便携式心电图仪器的设计

便携式心电图仪器的设计

Declaration

Electrocardiogram (ecg) in the treatment of disease has played a vital role in the process of, its operation is simple, reliable diagnosis, and without negative effect on the patient. In the modern medical treatment plays a more and more important role. But, we know that routine electrocardiogram instrument can only be a small amount of access to information on the dynamic heart, and heart disease often for emergencies, therefore in the limited time find the possibility of abnormal heart activity is minimal, developed a kind of portable portable ecg instrument is necessary.

摘要

心电图在治疗疾病的过程中起到了至关重要的作用，其操作简单，诊断可靠，并且对病人没有负而影响作用。其在现代医学治疗中发挥着越来越大的作用。但是，我们知道常规性的心电图仪器只能少量获取有关心脏动态的信息，而心脏病往往为突发事件，因此在有限的时间内发现心脏活动异常的可能性也是极小的，研制一种便携式的可以随身携带的心电图仪器显得尤为必要。

关键词：便携式，心电图仪器，设计

1.心电图仪器的基本结构

1.1输入电路:输入电路山电极、导联线、滤波保护电路、导联选择器等部分组成。其作用是减少干扰、选择导联，将人体各部分信号引到前置放大器。

1.2心电放大电路:这是心电图机的核心。其作用是将心电信号放大到能够推动记录器工作。它山前置放大器、电压放大器和功率放大器及其附属电路组成。

1.3心电记录器:对模拟心电图机来说，心电记录器的作用是把心电信号转换成机械运动的装置。现在常用的心电记录器是直接描记动圈式记录器。

1.4电动机走纸电路:它的作用是使记录纸按要求随时间作“匀速”运动，使记录下来的心电波形时间呈线性分布。

1.5电源电路:心电图机的电源多为交、直两种供电方式。交流采用220 V市电供电，直流采用}几电池或蓄电池供电，(见图1)

2.对便携式心电图仪器的要求

上述常规心电图仪器设备中存在诸多缺陷，在实际应用中会造成

很多不便，紧急情况下甚至会危及病人生命安全。便携式心电图仪对新一代心电图仪提出了更高的要求。

2.1低功耗设计:便携式仪器一般采取电池供电方式。使用者当然不希望经常性的充电或更换电池，所以待机时间的长短往往是使用者考虑的一个重要因素。

2.2抗干扰设计:所谓抗}几扰就是指设备能够防i1_经过天线输入端，设备的外壳以及沿电源线作用于设备的电磁}几扰。其方法可以是抑制干扰源。抑制干扰源就是尽可能的减小}几扰源的du/dt, di/dt。这是干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。

2.3 ESD保护:ESD是20世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。因此，国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD，中文名称为静电阻抗器。严格的说，ESD保护也是抗干扰设计的一部分，但是鉴于ESD保护长期以来都没有引起设计人员足够的重视。我们知道所有的物质都山原子构成，原子中有电子和质子。当物质获得或失去电子时，它将失去电平衡而变成带负电或正电，正电荷或负电荷在材料表而上积累就会使物体带上静电。ESP保护二极管，以及联合ESD保护、滤波和消除的器件都能在一定程度上降低静电的积累。

2.4减小体积尺寸:以上所述都是着重于性能方而的考虑，对于

便携式仪器而言，体积和重量也是使用者很关注的方而。为了减少体积需要考虑以下儿个方而的问题。

3.为了适应便携式心电图的要求，对常规心电图仪器部分结构做了探索性的改进

3.1输入部分:采用输入跟随器，输入跟踪器可以提高输入阻抗、获取更多的心电信号，而这时若采用高精度运算放大器OPA4277，可以使得信号频域范围扩大，采集范围更广。高精度运算放大器具有超低失调电压10V,超低失调偏移+-O.1V，其偏置电流最大为1nA。

3.2心电信号放大部分，(见图2)

一般情况下，心电信号的电压值基本维持在50uV -4mV范围内，这相对于不波器的感应能力来讲是很小的，因此须对此信号进行放大和调解方可显不在不波器上以进行观察。心电图(ECG)仪的前置放大部分在整个系统中起着至关重要的作用，因为前置放大部分决定了系统主要的性能和技术指标。它要求工作噪声低，共模抑制比尽可能的

高。

3.3滤波器部分:心电信号的主要能量大部分集中在0.05一100HZ频带范围内，且易受到噪声的干扰。因此为了得到较为平滑的ECG波形，需要采用滤波的办法对心电图仪系统采集的信号做进一步的处理，以进行降噪从而抑制外界信号的干扰。其中巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度。该响应非常平坦，非常接近DC信号，然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB.最终逼近-20ndB/decade的衰减率，其中n为滤波器的阶数。巴特沃斯滤波器特别适用于低频应用，其对于维护增益的平坦性来说非常重要。采用巴特沃斯响应时，也可采用两级滤波，这样可以提高滤波的效果。

3.4控制器部分:便携式心电图仪系统控制器可采用MSP430F2274模块结构。MSP430系列的单片机具有强大功率效应，内部采用了微控制器结构，此结构具有16位变换单位，且功耗相对很低。

3.5 A/D转换及转存USB模块:山前端心电信号放大模块放大后的心电信号直接输送给LPC2478芯片的P0.23引脚进行A/D转换，经转换后的数据为无符号32位数据格式，将其放入缓存数组中输送给USB 进行存储，并留待给LCD显示输出，(见图3)。