基于SPCE061A便携式心电监护仪的研究与设计

    0　引　言

    心电图的临床应用至今已有百年历史。心电图机在涉及心血管的体格检查和临床诊断中发挥的重要作用已为人们所熟知。心电图技术的发展不仅受到广大医务工作者的重视,也引起广大科技工作者的兴趣。心电图的应用除了在临床进行诊断外,还用于对患者的心电监护。心电监护是指通过连续监测病人的心电图信号,及时了解病人的心脏状况,并在发现严重的心脏异常情况时,及时采取有效的治疗和急救措施。心电监护仪使人们可以一直连续观察心脏的电活动,并及时提示重要的心律失常,从而为与心律失常相关的心脏疾病的研究、急救和治疗提供了重要的手段〔1〕。

    随着科学技术的发展和医学的进步,监护装置得到了迅速发展,可靠性和准确性不断提高并在医院得到了广泛的运用。从临床应用需要来看,无论是普通的医疗诊断、病房监护、还是在一些特殊场合下,例如医生出诊、野外急救和移动条件下的监护,都需要一种小型轻便、具有实时ECG波形显示和ECG自动分析处理的心电监护仪。本论文就是这种设计思想的一个尝试和探讨。

    1　关键器件的选择和总体设计

    1·1　CPU的选择

    1·1·1　运行速度的选择

    由于心电信号的频率落在0·05Hz~100Hz的范围内,根据香农采样定理,所以将心电监护仪的采样中断频率定为200Hz,即每50ms采样一次。在采样中断服务程序中,要进行中断的响应处理,采样数据的预处理等。本课题选择的SPCE061A单片机采用32 768Hz晶振,通过PLL倍频电路可得到从20·48MHz到49·152MHz的多个Fosc供选择〔2〕。

    1·1·2　A/D转换器

    人体的心电信号是一个非常微弱的非正弦的低频信号,其幅值在1mV左右,可低至几十微伏,频谱分布在0·05Hz~100Hz,主要频谱分量集中在0·5Hz~20Hz。心电模拟信号必须通过采样量化为数字量并将其存储在数据存储器内,供软件进行分析和决策。这个采样量化过程可通过A/D转换器完成。如前所述,待选单片机集成了A/D转换器。A/D转换器单极性+3·3V,使用时,若输入通道放大倍数为800,对应于心电图信号的输入范围为4·125mV,满足其幅值在1mV左右的心电图信号的采集。10位A/D转换分辨率为4·125/1 024=0·004mV,即4μV,满足S2T段电平测量的分辨率要求。若选取可保证可信度的8位数据,测量精度可保证为16μV,也满足诊断的要求。所以可确定待选单片机集成的A/D转换器为10位精度。

    1·1·3　存储器

    心电监护仪需对心电图波形采样进行分析,而采样数据的存储需要一定数量的RAM。数据RAM的容量考虑如下因素:

    (1)采样频率200Hz;