便攜式心電監(jiān)護儀開題報告

1、便攜式心電監(jiān)護儀1 研究意義和目的以往專門測量心率值的儀器較少，人們?yōu)榱酥雷约旱倪\動或者勞動強度是否超負荷，尤其是老年人或運動員等，他們都得趕到醫(yī)院而不能實時測量和預知。為了觀測“預防為主”的方針，為了實現(xiàn)人人能享受基本醫(yī)療保健的目標，把過去的以醫(yī)院為軸心的醫(yī)療服務體系過度到以家庭為基礎的社區(qū)衛(wèi)生服務體系已成為必然趨勢。所以便攜式醫(yī)療儀器已相繼問世。便攜式心率測試儀屬于一種集輕型化、一體化、可視化等優(yōu)點的測試儀；同時它適合在家庭和社區(qū)條件下使用。心電診斷儀、心率計的應用在心血管疾病的研究和診斷方面發(fā)揮出顯著的作用，它們所記錄的心臟活動時的生物電信號，已成為臨床診斷的重要依據(jù)。該心率儀可用于臨

2、床心率監(jiān)護；并為體力勞動者勞動強度測定、運動員及士兵訓練強度測定等提供確鑿的和必不可少的生理指標。2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與水平便攜式醫(yī)療設備正不斷改進數(shù)以百萬計患者的醫(yī)療保健條件?，F(xiàn)在外國的先進運動手表甚至能夠無線記錄用戶的心率。未來，還將有眾多能顯著改善醫(yī)療實施及其效果的創(chuàng)新型醫(yī)療應用產(chǎn)品。 滿足便攜式醫(yī)療領域的微處理器需求給半導體企業(yè)帶來了挑戰(zhàn)。雖然工程設計無外乎是在相對立的功能、規(guī)范以及空間限制條件之間進行取舍，但是這種平衡取舍在便攜式醫(yī)療領域往往非常棘手。醫(yī)療市場的相關需求往往很難協(xié)調(diào)，如小尺寸與高功能性、低功耗與高性能模擬，以及超長電池使用壽命與高處理能力等。這些產(chǎn)品需要模數(shù)轉換器 (A

3、DC)、可調(diào)節(jié)增益、電源管理以及液晶顯示屏 (LCD) 等。這些都將是需要我們更多的去研究和發(fā)展擬采取的研究路線1 研究內(nèi)容將脈搏通過傳感器轉為電壓信號，再通過不同的集成芯片將電壓信號完成放大、濾波、整流等一系列工作，然后利用單片機進行處理計算。實現(xiàn)在任何地點任何時間都能快速檢測出人體的心率，達到集輕型化、一體化、可視化等優(yōu)點于一身的系統(tǒng)。2 擬采取的研究方法了解課題所需知識點，然后翻閱相關資料和教材，通過網(wǎng)頁搜索查找相關資料，計算各參數(shù)，了解各元器件的功能作用，設計電路圖，用相關的仿真軟件進行仿真，最后進行實物調(diào)試。3 具體的設計方案系統(tǒng)總體框圖STC89C52單片機獨立按鍵報警電路LED顯

4、示電路時鐘電路復位電路信號采集與處理（1）傳感器的選擇光電式傳感器血液是高度不透明的液體，光照在一般組織中的穿透性要比血液中大幾十倍，據(jù)此特點，采用光電效應手指脈搏傳感器來拾取脈搏信號。血管的容積和透光度會隨心搏的改變而改變，這樣通過光電傳感器可得到相應的光電流信號。采用紅外反射傳感器RPR220，通過手指的血液濃度會隨著心臟的跳動發(fā)生變化，紅外對管對應的信號便會發(fā)生相應的變化，采集此信號經(jīng)過放大，濾波，比較等處理便可以得到理想的信號。采用反射式的紅外管?，F(xiàn)在市場上的心率計普遍采用這種傳感器來采集信號，因為此紅外管接收和發(fā)射都在手指的同一側，因此便不用考慮每個人手指情況不同所造成的麻煩。接收的

5、是血液漫反射回來的光，此信號可以精確地測得血管內(nèi)容積變化。集成傳感器當前,市面上有很多類型的集成心電傳感器,其靈敏度高,集成度高,直接就可以反映出心率的變化,且已包含了濾波等抗干擾電路,波形經(jīng)過放大可以直接處理使用。缺點是價格非常昂貴，一般均在五百元以上，就本次設計來說，考慮到經(jīng)費以及鍛煉自己的目的，不選擇使用該型傳感器。綜上所述，雖然光電式傳感器的價格相對較高，但是為了測量方便和使本系統(tǒng)達到穩(wěn)定性和準確性，所以選擇紅外反射傳感器RPR220。（2）信號處理前置放大LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立

6、。具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。心率測試儀通過光電傳感器獲得脈搏信號的電壓比較小，在幾毫伏左右，且頻率較低，所以需要低噪聲，低漂移，高輸入阻抗的放大器。本系統(tǒng)才用同相放大器，同相放大器具有輸入阻抗高，輸出阻抗很低的特點，廣泛用于前置放大級。信號濾波由于脈搏信號的頻率在1.33HZ左右，正常情況下不會出現(xiàn)高于2HZ的信號，因此需要設計一個低通濾波器，用來濾去高頻信號。在這個系統(tǒng)中最大的干擾就是來自市電的50HZ干擾信號，考慮到有些病人在患病時可能會出現(xiàn)較高的脈搏，因此在1）無源濾波器采用RC低通濾波器。其特點是電路簡單，阻帶衰減太慢，選

7、擇性較差。2）二階低通濾波器采用二階有源濾波器，通帶內(nèi)幅頻特性曲線比較平坦，而且二階也可以達到較陡的衰減的特性。由于主要的干擾出現(xiàn)在50HZ左右，所以在截止頻率較低時，采用二階濾波器即可達到很好的濾波效果。綜上所述，由于使用二階有源濾波器能夠很好的實現(xiàn)系統(tǒng)的濾波目的，所以選擇使用方案2）。（3）整形電路由于單片機只能檢測到數(shù)字信號，因此，經(jīng)過信號調(diào)理電路后得到的模擬信號必須轉換為數(shù)字信號。這里有兩個方案可以選擇。方案一: 使用三極管進行整形.方案二：使用集成芯片74LS1374LS13為具有施密特觸發(fā)器的兩組4輸入端與非門（正邏輯），通過74LS13實現(xiàn)對信號的整形，輸出單片機可以處理的脈沖信

8、號。由于三極管的調(diào)試較為復雜，且工作性能不如施密特觸發(fā)器穩(wěn)定，所以我們選用74LS13作為一個施密特觸發(fā)器。（4）顯示電路本系統(tǒng)使用四段數(shù)碼管作為數(shù)據(jù)顯示器，通過單片機對處理過的信號計數(shù)（心率），然后通過數(shù)碼管動態(tài)顯示將所測得的心率值顯示出來，并同時將其心率值存儲到單片機自帶的EEPROM中，可以通過按鍵來提取其值。（5）報警電路報警電路是對每次脈沖的到來均響鈴，與脈搏同步。這樣，就可以通過聲光的形式形象地把脈搏的快慢顯示出來。此外，當所測得的心率值低于50次/分，或高于160次/分時，報警電路連續(xù)響鈴。4進度安排1-4周：查閱文獻，選題；5-8周：總體方案的確定，分析；9-12周：硬件電路圖

9、設計，分析；13-15周：編程，調(diào)試，將得出數(shù)據(jù)做分析比較；16周：準備答辯。5文獻綜述便攜式心電監(jiān)護儀的人機工程學設計便攜式心電監(jiān)護儀是一種心臟疾病醫(yī)療診斷的重要設備，針對其使用對象，它必須具有低功耗、小體積、輕質量、易攜帶、功能完善等特點，同時能夠實時地對信號進行采集、存儲、分析、處理、顯示和傳輸。因此，在其產(chǎn)品的系統(tǒng)設計過程中必須兼顧各應用的特點和功能，采用模塊化設計理念，協(xié)調(diào)好患者、醫(yī)生以及人機交互的關系。便攜式心電監(jiān)護儀的使用環(huán)境、內(nèi)部原理及其特點，決定了便攜式心電監(jiān)護儀需聯(lián)系醫(yī)生和患者兩個使用者，醫(yī)生和患者作為便攜式心電監(jiān)護儀“人的因素”在設計中起著十分重要的作用便攜式心電監(jiān)護儀的

10、硬件功能是采集人體信號，對采集的信號進行實時地存儲、處理與分析，并將波形與處理結果等信息顯示給用戶或通過無線形式傳輸給醫(yī)療機構，實現(xiàn)信號實時監(jiān)護。信號拾取、放大及濾波電路在便攜式心電監(jiān)護儀中，信號的拾取一般采用普通醫(yī)用電極，也有的采用帶有較高成本的藍牙芯片作微型傳感器由于人體體表中的信號屬于強噪聲混雜下超低頻的微弱信號，具有低頻特性、微弱性、不穩(wěn)定性和隨機性等特點。微弱的信號同時受到人體內(nèi)外的高頻電磁場、工頻、電極極化、測量設備本身等多種干擾源的影響，其微弱的特征被掩蓋在復雜的諸多強干擾信號之中，故要求信號的放大濾波電路必須滿足高輸入阻抗、高共模抑制比、高增益、低噪聲、低漂移、合適的帶寬和高安

11、全性。因此，提取信號的放大濾波電路一般由前置放大電路、右腿驅動電路、低通濾波電路、高通濾波電路、陷波電路和后置放大電路組成工頻干擾通常是由周圍的電子儀器、傳輸電線及設備內(nèi)分布電容等產(chǎn)生的電場引起的。由于前級放大電路輸出的信號中還存有較強的工頻信號干擾，須通過陷波電路將其濾除。信號經(jīng)前置放大電路進行信號放大和濾波后，轉化為頻帶為的有用信號，但前置級放大電路對采集到的信號只是初步放大，放大倍數(shù)較小，放大信號幅值仍比較低。為了提高信號采集精度，必須對信號逐級放大，因此硬件電路中還需要有后置放大電路（或稱主放大電路）。又由于信號的幅值大小因人而異，從而要求后置放大電路能對信號的強度即對后置放大器的放大

12、倍數(shù)進行調(diào)節(jié)?；诖耍环N方法是通過將后置放大電路中的反饋電阻換成可調(diào)電阻來實現(xiàn)放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)，另一種方法則是利用電子開關和不同阻值的電阻通過程序選通控制來實現(xiàn)放大倍數(shù)調(diào)節(jié)便攜式心電監(jiān)護儀的通訊接口有多種，一般分為有線傳輸接口和無線傳輸接口有線傳輸以前通常采用接口近距離向醫(yī)院中心站的接收設備傳輸儲存的數(shù)據(jù)，如果要遠距離傳送則需要通過撥號方式傳輸。數(shù)據(jù)另一種遠距離有線傳送方法，是先把數(shù)字信號經(jīng)和轉換成頻率信號，然后將此頻率信號轉換成模擬信號，最后通過電話網(wǎng)絡將模擬心電信號傳輸給醫(yī)療機構，醫(yī)療機構的接收設備再將此信號還原為信號，現(xiàn)在已很少用了。隨著技術的發(fā)展，目前的系統(tǒng)開始采用接口來近距離傳送數(shù)據(jù)

13、，遠距離傳送則通過以太網(wǎng)或者其他的網(wǎng)絡模塊連接到來進行數(shù)據(jù)的傳輸。無線傳輸與有線傳輸相比，能夠增強設備的靈活性，便攜式心電監(jiān)護儀以其便攜、實時監(jiān)護、使用靈活等特點，使得醫(yī)院外長期或急救狀態(tài)下的監(jiān)護成為現(xiàn)實，使患者能夠及時得到病癥診斷而不延誤搶救時機，從而得以挽救其寶貴的生命，因此必將得到更廣泛的應用。就目前來看，便攜式心電監(jiān)護儀未來發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（）進一步提高便攜靈活性。大致可以通過四個方面來提高。大量采用貼片式元件，降低監(jiān)護儀的體積；硬件功能能由軟件來實現(xiàn)的盡量用軟件來實現(xiàn)；將部分電路編程到可編程邏輯器件中去；采用無線通訊參考文獻白冰，張躍，萬里基于的遠程實時心電監(jiān)護儀軟件設計實現(xiàn)計算機工程與設計，（）：，：張華基于以太網(wǎng)的心電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設計鎮(zhèn)江：江蘇大學，王余濤基于嵌入式系統(tǒng)的便攜式心電監(jiān)護系統(tǒng)的研制哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大