远程无线心电监护系统的硬件设计

摘要：为了能够对心血管疾病患者实时监测心电信号，以便提供及时的救助，本文研究了一套远程心电监护系统的硬件设计，通过保护与输入缓冲电路、前置放大及右腿驱动电路、滤波电路、后置放大及电平抬升电路实现心电信号的放大、滤波。目前监护系统的设计已取得阶段性的成果，能够在强烈的噪声中，采集到准确的心电信号，尽可能地减小了失真。
关键词：心电监护；心电信号；硬件设计；无线传输；实时检测

随着社会经济的快速发展，人们生活水平日益提高，工作节奏不断加快，心血管疾病已逐渐成为威胁人类生命安全的最主要疾病，而且发病率明显上升，并呈低龄化趋势。通过心电信号来发现并及时诊治心血管疾病是降低发病率和死亡率的一个有效途径。
利用当前迅猛发展并日趋成熟的电子技术、通信技术，设计开发一套操作简单、携带方便、价格适宜的远程心电监护系统具有很好的应用价值。患者可以随时随地对自己的心脏状态进行监护，减轻了奔波劳累和经济开支，节省了时间和社会医疗资源；患者在熟悉的环境中实时监测，提高了心电信号的准确性，从而为病情的发现和诊治赢得绝对的时间；对于行动不便或自理能力较差的用户实施远程监护，遇到病情突变时能够迅速报警，为患者提供及时的救助。

1 系统整体结构
文中选择以GPRS通信技术为平台，设计了一套基于飞思卡尔DSC的远程心电信号监护系统。该系统主要包括心电采集、数据传输和远程监护软件3个部分。整体框架如图1所示。

心电信号采集模块负责对患者的心电信号进行长时间的实时采集，同时辅以心电信号调理电路，对采集到的微弱心电信号进行放大、滤波，然后由微控制器控制远程通信模块将心电信号数据发送到医院中心监测站的远程服务器，医护工作人员操作远程服务器上的心电信号监护软件，对接收到的心电信号数据进行进一步的处理和分析，给出诊断意见，为患者的治疗提供实时的远程指导；对一些突发病情，可以赢得宝贵的抢救时间。

2 系统硬件设计与实现
系统的硬件部分包括心电信号采集模块和远程通信模块两部分。心电信号采集模块主要包括电极、心电导联系统、前置放大电路及右腿驱动、高低通滤波电路、50 Hz陷波电路、后置放大及电平抬升电路等几个部分。远程通信模块主要由MC9S12XS128单片机、GPRS模块、SIM卡电路、电源电路组成。整个硬件组成如图2所示。

2．1 心电信号检测电路设计
1)保护与输入缓冲电路
心电信号从人体传输到电极输入端的过程中，经过人体电阻等不稳定元素的衰减会出现失真；因此我们在输入端增加一个保护与输入缓冲电路来抑制有效信息的衰减，电路如图3所示。保护电路是由两个二极管组成的双向限幅电路，对人体静电或外部其他高压干扰进行限幅，防止因过度激励造成运放逆转而失效。输入缓冲电路中的输入缓冲器选择了AD公司的一款模拟运算放大器芯片：OP295，它是一个电压跟随器，输入阻抗高，输出阻抗低，便于和后续电路匹配。