便攜式心電診斷式系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

隨著人們生活水平的提高、生活節(jié)奏的加快，心血管疾病的發(fā)病率迅速上升，已成為威脅人類身體健康的主要因素之一。而心電圖則是治療此類疾病的主要依據(jù)，具有診斷可靠，方法簡便，對病人無損害的優(yōu)點，在現(xiàn)代醫(yī)學中，變得越來越重要。常規(guī)心電圖是病人在靜臥情況下由心電圖儀記錄的心電活動，歷時僅為幾s~1 m，只能獲取少量有關心臟狀態(tài)的信息，所以在有限時間內即使發(fā)生心率失常，被發(fā)現(xiàn)的概率也是很低的。因此有必要通過相應的監(jiān)護裝置對患者進行長時間的實時監(jiān)護，記錄患者的心電數(shù)據(jù)。又由于心臟病的發(fā)生具有突發(fā)性的特點，患者不可能長時間地靜臥在醫(yī)院，但又需實時得到醫(yī)護人員的監(jiān)護，所以研發(fā)相應的便攜式心電監(jiān)護產品就顯得更加重要。本文提出了一種基于遠端診斷平臺的心電診斷系統(tǒng)，由此來實現(xiàn)便攜易用、實時監(jiān)測以及降低診斷成本等功能。

1 模式的實現(xiàn)

提出遠端診斷模式主要是基于兩個原因：一是便攜性，傳統(tǒng)心電檢測設備由于其局限性難以實現(xiàn)隨身攜帶，病人需要檢測時只能到特定地點，不僅無法實現(xiàn)實時性，而且增加了醫(yī)療成本；二是易用性，傳統(tǒng)設備對操作者有一定的專業(yè)要求，往往病人自己難以操作。提出遠端診斷模式，將系統(tǒng)分為用戶終端與遠程服務終端，用戶只需攜帶用戶終端設備，而且只需操作用戶終端，將專業(yè)性的操作隔離開留給遠程服務終端，從而實現(xiàn)其便攜性與易用性。

在遠端診斷模式中，用戶終端主要實現(xiàn)實時采集心電信號，將數(shù)據(jù)存儲轉發(fā)，控制GPRS通訊模塊發(fā)送到遠程服務終端；遠程服務終端主要承擔對數(shù)據(jù)的分析、處理，甚至可以與專家在線分析和實時診斷，最后將診斷結果返回用戶終端。

2系統(tǒng)設計方案

便攜式心電診斷系統(tǒng)主要由前端采集電路、用戶端主控模塊、兩個GPRS終端和遠端服務器幾部分組成，其基本結構框圖如圖1所示。

圖1中前端采集電路主要承擔心電信號采集的功能，采集的信號經(jīng)初步的濾波及放大后送入用戶端主控模塊，主控MCU對心電信號數(shù)據(jù)進行A/D轉換和一些基本處理之后存儲在EEPROM中，等待用戶的命令指示。GPRS終端負責數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。遠端服務器接收到用戶發(fā)送過來的數(shù)據(jù)之后進行詳盡的處理，得到診斷結果后將結果發(fā)送回用戶終端。

2.1前端采集電路

前端采集電路主要由心電電極、前置差分低通濾波電路、前置差動放大電路、高通濾波電路、主放大電路、右腿驅動電路、過壓保護電路和電源模塊組成。如圖2所示。

將兩個電極置于人體表面上不同的兩點，通過導線與心電圖機相連，就可以描出一種心電圖波形。描記心電圖時的電極安放位置及導線與放大器的聯(lián)接方式稱為心電圖導聯(lián)。設計中采用的是標準雙極導聯(lián)Ⅰ。它是以兩肢體間的電位差為所獲取的體表心電，電極安放位置以及與放大器的連接為：左上肢（L）接放大器正輸入端，右上肢（R）接放大器負輸人端，同時，右下肢（RF）應直接接浮。在本系統(tǒng)中，右下肢接右腳電極驅動器的輸出端，間接接地。

在此電路中，設計了一個用于防止RFI整流誤差的差分低通濾波器電路，如圖3所示。該濾波器除了提供對RFI的抑制，還提供附加的輸入過載保護，因為電阻器R1、R2幫助把儀表放大器的輸入電路與外部信號源隔離。C3跨接電橋輸出端，以便C3有效地與C1和C2的串聯(lián)組合并聯(lián)。C3非常有效地減小了由于不匹配造成的任何AC-CMR（交流-共模抑制）誤差。

心電信號采集電路中最重要的部分是放大電路。由于心電信號很微弱，而且采集過程中存在著極化電壓、熱噪聲和儀器產生的噪聲等多種干擾信號，對后續(xù)特征波形的檢出與分析有很大的影響。這些干擾大都屬于共模干擾，因此要求前置放大器有足夠高的共模抑制比，同時為了抑制信號的“基線漂移”，還要有足夠小的溫度漂移。設計中采用TI公司的INA326放大器，電路如圖4所示。