远程心电监护

远程心电监护

远程心电监护系统的整体功能是监护病人的心率异常情况，如果检测心率异常则通过gPsone 获取病人位置信息并通过CDMA 传输到医院监护中心，或者连接到个人PC 机，然后通过Internet 网传输到医院监护中心。因此，远程心电监护系统可以从心电监护部分、定位及数据传输部分、监护中心服务器三个部分来设计。系统整体结构如图所示。

(1)心电监护终端。采集人体心电信号并对信号进行分析;

(2)定位及数据传输模块。实现对病人的准确定位和对数据的远程传输，当心电监护终端检测心率异常时就把数据传输到该模块。

（3）Boa 服务器，即个人PC 机，病人可以将采集到的心电信息由Boa 服务器通过Internet 传输到医院监护中心

(4)中心服务器。远程接收心电数据由医生或专家进一步分析决定治疗方案，并对监护终端进行远程控制

一．心电监护终端硬件设计

人体心电信号经过采集电路处理后，得到稳定且可供S3C2440采集的信号，并保存、显示在终端设备上，通过CDMA 模块实现定位并发送数据，或者家庭PC 机(本地服务器)控制终端设备，实现数据回传，最后医院监护中心通过浏览器模式登陆到家庭PC 机服务器后，便可对病人的心电信号进行查看并控制等，实现真正意义上的“远程现场模拟诊断”。

心电处理电路

输入缓冲电路

电极从体表采集心电信号，经导联线传到输入缓冲电路，该输入缓冲电路为电压跟随器。该电路的特点是输入阻抗很高，而输出阻抗很低，便于和后级放大器匹配。该电路的作用是将人体与前端放大电路隔离、提高输入阻抗、稳定输入信号、提高实际的共模抑制比、充分发挥AD620的性能。电路如图所示。电路中电阻R16的作用是能与人体阻抗匹配，人体阻抗大小在500k 以上，取R16=I00K 。

导联选择电路

输入缓冲电路的输出信号经导联选择电路进行导联选择。导联选择电路由威尔逊网络和多路开关集成电路构成。威尔逊网络是用9个电阻组成的平衡电阻网络。6个20K 电阻组成三角形，如图中电阻R24、R25、R27、R34、R35、R36。3个30K 电阻组成星形，如图中电阻R26、R28、R29。顶点LA 、RA 、LL 通过输入缓冲电路分别与左臂、右臂、和左腿电极相连，顶点LALL 、RALL 、RALL 为加压肢体导联的相应参考点，中心C 为威尔逊网络中心端，均连接到多路开关集成电路的输入端。中心端C 的电位与人体电偶中心点的电位相等，均可视为零电位。

多路开关集成电路

多路开关集成电路的作用是通过微控制器对A、B、C三个引脚输出高低电平，使CD4O51得到不同的真值，对输入信号进行选择，从而进行导联切换。A、B、C引脚的真值不同，CD4051的输入信号就不同。

前置放大电路

心电信号经过导联选择电路以后开始进行放大。由于人体的心电信号幅值小、频率低、不稳定、随机性强、易受干扰，且通过心电电极提取时，信号源的阻抗因人而异，提取的心电信号中还存在较强的共模干扰信号。因此，在选择放大器时，必须从增益、频率响应、输入阻抗、共模抑制比、噪声和漂移等几个方面综合考虑，最后选用差分放大器AD620作为主放大器。放大倍数位10倍。

右腿驱动电路

去除人体携带的交流共模干扰的一种有效方法是采用右腿驱动电路。该电路的原理是通过从前置放大电路的增益调节电阻处提取反馈信号，并将反馈信号输入到放大器的负端反相放大，并通过限流电阻R20输出。如果从反馈信号中检测出共模电压，会通过R20反馈到右腿。人体的位移电流不是流向地，而是流向OPI177的输出。而当病人和地之间出现很高电压时，辅助放大器OP1177饱和，右腿驱动电路不起作用，OPI177等效于接地。

右腿驱动电路实际上可以看成以人体为相加点的共模电压并联负反馈电压，任何流入人体的位移电流基本等于反馈电阻上的驱动电流。只要放大器的开环增益足够大，那么即使有

较大的位移电流流入人体，人体的电位也能基本保持零电位。本设计采用的右腿驱动电路如图所示。

滤波电路

由于心电信号来自于人体，信号非常微弱，这样在采集的过程中不可避免地引进一些干扰信一号，尤其是50HZ的工频信号。这些干扰信号如果不进行处理，将会完全淹没心电信号。因此，设计合理的滤波电路是信号采集成功的关键。滤波电路设计了高通滤波电路、低通滤波电路以及消除50Hz工频干扰的带阻滤波电路。心电信号的频带范围主要集中在0.05一100HZ，为了不损失心电信号的高低频成分，设计低通滤波器的转折频率为100HZ左右，高通滤波器的转折频率为0.05Hz左右。

高通滤波电路，转折频率为0.1HZ，品质因数为0.5

低通滤波电路，转折频率为96.5HZ，品质因数为0.5

50HZ陷波滤波电路，陷波频率为49.8HZ，品质因数为1.525

二级放大电路

经过一级放大以及滤波电路的处理，电路的主要干扰己经基本消除。由于心电信号的幅值一般在lmv左右，一级放大倍数为10倍，而mini2440的A/D转换的输入范围为0一3.3V，需要设计放大倍数为100倍左右二级放大电路，这样电路的总放大倍数为1000倍左右，可以达到A/D转换的范围，因此选择放大电阻R53=500。同时心电信号中还有负电压信号，因此还需要电平抬升电路把心电信号抬升到正电压，这样可以使信号达到mini2440的处理范围之内。二级放大以及电平抬升电路如图所示。

二．gpsOne定位与通信模块

当监护终端检测出心率异常时，就需要把心电数据通过UARTI串口发送给通信模块，由通信模块对病人定位和进行数据传输。通信模块由主控制器结合gpsOne模块组成，主要功能是接受心电数据同时对病人定位和数据传输。gpsOne模块采用的是AnyDATA公司生产的DTGS一800无线通信模块。该模块是AnyDATA公司最新推出的新一代融合了gpsOne技术的CDMA模块，是世界上最小最薄的CDMA无线数据模块。该模块的主要特点、基本功能和接口特性如下

主要特点:工作频段为800MHZ，支持gpsOne功能，可以通过AT指令远程控制，内嵌TCP/IP协议，串口速率高达153kbPs，尺寸小，工作温度范围一30℃一60℃。

主要功能:支持CDMA2000 1x RTT(QualcommMsM6oso)，支持BREW技术，提供精确地遥控监测，为OEM应用特别优化，支持电路型数据业务和传真，并提供2路SMS，标准RS一232数据接口，支持MP3、UsB照相机和彩屏功能，并支持多种语言，内嵌TCP/IP协议，集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，还支持外部重启功能。

接口特性:提供彩色液晶屏/外接袖珍键盘接口，R一UIMMIDFMP3接口和接受定制GPIO接口。

gPsone通信模块的外围单元电路主要有DTGS一800单元和UIM卡单元。DTGs一800单元电路的功能是实现数据的收发和gpsOne定位;UIM卡单元电路主要为UIM卡提供接口，UIM卡主要作用是存储电话号码、短信息、识别用户身份及通信加密。电路如图所示。