利用ECG AFE簡化病人監護儀設計

保證使用電氣連接設備的病人的安全同樣至關重要，但這會增加設計的復雜度。病人有時可能需要進行除顫，在這時候，我們必須防止系統自身受到此類活動的影響。不僅如此，還有其他的許多行業規范以及實踐中的實際問題也會影響系統的最終設計。

圖1是12導聯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。測量ECG信號的設備包括便攜式動態心電監護儀、臨床心電圖儀以及高通道心臟標測系統，這些設備在不斷開發中。這些測量系統使用的環境十分廣泛，圖2中所示的是其中的一些典型場合。例如醫院的使用環境包括手術室、重癥監護室、電生理實驗室等，每種環境都有需要解決的設計難題。這些環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。隨著醫療保健行業朝著遠程病人監控方向發展，開發人員面臨著一系列新的挑戰，需要隨時提出新的應對措施。

ECG信號

ECG信號是心臟在一段時間內電性活動的經胸反映，通過皮膚電極采集并于外部進行記錄。它是由心電圖設備產生的無創記錄。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，代表一個心動周期中的心臟電性活動。一個心跳周期P波：心房收縮;QRS波群：心室興奮;T波：心室激動后的復原活動。如今，通過研究心臟不同層面的電氣特性，心臟病專家能夠確定很多與心臟功能相關的異常現象。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/或四肢各個部位。導聯來自ECG電極的各種數學組合。雖然出于歷史的原因，有些人認為這已經過時，但在臨床環境中，12導聯ECG依然是最常見的設置。12導聯ECG包括三個標準肢體導聯VR、VL與VF，也就是通常所說的Goldberg加壓導聯，以及6個心前區導聯，即V1~V6。心前區導聯也稱V導聯，大多數心臟病專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、左臂和左腿導聯組成，可進行3分頻。我們可以發現，要想形成12導聯ECG，只需連接9個電極即可。通常還會采用第10個電極來提供“右腿驅動”，隨著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導聯和V導聯一樣可視為獨立矢量，信號來自導聯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aVL、aVR和aVF與導聯1、2、3源自同樣的三個電極。以aVL為例，正極為左臂，負極為右腿和右臂的組合。因此，上述導聯不屬于獨立導聯。在胸導聯連接V1~V6，6個正電極放置于胸部，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監控的環境

圖3 ECG信號

圖4經過心臟的aVx導聯測量

電極就位以后，就可以開始測量心臟的電性活動。圖5顯示的是典型的12導聯ECG打印結果。橫軸方向每個大正方形為200ms，每個小正方形為40ms。縱軸方向當增益為1時，每個小正方形相當于100μV，即0.1mV。增益為1時，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。每個導聯均體現在ECG帶上，用以識別心臟特征的異常情況。

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