基于MSP430單片機(jī)的十二導(dǎo)聯(lián)同步心電圖機(jī)的設(shè)計(jì)

MSP430系列單片機(jī)在醫(yī)療設(shè)備行業(yè)應(yīng)用很廣泛,以其低功耗，外圍設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)得到了設(shè)計(jì)者的喜歡。而心電圖或CT的復(fù)雜的醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用的很多。心電圖機(jī)是診斷心臟病的重要儀器之一，能夠?yàn)獒t(yī)生提供最直觀的心電波形。歐美國(guó)家已經(jīng)普遍使用十二導(dǎo)心電圖機(jī)。十二導(dǎo)聯(lián)心電圖同步記錄能客觀表達(dá)各波、段和間期，可以對(duì)早博、心動(dòng)過(guò)速、預(yù)激綜合征、束支阻滯及分支阻滯等進(jìn)行定位診斷與鑒別診斷；將心電數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，可以進(jìn)行各種電參數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，為臨床醫(yī)療和科研工作帶來(lái)了極大便利。根據(jù)目前的微電子、單片機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)成功研制出一種便攜式心電圖機(jī)，它可通過(guò)液晶顯示器顯示心電圖，同時(shí)將數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上顯示并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息遠(yuǎn)傳，是一種新穎的臨床和家庭兼用的心電圖機(jī)。

標(biāo)準(zhǔn)十二導(dǎo)聯(lián)簡(jiǎn)介

人體是一個(gè)導(dǎo)體，心臟壁收縮引起的動(dòng)作電勢(shì)使電流由心臟傳播至整個(gè)人體，所傳播的電流在人體的不同部位產(chǎn)生不同的電勢(shì)，可以通過(guò)電極在皮膚表層感應(yīng)得出。為了完整地記錄心臟的電活動(dòng)狀況，常用水平和垂直方向的十二種不同導(dǎo)聯(lián)作記錄，稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)十二導(dǎo)聯(lián)，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6導(dǎo)聯(lián)。測(cè)量時(shí)須在人體上安放10個(gè)電極，分別為：右手電極VR、左手電極VL、右腿電極RL、左腿電極VF、胸部6個(gè)電極C1~C6。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，由這些電極可以合成標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)心電圖，合成方式如下：

(1) 標(biāo)準(zhǔn)肢體導(dǎo)聯(lián)：

導(dǎo)聯(lián)I=VL－VR；

導(dǎo)聯(lián)II=VF－VR；

導(dǎo)聯(lián)III=VF－VL；

(2) 加壓?jiǎn)螛O肢體導(dǎo)聯(lián)：

aVR=VR-(VL+VF)/2；

aVL=VL-(VR+VF) /2；

aVF=VF-(VL+VR)/2；

(3) 常用的胸導(dǎo)聯(lián)：

胸導(dǎo)Vi=Ci-(VR+VL+VF)/3，式中，VR、VL、VF和Ci(i=1~6)表示右臂、左臂、左腿和胸壁的電位。

系統(tǒng)總體方案

本十二導(dǎo)聯(lián)同步心電圖機(jī)采用德州儀器公司的MSP430系列的MSP430FG4616作為控制核心，可方便地實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的采集、處理、顯示以及傳輸。系統(tǒng)主要由五部分組成：前置放大電路部分用來(lái)放大各導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)；帶通濾波電路部分用來(lái)濾除心電信號(hào)頻率范圍以外的噪聲；陷波電路用于濾除50Hz工頻干擾和35Hz肌電干擾；生物電信號(hào)數(shù)據(jù)采集電路部分用來(lái)采集放大后的各導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)并將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)；右腿驅(qū)動(dòng)電路部分不僅可以抑制50Hz工頻干擾，還可根據(jù)檢測(cè)到的心電信號(hào)適當(dāng)調(diào)整人體電平，便于ADC采樣；數(shù)據(jù)處理顯示部分用來(lái)采用濾波算法處理采集的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示心電波形；網(wǎng)絡(luò)傳輸部分用來(lái)將采集的心電數(shù)據(jù)傳輸至醫(yī)院或疾病控制中心，便于隨時(shí)了解病人的狀況。系統(tǒng)功能在液晶顯示的菜單下通過(guò)按鍵選擇完成，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

心電信號(hào)由專(zhuān)用電極獲取后送入前置放大器初步放大，在對(duì)各干擾信號(hào)進(jìn)行一定抑制后送入帶通濾波器以濾除心電頻率范圍以外的干擾信號(hào)，再經(jīng)50Hz和35Hz陷波器濾除工頻和肌電干擾后送入主放大器，最后主放大器將濾波后的信號(hào)進(jìn)一步放大到合適范圍后送入A/D采樣電路以進(jìn)行高精度A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)接收到A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波及相關(guān)處理后在液晶屏上顯示。


圖2 心電信號(hào)前置放大電路