基于DSP的EASI十二導聯(lián)多功能Holter系統
傳統基于單片機的Holter能實(shí)現心電信號的顯示、傳輸及簡(jiǎn)單的判病報警,但受限于單片機的運算速度,難以采用檢測準確但耗費資源相對較多的算法實(shí)現對心電數據的在線(xiàn)分析。本文以TI公司的TMS320VC5509A為處理系統核心,搭配具有高共模抑制比的EASI十二導聯(lián)心電信號采集方案,實(shí)現一個(gè)具有實(shí)時(shí)檢測、無(wú)線(xiàn)傳輸和24小時(shí)心電數據記錄功能的多功能Holter系統。該系統可以方便醫生實(shí)時(shí)監測病人的心電信息以應對疾病的突發(fā)狀況,這將是新一代“數字醫療社區/醫院”在遠程醫療方面的重要發(fā)展方向。
1 EASI十二導聯(lián)系統
EASI十二導聯(lián)系統是臨床醫學(xué)診斷中常用的心電導聯(lián)系統。EASI心電圖是一種衍生的十二導聯(lián)心電圖,最大優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)5個(gè)心電電極產(chǎn)生三路雙極導聯(lián)數據,并推導出極近似標準十二導聯(lián)的心電數據。此導聯(lián)系統由5個(gè)電極E(胸骨下部平第5 肋間)、A(左腋中線(xiàn)平E點(diǎn)位置)、I(右腋中線(xiàn)平E點(diǎn)位置)、S(胸骨柄)和RL(右腿驅動(dòng)電極,一般置放右腹)組成[1]。電極貼放位置如圖1所示。
EASI十二導聯(lián)系統可以通過(guò)數學(xué)公式:Ld=a(A-I)+b(E-S)+c(A-S)轉化后得出十二導聯(lián)心電信息。其中A-I、E-S、A-S為三路雙極導聯(lián)數據,能分別反映心電向量在冠狀面、矢狀面和額狀面的心電變化,a、b、c為經(jīng)過(guò)大樣本研究后得出的精確相關(guān)系數[2]。經(jīng)過(guò)大量的臨床研究證實(shí),通過(guò)EASI十二導聯(lián)系統獲得的心電信息量非常接近標準的十二導聯(lián)心電圖[3]。
2 系統硬件設計
2.1 系統方案
系統框圖設計如圖2所示。
本Holter系統主要由EASI十二導聯(lián)心電采集電路、TMS320VC5509A、外圍大容量存儲器(如SD存儲卡)、液晶顯示模塊、Zigbee模塊和電源管理部分組成。電極從人體體表獲取生物心電信號,低通濾波后接入帶通放大電路進(jìn)行兩級放大及A/D轉換,A/D轉換后的數據除了能直接存儲在MicroSD卡以便離線(xiàn)分析外,還可由TMS320VC5509A運行經(jīng)二次微分小波變換算法對心電信號進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測,或者通過(guò)Zigbee傳輸方式將心電信號傳輸到遠程監護中心進(jìn)行實(shí)時(shí)監護。
2.2 帶通放大電路
心電信號幅度一般在0.5 mV~4 mV,頻帶通常為0.05 Hz~100 Hz,頻帶范圍不寬,但50 Hz工頻干擾和人體其他信號(如肌電干擾、運動(dòng)基線(xiàn)漂移)幾乎都落在這個(gè)頻帶范圍內。人體體表阻抗比較大,容易吸取較多共模噪聲。為了使心電信號受到的干擾更小,本系統的心電放大電路采用兩級放大的架構,體表兩點(diǎn)的電位差為心電信號源,前級放大使用高輸入阻抗的儀表放大器INA326,采用差分輸入,把心電信號放大5倍;后級放大采用高精度運放OPA2335設計帶通放大電路,把0.5 Hz~106 Hz的信號放大200倍[4]。
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