飞思卡尔针对心电图仪和心率检测器应用的解决方案

1 介绍

本篇应用笔记介绍了如何使用MED-EKG 开发板，通过这款高效的开发板可以与飞思卡尔塔式系统进行连接获得心电图信号和心率测量。

本款演示板可在型号为 TWR-K53N512、TWR-MCF51MM 、 TWR-S08MM128 三个系统中的得到应用。

这款演示板通过飞思卡尔的 USB 堆栈向 PC 发送数据，因而可以通过图形用户界面 (GUI) 动态地监视心脏。 用户可以通过塔式系统和 MED-EKG 开发板在三种不同的模式下对心脏信号进行监测。

•通过微控制器内置的运算放大器和跨阻抗放大器•通过外置在 MED-EKG 开发板上的仪表放大器和运算放大器•同时使用以上两种方式

本篇应用笔记中的信息主要面向医疗应用的研发者以及在医疗领域工作的人，例如：生物医学工程师或者医生，以及想要更多地了解心率监测仪和心电图设备操作的人。

应用笔记

第1版 2013年4月

飞思卡尔针对心电图仪和心率检测器应用的解决方案

作者： Jorge González

© 飞思卡尔半导体有限公司 2013

目录

1 介绍............................................................................1

2 心率和心电图基础知识.............................................2

3 硬件描述...................................................................7

4 软件结构..................................................................15

5 入门和使用MED-EKG 演示板 ...................................24

6 参考文献...................................................................34A 飞思卡尔微控制器对比.............................................34B

通信协议 (35)

2心率和心电图基础知识

在这个部分介绍了心脏活动的基本概念以便解释心电图演示板的发展。

2.1心脏：功能描述

心脏位于胸部中间略微偏左的位置，被肺部包围。它的功能是向身体的各个部位泵给血液，这样器官可以获

得氧气。

心脏可以分为四个室：两个心房（右和左）和两个心室（右和左）。心房通过静脉系统接受分别来自组织和

展示了如上述所述结构的心脏传导系统。

肺部的血液，以及心室向组织和肺部泵给血液。图片 1 Array

图片 1. 心脏传导系统

下面描述了心搏周期并由图片 2 补充介绍了循环系统中的血流流向。这个周期包括三个主要的阶段：•心房收缩期：心房收缩并以被动的方式向心室排注血液。一旦血液被排出心房，房室瓣（位于心房和心室之间）关闭防止血液回流。

•心室收缩期：心室收缩并向循环系统排注血液。在这个阶段需要克服来自主动脉和肺动脉瓣膜的高压。心室并不会将血液完全排出而留下一定量的血液。

•心脏舒张期:在这个阶段心脏的各个部分舒张以便接受新的血液到达心脏。

图片 2. 血液循环图

2.2 心电活动

在心脏中伴随着血液的流动，心肌细胞的去极化和复极化会产生电活动。 当血液由窦房结开始并首先流过心房时电信号脉冲开始产生，到达房室结时并产生心房收缩。 之后脉冲有一个短暂的停顿，流通过房室束流向心室并产生心室收缩。最后血流到达普肯野纤维并产生心肌组织的复极化。

以下列出了在一次心跳中的电信号活动的顺序。图片3 中描述了这个过程：1.心房开始去极化。2.心房去极化。

3.心室在脉冲尖峰开始去极化。 心房复极化。

4.心室去极化。

5.心室在脉冲尖峰开始复极化。

6.

心室复极化。

图片 3. 心肌中的电活动

2.3心电信号和QRS波群

。

图片 3表示了在心跳中产生的电压信号。图片 4展示了这些脉冲的序列组成的一个典型的心脏信号Array

图片 4. 心电图信号

心脏肌肉按照数百个毫伏信号的顺序产生不同的电压。这些信号具有非常低的幅度和显著数量的电噪声。QRS 波群通常是心电图信号的中心以及最大的部分。P 波代表了心房收缩，然后是 QRS 波群，T 波代表了心室的活动。QRS波群相对于 P 波的幅值越大，事实上是心室相对于心房收缩更多的肌肉。实际上，这里有一个心室复极化的波形就像是反向的P 波，但是

它被QRS 波形覆盖。心电图信号在诊断心律失常、传导失常、心室肥大、心肌梗死、电解质紊乱以及其他心脏疾病非常有

用。

2.4 生物电电位

如前面所述，心脏产生的电位可以描述为向量, 意味着可以对这些向量的数值分配一个对应的正负号来表示。心脏可以看作位于胸腔的一个偶极子，在一个特定的时刻有一定的极性，下一个时刻极性反转。 在一个特定时刻的极性取决于电荷的数量以及两次充电之间的间隔。

当我们提到电位时，我们实际上讨论的是电位差。因此心脏信号必须用过一个基准点来获得，基准点用来决定我们想要记录的测量点上电位的显著差异。例如图片 5 显示了如何采集信号。因为它的主要功能是获得两个信号的

电位差并放大它，所以在这个例子中使用了运算放大器。

图片 5. 信号采集

导联体是一对电极或者是电极的组合。在心脏病学上，有三个基本的导联体，分别是在0° (导联体 I)、60°(导联体 II)和 120° (导联体 III)。图片 6 描述了这些导联体，在一起它们组成了一个虚构的图形，就是著名的 Einthoven’s 三角形

。