多床位心電監護儀設計與實(shí)現

(1)開(kāi)始監護。啟動(dòng)多床位心電圖監護軟件后，出現開(kāi)機畫(huà)面，選擇要監護的床位，在確認好患者的導聯(lián)采集裝置都連接好后，點(diǎn)擊開(kāi)始監護，對患者的心電信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，同時(shí)顯示心電網(wǎng)格圖紙、心電波形、監護時(shí)間和保存心電數據，計算出患者當前的心率，達到對其中一個(gè)床位進(jìn)行監護的目的。如果有多個(gè)床位同時(shí)需要監護，建立對應床位的監護界面，點(diǎn)擊開(kāi)始監護即可進(jìn)行。
(2)停止監護。監護過(guò)程中，對不需要再繼續進(jìn)行監護的床位患者，選擇停止監護；保存好患者的心電數據，用于醫生診斷時(shí)重顯監護時(shí)的心電數據。
(3)系統報警?；颊哌M(jìn)行病情監護時(shí)，如果心電波形出現異常，心功能參數超出標準范圍，心率為0時(shí)，系統會(huì )即時(shí)報警。
(4)日期時(shí)間。顯示患者進(jìn)行監護時(shí)的時(shí)間，用于醫生診斷時(shí)對患者病情的了解，并能及時(shí)做好病情的診治。
(5)取圖。完成來(lái)自USB接口采集的心電信號數據，以波形形式顯示到計算機屏幕上。
(6)數據保存。數據保存的目的是將患者心電波形數據、監護日期和時(shí)間都保存下來(lái)。
(7)心率計算。心率計算是將采集的心電實(shí)時(shí)數據，利用RR間期的差值方法計算心率，并顯示到屏幕上的編輯框中，醫生第一時(shí)間就可以掌握患者的心率資料。
(8)重顯。挑選出有典型意義的波形進(jìn)行分析處理，調出患者某一時(shí)間的心電數據，顯示心電波形和時(shí)間，幫助醫生來(lái)分析患者的病癥。
(9)打印。采集的心電波形、計算所得的心率、監護時(shí)間打印到心電圖網(wǎng)格紙上，幫助醫生根據臨床經(jīng)驗，進(jìn)行醫學(xué)診斷。

3 硬件設計
3．1 心電信號采集
根據心電信號的特性，采用心電信號模擬器模擬產(chǎn)生心電信號。這種心電信號很微弱，最大只有4 mV。將提取后的心電模擬信號送入前置放大器初步放大，對各種干擾信號進(jìn)行一定抑制后送入帶通濾波器，濾除心電頻率范圍以外干擾信號，主放大器將濾波后的信號進(jìn)一步放大到合適范圍，經(jīng)由50 Hz和35 Hz陷波器濾除工頻和肌電干擾，得到符合要求的心電模擬信號，隨后就可由模擬輸入端送人8051單片機的ADC上，進(jìn)行高精度的A／D轉換和數據的采集存儲，如圖4所示為心電信號的采集過(guò)程。

心電信號是一種低頻弱信號，對心電信號采樣精度的考慮主要是出自于對ST段異常分析處理的要求，ST段電平變化為0．05 mV，已經(jīng)得到公認，因此采樣精度至少為0．025V。根據美國心臟學(xué)會(huì )AHA標準和Nyquist采樣定律，當信號采樣頻率等于或大于信號最高頻率的2倍時(shí)，就可以從抽樣后的信號中不失真的還原出原信號。ECG頻率范圍為0．05～100 Hz，取采樣頻率為200 Hz，即采樣周期為5 ms。采用ADC08 09的逐次逼近8路模擬信號輸入的10位ADC，輸入滿(mǎn)刻度電壓為2．5 V，能分辨出來(lái)的輸入電壓變化的最小值為2．5／210=2．5 mV，心電采集放大倍數約為1 000倍，輸入端的最小分辨率約為2．5／1 000=0．002 5 mV，故滿(mǎn)足系統采樣要求。
3．2 前置放大電路
設計選用儀表放大器AD620作為前置放大器，如圖5所示。有效解決了心電信號采集時(shí)伴隨的較強背景噪聲和干擾；同時(shí)解決了心電信號頻率低，變化緩、信號弱，信號源阻抗較高的特性。

為防止前置放大器工作于飽和或截止區，其增益不能過(guò)大，實(shí)驗表明10倍左右效果較好。U3將R2，R3檢出的人體共模信號用來(lái)驅動(dòng)導聯(lián)線(xiàn)屏蔽層，以消除分布電容，提高輸入阻抗和共模抑制比。U4，R5，R6，C1構成“浮地”驅動(dòng)電路，將人體共模信號倒相放大后，激勵人體右腿，從而降低甚至抵消共模電壓，較強地抑制50 Hz工頻干擾。U1，U2用于穩定輸入信號和提高輸入阻抗，進(jìn)一步提高共模抑制比。
3．3 帶通濾波及主放大電路
由于心電信號頻帶主要集中在0．05～100 Hz之間，頻帶較寬，為此采用OP2177的兩個(gè)運放分別設計一個(gè)二階壓控有源高通和低通濾波器，組合成帶通濾波。帶通濾波由雙運放集成電路OP2177構成，如圖6所示。

主放大電路由OP1177(U7)，R12，R13構成?？紤]到心電信號幅度約為0～4 mV，而A／D轉換輸入信號要求1 V左右，從而整個(gè)信號電路放大倍數需要1 000倍左右。而前置方法約10倍，因此本級放大倍數設計為100倍左右。