便攜式心電診斷式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著人們生活水平的提高、生活節(jié)奏的加快，心血管疾病的發(fā)病率迅速上升，已成為威脅人類(lèi)身體健康的主要因素之一。而心電圖則是治療此類(lèi)疾病的主要依據(jù)，具有診斷可靠，方法簡(jiǎn)便，對(duì)病人無(wú)損害的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，變得越來(lái)越重要。常規(guī)心電圖是病人在靜臥情況下由心電圖儀記錄的心電活動(dòng)，歷時(shí)僅為幾s~1 m，只能獲取少量有關(guān)心臟狀態(tài)的信息，所以在有限時(shí)間內(nèi)即使發(fā)生心率失常，被發(fā)現(xiàn)的概率也是很低的。因此有必要通過(guò)相應(yīng)的監(jiān)護(hù)裝置對(duì)患者進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，記錄患者的心電數(shù)據(jù)。又由于心臟病的發(fā)生具有突發(fā)性的特點(diǎn)，患者不可能長(zhǎng)時(shí)間地靜臥在醫(yī)院，但又需實(shí)時(shí)得到醫(yī)護(hù)人員的監(jiān)護(hù)，所以研發(fā)相應(yīng)的便攜式心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品就顯得更加重要。本文提出了一種基于遠(yuǎn)端診斷平臺(tái)的心電診斷系統(tǒng)，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)便攜易用、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及降低診斷成本等功能。

提出遠(yuǎn)端診斷模式主要是基于兩個(gè)原因：一是便攜性，傳統(tǒng)心電檢測(cè)設(shè)備由于其局限性難以實(shí)現(xiàn)隨身攜帶，病人需要檢測(cè)時(shí)只能到特定地點(diǎn)，不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，而且增加了醫(yī)療成本；二是易用性，傳統(tǒng)設(shè)備對(duì)操作者有一定的專業(yè)要求，往往病人自己難以操作。提出遠(yuǎn)端診斷模式，將系統(tǒng)分為用戶終端與遠(yuǎn)程服務(wù)終端，用戶只需攜帶用戶終端設(shè)備，而且只需操作用戶終端，將專業(yè)性的操作隔離開(kāi)留給遠(yuǎn)程服務(wù)終端，從而實(shí)現(xiàn)其便攜性與易用性。

在遠(yuǎn)端診斷模式中，用戶終端主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集心電信號(hào)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，控制GPRS通訊模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)終端；遠(yuǎn)程服務(wù)終端主要承擔(dān)對(duì)數(shù)據(jù)的分析、處理，甚至可以與專家在線分析和實(shí)時(shí)診斷，最后將診斷結(jié)果返回用戶終端。

便攜式心電診斷系統(tǒng)主要由前端采集電路、用戶端主控模塊、兩個(gè)GPRS終端和遠(yuǎn)端服務(wù)器幾部分組成，其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1中前端采集電路主要承擔(dān)心電信號(hào)采集的功能，采集的信號(hào)經(jīng)初步的濾波及放大后送入用戶端主控模塊，主控MCU對(duì)心電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和一些基本處理之后存儲(chǔ)在EEPROM中，等待用戶的命令指示。GPRS終端負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。遠(yuǎn)端服務(wù)器接收到用戶發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)之后進(jìn)行詳盡的處理，得到診斷結(jié)果后將結(jié)果發(fā)送回用戶終端。

前端采集電路主要由心電電極、前置差分低通濾波電路、前置差動(dòng)放大電路、高通濾波電路、主放大電路、右腿驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)壓保護(hù)電路和電源模塊組成。如圖2所示。

將兩個(gè)電極置于人體表面上不同的兩點(diǎn)，通過(guò)導(dǎo)線與心電圖機(jī)相連，就可以描出一種心電圖波形。描記心電圖時(shí)的電極安放位置及導(dǎo)線與放大器的聯(lián)接方式稱為心電圖導(dǎo)聯(lián)。設(shè)計(jì)中采用的是標(biāo)準(zhǔn)雙極導(dǎo)聯(lián)Ⅰ。它是以兩肢體間的電位差為所獲取的體表心電，電極安放位置以及與放大器的連接為：左上肢（L）接放大器正輸入端，右上肢（R）接放大器負(fù)輸人端，同時(shí)，右下肢（RF）應(yīng)直接接浮。在本系統(tǒng)中，右下肢接右腳電極驅(qū)動(dòng)器的輸出端，間接接地。

在此電路中，設(shè)計(jì)了一個(gè)用于防止RFI整流誤差的差分低通濾波器電路，如圖3所示。該濾波器除了提供對(duì)RFI的抑制，還提供附加的輸入過(guò)載保護(hù)，因?yàn)?u>電阻器R1、R2幫助把儀表放大器的輸入電路與外部信號(hào)源隔離。C3跨接電橋輸出端，以便C3有效地與C1和C2的串聯(lián)組合并聯(lián)。C3非常有效地減小了由于不匹配造成的任何AC-CMR（交流-共模抑制）誤差。

心電信號(hào)采集電路中最重要的部分是放大電路。由于心電信號(hào)很微弱，而且采集過(guò)程中存在著極化電壓、熱噪聲和儀器產(chǎn)生的噪聲等多種干擾信號(hào)，對(duì)后續(xù)特征波形的檢出與分析有很大的影響。這些干擾大都屬于共模干擾，因此要求前置放大器有足夠高的共模抑制比，同時(shí)為了抑制信號(hào)的“基線漂移”，還要有足夠小的溫度漂移。設(shè)計(jì)中采用TI公司的INA326放大器，電路如圖4所示。