多床位心電監(jiān)護儀設(shè)計與實現(xiàn)
(1)開始監(jiān)護。啟動多床位心電圖監(jiān)護軟件后,出現(xiàn)開機畫面,選擇要監(jiān)護的床位,在確認好患者的導(dǎo)聯(lián)采集裝置都連接好后,點擊開始監(jiān)護,對患者的心電信號進行實時采集,同時顯示心電網(wǎng)格圖紙、心電波形、監(jiān)護時間和保存心電數(shù)據(jù),計算出患者當前的心率,達到對其中一個床位進行監(jiān)護的目的。如果有多個床位同時需要監(jiān)護,建立對應(yīng)床位的監(jiān)護界面,點擊開始監(jiān)護即可進行。
(2)停止監(jiān)護。監(jiān)護過程中,對不需要再繼續(xù)進行監(jiān)護的床位患者,選擇停止監(jiān)護;保存好患者的心電數(shù)據(jù),用于醫(yī)生診斷時重顯監(jiān)護時的心電數(shù)據(jù)。
(3)系統(tǒng)報警?;颊哌M行病情監(jiān)護時,如果心電波形出現(xiàn)異常,心功能參數(shù)超出標準范圍,心率為0時,系統(tǒng)會即時報警。
(4)日期時間。顯示患者進行監(jiān)護時的時間,用于醫(yī)生診斷時對患者病情的了解,并能及時做好病情的診治。
(5)取圖。完成來自USB接口采集的心電信號數(shù)據(jù),以波形形式顯示到計算機屏幕上。
(6)數(shù)據(jù)保存。數(shù)據(jù)保存的目的是將患者心電波形數(shù)據(jù)、監(jiān)護日期和時間都保存下來。
(7)心率計算。心率計算是將采集的心電實時數(shù)據(jù),利用RR間期的差值方法計算心率,并顯示到屏幕上的編輯框中,醫(yī)生第一時間就可以掌握患者的心率資料。
(8)重顯。挑選出有典型意義的波形進行分析處理,調(diào)出患者某一時間的心電數(shù)據(jù),顯示心電波形和時間,幫助醫(yī)生來分析患者的病癥。
(9)打印。采集的心電波形、計算所得的心率、監(jiān)護時間打印到心電圖網(wǎng)格紙上,幫助醫(yī)生根據(jù)臨床經(jīng)驗,進行醫(yī)學(xué)診斷。
3 硬件設(shè)計
3.1 心電信號采集
根據(jù)心電信號的特性,采用心電信號模擬器模擬產(chǎn)生心電信號。這種心電信號很微弱,最大只有4 mV。將提取后的心電模擬信號送入前置放大器初步放大,對各種干擾信號進行一定抑制后送入帶通濾波器,濾除心電頻率范圍以外干擾信號,主放大器將濾波后的信號進一步放大到合適范圍,經(jīng)由50 Hz和35 Hz陷波器濾除工頻和肌電干擾,得到符合要求的心電模擬信號,隨后就可由模擬輸入端送人8051單片機的ADC上,進行高精度的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的采集存儲,如圖4所示為心電信號的采集過程。
心電信號是一種低頻弱信號,對心電信號采樣精度的考慮主要是出自于對ST段異常分析處理的要求,ST段電平變化為0.05 mV,已經(jīng)得到公認,因此采樣精度至少為0.025V。根據(jù)美國心臟學(xué)會AHA標準和Nyquist采樣定律,當信號采樣頻率等于或大于信號最高頻率的2倍時,就可以從抽樣后的信號中不失真的還原出原信號。ECG頻率范圍為0.05~100 Hz,取采樣頻率為200 Hz,即采樣周期為5 ms。采用ADC08 09的逐次逼近8路模擬信號輸入的10位ADC,輸入滿刻度電壓為2.5 V,能分辨出來的輸入電壓變化的最小值為2.5/210=2.5 mV,心電采集放大倍數(shù)約為1 000倍,輸入端的最小分辨率約為2.5/1 000=0.002 5 mV,故滿足系統(tǒng)采樣要求。
3.2 前置放大電路
設(shè)計選用儀表放大器AD620作為前置放大器,如圖5所示。有效解決了心電信號采集時伴隨的較強背景噪聲和干擾;同時解決了心電信號頻率低,變化緩、信號弱,信號源阻抗較高的特性。
為防止前置放大器工作于飽和或截止區(qū),其增益不能過大,實驗表明10倍左右效果較好。U3將R2,R3檢出的人體共模信號用來驅(qū)動導(dǎo)聯(lián)線屏蔽層,以消除分布電容,提高輸入阻抗和共模抑制比。U4,R5,R6,C1構(gòu)成“浮地”驅(qū)動電路,將人體共模信號倒相放大后,激勵人體右腿,從而降低甚至抵消共模電壓,較強地抑制50 Hz工頻干擾。U1,U2用于穩(wěn)定輸入信號和提高輸入阻抗,進一步提高共模抑制比。
3.3 帶通濾波及主放大電路
由于心電信號頻帶主要集中在0.05~100 Hz之間,頻帶較寬,為此采用OP2177的兩個運放分別設(shè)計一個二階壓控有源高通和低通濾波器,組合成帶通濾波。帶通濾波由雙運放集成電路OP2177構(gòu)成,如圖6所示。
主放大電路由OP1177(U7),R12,R13構(gòu)成??紤]到心電信號幅度約為0~4 mV,而A/D轉(zhuǎn)換輸入信號要求1 V左右,從而整個信號電路放大倍數(shù)需要1 000倍左右。而前置方法約10倍,因此本級放大倍數(shù)設(shè)計為100倍左右。
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