超低功耗微型心电听诊仪的设计

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1、超低功耗微型心电听诊仪的设计张虎军陈光杰(第一军医大学生物医学工程系广州市510515)摘要主要介绍了一种适应于临床医师使用的可以用于诊断心脏疾病的仪器。该仪器将普通听诊器与心电图机有机结合在一起，用于诊断各种心脏疾病，并且具有低功耗、使用简便、便于携带等优点，是传统听诊器的替代产品。关键词心电图ECG；心音图PCG；MCUMSP430；低功耗；LCDDesignofultralowpower-consumedportablestethoscopewithECGZHANGHu-jun,ChenGuang-jie(Biomedica

2、lEngineeringDepartment,TheFirstMilitaryMedicalUniversity,Guangzhou,510515)AbstractInthispaper,adevicewasdesignedforclinicianstodiagnoseheartdisease.ThisdeviceiscombinedECGwithstethoscope,whichcanbeusedtodiagnoseaseriesofheartdisease.Moreover,thisdevicehasmanymeritssuc

3、haslowpower-consumed,easy-usedandportable,anditcansubstituteforconventionalstethoscope.KeywordsECG;PCG;MCUMSP430;Ultralow-PowerConsumption;LCD1引言听诊器（stethoscope）是临床医师必备的诊断设备，通常用来诊断心肺疾病。但是，为了对心脏疾病作出初步诊断，必须借助心电图（ECG）进行诊断。然而传统的心电图机体积较大使用不便，现在虽然出现了各种便携式的心电图机，可是操作使用较复杂且耗电量

4、大。更重要的是听诊与心电图无法同时、实时进行，所以无法对心脏病作出有效的诊断。本文讨论的心电听诊仪正是针对以上问题提出的一种仪器设计。巧妙地将心电图监视仪同传统听诊器有机地结合在一起，使得临床医师在听诊的同时可以得到病人的心电图显示，并且使用特定算法实现心率的实时显示。并且根据各个心音（PCG）出现的时间与心电的各个波群的对应关系，将心脏病变定位到特定部位，从而对心脏的功能作出初步的诊断。2医学原理心电图（ECG）的基本波形：P波：反映心房电激动的电压改变。QRS波：反映心室电激动的电压改变。PR间期：代表电激动由心房传到心室的时

5、间。T波：反映心室电激动恢复期的电压改变。QT间期：代表心室电激动的全部时间。心音图（PCG）能记录心音、杂音与附加音，是弥补心脏听诊的重要辅助检查。心音分类：（1）正常心音正常情况下可有四种心音：第一心音：相当于心电图上QRS波开始后0.02～0.04秒，占时0.08～0.135秒左右。是由心室收缩，二尖瓣关闭，三尖瓣关闭与心室收缩时，血流进入大血管引起的。第二心音：相当于心电图上T波终末部。是由心室舒张时心室壁振动，主动脉瓣与肺动脉瓣关闭和房室瓣开放时血流自心房进入心室引起的。第三心音：相当于心电图上T波以后距S为0.12～0

6、.20秒，占时0.05秒，频率、振幅低。是由于心室快速充盈，心室壁振动引起的。第四心音：相当于心电图P波后0.18～0.14秒，振幅低，是由于心房收缩时血流急速进入心室，振动心室壁而引起的。（2）不正常的心音心音增强或减弱：第一心音增强：见于甲状腺机能亢进、高热、二尖瓣狭窄与心室肥厚。第一心音减弱：见于心肌炎、心肌梗塞、二尖瓣关闭不全与主动脉关闭不全。主动脉瓣区第二心音减弱：见于高血压病、主动脉硬化。肺动脉瓣区第二心音增强：见于二尖瓣狭窄、左心功能不全与左向右分流的先天性心脏病。主动脉瓣区第二心音减弱：见于主动脉瓣狭窄或关闭不全。

7、肺动脉瓣区第二心音减弱：见于肺动脉瓣狭窄或关闭不全。心音分裂：第一心音分裂：由于二尖瓣和三尖瓣的关闭时间有同步，相差0.04秒以上造成的。常见于右侧束支传导阻滞。第二心音分裂：由于主动脉瓣和肺动脉瓣的关闭时间不同步，相差0.035秒以上所致。常见于二尖瓣狭窄、房间隔缺损、动脉导管关闭、右束支传导阻滞、原发性肺动脉扩张等。因此，心电图与心音听诊的结合对心脏疾病的判断有重要意义。它是临床医师对心脏疾病进行初步确定和筛选的有效方法。尤其是在急诊和野战救护方面具有现实的意义。3系统的硬件设计该仪器硬件设计的关键是超低功耗（Ultralow

8、-PowerConsumption）和便携。为了达到这一目的，仪器的微处理器（MCU）采用美国TI公司超低功耗MCU---MSP430F149，该MCU在标准模式（Standbymode）下耗电1.3mA在RAM保持关闭模式下（RAMRetenti