低功耗智能心脏起搏/监护系统的设计

　　1引言

　　心脏起搏/监护仪是对患者进行心电监护和心律失常治疗的的重要仪器。现在医院中使用的临时心脏起搏器和心电监护仪具有体积大、功耗高、价格昂 贵, 在考虑系统的成本、性能、国家医药相关标准和临床的需求, 我们将其有机地合二为一研制了双导低功耗智能心脏起搏/监护系统。在提高了系统性能、降低了系统功耗和体积的同时, 还具有智能增益、智能感知、心率失常报警等功能。本仪器不仅满足了出诊、野外急诊、外科手术、病区查房的需求, 而且可通过串口将心电数据传到上位机进行心电数据管理、打印、分析、智能诊断、远程传输。

　　2 系统原理和硬件电路设计

　　低功耗智能心电监护系统由双路低功耗模拟信号放大电路、微功耗电源电路、高速单片机 C8051F023、LCD 显示和声光报警电路、起搏脉冲电路和计算机处理系统等组成 (如图1 所示)。以 C8051F023 为核心的低功耗智能心脏起搏/监护仪, 完成双路心电数据的采集、显示、心率失常声光报警、起搏脉冲控制和通信功能。计算机处理系统通过串口接收C8051F023 的心电数据, 进行存储、数据挖掘、智能诊断, 向医生提供诊断参考和培训基层医院医生。

　　2.1 双路低功耗模拟信号放大电路和AD 转换电路

　　心电信号的放大是整个系统的基础, 由于人体心电信号的微弱性(0.5mv～5mv)、高阻抗性(一般数十KΩ)、低频性(0.05HZ～100HZ)、随机性, 非常易受共模信号、呼吸、肌电和 50HZ 交流电的干扰。因此选用低功耗低噪音精密仪表放大器 AD620 为核心的低通 20dB 放大器作输入级以满足低噪音、高共模抑制比、高输入阻抗的要求。MAX419 运放组成内含 50HZ 陷波、增益40dB、 带宽分别为14HZ~100HZ 心内心电带通放大器 、0.16HZ~40HZ 体表心电带通放大器作为后级 , 增益由C8051F023 根据输入信号大小智能/手动选 C8051F023 内部运放的增益×0.5、×1、×2、×4。为建立适合C8051F023 内部 AD 转换器的输入电平 (0v～2.4v) 和使 C8051F023 在改变内部运放(PGA)增益时工作在最大动态范围, 在 MAX419 最后一级运放增加了自动电平调节电路(如图2)。当改变增益时, 由C8051F023的 DA0 输出对应的直流电压到 MAX419 运放的同相端从而改变其输出电压, 保证PAG 静态输出为1/2VREF(1.2v)上不随增益的变化而改变。心电图的国家标准要求系统的带宽为0.05HZ ～100Hz, 根据 Nyquist 采样定理, 采样频率必须不低于200Hz。考虑国家标准和图形的显示, 采样率取 1000Hz。通道切换的工作由 C8051F023 内部的多路切换开关 AMUX 来实现。主要元器件选用高品质, 以减小器件噪音、提高带通电路和陷波电路的精度。