便攜式多參數(shù)監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

便攜式無線多參數(shù)監(jiān)護儀具有體積小巧，價格便宜，穩(wěn)定性高，功耗低等特點，可長時間監(jiān)測患者生理參數(shù)如血壓、血氧、心電呼吸和體溫。使病人可以隨身攜帶，24小時監(jiān)護病人的生理參數(shù)，當病人覺得不適或者需要超出醫(yī)生建議閾值時，并可通過藍牙協(xié)議將儲存的生理參數(shù)信息以 5517.2011.02.0092.4G頻帶傳遞至手機，再通過手機發(fā)送到醫(yī)院數(shù)據(jù)庫平臺按照參數(shù)超出幅度聯(lián)系值班醫(yī)生，實現(xiàn)足不出戶可實現(xiàn)安全監(jiān)護。由北京時代民芯公司開發(fā)的MXT89C551為這種多功能便攜式無線多參數(shù)監(jiān)護儀的實現(xiàn)提供了硬件平臺。通過對該高速單指令周期MCU的外圍電路設(shè)計和軟件編程，實現(xiàn)了如圖1的設(shè)計框架結(jié)構(gòu)。

采用電機轉(zhuǎn)動對袖帶進行加壓來阻斷動脈血，通過勻速漏氣閥漏氣。當袖帶的氣壓逐漸減小時，動脈血流逐漸增加，脈搏波逐漸增大，當袖帶內(nèi)的壓力等于收縮壓的時候，開始產(chǎn)生第一聲柯式音，當袖帶內(nèi)的壓力繼續(xù)減小時脈搏波的振幅會減小直到消失，產(chǎn)生最后一聲柯式音。將袖帶連接的壓力傳感器MPS2107產(chǎn)生的差分信號通過高通放大濾波器，將脈搏波信號進行放大濾波后，通過AD采樣將信號采進系統(tǒng)。求出脈波信號的包絡(luò)線，算出峰峰值最大的點對應(yīng)的氣壓值，按照多權(quán)值示波法原理再進一步計算舒張壓和收縮壓。電路結(jié)構(gòu)如圖2。

由于心電信號非常微弱，頻率在0.1~20Hz幅值在1mv左右，屬于一種低頻低幅信號。我們選擇的是INA331，具有高信噪比，高輸入阻抗，高共模抑制比，低噪聲低漂移的儀表放大器。由于工頻干擾通過差模形式進入放大器，所以其中夾雜著較大的50Hz工頻干擾，需要增加50Hz陷波器。 50Hz陷波器通過雙T網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，實現(xiàn)對50Hz信號大于30dB的衰減并且對20Hz以下的低頻信號無衰減。由于其中混雜著高頻干擾信號，需要經(jīng)過二階低通濾波器對20Hz以上的信號進行濾波。以100Hz的速度進行采樣，再通過數(shù)字濾波算法調(diào)整基值及數(shù)字濾波，再將處理過的信號通過點陣式LCD屏幕顯示。電路結(jié)構(gòu)如圖5。

心電信號屬于低頻小信號，幅值小于1mV。需要前置放大電路有較高的增益，高輸入阻抗(2M以上)和高共模抑制比(60dB以上)和很低的噪聲 (10mVpp以下)及低漂移和合適的通頻帶寬度和動態(tài)范圍。極化電壓是由于電極和皮膚接觸形成的半電池產(chǎn)生的直流電壓，其幅值約為幾毫伏至幾百毫伏不等。國標中對極化電壓的要求為小于300mV，遠大于心電信號，由于極化電壓的存在導(dǎo)致前級放大倍數(shù)不能太高以防止飽和，而差分儀表放大器的共模抑制比是和放大倍數(shù)有關(guān)的，所以導(dǎo)致心電信號的前級放大電路需要增益和共模抑制比之間做出平衡。如圖6所示，LA為左臂導(dǎo)聯(lián)信號，RA為右臂導(dǎo)聯(lián)信號。LL為左腿導(dǎo)聯(lián)信號，左腿驅(qū)動電路可以有效防止位移電流的干擾。人體的位移電流將不再流入地，而是流向輔助放大器的輸出。當患者和地之間存在很高的電壓時導(dǎo)致放大器飽和以防止患者受傷。當輸入的信號幅值過大超過Vref時，放大器停止工作。經(jīng)過差分放大后還需要經(jīng)過二級放大濾波，提取出較好的心電信號。