利用ECG AFE簡(jiǎn)化病人監護儀設計

保證使用電氣連接設備的病人的安全同樣至關(guān)重要，但這會(huì )增加設計的復雜度。病人有時(shí)可能需要進(jìn)行除顫，在這時(shí)候，我們必須防止系統自身受到此類(lèi)活動(dòng)的影響。不僅如此，還有其他的許多行業(yè)規范以及實(shí)踐中的實(shí)際問(wèn)題也會(huì )影響系統的最終設計。

圖1是12導聯(lián)ECG(心電圖)監控器件的典型信號鏈，架構非常復雜，存在各種細微差別和復雜性。

ECG監控

ECG的測量，即心臟的電活動(dòng)。測量ECG信號的設備包括便攜式動(dòng)態(tài)心電監護儀、臨床心電圖儀以及高通道心臟標測系統，這些設備在不斷開(kāi)發(fā)中。這些測量系統使用的環(huán)境十分廣泛，圖2中所示的是其中的一些典型場(chǎng)合。例如醫院的使用環(huán)境包括手術(shù)室、重癥監護室、電生理實(shí)驗室等，每種環(huán)境都有需要解決的設計難題。這些環(huán)境所面臨的設計難題的復雜性和測量目標都十分廣泛，而且范圍仍在不斷擴大。隨著(zhù)醫療保健行業(yè)朝著(zhù)遠程病人監控方向發(fā)展，開(kāi)發(fā)人員面臨著(zhù)一系列新的挑戰，需要隨時(shí)提出新的應對措施。

ECG信號

ECG信號是心臟在一段時(shí)間內電性活動(dòng)的經(jīng)胸反映，通過(guò)皮膚電極采集并于外部進(jìn)行記錄。它是由心電圖設備產(chǎn)生的無(wú)創(chuàng )記錄。ECG信號的幅度通常為0.25mV~5mV，由各種波所組成，如正常竇性心律圖。正常竇性心律的偏差說(shuō)明可能存在異常，醫生可以借此評估病人的健康狀況并作出相應處理。

ECG信號的采樣圖由P波、QRS波群和T波組成，代表一個(gè)心動(dòng)周期中的心臟電性活動(dòng)。一個(gè)心跳周期P波：心房收縮;QRS波群：心室興奮;T波：心室激動(dòng)后的復原活動(dòng)。如今，通過(guò)研究心臟不同層面的電氣特性，心臟病專(zhuān)家能夠確定很多與心臟功能相關(guān)的異?，F象。如圖3所示。

ECG測量

在ECG測量中，電極即電勢傳感器，放置在胸部和/或四肢各個(gè)部位。導聯(lián)來(lái)自ECG電極的各種數學(xué)組合。雖然出于歷史的原因，有些人認為這已經(jīng)過(guò)時(shí)，但在臨床環(huán)境中，12導聯(lián)ECG依然是最常見(jiàn)的設置。12導聯(lián)ECG包括三個(gè)標準肢體導聯(lián)VR、VL與VF，也就是通常所說(shuō)的Goldberg加壓導聯(lián)，以及6個(gè)心前區導聯(lián)，即V1~V6。心前區導聯(lián)也稱(chēng)V導聯(lián)，大多數心臟病專(zhuān)家認為其屬于獨立矢量，這也是威爾遜中心電端和目標V電極的差異所在。威爾遜中心電端本身由右臂、左臂和左腿導聯(lián)組成，可進(jìn)行3分頻。我們可以發(fā)現，要想形成12導聯(lián)ECG，只需連接9個(gè)電極即可。通常還會(huì )采用第10個(gè)電極來(lái)提供“右腿驅動(dòng)”，隨著(zhù)映射的心臟層面增加，測量心臟生物電信號也變得更加復雜。

如圖4所示，Einthoven導聯(lián)和V導聯(lián)一樣可視為獨立矢量，信號來(lái)自導聯(lián)1、2、3，從兩臂間或一條手臂與左腿之間測量得出。加壓導聯(lián)aVL、aVR和aVF與導聯(lián)1、2、3源自同樣的三個(gè)電極。以aVL為例，正極為左臂，負極為右腿和右臂的組合。因此，上述導聯(lián)不屬于獨立導聯(lián)。在胸導聯(lián)連接V1~V6，6個(gè)正電極放置于胸部，之前提到的作為測量參考的威爾遜中心電端則相當于負電極。

圖2醫療保健系統中需要ECG監控的環(huán)境

圖3 ECG信號

圖4經(jīng)過(guò)心臟的aVx導聯(lián)測量

電極就位以后，就可以開(kāi)始測量心臟的電性活動(dòng)。圖5顯示的是典型的12導聯(lián)ECG打印結果。橫軸方向每個(gè)大正方形為200ms，每個(gè)小正方形為40ms?？v軸方向當增益為1時(shí)，每個(gè)小正方形相當于100μV，即0.1mV。增益為1時(shí)，最左側的校準信號代表1mV CAL信號的10mm垂直偏轉。1mV的CAL信號通常寬160ms。每個(gè)導聯(lián)均體現在ECG帶上，用以識別心臟特征的異常情況。

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