一种心电信号虚拟仪器的设计与实现

　　0　引言

　　用心电图机把随时间变动的心电信号经放大后记录下来的系列波形的曲线,就是心电图。心电图是临床检查心脏情况的重要资料,因此显示分析心电图对于人们来说就显得异常重要。传统心电图机曾经对医学事业做出了巨大的贡献,但是随着信息技术的不断发展,传统心电图机的弊端也逐渐暴露出来:很多电子元件间的电磁干扰导致可靠性差;波形显示主要靠在纸上画出,对波形的记录只能立取立看,不能实时监控;而且波形分析主要靠医生的主观分析,容易产生人为误差甚至误诊[1]。

　　随着数字电子技术与电子计算机的飞速发展,基于电子计算机对传统心电图机进行改进就成为了一个有着重要经济和实用价值的课题。在这里,我们将介绍在传统心电图机的工作机　　理基础上,基于LabView虚拟仪器开发平台所开发出来的改进型心电图机—虚拟心电测试仪器。

　　1　心电信号的采集及放大滤波电路

　　硬件部分主要是由导联输入、及二级放大滤波电路构成。心电信号由粘附在皮肤上的传感器导入检测电缆,然后由放大滤波电路进行处理。

　　1·1　信号导联

　　心电信号是通过专用的一次性医用传感器进入检测电缆的,传感器与电缆相连的地方加金属网屏蔽外部干扰信号。为了获取较强的信号,我们采用胸导联,即一端连接胸腔附近,一端连接手臂。检测电缆用来把电极上采集到的心电信号导入放大滤波电路,并通过电缆线有效地屏蔽其他电磁波干扰,这些是一般导线所不能达到的。

　　1·2　放大滤波

　　因为人体心电信号十分微弱,频率只有1~2 Hz,非常容易受到体表和身体周围多种信号的干扰。在这里我们采用两级放大滤波电路对信号进行处理。第一级以美国BB公司生产的医用放大器INA128P为核心。

　　由INA128P的芯片资料可知其由3个运放构成,且是完全对称的,由此可知其共模电压放大倍数为0。令A1和A2的差模电压信号为Uid/2,-Uid/2, A1、A2、A3的输出各为Uo1、Uo2、Uo,通过电阻RG的电流为IG。则可得:

　　则INA128P的差模电压放大倍数Ad为: G=1+50k/RG,也就是说INA128P的增益只由电阻RG决定。然而,上述INA128P的推导是在其内部电路结构完全对称的情况下得出的,在实际应用中肯定存在着共模输入。为了抑制共模信号,提高INA128P的共模抑制比,我们将INA128P的电路中应接入的RG改成了两个阻值较小的电阻和一个线绕电阻,且这三个电阻的总值仍为RG。由调节线绕电阻来调节电路的平衡,对抑制共模输入,提高共模抑制比起到了很好的作用。在INA128P的差分信号输入端,分别接入0·01μF的瓷片电容,以滤除输入端千赫兹以上的高频信号;在其正负电源端,分别接入由0·1μF瓷片电容和10μF电解电容组成的并联电路,用于滤除电源和外界的高频信号和一些几十赫兹的低频信号。