MSP430单片机在医疗设备行业的应用

MSP430系列单片机在医疗设备行业应用很广泛,以其低功耗，外围设计简单的优点得到了设计者的喜欢。而心电图或CT的复杂的医疗设备应用的很多。心电图机是诊断心脏病的重要仪器之一，能够为医生提供最直观的心电波形。欧美国家已经普遍使用十二导心电图机。十二导联心电图同步记录能客观表达各波、段和间期，可以对早博、心动过速、预激综合征、束支阻滞及分支阻滞等进行定位诊断与鉴别诊断；将心电数据存入数据库，可以进行各种电参数的统计学处理，为临床医疗和科研工作带来了极大便利。根据目前的微电子、单片机和计算机技术成功研制出一种便携式心电图机，它可通过液晶显示器显示心电图，同时将数据在计算机上显示并通过网络实现信息远传，是一种新颖的临床和家庭兼用的心电图机。

标准十二导联简介

人体是一个导体，心脏壁收缩引起的动作电势使电流由心脏传播至整个人体，所传播的电流在人体的不同部位产生不同的电势，可以通过电极在皮肤表层感应得出。为了完整地记录心脏的电活动状况，常用水平和垂直方向的十二种不同导联作记录，称为标准十二导联，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6导联。测量时须在人体上安放10个电极，分别为：右手电极VR、左手电极VL、右腿电极RL、左腿电极VF、胸部6个电极C1~C6。根据国家标准，由这些电极可以合成标准12导联心电图，合成方式如下：

(1) 标准肢体导联：

导联I=VL－VR；

导联II=VF－VR；

导联III=VF－VL；

(2) 加压单极肢体导联：

aVR=VR-(VL+VF)/2；

aVL=VL-(VR+VF) /2；

aVF=VF-(VL+VR)/2；

(3) 常用的胸导联：

胸导Vi=Ci-(VR+VL+VF)/3，式中，VR、VL、VF和Ci(i=1~6)表示右臂、左臂、左腿和胸壁的电位。

系统总体方案

本十二导联同步心电图机采用德州仪器公司的MSP430系列的MSP430FG4616作为控制核心，可方便地实现心电信号的采集、处理、显示以及传输。系统主要由五部分组成：前置放大电路部分用来放大各导联心电信号；带通滤波电路部分用来滤除心电信号频率范围以外的噪声；陷波电路用于滤除50Hz工频干扰和35Hz肌电干扰；生物电信号数据采集电路部分用来采集放大后的各导联心电信号并将数据发送给单片机；右腿驱动电路部分不仅可以抑制50Hz工频干扰，还可根据检测到的心电信号适当调整人体电平，便于ADC采样；数据处理显示部分用来采用滤波算法处理采集的数据并实时显示心电波形；网络传输部分用来将采集的心电数据传输至医院或疾病控制中心，便于随时了解病人的状况。系统功能在液晶显示的菜单下通过按键选择完成，系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

系统硬件设计

心电信号由专用电极获取后送入前置放大器初步放大，在对各干扰信号进行一定抑制后送入带通滤波器以滤除心电频率范围以外的干扰信号，再经50Hz和35Hz陷波器滤除工频和肌电干扰后送入主放大器，最后主放大器将滤波后的信号进一步放大到合适范围后送入A/D采样电路以进行高精度A/D转换，单片机接收到A/D转换的数据进行滤波及相关处理后在液晶屏上显示。


图2 心电信号前置放大电路