便携式心率监测仪文献综述

1、文献综述一、目的和意义便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。未来，还将有众多能显著改善医疗效果的创新型医疗应用产品。多年来，心率检测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号， 已成为临床诊断的重要依据。目 前，检测心率的仪器虽然很多，但是体积大，功耗大，不易于携带。 有些医院使用的各种心率监测仪器抗干扰性差，开发成本高，价格昂贵，即便用于心率信号采集的传感器也价格不菲。如果心率监测的仪器能够做到体积小，制作成本和销售价格低、操作简单，能被普通家 庭患者接受，这无疑为临床诊断和个人保健使用提供了方便。因此， 设计一种成本低廉，可随身携带，

2、可长时间记录，显示和存储心率值， 可与微机通讯并具有较强抗干扰能力的心率检测仪是十分必要的。基于此，本文探究研发了一种体积小，操作简单，适合家庭和社区医疗 保健使用的便携式心率检测仪。二、国内外现状心电监护(ECG Telemonitor)的历史，可以追溯到上世纪初。1903 年，“心电图之父”荷兰教授Einthoven通过1500米的电缆线，记录了 世界上第一份完整人体心电图，这在后来被广泛认为是心电监护的雏 形。其后数十年间，伴随冠心病等心血管疾病的大肆流行，心电采集 和监测技术得以迅猛发展。最早，医务人员对ECG的监测和需求，是 从危重病人抢救开始的。1933年 Hooker首次进行实验

3、动物心脏复苏， 通过密切观察心脏跳动状况，来总结和判断病人的危重抢救效果。1943年Claude Beel首次在手术室内实施 电除颤，开始ECG的监测和临 床应用。1952年Zoll首次推出心脏起搏术，通过对心脏功能未完全恢 复的病人进行起搏、监护，使病人得以康复。1956年体外除颤仪问世， 提高了危重病人抢救的存活率。I960年Kauwe nhoven®道胸外心脏按 摩有效，心脏复苏技术日渐成熟。1960年研发的持续床边ECG监测仪, 能够适时不断地监护病人的ECG状况，使得心脏病人及危重病人得以 密切和连续的被观察，同时帮助医务人员能对病人的心电情况做出连 续的分析和判断。20世

4、纪中晚期，动态心电图（Holter）、床旁心电监 护仪先后发明并在临床得到应用。同期，使用远程通信技术、全息影 像技术、新电子技术和计算机多媒体技术、网络技术的远程医疗（TeleMedic ine）日益兴起和成熟，心电远程监护获得了长久发展和 广泛应用。20世纪6080年代，基于电话传输的心电监护技术 （TTM） 在国外得到应用和普及，并取得了良好的效果。TTM技术的原理是将 实时采集的心电信息转变为声音，通过电话传至医院接收机，再将声 音谐调为心电信号，用心电图机描记，医生通过电话给予患者诊断和 治疗国内的医用心电监测仪虽然相比国外起步较晚，但经过多年的 研究发展也取得了相当可观的成果。福州

5、大学电气工程学院的陈颖 昭、高跃明等人设计了一种一种基于STM32的便携式家用心电检测 仪。心电电极采集体表单导联心电信号， 经预处理电路对心电信号进 行放大、滤波和电平抬升后，送至STM32中进行模/数转换和数字处理，在液晶屏上实时显示心电波形、心率和分析结果。实验表明，该 心电仪能有效提取心电信号的特征点， 准确测得心率，分析出4种常 见心率失常症状，并可测得HRV的时域参数。该心电检测仪以意法半 导体公司的STM32作为控制核心， 系统硬件电路由预处理模块和核 心处理器模块组成，能准确提取人体体表的心电信号。在程序设计上采用了模块化方法，实现了良好的移植性， 可实现对心电信号动态显示并进

6、行数据分析。福建三明学院的饶连周设计了一种基于单片机的语音心率检测 仪，该语音心率检测仪是通过红外光电传感器采集手指动脉波信号，经过放大和整形处理，经可调分频器后送入单片机进行计算，快速 地转换为一分钟心率，并将结果予以LCD显示，同时有语音播报心 率以及警报功能。该语音心率检测仪选用选用性价比较高的ATME公司生产的AT89C2051单片机来控制电路。该设计充分利用 AT89C2051 单片机资源，整机具有高精度、低成本、低功耗、使用方便、易于大 批量生产的特点，是一种便携式语音心率实时监测仪，特别适合于日 常检测之用。长春理工大学的赵春华、庞春颖、宁春玉设计了一种基于CPLD的 心率检测仪

7、。由心电电极采集到的心电信号经过预处理和模 /数转换， 送给CPL进行数据存储及处理，实现实时检测与显示心率参数、自动 报警等功能。系统在MAX+PLUS环境下采用自顶向下的设计方法，应 用VHD语言编程实现。该设计实现了一个基于CPL的心率检测仪系统, 能十分方便地测算出实时心率，为人们的心血管健康提供了参考信 息。该系统在EPM7128SLC84-1目标芯片可以优化及扩展测量其他的 生理参数,有较好的应用价值。南华大学核科学技术学院颜拥军、 赖伟、杨彬设计了一种基于人 体脉搏信号特征的数字化人体模型心率检测仪该仪器采用反射式 红外传感器获取脉搏信号，以UPSD323单片机为主控芯片，对红外

8、信 号进行A /D转换，采样数据经低通滤波，数字微分后，选择适于脉 搏微分波形的模板进行匹配滤波处理，实现了对脉搏波的检测，并 使用了一种中值算法来提取有效的脉搏时间间隔，从而获得精确的 心率值。他们所设计的反射式红外心率检测仪主要采用了匹配滤波等 数字信号处理方法得到心率数据，将微电子技术与生物医学工程技 术紧密地结合在一起。目前，该设计已成功应用于健身产品跑步机中 具有一定的创新性和实际应用价值，并且有良好的市场推广价值。重庆大学自动化学院的李晓凤硕士设计了一种基于“电子皮肤” 的便携式心电监护系统。这是一种非接触式心电、呼吸信号采集系统， 该系统包括传感器电路和读取电路两部分。 首先，根

9、据心电偶极子等 效模型，设计了新型电极，将作用电极、相关电极和地电极整合在一 起，消除电极导线。然后，提出了一种新的心电非接触测量方法，设 计一种特殊的LC振荡式传感器电路，利用变容二极管、电感线圈分 别作为心电、呼吸信号的传感器件，该传感器电路具有仪表放大电路 的特点，对共模信号有抑制作用，对差模信号有放大的作用。然后利 用“电子皮肤”技术将新型电极、传感器电路整合在一起，形成一种 类似皮肤的薄膜片，受大气压力而黏贴在人皮肤上，不需传统的固定。 最后，使用HFSS软件设计了高Q值耦合线圈。将检测到的电生理信 号通过谐振耦合线圈无线传输至读取电路。 读取电路把接收到的调制 信号通过相位检测的方

10、式解调出来，并通过后续滤波等方法实现心电 和呼吸波信号的分离。便携式接收装置通过GPRS模块将信号远程传 输到信息处理平台，通过相关的算法，实现对心电、呼吸信号的长期、 实时监测。杭州电子科技大学电子信息学院的张亚君、余永纪、洪明设计的便携式心电监测仪是一种能实时处理、处理速度快的心电检测仪，它以基于ARM Cortex-M3内核的单片机为核心，以大容量SD卡作为存储 媒介,并实现人机交互、波形回放、心律失常分析及病情报警功能。 系统采取实时的QR波检测算法，并嵌入文件系统将心电数据以文本 的形式存储，提高了数据的可读性和移植性。合肥工业大学自动化学院的温全硕士设计了一种具有 USB! 口的

11、便携式心电监护仪，文中对基于高性能嵌入式微处理器的便携式动态 心电监护仪及其对心电的分析处理进行了深入研究：根据心电信号特征，设计性能优良的心电数据采集模块；选用高性能、低功耗的微处 理器C805仆32设计中央处理模块，对采集的心电信号进行分析处理， 同时使用液晶显示心电波形；通过对心电波形特征和常用心电分析处 理算法的对比分析和研究，设计适用于本嵌入式系统的实时心电分析 处理算法；采用现今流行的US接口技术，实现对心电数据的存储和 传输。三、总结心电监护仪目前作为医院中常规医疗设备，由于适应范围广泛、 操作简便、易于观测记录，在临床应用中越来越受到重视，需求量不 断增长。随着现代医疗技术和相

12、关学科的不断发展，医心电用监护仪已经成为医用电子仪器中不可缺少的一大类仪器，在医院中起着越来 越多的重要的作用。科学技术的发展，也推动和促进了现代医学监护 技术的发展，为现代医学监护仪的发展提供了广阔空间。随着人们生活水平的提高、生活节奏的加快，心血管疾病的发病 率迅速上升，已成为威胁人类身体健康的主要因素之一。 而心电图则 是治疗此类疾病的主要依据，具有诊断可靠，方法简便，对病人无损 害的优点，在现代医学中，变得越来越重要。常规心电图是病人在静 卧情况下由心电图仪记录的心电活动，只能获取少量有关心脏状态的 信息，所以在有限时间内即使发生心率失常， 被发现的概率也是很低 的。因此有必要通过相应

13、的监护装置对患者进行长时间的实时监护， 记录患者的心电数据。又由于心脏病的发生具有突发性的特点， 患者 不可能长时间地静卧在医院，但又需实时得到医护人员的监护， 所以 研发相应的便携式心率检测仪就显得更加重要。参考文献：【1】：基于STM32的便携式家用心电检测仪的设计陈颖昭，高 跃明，甘振华，李仁贵，李秀翔，杜民；电子技术应用2013年第39卷第9期【2】：基于单片机的语音心率检测仪的设计饶连周；三明学院 学报；2005年12月第22卷第4期【3】：基于CPLD的心率检测仪的设计赵春华 庞春颖 宁春玉；数字技术与应用2012年10期【4】：数字化人体心率检测仪的设计颜拥军，赖伟，杨彬；南 华

14、大学学报2010年 9月第24卷第3期【5】：基于“电子皮肤”的便携式心电 监护系统关键技术李晓 凤庆大学硕士学位论文014年4月【6】：一种便携式心电监测仪的设计张亚君,余永纪,洪明；电子器件2010年2月33卷第1期【7】：具有USB! 口的便携式心电监护仪设计温全 肥工业大学 硕士学位论文2009年4月16日【8】：对心率检测仪功能设计的思考郑敏江苏计量测试论文集2009年 1月【9:基于单片机设计的心率检测仪郑开明电脑知识与技术；2012年 2月6日第8期第6期【10:一种基于ARM的便携式心率监测仪的设计郑诚，余珊南， 祝永华，徐进；微型机与应用2014年第33卷第5期【11：便携式

15、心电信号分析检测仪刘媛；河北工业大学硕士学位论文2010年2月【12：便携式心电监护仪的硬件设计程楠；武汉理工大学硕士学位论文2009年4月【13:低功耗心率检测仪设计杨越，汪丰；电子产品世界2014年12期【14】：Analysis of ECG signal for Detection of Cardiac Arrhythmias;Departme nt of Electro nics and Communi catio n Engin eeri ng Nati onalIn stitute Of Tech no logy, Rourkela Orissa 769 008, INDIA 2011【15】：A New Heart Arrhythmia ' s DetectAigorithmFarid Rezazadeh Departme nt of Computer Engin eeri ng, Faculty ofEngin eeri ng, Seyed Amin Hosse ini Seno, Computer Network