一种基于远程医疗的多导链心电图采集系统
阅读：430发布：2024-01-31
专利汇可以提供一种基于远程医疗的多导链心电图采集系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于 远程医疗 的多导链 心电图 采集系统，包括核心控 制模 块 、心电图 接口 模块、通信模块、电源管理模块以及SD卡存储模块。本发明建立采集用户心电图数据的 信号 拾取系统，该系统能对信两路心电数据进行采集和存取，在充电一次的条件下，能够采集数据达到48小时以上，数据的存取可以采用分段存取，且设备具有唯一的用户ID识别号。本发明核心 微处理器 单元完成所有的 外围设备 硬件 和 软件 的控制功能，特别是电源的供电管理；心电图采集 电路 实现低噪声的心电图数据的采集。SD/TF卡读写控 制芯 片完成对SD/TF的读写功能，使上位机和核心微处理器单元能够对分别对读写器进行读写。本发明实现对健康状况的长期观察，让患者能随时掌握心脏健康情况。，下面是一种基于远程医疗的多导链心电图采集系统专利的具体信息内容。
1.一种基于远程医疗的多导链心电图采集系统，其特征在于，包括：
核心控制模块、心电图接口模块、通信模块、电源管理模块以及SD卡存储模块；所述核心控制模块分别与所述的心电图接口模块、通信模块、电源管理模块、SD卡存储模块通过导线依次连接。
2.根据权利要求1所述的基于远程医疗的多导链心电图采集系统，其特征在于：所述核心控制模块完成所有的外围设备硬件和软件即对所述心电图接口模块、所述通信模块、所述SD卡存储模块、所述电源管理模块的控制功能；所述心电图接口模块实现低噪声的心电图数据的采集；所述SD卡存储模块使用SD/TF卡读写控制芯片完成对SD/TF的读写功能，使上位机和核心控制模块能够对分别对读写器进行读写；所述通信模块可以传输采集的心电图数据；所述电源管理模块完成对系统的供电、充电功能。
3.根据权利要求1所述的基于远程医疗的多导链心电图采集系统，其特征在于：所述核心控制模块具有信号指示和控制接口，并连接有三个LED指示灯和蜂鸣器。
4.根据权利要求1所述的基于远程医疗的多导链心电图采集系统，其特征在于：所述心电图接口模块的输入端口为两路心电数据的模拟输入接口，通过导联线和电极片采集信号，所述心电图接口模块的输出接口为USB信号连接接口，完成心电数据的输出，该输出端口可以连接到计算机和心电图数据显示、传输和分析系统，同时完成对内置锂电池的充电。
5.根据权利要求1所述的基于远程医疗的多导链心电图采集系统，其特征在于：所述核心控制模块的信号指示和控制接口含三个LED指示灯：红灯、黄灯、绿灯；其中，红灯常亮表示设备异常、导联线异常；闪烁表示电池电量不足；黄灯常亮表示心贴数据存储已满；闪烁表示充电状态；绿灯常亮表示设备正常；闪烁表示采集数据中；开/关机实现由长按开机和关机进行互锁；开机时有短暂的蜂鸣声，数据存储器满、导联线异常时均可有短暂的蜂鸣。
6.根据权利要求1所述的基于远程医疗的多导链心电图采集系统，其特征在于：所述心电图接口模块对心电数据进行采集，利用所述SD卡存储模块存储采集的心电数据，所述通信模块可以将采集的心电数据实时上传至医院服务器交由医生诊断，所述电源管理模块为整个系统供电；所述核心控制模块完成对所述心电图接口模块、通信模块、存储模块、电源管理模块的控制。
一种基于远程医疗的多导链心电图采集系统
技术领域
[0001] 本发明属于智能医疗领域，尤其涉及一种基于远程医疗的多导链心电图采集系统。
背景技术
[0002] 近年来，随着GDP的升高，人们的生活水平有了极大的提高，我国的人口老龄化也加剧，心脏疾病的发病率不断攀升。由国家心血管病中心公布的《中国心血管病报告2015》可知，我国每5例死亡病例中，有2例死于心血管病。心脏病作为一种常见的慢性病，一直是对人类健康产生巨大的威胁。但心脏疾病病发突然且凶险，一旦耽误最佳救治时间便会导致死亡。因此，预防和发现心脏疾病极具现实意义。
[0003] 心电图是治疗疾病的主要依据。心脏疾病发病时间难以确定且无法寻找规律，医生需要多次心电图数据进行对比才能掌握病情。目前的心电图采集设备受到体积、重量、价格等因素的限制，使患者无法得到实时监测。传统的心电图采集需要到医院就诊，价格昂贵且耗时。由于人体心脏是持续活动的，而采集到的心电图也仅仅是一段时间的心电活动，难以捕捉到异常心电活动。
[0004] 近年来，随着国家对医改的重视，未来医疗发展的方向已经偏向远程医疗化。远程医疗体系包括三部分：医院、用户和连接两者的通信装置和诊疗装置。本发明所设计的心电图采集系统便是远程医疗中的诊疗装置。远程心电图采集设备不仅可以实现在移动中采集信号，还可以通过内置的大容量存储设备记录患者的 ECG数据，再将数据上传至平台给医疗机构分析和诊断。
[0005] 研发远程心电监护系统来记录人体的心电信号，实现对健康状况的长期观察是有现实意义的。记录的心电信号可以在诊断时提供准确的资料，让患者能随时掌握心脏健康情况。这一研究对心脏疾病的研究具有十分重要的意义，同时能有效缓和我国的医疗资源缺乏的状况。
[0006] 因此，提出一种基于远程医疗的多导链心电图采集系统，是本领域急需解决的重大难题。
发明内容
[0007] 本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于远程医疗的多导链心电图采集系统。
[0008] 本发明的技术方案为采集用户心电图数据的信号拾取系统，该系统能对信两路心电数据进行采集和存取，在充电一次的条件下，能够采集数据达到48小时以上，数据的存取可以采用分段存取，且设备具有唯一的用户ID识别号(每个设备只有单一的ID编号，用户与设备的绑定关系可以通过APP进行更改)。
[0010] 所述核心控制模块完成所有的外围设备硬件和软件即对所述心电图接口模块、所述通信模块、所述SD卡存储模块、所述电源管理模块的控制功能；所述心电图接口模块实现低噪声的心电图数据的采集；所述SD卡存储模块使用 SD/TF卡读写控制芯片完成对SD/TF的读写功能，使上位机和核心控制模块能够对分别对读写器进行读写；所述通信模块可以传输采集的心电图数据；所述电源管理模块完成对系统的供电、充电功能。
[0011] 所述核心控制模块具有信号指示和控制接口，并连接有三个LED指示灯和蜂鸣器；
[0012] 所述心电图接口模块的输入端口为两路心电数据的模拟输入接口，通过导联线和电极片采集信号，所述心电图接口模块的输出接口为USB信号连接接口，完成心电数据的输出，该输出端口可以连接到计算机和心电图数据显示、传输和分析系统，同时完成对内置锂电池的充电。
[0013] 所述核心控制模块的信号指示和控制接口含三个LED指示灯：红灯、黄灯、绿灯；其中：红灯常亮表示设备异常、导联线异常；闪烁表示电池电量不足；黄灯常亮表示心贴数据存储已满；闪烁表示充电状态；绿灯常亮表示设备正常；闪烁表示采集数据中；开/关机实现由长按开机和关机进行互锁；开机时有短暂的蜂鸣声，数据存储器满、导联线异常时均可有短暂的蜂鸣。
[0014] 首先用心电图接口模块对心电数据进行采集，利用SD卡存储模块存储采集的心电数据，通信模块可以将采集的心电数据实时上传至医院服务器交由医生诊断，电源管理模块为整个系统供电。核心控制模块完成对心电图接口模块、通信模块、存储模块、电源管理模块的控制。
[0015] 本发明通过对硬件电路和软件程序的设计，最终利用心电图接口模块实现了对两路心电数据进行采集和存取，在充电一次的条件下，能够采集48小时数据。实现了SD卡能够存储48小时心电数据，并且USB接口能够将心电数据传输至计算机和心电图数据显示、传输和分析系统，同时也能完成对内置锂电池的充电。经过测试，可以确定这个操作简单、价格低廉、便于携带的心电信号采集系统能够采集正确的心电数据，在现实生活是具有医用价值的。附图说明
[0017] 图2：为本发明实施例的心电接口模块电路图
[0018] 图3：为本发明实施例的存储模块电路图；
[0019] 图4：为本发明实施例的两种通信方式；
[0020] 图5：为本发明实施例的通讯模块电路图；
[0021] 图6：为本发明实施例的电源管理模块电路图；
[0022] 图7：为本发明实施例的软件设计流程图；
[0023] 图8：为本发明实施例的心电信号采集测试图；
[0024] 图9：为本发明实施例的心电数据存储文件图。
具体实施方式
[0025] 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026] 本发明除了具有普通心电采集系统的功能外，还需能正确采集心电数据，能对采集的心电数据进行存储，可以传输采集的心电图数据，可对系统进行充电并且根据LED灯状态指示电池状态。因此，为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。
[0027] 本发明包括：核心控制模块、心电图接口模块、通信模块、电源管理模块以及SD卡存储模块；所述核心控制模块分别与所述的心电图接口模块、通信模块、电源管理模块、SD卡存储模块通过导线依次连接。
[0028] 所述核心控制模块完成所有的外围设备硬件和软件即对所述心电图接口模块、所述通信模块、所述SD卡存储模块、所述电源管理模块的控制功能；所述心电图接口模块实现低噪声的心电图数据的采集；所述SD卡存储模块使用 SD/TF卡读写控制芯片完成对SD/TF的读写功能，使上位机和核心控制模块能够对分别对读写器进行读写；所述通信模块可以传输采集的心电图数据；所述电源管理模块完成对系统的供电、充电功能。
[0029] 所述核心控制模块具有信号指示和控制接口，并连接有三个LED指示灯和蜂鸣器；
[0030] 所述心电图接口模块的输入端口为两路心电数据的模拟输入接口，通过导联线和电极片采集信号，所述心电图接口模块的输出接口为USB信号连接接口，完成心电数据的输出，该输出端口可以连接到计算机和心电图数据显示、传输和分析系统，同时完成对内置锂电池的充电。
[0031] 所述核心控制模块的信号指示和控制接口含三个LED指示灯：红灯、黄灯、绿灯；其中：红灯常亮表示设备异常、导联线异常；闪烁表示电池电量不足；黄灯常亮表示心贴数据存储已满；闪烁表示充电状态；绿灯常亮表示设备正常；闪烁表示采集数据中；开/关机实现由长按开机和关机进行互锁；开机时有短暂的蜂鸣声，数据存储器满、导联线异常时均可有短暂的蜂鸣。
[0032] 首先用心电图接口模块对心电数据进行采集，利用SD卡存储模块存储采集的心电数据，通信模块可以将采集的心电数据实时上传至医院服务器交由医生诊断，电源管理模块为整个系统供电。核心控制模块完成对心电图接口模块、通信模块、存储模块、电源管理模块的控制。
[0033] 所述的核心控制模块主要选用微处理器STM32芯片为控制单元；所述心电图接口模块采用TI公司的ADS1293芯片作为心电图模拟信号前端处理芯片，并应用广泛的Mini-USB作为USB接口；所述通信模块选用Prolific公司生产的 PL2303HX芯片作为USB转串行通信接口芯片；所述电源管理模块电源管理芯片采用TI公司的锂电池充电管理芯片LM3658；所述SD卡存储模块选用Mini SD 卡为主要选型。
[0034] 下面结合图1至图9，介绍本发明的具体实施方式：
[0035] 步骤1，心电信号采集。心电接口模块主要完成对人体的心电信号进行采集功能。人体的心电信号十分微弱，在采取时容易受到外界噪声的干扰，需要设计一个滤波器滤除外界噪声。心电信号的幅度约为1mV，而微处理器STM32芯片集成A/D转换器输入电压范围为
0～3.3V，因此我们要将提取的心电信号进行放大。在采集心电信号时，人体自带的电磁信号会干扰使心电信号难以被检测到，因此心电接口模块应该添加右腿驱动电路来减少共模干扰。
0～3.3V，因此我们要将提取的心电信号进行放大。在采集心电信号时，人体自带的电磁信号会干扰使心电信号难以被检测到，因此心电接口模块应该添加右腿驱动电路来减少共模干扰。
[0036] 本系统采用TI公司的ADS1293芯片作为心电图模拟信号前端处理芯片系统，采用2导联连接方式，左上肢(LA)接输入正极IN1P，右上肢(RA)接输入负极IN1N。 ADS1293芯片的传输信号线主要包括SPI串行接口总线、DRDYB引脚和 ALRAM引脚。ADS1293采集的数据通过SPI总线接口传输。当DRDY引脚经过一个上升沿或者下降沿时，会发送信号给微处理器，告诉微处理器数据已经采集完成可以读取了。微处理器STM32可以通过SPI总线接口读取ADS1293芯片采集的心电数据。将STM32的PA7引脚复用为SPI总线的MOSI总线，并与 ADS1293芯片的SDI引脚相接，STM32可以通过这根总线向ADS1293芯片传输指令。例如配置ADS1293寄存器内的值。将STM32的PA6引脚复用为SPI 总线的MISO总线，并与ADS1293芯片的SDO引脚相接，当片选信号线CS被设置为低电平时，ADS1293芯片采集的数据可以通过这跟总线将数据传输至微处理器STM32内。当芯片有异常情况时，可以在ALRAM引脚上显示。
[0037] ADS1293芯片的处理流程可以概括为：将导联连接到输入引脚，经过输入引脚自带的EMI滤波器滤除噪声，然后信号后通过一个具有高输入阻抗的运算放大电路以得到一个更大的输入信号。信号再通过调制器进行模/数转换和低通滤波器滤波最后编码输出，通过SPI总线接口进行传输。电路连接方式见图2。
[0038] 步骤2，心电信号存储。系统的存储模块具有管理、存储采集的心电数据功能。采集系统ADS1293芯片的最高工作频率为250HZ，有两个采集通道，设定系统在充电一次的情况下可以持续采集48小时心电数据，可以采集86400000 (48*60*60*250*2)个数据，每个数据的字节数是3，则要求系统的存储容量约为259Mb。另外，需要编写一些管理文件对采集的数据进行管理，管理文件大小约为200Mb。所以要求存储器的基本容量为0.5Gb。在48小时的持续采集中，系统可能会面临低电量自动关机这一类突发问题，为了保证数据的稳定存储，我们需要一种掉点不丢失数据的存储器。结合上述要求，我们选用mini SD卡作为本系统的存储器。系统选用的微处理器STM32芯片支持SPI总线协议，为了节约开发成本，本文选用SPI传输模式。
[0039] 图3为存储模块电路图，从图可以具体分析STM32和存储模块的通讯方式。片选信号CS引脚连接到STM32的PB2引脚，STM32设置CS引脚为低电平时表示微处理器STM32芯片可以对SD卡进行操作。MOSI引脚连接STM32的 PB15引脚，STM32从这个引脚读取SD卡内的数据。MOSI连接STM32的PB14 引脚，STM32通过这个引脚向SD卡内写入数据。SCLK接入STM32的PB13 引脚，接入STM32芯片的时钟信号。为了匹配SD卡的电压，需要将电源电路产生的3V电压转化为VCC_SD电压，以便于SD卡正常工作。图中的PAD0和 PAD1引脚接地用于固定座位。
[0040] 步骤3，信号通信。将采集系统建立的文件系统，可以采用两种方式和通信底座之间进行文件系统的交互，同时也可以建立于windows系统之间的文件的交互。采用SD卡的分立的方式，可以建立于计算机或者通信底座之间的通信交互。通信方式如图4所示。同时也可以脱离通信底座，直接采用计算机的读写 SD卡用计算机来实现与服务之间的通信交互。
[0041] 使用USB总线接口将采集系统采集的数据从存储器中传输至通信底座中分析或存储。我们将采集系统看作是一个USB外设并为采集系统设计一个USB接口，最后通信底座使用USB总线读写心电数据。结合设计要求，本系统选用 Prolific公司生产的PL2303HX芯片作为USB转串行通信接口芯片。通信模块电路如图5。USB接口转串口过程可以概括为：输入的电信号经过USB2.0协议转化为USB模拟信号，以提升传输速度，再经过串口协议转换器解析USB2.0协议，转化为普通的电信号。这个过程完成了电流到模拟信号再到电流的转化。 PL2303HX芯片可以做到电信号和模拟信号之间的转化，它的两个端口分别连接 USB和串口，中间的转换器完成信号转换。
[0042] 在通讯模块电路图5中，将STM32的PA10引脚复用为接收引脚，和 PL2303HZ的TXD引脚连接。PL2303HX的RXD引脚与STM32的PA9引脚(复用功能为USART的发送引脚)相接。同时，在USB接口端将PL2303HX的DP 引脚与USB的D+引脚相接，PL2303HX的DM引脚与USB的D-引脚相接。 ADS1293采集的心电数据经过USB接口传输至PL2303HX芯片，再由芯片进行信号转换，最后在通过串口传输给STM32进行分析。
[0043] 步骤4，电源管理。微处理器STM32芯片没有内置电源，需要设计一个电源管理模块给系统供电。设定系统能够在充电一次的情况下持续采集信号48小时，系统由外部电源和锂电池协同供电以保证系统的正常运行。因此在电源管理模块需要设计两个部分：选用电源管理芯片管理锂电池充电和设计USB接口对内置锂电池进行充电。
[0044] 电源管理芯片采用TI公司的锂电池充电管理芯片LM3658，该电源管理芯片适用于AC适配器和USB供电电源，AC适配器的充电电流在50-1000mA，USB 充电在100-500mA，终止充电电压误差不超过1.5％，。本系统已经选用STM32 芯片作为微处理器，结合系统要求选用性价比高、应用广泛的Mini-USB作为 USB接口。电源管理模块电路见图6。
[0045] 电源部分可以分为5个部分。首先使用USB POWER接口，使用USB线从外部引入5V电源，引入的电源经过电源开关连接到5V电源线。然后通过sel引脚选择充电。在引脚为低电平时，选择100mA进行充电，当引脚为高电平时，充电电流为500mA。其次BAT是输出电压正极，NCP561SN系列是电压振荡器， NCP561SN30T1是为了将VCC电压稳压输出成3V电压，NCP561SN33T1是为了将VCC电压稳压输出成3.3V电压。再者LM3658提供两个开漏输出STAT1 和STAT2，可连接到外部LED或外设IC的通用I/O口。LM3658的所有充电状态如表3.6所示。“ON”表示当其下拉晶体管导通时，STATx引脚拉低，表示逻辑0。ST1、ST2外接上LED灯来显示充电器状态。最后‘Isel’和GND之间要接电阻，电阻的大小决定了充电电流。
[0046] 本发明的软件设计流程见图7。
[0047] 本发明设计了一个心电采集系统的软、硬件平台，要判断心电采集系统是否设计成功，需要对其功能进行测试。本发明最初设定心电采集系统具有四种功能：能正确采集心电数据；能对采集的心电数据进行存储；可以传输采集的心电图数据；可对系统进行充电并且根据LED灯状态指示电池状态。结合上述功能，我们要对心电信号的采集和存储进行测试，以及对LED灯状态进行测试。
[0048] 首先，对心电数据的采集进行测试。为了提高测试的可靠性，选取模拟信号源来模拟人体的心电信号。我们设置模拟信号为峰峰值1mV的周期尖脉冲信号。再将模拟信号经过电极提取至心传感器中。最后经过Matlab仿真输出采集测试波形。采集的心电信号如图8所示。
[0049] 从测试波形图可以看出，心电波形清晰，波形表面光滑没有毛刺。表明心电接口模块可以对采集的心电信号进行放大、滤波等处理。这说心电采集系统可以较好的采集对人体的心电信号。
[0050] 使用串口对心电数据的存储进行测试。本文借助文件系统管理采集的心电数据，当系统采集数据时，系统会将数据传输至文件系统的指定位置中。在测试时首先采集一段心电数据，在文件系统中查看存储的心电数据。存储的数据如图9 所示。从图9可以看出每个扇区可以第一个字节为‘aa’，用作标记每个扇区的数据的起始点。扇区的最后一个字节为’55’,用作标记每个扇区的数据的终止。在每个扇区的数据存储后，需要用f_close函数将文件保存关闭。从上述测试结果可以表明，SD卡能将采集的心电数据存储至文件中。
[0051] 对LED灯状态进行测试可以观察到，开启开关系统开始初始化，期间LED0 闪烁。进行数据采集时LED0亮，数据采集完成后LED0亮2秒后熄灭。在进行充电测试时，LED1亮和LED2灭。充电完成后LED1和LED2同时亮。测试结果与前文所设置的状态一致，可以表明，LED状态能够表明系统的不同状态。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种电流传感器芯片及其制备方法 | 2020-05-08 | 513 |
| 一种升压跟随控制电路及LED驱动电源 | 2020-05-11 | 401 |
| 扫描电子显微镜 | 2020-05-08 | 829 |
| 一种旋转连接式导线连接器 | 2020-05-08 | 282 |
| 一种晶闸管管壳 | 2020-05-08 | 824 |
| 双面印刷电路板(PCB)上的用于消除远场信号的电极 | 2020-05-08 | 804 |
| 一种差模短路型的芯片天线结构 | 2020-05-08 | 660 |
| 一种ACC信号强制激活电源导通电路 | 2020-05-08 | 711 |
| 一种流体开关 | 2020-05-08 | 927 |
| 一种水轮机调速器频率信号发生器 | 2020-05-08 | 280 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
信号电极热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈