基于TMS320VC5402的便携式心电监护仪的研制

　　由于心脏病发病时一般具有突发性、短暂性和危险性的特点,因此有必要对患者的心电图等生理参数进行长时间实时检测,实现及时抢救和疾病预报。当前我国医疗资源仍然十分紧张,而远程医疗、社区护理是解决这一问题的有效办法[1,2]。可供社区、家庭使用的便携式心电监护仪,有着广泛的应用前景。

　　基于普通16位单片机的便携式心电监护仪,能够实现心电信号的存储、显示、传输及简单的判病报警[3],但由于所采用的单片机运算速度有限,难以采用耗费资源多的算法,如近年发展迅速的小波分析。有人制作以DSP芯片为核心的心电数据分析卡,插在PC机内,内嵌小波算法处理心电信号[4]。这种方法在心电分析上取得显著效果,缺点是必须配备PC机。目前,虽有使用其他系列DSP芯片的心电监护模块[5],但还没有见到使用较先进的C5000系列芯片的便携心电监护仪。随着技术的发展,DSP芯片的性能有很大提高,这使我们能够进一步扩展便携仪器的功能。

　　本监护仪的设计目标是患者可以带着它自由走动,能够自我监护,实现真正的便携与易用;具有较强的数据处理能力,保证心电检测的高准确率;能够便捷地与医院中心站进行通讯。这样的监护仪,将成为家庭、社区护理的有力帮手。

　　硬件电路的设计

　　监护仪主要构成如图1所示。DSP芯片TMS320VC5402通过丰富的接口控制周边器件。模拟电路通过导联线与人体相连,负责采集、放大肢体Ⅱ导联的心电信号。大容量的Flash存储器能够长时间存储心电信号,从而使监护仪具有类似Holter的功能。时钟芯片为监护仪提供准确时间信息,可用来标记每段心电信号的采集时间。液晶显示模块可以实时显示心电波形和监护信息。本监护仪采用数字通讯和模拟通讯2种通讯模块。数字通讯模块可通过Modem向医院传送完整的心电数据,而模拟通讯模块把心电信号耦合成声音信号,只要有电话的地方就可以向医院传输,十分灵活。系统采用锂离子电池供电,可以随时充电,连续使用。

　　模拟电路　模拟电路部分实现对心电信号的采集、放大、滤波以及A/D转换。其构成见图2。

　　如前置放大电路主要由仪表放大器AD620构成。AD620具有低功耗、低噪声、低温漂的特点,最大偏置电流2nA,共模抑制比达到93dB以上。AD620与外接电阻配合将心电信号放大100倍。我们利用右腿驱动电路来去除人体的交流干扰。这种做法不会损失心电信号的频率成分。由于不同患者的心电信号强弱不同,因而仪器需要自动对放大倍数进行调整,实现方法为调整下一级放大电路中反馈电阻的阻值。具体做法是用一片4路输出选择器74HC4052来控制反馈回路的选通。自学习程序将判断初始心电放大倍数的大小,然后由DSP芯片修改选择器的控制位来得到合适的放大倍数。整个放大电路的放大倍数范围为2001 500倍。电压上拉电路将使基线电压由0V变为1V,以满足A/D转换芯片的转换范围。双T型50Hz陷波电路用来去除50Hz工频信号的干扰。A/D转换芯片选用MAX1242为逐次逼近式A/D芯片,转换位数为10位,采用SPI串行总线控制,电压转换范围为02.5V。经计算,模拟电路的总共模抑制比≥80dB。