虚拟心电监护系统设计

1　引言

    心脏疾病作为一种常见多发慢性疾病,由于其病情隐蔽、发展缓慢、发病危险性高的特点,长期以来一直威胁着人类的健康。及时发现和预防在减少心脏疾病危害及病人治疗与康复中极为重要,而心电监护是发现心脏疾病的重要手段,在人们的日常生活中起着日趋重要的作用。

    要实现心电监护,重点在于心电信号的采集分析。生物医学信号属于强噪声背景下的低频微弱信号,是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号。由于人体多种生物电信号和各种噪声的交织,以及测量系统本身的影响,使得信号的采集分析复杂困难。应用现在的电子自行设计心电信号采集电路,可以有效的降低成本;应用计算机分析生物电信号,能有效降低信号处理的复杂性和困难度。特别是应用虚拟仪器技术分析生物医学信号,将使心脏功能检查、心电监护等变得灵活和高效。本文将介绍一种基于LabV IEW的虚拟心电监护系统的设计,下面将详细论述。

2　系统组成和工作原理

     目前,虚拟仪器技术已经被成功地应用于生理信号的采集与分析,大多数使用的是N I公司的数据采集卡成品来完成心电信号数据采集,虽然方法很简单,但由于其成本很高,不能推广使用。此外, N I公司的数据采集卡安全级别为工业级,无法满足心电监护系统的安全需要;常用数据采集卡还需插入计算机机箱内使用,十分容易遭受开关电源干扰。因此,设计中选用51单片机自行搭建数据采集系统。

    虚拟心电监护系统总体上说是一个智能化的信号采集处理系统,在其结构上主要由完成人体生理信号预处理、放大和采集的前端硬件电路部分和完成数据分析和显示功能的计算机部分构成,这两部分协调配合工作完成整个系统功能。整体设计方案如图1所示。

    本设计是以计算机和单片机数据采集系统为核心,单片机数据采集系统主要完成对心电信号进行数据采集,计算机主要完成心电信号的分析、显示和存储调用等功能。其中,单片机与计算机之间通过串口进行通讯。

3　系统的硬件设计

     硬件电路从整体上可以分为信号调理模块和单片机系统模块,设计的系统硬件组成框图如图2所示。

    其中,信号调理模块包括前级放大电路、低通滤波电路、高通滤波电路、主放大电路和50Hz陷波器,单片机系统模块包括A /D转换电路、51单片机小系统和电平转换电路。

3. 1　信号调理模块

    由于心电信号十分微弱,极易受干扰,因此经心电极输出的心电信号在送入A /D转换器之前必须进行一系列信号调理,该模块的设计电路如图3所示。