基于嵌入式的心電模擬發生系統設計方案

引言

　　隨著社會的發展，人們的醫療保健意識越來越強，所以醫生的培訓也就成為非常重要的環節。心電除顫技術作為醫生培訓的一個主要方面，若操作規范，動作熟練，往往在緊急關頭可以救人于危難之間，在培訓的時候，如果能夠真實地模擬急救除顫的場景，將會起到良好的學習效果。因此，在急救、有創性臨床操作訓練上，醫學模擬教學日益顯示出其成本低、重復性高、教學效率高以及符合醫學倫理要求等優勢。

　　除顫模擬發生系統可以在任意選擇34種狀態（包括成人和兒童兩大類）時也可以連接醫用監護儀，使除顫模擬更加逼真。學員可以進行不同能量的除顫練習，同時這也便于老師檢驗學員的學習效果。

　　該系統是根據心電圖的有關原理以及監護儀的信號合成原理研制的，嚴格按照醫學的相關規定，產生的波形達到醫學教學的目的。在相關病態心電圖的關鍵點處達到比較逼真的效果，當系統接收到高壓除顫信號以后，根據系統的預先設置，進行相應的波形變換。系統可以用于醫療培訓機構的培訓工具，使學員快速掌握心電除顫的方法。該系統與急救模擬人、監護儀配合使用，具有廣闊的市場前景。

　　本文介紹的心電除顫模擬發生系統是以ARM9為控制核心，充分利用ARM9豐富的I／O資源和強大的處理功能。它采用嵌入式的開發方案，并綜合考慮系統的通用性和使用性，系統輸出信號的幅度為0～5 mV可以連續輸出室性、室上性早搏型號等，還可以產生周期為1 s，脈寬為100 ms，幅度為1 mV的方波。便于對監護儀進行校準，信號均采用三導聯的同步信號輸出。

　　1 系統結構和設計方案

　　系統主要包括ARM9中央處理單元、高壓除顫信號采集模塊、D／A轉換模塊，與監護儀信號匹配模塊以及心電波形仿真和數據的提取，應用程序的設計等幾個部分。本系統采用ARM9嵌入式開發平臺，以下是ARM9處理器的主要結構及其特點。

　　（1）32 b定點RISC處理器，改進型ARM／Thumb代碼交織，增強性乘法器設計，支持實時（real-time）調試；

　　（2）片內指令和數據SRAM，而且指令和數據的存儲器容量可調；

　　（3）片內指令和數據高速緩沖器（Cache）容量從4 KB～l MB：

　　（4）設置保護單元（Protoction Unit），非常適合嵌入式應用中對存儲器進行分段和保護；

　　（5）采用AMBA AHB總線接口，為外設提供統一的地址和數據總線；

　　（6）支持外部協處理器，指令和數據總線有簡單的握手信令支持；

　　（7）支持標準基本邏輯單元掃描測試方法；

　　（8）支持BIST（Built-in-self-test）；

　　（9）支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實時跟蹤指令和數據。

　　心電除顫模擬發生系統總體設計方案，如圖1所示。

　2 系統硬件部分設計

　　該部分主要分為ARM9硬件平臺、D／A轉換、濾波電路、高壓除顫信號的采集，其系統硬件連接圖如圖2所示。系統在ARM9的控制下，由D／A轉換把波形數據轉換為模擬量進行輸出。當接收到高壓采集信號后，處理器就會轉換輸出另一種心電波形圖。