基于OMAP3530的多参数监护仪设计

　　在现代医学中,采用多参数监护仪,对危重病人实施多参数实时监测,可及时了解病人的心肺功能及氧合能力等生命体征变化,有利于提高医生对患者病情的分析判断,及时采取有效的护理或急救措施,降低危重病人的死亡率.

　　传统基于PC平台的多参数监护仪成本高、体积大、操作复杂,使用范围具有局限性.而采用低档单片机为核心的便携式多参数监护仪,功能简单、运算能力差、界面简陋,只能进行简单的信号显示,不能进行数据分析.

　　本研究以美国德州仪器公司最新的双核处理器OMAP3530为核心,搭配十二导联心电信号(elec-trocardiograph, ECG )采集模块、血氧饱和度(pulse oxygen saturation, SPO2)采集模块、无创血压(non-invasive blood pressure, NIBP)采集模块、呼吸( respiration, R)采集模块以及体温(bodytemperature, TEMP)采集模块,设计了一台具有实时检测、实时分析和网络传输等功能的新型多参数监护仪.该监护仪既可方便医生实时掌握病人的心电、血压、血氧等信 息,以应对患者的病情突发,又可帮助健康人群随时关注自己的身体状况.是新一代“数字医疗社区/医院”在远程医疗方面的重要发展方向.

　　1　系统方案

　　本设计采用的OMAP3530处理器由65 nm低功耗工艺制造,内部集成了4倍于当前300 MHzARM9器件处理能力的600MHzCortex-A8弹性内核和430 MHz的TMS320C64x+TMDSP内核[1]. ARM+DSP的双核结构使操作系统效率和代码的执行更加优化. ARM端负责系统控制工作, DSP端则承担繁重的实时信号处理任务,从而成功地解决了性能与功耗的最佳组合问题.具有双核结构的OMAP3530非常适合新型多参数监护仪的设计.低 功耗可以更好地实现监护仪的便携性,满足野外救护等需要;借助ARM对多种操作系统的支持,可以获得更好的监护界面;利用DSP强大的运算能力可以对生命 参数进行各种复杂算法分析.

　　图1为系统框图,系统采用主控板和采集模块分开的形式设计,实现了测量、分析、报警和网络通信等功能.通过导联端、血氧探头、袖套和温度探头获 得人体的ECG、SPO2、NIBP、R和TEMP 5个基本生命参数信号,数据通过串口送到OMAP3530进行实时处理,同时在LCD或电脑显示器上实时显示各种信号的波形和数值.系统还可根据需要进行 数据存储和网络传送,实现远距离监护,并根据医学知识对各种实测信号设置报警阈值,对异常情况报警.

　　2　心电监测模块

　　2·1　硬件电路设计

　　图2是心电采集电路的设计框图.人体心电信号幅度一般仅在0·5~4 mV,必须进行放大.本系统使用高输入阻抗的仪表放大器INA326和高精度运放OPA2335组成两级放大电路,将0·5~106 Hz频段心电信号放大200倍.右腿驱动电路专门为克服50 Hz工频共模干扰,提高共模抑制比而设计的.原理是采用以人体为相加点的共模电压作并联负反馈,其方法是提取前级放大电路中的共模电压,经驱动电路倒相放 大后再加回人体右腿上[2].放大及除噪后的心电信号经A/D转换后通过SPI(serial peripheral interface)接口送至OMAP3530进行检测、推导等相关算法处理.