淺談便攜式心電監護儀器的研發

葉家勇

【摘 要】由于目前的心電設備體積龐大、價格昂貴、專業需求高等原因，心電設備未能很好的普及。城市患者人口眾多不能充分得到監測，偏遠農村由于價格限制也不能及時得到測量，所以，研發便攜式、價格低廉心電監護儀器迫在眉睫。

【關鍵詞】便攜式；心電監護儀器；研發

隨著生活環境的污染和食品安全的隱患，我國心血管疾病發病率每年都在增加。由于心電圖信息能反映出心臟的基本情況，所以心電圖數據對于心血管疾病有著預測能力。但是，由于目前的心電設備體積龐大、價格昂貴、專業需求高等原因，心電設備未能很好的普及。城市患者人口眾多不能充分得到監測，偏遠農村由于價格限制也不能及時得到測量，所以，研發便攜式、價格低廉心電監護儀器迫在眉睫。

一、研究意義

隨著改革開放的不斷深入，人民的生活水平大幅提高，以及我國人口老齡化的到來，心臟疾病嚴重危及人們的身體生命。在中國，因心腦血管疾病死亡的人數約占死亡總人數的44%，據《2008年中國慢性心臟病年報》顯示，國內每年近50%的死亡病例為冠心病。眾所周知，受技術的約束，心腦血管疾病的有效控制率仍然很低，而提前知曉率是有效防治心腦血管疾病的關鍵因素，所以，便攜式心電檢測（監測）儀器是提前發現的有效儀器。

便攜式家庭心電監測儀設備體積小、價格低廉且便于攜帶。雖功能不及大型的醫療儀器，但基本應用可以滿足家庭需要。為此，確有必要研發便攜式心電監測儀，將普通大型的心電監測儀小型化、家庭化、便于使用，同時價格低廉、惠及民眾。

二、研究現狀

在十九世紀八十年代，Einthoven用毛細管靜電計記錄了心臟運動微電流。為了得到更加精確的心電圖，他改進了德·阿森瓦爾氏的鏡影電流計的設計，制備出的心電檢測儀提高了心電圖精確度。而1903年設計的弦線式電流計采用極細的鍍銀石英絲代替動圈，并通過反射鏡記錄心動電流，改進了設備。同年，他又制定了標準測量單位，即心電圖的影線在縱坐標上波動 1cm，代表1mV 的電位差，在橫坐標上移動 1cm 為0.4秒。這種方法簡單直觀，并采用 P、Q、R、S、T 等字母標出心電圖上的各波，這種標記方法一致沿用至今。在1912年他深入研究了正常心電圖的波動范圍后，提出了著名的“愛因托芬三角”理論，因對心電圖的創立和發展貢獻，被譽為“心電圖之父”，并獲得了1924 年諾貝爾生理學和醫學獎。

1949 年，美國 Holter 創立了動態心電圖（Dynamic Electrocardiography DCG），又稱Holter 心電圖。在西方國家 80 年代已廣泛應用于臨床，而中國近幾年才得以發展。該設備由磁帶式記錄演變為閃光卡記錄和固態式記錄，由單導記錄發展為至今的12 導聯全記錄。動態心電圖功能強大，能夠不間斷的記錄長達24 小時心電活動，能夠檢測出心肌缺血和心律失常等一些常規ECG不易檢測的疾病，對臨床分析、診斷、治療有著重要作用。

計算機、電子、微電子在醫療界的廣泛應用，對心電設備的發展發揮了重要的作用。為了滿足市場的需要，各個醫療設備公司花了大量的時間和精力去研發，使醫療設備更智能化、大眾化、人性化，在提高人們醫療環境的同時也為自己的公司效益增加了有力砝碼。其發展趨勢主要體現在數字化、無線化、自動化、遠程醫療等。

三、研發構想

結合現在流行的計算機技術、嵌入式技術、網絡和通信技術，研發一種能夠及時準確的監測心電信號的基于ST公司的低端ARM處理器 STM32 芯片設計的一種低價格、高性能，能自動采集心電信號并把采集信號通過數據通信接口把相應的信息傳送計算機和其他設備進行處理和顯示的便攜式心電監測設備將會很有意義。

（一）主要工作

1.心電信號和心臟疾病的理論分析。

2.心電測量設備的硬件電路模塊的組成和設計。

1）信號采集的A/D采集模塊的設計。

2）便攜式電源模塊的設計。

3）數據通信接口的設計。

4）智能化人機交流模塊的設計。

3.心電圖儀的軟件系統的組成和設計。

1）系統自檢。

2）外設的初始化。

3）按鍵識別。

4）數據的顯示。

5）數據的通信。

（二）技術難點

1.心電信號的獲取和處理。心電信號是微弱的生物信號，該系統能識別的是電信號，所以要經過傳感器把生物信號轉換成電信號。由于電信號微小，所以，對信號處理的同時還要保證信號信息的完整性。

2.電源電路的設計。電源的穩定性是一個系統安全可靠的保證，因此，設備的功耗是一個非常重要的課題。

四、預期效果

系統以STM32微處理器為核心，結構合理、穩定、體積小，能完成心電信號的采集、放大、調理、模數信號轉換、濾波、存儲、通信及顯示等功能。隨著周圍環境的漸漸惡化，心血管疾病的患者越來越多以及人們對心血管疾病的高度重視，價格低廉、攜帶方便的心電監護儀器注定會得到大范圍的普及，從而具有寬廣的應用價值。

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