家庭心电远程临护系统的研究
摘要
本课题介绍了一种家庭心电远程监护系统。
系统由五部分组成：心电检测单元，单片机控制及A／D转换单元，家庭无线传输单元，家庭嵌入式网关及医院数据管理单元。
心电检测单元以低功耗，高精度，高集成度，抗干扰性为设计目标。完成心电信号的放大功能。
单片机采用了TI公司的超低功耗MSP430F149，利用其内带的12位A／D和串行口来完成A／D转换及数据通讯。同时利用其内带的硬件乘法器进行数字滤波。
无线传输单元以高可靠性，调试简单性，模块化设计为目标，采用了集成无线传输模块PTR2000，完成心电信号从单片机传送到家庭网关的功能。
家庭网关由Linux嵌入式系统来完成，它可以作为家庭信息化的平台，扩展后可以连接其他家庭监护单元。
简略介绍了医院接收端的数据管理。
抗干扰是家庭心电监护系统必须考虑的因素。分析了手机对心电检测的影响及消除办法。重点介绍了自适应滤波的效果。
An ECG telemonitoring system based on Internet is proposed in this paper.
The system consists of five units: ECG monitor, Microcontroller and A/D converter, Home network gateway and Medical information management.
ECG monitor has the function of ECG signal amplification. In which low power consuming, high accuracy, high integration and anti-interference play a great role in the design.
Microcontroller MSP430 F149 (Texas Instrumentation Corporation) has embedded a 12bit A/D converter, two UART interfaces for local communication and a hardware multiplier for digital filtering.
Wireless communication module PTR2000 has the characteristic of high reliability, easy to testing, and has the function of transmission ECG data from microcontroller to home network gateway.
Home network gateway is an interface between home network and Internet, which can be extended to connect other home health care monitor system than ECG monitor. In this unit, Linux embedded system has been applied.
Medical information management has also been introduced in brief in the paper.
Anti-interference is an important consideration in ECG telemonitoring system. It is the result of our experiences that mobile phone can cause serious interference in ECG monitoring. In order to reduce this interference, several methods have been proposed and tested, in which adaptive filter is more abstractive.
系统由五部分组成：心电检测单元，单片机控制及A／D转换单元，家庭无线传输单元，家庭嵌入式网关及医院数据管理单元。
心电检测单元以低功耗，高精度，高集成度，抗干扰性为设计目标。完成心电信号的放大功能。
单片机采用了TI公司的超低功耗MSP430F149，利用其内带的12位A／D和串行口来完成A／D转换及数据通讯。同时利用其内带的硬件乘法器进行数字滤波。
无线传输单元以高可靠性，调试简单性，模块化设计为目标，采用了集成无线传输模块PTR2000，完成心电信号从单片机传送到家庭网关的功能。
家庭网关由Linux嵌入式系统来完成，它可以作为家庭信息化的平台，扩展后可以连接其他家庭监护单元。
简略介绍了医院接收端的数据管理。
抗干扰是家庭心电监护系统必须考虑的因素。分析了手机对心电检测的影响及消除办法。重点介绍了自适应滤波的效果。
An ECG telemonitoring system based on Internet is proposed in this paper.
The system consists of five units: ECG monitor, Microcontroller and A/D converter, Home network gateway and Medical information management.
ECG monitor has the function of ECG signal amplification. In which low power consuming, high accuracy, high integration and anti-interference play a great role in the design.
Microcontroller MSP430 F149 (Texas Instrumentation Corporation) has embedded a 12bit A/D converter, two UART interfaces for local communication and a hardware multiplier for digital filtering.
Wireless communication module PTR2000 has the characteristic of high reliability, easy to testing, and has the function of transmission ECG data from microcontroller to home network gateway.
Home network gateway is an interface between home network and Internet, which can be extended to connect other home health care monitor system than ECG monitor. In this unit, Linux embedded system has been applied.
Medical information management has also been introduced in brief in the paper.
Anti-interference is an important consideration in ECG telemonitoring system. It is the result of our experiences that mobile phone can cause serious interference in ECG monitoring. In order to reduce this interference, several methods have been proposed and tested, in which adaptive filter is more abstractive.
引文
1．白净，张永红．远程医疗概论．清华大学出版社，2000，10
2．黄冶平译．病人在家中测量血压的准确度：前瞻性观察研究．国外医学社会医学分册．17(4)，2000．12
3．潘家谱．Holter监护评估和国内外发展现状．现代诊断与治疗．5(4)，pp．242-244，1994，6
4．孙晓胜，赵步云，明淑华．HOLTER的现状及发展方向．医疗装备．10(2)，PP．13-14，1997，2
5．傅勇，傅鹤松．心脏BP机对心脏病人的治疗指导，康复保健作用．现代康复．1997，4
6．罗强，方祖祥，杨翠微．利用声耦合的电话线传输心电信号的技术．复旦学报(自然科学版)．37(1)．PP．105-111，1998，2
7．单红旭，张永红，白净．兼具HOLTER功能的数字式心电遥测监护系统的研制．仪器仪表学报．20(4)，1999，4
8．刘文珂．嵌入式处理器与嵌入式软件研究．计算机应用．27(11)，pp．22-24，2001，11
9．范质坚．LINUX在嵌入式系统中的应用．计算机与现代化．VOL．70，pp．22-25，2000，6
10．褚海飞，刘景华，乔明胜．家庭网关在嵌入式LINUX上的实现．网络家电技术．pp．44-46，2001，6
11．彭少熙，孙政顺，杜继宏．家庭网络中的嵌入式Intemet方案．电子技术应用．pp．47-50，2001，10
12．蔡建新，张唯真．生物医学电子学．北京大学出版社．1997，12
13．邓汉謦，郑家龙．模拟集成电子技术教程．高等教育出版社．1994，5
14．胡广书．数字信号处理-理论，算法与实现．清华大学出版社．1997，8
15. HTTP://WWW.TI.COM
16. Ramon Pallas-Areny. Interference-Rejection characteristics of Biopotential amplifiers: a comparative analysis. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 35(111), Nov. 1988
17. Bruce B.Winter, John G. Webster. Driven-Right-Leg circuit design. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. Vol.Bme-30,No.1, Jan.1983
18. Enrique Mario Spinelli, Nolberto H.Martinez, Miguel Angel Mayosky. A transconductance Driven-Right-Leg circuit. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 46(12), Dec. 1999
19．胡大可．MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用．北京航空航天大学出版社．2000,5
20．胡大可．MSP430系列Flash型超低功耗16位单片机．北京航空航天大学出版社．2001，11
21．潘卫江，胡大可．新一代超低功耗单片机：MSP430F13x／F14x系列．单片机与嵌入式系统应用研究．56-61，2001．3
22．潘卫江，胡大可．MSP430单片机Flash存储器的特性及应用．单片机与嵌入式系统应用研究．pp．38-42，2001．4
23．武兴建，吴金宏．无线收发数传MODEM模块PTR2000的原理与应用．国外电子无器件．pp．4-6．2001，12
25．常东来，江亿．智能小区之家庭网关．http://www.chnibs.com.cn／xq／yant／yantao-21.htm
26．常东来，江亿．家庭自动化网络中的无线网络技术．计算机自动测试与控制．9(2)，pp．54-55．2001
27. MCF5307: Integrated ColdFire Version 3 Microprocessor http://e-www.motorola.com/webapp/sps/site/prod summary.jsp?code=MCF5307&nodeld=01 M9
28. K.F.Tan, K.L.Chan, K.Choi. Detection of the QRS complex, P wave and T wave in Electrocardiogram. Advances in Medical Signal and Information Processing, 2000. First International Conference on (IEE Conf. Publ. No. 476) pp.41-47, 2000
29. Kohler, B.-U.; Hennig, C.; Orglmeister, R. The principles of software QRS detection. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 21(1), pp.42-57, Jan.-Feb. 2002
30．谢自美主编．电子线路设计，实验，测试(第二版)，华中理工大学出版社．2000,7
31．唐渝，赵干清．简单整系统数字滤波器及其在生物医学中的应用(一)．中国医疗器械杂志．13(2)，pp．99-101，1989
32．沈兰荪．智能仪器与信号处理技术．科学出版社．1990，6
33．赵鹤鸣，冷洁．线性相位数字滤波器在ECG波形分析中的应用．苏州大学学报(自然科学)．12(1)，pp．56-58，1996，1
34．张玉芬．数字移动通信技术及手机的发展现状．微电子技术．28(5)，PP．18-28，2000，10
35．陈文．移动电话与起搏器干扰．中国心脏起搏与心电生理杂志．14(3)，pp．201-203，2000
36．赵学锋，陈正文．GSM与CDMA两种数字移动通信技术的比较．计算机与通信． pp．44-47，1998，10
37. Werner E.lrnich, Rolf Tobisch. Mobile Phones in Hospitals. Biomedical Instrumentation and Technology. 33(1). pp.28-34, Jan-Fab. 1999
38. Eisuke Hanada, Yasuaki Antoku, Shigeki Tani, Michio Kimura, Akira Hasegawa, Shigeo Urano, Kazuhiko Ohe, Michiyasu Yarnaki, Yoshiaki Nose. Electromagnetic Interference on Medical Equipment by Low-Power Mobile Telecommunication Systems. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 42(4).Nov.2000
39. Vincenzo Barbaro, Pietro Bartolin, Marcello Benassi, Anna Maria Di Nallo, Leopoldo Reali, Sergio Valsecchi. Electromagnetic interference by GSM cellular phones and UHF radios with intensive-care and operating-room ventilators. Biomedical Instrumentation and Technology. 34(5). PP.361-369, Sep-Oct.2000
40．杨振江，马武装．利用UAF42设计带阻滤波器的方法．电子科技．1997，4
41．黄大卫．数字滤波器．上海铁道学院．中国铁道出版社．1991
42．唐渝，赵干清．简单整系统数字滤波器及其在生物医学中的应用(二)．中国医疗器械杂志．13(4)，pp．226-230，1989
43. Simon Haykin.Adaptive filter theory. Third editon. Prentice Hall Editions.New Jersey. 1996
44. Nitish V. Thakor, Yi-sheng Zhu. Application of adaptive filter to ECG analysis: noise cancellation and arrhythmia detection. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 38(8):785-794,1991
45．C．F．N．科思，P．M．格兰特主编，邵祥义，林溪波，朱海青译．自适应滤波器．复旦大学出版社．1990，4
46．潘士先．谱估计和自适应滤波．北京航空航天大学出版社．1991，7
47. B.Widrow, J.R.Glover, J.M.McCool, "Adaptive noise canceling: principles and applications," Proceeding IEEE, 63(12), Dec. 1975.
2．黄冶平译．病人在家中测量血压的准确度：前瞻性观察研究．国外医学社会医学分册．17(4)，2000．12
3．潘家谱．Holter监护评估和国内外发展现状．现代诊断与治疗．5(4)，pp．242-244，1994，6
4．孙晓胜，赵步云，明淑华．HOLTER的现状及发展方向．医疗装备．10(2)，PP．13-14，1997，2
5．傅勇，傅鹤松．心脏BP机对心脏病人的治疗指导，康复保健作用．现代康复．1997，4
6．罗强，方祖祥，杨翠微．利用声耦合的电话线传输心电信号的技术．复旦学报(自然科学版)．37(1)．PP．105-111，1998，2
7．单红旭，张永红，白净．兼具HOLTER功能的数字式心电遥测监护系统的研制．仪器仪表学报．20(4)，1999，4
8．刘文珂．嵌入式处理器与嵌入式软件研究．计算机应用．27(11)，pp．22-24，2001，11
9．范质坚．LINUX在嵌入式系统中的应用．计算机与现代化．VOL．70，pp．22-25，2000，6
10．褚海飞，刘景华，乔明胜．家庭网关在嵌入式LINUX上的实现．网络家电技术．pp．44-46，2001，6
11．彭少熙，孙政顺，杜继宏．家庭网络中的嵌入式Intemet方案．电子技术应用．pp．47-50，2001，10
12．蔡建新，张唯真．生物医学电子学．北京大学出版社．1997，12
13．邓汉謦，郑家龙．模拟集成电子技术教程．高等教育出版社．1994，5
14．胡广书．数字信号处理-理论，算法与实现．清华大学出版社．1997，8
15. HTTP://WWW.TI.COM
16. Ramon Pallas-Areny. Interference-Rejection characteristics of Biopotential amplifiers: a comparative analysis. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 35(111), Nov. 1988
17. Bruce B.Winter, John G. Webster. Driven-Right-Leg circuit design. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. Vol.Bme-30,No.1, Jan.1983
18. Enrique Mario Spinelli, Nolberto H.Martinez, Miguel Angel Mayosky. A transconductance Driven-Right-Leg circuit. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 46(12), Dec. 1999
19．胡大可．MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用．北京航空航天大学出版社．2000,5
20．胡大可．MSP430系列Flash型超低功耗16位单片机．北京航空航天大学出版社．2001，11
21．潘卫江，胡大可．新一代超低功耗单片机：MSP430F13x／F14x系列．单片机与嵌入式系统应用研究．56-61，2001．3
22．潘卫江，胡大可．MSP430单片机Flash存储器的特性及应用．单片机与嵌入式系统应用研究．pp．38-42，2001．4
23．武兴建，吴金宏．无线收发数传MODEM模块PTR2000的原理与应用．国外电子无器件．pp．4-6．2001，12
25．常东来，江亿．智能小区之家庭网关．http://www.chnibs.com.cn／xq／yant／yantao-21.htm
26．常东来，江亿．家庭自动化网络中的无线网络技术．计算机自动测试与控制．9(2)，pp．54-55．2001
27. MCF5307: Integrated ColdFire Version 3 Microprocessor http://e-www.motorola.com/webapp/sps/site/prod summary.jsp?code=MCF5307&nodeld=01 M9
28. K.F.Tan, K.L.Chan, K.Choi. Detection of the QRS complex, P wave and T wave in Electrocardiogram. Advances in Medical Signal and Information Processing, 2000. First International Conference on (IEE Conf. Publ. No. 476) pp.41-47, 2000
29. Kohler, B.-U.; Hennig, C.; Orglmeister, R. The principles of software QRS detection. IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine. 21(1), pp.42-57, Jan.-Feb. 2002
30．谢自美主编．电子线路设计，实验，测试(第二版)，华中理工大学出版社．2000,7
31．唐渝，赵干清．简单整系统数字滤波器及其在生物医学中的应用(一)．中国医疗器械杂志．13(2)，pp．99-101，1989
32．沈兰荪．智能仪器与信号处理技术．科学出版社．1990，6
33．赵鹤鸣，冷洁．线性相位数字滤波器在ECG波形分析中的应用．苏州大学学报(自然科学)．12(1)，pp．56-58，1996，1
34．张玉芬．数字移动通信技术及手机的发展现状．微电子技术．28(5)，PP．18-28，2000，10
35．陈文．移动电话与起搏器干扰．中国心脏起搏与心电生理杂志．14(3)，pp．201-203，2000
36．赵学锋，陈正文．GSM与CDMA两种数字移动通信技术的比较．计算机与通信． pp．44-47，1998，10
37. Werner E.lrnich, Rolf Tobisch. Mobile Phones in Hospitals. Biomedical Instrumentation and Technology. 33(1). pp.28-34, Jan-Fab. 1999
38. Eisuke Hanada, Yasuaki Antoku, Shigeki Tani, Michio Kimura, Akira Hasegawa, Shigeo Urano, Kazuhiko Ohe, Michiyasu Yarnaki, Yoshiaki Nose. Electromagnetic Interference on Medical Equipment by Low-Power Mobile Telecommunication Systems. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 42(4).Nov.2000
39. Vincenzo Barbaro, Pietro Bartolin, Marcello Benassi, Anna Maria Di Nallo, Leopoldo Reali, Sergio Valsecchi. Electromagnetic interference by GSM cellular phones and UHF radios with intensive-care and operating-room ventilators. Biomedical Instrumentation and Technology. 34(5). PP.361-369, Sep-Oct.2000
40．杨振江，马武装．利用UAF42设计带阻滤波器的方法．电子科技．1997，4
41．黄大卫．数字滤波器．上海铁道学院．中国铁道出版社．1991
42．唐渝，赵干清．简单整系统数字滤波器及其在生物医学中的应用(二)．中国医疗器械杂志．13(4)，pp．226-230，1989
43. Simon Haykin.Adaptive filter theory. Third editon. Prentice Hall Editions.New Jersey. 1996
44. Nitish V. Thakor, Yi-sheng Zhu. Application of adaptive filter to ECG analysis: noise cancellation and arrhythmia detection. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 38(8):785-794,1991
45．C．F．N．科思，P．M．格兰特主编，邵祥义，林溪波，朱海青译．自适应滤波器．复旦大学出版社．1990，4
46．潘士先．谱估计和自适应滤波．北京航空航天大学出版社．1991，7
47. B.Widrow, J.R.Glover, J.M.McCool, "Adaptive noise canceling: principles and applications," Proceeding IEEE, 63(12), Dec. 1975.