一种低噪声便携式的心电监测仪设计方案.pdfVIP

一种低噪声便携式的心电监测仪设计方案 0 0 00 引 言 监护仪是一种用以测量和监控病人生理参数，并可与已知设定值进行比较，如果出现超 差可发出报警的装置或系统。便携式监护仪小型方便，结构简单，性能稳 定，可以随身携 带，可由电池供电，一般用于非监护室及外出抢救病人的监护。心血管疾病是人类生命的最 主要威胁之一，而心电 （Electrocardiogram，ECG 信号是诊断心血管疾病的主要依据，因 此实时监测病人心电活动，设计自动采集病人心电信号的便携式系统具有重 要意义。 传统的导联系统采用通用的三电极方式，右胸上电极及左腹下电极为心电采样电极，右 腹下电极为右腿驱动电极。这种联接方式有效实用，有利于便携使用。便 携式监护仪分析 处理系统可以分为两大部分，一是携带在被检查者身上的袖珍监护仪，二是由微机系统组成 的心电图处理诊断系统。被检查者将某一时段的动态心电 信号由监护仪记录下来，通过 GPRS通信方式将数据传送到医院的心电图处理诊断系统中。心电信号是由人体心脏发出相 当复杂的微弱信号，为了获得含有较小噪 声的心电信号，需要对采集到的心电信号做降噪 处理。 本设计的特点： （1）目前对心电信号的降噪有多种方法，这里主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中 分离。滤波采用高通和低通两级滤波，滤波电路经Workbench仿真效果明显。 （2）与以往双T型50 Hz陷波器不同的是，该设计电路引入放大器形成正反馈，以减 小阻带宽度。 （3）本文为人体日常生活方便，设计了导联电极脱落检测电路，防止运动输入电极脱 落。 1 1 11 心电信号的特点及整体系统结构 心电信号属医学生物信号，它一般具有以下特点：随机性较强，即信号无法用确定的函 数描述，而只能用统计的方法，从大量测量结果中看其规律；噪声背景 强，即要测的有用 信号往往淹没在许多无用信号中。常规心电信号的频带范围是O．05～100Hz，在此频带范 围内包含了心电信号90％的能量成分。由于心电信号是mV级的信号，因此对于干扰环境而 言，它是非常微弱的信号。 心电信号由皮肤电极取自于人体表面，是一种低频率的微弱双极性信号。它淹没在许多 较强的干扰和噪声之中。这些干扰主要包括肌电信号、呼吸波信号等体内 干扰信号和以50 Hz工频干扰、电极与皮肤界面之间的噪声为主的体外电磁场干扰信号的影响。信号源阻抗 大约100kΩ，信号为10μV～5mV，典型值为1mV，加上周围的电磁干扰（特别是50Hz的 工频干扰）比较大，要求放大电路具有高增益、高输入阻抗和高共模抑制比；为保持信号的 稳定，还要求输入失调电压和偏置电流小、温漂小；为了便于随身 携带，还要求体积小、 电源电压低、耗电少等。 对心电信号进行精确测量，必须设计出性能优良的放大器。放大器的核心和关键是前置 级的设计。整个前置级电路由前置放大电路，陷波电路和滤波电路构成。 从体表获得的心 电信号经导联输入后，ECG信号经运放构成的前置放大器放大，滤波器滤除其中的高频干 扰后，再经一个50Hz陷波器进一步抑制电源干扰，然后通过电平位移进入A／D转换，从 而得到数字化的心电信号。 2 2 22 电路结构描述，心电信号的传感、放大及滤波 2 1 2 1 22．11 电路结构描述和仿真 整个监护仪是由前置放大电路，陷波电路和滤波电路构成。医学传感器获得体表的心电 信号滤除其他频段干扰后经过放大调理和A／D转换之后传给计算机以供 数据分析。其中 便携性方面设计了电极脱落检测电路，摆脱电缆羁绊，使使用者能随身携带。硬件电路用 Workbench软件进行仿真能实现其功能，采用的滤 波函数用Matlab和Filterlab软件仿真之 后能达到设计要求。滤波方法采用50Hz陷波之后，再经过高低通两级滤波，引入放大器形 成正反馈，以减小阻带宽度。 2 2 2 2 22．22 心电输入电极 电极对动态心电图采集记录心电信号的质量至关重要，采用电极应贴附力强、透气性好、 吸汗、电极导电性能好、极化电压低的优质电极，此外还应该具有对皮肤刺激小、佩带舒适、 拆卸方便等优点。通常采用表面镀有AgCl的可拆卸的一次性软电极，并在电极上涂有优质 导电膏。 2 3 2 3 22．33 前置放大器 便携机前置放大电路是对心电功能进行自动检测的关键部分，要求该系统能在强的噪声 背景下，通过体表传感器不失真地将心电信号检测出来，放