便携式心电监护仪的设计

LCD便携式急救心电监护仪的研制
吴平;楼正国;洪明
【期刊名称】《中国医疗器械杂志》
【年(卷),期】2003(027)001
【摘要】介绍了一种采用AT89C51单片机和图形LCD显示器技术而设计的便携式急救心电监护仪.它能提供实时、准确、高清晰度显示的心电(ECG)波形和主要心电参数的数字显示,这些参数通过ECG自动分析处理技术得到的.该仪器还有心律失常监护、心肌梗塞贴药急救、报警参数设置和记录报警时的心电信号供医生作回顾分析等多种功能,具有体积小、成本低的优点,特别适用于家庭医护以及急救情况下的临床诊断和监护.文中给出了仪器的硬件、软件设计.
【总页数】3页(P28-30)
【作者】吴平;楼正国;洪明
【作者单位】杭州师范学院医学院,浙江,杭州,310012;浙江大学生物医学工程与仪器科学学院,浙江,杭州,310027;浙江大学生物医学工程与仪器科学学院,浙江,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】R318.6
【相关文献】
1.LCD便携式急救心电监护仪 [J], 吴平;楼正国;洪明
2.基于蓝牙通讯的便携式心电监护仪的研制 [J], 陈轶炜;张永红;白净
3.基于BMD101芯片的便携式心电监护仪研制 [J], 韩国成;古旺;朱健铭;陈真诚
4.基于DSP的便携式动态心电监护仪的研制 [J], 宋莉;孟庆建;张光玉;曹卫芳
5.LCD便携式急救心电监护仪 [J], 杨玉星;吴郢
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简易心电图仪摘要：本系统主要以TI公司的低功耗msp430单片机为控制核心，由放大电路、右腿驱动电路、滤波网络、心电波形显示、存储与回放等模块组成。

利用高精度仪表放大器INA128和精密放大器OP07级联的方式对两路心电信号放大。

采用有源高低通滤波电路对心电信号进行综合处理。

设计还采用了右腿驱动电路抑制干扰，提高了放大器的共模抑制比。

单片机和液晶显示器实现了对心电波形的显示、存储与回放。

最终达到各项指标的要求，实现了低功耗的特点。

关键字：示波器滤波网络右腿驱动OP07 NE5532目录一、绪论 (3)（一）研究背景 (3)（二）心电图仪的发展现状 (3)（三）研究意义 (4)二、总体设计 (4)（一）便携式要求 (4)（二）设计框图 (5)三、硬件设计 (5)（一）电极的选择 (5)（二）导联方式的选择 (6)（三）放大电路 (7)（四）滤波网络 (8)四、软件设计 (9)（一）软件设计框图 (9)（二）程序源代码 (11)五、测试 (11)（一）测试仪器 (11)（二）系统测试 (11)（三）测试结果 (12)附录 (13)附录一 (13)附录二 (13)一、绪论(一)研究背景有很多病情较轻或者处在康复期内的心脏病患者，在较长时期内都离不开心电监护系统；或者有些心脏病偶发患者需要长期、连续观察心电参数，以捕捉某一瞬间出现的症状；也有些偏远地区的医院遇到疑难病症，病人在较长时间内需要得到上级医院专家的观察。

基于上述情况，开放一种便携的家用心电图仪，使得病人在家里可以观察并记录自己的心电信号，以备医生检查需求。

本设计介绍的就是一款体积小、重量轻、成本低、质量高、操作简单的便携式心电图仪。

(二)心电图仪的发展现状20世纪80年代心电图仪的特点是小型化、记录时间长，回放系统使用了计算机，并能够准确计算心率、异位心搏和ST段改变，打印系统已经普遍配备激光打印机。

20世纪90年代后的心电图仪的特点是体积小、佩戴舒适、存储容量打、电波保真度搞等。

基于JAVA手机便携式心电监护分析仪的ECG信号采集模块设计李远;蒋稼欢;章毅;唐俊铨;刘玉梅【摘要】目的:设计一种基于JAVA手机的便携式心电监护仪的心电信号采集模块.方法:心电采集模块采用低功耗51单片机为控制核心,通过心电信号的采集、放大、滤波、A/D转换以及红外通讯接口5个模块,实现心电信号的采集及与JAVA移动手机之间的通信.结果:设计的采集模块具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、增益可控等优点,可实现心电信号无失真采集和与手机间进行红外线通信.结论:该心电信号采集模块成本低、体积小、耗电少,适合患者自身携带和医务工作者使用.%Objective To design an ECG(electrocardiogram) acquisition module of JAVA cell phone-based portable ECG monitoring analyzer. Methods The functions of this acquisition module included ECC signal collecting, amplifying, filtering, A/D conversion and infrared data communication, which were controlled by the low-power-consumed 51 series microcontroller and achieved the ECG signal collation and communication with JAVA cell phone. Results This module showed the features of high input impedance, high common mode rejection ratio(CMRR) lower noise and controllable amplifying multiple, which could achieve the functions of ECG distortion-free collection and infrared data communication with telephone. Conclusion The system has the advantages of lower cost, small volume, low power consumption and being easy to carry .【期刊名称】《医疗卫生装备》【年(卷),期】2011(032)001【总页数】5页(P18-22)【关键词】心电监护;单片机;红外数据通信;手机【作者】李远;蒋稼欢;章毅;唐俊铨;刘玉梅【作者单位】400030,重庆,重庆大学生物工程学院;402160,重庆永川,重庆医科大学附属永川医院中心实验室;400030,重庆,重庆大学生物工程学院;400030,重庆,重庆大学生物工程学院;400030,重庆,重庆大学生物工程学院;400030,重庆,重庆大学生物工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH772.2Abstract ObjectiveTo design an ECG(electrocardiogram)acquisition module of JAVA cell phone-based portable ECG monitoring analyzer.MethodsThe functions of this acquisition module included ECG signalcollecting,amplifying,filtering,A/D conversion and infrared data communication,which were controlled by the low-power-consumed 51 series microcontroller and achieved the ECG signal collation and communication with JAVA cell phone.ResultsThis module showed the features of high input impedance,high common mode rejectionratio(CMRR)lower noise and controllable amplifying multiple,which could achieve the functions of ECG distortion-free collection and infrared data communication with telephone.ConclusionThe system has the advantagesof lower cost,small volume,low power consumption and being easy to carry.[Chinese Medical Equipment Journal，2011，32（1）：18-22]Key words ECG monitoring;singlechip;infrared data communication;cell phone随着科技的进步和社会的发展，现代医疗已从过去的疾病治疗转为预防、保健和提高身体素质[1]。

便携式医疗监护仪数据采集终端的设计
于仁师;侯大成;李静
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2007(000)010
【摘要】介绍了一种基于单片机C8051F300控制的便携式医疗监护仪数据采集终端的硬件设计.主要包括:心电、脉象、体温的数据采集、数据处理及其显示.本系统分别采用普通的Ag/AgCl电极、压电陶瓷器件、热敏电阻作为传感器分别采集心电信号、脉象信号和体温信号.并通过干扰抑制电路、滤波放大电路,获取清晰的生理参数信号.经实验证明,该终端可实时采集、保存与处理心电、脉象、体温等生理参数数据,并可以完成短距离内的无线通信与数据显示.
【总页数】4页(P38-41)
【作者】于仁师;侯大成;李静
【作者单位】莱阳农学院信息学院,山东青岛266109;山东航空集团信息技术中心,山东青岛266109;青岛科技大学自动化学院,山东青岛266042
【正文语种】中文
【中图分类】TN3
【相关文献】
1.便携式医疗监护仪数据采集终端的设计 [J], 李静;杨洲
2.便携式医疗监护仪器网络化接口的设计 [J], 张明;王礼平
3.基于ZigBee的便携式数据采集终端的设计 [J], 冯乐雯
4.便携式医疗监护仪的研制 [J], 吕英俊;杨雪
5.一种便携式数据采集终端的设计与实现 [J], 黄鹏良;陈钟荣;李杰
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文献综述一、目的和意义便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。

未来，还将有众多能显著改善医疗效果的创新型医疗应用产品。

多年来，心率检测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。

目前，检测心率的仪器虽然很多，但是体积大，功耗大，不易于携带。

有些医院使用的各种心率监测仪器抗干扰性差，开发成本高，价格昂贵，即便用于心率信号采集的传感器也价格不菲。

如果心率监测的仪器能够做到体积小，制作成本和销售价格低、操作简单，能被普通家庭患者接受，这无疑为临床诊断和个人保健使用提供了方便。

因此，设计一种成本低廉，可随身携带，可长时间记录，显示和存储心率值，可和微机通讯并具有较强抗干扰能力的心率检测仪是十分必要的。

基于此，本文探究研发了一种体积小，操作简单，适合家庭和社区医疗保健使用的便携式心率检测仪。

二、国内外现状心电监护（ECG Telemonitor）的历史，可以追溯到上世纪初。

1903年，“心电图之父”荷兰教授Einthoven通过1500米的电缆线，记录了世界上第一份完整人体心电图，这在后来被广泛认为是心电监护的雏形。

其后数十年间，伴随冠心病等心血管疾病的大肆流行，心电采集和监测技术得以迅猛发展。

最早，医务人员对ECG的监测和需求，是从危重病人抢救开始的。

1933年Hooker首次进行实验动物心脏复苏，通过密切观察心脏跳动状况，来总结和判断病人的危重抢救效果。

1943年Claude Beek首次在手术室内实施电除颤，开始ECG的监测和临床应用。

1952年Zoll首次推出心脏起搏术，通过对心脏功能未完全恢复的病人进行起搏、监护，使病人得以康复。

1956年体外除颤仪问世，提高了危重病人抢救的存活率。

1960年Kauwenhoven报道胸外心脏按摩有效，心脏复苏技术日渐成熟。

1960年研发的持续床边ECG监测仪，能够适时不断地监护病人的ECG状况，使得心脏病人及危重病人得以密切和连续的被观察，同时帮助医务人员能对病人的心电情况做出连续的分析和判断。

摘要本课题主要设计一个基于Atmega16的家用心电监测仪的研究设计。

根据人体心电信号的特征，设计心电信号采集系统，完成实时心电监测的功能。

本系统通过硬件电路实现了对心电信号实时的采集和处理，并将模拟的心电信号转换成数字信号送入主控单元，从而实现了心电信息的实时显示、存储、打印、报警等功能。

本设计选用具有低功耗的16位单片机Atmega16作为中央处理系统，通过心电传感器，从人体连续取得心电信号，经过专门的信号处理电路进行处理后送入中央处理系统，中央处理系统通过分析、处理，检测出病人的心电信号，并与正常的心电信号比较，对采集的心电信号进行实时分析、检测及记录，并选取大容量Flash存储器对采集处理后的心电信号进行存储。

同时，监测仪带有液晶显示器，能实时显示所检测的心电信号。

当病人出现紧急的心电症状时，其特有的报警功能可以及时的发出报警，便于及时的对病人进行救治。

该系统还可以打印出心电波形供医务人员分析病情时参考，及时准确的采取治疗措施，制定治疗方案。

该监测仪能长期、连续、可靠、稳定的工作，同时还具有体积小、存储容量大、功耗低、实时显示等特点，便于随身携带，使用方便，操作简单。

关键词心电监测心电监测仪心电传感器信号处理电路Title: The design of household ECG monitorAbstractThe topics mainly based Atmega16 household ECG monitor research and design. According to the characteristics of the human ECG, design ECG acquisition system,in real-time ECG monitoring function.This system has realized through the hardware circuit to heart signal real-time gathering and processing, and will simulate the heart signal transforms the digital signal to send in the master control unit, thus has realized the function of heart information's real time display, memory, printing, alarming, etc.This design uses a low-power 16-bit microcontroller Atmega16 as the central processing system, through ECG sensor, from the human body to obtain a continuous ECG signal, by a dedicated signal processing circuit after being fed into the central processing system, the central system analysis, processing to detect the patient's ECG signal, by comparison with a normal ECG, to achieve real-time detection, analysis, selected records, select a high-capacity Flash memory to store the acquisition of the ECG. At the same time, the monitors with a LCD monitor, be able to real-time display ECG signal. When a patient have a emergency ECG symptoms, its unique alarm function can trigger a timely warning and treatment of patients timely. The system can also print out ECG waveform to provide reference for medical personnel, and timely and accurate implementation of therapeutic measures to establish treatment programs. Not only that ,the key of system design make operation simple and faster.The monitor can long-term, continuous, reliable, stable job, and has a small size, large storage capacity, low power consumption, real-time display and other features, easy to carry, easy to use, easy to operate.Keywords ECG monitoring ECG monitor ECG sensor Signal processing circuit目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 本课题提出的意义和目的 (1)1.1.1本课题提出的意义 (1)1.1.2本课题提出的目的 (2)1.2心电监测仪的国内外发展现状 (3)1.3 人体心电信号的特点 (5)1.4 本课题的设计要求及研究内容 (5)1.4.1 本课题的设计要求 (5)1.4.2 本课题的研究内容 (6)第二章整体方案设计 (7)2.1系统整体方案的确定 (7)2.2各模块方案的确定 (7)第三章硬件电路的设计 (10)3.1中央处理系统的设计 (10)3.2信号采集电路的设计 (12)3.2.1心电传感器的设计 (12)3.2.2右腿驱动电路的设计 (13)3.3前置放大电路的设计 (14)3.3.1前置放大电路的要求 (14)3.3.2前置放大器的设计 (15)3.4高通滤波电路的设计 (17)3.5低通滤波电路的设计 (18)3.6 50Hz陷波电路的设计 (19)3.7后置放大电路的设计 (21)3.8 A/D转换电路的设计 (22)3.9打印电路的设计 (25)3.10存储器的设计 (27)3.11显示电路的设计 (28)3.12键盘电路的设计 (29)3.12.1按键开关的抖动问题 (30)3.12.2键盘与单片机的连接 (30)3.13报警电路的设计 (32)3.14稳压电源电路的设计 (32)3.14.1稳压电源的组成 (32)3.14.2电源电路的设计 (33)第四章软件设计 (35)4.1软件设计的要点 (35)4.1.1相邻两个心电波间隔时间的取得 (35)4.1.2瞬时心率值的存储方式 (35)4.1.3心率值的显示方式 (35)4.1.4报警的处理方法 (35)4.1.5打印的波形和数据 (36)4.2系统部分程序设计 (36)4.2.1主程序的设计 (36)4.2.2数据采集子程序的设计 (37)4.2.3数据显示子程序的设计 (38)4.2.4打印子程序的设计 (39)4.2.5存储子程序的设计 (40)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)第一章绪论1.1本课题提出的意义和目1.1.1本课题提出的意义生物电现象是生命活动的基本属性，它几乎在机体的一切生命过程中都伴随生物电的产生。

便携式十二导联低功耗心电监护系统的设计王思毅;孙瑞杰【摘要】设计了一个便携式十二导联低功耗心电监护系统.系统由采用硬件滤波的前端采集电路模块、信号处理模块和显示模块组成.前端采集模块对信号进行放大并通过相应的滤波电路对信号进行滤波处理,信号经过处理模块后显示在上位机.本系统具有体积小、便于携带的特点,并利用低功耗的处理芯片使得长时间的实时心电监控更加简单方便.【期刊名称】《滨州学院学报》【年(卷),期】2017(033)006【总页数】4页(P80-83)【关键词】十二导联;滤波电路;便携式;低功耗;心电监护【作者】王思毅;孙瑞杰【作者单位】北京邮电大学电子工程学院,北京100876;北京邮电大学电子工程学院,北京100876【正文语种】中文【中图分类】TN709心血管疾病具有很强的隐蔽性和高危险性，一直是医学界研究的热点问题。

心电监护仪器因能够及时发现心血管的异常情况，而成为临床诊断以及生命科学研究的重要工具。

目前使用较多的心电监护仪器主要以工作站的形式应用于医院，因其价格昂贵且携带不便，阻碍了家庭应用的普及［1］。

随着人们生活水平的提高，肥胖、快节奏的生活压力促使心血管疾病的发病率迅速上升，已成为威胁人类身体健康的主要因素之一［2］。

与此同时，心血管疾病的发病不断趋于年轻化，而便携式的心电系统能够帮助心血管类疾病的预防及治疗。

随着电子设备的快速发展，专业的便携式心电监测设备也能够进入家庭实现心电信号的日常监护，从而使医生能够更加全面、完整地评估病人的心脏状况。

使用心电监护仪可提高护理工作效率，随时了解患者病情，提高治疗和护理质量，大幅度降低危重患者的病死率［3］。

因此，本文所研究的十二导联便携式心电监护系统具有重要的医疗价值与社会价值。

本文设计的便携式十二导联低功耗心电监护系统通过电极片从人体的10个不同部位采集心电信号，信号经过放大、滤波、模数转换的处理后传输给MSP430F149芯片，其通过控制导联切换芯片可以得到8路心电信号，通过计算可以得到十二导联信号。

附件1多参数心电监护仪参数一、显示1、真彩≥10.4英寸TFT显示屏2、语言选择：中/英文菜单3、显示器：多道波形显示模式、呼吸氧合图动态观测二、供电及接口1、智能充电电池随时充电2、趋势/数据保存96小时3、具有上下限设置功能，智能声光报警4、可通过联网接口中央监护系统相连5、支持救护车12V直流电源三、打印功能1、内置热阵式多道记录仪2、心电/血氧心电/呼吸等3、记录纸宽度：50mm四、输入及分析1、3导与5导导联可选输入，有导联脱落的自动识别功能2、除颤防护和抗高频电刀干扰3、心律失常检测功能，具有ST段检测分析五、血氧1、采用先进的数字血氧技术，可选配nellco血氧探头六、呼吸1、呼吸测量方式：腹式，胸阻抗2、呼吸窒息报警功能七、血压1、震荡法，自动循环测量无创血压2、测量模式：手动/自动3、过压保护功能：成人，儿童，新生儿分段保护八、资格证明和技术文件（正本加盖厂家的鲜章）1、ISO9000认证、ISO13485认证、CMD认证、CE认证：2、准字号注册证和生产制造认可表：3、国家计量器具检测CMC认证：4、制造商注册资金≥3000万元九、在重庆地区设有办事机构，配有专业的维修队伍。

（提供证明材料）附件2：便携式多参数心电监护仪（手术室）参数一、标准配置参数:ECG RESP NIBP SP02 PR TEMP;2IBP ETCO2 ;二、超大屏幕、功能强劲：12.1”彩色高清晰TFT显示三、监测多种常规参数及有创压力，呼吸CO2，多达8通道显示，完善病人信息存储及回顾功能三、旁流式的二氧化碳；呼吸氧合图：同步显示心率、呼吸、血氧饱和度参数、准确反映患者三个参数间的关联反应，尤其方便观察新生儿的临床变化，帮助医生准确作出判断；四、除颤防护和抗高频电刀干扰。

五、支架解决方案。

六、制造商注册资金≥3000万元，在重庆地区设有办事机构，配有专业的维修队伍。

（提供证明材料）附件3：红外乳腺诊断仪技术指标1．原装进口摄像机台湾敏通公司生产的PK-01，镜头日本精工ø15-25mm,CCD 分辨率≥480TVL, 摄像机工作最低照度0.12LUX，图像灰度256级；2．硬件配置：联想笔计本电脑，intel双核处理器，内存2G， 160G高速硬盘，USB医学专用采集卡。

图1 系统组成示意图系统硬件电路设计
2.1 传感器电路
图2 MAX30102接线图2.2 显示电路
图3 OLED接线图
2.3 无线通信电路
使用安信可开发的集成了ESP8266的ESP-12F Wi-Fi STM32的UART2(PA2、PA3)进行串口通信。

ESP-12F的管脚图与连接方式如图4所示[2]。

图4 Wi-Fi模块接线图
物联网平台介绍
本设计云端搭建在OneNET-中国移动物联网开发平台上。

OneNET是由中国移动打造的PaaS物联网开放平台。

平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。

将STM32计算得出的数据传输给ESP-12F，通过EDP
为周期循环发送数据到OneNET云平台，通过OneNET
台实时监测心率数据。

若检测到心率异常时平台将会及时发出警报。

Onenet平台监测数据如图5所示。

图5 基于OneNET平台的监测数据界面
通过以上研究发现，基于物联网设计的心率监测仪，有利于对心率的远程监测以及有效的预警。

在此基础上，优化系统软硬件设计有利于提高心率测量的精确度与警报的准确度。

基于物联网平台下设计远程医疗监护系统，可以借鉴和应用上述参考文献
[1] 王亚玲.基于NB-IoT技术的可穿戴式老人摔倒监测系统的设计与开发[D]. 南昌:江西师范大学,2019．
[2] 袁桂芳.低功耗穿戴式心率监测仪的设计[J].
43-45.。

东北大学硕士学位论文第二章·，ｘ／ｌ庄生理结构及特点第二章心电图基础介绍２．１心脏传导系统的组成心脏足血液循环的动力器官，通过心脏有规律地收缩和舒张，血液在血管中循环不息。

心脏主要由心肌细胞构成，心肌细胞可分为两类：一类是具有收缩功能的普通心肌细胞，构成心房、心室的肌层，收缩心脏以驱动血液流动；另一类是特殊心肌细胞，能自动和传导电激动，控制心脏的节律性活动，称为心脏的传导系统。

心脏传导系统包括：窦房结、结问束、房室束、房室结、左右束支和浦肯野纤维网等，如图２．１所示。

正常传导途径：窦房结舰律地发出激动。

经结问束传至心房引起兴奋和收缩，同时经结间束传到房室结，然后经房室束及左右束支和浦肯野纤维网传入心室，从而使心室在心房收缩后发生收缩。

’旦激动的产生和传导发生异常，就会出现心律失常…１。

图２．１心脏传导系统模式图Ｆｉｇ．２．１ＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｏｆＨｅａｒｔ２．２心电信号的构成及其含义心脏不断地进行着有节奏的收缩和舒张活动，心脏在机械收缩之前，心肌首先产生电激动，心肌激动所产生的微小电流和经过身体组织传导到体表，使体表不同部位产生不同的电位，使身体各部位在每‘心动周期中也都发生有规律的电变化活动。

在体表放置两个电极，分别用导线联接到心电图机的两端，将体表两点间的电位筹记录下来，形成·条连续的曲线，形成心电图“…。

东北大学硕士学位论文箜三芏：竺壁垒墨竺塑坠堑：墨更重要的是，当患者出现心脏病的症状时，心电图可以作为早期的检查手段束诊断病情”…。

２．４．１如何进行心电图检查Ｖｌ导联Ｖ５导联标ｌｌ甘联图２，４三种导联电极贴法Ｆｉｇ．２．４ＴｈｒｅｅＭｅｔｈｏｄｏｆＳｔａｎｄａｒｄＬｅａｄ临床上为了统一和便于比较所获得的ＥＣＧ波形，对测定ＥＣＧ的电极位置和导联线与放大器的连接方式有严格的统一规定，称之为心电图的导联系统。

临床上广泛应用的是标准１２导联系统。

在本系统中，由于是为使携式监护仪所设计，不可能把标准的１２导联全部采集。