便携式医疗监护仪的研制

　　1　引　　言

　　随着信息技术的发展,人们对医疗保健的需求越来越旺盛,特别对于老年人,更需要一种能够随身携带的方便小巧的生理监护装置,这样就能够随时随地的监护老人的健康状况。在出现紧急情况时,能够进行及时有效的治疗和抢救处理。本文设计了一种基于单片机的便携式医疗监护仪,能够对人体的基本生理参数如心电、脉象、体温等进行跟踪和监控,并对采集的数据进行处理和传送,通过LCD显示屏显示,实现生理参数的实时跟踪与处理。该监护仪体积小,功耗低且便于携带。

　　文中只介绍采集终端的硬件设计,软件设计部分另文介绍。

　　2　设计概述

　　各种生物信号都属于低频的微弱自然信号,为了对生物信号进行各种处理和显示,必须首先将信号放大到所要求的强度。而前置放大器是放大器的核心,因此对生物电放大器的前置级有下述要求:高输入阻抗、高共模抑制比(CMRR)、低噪声、低漂移、高增益、动态范围大且性能稳定。在提取了生物电信号后,模拟滤波器是信号预处理电路中的基本单元,它实质上是一种选频电路,允许指定频段的信号通过,而将其余频段的信号加以抑制或使其急剧衰减。同时,抗干扰和低噪声是生物信号测量的基本条件,可以通过合理接地、屏蔽、去耦、系统内部干扰抑制等方法,减少环境和系统本身引入的干扰。采用隔离级设计,实现人体的电气隔离,不但保障了人体的绝对安全,而且消除了地线中的干扰电流。

　　该设计以C8051F300单片机为核心,通过信号采集、干扰抑制、信号滤波和放大等预处理模块将生物医学信号转换成电信号,然后由单片机进行A/D转换,及数据传输。

　　整个硬件电路分为模拟部分和数字部分,模拟部分为系统实现的关键环节。设计过程中要针对生物信号的自身特点,采取相应的措施,获得高信噪比的生物电信号。系统的硬件原理框图如图1所示。

　　3　心电参数的检测

　　3.1　设置保护电路

　　作为生物医学测量的生物电放大器,应在前置级设置保护电路,包括人体安全保护电路和放大器输入保护电路。任何出现在放大器输入端的电压或电流都可能影响生物电位,使人体遭受电击,保护电路使通过人体的电流保持在安全水平。设计中信号输入端设计有两级限幅保护电路。第一级用氖泡把电压限制在60～70V内,第二级用双向并联二极管进而使缓冲放大器两输入端之间的电压不超过1V。22kΩ电阻和220pF电容构成无源低通滤波器,滤除干扰。

　　3.2　导联设计

　　人体生物电中,以体表心电信号最强。采用双极导联和单极导联,拾取人体的心电信号。获得两个测试点的电位差时用双极导联,获得某一点相对于参考点的电位时用单极导联。双极导联(即标准导联)分为:Ⅰ导联,左臂(LA)～右臂(RA);Ⅱ导联,左腿(LL)～右臂(RA);Ⅲ导联,左腿(LL)～左臂(LA)。单极导联即是用一个电极安放在靠近心脏的胸壁上,另一端电极放置在远离心脏的肢体上。由单片机发出导联切换信号,控制两片四路模拟开关,其中的三路开关用于选取双极导联和单极导联中的各一组导联形式送入前置放大器的输入端,另一路开关用于选通定标信号。