專利名稱：便攜式數(shù)字動(dòng)態(tài)心電圖儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種便攜式數(shù)字動(dòng)態(tài)心電圖儀。
背景技術(shù)：
動(dòng)態(tài)心電圖儀(Dynamic Electrocardiograph，DCG)，又稱Holter監(jiān)測(cè)儀，利用便攜的微型記錄儀將心電信號(hào)記錄下來(lái)，再經(jīng)高速回放系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，打印輸出心電波形及數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)心電圖儀主要應(yīng)用于心律失常及心肌缺血的特性與定量分析診斷，還可應(yīng)用于心悸、眩暈等模糊癥狀的鑒別診斷，病竇綜合征、預(yù)激綜合征等心臟疾病的檢出，心血管藥物療效的評(píng)價(jià)以及起搏器功能的評(píng)定等。此外，在醫(yī)學(xué)科研和教學(xué)上也有廣范應(yīng)用。
以磁帶為記錄介質(zhì)的動(dòng)態(tài)心電圖儀由于體積和功率都較大而被逐步淘汰，目前進(jìn)口的便攜式動(dòng)態(tài)心電圖儀一般采用閃存卡作為記錄介質(zhì)。64MB以上的閃存卡均能滿足24小時(shí)心電數(shù)據(jù)的記錄要求。采用閃存卡的動(dòng)態(tài)心電圖儀體積和功耗較之以往的以磁帶為記錄介質(zhì)的動(dòng)態(tài)心電圖儀要小很多，但依然太大。本實(shí)用新型的目的是提供一種超小型、超低功耗、高性能的便攜式數(shù)字動(dòng)態(tài)心電圖儀。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種便攜式數(shù)字動(dòng)態(tài)心電圖儀。
本實(shí)用新型的方框電路是三通道心電信號(hào)經(jīng)心電導(dǎo)聯(lián)送到差分放大電路放大后通過(guò)低通濾波電路濾掉高頻干擾，再送到末級(jí)同相放大電路放大到適合A/D轉(zhuǎn)換的幅度范圍，然后心電信號(hào)輸入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將心電數(shù)據(jù)存入閃存卡。
本實(shí)用新型的具體電路為心電信號(hào)經(jīng)由三通道導(dǎo)聯(lián)線送到差分放大電路放大有用的心電信號(hào)并抑制共模干擾，由運(yùn)放和電阻組成第一、二、三通道差分放大器；差分放大后的心電信號(hào)送入下級(jí)有源低通濾波電路進(jìn)行濾波，由運(yùn)放、電容和電阻組成第一、二、三通道有源低通濾波器；濾波后的心電信號(hào)分別經(jīng)隔直電容器C102、C202、C302耦合到后級(jí)同相放大電路，由運(yùn)放、電容和電阻組成第一、二、三通道末級(jí)同相放大器；經(jīng)末級(jí)同相放大的心電信號(hào)送到單片機(jī)的A/D輸入腳A3、A4、A5進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；運(yùn)放U4D、電容C1和電阻R1、R2組成參考電壓；單片機(jī)U5的P1口與閃存卡U6的數(shù)據(jù)口相連，單片機(jī)U5的P2口與閃存卡U6的A0、A1、A2、-OE、-WE、-CE1和-RST相連，單片機(jī)U5的P2.7接LED指示燈，R6為限流電阻；集成塊U7、電容C5、電感L1和二極管D1組成電源變換器，C9和C10為電源濾波電容，肖特基二極管D2、D3和電容C6、C7組成升壓電路，R3、C2、R9、C8組成去耦電路。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)抗干擾性能好，共模抑制比達(dá)110dB，超過(guò)進(jìn)口產(chǎn)品；可靠性高，除模擬放大電路和電源電路外，包括A/D在內(nèi)的所有數(shù)字處理和控制電路全部由一片工業(yè)級(jí)的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)；功耗低，電池充電一次可連續(xù)工作一星期；體積小，只有75×50×17(mm3)，是同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品的一半還小。


圖1是便攜式數(shù)字動(dòng)態(tài)心電圖儀方框電路圖；圖2是便攜式數(shù)字動(dòng)態(tài)心電圖儀電路原理圖。
具體實(shí)施方式
采用低價(jià)格、高性能、超低功耗單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制；將主要功耗部件閃存卡和單片機(jī)的工作電壓設(shè)定為低壓3.3伏，并且通過(guò)單片機(jī)軟件控制閃存卡和單片機(jī)工作在間歇狀態(tài)，使功率消耗呈脈沖狀，極大地降低平均功率；將功耗極小的差分放大等模擬電路的工作電壓設(shè)計(jì)為6.5伏，以保證足夠大的共模電壓輸入范圍，提高抗干擾能力；合理選用元器件，精心設(shè)計(jì)電路板，減小電路板尺寸，提高信噪比；選用47×17×6(mm3)的長(zhǎng)方型電池，將電池和電路板并排按裝在閃存卡的下面、充分利用空間實(shí)現(xiàn)超小型。
如圖1所示，三通道心電信號(hào)經(jīng)導(dǎo)聯(lián)送到差分放大電路放大有用的心電信號(hào)、抑制共模干擾；低通濾波電路濾掉高頻干擾和防止A/D采樣產(chǎn)生頻譜混淆；末級(jí)同相放大電路將心電信號(hào)放大到適合A/D轉(zhuǎn)換的幅度范圍，并且提供低輸出電阻滿足A/D轉(zhuǎn)換精度要求；單片機(jī)對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將心電數(shù)據(jù)存入閃存卡、監(jiān)測(cè)電池電壓和控制LED顯示以及分析按鍵命令等；64MB閃存卡用于記錄24小時(shí)心電數(shù)據(jù)；1.2伏可充電電池提供電能，一次充電可連續(xù)工作一星期；DC/DC變換器將1.2伏電池電壓升到3.3伏提供給單片機(jī)和閃存卡；升壓電路再將3.3伏電壓升到6.5伏供給差分放大器等模擬電路。
如圖2所示，心電信號(hào)經(jīng)由三通道導(dǎo)聯(lián)線Ch1-、Ch1+、Ch2-、Ch2+、Ch3-、Ch3+和ECG_GND送到差分放大電路放大有用的心電信號(hào)并抑制共模干擾。運(yùn)放U1A和電阻R101、R102、R103、R104組成第一通道差分放大器；運(yùn)放U2A和電阻R201、R202、R203、R204組成第二通道差分放大器；運(yùn)放U3A和電阻R301、R302、R303、R304組成第三通道差分放大器。雙運(yùn)放U1、U2和U3的電源電壓Avccl為6.5伏。提高運(yùn)放U1、U2、和U3的電源電壓是為了擴(kuò)大差分放大器共模電壓輸入范圍，提高抗干擾能力。
差分放大后的心電信號(hào)送入下級(jí)有源低通濾波電路進(jìn)行濾波。運(yùn)放U1B、電容C101和電阻R105、R106、R107組成第一通道有源低通濾波器；運(yùn)放U2B、電容C201和電阻R205、R206、R207組成第二通道有源低通濾波器；運(yùn)放U3B、電容C301和電阻R305、R306、R307組成第三通道有源低通濾波器。濾波后的心電信號(hào)分別經(jīng)隔直電容器C102、C202、C302耦合到后級(jí)同相放大電路。運(yùn)放U4A、電容C103和電阻R108、R109、R110、R111組成第一通道末級(jí)同相放大器；運(yùn)放U4B、電容C203和電阻R208、R209、R210、R211組成第二通道末級(jí)同相放大器；運(yùn)放U4C、電容C303和電阻R308、R309、R310、R311組成第三通道末級(jí)同相放大器。
經(jīng)末級(jí)同相放大的心電信號(hào)送到單片機(jī)的A/D輸入腳A3、A4、A5進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。運(yùn)放U4D、電容C1和電阻R1、R2組成1.25伏參考電壓，為第一、二、三通道末級(jí)同相放大器提供基準(zhǔn)電壓，使送給A/D轉(zhuǎn)換的心電信號(hào)幅度在給定的0-2.5伏的范圍之內(nèi)。
U5為單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)置12位A/D、1KB RAM、32KB Flash Memory等電路模塊。單片機(jī)的工作電壓為1.8伏-3.6伏，備用電流為0.1uA，最大工作電流0.7mA，A/D轉(zhuǎn)換速率可達(dá)100KHz。U6為閃存卡。單片機(jī)P1口(P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7)與閃存卡數(shù)據(jù)口(D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7)相連；單片機(jī)P2口(P2.0、P2.1、P2.2)與閃存卡地址線(A0、A1、A2)相連；單片機(jī)P2口的P2.3與閃存卡輸出允許端-OE1相連，P2.4與閃存卡寫(xiě)允許端-WE相連，P2.5與閃存卡片選端-OE相連，P2.6與閃存卡復(fù)位端-RST相連；P2.7接LED指示燈，R6為限流電阻。
放大后的心電信號(hào)經(jīng)單片機(jī)A/D采樣轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字量先存在單片機(jī)內(nèi)的RAM中，存滿512字節(jié)后以突發(fā)寫(xiě)入方式快速寫(xiě)入閃存卡。同時(shí)，單片機(jī)繼續(xù)采集心電數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備下一個(gè)512字節(jié)數(shù)據(jù)。單通道采樣頻率為128Hz，三通道總數(shù)據(jù)為128×3＝384(bytes/sec.)。
為了提高心電圖儀的信噪比，將模擬地和數(shù)字地嚴(yán)格分開(kāi)，特別是單片機(jī)模擬地AGND和數(shù)字地DGND、模擬電源AVCC和數(shù)字電源DVCC均需合理布線。圖2中集成塊U7、電容C5、電感L1和二極管D1組成電源變換器，輸出3.3伏VCC直接供給閃存卡，并在閃存卡的電源入口處接濾波電容C9和C10。VCC經(jīng)電阻R4供給U5單片機(jī)的DVcc，經(jīng)電阻R3供給U5單片機(jī)的Avcc。肖特基二極管D2、D3和電容C6、C7組成升壓電路，得到6.5伏的AVcc1供給圖2中的差分放大電路。AVcc1經(jīng)去耦電路R9、C8濾波后得到約5.5伏的Avcc2供給圖中的后級(jí)同相放大電路。
權(quán)利要求1.一種便攜式智能型動(dòng)態(tài)心電圖儀，其特征在于三通道心電信號(hào)經(jīng)心電導(dǎo)聯(lián)送到差分放大電路放大后通過(guò)低通濾波電路濾掉高頻干擾，再送到末級(jí)同相放大電路放大到適合A/D轉(zhuǎn)換的幅度范圍，然后心電信號(hào)輸入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將心電數(shù)據(jù)存入閃存卡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式數(shù)字動(dòng)態(tài)電圖儀，其特征在于心電信號(hào)經(jīng)由三通道導(dǎo)聯(lián)線送到差分放大電路放大有用的心電信號(hào)并抑制共模干擾，由運(yùn)放和電阻組成第一、二、三通道差分放大器；差分放大后的心電信號(hào)送入下級(jí)有源低通濾波電路進(jìn)行濾波，由運(yùn)放、電容和電阻組成第一、二、三通道有源低通濾波器；濾波后的心電信號(hào)分別經(jīng)隔直電容器C102、C202、C302耦合到后級(jí)同相放大電路，由運(yùn)放、電容和電阻組成第一、二、三通道末級(jí)同相放大器；經(jīng)末級(jí)同相放大的心電信號(hào)送到單片機(jī)的A/D輸入腳A3、A4、A5進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；運(yùn)放U4D、電容C1和電阻R1、R2組成參考電壓；單片機(jī)U5的P1口與閃存卡U6的數(shù)據(jù)口相連，單片機(jī)U5的P2口與閃存卡U6的A0、A1、A2、-OE、-WE、-CE1和-RST相連，單片機(jī)U5的P2.7接LED指示燈，R6為限流電阻；集成塊U7、電容C5、電感L1和二極管D1組成電源變換器，C9和C10為電源濾波電容，肖特基二極管D2、D3和電容C6、C7組成升壓電路，R3、C2、R9、C8組成去耦電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式智能型動(dòng)態(tài)心電圖儀，其特征在于運(yùn)放U1A和電阻R101、R102、R103、R104組成第一通道差分放大器；運(yùn)放U2A和電阻R201、R202、R203、R204組成第二通道差分放大器；運(yùn)放U3A和電阻R301、R302、R303、R304組成第三通道差分放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式智能型動(dòng)態(tài)心電圖儀，其特征在于運(yùn)放U1B、電容C101和電阻R105、R106、R107組成第一通道有源低通濾波器；運(yùn)放U2B、電容C201和電阻R205、R206、R207組成第二通道有源低通濾波器；運(yùn)放U3B、電容C301和電阻R305、R306、R307組成第三通道有源低通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式智能型動(dòng)態(tài)心電圖儀，其特征在于運(yùn)放U4A、電容C103和電阻R108、R109、R110、R111組成第一通道末級(jí)同相放大器；運(yùn)放U4B、電容C203和電阻R208、R209、R210、R211組成第二通道末級(jí)同相放大器；運(yùn)放U4C、電容C303和電阻R308、R309、R310、R311組成第三通道末級(jí)同相放大器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種便攜式數(shù)字動(dòng)態(tài)心電圖儀。本實(shí)用新型的方框電路是三通道心電信號(hào)經(jīng)心電導(dǎo)聯(lián)送到差分放大電路放大后通過(guò)低通濾波電路濾掉高頻干擾,再送到末級(jí)同相放大電路放大到適合A/D轉(zhuǎn)換的幅度范圍,然后心電信號(hào)輸入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將心電數(shù)據(jù)存入閃存卡。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):抗干擾性能好,共模抑制比達(dá)110dB,超過(guò)進(jìn)口產(chǎn)品;可靠性高,除模擬放大電路和電源電路外,包括A/D在內(nèi)的所有數(shù)字處理和控制電路全部由一片工業(yè)級(jí)的單片機(jī)實(shí)現(xiàn);功耗低,電池充電一次可連續(xù)工作一星期;體積小,只有75×50×17(mm
文檔編號(hào)A61B5/0402GK2512378SQ0127164
公開(kāi)日2002年9月25日 申請(qǐng)日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月6日
發(fā)明者潘云鶴, 鄭扣根, 首山雄, 陳純, 門(mén)素琴, 莊越挺, 陳耀武, 王曉棟, 池昶, 朱奇波, 蘇斐琦 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)