数字心电图（精选四篇）
数字心电图 篇1
1 检定用标准装置
我站使用的是内蒙古呼和浩特铨仪计量研究所生产的EGC-1C型心脑电图机检定仪。
2 检定环境
检定环境符合规程要求, 温度在10℃～35℃范围以内, 湿度不大于80%, 供电电源达到标准, 环境无影响心电图正常工作的机械振动和电磁干扰。
3 依据的检定规程
依据现行的JJG1041-2008《数字心电图机检定规程》。
4 检定中应注意以下几个方面
4.1 首先是接地, 使被检仪器和检定仪有良好的接地, 不能只注意被检仪器的接地, 检定仪接地不良时, 也会出现引入干扰的情况, 影响检定工作的正常进行。例如在某单位检定时, 由于检定仪的地线连接后脱落未发现, 在检定过程中干扰非常大, 检定工作无法进行, 后对连线进行检查发现接地线脱落, 连接后, 检定工作恢复正常。
4.2 检定模式:虽然规程上并没有明确的规定, 但根据规程要求应该选择手动模式, 并且最好设置为单个导联输出模式 (如果没有单导手动模式, 也可选择记录导联数最少的手动模式) , 有利于波形及幅度的观察和测量。如何改变工作模式, 有的仪器操作很简单, 通过被检仪器操作面板就可以改换操作模式, 但也有的仪器模式转换必须要详细阅读说明书, 例如, 日本生产kenz-Cardico-302型的数字心电图机, 必须在开机后不待进入主界面, 就按模式键, 才能进入心电图机的参数设定程序进行修改, 否则待进入主界面后, 再按模式转换键也无法改换操作模式, 所以检定人员在检定工作开始前首先要熟悉心电图机的操作手册, 可避免检定工作走弯路。
4.3 输入电压范围检定, 按照规程要求, 在通过进入参数设定界面, 将交流滤波器、肌电滤波器、漂移滤波器都关闭, 因为滤波器对波形幅度的影响虽不至像幅频特性那么明显, 但是也会导致心电波形幅度小幅减小。例如, 在一团卫生队检定一台上海光电型号为ECG-B951D数字心电图机, 输入电压检定时因为疏忽未关滤波器, 在测量导联波形幅度时, 发现被测导联波形幅度只有4.2 mV, 低于规程规定的4.65 mV, 请教上级业务部门后, 才找到出现问题的原因, 关闭滤波器重新检定, 结果被测导联波形幅度值合格。
4.4 内部噪声电平的检定, 一般只在符合要求 (保护接地、防电磁干扰等措施) 的实验室进行检定此项时才合格。在外场检定中, 团卫生队或医院的病房无法达到上述要求, 此项检定基本都不合格, 但不能就此断定该台心电图机不合格, 我们站的做法是实际工作外场检定时一般都不进行此项检定。
4.5 波形识别能力与幅度-时间参数测量检定, 需要注意, 在波形识别能力与幅度-时间参数测量检定时一样需关闭各滤波器, 同时在此项检定时, 各位检定员一定要熟悉ECG仿真信号波形, 各波名称、幅度、各间期的测量起至点, 否则很容易判断错误。
4.6 检定幅频特性时, 再将上述三种滤波器均关闭的情况下, 还需进入参数设定界面将高频滤波器的频率选择为最大频率值。先谈一下不关闭三种滤波器会造成什么样的结果, 频率在超过30Hz以上, 正弦波幅度值随着频率的增加将会较大幅度减小, 根据幅频特性计算公式计算出允许误差超过检定规称的允许值, 碰到这种情况不要急于得出幅频特性不合格的结论。对于高频滤波器, 如果将选项放置在较低频率时 (不同的机型有不同的频率选择项, 常见的低频有50 Hz、60 Hz、70 Hz) , 那么在做幅频特性检测时, 相对应频率的幅频特性的幅度值为一条直线, 幅度信号被全部滤除。如果遇到这种情况就要检查高频滤波器的选项, 最好将高频滤波放在最大的频率选项上, 例如选在100 Hz或150Hz, 就不会出现上述情况了。此外还需注意, 频率不同, 规程规定最大允许误差也不相同, (0.5～50) Hz的幅度最大允许误差为-10%～+5%, 在 (50～75) Hz的幅度最大允许误差为-30%～+5%。
4.7时间常数检定时, 只要按规程要求进行设置和操作, 一般数字心电图机此项都合格, 只需注意按规程要求进行判断。
4.8检定完毕, 要将所有改换参数变为初始参数或者出厂时默认状态, 在检定工作中, 遇到两次因未将参数改回而导致心电图机操作人员不能使用, 误认为我们在检定过程中将被检心电图机损坏, 所以在检定完成后将参数改回是很有必要的, 尤其在基层卫生团队, 心电图机操作人员多为卫生员或是其他人员兼任, 对于心电图的分析判断多依赖心电图机的自动分析功能, 改换设置后, 导致不会操作、不会分析, 给被检单位的诊疗工作带来麻烦。
数字心电图机的检测方法分析 篇2
数字心电图机是一种科技含量及精密度很高的电子医疗仪器,其作用是记录和显示心脏活动时所产生的生理电信号。它利用心电图(electrocardiogram,ECG)电极将人体微弱的电生理信号提取出来,经过放大器使信号放大,再经过信号处理系统将生理信号转化为电信号,然后经过数据分析软件将转换后的电信号进行计算分析和编辑,最后在显示屏上的各个模块中显示出来。这时医生可根据所记录的心电图波形的形态、波幅大小以及各波之间的相对时间关系与正常心电图相比较,便能诊断出心脏疾病,诸如心电节律不齐、心肌梗塞、心肌炎、心包炎等[1]。由于心电图机具有诊断技术成熟、可靠,操作简便,价格适中,对患者无损伤等优点,已成为各级医院中最普及的医用电子仪器之一。
1 我院心电图机的检测情况
目前,我院使用的心电图机主要有日本光电、北京福田、飞利浦、麦迪克斯等多种品牌。我室2010—2014 年检测心电图机共计72 台,其中合格68 台,不合格4 台。不合格的心电图机由科室送至专业部门维修,待维修后,需经我室再次检测合格后方可进入临床使用。
2 心电图机检测装置原理
将各种测试波形、标准心电图库及检定程序固化在可擦除可编程只读寄存器(erasable programmable read only memory,EPROM)中,微处理器控制3 个四通道的D/A转换,产生12 导联的各种检测信号,输入到被检心电图机,微处理器还通过I/O接口控制各种参数测量电路及电器状态,进行数字心电图机各项指标的检定[2]。心电图机检测装置原理框图如图1 所示。
注:R代表右侧,L代表左侧,F代表下肢,V1~V6代表胸部电极安放位置
3 心电图机的主要检测方法
3.1 外观检查
被检心电图机应标有厂名、型号、出厂日期及编号、电源额定电压、频率,不得有影响其正常工作的机械损伤;所有旋钮、开关应牢固可靠、定位正确,附件应该齐全,不得有绝缘外包裹折损及线体裸露现象。
3.2 开机预热
开机前应对检定装置和被检心电图机进行预热[3],要保证导连线和接线柱良好地接触和可靠接地。按照相对应的导联及专用地线连接仪器后,用电极夹夹住地线与机器的连接处。
3.3 内定标电压误差检定
(1)打开检定仪,按下“S+SU”键,使信号源“2”灯亮,显示1.000 s。再按“D”键显示1.000 m V,并通过光标及“+“”-”键,调节输出2.5 Hz、1 m V的方波信号。同时按下“K2”键,加入人体模拟阻抗。检定仪面板如图2 所示。
(2)打开被检心电图机,首先开机自检1.000 m V,设置灵敏度为10 mm/m V,记录速度25 mm/s。然后测量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联上的信号幅值h Ci(i=1,2,3),再接入阻抗,测量外部方波信号幅值h Ei(i=1,2,3)。通过“S+OP2”键转换导联至L的引线电极,测量Ⅲ导联上的幅值。内定标电压误差计算如下:
式中:δCi为内定标电压误差;h Ci为测量值;h Ei为设定值。
3.4 输入电压范围检定
按下检定仪“S+SU”键,信号源“5”灯亮,显示2.00 m V,再按“D”键显示1.333 s周期,最后按下“K2”键,加入人体模拟阻抗。通过2 组不同数据值测定输入电压范围,方法如下:
(1)通过光标及“+”“-”键,设置输出5 m V、0.75 Hz的模拟信号,然后将被检心电图机的灵敏度设置为5 mm/m V,走纸速度设置为25 mm/s,记录3~5 个周期的信号波形。按照规程规定,信号幅值应在23.25~26.75 mm之间。
(2)通过光标及“+”“-”键,调节输出0.5 m V、0.75 Hz的模拟信号,将被检心电图机的灵敏度调节为20 mm/m V,走纸速度调节为25 mm/s,记录3~5 个周期的信号波形。如果此时波形没有明显畸变,则此项合格。注意检测此项时要关闭被检仪器的所有滤波器。
3.5 耐极化电压检定
检定耐极化电压,按下检定仪“S+SU”键,信号源“8”灯亮,显示DC,输出直流电压0 V,弹起“K2”键,被检仪器灵敏度调节为10 mm/m V[4]。此时先按“S+OP1”键,加入+300 m V偏置电压,心电图机记录波形;然后按“S+OP2”键,加入-300 m V偏置电压,心电图机记录波形;再按“S+OP2”键回到DC。需要注意的是,加入偏置电压前,要记录一次信号输出。规程规定,加压后的基线应无偏移,视为合格;如果基线有偏移,视为不合格。检定的3 条波形基线位置没有改变,检定合格。
3.6 加权系数误差检定
按下检定仪“S+SU”键,信号源“1”灯亮,显示1.000 Hz,按D键显示1.000 m V,通过光标及“+“”-”键输出3 m V、10 Hz正弦信号。调节被检仪器灵敏度为10 mm/m V,速度为25 mm/s,使Ⅰ导联幅度H0=30 mm。按“S+OP1”或“S+OP2”键可转换导联,分别走纸,测量波幅。
数据处理:测量a VR、a VL、a VF、V1~V6导联上所记录正弦波信号的幅度(i=1,2…9),其理论值H0为30 mm,H1为30 mm,H2和H3为15 mm,Hi(i=4,5…9)为10 mm。加权系数误差 δWi计算公式如下:
式中:hi为测量的数值;Hi为a VR导联,为30 mm。规程规定,所得幅值应不大于±10%。
3.7 内部噪声电平检定
调节被检仪器灵敏度为20 mm/m V,记录速度为25 mm/s[5]。检定仪在“HELLO”状态下记录1 次数值,按“S+SU”键,信号源“1”灯亮,显示1.000 Hz;再按“D”键显示1.000 m,通过光标及“+”“-”键输出20 μV正弦信号;按下“K2”键走纸,测量波形幅度。规程规定,输出波形最大幅度应不大于0.4 mm。
3.8 波形识别能力与幅度-时间参数检定
按下检定仪“S+SU”键,信号源“5”灯亮,显示2.00 m V,按“D”键显示1.333 s周期,通过光标及“+”“-”键输出2 m V、0.75 Hz的模拟信号,按下“K2”键;被检仪器灵敏度调节为10 mm/m V,速度为25 mm/s,关闭所有滤波器。此时,记录2~3 个周期的心电模拟信号。按检定规程附录A进行数据处理。
3.9 频率响应检定
按下检定仪“S+SU”键,信号源“1”灯亮[6],显示1.000 Hz,然后按下“D”键显示1.000 m V,通过光标及“+“”-”键输出2 m V的正弦信号,按下“K2”键,加入模拟皮肤阻抗。将被检心电图机灵敏度调节为10 mm/m V,速度设置为25 mm/s,导联置“Ⅰ”或选择第一组导联,关闭被检心电图机的所有滤波器。依次调节输出频率为0.5、5、10(参考)、15、25、30、40、50、60、75 Hz的正弦波信号,记录波形幅值hf ,如图3 所示。
幅频特性计算公式如下∶
式中:δf为幅频误差;hfmax为各频率点幅值误差的最大值;href为参考值(10 Hz)。
检定频率响应时,以10 Hz正弦波为参考值,滤波器关闭时,如果波幅在0.5~50 Hz内随频率变化,幅度最大允许偏差为-10%~+5%;如果波幅在50~70 Hz内随频率变化,幅度的最大允许偏差为-30%~+5%。
3.10 时间常数检定
按下检定仪“S+SU”键,信号源“2”灯亮,显示1.000 s,按“D”键显示1.000 m V,通过光标及“+“”-”键,调节输出2 m V、10 s方波信号,按下“K2”键;将被检心电图机的灵敏度调节为20 mm/m V,记录速度为25 mm/s,导联置“Ⅰ”或第一组导联。走纸进行记录时间常数检定的波形如图4 所示。规程规定,测量记录信号幅度衰减到初始值37%所经历的时间不少于3.2 s。
3.11 共模抑制比检定
被检心电图机在标准检定条件下(灵敏度调节为10 mm/m V,速度为25 mm/s),关闭所有滤波器[7]。在未接被检心电图机时,调节“CT”键,使其输出电压为10 V。改变导联开关位置,分别测量描记波形幅值,取其中幅值最大者Hc,为10 mm。共模抑制比CMRR的计算公式如下:
式中:Hc为描记信号的幅度最大值,单位为mm;H0为幅值的标准值,单位为mm。需要注意,检测时必须接地。外界干扰和接地不良是造成此项检定不符合要求的最主要原因。
共模抑制比的计算方法有以下2 种:
(1)利用共模检定装置前面板给出的表查出共模抑制比。例如测得幅度值为2.5 mm,则查得共模抑制比数值为101 d B。
(2)利用检定仪主机计算共模抑制比。将检定仪设为“心电图”状态,按“S+SU”键进入该项检定,检定项目指示灯“8”亮,检定仪显示1.000 m V。将测得的幅度值折算成m V值后(如测得幅度值为3.3 mm,折算后为0.33 m V),用“+”“-”键将此值输入检定仪。然后按“S+OP1”键,显示出共模抑制比。规程规定,共模抑制比应大于89 d B。
4 检测中的注意事项
在检测中,检定仪和被检仪器都要有良好的地线,而且周围不能有强烈的电磁波干扰,否则心电图机容易出现波形混乱现象。如果此时心电图机机壳漏电流过大,会造成电击的危险,影响检定工作的正常进行。检定时应尽量选择手动模式,并选择导联少的输出模式,减少道间干扰[8],有利于波形及幅度的观察与测量。在检定波形识别能力和幅度-时间参数时,应熟悉ECG仿真信号的波形,各波名称、幅度,各间期的测量起至点。检测频率响应时,除关闭所有滤波器之外,还要注意将心电图机的高频滤波器的频率设为最大值。
5 结语
心电图机因使用时间过长或频率过高,会发生机电老化现象[9],从而影响其准确性和安全性,直接危及患者的生命安全和身体健康。因此,必须定期对心电图机的性能、精密度和安全性进行检测。在实际操作中还有许多细节值得注意,需要检测人员不断学习各类心电图机的检测方法以及对量值失准的判断处理能力。如果检测中发现不合格的心电图机,应及时送修,修好后再次进行检测,合格后才能使用,这样才能杜绝安全隐患,保障心电图机的准确性、可靠性。
摘要：目的:研究数字心电图机的检测方法,在实践中发现并分析存在的问题,确保心电图机的质量安全。方法:按照国家相关标准及规定,采用EGC-1C型心脑电图机检定仪及配套设备共模抑制比测试仪对数字心电图机进行检测。通过检查心电图机的外观,检测各项性能参数来判断心电图机的准确性。结果:通过定期检测,不仅消除了数字心电图机的安全隐患,还保障了其在临床使用中的质量安全。结论:数字心电图机的质量控制检测工作是医疗安全的重要组成部分,按时检测、及时修理能够确保数字心电图机的量值准确、可靠,更好地服务于患者。
关键词：数字心电图机,质量控制,安全使用
参考文献
[1]于忠江,于成龙.心电图机常见故障的排除[J].中国医药科学,2012,2(20):182.
[2]刘鸣,石颖华,张林,等.医院心电网络系统的建设与临床应用[J].医疗卫生装备,2014,35(2):70-71,148.
[3]苏燕平,姚念玲,崔骊,等.数字心电图机检定方法与解决方案的分析[J].中国医学装备,2013,10(12):59-60.
[4]荀鲁川,余亚梅,代丽.数字心电图机鉴定方法探讨[J].医疗卫生装备,2013,34(6):101-102.
[5]周瑶,肖利春,何平,等.心电图伪差产生的因素分析及解决办法[J].中国当代医药,2013,20(11):31-32,34.
[6]张静.临床心电图干扰现象分析与解决对策[J].中国现代药物应用,2014,8(3):247-248.
[7]郭燕.华泰CN100心电系统工作原理及故障排除[J].医疗卫生装备,2014,35(4):155-156.
[8]冯艳,侯秀丽,娜仁花,等.心电技术规范化培训的研究与探索[J].新疆医学,2014,44(7):1-2.
数字心电图 篇3
近年来, 心脏病的发病率正逐步提升, 标准的12导联心电图是医生诊断心血管疾病的主要依据之一, 但临床的心电图机一般体积较大, 设备复杂, 不适合院外使用。随着微电子技术的发展, 现代医疗仪器正朝着智能化、网络化、家庭化的方向发展。
人体心电信号的主要频率范围是 (0.05~100) Hz, 幅度约为 (0~4) m V, 信号十分微弱。并且心电信号中通常混杂有其它生物电信号, 加之体外以50 Hz工频干扰为主的电磁场的干扰, 使得心电噪声背景较强, 测量条件比较复杂。为了不失真地检出有临床价值的干净心电信号, 往往要求心电数据采集系统具有高精度、高稳定性、高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声及强抗干扰能力等性能。这就要求各通道有独立的模拟放大、滤波、模数转换模块。传统设计中采用分立元件来设计各个模块, 故其体积往往比较大, 功耗较高, 限制了仪器的应用环境。
文中所介绍的便携式低功耗12导联心电图机, 采用了TI公司高性能, 低功耗DSP芯片[1]和模拟采集前端[2], 体积小、功耗低、精度高。
1 系统硬件设计
1.1 系统总体结构和功能
系统由模拟前端ADS1298将采集到的心电信号通过SPI (串行外设接口) 送入DSP芯片TMS320C5515, 利用提升小波变换对信号进行预处理[3], 并对信号进行实时的显示和存储。同时也可以通过USB接口将信号传送至上位机, 进行离线的分析诊断。系统结构如图1所示。
1.2 电源电路
在本系统中所涉及的电压包括模拟前端ADS1298所需的模拟3 V电压和数字1.8 V电压, DSP芯片的内核电压1.3 V, I/O电压3.3 V以及锁相环电压、存储器电压、实时时钟电压等。电源部分设计时要满足系统的上电时序要求, 同时各路输出电压能够满足系统各功能模块对电压精度的要求。
本设计中采用TI公司电源芯片TPS65023来满足上述要求。该芯片可提供三路降压式DC/DC转换器输出, 两路低压差线性稳压器LDO输出, 一路实时时钟电压输出。芯片同时提供了节电模式, 软启动, 热关断和电池备份功能, 片上集成了I2C串行接口, 可对相应的输出电压进行动态缩放, 提供了多个电压比较器, 用于监控输入输出电压, 并为系统提供复位机制。系统的电源电路如图2所示, 由于系统功耗较小可采用电池供电, 提高了整机的便携性, 不必依赖于市电, 方便用户携带和使用。
1.3 模拟采集前端
系统采用TI公司的模拟采集前端ADS1298[1]。该芯片内部有8个独立的通道, 每个通道都配有低通滤波器, 用来增益可调的差分放大器, 高通滤波器和24 bit精度的A/D转换器。每个通道共模抑制比大于100 d B, 输入阻抗约为10 MΩ, A/D转换器的采样率从500 sps~32 ksps可调。同时由于采用集成电路技术, 使得该模拟前端还有其他优势, 如芯片的面积只有 (8×8) mm2大小, 大大减小了模拟采集前端的体积;芯片内部各通道的参数匹配性高, 每个通道的输入参考噪声低, 只有4 m V;每个通道输入偏执电流只有200 p A, 使得模拟采集前端的每个通道只有0.75 m W的功耗。这些性能使得该模拟前端完全符合心电信号对模拟采集前端的要求。
除此之外, 模拟前端还提供了丰富的ECG功能模块, 包括右腿驱动模块、威尔逊中心电端和导联脱落检测模块。该模拟前端的内部结构如图3所示。在实际电路设计中, 有6个差分放大器的负向端连接威尔逊中心电端, 正向端分别连接6个胸电极, 构成6路胸导联信号。剩余的2个放大器的输入端分别为 (左手, 右手) 和 (左腿, 右手) 构成I, II导联, 通过双极导联和加压单极导联的关系可推导出其他4个肢体导联。这样就构成了标准的12导联心电图机。
1.4 DSP模块
系统采用的核心控制芯片是T I公司的TMS320C5515, 这是一款高性能、低功耗的定点DSP芯片[4,5]。芯片内部有丰富的总线结构, 包括一条程序总线, 三条数据读总线, 两条数据写总线以及DMA总线、外设总线等。在硬件资源上, 芯片内部有两个17×17乘法器, 一个40 bit算术逻辑单元 (ALU) , 一个16 bit的辅助ALU。这些硬件资源和总线结构提高了指令的执行效率, 降低了功耗, 为数字信号的实时快速处理提供了保障。同时芯片内部还有丰富的外设资源, 包括UART、SPI、USB等串行接口, 64 MB的外部存储器接口, 液晶显示 (LCD) 模块接口等等。这些外设资源可使设计者在设计电路省去大量外围电路的设计, 系统整体更加精简。系统通过SPI接口与模拟前端进行通信, 当DSP芯片检测到ADS1298的DATE_READY信号时, 读取ADC转换结果, 进行分析处理, 并通过LCD模块和大容量闪存进行实时的显示与存储。也可以通过DSP芯片的USB接口将心电数据传送到上位机。
1.5 存储与显示
扩展的存储器芯片选用三星公司的大容量闪存芯片K9F1G08U0A和美光半导体公司的闪存芯片PC28F128P30T85。K9F1G08U0A单片容量高达128 MB, 属于NAND Flash结构。存储器将数据线与地址线复用为8条I/O线, 另外还分别提供了命令控制信号线, 命令、地址和数据信息均通过8条I/O线传输, 从而极大方便了系统设计和产品升级。在本设计中, 利用该大容量闪存芯片来存储心电数据。当系统的采样率为500 sps时, 可连续存储2 h的12导联心电数据。对于存储的心电数据, 还可以通过USB接口传送至上位机。PC28F128P30T85芯片为64 MB的NOR Flash, 系统利用该芯片来存储程序。
显示功能选用内含SED1335控制器的液晶模块, 分辨率是128×128。该模块特点是功耗低, 抗干扰能力强, 集成了液晶显示控制器、驱动器、RAM、ROM和LCD显示器, 使用时只需向LCM中送入相应的命令和数据即可显示所需信息, 且与DSP接口简单, 使用方便灵活。
2 系统软件设计
2.1 主程序设计
系统软件部分采用C语言和汇编语言混和编程的方式, 系统软件包括DSP芯片和外设的初始化, 采集心电数据, 进行心电数据的处理, 实时显示和存储, 以及响应USB中断进行USB通信等, 其中对于心电数据的处理, 由于计算量大, 占用内存多等特点, 采用汇编语言编程。软件流程图如图4所示。
2.2 提升小波变换
第一代小波变换是在欧式空间内通过基底的平移和伸缩构造小波基的, 不适合非欧式空间的应用。因此提升小波变换应运而生。提升方案是把第一代小波变换过程分为三个阶段: (1) 分解, 将输入信号s (i) 分为2个较小的子集s (i-1) 和d (i-1) ; (2) 预测, 在原始数据想关心的基础上用偶序列的预测值P (s (i-1) ) 去预测技术序列d (i-1) ; (3) 更新, 利用预测值对原值进行更新[3]。
提升小波变换是小波变换在空间域的完全解释, 它具有许多优良的特性:结构简单、运算量低、原位运算、节省存储空间等特点, 因此便于在高速处理的硬件设备上实现。
2.3 心电信号的预处理
心电信号在采集的过程中, 受到很多因素的干扰。在前面的模拟前端中, 虽然滤除了心电信号频带以外的大部分信号, 但频带内干扰依然存在, 如肌电干扰和工频干扰等, 为了降低系统的功耗, 提高系统的便携性, 设计中没有采用专门的硬件滤波电路, 而是利用DSP芯片在信号处理方面的优势, 采用上述的提升小波变换方法进行滤波。
3 结果
系统实物图如图5所示, 印制电路板设计时, 为了进一步减小电路板的尺寸, 优化元件布局布线, 同时也兼顾系统的成本, 采用了四层印制电路板的设计方案, 板子的实际尺寸为 (13×7) cm2。系统采用电压为1.5 V的2节单电池供电, 可连续工作20 h, 待机时间为1周左右。大容量闪存芯片可无压缩存储2 h以上的心电数据。
实际采集的心电信号如图6所示。即可以同步显示12导联信号, 也可以单独显示。
4 总结
本文采用了TI公司的ADS1298作为心电信号的模拟采集前端, 利用DSP芯片TMS320C5515实现数字滤波, 既提高了系统的性能同时也减小了系统的面积, 降低了系统的功耗, 提高了系统的便携性。
系统可同步采集和显示12导联心电信号, 连续无压缩存储2 h的心电数据, 同时系统采用电池供电, 可连续工作20 h, 待机时间1周左右, 方便用户随时随地记录和存储心电信号。也可以通过USB接口将存储的心电数据传送至上位机进行离线的分析。医务工作者可利用该设备在门诊或查房时观察和记录病人的心电信号, 而不用病人专门去心电图室检查。患者也可以在日常生活和旅途中记录和存储自己的心电信号。由于存储的心电信号, 可以通过USB传送至上位机, 通过网络发送给医生, 使得患者在家中也可以随访。
摘要：设计了一种基于数字信号处理器TMS320C5515和模拟采集前端ADS1298的便携式低功耗12导联数字心电图机。心电信号由模拟前端采集后送入TMS320C5515进行预处理并通过液晶模块实时显示。同时系统配置了大容量闪存芯片, 可以长时间无压缩存储心电数据, 也可以通过USB接口将心电数据传送至上位机, 进行信号的离线分析和诊断。系统体积小, 功耗低, 精度高。
关键词：数字心电图机,便携,低功耗,TMS320C5515,ADS1298
参考文献
[1]陈鎏, 张海南, 王登科.基于DSP的心电信号检测系统[J].电子测量技术, 2007, 30 (8) :99-102.
[2]魏厚杰, 金安.ADS1298模拟前端的便携式生理信号采集系统[J].单片机与嵌入式系统应用, 2012, 12 (2) :36-39.
[3]姚成.心电信号智能分析关键技术研究[D].吉林大学, 2012.
[4]代少升.TMS320C55X DSP原理及应用[M].北京:高等教育出版社, 2010.
数字心电图 篇4
1 系统的设计与实现
系统的总体设计应达到如下目标:实现心电信息采集的全数字化;数字心电信息的网络集中存储;可脱离网络随时采集心电图;可将采集的图通过有线或无线在任何一个终端传输到网络;可以指定在网络的任何一个终端写心电报告;可以在任何一个终端浏览心电图文报告;优化医院心电检查流程,更贴近临床应用。
该系统主要包括两大部分:一是便携式数字心电采集放大器;二是心电网络管理系统。数字心电采集放大器部分采用USB直接供电的工作模式,内置U盘,和计算机连接后,U盘软件自启动即可进行心电信号采集。
心电网络管理系统有以下部分组成:预约台,采集工作站,报告工作站,Web浏览,服务器。
1.1 Cable硬件系统总体设计
为了满足高性能、低功耗的设计要求,该系统采用了16位单片机——微处理器作为整个系统的控制核心,并配备高精度ADC和单电源CMOS仪表放大器来实现心电信号的采集。开发环境采用IAR Embedded Workbench。
Cable心电放大器系统的整体结构如图1所示。心电信号由电极或导联线从人体采集,经放大、滤波、A/D转换处理后进入单片机,并通过USB口上传到计算机上。对于心电信号的检测及采集,Cable心电放大器所需检测的心电信号幅值在0.05~4 m V。而检测中存在的主要干扰信号有电极板与人之间的极化电压、50 Hz工频干扰、仪器内部噪声和仪器周围电磁场的干扰等。而心电信号中50 Hz工频干扰可以利用自适应模板法消除。
Cable心电放大器及信号处理如图2所示。心电信号经电极或导联线采集后,先要进行电压放大。系统中,采用微功耗仪表放大器芯片作为心电信号的放大器,同时辅以RC滤波器,这样就能滤除极化电压信号得到心电信号。
为了保证采样定理的要求和保证转换速率采用高精度24位delta-sigma(ΔΣ)ADC。该ADC高达40 k Hz的采样速率完全能够满足采样率fs=500 Hz的要求。
1.1.1 微处理器系统
基于功能、价格、功耗以及Cable心电放大器设计的实际需要等几个方面的考虑,本系统选用具有超低功耗微处理器、超低功耗Flash型16位RISC指令集单片机作为系统的控制核心。它是一款性价比极高的单片机,利用它作心电信号的采集与处理,不仅极大地简化了系统的硬件电路,还大大提高了系统的性价比。
微处理器包含了16 KB Flash和512 B RAM,还带有以下几种外设:基本时钟系统、看门狗定时器/通用目的定时器、带3个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器Timer_A、带3个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器Timer_B3、I/O端口1~6(每一个有8个I/O,其中端口1和2均具有中断功能)、比较器_A、12位A/D转换器ADC12、通用串行同步/异步接口USART0。
由于内置了功耗极低的快速闪存,微处理器在待机模式下所消耗的电能还少于电池未使用时的自然损耗。除此之外,它可在6 ms之内从待机模式立刻转回到完全工作模式,因为在启动过程中器件不会浪费任何时间,从而可延长电池的寿命。在正常的工作状态下,如果工作电压为2.2 V,器件每个MIP所消耗的电流只有250μA。
微处理器有片内Flash ROM,给用户的开发调试带来极大的方便。目前的开发环境大都采用Windows Workbench软件以及与之配套的开发套件,可实现程序的下载、更新、运行和调试。由PC环境下的JTAG控制实现Flash的编程,由片内仿真逻辑控制的全速调试可设3个断点。用户在自己的目标板上引出JTAG引线到调试装置便可实现程序的下载与调试。
微处理器的基本时钟系统包括1个片内DCO和2个晶体振荡器,可以产生3种系统适用的时钟信号:ACLK、MCLK和SMCLK。其中,主系统时钟MCLK用于CPU和系统,辅助时钟ACLK和子系统时钟SMCLK用于外围模块。可以通过对不同模块操作模式和CPU状态的智能化管理,使得微处理器的工作方式可以适应多种超低电压和超低功耗的需求,即使在中断处理期间也一样,一个中断事件可以把系统从各种低功耗方式唤醒并且通过RETI指令返回到中断以前的工作状态。
1.1.2 接口部分
该系统采用USB桥接芯片,心电信号通过USB口桥接芯片上传到计算机。
1.1.3 U盘部分
该系统自带64 MB的U盘,内存心电分析软件。该软件无需安装,和计算机连接后,心电软件即可自动运行。
2 心电网络管理系统的研发
2.1 系统的开发环境和开发工具。
软件开发环境:Windows 2000/XP,Microsoft SQL Server。
软件开发工具:Visual Basic,Visual C#,Visual C++,Embedded Visual C++。
系统组成:预约台,采集工作站,数字心电放大器Cable,报告工作站,Web浏览,服务器(如图3所示)。
2.2 系统主要模块及主要功能
网络化数字心电信息系统的数据流程如图4所示。
2.2.1 采集模块
全数字化采集与存储模块。将采集到的数字心电信号转换为XML文件格式,压缩加密后存储在U盘中,再通过标准USB接口与计算机连接,将心电信息上传到网络中的服务器上。软件内置在U盘中,无需安装,即插即用,能够同时完成以下功能:用户登录;下载患者信息;采集心电图;发送心电图数据到服务器。
2.2.2 报告模块
应用于心电图室,可以在网络任何一台计算机(可以通过权限设定来确定)集中处理各心电采集工作站或采集终端发送回来的心电图,具有强大的心电图分析、测量功能,并发出图文一体化的报告。一台心电报告工作站可集中处理多台心电检查仪发送的病历,实现集中式的报告处理。
主要流程为:用户登录;查询病历;下载心电图数据;分析心电图;编写心电图特征及结论;保存心电图分析数据、心电图特征及诊断结论;打印心电图报告;上传心电图分析数据、心电图特征及诊断结论到服务器。
2.2.3 Web浏览模块
基于Web技术设计,应用于各临床科室。实现临床科室快速调阅查看心电图报告与波形。对于心电图室发出的报告,临床医生直接在办公室或护士站电脑上即可实时浏览。无需安装安用软件,院内任意一台联入网络的计算机即可浏览。同时,临床Web浏览系统还支持在线波形分析、处理、测量与报告功能。
主要流程为:用户登录;查询检索病历;浏览心电图;浏览心电图分析数据、特征及报告;打印心电图报告。
2.2.4 服务器模块
长期存储数字心电检查数据,提供临床浏览系统,提供所有心电数据的网络发布。与医院的HIS连接,实现全院的浏览。可随时检索、回放统计满足医生连续分析对比,可以将以往患者的图文报告任意调阅进行对比、分析打印。
主要流程为:院内HIS病历信息接收;报告回传HIS;接收心电图数据;接收心电图数据分析结果及诊断;数据存储;Web服务。
2.3 图形的存储和调用原理和方式
本系统基于TCP/IP协议,集中存储,客户端通过局域网或广域网从服务器上传下载数据。
2.4 网络化的实现原理和路线
通过互联网、VNP、GPRS、CDMA、电话线实现数字化十二导心电图远程诊断的网络系统。每一种方式都基于数字化传输技术,传输过程无信号损失。传输过程中采用数字加密技术,保证医疗资料的安全性。对于医生的操作没有区别,只需点击发送,就可将心电图发送至上级医院的心电图室。
2.5 心电网络管理系统关键技术
2.5.1 系统平台的网络化功能
XML序列化:系统将多幅心电图像与大量信息序列化为二进制的形式保存到XML文件中,将XML文件提交给服务器后,服务器进行反序列化由此增强了文件保密性。这种文件通常不超过100 KB,无线网络传输效率较高,所以能够实现在网络任一台终端进行心电信息采集并上传,同时也能够实现在网络任一台终端浏览心电结果和报告的录入打印,实现网络内会诊。
2.5.2 远程Web Service服务
包括应用程序集成,跨防火墙途径;客户端只要能上IE浏览器即可浏览。
2.5.3 分析特点
可记录多个心拍的心拍值,实现通过Web浏览器直接从服务器调取信息,不产生临时文件。
除上述功能外,系统还支持多语言版本。
3 系统的主要技术特点
(1)采用16位单片机微处理器作为整个系统的控制核心,并配备高精度ADC和单电源CMOS仪表放大器来实现心电信号的采集。同时,内置信号采集、存储与数据转换等心电软件功能。
(2)心电采集设备小型化与微型化,设备尺寸8 cm×6 cm×2 cm,满足掌上应用,携带使用方便,为实现床头心电检查和野战条件下的心电采集提供了硬件基础。
(3)心电采集设备内置U盘和标准的USB接口,使采集系统能够先将采集信息存储在系统中。再通过USB接口灵活地与网络上任一台计算机、笔记本等设备连接,无需安装任何驱动程序即插即用,实现在任何一台计算机上进行采集和传输,具有良好的通用性,为用户提供了强大的功能。
(4)系统平台的网络化功能支持802.11、CDMA、GPRS等无线网络传输协议。本系统将心电信息序列化为二进制的形式保存到XML文件中,这种文件通常不超过100 KB,网络传输效率极高,解决了心电信息的无线传输和移动采集,为实现临床床头心电检查和野战条件下心电采集提供了网络基础。通过加密保证,网络传输时的保密性,所以能够实现在网络任一台终端进行心电信息采集并上传,同时也能够实现在网络任一台终端浏览心电结果和报告的录入打印,实现远程专家会诊。
(5)远程Web Service服务。
(6)辅助心电测量与分析功能。自动进行心电测量,替代了手工测量,提高了准确性,并识别出特征心电波形,并给出特征波形的报告助手提示,为临床诊断提供了智能化的诊断工具。
(7)利用数据库技术,实现患者基本信息和心电图信息的数字化保存,能够实时调阅并进行历史对比。
(8)实现网络化管理。通过权限控制可在任何一台计算机上进行网上申请、网上报告、网上浏览、网上调阅、网上会诊。
(9)实现图文一体化报告与打印模式,提高了工作效率,也降低了心电检查的成本。
通过这种普通科室便携采集、无线网络传输、专科诊断网络报告的方式,不仅提高了诊断的效率和质量,也减轻了临床和心电图室工作人员的负担。系统在满足临床需要的同时,其小型化的采集终端和无线网络的结合,为野战条件下心电信息的采集提供了有力工具。其数字化心电图可以实现网络实时传输,为解决野战医疗所等基层医疗单位的疑难心电图及时诊断提供了一条有效的途径。
摘要：目的:实现心电信息数字化采集、心电信息应用网络化存储以及心电信息数据的无线传输。方法:采用16位微处理器、ADC和单电源CMOS仪表放大器来实现心电信号采集。开发环境采用IAR Embedded Workbench,支持802.11、CDMA、GPRS等无线网络协议,将心电信息序列化为二进制的形式保存到XML文件中。结果:达到了网络传输效率高、无线传输、移动采集的目的。结论:实现了心电诊断的数字化、网络化,同时便携采集和无线网络功能为床头、野战及野外条件下心电采集提供了有效的途径。
关键词：数字心电图,网络化,无线传输
参考文献
[1]方租祥.欲善其事先利其器:数字心电图面临的问题与评价[J].临床心电学杂志,2007,16(2):81-83.
