一种低噪声便携式的心电监测仪设计

　　0　引　言

　　监护仪是一种用以测量和监控病人生理参数,并可与已知设定值进行比较,如果出现超差可发出报警的装置或系统。便携式监护仪小型方便,结构简单,性能稳定,可以随身携带,可由电池供电,一般用于非监护室及外出抢救病人的监护。心血管疾病是人类生命的最主要威胁之一,而心电(Electrocardiogram,ECG)信号是诊断心血管疾病的主要依据,因此实时监测病人心电活动,设计自动采集病人心电信号的便携式系统具有重要意义。传统的导联系统采用通用的三电极方式,右胸上电极及左腹下电极为心电采样电极,右腹下电极为右腿驱动电极。这种联接方式有效实用,有利于便携使用。便携式监护仪分析处理系统可以分为两大部分,一是携带在被检查者身上的袖珍监护仪,二是由微机系统组成的心电图处理诊断系统。被检查者将某一时段的动态心电信号由监护仪记录下来,通过GPRS通信方式将数据传送到医院的心电图处理诊断系统中。心电信号是由人体心脏发出相当复杂的微弱信号,为了获得含有较小噪声的心电信号,需要对采集到的心电信号做降噪处理。

　　本设计的特点:

　　(1)目前对心电信号的降噪有多种方法,这里主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中分离。滤波采用高通和低通两级滤波,滤波电路经Workbench仿真效果明显。

　　(2)与以往双T型50 Hz陷波器不同的是,该设计电路引入放大器形成正反馈,以减小阻带宽度。

　　(3)本文为人体日常生活方便,设计了导联电极脱落检测电路,防止运动输入电极脱落。

　　1　心电信号的特点及整体系统结构

　　心电信号属医学生物信号,它一般具有以下特点:随机性较强,即信号无法用确定的函数描述,而只能用统计的方法,从大量测量结果中看其规律;噪声背景强,即要测的有用信号往往淹没在许多无用信号中。常规心电信号的频带范围是0.05~100 Hz,在此频带范围内包含了心电信号90%的能量成分。由于心电信号是mV级的信号,因此对于干扰环境而言,它是非常微弱的信号。

　　心电信号由皮肤电极取自于人体表面,是一种低频率的微弱双极性信号。它淹没在许多较强的干扰和噪声之中。这些干扰主要包括肌电信号、呼吸波信号等体内干扰信号和以50 Hz工频干扰、电极与皮肤界面之间的噪声为主的体外电磁场干扰信号的影响。信号源阻抗大约100 kΩ,信号为10μV~5 mV,典型值为1 mV,加上周围的电磁干扰(特别是50 Hz的工频干扰)比较大,要求放大电路具有高增益、高输入阻抗和高共模抑制比;为保持信号的稳定,还要求输入失调电压和偏置电流小、温漂小;为了便于随身携带,还要求体积小、电源电压低、耗电少等。