基于89C55的多功能心脏程控刺激仪设计

　　心脏刺激是心脏电生理检查的重要手段, 在心动周期的某一时刻给予心脏一个或数个电脉冲刺激, 观察心脏对刺激的反应, 了解心脏的电生理特征, 阐明心率失常的发生机理, 从而指导临床诊断和治疗。刺激脉冲模式分为基础刺激和早搏刺激。早搏刺激可以在基础刺激的基础上发放, 也可以在感知 QRS波的基础上刺激。

　　1 多功能心脏电生理程控刺激仪的硬件设计

　　1.1 硬件结构框图

　　该程控刺激仪的硬件结构主要由主、从CPU89C55 单片机、键盘扫描电路、体表心电检测放大电路、R 波感知比较电路、脉冲发放电路、双通道 D/A 转换器、555 振荡电路、ALARM信号产生电路、串行 A/D 转换器、电源电路、刺激通道控制电路、脉冲输出电路等组成, 如图1 所示。

　　1.2 主要单元模块电路分析

　　(1)体表心电检测放大电路

　　电路最左边的1, 2, 3 号接口分别接三个电极, 这三个电极分别接在左右手和右腿上, 这样就可以从 RWAVE 端输出心电波形。体表R 波检测电路通常由前置放大电路, 带通滤波器电路等组成。一般情况下, 体表心电的幅度大约在1mv 左右, 频谱范围为0.05~100Hz。因为体表心电频谱的付里叶分析表明, 体表 R 波的频谱范围为 0~33Hz, 体表 T 波的频谱范围为0~9Hz,体表P 波的频谱范围为0~17Hz, 故选择带通滤波电路的通频带为7.5~33Hz, 可以有效地放大R 波, 同时抑制T, P 波, 避免因大T 波或大P 波引起的误感知, 如图2 所示。

　　(2)R 波感知比较电路

　　主CPU 将RSENSE 发送给从CPU, 从CPU 再将此数据发送给D/A 转换器, 于是得到模拟信号 RSENSE。将RSENSE 和先前R 波检测电路得到的RWAVE 输入到以上电路进行比较就能得到R 波中断信号R- INT, 再将该信号同时发送给主从CPU, 主CPU 每接收到一个R- INT, 就在显示屏上画一个脉冲,从CPU只在后三种模式下使用该信号。其中RSENSE 的值可以通过键盘进行调整。R 波在检测电路上引入了2.5 伏直流漂移, 所以在此对RSENSE 也要加上2.5 伏的直流偏移电压, 两者比较产生低电平R- INT 信号, 如图3 所示。

　　(3)双通道D/A 转换器

　　主CPU把脉冲幅度和感知灵明度的数字量发送给从CPU, 从CPU 再将其发送给该 D/A 转换器, 脉冲幅度信号 V-PACE 的地址为7EFFH, R 波感知灵敏度信号 RSENSE 信号地址为7FFFH。该D/A 转换器的基准电压为0.5 伏, 电压转换分辨率为0.2 伏, 转换上限为50 伏, 如图4 所示。

　　(4)脉冲发放电路

　　采用电容放电发放刺激脉冲。从CPU 通过串口通信从主CPU 那儿得到脉冲幅度的数字量, 然后发送给 D/A 转换器, 得到脉冲幅度控制的模拟量, 输入到该电路。该模拟量通过放大器放大102 倍, 在三极管集电极产生一个与脉冲幅度相当的稳定电平。从CPU 发送脉冲宽度 PACE 信号来控制脉冲发放, 导通时, 电容通过负载放电, 输出负脉冲。四个稳压管起保护作用, 使最高脉冲幅度不超过 50 伏。继电器用于电容的快速充电, 每发送完一个脉冲, 从 CPU 就发送一个低电平宽度为 50ms的 F- CHARGE 信号对电容进行快速充电。在其它时间则通过10K 电阻继续充电。