基于织物电极的可穿戴式心电监护系统

发布时间：2020-01-28 14:40

【摘要】：随着移动医疗的飞速发展,可穿戴式心电监护已成为个人日常心电监护的一个重要发展方向。而长时间穿戴所存在的便携性和舒适性差、监测数据不准确等问题是制约可穿戴式心电监护设备发展的重要瓶颈。采用织物电极作为心电采集电极,设计了一种单导联低功耗、小型化的心电监护系统,改善了长时间穿戴所存在的问题。系统采用织物电极取代传统Ag-Ag Cl电极进行心电采集;模拟前端采用ADS1292芯片,调理心电信号,提高信噪比,并进行24位ADC转换;MCU采用MSP430F5659,进行数据的实时获取、存储和计算,并控制外设进行异常警报和与上位机的蓝牙通信。系统完成静坐、行走和跑步状态下的测试,并对比同步脉率,验证了检测数据准确性,证明可基本满足个人日常心电监测使用。
【图文】：

模拟前端,心电,织物,横截

过敏等一系列问题，而且使用时有明显的佩带感，同时需要定时更换，所以对日常心电监护而言并不合适［12－13］。考虑到传统电极在日常心电监护中的不足，本系统采用织物电极进行心电信号的采集，如图2所示。图2心电织物电极此织物电极有别于一般的导电布，它是通过提花纺织技术与其他织物面料进行局部混织而成，可以实现织物电极与普通衣物的完美结合，无凸起感。电极采用双面织物结构，地层是由涤纶纱线织造，传感层是由镀银纱线织造，经纱是化纤长丝，纬纱是镀银导电纱。镀银纱线在纬纱方向形成双层结构，如图3所示［14］。此织物电极是典型的柔性干态电极，与传统一次性黏性电极相比，它的柔性、耐久性、可水洗性、人体生物兼容性、可集成性都大大提高。图3织物电极采用的提花技术的横截1．2心电采集模拟前端心电采集模拟前端通过高频滤波、阻抗匹配等手段，高质量获取人体体表微弱心电信号，进行多级放大和滤波处理，并通过ADC转换，将得到的心电数据传输给MCU进行处理分析的模块［15］。本系统考虑到小型化设计需求，采用TI公司开发的集成模拟前端ADS1292进行系统设计。ADS1292芯片是一款用于测量生物电信号的集成调理模块，可实现心电的同步采样和24位模数转换，采样精度高，信号无需高倍数放大就可满足采样精度要求，且内置可编程增益放945

锂电池,系统供电,充放电

第6期林视达，朱纪军:基于织物电极的可穿戴式心电监护系统1．4电源管理设计本系统采用可充电锂电池进行系统供电，以满足用户长时间佩带使用的需求，避免经常更换纽扣电池所带来的麻烦。锂电池容量为200mAh，尺寸为4．7mm×2mm×0．4mm，可以恰好附着在电路板背面，最大程度节省了空间，满足小型化的需求，如图6所示。该锂电池可以维持设备至少1d～2d的正常工作。锂电池充放电管理采用TI公司的BQ24040芯片，可以灵活控制管理充放电，且有效保护锂电池，避免过充;LDO采用TPS73033和TPS73201芯片，为系统提供稳定的3．3V和1．8V电压。电源管理电路如图7所示。图6系统供电可充放电锂电池图7电源管理电路1．5蓝牙通信模块设计本系统除了完成基本的心电信号采集、计算和存储功能外，还可以通过蓝牙4．0与移动终端进行数据通信，上传心率和异常心电信号数据，以满足辅助医生追踪诊断的需求和个人健康数据的长期统计和趋势分析，从而更好的帮助心脏疾病患者进行自身健康的长时间有效监控。系统采用基于CC2541芯片设计的蓝牙4．0低功耗模块进行通信。模块支持UAＲT串口通信和SPP蓝牙串口协议，，具有小型化、低功耗、收发灵敏等优点。待机状态下电流只有400μA到1．5mA;进行正常数据传输时的电流也仅为8．5mA，完全符合低功耗的设计要求。蓝牙4．0模块的电路设计如图8所示。图8低功耗蓝牙4．0模块2单片机程序设计本系统软件的主要功能是获取心电信号，进行947

【参考文献】