便攜式心電圖采集與控制系統(tǒng)

　　概述

　　心血管疾病是一種常見多發(fā)慢性病，由于病情隱蔽、危險(xiǎn)性高等特點(diǎn)，心血管疾病已成為死亡率最高的疾病之一，為當(dāng)今社會(huì)的第一大健康殺手。據(jù)北京市急救中心統(tǒng)計(jì)，70%以上病人發(fā)病于家中或工作場所，其中大部分因失去搶救時(shí)間而死在醫(yī)院外，很多病人是由于未及時(shí)發(fā)現(xiàn)病變延誤了治療而最終導(dǎo)致死亡。醫(yī)學(xué)實(shí)踐表明，對(duì)心血管疾病的診斷、預(yù)防是行之有效的解決手段，盡早地發(fā)現(xiàn)心血管系統(tǒng)疾病征兆，及時(shí)地了解心臟病狀況，對(duì)疾病的預(yù)防和診治具有重要的意義。

　　因此，發(fā)展兼具常規(guī)心電圖機(jī)和動(dòng)態(tài)心電圖機(jī)特點(diǎn)的低功耗、便攜式、低成本的心電圖儀具有重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景，其既能夠?yàn)榕R床診治提供有價(jià)值的診斷資料，同時(shí)對(duì)心臟疾病的早期預(yù)防和心臟功能的評(píng)估也非常有益。

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在硬件上由基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的微控制器LPC2478、重復(fù)可擦寫低功耗U盤、點(diǎn)陣LCD顯示器模塊等組成心電動(dòng)態(tài)采集存儲(chǔ)儀;軟件上則使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)mC/OSⅡ作為系統(tǒng)控制平臺(tái)，提高了系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)可連續(xù)記錄受檢者24～48小時(shí)的心電圖變化，檢查期間由受檢者隨身攜帶而不影響其日常生活與工作，可長時(shí)間作動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)記錄，大容量的U盤和USB2.0協(xié)議的出現(xiàn)，使得數(shù)據(jù)的傳輸越來越方便和迅捷，這為便攜式手持移動(dòng)存儲(chǔ)心電圖設(shè)備提供了條件。該系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)主要模塊框圖如圖2所示。由于電極采集到的心電信號(hào)屬于強(qiáng)噪聲背景下的超低頻(0.5～100Hz)微弱信號(hào)(0.1～5mV)，所以需要前置放大部分將微弱的心電信號(hào)高保真放大，并通過低通濾波、高通濾波及50 Hz陷波濾除干擾，才可以送往LPC2478的A/D 轉(zhuǎn)換器AIN0進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

　　前置放大部分電路由輸入跟隨、儀用放大器、右腿浮地驅(qū)動(dòng)組成，輸入跟隨器為提高輸入阻抗、獲取更多的心電信號(hào)，采用高精度運(yùn)算放大器OPA427，接收來自左、右手的心電信號(hào)經(jīng)調(diào)整后送往儀用放大器，由高精度儀用放大器進(jìn)行一級(jí)倒相放大后的信號(hào)送到低通濾波器，原始心電信號(hào)中的共模噪聲經(jīng)過一級(jí)放大后返回人體，使其相互疊加，從而可以減小人體共模干擾的絕對(duì)值，提高信噪比。

　　低通及高通濾波部分，由于心電信號(hào)屬于低頻信號(hào)，為了去掉高頻的干擾，還須通過低通濾波。低通濾波器截止頻率為110Hz，放大器的溫漂、皮膚電阻的變化、呼吸和人體運(yùn)動(dòng)都會(huì)造成心電信號(hào)出現(xiàn)所謂的“基線漂移”現(xiàn)象，也即輸出端的心電信號(hào)會(huì)在某條水平線上緩慢地上下移動(dòng)。從頻譜上說，這些影響都可以歸結(jié)為一個(gè)低頻噪聲干擾，于是使用高通濾波器濾除這部分干擾。