多床位心電監護儀設計與實現

(1)開始監護。啟動多床位心電圖監護軟件后，出現開機畫面，選擇要監護的床位，在確認好患者的導聯采集裝置都連接好后，點擊開始監護，對患者的心電信號進行實時采集，同時顯示心電網格圖紙、心電波形、監護時間和保存心電數據，計算出患者當前的心率，達到對其中一個床位進行監護的目的。如果有多個床位同時需要監護，建立對應床位的監護界面，點擊開始監護即可進行。
(2)停止監護。監護過程中，對不需要再繼續進行監護的床位患者，選擇停止監護；保存好患者的心電數據，用于醫生診斷時重顯監護時的心電數據。
(3)系統報警。患者進行病情監護時，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，系統會即時報警。
(4)日期時間。顯示患者進行監護時的時間，用于醫生診斷時對患者病情的了解，并能及時做好病情的診治。
(5)取圖。完成來自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、監護日期和時間都保存下來。
(7)心率計算。心率計算是將采集的心電實時數據，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行分析處理，調出患者某一時間的心電數據，顯示心電波形和時間，幫助醫生來分析患者的病癥。
(9)打印。采集的心電波形、計算所得的心率、監護時間打印到心電圖網格紙上，幫助醫生根據臨床經驗，進行醫學診斷。

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一步放大到合適范圍，經由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，已經得到公認，因此采樣精度至少為0．025V。根據美國心臟學會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，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，輸入滿刻度電壓為2．5 V，能分辨出來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伴隨的較強背景噪聲和干擾；同時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，其增益不能過大，實驗表明10倍左右效果較好。U3將R2，R3檢出的人體共模信號用來驅動導聯線屏蔽層，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的兩個運放分別設計一個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。考慮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。