基于虛擬儀器的家庭心電監護系統

摘要：介紹了基于虛擬儀器的家庭心電監護系統。根據人體心電信號的特征，設計了性能優(yōu)良的心電信號調理、采集電路；利用NI公司的USB6008作為數據采集設備，配置了DAO數據采集卡。利用LabVIEW友好的圖形化界面和流程圖設計軟件，設計了用戶(hù)登陸模塊、數據采集模塊、波形顯示模塊、數據分析模塊，數據存儲模塊，波形存儲模塊，診斷報警模塊等模塊。
關(guān)鍵詞：心電信號；MSP430；數字濾波

由于人們生活水平的提高、生活節奏的加快和環(huán)境污染等一系列因素的影響，心臟病、高血壓等心腦血管疾病進(jìn)入高發(fā)期，這類(lèi)疾病的發(fā)作具有隱藏性、突發(fā)性和極大危險性，一般需要通過(guò)心電監護儀對心電進(jìn)行實(shí)時(shí)監護。若病人在家進(jìn)行心電監護既可緩解醫院病床、醫護人員等醫療資源的壓力，又可減輕病人的經(jīng)濟負擔，本文正是在這種背景下設計了一個(gè)基于虛擬儀器的家庭心電監護系統。

1 心電信號的硬件采集電路
通過(guò)體表電位提取出的心電信號屬于強噪聲背景下的生物電信號，它具有一般生物信號的特點(diǎn)：1)信號強度微弱；2)不穩定性；3)低頻特性；4)隨機性。在利用電極采集心電信號的過(guò)程中，常常摻雜著(zhù)各種各樣的噪聲。由于心電信號比較微弱，極易受到外部環(huán)境的影響。來(lái)自心臟以外的人體器官也會(huì )產(chǎn)生生理信號，這種生理信號會(huì )嚴重干擾心電信號的識別，甚至完全湮沒(méi)心電信號。還有，外部機器設備的信號噪聲干擾等，都會(huì )對心電信號的測量、波形識別和病癥診斷帶來(lái)不利影響。

本系統硬件電路設計如圖1所示，首先由體表前置電極采集心電信號，經(jīng)放大電路放大(包括前置放大和次級放大電路)，心電濾波電路濾波(低通和高通濾波電路)，50Hz工頻陷波器陷波濾除工頻干擾，最后經(jīng)數據采集卡采集輸入計算機，進(jìn)行后期處理，其中還包括檢測電極是否脫落電路。
1．1 前置運算放大電路
為了克服測量生物電時(shí)伴隨的較強的共模干擾(主要是50Hz干擾)，在生物電放大器的前置級通常采用差動(dòng)放大以提高共模抑制比。

1．2 次級放大電路
由于前置運算放大器的放大倍數有限(一般不大于30倍)。信號放大倍數不足，在實(shí)際應用中往往要求輸出信號為伏級，需要次級放大電路，又由于經(jīng)前置運算放大器放大的信號變?yōu)榉聪?，因此采用反相比例放大電路。則，最終輸出信號與輸入信號同相。

本設計中反相放大器的放大倍數為30。與前置放大器的放大倍數相疊加后，總的放大倍數可達600倍，可以將毫伏級的心電信號放大到伏級，并處于0V到1．8V之間。
1．3 心電信號濾波電路
為使電路具有較窄的過(guò)渡帶和較好的濾波效果，本文采用壓控電壓源二階低通濾波電路進(jìn)行濾波，電路如圖4所示。該電路由兩級RC濾波器串聯(lián)和同相放大電路組成。其中同相放大電路實(shí)際上就是所謂的壓控電壓源，它的電壓增益就是低通濾波的通帶電壓增益。

由于心電信號微弱，且頻率為0．5～100Hz，需要多級濾波，必須設計高通濾波電路，這里采用壓控電壓源二階高通濾波器。電路如圖5所示。