低功耗型远程心电监控终端的分析与设计

论文摘要

随着经济和社会的发展,远程医疗正逐渐被人们所接受。现代计算机和通讯技术是远程医疗得以发展的决定因素,只有兼容通用的通信和计算机技术,远程医疗的作用才能得到充分发挥。本文提出了一个低功耗型的远程心电监控终端的设计方案,使所设计的心电终端不仅能完成心电信号采集、存储、实时检测和心律异常报警的功能,而且还增强了抗干扰能力,达到低功耗的目标。本文给出了该终端在硬件和软件方面的设计。该远程心电监控终端以带多通道12位A/D转换器的MSP430单片机为核心,由有源心电极、微型低功耗中心处理单元和通信单元组成。可长时间采集、存储心电信号,并进行实时分析,一旦发现心律异常,就进行报警,通过GPRS把数据实时传给医院服务站。此方案突出之处在于采用有源心电电极的设计方法有效地提高了信号的质量。这种设计方法的中心思想是将放大电路和滤波电路前置,与心电极设计为一个整体,可以去掉因信号源远离放大电路而采用的屏蔽层驱动电路。同时只使用单级放大,简化电路的同时,尽可能多的消除工频50Hz干扰。这一前置措施使其远离GPRS移动通信模块,大大减少了脉冲信号对模拟放大电路的干扰。心电电极中采用性能良好的差分放大器提高信噪比。心率检测部分,采用了一套适合实时在线检测的算法。软件采用差分阈值法检测QRS波进行心律异常的判断。通信单元部分,为了减轻系统传输太多冗余数据的压力以及降低终端的功耗,提高利用率,软件只有在满足报警条件时才进行数据传输。实验证明,该终端能在良好抗干扰的同时,最大限度保留有效心电信号,正确判断心律异常,达到预期目标。终端具有体积小、抗干扰能力强、功耗低的优点,特别适用于家庭医护以及临床的诊断和监护。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 远程心电监控的目的和意义
• 1.1.2 低功耗探讨的目的和意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.3 课题研究主要内容
• 2 心电生理学基础
• 2.1 心电的产生原理
• 2.2 心电波形的特征
• 2.3 心电信号的特性
• 2.4 心律失常分析
• 2.5 小结
• 3 系统总体设计
• 3.1 总体设计
• 3.2 监控终端MCU 选择
• 3.3 通信网络选择
• 3.4 医院服务站的分析与设计
• 3.5 小结
• 4 终端硬件设计
• 4.1 总体设计
• 4.2 有源心电电极设计
• 4.2.1 常见的干扰及其消除方法
• 4.2.2 电极的设计
• 4.3 数据采集单元设计
• 4.4 存储单元设计
• 4.5 通信接口单元设计
• 4.6 报警单元设计
• 4.7 电源设计
• 4.8 低功耗小结
• 4.8.1 器件的选择
• 4.8.2 电源管理
• 4.8.3 MCU 低功耗模式的利用
• 4.9 小结
• 5 终端软件设计
• 5.1 总体设计
• 5.1.1 软件设计原则
• 5.1.2 主程序框架设计
• 5.2 心电信号采集和存储
• 5.3 心电数据预处理
• 5.4 心电数据检测
• 5.4.1 QRS 波检测方法
• 5.4.2 差分阈值检测算法的原理
• 5.4.3 判定阈值与个性化检测
• 5.4.4 心率检测与报警流程
• 5.5 远程通信
• 5.6 小结
• 6 测试试验及结果
• 6.1 滤波效果
• 6.2 差分阈值法波形检测
• 6.3 心率检测
• 7 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录