适用于嵌入式系统的心音心电信号采集仪

　　0　引　　言

　　心音、心电信号是人体重要的生理信号,携带着人体大量的健康信息,如心律失常、心血管疾病及先天性心脏病。研究心音有很实用的价值,在临床上可 以识别先天性心脏病患者,但目前大多是有经验的医生通过听诊来识别,确诊需要先进的医疗设备,这对于大部分农村患者还不能普及。随着计算机技术和数字信号 处理技术的快速发展,对心音、心电信号的定量分析取得了很大的进展,前提是要采集到可靠、准确的心音、心电信号。本系统工作在+3 V模式下,能采集可靠、准确的心音、心电信号,为嵌入式系统和便携式设备的开发奠定了基础。最后对心电信号进行数字处理,为以后进一步研究奠定基础。

　　1　系统框图

　　系统由ECG、PCG信号提取电路、模数转换电路和简单的数字处理模块组成,如图1所示。ECG和PCG信号提取电路相互独立,最后输入到双通 道的A/D转换电路[1]。采样得到的数字信号在MATLAB平台上进行50 Hz工频滤波和差分阀值定位。本文主要讨论心音、心电信号的采集。

　　1.1　心音信号的提取

　　心音是心跳过程中,由于心肌收缩和舒张,瓣膜启闭,血流冲击心室壁和大动脉等因素引起的机械振动,它记录着心肌收缩和舒张的全过程。临床上表现 为第一心音(S1)、第二心音(S2)、第三心音(S3)和第四心音(S4),心室收缩期对应S1,心室舒张期对应S2、S3和S4。常用的心音检测是方 法是听诊,但是只有经验丰富的医生才能通过听诊来判断人体的健康情况。

　　现在有很多高性能的心音传感器,配合计算机可以获得可靠的心音信号。合肥华科电子研究所的HKY系列中,HKY-06B集成传感器专用于心音信号的采集[2]。本文正是利用HKY-06B传感器结合相应的外部电路实现心音信号的提取,外部电路如图2所示。

　　HKY-06B采用3.5立体声输出,可以单电源供电,在简单滤波的同时,其输出心音信号幅度为0.5~1.5 V。但为了满足A/D转换和今后对心音特征分析研究的要求,将幅度放大到3 V,进行5~1.5 kHz的带通滤波处理。带通滤波器由一阶RC高通滤波器和二阶直流增益为0 dB的KRC低通滤波器组成。PCG信号的主级采用同相放大器放大2倍左右,根据不同情况可以由R18调节。

　　1.2　心电信号的提取

　　心电信号由人体表电位差产生,描述这种体表压差的信号图就是心电图。心电信号频率在0.05~160 Hz,幅度为0~4 mV,属于微弱非平稳低频信号。

　　用导联线连接贴在人体表的电极,人体相当于信号源,阻抗较大、噪声背景强,50 Hz工频干扰强。因此,要求心电信号的前置放大电路具有很高的输入阻抗、低噪声、高共模抑制比[3],采用电池供电要求功耗低。仪用放大器AD623采用 差分输入,具有很高的共模抑制比(可达到110 dB)、输入偏置电流低、低噪声、精度高和功耗低的优点,而且可以工作在+3 V单电源下[4-5]。根据增益调节公式G=1+100 kΩRG,其增益从1~1 000可调,AD623前置放大如图3所示。