yù)先儲(chǔ)存在處理器中的軟件處理程序以及與微處理器相連的液晶顯示器。本實(shí)用新型與現(xiàn)有的心電監(jiān)護(hù)儀相比，運(yùn)算速度提高了近百倍，監(jiān)護(hù)儀可以對(duì)心電信號(hào)準(zhǔn)確地進(jìn)行分析、辨別并顯示出常見的心律失常，對(duì)病情嚴(yán)重者監(jiān)護(hù)分析儀會(huì)自動(dòng)以聲音報(bào)警。本儀器采用小巧的液晶顯示器，用戶操作更加方便和簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)A61B5/0402GK2565394SQ0220938
公開日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2002年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者白凈, 張永紅, 胡秉誼, 胡鵬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)