心電圖用放大器的設(shè)計注意事項

　　摘要：心電圖(ECG)設(shè)備的普及程度已顯著加深，隨著電子和機械設(shè)計的進步，如今的ECG已能夠自主進行各種信號分析、提供實時顯示，甚至使便攜式設(shè)備能記錄長時間的心電活動。這些高級功能依賴于心電信號的精確捕捉和調(diào)理，這使得放大器的選擇和設(shè)計成為ECG系統(tǒng)成功的關(guān)鍵因素。此技術(shù)文章重點分析了心電圖(ECG)用放大器的設(shè)計注意事項，其中包括信號調(diào)理、共模抑制、失調(diào)校正以及噪聲消除等。

　　多年以來，心電圖(ECG)設(shè)備的普及程度已顯著加深，技術(shù)進步使此類設(shè)備的檢測結(jié)果日益實用。在設(shè)計ECG時，必須考慮幾點，其中之一是調(diào)理此類系統(tǒng)的信號所要使用的放大器。

　　心電圖概述

　　ECG用于監(jiān)視心電活動。隨著心臟壁的收縮，生物電流遍布人體，產(chǎn)生變化的電壓。放置在皮膚上的電極可檢測到這些電壓，從而可監(jiān)視心臟活動。

　　最簡單的ECG提供了心臟運動的波形圖，可顯示在屏幕上或直接打印到紙上。更先進的設(shè)備將提供其他功能，如存儲波形、無線數(shù)據(jù)傳輸和各種級別的后信號處理。圖1顯示了ECG的高級框圖。信號調(diào)理電路中使用的放大器在圖的左下角以綠色突出顯示?！　?/p>

 

　　信號調(diào)理的挑戰(zhàn)

　　根據(jù)系統(tǒng)和所需的分析類型，最常見的配置是將3個、5個甚至10個電極連接到人體的不同部位。在皮膚上檢測到的電壓范圍為100µV到3mV。不過，每個電極的直流電壓可能接近于300mV。因此，前端檢測電路必須能夠在存在較大共模電壓時檢測到極小的電壓。另一個挑戰(zhàn)是要應(yīng)付各種噪聲源，例如來自頂燈或監(jiān)視器的50或60Hz干擾、患者的移動以及來自設(shè)備其他部分的電磁干擾。

　　由于有用信號的幅值極小，因此使用放大器從共模電壓和噪聲中提取心電信號，并提供信號增益。此類應(yīng)用中一些重要的放大器參數(shù)包括共模抑制、輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移、輸出擺幅以及放大器噪聲。

　　共模抑制

　　如前文所述，放置在患者皮膚上的電極可能有大約數(shù)百毫伏的直流電壓，而有用信號的電壓通常小于一毫伏。儀表放大器配置非常適合這種情況，該放大器將消除任何與差分輸入共模的信號(來自電極或任何共模噪聲，如60Hz干擾)，同時放大有用的心電信號。在這種情況下，考慮放大器電路的共模抑制參數(shù)是非常重要的，不僅針對直流信號，還要考慮跨頻率，尤其是線路頻率為50或60Hz時。具有高共模抑制比的放大器將消除更多不需要的噪聲并實現(xiàn)更高精度的測量。