基于ECG AFE簡化病人監(jiān)護儀系統(tǒng)設計

在較高水平的系統(tǒng)以及病人監(jiān)控設備的元件系統(tǒng)中不難發(fā)現(xiàn)，許多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都存在典型的信號鏈，包括信號采集、信號調理與處理以及工作通信。如果再深入探究，就會發(fā)現(xiàn)有很多的設計問題需要理解，比如有關信號完整性和共模抑制對信號的影響等問題等等。保證使用電氣連接設備的病人的安全同樣至關重要，但這會增加設計的復雜度。病人有時可能需要進行除顫，在這時候，我們必須防止系統(tǒng)自身受到此類活動的影響。不僅如此，還有其他的許多行業(yè)規(guī)范以及實踐中的實際問題也會影響系統(tǒng)的最終設計。

圖1是12導聯(lián)ECG（心電圖）監(jiān)控器件的典型信號鏈，架構非常復雜，存在各種細微差別和復雜性。

ECG監(jiān)控

ECG的測量，即心臟的電活動。測量ECG信號的設備包括便攜式動態(tài)心電監(jiān)護儀、臨床心電圖儀以及高通道心臟標測系統(tǒng)，這些設備在不斷開發(fā)中。這些測量系統(tǒng)使用的環(huán)境十分廣泛，圖2中所示的是其中的一些典型場合。例如醫(yī)院的使用環(huán)境包括手術室、重癥監(jiān)護室、電生理實驗室等，每種環(huán)境都有需要解決的設計難題。這些環(huán)境所面臨的設計難題的復雜性和測量目標都十分廣泛，而且范圍仍在不斷擴大。隨著醫(yī)療保健行業(yè)朝著遠程病人監(jiān)控方向發(fā)展，開發(fā)人員面臨著一系列新的挑戰(zhàn)，需要隨時提出新的應對措施。

ECG信號

ECG信號是心臟在一段時間內電性活動的經胸反映，通過皮膚電極采集并于外部進行記錄。它是由心電圖設備產生的無創(chuàng)記錄。ECG信號的幅度通常為0.25mV~5mV，由各種波所組成，如正常竇性心律圖。正常竇性心律的偏差說明可能存在異常，醫(yī)生可以借此評估病人的健康狀況并作出相應處理。

ECG信號的采樣圖由P波、QRS波群和T波組成，代表一個心動周期中的心臟電性活動。一個心跳周期 P波：心房收縮；QRS波群：心室興奮；T波：心室激動后的復原活動。如今，通過研究心臟不同層面的電氣特性，心臟病專家能夠確定很多與心臟功能相關的異?，F(xiàn)象。如圖3所示。

ECG測量

在ECG測量中，電極即電勢傳感器，放置在胸部和/或四肢各個部位。導聯(lián)來自ECG電極的各種數(shù)學組合。雖然出于歷史的原因，有些人認為這已經過時，但在臨床環(huán)境中，12導聯(lián)ECG依然是最常見的設置。12導聯(lián)ECG包括三個標準肢體導聯(lián)，即右臂、左臂和左腿，稱為Einthoven導聯(lián)。還有三個加壓肢體導聯(lián)VR、VL與VF，也就是通常所說的Goldberg加壓導聯(lián)，以及6個心前區(qū)導聯(lián)，即V1~V6。心前區(qū)導聯(lián)也稱V導聯(lián)，大多數(shù)心臟病專家認為其屬于獨立矢量，這也是威爾遜中心電端和目標V電極的差異所在。威爾遜中心電端本身由右臂、左臂和左腿導聯(lián)組成，可進行3分頻。我們可以發(fā)現(xiàn)，要想形成12導聯(lián)ECG，只需連接9個電極即可。通常還會采用第10個電極來提供“右腿驅動”，隨著映射的心臟層面增加，測量心臟生物電信號也變得更加復雜。

如圖4所示，Einthoven導聯(lián)和V導聯(lián)一樣可視為獨立矢量，信號來自導聯(lián)1、2、3，從兩臂間或一條手臂與左腿之間測量得出。加壓導聯(lián)aVL、aVR和aVF與導聯(lián)1、2、3源自同樣的三個電極。以aVL為例，正極為左臂，負極為右腿和右臂的組合。因此，上述導聯(lián)不屬于獨立導聯(lián)。在胸導聯(lián)連接V1~V6，6個正電極放置于胸部，之前提到的作為測量參考的威爾遜中心電端則相當于負電極。

圖2 醫(yī)療保健系統(tǒng)中需要ECG監(jiān)控的環(huán)境

圖3 ECG信號

圖4 經過心臟的aVx導聯(lián)測量