MSP430單片機在醫療設備行業(yè)的應用

MSP430系列單片機在醫療設備行業(yè)應用很廣泛,以其低功耗，外圍設計簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)得到了設計者的喜歡。而心電圖或CT的復雜的醫療設備應用的很多。心電圖機是診斷心臟病的重要儀器之一，能夠為醫生提供最直觀(guān)的心電波形。歐美國家已經(jīng)普遍使用十二導心電圖機。十二導聯(lián)心電圖同步記錄能客觀(guān)表達各波、段和間期，可以對早博、心動(dòng)過(guò)速、預激綜合征、束支阻滯及分支阻滯等進(jìn)行定位診斷與鑒別診斷；將心電數據存入數據庫，可以進(jìn)行各種電參數的統計學(xué)處理，為臨床醫療和科研工作帶來(lái)了極大便利。根據目前的微電子、單片機和計算機技術(shù)成功研制出一種便攜式心電圖機，它可通過(guò)液晶顯示器顯示心電圖，同時(shí)將數據在計算機上顯示并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現信息遠傳，是一種新穎的臨床和家庭兼用的心電圖機。

標準十二導聯(lián)簡(jiǎn)介

人體是一個(gè)導體，心臟壁收縮引起的動(dòng)作電勢使電流由心臟傳播至整個(gè)人體，所傳播的電流在人體的不同部位產(chǎn)生不同的電勢，可以通過(guò)電極在皮膚表層感應得出。為了完整地記錄心臟的電活動(dòng)狀況，常用水平和垂直方向的十二種不同導聯(lián)作記錄，稱(chēng)為標準十二導聯(lián)，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6導聯(lián)。測量時(shí)須在人體上安放10個(gè)電極，分別為：右手電極VR、左手電極VL、右腿電極RL、左腿電極VF、胸部6個(gè)電極C1~C6。根據國家標準，由這些電極可以合成標準12導聯(lián)心電圖，合成方式如下：

(1) 標準肢體導聯(lián)：

導聯(lián)I=VL－VR；

導聯(lián)II=VF－VR；

導聯(lián)III=VF－VL；

(2) 加壓?jiǎn)螛O肢體導聯(lián)：

aVR=VR-(VL+VF)/2；

aVL=VL-(VR+VF) /2；

aVF=VF-(VL+VR)/2；

(3) 常用的胸導聯(lián)：

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

系統總體方案

本十二導聯(lián)同步心電圖機采用德州儀器公司的MSP430系列的MSP430FG4616作為控制核心，可方便地實(shí)現心電信號的采集、處理、顯示以及傳輸。系統主要由五部分組成：前置放大電路部分用來(lái)放大各導聯(lián)心電信號；帶通濾波電路部分用來(lái)濾除心電信號頻率范圍以外的噪聲；陷波電路用于濾除50Hz工頻干擾和35Hz肌電干擾；生物電信號數據采集電路部分用來(lái)采集放大后的各導聯(lián)心電信號并將數據發(fā)送給單片機；右腿驅動(dòng)電路部分不僅可以抑制50Hz工頻干擾，還可根據檢測到的心電信號適當調整人體電平，便于A(yíng)DC采樣；數據處理顯示部分用來(lái)采用濾波算法處理采集的數據并實(shí)時(shí)顯示心電波形；網(wǎng)絡(luò )傳輸部分用來(lái)將采集的心電數據傳輸至醫院或疾病控制中心，便于隨時(shí)了解病人的狀況。系統功能在液晶顯示的菜單下通過(guò)按鍵選擇完成，系統總體框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

系統硬件設計

心電信號由專(zhuān)用電極獲取后送入前置放大器初步放大，在對各干擾信號進(jìn)行一定抑制后送入帶通濾波器以濾除心電頻率范圍以外的干擾信號，再經(jīng)50Hz和35Hz陷波器濾除工頻和肌電干擾后送入主放大器，最后主放大器將濾波后的信號進(jìn)一步放大到合適范圍后送入A/D采樣電路以進(jìn)行高精度A/D轉換，單片機接收到A/D轉換的數據進(jìn)行濾波及相關(guān)處理后在液晶屏上顯示。


圖2 心電信號前置放大電路