多功能便携式心电信号记录仪

　　引言

　　对于阵发性、突发性心脏病患者来说, 若病情发作时其恰身处家庭、野外, 及时的记录当时心电波形对于医生判断病情是非常重要的。虽然 Holter 可以完成此项功能, 但因其价格昂贵佩戴起来给患者带来诸多不便也难以普及化。本文据此设计了一种便携式心电信号记录仪, 该记录仪不但可以完成普通心电图机的功能, 还可充当心电实时监控仪使用, 采样精度 24 位内可调, 采样频率可达 1KHz; 同时与上位机分离使用仍可存储相当一段时间( 据采样精度和采样频率而定) 心电信号, 带有电源管理功能在待机状态下消耗电流量小于200 微安, 配有 RS232 接口可与 PDA/Smartphone/PC 相连, 通过GPRS 或 Intenet 将心电数据传送至医院的医疗服务中心, 由医生对病人进行远程诊疗。在上位机内采用小波与数学形态学相结合的滤波算法进行信号滤波, 算法简单可靠快速。目前已开发出基于WinCE 的心电数据库管理软件。

　　1 系统整体设计

　　本记录系统主要由信号输入、缓冲滤波、导联选择、信号放大、A/D 转换、信号控制、存储与通信电路和上位机(PDA/Smart-phone/PC)构成, 系统结构框图见图1。图中来自电极的生物电信号经输入缓冲送入威尔逊电阻网络, 然后经导联选择、放大和A/D 转换得到心电数字信号, 并由单片机控制进行存储或送入上位机处理。以下本文将按心电信号的前端处理、导联信号的选择与转换、控制、存储与通信和信号处理与结果四部分对系统整体设计进行阐述, 并详细叙述每部分中各模块的功能。

　　2 系统设计阐述

　　2.1 心电信号的前端处理

　　信号的前端处理主要分为输入缓冲、威尔逊电阻网络、屏蔽线驱动、参考电压及 1mV 标定四部分。具体电路结构如图2。图2 中输入缓冲部分为 9 路输入缓冲器之一, 输入信号R/L/F/V1- V6 为经过导联线依次取自人体右左臂、左腿和胸部的生物电信号。氖泡为高压击穿型双端电压限制器以防止高压输入, 后接 RC 低通滤波器, 滤波后信号进入高精度运放 LMC6464构成电压跟随器, 输出信号依次为 S1- S9。该电路可使人体与威尔逊网络高度隔离, 提高输入阻抗减小电极与皮肤接触电阻引起的信号衰减, 同时能有效地驱动威尔逊网络工作。

　　威尔逊电阻网络用来将三个肢体信号按照不同得电压分配比进行不同的组合形成六组输出信号, 和胸部信号 W1- W6 进行两两组合便可形成单极、加压和胸部 12 个导联信号。由于心电信号十分微弱极易受外界的干扰, 且一般都要通过导联线接入采集电路, 在导联线上形成的分布电容会导致输入缓冲放大器的共模抑制比下降影响信号采集, 因此做好导联线的屏蔽工作很必要。本系统取威尔逊网络导出的 RLF 信号经过电压跟随器 RC 滤波后, 接入后一级运放, 由 470k 电阻和2200p 电容滤波, 再将信号反馈到运放的负输入端, 使输入到导联线屏蔽层的信号相同, 减少流到分布电容的电流, 以提高对信号的输入阻抗, 防止共模抑制比的降低。电感 100uH、电容1000p 作滤波整流用, 使输入的心电信号更加平稳。