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用于移动医疗的微型无线心电传感器(2)

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图4 蓝牙传输模块电路Fig.4 circuit diagram of Bluetooth module

1.2.3 电源管理模块

为了减小微型无线心电传感器的体积，本文使用一片CR2032 纽扣电池为心电采集处理模块和蓝牙传输模块提供工作电压。为了保证微型无线心电传感器供电电压的稳定性，这里使用了德州仪器公司的升压降压转换器芯片TPS，该芯片除集成了升压与降压两种功能外，还包括开关FET、补偿与保护功能等，且只需很少的外围部件即可保证正常工作。该稳压电源芯片输入电压范围为1.8 V～5.5 V，采用3 mm×3 mmQFN封装形式。在本文应用中将TPS稳压芯片输入端接3 V的CR2032纽扣电池，利用该芯片的升压功能使电源管理模块输出电压稳定在3.3 V，为心电模块和蓝牙传输模块提供工作所需能量，在本文中的应用电路如图5所示。

1.3 软件系统设计

由于心电采集处理芯片BMD101串口输出的心电数据是经过神念科技公司专利算法处理后的含有心率、心电数据等数据包，因此本文省去了下位机的软件编程工作，只需在上位机应用程序中对心电数据包进行解析使用就可以了。

图5 电源管理模块电路Fig.5 The circuit diagram of power module

上位机应用程序即Andriod手机端[8]的应用程序主要完成微型无线心电传感器的蓝牙与手机蓝牙的通信、根据接收的心电数据实时地绘制心电波形、心率显示、心电数据的存储等功能。本部分采用版本和Eclipse工具进行开发。主线程负责实时显示心率和心电波形显示，先将接收到的心电信号数据转换成坐标点的表示形式存入到缓存区，然后应用程序再从该缓存区中依次提取数据点使用View控件来描绘出一个连续的心电波形图使其显示在一个二维坐标中。在微型无线心电传感器与Andriod手机端建立连接后会开辟一个工作线程以完成心电数据接收和简单处理。同时Andriod手机端应用程序还采用File方式将采集到的心电数据存储在手机端的SD卡中。

2 实验结果

本文设计的微型无线心电传感器表面积只有1.5 mm×2 mm，重量仅为8 g，功耗为10 mW。使用时只需将本微型无线心电传感器和它的两个Ag/AgCl一次性心电电极片贴到胸部，打开蓝牙和手机端软件就可以接受到稳定的心电信号和心率值。

为了验证本文微型无线心电传感器的测量的准确性，这里使用深圳迪美泰数字医学技术有限公司的交互式生物医学万用信号源（iBUSS）对该微型无线心电传感器进行了测试。iBUSS具有提供P-QRS-T波各项参数分别可调的合成正常或异常心电信号的功能，本文使用iBUSS合成了5组参数各异的心电信号作为微型无线心电传感器的输入，对手机端输出的心电信号测量、分析，结果如表1。众所周知，目前医院打印的心电图，人眼所能准确分辨横轴代表的时间最小单位是40 ms，人眼所能准确分辨纵轴代表的电压幅度最小值为0.1 mV，由此可见，本文设计的微型无线心电传感器造成的心电参数误差是不会影响对心电图的正确判断的，完全可以胜任对漏博、停博、心动过缓、心动过速等心律失常疾病进行测量、分析、判断。

表1 测试结果Tab.1 Test results参数组别 1 2 3 4 5 R波幅值（mV）iBUSS 0.5 1 1.5 2 2.5 MWEsensor 0.51 1.03 1.52 2.06 2.58误差 0.01 0.03 0.02 0.06 0.08 T波幅值(mV)iBUSS 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 MWEsensor 0.18 0.26 0.35 0.44 0.55误差 0.02 0.04 0.05 0.06 0.05 ST间期(ms)iBUSS 320 350 380 410 440 MWEsensor 324 358 390 423 456误差 4 8 10 13 16 RR间期(ms)iBUSS 50 70 90 120 150 MWEsensor 55 76 101 128 162误差 5 6 11 8 12 QT间期(ms)iBUSS 600 700 800 900 1000 MWEsensor 606 697 815 920 1024误差 6 3 15 20 24

3 结论

本文设计了一种用于移动医疗的微型无线心电传感器，该微型无线心电传感器只使用两根导联线，一片纽扣电池供电，具有操作简单、测量准确度高、抗干扰能力强、实时性好等特点，经过测试表明该微型无线心电传感器能够准确测得使用者的心率和心电波形，完全可以用来对心律异常的病人进行长时的贴身心电监护。并且可以将本微型无线心电传感器采集到的心电数据通过WIFI或3G/4G移动网络连至互联网发送个人医生或医院心电监测中心站的数据库。把常见心脏疾病的自动分析诊断功能嵌入手机端软件中，实现常见心脏疾病的自动诊断、异常报警是我们下一步的工作目标。

[1] 孟妍, 郑刚, 戴敏, 等. 可穿戴心电信号采集与分析系统的设计与实现[J]. 计算机科学, 2015, 42(10): 39-42.

[2] 李淑园, 吴水才, 宾光宇, 等. 可穿戴式无线低功耗心电记录仪的设计与实现[J]. 中国医疗设备, 2015, 30(3): 21-23.

文章来源：《临床心电学杂志》网址: http://www.lcxdxzz.cn/qikandaodu/2021/0312/530.html