专利名称：一种心电脉搏信号监测预警系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及嵌入式微电子开发技术，尤其涉及一种嵌入式心电脉搏监测系统 的装置。
背景技术：
现有的动态心电图(背盒子)可以记录病人24小时的心电图资料，是临床分析病 情.确立诊断.判断疗效重要的客观依据。现有的脉搏监测系统可以实时采集病人的脉搏 波数据，进行初步的疾病分析与预警。但是有两个不足之处在于1 分析装置孤立，不能实 现生理数据的联合分析。单一的脉搏波往往不能提供足够的信息来监测病人的生理情况和 疾病辨识。2 分析装置比较简单，不易实现智能诊断模型库的移植和复杂的辨识算法。ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据率、低成本的无线传感器 网络技术，结合现有的无线ECG Holter监视器，和佩戴式脉搏传感器。还有针对脉搏波和 ECG的数据挖掘和信息融合的病理分析方法和临床数据库建立的智能诊断模型。本实用新 型提出一种移动个人医疗救护终端的解决方案。在对患有潜在的突发性恶性疾病的人群 中，可以使病人在离开医院后继续得到全天候的监护。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种心电脉搏信号监测预警系 统设计。本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的一种心电脉搏信号监测预警系 统，它包括生理信号的采集模块和生理信号的后续处理模块。其中，所述生理信号的采集模 块包括无线ECG Holter监视器、佩戴式脉搏传感器和两个ZigBee无线发送模块，无线ECG Holter监视器和佩戴式脉搏传感器分别与两个ZigBee无线发送模块相连。所述生理信号 的后续处理模块包括ZigBee无线接收模块、DSP小系统和GSM收发模块。ZigBee无线接收 模块、DSP小系统和GSM收发模块依次相连。本实用新型的有益效果是本实用新型嵌入式心电脉搏信号监测预警系统整合现 有的无线DCG传感器，和佩戴式脉搏传感器，利用ZigBee通信协议建立无线传感器网络。将 心电，脉搏波等生理信号通过无线收发模块传输到DSP处理器中，采用数据挖掘和信息融 合的分析方法，参考临床数据库建立的智能诊断模型，得到个人医护建议，再通过搭载通信 控制器和GSM收发模块，可以将重要的医疗数据实时传输给医疗监护站，医疗站可以迅速 施行相关救护措施。
图1是总系统功能模块连接图；图2是脉搏传感器结构图；图3是生理信号后续处理模块连接图；[0010]图4是DSP小系统结构图；图5是通信控制器结构图。
具体实施方式
本实用新型的装置包括两大功能模块(见图1) :1、生理信号的采集模块，2、生理 信号的后续处理模块。生理信号的采集模块包括无线ECG Holter监视器、佩戴式脉搏传感 器(Pulse Sencer)和两个ZigBee无线发送模块；生理信号的后续处理模块包括ZigBee无 线接收模块、DSP小系统和GSM收发模块。本实用新型的硬件设计中将两大功能模块分开， 主要是考虑到功耗和便携性的要求。信号采集模块完成信号的采集和预处理，及无线射频 发送功能。信号的后续处理模块完成生理信号的智能分析，诊断，预警及地理定位等功能。本实用新型中的动态无线心电信号监视器(ECG Holter)通过SPI接口与ZigBee 无线发送模块连接，佩戴式脉搏传感器通过SPI接口与另一块ZigBee无线发送模块连接。如图3所示，生理信号的后续处理模块还包括一通信控制器，ZigBee无线接收模 块通过SPI总线与DSP小系统相连，DSP小系统通过串口线RS232与通信控制器相连，通信 控制器通过串口线RS485与GSM收发模块连接。无线动态心电图ECG Holter 可以采用ADI公司的无线ECG Holter监视器，ECG Holter监视器采用12位精密模拟微控制器ADuC7022，高性能ISM频段FSK/ASK收发器 ADF7022，低成本仪表放大器AD623，微功耗精密CMOS运算放大器AD8500和低功耗JFET放 大器AD8641等器件。通过其SPI接口与ZigBee无线传输模块进行数据通信。佩戴式脉搏传感器可以采用PVDF压电膜脉搏传感器检测人体脉搏信号，以 基于无线传感器网络的ZigBee射频芯片CC2430作为脉搏信号采集与无线传输模块，以 BlackFin533处理器为核心，通过其SPI接口与ZigBee无线传输模块进行数据通信。ZigBee无线传输模块在本实用新型中，所使用的通信标准为802. 15. 4/ZigBee 标准。该设计采用CC2430芯片.该芯片符合IEEE802. 15. 4标准要求.可确保短距离通信 的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250KB/S，可以实 现多点对多点的快速组网。CC2430为IEEE802. 15. 4的数据帧格式提供了硬件支持，处理后 的数字信号通过CC2430自身携带的ZigBee无线通讯单元实现了信号的无线传输。DSP小系统(如图4)，本实用新型采用Tl的DSP芯片TMS320F28335@150MHz，它具 有x28x+FPU内核，支持IEEE 32-位浮点计算，方便各种复杂控制算法。其片上有1个12-位 A/D转换器，其前端为2个8选1多路切换器和2路同时采样/保持器，构成16个模拟输入 通道，模拟通道的切换由硬件自动控制，并将各模拟通道的转换结果顺序存入16个结果寄 存器中。包括DSP应用板，和外围辅助电路。DSP小系统的电源采用DC 5V和TLVl 117-3. 3 及TLV1117-ADJ稳压芯片提供3. 3V与1. 6V两种电压，并用JTAG 口硬件仿真并下载程序， SDRAM用于动态存储采集到的数据，FLASH保存DSP运行程序，待复位后重新载入DSP内部 RAM中运行，CPLD负责外围器件的选择控制。DSP通过16根数据总线和14根地址总线通 过CPLD与SDRAM、FLASH、串口进行通信。通信控制器(图5)主要由PSoC控制器模块、电源模块、UART模块等组成。PSoC 器件提供了快速的嵌入式混合信号解决方案，具有可重配置性和动态可重构性等应用特 点。使用模拟模块或者数字模块能实现多种可重配置的模拟器件、数字器件或模数混合器件。而且PSoC相关资源的配置信息是由寄存器保存的，所以可以在系统动态运行时进行重 建或者修改，即所谓的动态可重构。本系统选用了应用比较广泛的CY8C29466，其控制器模 块主要由四部分组成，即PSoC内核、数字系统、模拟系统和系统资源。GSM收发模块本实用新型采用的GSM收发模块为ZOGLAB公司研制的MC35TS模 块，MC35TS是一款基于SMS短信平台的GSM/GPRS平台终端产品，所采用的MC35TS模块的核 心为西门子MC39i，它是新一代GSM/GPRS模块，设计小巧、功耗低，与MC35i完全兼容，并为 用户提供了简单、内嵌式的无线GPRS连接，通过ZIF接口(特殊电缆连接口)可以很方便 的建立模块和应用设备间的联系，被广泛地应用于企业短信广告、短信通知、查询与监控、 GPRS上网等领域。MC39i模块内部构造如6所示MC39i主要由基带处理器、射频模块、网络监测、电 源供应模块ASIC、存储器和应用接口等功能模块组成。其中，GSM基带处理器是整个模块的 核心，主要负责模块内的各种信号间的传输、放大、转换等处理过程，它由ASIC供电，并且 由一个运行频率为26MHz的GSM控制器与频率为78MHz的DSP处理器内核组成。射频模块 主要由一个实时收发器，一个RF电源放大器，RF高频端和天线组成。MC39i模块需要一个 大小为VBATT+ = 3. 3V 4. 8V的外部电源供电，并且经由ASIC模块为基带处理器、RF模 块等主要的功能模块供电。存储器主要用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息。MC39i模块需配合其它电路模块才能正常工作，它一般是通过ZIF接口或者 FFC(柔性扁平电缆)接口与蜂窝应用平台相连接。而且该接口作为MC39i模块的主接口， 包含了电源地，串行接口，两个音频接口以及SIM卡接口等子接口。生理信号的采集模块中有两路采集信号，一路是DCG传感器测量的心电信号；一 路是佩戴式脉搏传感器采集到的脉搏信号。两路信号经过调理电路的预处理之后，通过A/D 转换，接入植入预处理算法的芯片中，分别是ADI公司的BlaCkFin533和ADuC7022处理器。 预处理之后的信号通过SPI接口与无线传输模块进行数据通信，通过基于无线传感器网络 的ZigBee射频芯片CC2430完成脉搏信号与DCG心电信号的无线传输。在生理信号的后续 处理模块中，采用ZigBee射频芯片CC2430完成信号的接收，通过SPI 口与DSP应用板上的 GPIO管脚相连，用于接收无线射频信号，进行生理信号的融合处理与疾病辨识。在DSP小系统中DSP作为数据处理小系统的核心，接受ZigBee无线传输模块发 送的信号，通过F28335的外部存储器接口 XINTF可以外扩2Mxl6位的SARAM，可以连接片上 DMA控制器。在数据采集时，把需要实时处理的数据通过数组滚动的方式存储在片上SDRAM 中，同时通过DMA控制器将需要存储的数据传输到外扩SARAM中去。这样可以保证CPU读 取数据的速度又满足了大存储容量的需要。调用预先植入的标准病理库模型和智能诊断算 法来进行诊断，这里可以得到同步的心电信号和脉搏波数据并进行融合分析，来消除外界 的干扰，得到较为可信的分析诊断结果。此处理过程结束后，DSP处理器通过串口发送处理 结果给通信控制器。通信控制器通过RS485总线与DSP小系统相连接，构成主从通信系统，并且通过 RS232总线与GSM收发器相连接。把DSP处理结果送到GSM收发模块中去。如果监测到异常的生理信号，经过预先植入的智能诊断算法确认后，通过GSM收 发模块向医疗中心或监护站发出预警消息。最后，考虑到未来物联网的普及，很多智能手机 可以通过内置ZigBee射频芯片来加入物联网，成为无线传感网的控制器终端。并且能将无线传感网的信息通过GPRS或3G网络实时传输给需要的用户。所以本实用新型的预警系统 有很强的扩展功能，和医院联手就能实现远程医疗救护的功能。
权利要求一种心电脉搏信号监测预警系统，其特征在于，它包括生理信号的采集模块和生理信号的后续处理模块；其中，所述生理信号的采集模块包括无线ECGHolter监视器、佩戴式脉搏传感器和两个ZigBee无线发送模块，无线ECG Holter监视器和佩戴式脉搏传感器分别与两个ZigBee无线发送模块相连；所述生理信号的后续处理模块包括ZigBee无线接收模块、DSP小系统和GSM收发模块，ZigBee无线接收模块、DSP小系统和GSM收发模块依次相连。
2.根据权利要求1所述心电脉搏信号监测预警系统，其特征在于，所述生理信号的后 续处理模块还包括一个通信控制器，所述通信控制器串接在DSP小系统和GSM收发模块之 间。
专利摘要本实用新型公开了一种心电脉搏信号监测预警系统，通过ZigBee无线传感器网络技术，整合现有的无线ECG Holter监视器，和佩戴式脉搏传感器。搭建嵌入式心电脉搏信号监测预警系统，该系统包括生理信号的采集模块和生理信号的后续处理模块。得到同步的心电信号和脉搏波数据并进行融合分析处理，来消除外界的干扰，得到较为可信的分析诊断结果。利用DSP大数据吞吐量和快速运算能力，将心电，脉搏波等生理信号通过无线收发模块传输到DSP处理器中，采用数据挖掘和信息融合的分析方法，参考临床数据库建立的智能诊断模型，得到个人医护建议，再通过搭载通信控制器和GSM收发模块，可以将重要的医疗数据实时传输给医疗监护站，医疗站可以迅速施行相关救护措施。
文档编号A61B5/02GK201641985SQ201020150579
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者孟濬, 王磊, 陈啸, 黄小静, 黄德样 申请人:浙江大学