简易新型除颤器的设计

　　1　心室纤颤的心电特征与识别

　　心室纤颤在心搏突然停止时发生。此时心脏失去了电协调,心室肌失去齐一收缩的能力,致使心脏失去排血功能,如果不及时除颤,病人在几分钟内就会陷入昏迷,抽搐而死亡。心室纤颤的心电波形与健康人、一般心脏病人(心房纤颤)的心电波形不同,其心电特征是QRST波群完全消失,而代以形状不同、大小各异、极为不均匀的波动,频率为250~500/分,且其波幅较心房纤颤大,较正常心电波形小,因此可以从稳定性、心率和波幅三方面区分心室纤颤与正常心跳、心房纤颤。

　　2　系统组成和工作原理

　　新型除颤器的系统组成方框图如图1所示。系统以80C196KC单片机为核心,包括心电波检测电路、信号放大与处理电路、单片机及其外围电路、语音提示及报警电路、除颤电路。80C196KC是INTELMCS96系列中一款高性能16位单片机,其内部有八通道10位A/D转换器;完善的HSI/HSO功能容易实现复杂的I/O控制;2个16位定时/计数器和四个软件定时器满足定时控制的需要;一个外设事务服务器PTS大大降低了中断服务的开销。设计中充分利用A/D转换器、软件定时器和HSI功能,简化了系统设计,降低了成本。

　　系统采用压电陶瓷传感器将心电波信号转换成电信号。信号放大与处理电路包括放大器和施密特触发器,将信号放大为0~5V后分别送入施密特触发器及80C196KC的P0.0引脚(内部A/D转换器)。施密特触发电路对放大后的电信号整形。由于心室纤颤的波幅大于心房纤颤,小于正常心跳,所以施密特触发电路的上门槛电压设为心室纤颤与心房纤颤相区别的临界电压UT1,下门槛电压UT2稍高于0V以区别无心跳的情况。当为心房纤颤时,施密特触发电路无脉冲信号输出;当为心室纤颤或正常心跳时,触发电路输出不同频率的脉冲信号,通过80C196KC测量频率,就可从心率方面区分心室纤颤与正常心跳、心房纤颤。

　　80C196KC通过高速输入口测量频率。施密特触发器输出的信号被分做三路,分别接HSI.0、HSI.1、HSI.2。HSI.1、HSI.2用于测量施密特触发电路输出的脉冲信号的高电平持续时间,其中HSI.1设置为正跳变方式,HSI.2设置为负跳变方式,由正负跳变时80C196KC内部时间计数器的差值计算出信号高电平持续的时间。通过计算HSI.0引脚在定时的时间间隔(10s)内正跳变的次数来测量心率,由心率的情况可再一次判定是心室纤颤还是正常心跳。

　　此外,放大器输出的电信号由80C196KC内部的A/D转换器(P0.0)转换成数字信号,通过软件分析各采样点的数值大小及相邻各采样点的差值,从波幅和稳定性方面进一步判定是否为心室纤颤。当为心室纤颤时波幅应比正常心跳的波幅小且相邻各采样点的差值应在规定范围内。