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1、家用心电监测仪的研究设计毕业论文目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 本课题提出的意义和目的11.1.1本课题提出的意义11.1.2本课题提出的目的21.2 心电监测仪的国外发展现状31.3 人体心电信号的特点51.4 本课题的设计要求及研究容51.4.1 本课题的设计要求51.4.2 本课题的研究容6第二章 整体方案设计72.1系统整体方案的确定72.2各模块方案的确定7第三章 硬件电路的设计103.1中央处理系统的设计103.2信号采集电路的设计123.2.1心电传感器的设计123.2.2右腿驱动电路的设计133.3前置放大电路的设计143.3.1前置放大电路的要求143
2、.3.2前置放大器的设计153.4高通滤波电路的设计173.5低通滤波电路的设计183.6 50Hz陷波电路的设计193.7后置放大电路的设计213.8 A/D转换电路的设计223.9打印电路的设计253.10存储器的设计273.11显示电路的设计283.12键盘电路的设计293.12.1按键开关的抖动问题303.12.2键盘与单片机的连接303.13报警电路的设计323.14稳压电源电路的设计323.14.1稳压电源的组成323.14.2电源电路的设计33第四章 软件设计354.1软件设计的要点354.1.1相邻两个心电波间隔时间的取得354.1.2瞬时心率值的存储方式354.1.3心率值的
3、显示方式354.1.4报警的处理方法354.1.5打印的波形和数据364.2系统部分程序设计364.2.1主程序的设计364.2.2数据采集子程序的设计374.2.3数据显示子程序的设计384.2.4打印子程序的设计394.2.5存储子程序的设计40结 论42致 谢43参考文献44 .专业.专注. 第一章 绪论 1.1 本课题提出的意义和目1.1.1本课题提出的意义生物电现象是生命活动的基本属性，它几乎在机体的一切生命过程中都伴随生物电的产生。人体的各种生物电的研记录已经成为了解人体各器官的功能、临床诊断、治疗的可靠依据。心脏本身的生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液，反映到身体表面上来，使
4、身体各部位在每一心动周期中也都发生有规律的电变化活动。将测量电极放置在人体表面的一定部位记录出来的心电变化曲线，就是目前临床上常规记录的心电图(用ECG表示)。也就是说，心电图是从体表记录的心脏电位随时间变化而变化的曲线,它可以反映出心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电位变化28。心血管疾病是一种较为普遍的疾病，随着生活节奏的加快，生活水平和健康意识的提高，人们需要随时对心脏进行健康监护并且能在比较危急的情况下进行及时的诊治；同时，如果长期住在医院里进行监护和治疗，那样花费高而且也给医院带来了不小的门诊压力。心电监测仪是诊断心脏病的重要仪器之一，目前市场上有多种心电监测仪，但是这些心电监测
5、仪都不太适合在家庭中使用。为此，一种能够在家庭中应用、操作简单、价格便宜的家用心电监测仪的设计方案应运而生。心电监测分为心律（节律）监测和心率（速率）监测。所谓心律，是指心跳的规律性，即每一次心跳与下一次心跳的周期间隔是否相等；所谓心率，是指心脏每分钟跳动的次数，心律和心率是两个完全不同的概念。危重病人ECG监测，是对心脏节律监测最有效的手段。通过监测，可发现心脏节律异常，各种心律紊乱，如房性、室性早搏，心肌供血情况、电解质紊乱等2。目前，国外的心电检测产品，大多是应用于大型医院的、价格昂贵的大型检测设备。而Holter虽然体积小，但价格不菲，并且必须到指定医院才能看到心电图形。甚至一些卫生站
6、也无法负担这些复杂昂贵的医疗设备。出于人们对医疗保健的需求日益提高，心脏保健也越来越体现出其重要性。由于心电信号的分析有其经验性的本质特点，一般人群无法对心电信号进行分析，必须要有有经验的医生来诊断。因此，心电监护在临床诊断和治疗上不可或缺，而家用心电监护仪的研究不仅解决了以上的问题，也使心电监护更方便快捷准确，便于普及，降低突发性心脏病带来的危险，也使心脏病人更放心健康的生活。本课题所研究的仪器具有便于携带、低功耗等特点，可以长时间工作，非常适合家庭医疗保健。医生可以读取，并在PC上显示心电波形，进一步对患者的病情进行诊断，使得医院之外监护成为可能，解决了大型心电监护仪在家庭医疗保健中存在的
7、价格、缺少实时性分析等问题，缓解了医院监护的压力。总之，该便携式、低功耗心电信号处理仪可为我国的家庭医疗保健做出重要贡献。1.1.2本课题提出的目的临床心电监测的直接目的是及时发现、识别和确诊各种心律失常，最终的目的是对各种致命性心律失常进行及时有效的处理，减低心律失常猝死率。具体说来，临床心电监测具有以下目的：1、及时发现和诊断致命性心律失常这是设立心电监测的主要目的，也正是因为开始了心电监测时代，才使得近年来急性心肌梗死和其他危重心脏病人的心律失常猝死率明显下降。2、及时发现和指示致命性心律失常的先兆通过动态观察心律失常的发展趋势和规律，可预示致命性心律失常的发生。例如，当急性器质性心脏病
8、人出现进行性增加的高危险性室性早搏时，应警惕和预防随后可能出现的致命性恶性心律失常。3、指导临床抗心律失常治疗通过心电监测可确定心律失常的类型和程度，有助于选择抗心律失常治疗的方法和时机，同时，还能有效评价这些治疗措施的疗效和副作用。4、指导其他可能影响心电活动的治疗当其它非心律失常治疗措施有可能影响到病人的心电活动时，可采用心电监测方法加以指导。5、协助涉及临床心电活动的研究工作包括评价各种心血管疾病和治疗对病人心电活动的影响等。1.2 心电监测仪的国外发展现状经过近50年的发展，动态心电图仪已经成为临床上一种不可缺少的医用电子仪器，它的主要价值是用以发现并记录在通常短暂心电检查是不易发现的
9、、日常活动时发生的心电图异常，为临床诊断提供依据。具有可以随身携带，不受检测距离影响，不受体位变化及活动的限制的特点。目前，国外临床应用的主要是3导联和12导联心电图仪。近年来，第5-6代3导联心电仪和第2-3代12导联心电仪，不仅硬件先进，软件设计合理，而且自动分析功能越来越强大、全面。除具有心率变异性、Q-T间期、Q-T离散度心室晚电位分析外，还具有T波分析、动态血压同步检测、心电监护和起搏分析等功能。如Mortar公司的12导联心电图仪，ST段分析精确达到V级，独有的ST与HRV相关分析与动态血压同步测定等，美国DMS公司的第二代高性能12联心电图仪，除具有各种心律失常软件外，独有P波分
10、析功能，12导联ST段维彩色超视图，率先在Q-T间期离散度分析上提出具有实用性很高的色谱理论、高性能起搏分析功能，将心率变异性的时域、频率分析用于阻塞性睡呼吸暂停综合征的筛选和诊断；美国Preideal Instrument公司生产的3通心电图仪，能准确地对起搏信号加以识别，并能分析各种心率失常、ST-T改。率变异性、Q-Td等7。近年来,心脏病的发病率和致死率都有不断增高的趋势。由于其具有突发性、短暂性和危险性的特点,要防治心脏病就必须对患者的心电进行长时间实时检测,而远程医疗、社区护理正是解决这一问题的有效办法。最早出现的是基于PSTN (公共交换网)的远程心电监护系统,利用modem进行
11、“点对点”方式的心电数据传输。这种方式虽然可靠性较高,但是对每一个患者需要提供一条线,在患者较多时就可能无法及时进行监护,存在着一定的安全隐患。为解决这一问题,后来又出现了基于以太网接口,利用Internet进行数据传输的系统，由于采用了TCP/IP协议,实现了监护中心对多个患者数据的同时接收和监护。但是,由于固定终端和互联网接口都并非随处可见,为了保证监护的效果,就必须限制患者的活动围,给患者的生活带来很多不便。随着移动通讯产业的迅速发展,各种无线远程监护系统相继出现,终于使患者可以不再受时间、地域的限制,随时随地得到监护。早期出现了利用卫星传输心电信息的系统,但是价格过于昂贵。2000年前
12、后,又出现了使用GSM modem或带红外接口的手机作为通讯载体的监护系统。但由于GSM方式的最大数据传输速度只有9600bps,这些系统大都采用压缩或者选择性发送的方式来传输心电数据,功能受到一定的限制,而且同样存在着监护中心不能同时接收多个患者数据的问题。同时,由于患者可以随意移动,就要求在危急情况下能够马上确定患者的位置,而现有的无线监护系统都没有定位功能。此外,大多数现有的远程心电监护系统还有一个共同的不足,就是没有独立的自动判病和报警的功能,需要患者在感觉不适时手动记录或者发送心电数据,再由医生诊断后做出处置。但是,有些心律失常并不伴随明显的身体不适,患者可能因疏忽而贻误救治的时机。
13、患者最需要的就是在发生心律失常时能立刻得到提醒,根据病情采取相应的措施,及时控制病情的发展，因此具有实时报警功能的家用心电监测仪的研制将解决现有系统的不足。近年来国医疗仪器公司也纷纷转向12导联动态心电图仪分为以下几种类型：1、国产化(自主研制开发)12导联AECG仪：蓝港公司研制出具有自主知识产权的第一代3导联心电图以后，有心电图仪，记录器具有显示屏，可以观察心率失常及ST-T改变等情况。2、与著名国外厂家共同研制：美高仪公司和美国DMS导联心电图仪，具有透明视窗装置，以液晶屏显示动态心电警和录取功能，即把动态心电图与监护心电图有机的结合成显示12个导联的心电图。可分别显示3个导联的动态心电
14、图。3、经销国外名牌产品：这些产品都结合我国的国情，改和汉化处理，开发出中英文双界面，为基层医院提供了方便。4、进口器件改进仪器：时代数码，首家推出SDD系列心电图仪，使用windows2003，分析用1.5V中央处理器、最新电子U盘记录盒、USB2.0三大最新技术，仅用一节五号电池就能记录48乃至72h心电图29。此外，一些研发能力雄厚的公司，已经研制出功能齐全的第二代12导联心电图仪并应用与临床，成为诊断冠心病、分析心率失常最为实用的无创性检测方法。基于嵌入式系用了当今的网络、线、GPRS、蓝牙等通信技术,使医院之外的心电监护变得更加方便和快捷。总之，随着电子技术、软件技术和通信技术的飞速
15、发展，心电图仪的研发必定会结合最新技术，不断更新功能和提高自动分析能力，朝着长时间、大容量、高精度、多功能(HRV、RDV、心电监护、动态血压同步检测等)、小型化和低成本的方向发展。1.3 人体心电信号的特点心电信号属生物医学信号，具有如下特点：(1)信号具有近场检测的特点，离开体表微小的距离，就基本上检测不到信号。(2)心电信号通常比较微弱，一般只有5mV。(3)属低频信号，频谱围为0.05100Hz，且能量主要集中在0.520Hz。(4)干扰特别强。干扰既来自生物体，如肌电干扰、呼吸干扰等；也来自生物体外，如工频干扰、信号拾取时因不良接地等引入的其他外来干扰等5。(5)干扰信号与心电信号本身频带重叠(如工频干扰等)。(6)不稳定性，人体与外界有密切的联系，且部各器官间存在相互影响，所以，无论来自外部或部的刺激，都会使人体心电信号发生相应的变化。(7)随机性，人体心电信号是反映人体机能的信号，它是整个人体系统信息的一部分。由于人体的不均匀性以及可接收多通道输入，信号易随外界干扰而变化，从而使心电信号表现出随机性 6。1.4 本课题的设计要求及研究容1.4.1 本课题的设计要求为了实现心脏的健康监护和家
