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便携式心电图采集与控制系统

—— System of Data Acquisition and Control of Portable ECG Device
作者:叶启明 黄泽伟 周木华 广东工业大学自动化学院时间:2010-05-10来源:电子产品世界

  概述

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/108825.htm

  心血管疾病是一种常见多发慢性病,由于病情隐蔽、危险性高等特点,心血管疾病已成为死亡率最高的疾病之一,为当今社会的第一大健康杀手。据北京市急救中心统计,70%以上病人发病于家中或工作场所,其中大部分因失去抢救时间而死在医院外,很多病人是由于未及时发现病变延误了治疗而最终导致死亡。医学实践表明,对心血管疾病的诊断、预防是行之有效的解决手段,尽早地发现心血管系统疾病征兆,及时地了解心脏病状况,对疾病的预防和诊治具有重要的意义。

  因此,发展兼具常规心电图机和动态心电图机特点的低功耗、便携式、低成本的心电图仪具有重要的意义和广阔的应用前景,其既能够为临床诊治提供有价值的诊断资料,同时对心脏疾病的早期预防和心脏功能的评估也非常有益。

  本系统设计在硬件上由基于ARM7TDMI-S内核的微控制器LPC2478、重复可擦写低功耗U盘、点阵LCD显示器模块等组成心电动态采集存储仪;软件上则使用嵌入式实时操作系统mC/OSⅡ作为系统控制平台,提高了系统的可靠性。本系统可连续记录受检者24~48小时的心电图变化,检查期间由受检者随身携带而不影响其日常生活与工作,可长时间作动态连续监测记录,大容量的U盘和USB2.0协议的出现,使得数据的传输越来越方便和迅捷,这为便携式手持移动存储心电图设备提供了条件。该系统原理图如图1所示。

  系统实现

  系统主要模块框图如图2所示。由于电极采集到的心电信号属于强噪声背景下的超低频(0.5~100Hz)微弱信号(0.1~5mV),所以需要前置放大部分将微弱的心电信号高保真放大,并通过低通滤波、高通滤波及50 Hz陷波滤除干扰,才可以送往LPC2478的A/D 转换器AIN0进行A/D转换。

  前置放大部分电路由输入跟随、仪用放大器、右腿浮地驱动组成,输入跟随器为提高输入阻抗、获取更多的心电信号,采用高精度运算放大器OPA427,接收来自左、右手的心电信号经调整后送往仪用放大器,由高精度仪用放大器进行一级倒相放大后的信号送到低通滤波器,原始心电信号中的共模噪声经过一级放大后返回人体,使其相互叠加,从而可以减小人体共模干扰的绝对值,提高信噪比。

  低通及高通滤波部分,由于心电信号属于低频信号,为了去掉高频的干扰,还须通过低通滤波。低通滤波器截止频率为110Hz,放大器的温漂、皮肤电阻的变化、呼吸和人体运动都会造成心电信号出现所谓的“基线漂移”现象,也即输出端的心电信号会在某条水平线上缓慢地上下移动。从频谱上说,这些影响都可以归结为一个低频噪声干扰,于是使用高通滤波器滤除这部分干扰。


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