1、 文獻綜述一、目的和意義便攜式醫療設備正不斷改進數以百萬計患者的醫療保健條件。未來，還將有眾多能顯著改善醫療效果的創新型醫療應用產品。多年來，心率檢測儀在心血管疾病的研究和診斷方面發揮出顯著的作用，它們所記錄的心臟活動時的生物電信號，已成為臨床診斷的重要依據。目前，檢測心率的儀器雖然很多，但是體積大，功耗大，不易于攜帶。有些醫院使用的各種心率監測儀器抗干擾性差，開發成本高，價格昂貴，即便用于心率信號采集的傳感器也價格不菲。如果心率監測的儀器能夠做到體積小，制作成本和銷售價格低、操作簡單，能被普通家庭患者接受，這無疑為臨床診斷和個人保健使用提供了方便。因此，設計一種成本低廉，可隨身攜帶，可長時間

2、記錄，顯示和存儲心率值，可與微機通訊并具有較強抗干擾能力的心率檢測儀是十分必要的。基于此，本文探究研發了一種體積小，操作簡單，適合家庭和社區醫療保健使用的便攜式心率檢測儀。二、國內外現狀心電監護（ECG Telemonitor）的歷史，可以追溯到上世紀初。1903年，“心電圖之父”荷蘭教授Einthoven通過1500米的電纜線，記錄了世界上第一份完整人體心電圖，這在后來被廣泛認為是心電監護的雛形。其后數十年間，伴隨冠心病等心血管疾病的大肆流行，心電采集和監測技術得以迅猛發展。最早，醫務人員對ECG的監測和需求，是從危重病人搶救開始的。1933年Hooker首次進行實驗動物心臟復蘇，通過密切觀

3、察心臟跳動狀況，來總結和判斷病人的危重搶救效果。 1943年Claude Beek首次在手術室內實施電除顫，開始ECG的監測和臨床應用。1952年Zoll首次推出心臟起搏術，通過對心臟功能未完全恢復的病人進行起搏、監護，使病人得以康復。1956年體外除顫儀問世，提高了危重病人搶救的存活率。1960年Kauwenhoven報道胸外心臟按摩有效，心臟復蘇技術日漸成熟。1960年研發的持續床邊ECG監測儀，能夠適時不斷地監護病人的ECG狀況，使得心臟病人及危重病人得以密切和連續的被觀察，同時幫助醫務人員能對病人的心電情況做出連續的分析和判斷。20世紀中晚期，動態心電圖（Holter）、床旁心電監護儀

4、先后發明并在臨床得到應用。同期，使用遠程通信技術、全息影像技術、新電子技術和計算機多媒體技術、網絡技術的遠程醫療（TeleMedicine）日益興起和成熟，心電遠程監護獲得了長久發展和廣泛應用。20世紀6080年代，基于電話傳輸的心電監護技術（TTM）在國外得到應用和普及，并取得了良好的效果。TTM技術的原理是將實時采集的心電信息轉變為聲音，通過電話傳至醫院接收機，再將聲音諧調為心電信號，用心電圖機描記，醫生通過電話給予患者診斷和治療國內的醫用心電監測儀雖然相比國外起步較晚，但經過多年的研究發展也取得了相當可觀的成果。福州大學電氣工程學院的陳穎昭、高躍明等人設計了一種一種基于STM32 的便攜

5、式家用心電檢測儀。心電電極采集體表單導聯心電信號，經預處理電路對心電信號進行放大、濾波和電平抬升后，送至STM32 中進行模/數轉換和數字處理，在液晶屏上實時顯示心電波形、心率和分析結果。實驗表明，該心電儀能有效提取心電信號的特征點，準確測得心率，分析出4 種常見心率失常癥狀，并可測得HRV 的時域參數。該心電檢測儀以意法半導體公司的STM32 作為控制核心， 系統硬件電路由預處理模塊和核心處理器模塊組成， 能準確提取人體體表的心電信號。在程序設計上采用了模塊化方法， 實現了良好的移植性， 可實現對心電信號動態顯示并進行數據分析。福建三明學院的饒連周設計了一種基于單片機的語音心率檢測儀，該語音

6、心率檢測儀是通過紅外光電傳感器采集手指動脈波信號, 經過放大和整形處理, 經可調分頻器后送入單片機進行計算, 快速地轉換為一分鐘心率, 并將結果予以LCD 顯示, 同時有語音播報心率以及警報功能。該語音心率檢測儀選用選用性價比較高的ATMEL公司生產的AT89C2051 單片機來控制電路。該設計充分利用AT89C2051 單片機資源，整機具有高精度、低成本、低功耗、使用方便、易于大批量生產的特點,是一種便攜式語音心率實時監測儀，特別適合于日常檢測之用。長春理工大學的趙春華、龐春穎、寧春玉設計了一種基于CPLD 的心率檢測儀。由心電電極采集到的心電信號經過預處理和模/數轉換,送給CPLD進行數據

7、存儲及處理,實現實時檢測與顯示心率參數、自動報警等功能。系統在MAX+PLUSII環境下采用自頂向下的設計方法,應用VHDL語言編程實現。該設計實現了一個基于CPLD的心率檢測儀系統,能十分方便地測算出實時心率, 為人們的心血管健康提供了參考信息。該系統在EPM7128SLC84-15目標芯片可以優化及擴展測量其他的生理參數,有較好的應用價值。南華大學核科學技術學院顏擁軍、賴偉、楊彬設計了一種基于人體脈搏信號特征的數字化人體模型心率檢測儀. 該儀器采用反射式紅外傳感器獲取脈搏信號, 以uPSD3234單片機為主控芯片,對紅外信號進行A /D轉換, 采樣數據經低通濾波, 數字微分后, 選擇適于脈

8、搏微分波形的模板進行匹配濾波處理, 實現了對脈搏波的檢測, 并使用了一種中值算法來提取有效的脈搏時間間隔, 從而獲得精確的心率值。他們所設計的反射式紅外心率檢測儀主要采用了匹配濾波等數字信號處理方法得到心率數據, 將微電子技術與生物醫學工程技術緊密地結合在一起。目前, 該設計已成功應用于健身產品跑步機中, 具有一定的創新性和實際應用價值, 并且有良好的市場推廣價值。重慶大學自動化學院的李曉鳳碩士設計了一種基于“電子皮膚”的便攜式心電監護系統。這是一種非接觸式心電、呼吸信號采集系統，該系統包括傳感器電路和讀取電路兩部分。首先，根據心電偶極子等效模型，設計了新型電極，將作用電極、相關電極和地電極整

9、合在一起，消除電極導線。然后，提出了一種新的心電非接觸測量方法，設計一種特殊的 LC 振蕩式傳感器電路，利用變容二極管、電感線圈分別作為心電、呼吸信號的傳感器件，該傳感器電路具有儀表放大電路的特點，對共模信號有抑制作用，對差模信號有放大的作用。然后利用“電子皮膚”技術將新型電極、傳感器電路整合在一起，形成一種類似皮膚的薄膜片，受大氣壓力而黏貼在人皮膚上，不需傳統的固定。最后，使用 HFSS 軟件設計了高Q 值耦合線圈。將檢測到的電生理信號通過諧振耦合線圈無線傳輸至讀取電路。讀取電路把接收到的調制信號通過相位檢測的方式解調出來，并通過后續濾波等方法實現心電和呼吸波信號的分離。便攜式接收裝置通過

10、GPRS 模塊將信號遠程傳輸到信息處理平臺，通過相關的算法，實現對心電、呼吸信號的長期、實時監測。杭州電子科技大學電子信息學院的張亞君、余永紀、洪明設計的便攜式心電監測儀是一種能實時處理、處理速度快的心電檢測儀,它以基于ARM Cortex-M3內核的單片機為核心,以大容量SD卡作為存儲媒介,并實現人機交互、波形回放、心律失常分析及病情報警功能。系統采取實時的QRS波檢測算法,并嵌入文件系統將心電數據以文本的形式存儲,提高了數據的可讀性和移植性。合肥工業大學自動化學院的溫全碩士設計了一種具有USB接口的便攜式心電監護儀，文中對基于高性能嵌入式微處理器的便攜式動態心電監護儀及其對心電的分析處理進

11、行了深入研究：根據心電信號特征，設計性能優良的心電數據采集模塊；選用高性能、低功耗的微處理器C8051F320設計中央處理模塊，對采集的心電信號進行分析處理，同時使用液晶顯示心電波形；通過對心電波形特征和常用心電分析處理算法的對比分析和研究，設計適用于本嵌入式系統的實時心電分析處理算法；采用現今流行的USB接口技術，實現對心電數據的存儲和傳輸。三、總結心電監護儀目前作為醫院中常規醫療設備，由于適應范圍廣泛、操作簡便、易于觀測記錄，在臨床應用中越來越受到重視，需求量不斷增長。隨著現代醫療技術和相關學科的不斷發展，醫心電用監護儀已經成為醫用電子儀器中不可缺少的一大類儀器，在醫院中起著越來越多的重要

12、的作用。科學技術的發展，也推動和促進了現代醫學監護技術的發展，為現代醫學監護儀的發展提供了廣闊空間。隨著人們生活水平的提高、生活節奏的加快，心血管疾病的發病率迅速上升，已成為威脅人類身體健康的主要因素之一。而心電圖則是治療此類疾病的主要依據，具有診斷可靠，方法簡便，對病人無損害的優點，在現代醫學中，變得越來越重要。常規心電圖是病人在靜臥情況下由心電圖儀記錄的心電活動，只能獲取少量有關心臟狀態的信息，所以在有限時間內即使發生心率失常，被發現的概率也是很低的。因此有必要通過相應的監護裝置對患者進行長時間的實時監護，記錄患者的心電數據。又由于心臟病的發生具有突發性的特點，患者不可能長時間地靜臥在醫院

13、，但又需實時得到醫護人員的監護，所以研發相應的便攜式心率檢測儀就顯得更加重要。參考文獻：【1】：基于STM32 的便攜式家用心電檢測儀的設計陳穎昭，高躍明，甘振華，李仁貴，李秀翔，杜民；電子技術應用2013年第39卷第9期【2】：基于單片機的語音心率檢測儀的設計饒連周；三明學院學報；2005年12月第22卷第4期【3】：基于CPLD 的心率檢測儀的設計趙春華 龐春穎 寧春玉；數字技術與應用2012年10期【4】：數字化人體心率檢測儀的設計顏擁軍, 賴偉, 楊彬；南華大學學報2010年9月第24卷第3期【5】：基于“電子皮膚”的便攜式心電 監護系統關鍵技術李曉鳳 慶大學碩士學位論文 014年4月

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15、位論文 2009年4月【13】：低功耗心率檢測儀設計楊越，汪豐；電子產品世界2014年12期【14】：Analysis of ECG signal for Detection of Cardiac Arrhythmias;Department of Electronics and Communication Engineering NationalInstitute Of Technology, Rourkela Orissa 769 008, INDIA 2011【15】：A New Heart Arrhythmias Detection Algorithm Farid Rezazadeh, Department of Computer Engineering, Faculty of Engineering, Seyed Amin Hosseini Seno, Computer Network Research