文献综述
一、目的和意义
便携式医疗设备正不断改进数以百万计患者的医疗保健条件。未来，还将有众多能显著改善医疗效果的创新型医疗应用产品。多年来，心率检测仪在心血管疾病的研究和诊断方面发挥出显著的作用，它们所记录的心脏活动时的生物电信号，已成为临床诊断的重要依据。目前，检测心率的仪器虽然很多，但是体积大，功耗大，不易于携带。有些医院使用的各种心率监测仪器抗干扰性差，开发成本高，价格昂贵，即便用于心率信号采集的传感器也价格不菲。如果心率监测的仪器能够做到体积小，制作成本和销售价格低、操作简单，能被普通家庭患者接受，这无疑为临床诊断和个人保健使用提供了方便。因此，设计一种成本低廉，可随身携带，可长时间记录，显示和存储心率值，可与微机通讯并具有较强抗干扰能力的心率检测仪是十分必要的。基于此，本文探究研发了一种体积小，操作简单，适合家庭和社区医疗保健使用的便携式心率检测仪。 二、国内外现状
心电监护（ECG Telemonitor）的历史，可以追溯到上世纪初。1903年，“心电图之父”荷兰教授Einthoven通过1500米的电缆线，记录了世界上第一份完整人体心电图，这在后来被广泛认为是心电监护的雏形。其后数十年间，伴随冠心病等心血管疾病的大肆流行，心电采集和监测技术得以迅猛发展。最早，医务人员对ECG的监测和需求，是从危重病人抢救开始的。1933年Hooker首次进行实验动物心脏复苏，
通过密切观察心脏跳动状况，来总结和判断病人的危重抢救效果。 1943年Claude Beek首次在手术室内实施电除颤，开始ECG的监测和临床应用。1952年Zoll首次推出心脏起搏术，通过对心脏功能未完全恢复的病人进行起搏、监护，使病人得以康复。1956年体外除颤仪问世，提高了危重病人抢救的存活率。1960年Kauwenhoven报道胸外心脏按摩有效，心脏复苏技术日渐成熟。1960年研发的持续床边ECG监测仪，能够适时不断地监护病人的ECG状况，使得心脏病人及危重病人得以密切和连续的被观察，同时帮助医务人员能对病人的心电情况做出连续的分析和判断。20世纪中晚期，动态心电图（Holter）、床旁心电监护仪先后发明并在临床得到应用。同期，使用远程通信技术、全息影像技术、新电子技术和计算机多媒体技术、网络技术的远程医疗（TeleMedicine）日益兴起和成熟，心电远程监护获得了长久发展和广泛应用。20世纪60~80年代，基于电话传输的心电监护技术（TTM）在国外得到应用和普及，并取得了良好的效果。TTM技术的原理是将实时采集的心电信息转变为声音，通过电话传至医院接收机，再将声音谐调为心电信号，用心电图机描记，医生通过电话给予患者诊断和治疗
国内的医用心电监测仪虽然相比国外起步较晚，但经过多年的研究发展也取得了相当可观的成果。福州大学电气工程学院的陈颖昭、高跃明等人设计了一种一种基于STM32 的便携式家用心电检测仪。心电电极采集体表单导联心电信号，经预处理电路对心电信号进行放大、滤波和电平抬升后，送至STM32 中进行模/数转换和数字处
理，在液晶屏上实时显示心电波形、心率和分析结果。实验表明，该心电仪能有效提取心电信号的特征点，准确测得心率，分析出4 种常见心率失常症状，并可测得HRV 的时域参数。该心电检测仪以意法半导体公司的STM32 作为控制核心， 系统硬件电路由预处理模块和核心处理器模块组成， 能准确提取人体体表的心电信号。在程序设计上采用了模块化方法， 实现了良好的移植性， 可实现对心电信号动态显示并进行数据分析。
福建三明学院的饶连周设计了一种基于单片机的语音心率检测仪，该语音心率检测仪是通过红外光电传感器采集手指动脉波信号, 经过放大和整形处理, 经可调分频器后送入单片机进行计算, 快速地转换为一分钟心率, 并将结果予以LCD 显示, 同时有语音播报心率以及警报功能。该语音心率检测仪选用选用性价比较高的ATMEL公司生产的AT89C2051 单片机来控制电路。该设计充分利用AT89C2051 单片机资源，整机具有高精度、低成本、低功耗、使用方便、易于大批量生产的特点,是一种便携式语音心率实时监测仪，特别适合于日常检测之用。
长春理工大学的赵春华、庞春颖、宁春玉设计了一种基于CPLD 的心率检测仪。由心电电极采集到的心电信号经过预处理和模/数转换,送给CPLD进行数据存储及处理,实现实时检测与显示心率参数、自动报警等功能。系统在MAX+PLUSII环境下采用自顶向下的设计方法,应用VHDL语言编程实现。该设计实现了一个基于CPLD的心率检测仪系统,能十分方便地测算出实时心率, 为人们的心血管健康提供了参考信
息。该系统在EPM7128SLC84-15目标芯片可以优化及扩展测量其他的生理参数,有较好的应用价值。
南华大学核科学技术学院颜拥军、赖伟、杨彬设计了一种基于人体脉搏信号特征的数字化人体模型心率检测仪. 该仪器采用反射式红外传感器获取脉搏信号, 以uPSD3234单片机为主控芯片,对红外信号进行A /D转换, 采样数据经低通滤波, 数字微分后, 选择适于脉搏微分波形的模板进行匹配滤波处理, 实现了对脉搏波的检测, 并使用了一种中值算法来提取有效的脉搏时间间隔, 从而获得精确的心率值。他们所设计的反射式红外心率检测仪主要采用了匹配滤波等数字信号处理方法得到心率数据, 将微电子技术与生物医学工程技术紧密地结合在一起。目前, 该设计已成功应用于健身产品跑步机中, 具有一定的创新性和实际应用价值, 并且有良好的市场推广价值。
重庆大学自动化学院的李晓凤硕士设计了一种基于“电子皮肤”的便携式心电监护系统。这是一种非接触式心电、呼吸信号采集系统，该系统包括传感器电路和读取电路两部分。首先，根据心电偶极子等效模型，设计了新型电极，将作用电极、相关电极和地电极整合在一起，消除电极导线。然后，提出了一种新的心电非接触测量方法，设计一种特殊的 LC 振荡式传感器电路，利用变容二极管、电感线圈分别作为心电、呼吸信号的传感器件，该传感器电路具有仪表放大电路的特点，对共模信号有抑制作用，对差模信号有放大的作用。然后利用“电子皮肤”技术将新型电极、传感器电路整合在一起，形成一种类似皮肤的薄膜片，受大气压力而黏贴在人皮肤上，不需传统的固定。
最后，使用 HFSS 软件设计了高Q 值耦合线圈。将检测到的电生理信号通过谐振耦合线圈无线传输至读取电路。读取电路把接收到的调制信号通过相位检测的方式解调出来，并通过后续滤波等方法实现心电和呼吸波信号的分离。便携式接收装置通过 GPRS 模块将信号远程传输到信息处理平台，通过相关的算法，实现对心电、呼吸信号的长期、实时监测。
杭州电子科技大学电子信息学院的张亚君、余永纪、洪明设计的便携式心电监测仪是一种能实时处理、处理速度快的心电检测仪,它以基于ARM Cortex-M3内核的单片机为核心,以大容量SD卡作为存储媒介,并实现人机交互、波形回放、心律失常分析及病情报警功能。系统采取实时的QRS波检测算法,并嵌入文件系统将心电数据以文本的形式存储,提高了数据的可读性和移植性。
合肥工业大学自动化学院的温全硕士设计了一种具有USB接口的便携式心电监护仪，文中对基于高性能嵌入式微处理器的便携式动态心电监护仪及其对心电的分析处理进行了深入研究：根据心电信号特征，设计性能优良的心电数据采集模块；选用高性能、低功耗的微处理器C8051F320设计中央处理模块，对采集的心电信号进行分析处理，同时使用液晶显示心电波形；通过对心电波形特征和常用心电分析处理算法的对比分析和研究，设计适用于本嵌入式系统的实时心电分析处理算法；采用现今流行的USB接口技术，实现对心电数据的存储和传输。
三、总结