矿用无线心电检测装置研究

随着人们物质和精神生活的不断发展，越来越多的人群开始重视心脏系统疾病，对于矿工而言工作环境恶劣，发生心脏疾病的概率相对较高，我们国家对矿工的身体健康状况高度重视，此外近年来大数据发展逐渐渗透到国民体质医疗信息管理数据库的建设中，通过数据库的辅助作用，国家能更好的掌握矿工的体质情况，对于矿区的环境及时做出整改措施，尽量避免频率较高的职业病的出现。

所谓医学事业预防为主，心脏系统疾病可以通过经常的心电检测，及时发现患者心脏出现的问题，及时对症下药。井下环境错综复杂，粉尘大、通风差、温度高、湿度大、高噪声、存在大量有毒性气体[1]，条件恶劣难控，但对心脏疾病的预防是可以实现的，矿工可以把可穿戴式心电检测装置随身携带，当心电异常、心率异常时，设备会发出警报，患者及时就医，这样就会减少矿工心脏疾病的发病率，提高矿区职工的体质和疾病预防意识。

1 矿工发生心血管疾病的调查分析

矿工工作环境特殊，并长期从事高强度的体力劳动，井下随时伴有塌方等威胁生命的安全隐患，身心健康备受考验。由于矿工的工作地点和从事工种不同，本文主要针对井下从事重体力劳动的人群，例如爆破工、掘进工、采矿工和钻眼工，其中以腰背痛、关节炎、视力减弱、心电图异常、高血压、慢性鼻炎和慢性支气管炎等病症发病率较高，虽然这些疾病的发病率和矿工工作环境没有直接联系，短期不会出现病症，但经过职业病学和统计学分析，矿工工龄、劳动条件等因素和这些病症具有较强相关性[2]。在这些病症中，心电图异常比例较高，心脏病具有突发性和偶然性[3]，如果能够及时对患者的心电图检测并做出正确诊断，通过早期治疗可以提高对矿工心血管疾病的预防和治疗效果。

2 心电信号简介

心电信号指心脏在每个心跳周期，起搏点、心房、心室依次开始兴奋，这一过程中伴随着生物电的变化，人体心肌动作，引起体表的电位差异，这种差异变化称为心电。可以通过心电图来鉴别与分析各种心律失常，反映心肌受损的程度和心房、心室的功能结构情况[4]，对心率异常、早搏、心肌梗塞等病症可进行定位诊断，是心脏病治疗与诊断的常规必备检查。

现在医院普遍所使用的心电图机，精准度高，虽然功能强大，可对病人进行长期监护，但体积大、质量重，需要在病人身上多点连接电极和导线，心电信号的采集方式多使用有线传输[5]。这种有线数据采集方式对于井下工作的矿工极其不适用，医院或者家里的患者可以在静止卧躺状态下测量，可对于矿工如果想全天检测心电信号，比较合理的方式是使用可穿戴式的心电图检测装置，矿工在井下工作时可以随身携带，不影响日常体力工作。

3 无线心电检测装置的设计

本系统主要采用兰际踅行牡缧藕诺奈尴叽洌苊饬诵藕挪杉讨兄疃嗟枷叩睦牛奖阈宰陨碛行脑嗖∈坊蛐赝吹目蠊つ芄黄鸬礁ㄖ瘟坪驮し赖乃毓πА? 该心电检测装置主要包含两部分：心电信号采集、发送电路和接收、信号处理电路。心电信号采集、发送电路制作在一块PCB板上，要尽量减小体积，这部分需要矿工随身携带。首先从机将电极上采集到的数据经滤波放大处理后发送到主机，然后主机接收到模数转换后的信号做进一步的数字滤波处理和数据分析，最后经显示设备输出。

3.1 系统的整体框图

该无线心电检测装置的心电信号采用单级肢体导联测量法，RA、LA和LL三个肢体电极通过三个电阻接到一起与主机负极相连，作为心电测量的基准电压，测定三个电极点的电位[6]，再经过前置放大电路、滤波电路、主放大电路、AD转换等一系列的电路处理放大后，再经蓝牙无线传输到主机，进行数字信号处理后生成心电图显示输出。下图1是系统的整体框图，下面介绍系统的几个主要电路。

图1 系统整体框图

3.2 MCU电路设计

本系统主要采用STM32控制电路，主机和从机中都使用STM32芯片作为核心控制器件，该芯片体积小、功耗低、功能强大，含有丰富的外设功能可以有效协调各部分电路工作，控制蓝牙芯片传输信号，准确计算心电信号中的特征值，并将分析后的数据通过液晶显示输出。

3.3 心电采集电路设计

心电信号采集电路主要有前置放大电路，滤波电路、主放大电路、AD转换电路、蓝牙传输电路和电源电路等。该心电信号属于低频微弱的电信号，频率范围0.05Hz～100Hz之间，信号幅值在0.01mV～5mV之间，极易受到干扰，这种干扰有来自人体的肌电干扰，也有电网的工频干扰等多种因素，因此对于心电图机而言需要经过前置放大电路、滤波电路、主放大电路后将模拟的电压信号转换成数字信号，再经蓝牙无线传输给主机，主机再进行下一步的信号处理。

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