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柔性石墨烯电极片的便携式远程心电监护平台设

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0 引言

心脑血管疾病在世界范围内已经成为影响人类生命健康的重要疾病，其发病率和死亡率已经跃居世界第一位。我国的心脑血管疾病发病率也呈逐年上升态势[1]。心血管疾病的早期发现与预防对提高患者生存几率具有重要意义，心电图作为反映心脏电生理特性的重要手段，在心血管疾病检测与诊断中发挥着重要作用[2-3]。

传统的心电监护设备体积大重量沉，导线繁多，携带不方便，往往需要专业人员操作，且设备价格昂贵，检测结果无法远程随时查看，不利于个人身体健康状况的及时了解和居民电子健康档案的建立[4-6]。随着科技的发展，利用移动通信技术,移动医疗能够提供随时随地、高效便捷的医疗资讯和服务成为可能。在互联网高速发展的今天，人们对医疗服务质量要求日益提高，基于互联网平台的无线便携式智能心电检测设备有着迫切的社会需求[7-9]。特别地，我国正日趋进入老龄化社会，老年人逐年增加且缺少监护人日常照护，对于这些老人群居的养老机构，如何便捷地做好老人们的健康照护，提高机构服务质量成了全社会迫在眉睫的事情。

本文开发了便携式远程心电监护平台，通过自主设计的微型化心电信号采集终端，老人足不出户即可将通过一键式采集的心电数据通过无线方式实时上传至远端服务器平台进行分析处理，用户可随时随地通过互联网查看心电检测数据及分析结果，进一步方便个人或养老机构进行服务对象健康档案的建立。

1 系统整体设计

本系统的整体框图如图1所示，终端微型化的心电检测设备实时采集用户心电数据，并经内置的微处理器初步滤波降噪处理后，通过蓝牙方式上传系统配置的平板电脑。平板电脑安装了自主设计开发的APP，具备了数据上传功能可实现心电数据及时传至云端服务器，从而方便利用相关信号处理算法对上传心电数据进一步智能分类与分析。用户可通过PC查询网站或安卓手机APP查询分析结果。

图1 系统整体结构

该系统主要针对养老机构老人心电快速检测的应用领域。采集终端设备具有采集时间灵活，使用简单的特点，且充分利用云平台的存储优势和互联网大数据的分析优势，为心血管疾病的理想治疗模式：早发现、早预防和早治疗提供技术支撑。

2 心电设备硬件设计

2.1 芯片选择

本平台是针对养老机构健康管理和远程健康监护开发的，要求信号采集芯片低功耗、小体积且有较强的抗干扰能力。通过对比其他解决方案，本文选择了ADI公司推出的单导联心率监护前端芯片AD8232。

AD8232是一款用于ECG及其他生物电测量应用的集成信号调理模块。该器件设计用于在具有运动或远程电极放置产生的噪声的情况下提取、放大及过滤微弱的生物电信号。该设计使得超低功耗模数转换器(ADC)或嵌入式微控制器能够轻松地采集输出信号。通过模拟输出，AD8232可与分立式ADC配对，或与具有嵌入式ADC的微控制器配对，它为系统设计人员提供了较好的灵活性[8]。特别地，该芯片提供了创新的快速恢复模式，用户在运动或其他活动过程中暂时断开电极连接，当导联重连后，此芯片可以快速自动恢复心电信号，从而显著提高最终用户体验的质量[9]。

2.2 硬件电路设计

系统终端采集设备的硬件电路主要由采集电路、微处理控制电路、蓝牙传输和充电电路组成，如图2所示。

系统终端由AD8232采集单导心电模拟信号并进行模数转换，经单片机MSP430F149处理后通过CC2541蓝牙模块上传。MSP430F149作为一款低功耗低电压的微处理器，承担着整个硬件电路的控制和数据滤波处理。

针对实际监护时老人进出房间易导致网络信号连接不稳定的特点，系统在硬件设计时加入了Mini TF存储单元，将实时采集的数据进行同步备份，数据采取先进先出方式，确保数据在蓝牙信号稳定时第一时间完整上传。为方便用户长时间佩戴监测，电路采取轻巧化的3.7 V锂电池供电，相应地设计加入了CN3068充电电路和Tps稳压电路。

目前，由于极低的功耗，强大稳定的可连接性以及可靠的一对多数据传输特性，蓝牙4.0技术在可穿戴式设备应用越来越广泛。本系统选用了TI公司的低功耗蓝牙芯片CC2541。CC2541单芯片集成了MCU和RF，配置了256 kB的嵌入式闪存，用户凭借TI的BLE-Stack协议栈能够进行高效灵活的低功耗蓝牙解决方案设计[10-11]。

3 石墨烯电极片的设计

文章来源：《临床心电学杂志》网址: http://www.lcxdxzz.cn/qikandaodu/2021/0312/535.html