基于智能手机的Holter系统
基于智能手机的Holter系统
朱宇;齐乐导师对论文的学术评语
【摘 要】In order to let patients know their ECG changes in time, and communicate with doctor in a timely manner, designed a kind of portable dynamic ECG monitoring system based on smartphones.The system consists of ECG acquisition system,A/D conversion system,wireless transmission system and smartphones of patients and doctor, Which can realize remote diagnosis and remote monitoring. ECG monitoring module by Samsung S3C6410 ARM as the core to implement the data sampling, signal amplification, D/A conversion and WIFI to send. And communicate with patients smartphone through the WIFI module. Not only has realized the monitoring function, can also usages SMS or GPRS network to communicate with doctors, At the same time use the smartphone powerful function to stores data and management.%为了让患者及时掌握自己的心电变化情况，并与主治医生及时交流病情，设计出一种基于智能手机的便携式动态心电监护系统。系统由心电采集系统、A/D转换系统，无线传输系统以及患者智能手机和医生智能手机组成，可实现远
程会诊和远程监护。心电监护模块由三星S3C6410 ARM为核心来实现数据采样、信号放大、数模转换以及WIFI发送。并通过WIFI模块与患者手机进行通信，不但实现了监测功能，还可直接通过手机短信或者GPRS网络功能与医生进行交流，同时利用智能手机的强大平台进行数据的存储和管理等功能。经过实践检验，该系统较好的完成了预计的要求。
【期刊名称】《电子设计工程》
学校岗位设置方案【年(卷),期】2015(000)002
【总页数】3页(P57-59)
【关键词】心电图;智能手机;监测;WIFI
【作 者】朱宇;齐乐
【作者单位】西安科技大学 计算机学院，陕西 西安 710054;西安科技大学 计算机学院，陕西 西安 710054
女生暗恋男生表现【正文语种】中 文
【中图分类】TN014
随着生活节奏地加快，人们的身体的机能也在不断地退化。尤其是心脑血管疾病的患者与日俱增，而当今医学也无法根除这种疾病，但是只要在发病前的得到及时的救治就可以大大降低患者的死亡率。
目前，普遍采用基于PC机平台的心电监护仪体积庞大，成本较高，功能全面，主要存在于医院使用。但心脑病的发病通常是突发性和随机性的，仅仅依靠医院一次的心电检查，不足以得到准确的数据来为患者进行。自从Holter（一种动态心电图）的出现，极大方便的使心血管患者自己进行监测心电图的趋势。同时，为了更加方便的使患者时时刻刻掌握自己近期心电图的变化，以及进一步缩小Holter的体积，设计出了一种基于智能手机的动态心电监护系统，利用智能手机便可充当显示屏幕[1]。
1 系统总体设计
基于智能终端的心电监护系统主要由4个部分组成：心电信号采集放大电路，存储设备，无线WIFI传感器，患者的智能手机。工作方式如图1所示。心血管病患者随时利用便携式动
态心电监护设备进行监护，并通过WIFI无线发送，患者手机通过无线WIFI来接收设备所传递过来的心电图，并通过手机屏幕显示出测试结果。
同时，智能手机还能够将心电测试结果进行保存与管理，可以以曲线的形式直接显示出近七天的心电图测试结果。患者可以利用Android智能手机的截图功能将数据通过短信方式或者GPRS的移动网络方式发送自己的主治医生或者医院，从而获得适当的诊断结果与意见。手机使用小米2S，心电采集的核心是以S3C6410为CPU的mini6410 ARM开发板与WIFI传感器模块等构成，通过WIFI来连接Android智能手机。
2 心电采集电路设计
心电信号采集电路是整个系统最重要的部分包括了心电采集、前置心电放大、低通滤波电路、高通滤波电路、以及50 Hz的陷波器等构成[2]。
图1 系统工作模式Fig.1 Working mode diagram of the system
心电采集框图由图2所示。由于心电信号作为生物电信号在人体中表现的十分微弱，其频率范围为0.05～100 Hz，电压范围为0～5 mv，信号源的阻抗从数千欧到数百千欧，并且存
在大量的噪声，所以收集到的心电信号是否有效完全取决于心电采集电路设计是否合理。显然，心电信号是典型的小信号，所以心电仪的前端电路实现的是一个高精度的放大、滤波的功能。又由于通过皮肤表面的电位测量而得到的心电信号，会存在很多的干扰。因此要实现这个系统，就必须解决其面对的各种干扰问题。
图2 心电采集模块结构图Fig.2 ECGacquisition module diagram
首先对由电极采集到的心电信号通过前置放大电路将微弱的心电信号放大至1 000倍，这里选用仪表放大器为AD620，这是一款低成本、低功耗、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益，增益范围为1至1 000。接着，为了使输出信号更好的进行A/D采集，可以选择低功耗的稳压管LM385来抬高信号的电压水平，使得所有数据都为正值。如上文所介绍，心电信号的频率范围为0.05～100 Hz，因此，必须采取高通滤波电路和低通滤波电路和陷波电路来选取信号频段。针对不同的频率干扰我们可以选择不同的解决方案。对于由芯片电源供电所引起的50 Hz工频干扰，采用的是屏蔽驱动电路以及50 Hz的陷波电路，其中陷波电路选则经典的双T网络带阻滤波器；对于由金属界面产生极化电压而引起的电极噪声，采用增加隔直电容或高通网络；而对于无线电波或者高频设备的干扰，则可
以增加低通滤波电路来抗干扰。通常，高通滤波器的截止频率为0.03 Hz低通滤波器的截止频率为100 Hz。右腿电路由运放和电阻电容组成，再由一个对称电阻取出人提共模电压，经AD705运算放大器组成反向驱动放大器施加给人体的右腿，抵消共模干扰。
3 心电数据采集与发送模块设计
以三星公司出的S3C6410为核心的系统来实现心电信号的A/D转换，并通过WIFI模块将数据发送至智能手机端。这里使用的是广州友善之臂公司的Mini6410，其主频最高可达677 MHz，内置1G的 Nand Flash和128M的 DDR RAM，另外片内还集成了定时器、看门狗，UART串行口以及一个A/D接口，并具有丰富的外围接口控制器，完全可以满足本系统的需求。采用S3C6410片内的A/D转换接口来实现心电信号的采集。利用定时器输出来触发A/D中断，以达到控制采样频率的目的，定义采样频率为250 Hz。经过A/D转换的心电数据被存放在数据缓冲区。Mini6410是以串口的方式与WIFI模块进行连接，系统会通过UART0将缓冲区的数据发送至WIFI模块，发送波特率为12 800 bps[3]。主程序的流程图如图3所示。
图3 系统控制流程图Fig.3 Flow chat of system control
4 Wifi无线模块驱动设计
WIFI模块采用的是海华科技公司的AW-HW381，由于其内部已经集成了WLAN&Bluetooth SoC-88W8688，而且采用SDIO接口与S3C6410进行连接，因此只需要对88W8688及其SDIO接口进行驱动升级即可。在LINUX2.6.39.4内核驱动中已经完美支持了88W8688。因此，只需在内核中进行一些配置即可。
S3C6410通过mmc0与AW-HW381进行连接，需要设置检测方式和对应管脚，对s3c_hsmmc0_def_platdata进行如下修改：
struct s3c_sdhci_platdata s3c_hsmmc0_def_platdata={公司起名字大全免费
.max_width=4，
.host_caps=（MMC_CAP_4_BIT_DATA|
MMC_CAP_MMC_HIGHSPEED MMC_CAP_SD_HIGHSPEED），
.clk_type=S3C_SDHCI_CLK_DIV_INTERNAL，
.cd_type=S3C_SDHCI_CD_GPIO，
高考成绩多久出来.ext_cd_gpio=S3C64XX_GPL（12），
}；
5 手机平台上的功能设计
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系统是基于Android智能手机的开发 [4-5]，使用的JAVA开发平台编写的心电监护程序。该程序是检验之前心电采集的重要标准，包括了与心电采集模块的自动配对、数据实时接收、实时显示与存储，以及发送至医院云监护中心或主治医生手机上等功能。当程序启动后，打开手机上的WIFI功能，程序将会自动的检测周围的WIFI热点。通过与系统的WIFI模块连接便可进入心电监护主界面，如图4所示。
图4 手机端程序界面Fig.4 Mobile program interface
心电数据的分析包括了去除极限漂移和50 Hz工频干扰、QRS波实时监测等算法[6-7]。本文采取零相位IIR滤波算法来消除基线滤波。零相位IIR滤波主要思路是先确定滤波初始条件，
然后将原序列的首位进行扩展，把扩展后的序列通过滤波器，接着，将所得结果进行反转再次通过滤波器，最后去掉首位扩展部分，这时便可得到零相位滤波后的输出序列。这种方法可使心电图在ST段的失真控制在最小范围。对于工频干扰，这里采取的是中心频率为50 Hz的自适应陷波器。自适应陷波器对对工频干扰有很强的抑制作用，能够根据干扰频率和幅度的变化，取得较高的信噪比。
6 心电监护中心的设计
为了便于患者在病房中可以及时将某一阶段的心电信息传递给医院方，特意设计出一套病房中的无线传输系统。由便携式心电监测器将采集到的数据通过WIFI模块传递到病房探测器，病房探测器采用通讯总线与计算机系统连接，再通过计算机将各个病房以及床位信息进行汇总。如图5所示，医院可采用整体监护系统，通过一台主机作为服务器连接到各个科室的分机，而各个科室的分机又分别连接到各个病房内的探测器，这时，此探测器可以作为每一个病房的WIFI热点，从而构成一个共享性的WIFI网络[8]。这样，每一个科室的医生都可在计算机中随时查看每个病人的心电情况，从而迅速的对每一位患者的身体情况进行判断，同时提出医护方案。

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