專利名稱：嵌入式心電脈搏信號監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式微電子開發(fā)技術(shù)，尤其涉及一種嵌入式心電脈搏監(jiān)測系統(tǒng)的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的動態(tài)心電圖(背盒子)可以記錄病人24小時的心電圖資料，是臨床分析病情.確立診斷.判斷療效重要的客觀依據(jù)?，F(xiàn)有的脈搏監(jiān)測系統(tǒng)可以實時采集病人的脈搏 波數(shù)據(jù)，進(jìn)行初步的疾病分析與預(yù)警。但是有兩個不足之處在于1 分析裝置孤立，不能實 現(xiàn)生理數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析。單一的脈搏波往往不能提供足夠的信息來監(jiān)測病人的生理情況和 疾病辨識。2 分析裝置比較簡單，不易實現(xiàn)智能診斷模型庫的移植和復(fù)雜的辨識算法。ZigBee是一種新興的短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)率、低成本的無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)有的無線ECG Holter監(jiān)視器，和佩戴式脈搏傳感器。還有針對脈搏波和 ECG的數(shù)據(jù)挖掘和信息融合的病理分析方法和臨床數(shù)據(jù)庫建立的智能診斷模型。本發(fā)明提 出一種移動個人醫(yī)療救護(hù)終端的解決方案。在對患有潛在的突發(fā)性惡性疾病的人群中，可 以使病人在離開醫(yī)院后繼續(xù)得到全天候的監(jiān)護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種嵌入式心電脈搏信號監(jiān)測預(yù)警 系統(tǒng)設(shè)計。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種嵌入式心電脈搏信號監(jiān)測預(yù)警 系統(tǒng)，它包括生理信號的采集模塊和生理信號的后續(xù)處理模塊。其中，所述生理信號的采集 模塊包括無線ECG Holter監(jiān)視器、佩戴式脈搏傳感器和兩個ZigBee無線發(fā)送模塊，無線 ECG Holter監(jiān)視器和佩戴式脈搏傳感器分別與兩個ZigBee無線發(fā)送模塊相連。所述生理 信號的后續(xù)處理模塊包括ZigBee無線接收模塊、DSP小系統(tǒng)和GSM收發(fā)模塊。ZigBee無線 接收模塊、DSP小系統(tǒng)和GSM收發(fā)模塊依次相連。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明嵌入式心電脈搏信號監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)整合現(xiàn)有的無線 DCG傳感器，和佩戴式脈搏傳感器，利用ZigBee通信協(xié)議建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。將心電，脈 搏波等生理信號通過無線收發(fā)模塊傳輸?shù)紻SP處理器中，采用數(shù)據(jù)挖掘和信息融合的分析 方法，參考臨床數(shù)據(jù)庫建立的智能診斷模型，得到個人醫(yī)護(hù)建議，再通過搭載通信控制器和 GSM收發(fā)模塊，可以將重要的醫(yī)療數(shù)據(jù)實時傳輸給醫(yī)療監(jiān)護(hù)站，醫(yī)療站可以迅速施行相關(guān)救 護(hù)措施。


圖1是總系統(tǒng)功能模塊連接圖；圖2是脈搏傳感器結(jié)構(gòu)圖；圖3是生理信號后續(xù)處理模塊連接圖4是DSP小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖5是通信控制器結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式本發(fā)明的裝置包括兩大功能模塊(見圖1) :1、生理信號的采集模塊，2、生理信號的后續(xù)處理模塊。生理信號的采集模塊包括無線ECG Holter監(jiān)視器、佩戴式脈搏傳感器 (Pulse Sencer)和兩個ZigBee無線發(fā)送模塊；生理信號的后續(xù)處理模塊包括ZigBee無線 接收模塊、DSP小系統(tǒng)和GSM收發(fā)模塊。本發(fā)明的硬件設(shè)計中將兩大功能模塊分開，主要是 考慮到功耗和便攜性的要求。信號采集模塊完成信號的采集和預(yù)處理，及無線射頻發(fā)送功 能。信號的后續(xù)處理模塊完成生理信號的智能分析，診斷，預(yù)警及地理定位等功能。本發(fā)明中的動態(tài)無線心電信號監(jiān)視器(ECG Holter)通過SPI接口與ZigBee無線 發(fā)送模塊連接，佩戴式脈搏傳感器通過SPI接口與另一塊ZigBee無線發(fā)送模塊連接。如圖3所示，生理信號的后續(xù)處理模塊還包括一通信控制器，ZigBee無線接收模 塊通過SPI總線與DSP小系統(tǒng)相連，DSP小系統(tǒng)通過串口線RS232與通信控制器相連，通信 控制器通過串口線RS485與GSM收發(fā)模塊連接。無線動態(tài)心電圖ECG Holter 可以采用ADI公司的無線ECG Holter監(jiān)視器，ECG Holter監(jiān)視器采用12位精密模擬微控制器ADuC7022，高性能ISM頻段FSK/ASK收發(fā)器 ADF7022，低成本儀表放大器AD623，微功耗精密CMOS運(yùn)算放大器AD8500和低功耗JFET放 大器AD8641等器件。通過其SPI接口與ZigBee無線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。佩戴式脈搏傳感器可以采用PVDF壓電膜脈搏傳感器檢測人體脈搏信號，以 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的ZigBee射頻芯片CC2430作為脈搏信號采集與無線傳輸模塊，以 BlackFin533處理器為核心，通過其SPI接口與ZigBee無線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。ZigBee無線傳輸模塊在本發(fā)明中，所使用的通信標(biāo)準(zhǔn)為802. 15. 4/ZigBee標(biāo)準(zhǔn)。 該設(shè)計采用CC2430芯片.該芯片符合IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)要求.可確保短距離通信的有效 性和可靠性。利用此芯片開發(fā)的無線通信設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率高達(dá)250KB/S，可以實現(xiàn)多點 對多點的快速組網(wǎng)。CC2430為IEEE802. 15. 4的數(shù)據(jù)幀格式提供了硬件支持，處理后的數(shù)字 信號通過CC2430自身攜帶的ZigBee無線通訊單元實現(xiàn)了信號的無線傳輸。DSP小系統(tǒng)(如圖4)，本發(fā)明采用TI的DSP芯片TMS320F28335@150MHz，它具有 x28x+FPU內(nèi)核，支持IEEE 32-位浮點計算，方便各種復(fù)雜控制算法。其片上有1個12-位 A/D轉(zhuǎn)換器，其前端為2個8選1多路切換器和2路同時采樣/保持器，構(gòu)成16個模擬輸入 通道，模擬通道的切換由硬件自動控制，并將各模擬通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果順序存入16個結(jié)果寄 存器中。包括DSP應(yīng)用板，和外圍輔助電路。DSP小系統(tǒng)的電源采用DC 5V和TLVl 117-3. 3 及TLV1117-ADJ穩(wěn)壓芯片提供3. 3V與1. 6V兩種電壓，并用JTAG 口硬件仿真并下載程序， SDRAM用于動態(tài)存儲采集到的數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH保存DSP運(yùn)行程序，待復(fù)位后重新載入DSP內(nèi)部 RAM中運(yùn)行，CPLD負(fù)責(zé)外圍器件的選擇控制。DSP通過16根數(shù)據(jù)總線和14根地址總線通 過CPLD與SDRAM、FLASH、串口進(jìn)行通信。通信控制器(圖5)主要由PSoC控制器模塊、電源模塊、UART模塊等組成。PSoC 器件提供了快速的嵌入式混合信號解決方案，具有可重配置性和動態(tài)可重構(gòu)性等應(yīng)用特 點。使用模擬模塊或者數(shù)字模塊能實現(xiàn)多種可重配置的模擬器件、數(shù)字器件或模數(shù)混合器件。而且PSoC相關(guān)資源的配置信息是由寄存器保存的，所以可以在系統(tǒng)動態(tài)運(yùn)行時進(jìn)行重 建或者修改，即所謂的動態(tài)可重構(gòu)。本系統(tǒng)選用了應(yīng)用比較廣泛的CY8C29466，其控制器模 塊主要由四部分組成，即PSoC內(nèi)核、數(shù)字系統(tǒng)、模擬系統(tǒng)和系統(tǒng)資源。GSM收發(fā)模塊本發(fā)明采用的GSM收發(fā)模塊為ZOGLAB公司研制的MC35TS模塊， MC35TS是一款基于SMS短信平臺的GSM/GPRS平臺終端產(chǎn)品，所采用的MC35TS模塊的核心 為西門子MC39i，它是新一代GSM/GPRS模塊，設(shè)計小巧、功耗低，與MC35i完全兼容，并為用 戶提供了簡單、內(nèi)嵌式的無線GPRS連接，通過ZIF接口(特殊電纜連接口)可以很方便的建 立模塊和應(yīng)用設(shè)備間的聯(lián)系，被廣泛地應(yīng)用于企業(yè)短信廣告、短信通知、查詢與監(jiān)控、GPRS 上網(wǎng)等領(lǐng)域。MC39i模塊內(nèi)部構(gòu)造如6所示MC39i主要由基帶處理器、射頻模塊、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、電源供應(yīng)模塊ASIC、存儲器和應(yīng)用接口等功能模塊組成。其中，GSM基帶處理器是整個模塊的 核心，主要負(fù)責(zé)模塊內(nèi)的各種信號間的傳輸、放大、轉(zhuǎn)換等處理過程，它由ASIC供電，并且 由一個運(yùn)行頻率為26MHz的GSM控制器與頻率為78MHz的DSP處理器內(nèi)核組成。射頻模塊 主要由一個實時收發(fā)器，一個RF電源放大器，RF高頻端和天線組成。MC39i模塊需要一個 大小為VBATT+ = 3. 3V 4. 8V的外部電源供電，并且經(jīng)由ASIC模塊為基帶處理器、RF模 塊等主要的功能模塊供電。存儲器主要用來存儲一些用戶配置信息、電話本和其他信息。MC39i模塊需配合其它電路模塊才能正常工作，它一般是通過ZIF接口或者 FFC(柔性扁平電纜)接口與蜂窩應(yīng)用平臺相連接。而且該接口作為MC39i模塊的主接口， 包含了電源地，串行接口，兩個音頻接口以及SIM卡接口等子接口。生理信號的采集模塊中有兩路采集信號，一路是DCG傳感器測量的心電信號；一 路是佩戴式脈搏傳感器采集到的脈搏信號。兩路信號經(jīng)過調(diào)理電路的預(yù)處理之后，通過A/D 轉(zhuǎn)換，接入植入預(yù)處理算法的芯片中，分別是ADI公司的BlaCkFin533和ADuC7022處理器。 預(yù)處理之后的信號通過SPI接口與無線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的ZigBee射頻芯片CC2430完成脈搏信號與DCG心電信號的無線傳輸。在生理信號的后續(xù) 處理模塊中，采用ZigBee射頻芯片CC2430完成信號的接收，通過SPI 口與DSP應(yīng)用板上的 GPIO管腳相連，用于接收無線射頻信號，進(jìn)行生理信號的融合處理與疾病辨識。在DSP小系統(tǒng)中DSP作為數(shù)據(jù)處理小系統(tǒng)的核心，接受ZigBee無線傳輸模塊發(fā) 送的信號，通過F28335的外部存儲器接口 XINTF可以外擴(kuò)2Mxl6位的SARAM，可以連接片上 DMA控制器。在數(shù)據(jù)采集時，把需要實時處理的數(shù)據(jù)通過數(shù)組滾動的方式存儲在片上SDRAM 中，同時通過DMA控制器將需要存儲的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵鈹U(kuò)SARAM中去。這樣可以保證CPU讀 取數(shù)據(jù)的速度又滿足了大存儲容量的需要。調(diào)用預(yù)先植入的標(biāo)準(zhǔn)病理庫模型和智能診斷算 法來進(jìn)行診斷，這里可以得到同步的心電信號和脈搏波數(shù)據(jù)并進(jìn)行融合分析，來消除外界 的干擾，得到較為可信的分析診斷結(jié)果。此處理過程結(jié)束后，DSP處理器通過串口發(fā)送處理 結(jié)果給通信控制器。通信控制器通過RS485總線與DSP小系統(tǒng)相連接，構(gòu)成主從通信系統(tǒng)，并且通過 RS232總線與GSM收發(fā)器相連接。把DSP處理結(jié)果送到GSM收發(fā)模塊中去。如果監(jiān)測到異常的生理信號，經(jīng)過預(yù)先植入的智能診斷算法確認(rèn)后，通過GSM收 發(fā)模塊向醫(yī)療中心或監(jiān)護(hù)站發(fā)出預(yù)警消息。最后，考慮到未來物聯(lián)網(wǎng)的普及，很多智能手機(jī) 可以通過內(nèi)置ZigBee射頻芯片來加入物聯(lián)網(wǎng)，成為無線傳感網(wǎng)的控制器終端。并且能將無線傳感網(wǎng)的信息通過GPRS或3G網(wǎng)絡(luò)實時傳輸給需要的用戶。所以本發(fā)明的預(yù)警系統(tǒng)有很強(qiáng)的擴(kuò)展功能，和醫(yī)院聯(lián)手就能實現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療救護(hù)的功能。
權(quán)利要求
一種嵌入式心電脈搏信號監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，它包括生理信號的采集模塊和生理信號的后續(xù)處理模塊。其中，所述生理信號的采集模塊包括無線ECG Holter監(jiān)視器、佩戴式脈搏傳感器和兩個ZigBee無線發(fā)送模塊。所述生理信號的后續(xù)處理模塊包括ZigBee無線接收模塊、DSP小系統(tǒng)和GSM收發(fā)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述嵌入式心電脈搏信號監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述生理信 號的采集模塊中，所述無線ECG Holter監(jiān)視器和佩戴式脈搏傳感器分別與兩個ZigBee無 線發(fā)送模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述嵌入式心電脈搏信號監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述生理信 號的后續(xù)處理模塊中，所述ZigBee無線接收模塊、DSP小系統(tǒng)和GSM收發(fā)模塊依次相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述嵌入式心電脈搏信號監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述生理信 號的后續(xù)處理模塊還包括一個通信控制器，通信控制器串接在DSP小系統(tǒng)和GSM收發(fā)模塊 之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嵌入式心電脈搏信號監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整合現(xiàn)有的無線ECG Holter監(jiān)視器，和佩戴式脈搏傳感器。搭建嵌入式心電脈搏信號監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括生理信號的采集模塊和生理信號的后續(xù)處理模塊。得到同步的心電信號和脈搏波數(shù)據(jù)并進(jìn)行融合分析處理，來消除外界的干擾，得到較為可信的分析診斷結(jié)果。利用DSP大數(shù)據(jù)吞吐量和快速運(yùn)算能力，將心電，脈搏波等生理信號通過無線收發(fā)模塊傳輸?shù)紻SP處理器中，采用數(shù)據(jù)挖掘和信息融合的分析方法，參考臨床數(shù)據(jù)庫建立的智能診斷模型，得到個人醫(yī)護(hù)建議，再通過搭載通信控制器和GSM收發(fā)模塊，可以將重要的醫(yī)療數(shù)據(jù)實時傳輸給醫(yī)療監(jiān)護(hù)站，醫(yī)療站可以迅速施行相關(guān)救護(hù)措施。
文檔編號G08C17/02GK101822533SQ20101013953
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者孟濬, 王磊, 陳嘯, 黃小靜, 黃德樣 申請人:浙江大學(xué)