基于虛擬儀器的家庭

由于人們生活水平的提高、生活節(jié)奏的加快和環(huán)境污染等一系列因素的影響，心臟病、高血壓等心腦血管疾病進(jìn)入高發(fā)期，這類疾病的發(fā)作具有隱藏性、突發(fā)性和極大危險(xiǎn)性，一般需要通過心電監(jiān)護(hù)儀對心電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。若病人在家進(jìn)行心電監(jiān)護(hù)既可緩解醫(yī)院病床、醫(yī)護(hù)人員等醫(yī)療資源的壓力，又可減輕病人的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，本文正是在這種背景下設(shè)計(jì)了一個(gè)基于虛擬儀器的家庭心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

1 心電信號(hào)的硬件采集電路
通過體表電位提取出的心電信號(hào)屬于強(qiáng)噪聲背景下的生物電信號(hào)，它具有一般生物信號(hào)的特點(diǎn)：1)信號(hào)強(qiáng)度微弱；2)不穩(wěn)定性；3)低頻特性；4)隨機(jī)性。在利用電極采集心電信號(hào)的過程中，常常摻雜著各種各樣的噪聲。由于心電信號(hào)比較微弱，極易受到外部環(huán)境的影響。來自心臟以外的人體器官也會(huì)產(chǎn)生生理信號(hào)，這種生理信號(hào)會(huì)嚴(yán)重干擾心電信號(hào)的識(shí)別，甚至完全湮沒心電信號(hào)。還有，外部機(jī)器設(shè)備的信號(hào)噪聲干擾等，都會(huì)對心電信號(hào)的測量、波形識(shí)別和病癥診斷帶來不利影響。

本系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)如圖1所示，首先由體表前置電極采集心電信號(hào)，經(jīng)放大電路放大(包括前置放大和次級(jí)放大電路)，心電濾波電路濾波(低通和高通濾波電路)，50Hz工頻陷波器陷波濾除工頻干擾，最后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行后期處理，其中還包括檢測電極是否脫落電路。
1．1 前置運(yùn)算放大電路
為了克服測量生物電時(shí)伴隨的較強(qiáng)的共模干擾(主要是50Hz干擾)，在生物電放大器的前置級(jí)通常采用差動(dòng)放大以提高共模抑制比。

1．2 次級(jí)放大電路
由于前置運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)有限(一般不大于30倍)。信號(hào)放大倍數(shù)不足，在實(shí)際應(yīng)用中往往要求輸出信號(hào)為伏級(jí)，需要次級(jí)放大電路，又由于經(jīng)前置運(yùn)算放大器放大的信號(hào)變?yōu)榉聪?，因此采用反相比例放大電路。則，最終輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相。

本設(shè)計(jì)中反相放大器的放大倍數(shù)為30。與前置放大器的放大倍數(shù)相疊加后，總的放大倍數(shù)可達(dá)600倍，可以將毫伏級(jí)的心電信號(hào)放大到伏級(jí)，并處于0V到1．8V之間。
1．3 心電信號(hào)濾波電路
為使電路具有較窄的過渡帶和較好的濾波效果，本文采用壓控電壓源二階低通濾波電路進(jìn)行濾波，電路如圖4所示。該電路由兩級(jí)RC濾波器串聯(lián)和同相放大電路組成。其中同相放大電路實(shí)際上就是所謂的壓控電壓源，它的電壓增益就是低通濾波的通帶電壓增益。

由于心電信號(hào)微弱，且頻率為0．5～100Hz，需要多級(jí)濾波，必須設(shè)計(jì)高通濾波電路，這里采用壓控電壓源二階高通濾波器。電路如圖5所示。