多床位心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(1)開(kāi)始監(jiān)護(hù)。啟動(dòng)多床位心電圖監(jiān)護(hù)軟件后，出現(xiàn)開(kāi)機(jī)畫(huà)面，選擇要監(jiān)護(hù)的床位，在確認(rèn)好患者的導(dǎo)聯(lián)采集裝置都連接好后，點(diǎn)擊開(kāi)始監(jiān)護(hù)，對(duì)患者的心電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，同時(shí)顯示心電網(wǎng)格圖紙、心電波形、監(jiān)護(hù)時(shí)間和保存心電數(shù)據(jù)，計(jì)算出患者當(dāng)前的心率，達(dá)到對(duì)其中一個(gè)床位進(jìn)行監(jiān)護(hù)的目的。如果有多個(gè)床位同時(shí)需要監(jiān)護(hù)，建立對(duì)應(yīng)床位的監(jiān)護(hù)界面，點(diǎn)擊開(kāi)始監(jiān)護(hù)即可進(jìn)行。
(2)停止監(jiān)護(hù)。監(jiān)護(hù)過(guò)程中，對(duì)不需要再繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)護(hù)的床位患者，選擇停止監(jiān)護(hù)；保存好患者的心電數(shù)據(jù)，用于醫(yī)生診斷時(shí)重顯監(jiān)護(hù)時(shí)的心電數(shù)據(jù)。
(3)系統(tǒng)報(bào)警?；颊哌M(jìn)行病情監(jiān)護(hù)時(shí)，如果心電波形出現(xiàn)異常，心功能參數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，心率為0時(shí)，系統(tǒng)會(huì)即時(shí)報(bào)警。
(4)日期時(shí)間。顯示患者進(jìn)行監(jiān)護(hù)時(shí)的時(shí)間，用于醫(yī)生診斷時(shí)對(duì)患者病情的了解，并能及時(shí)做好病情的診治。
(5)取圖。完成來(lái)自USB接口采集的心電信號(hào)數(shù)據(jù)，以波形形式顯示到計(jì)算機(jī)屏幕上。
(6)數(shù)據(jù)保存。數(shù)據(jù)保存的目的是將患者心電波形數(shù)據(jù)、監(jiān)護(hù)日期和時(shí)間都保存下來(lái)。
(7)心率計(jì)算。心率計(jì)算是將采集的心電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用RR間期的差值方法計(jì)算心率，并顯示到屏幕上的編輯框中，醫(yī)生第一時(shí)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(jìn)行分析處理，調(diào)出患者某一時(shí)間的心電數(shù)據(jù)，顯示心電波形和時(shí)間，幫助醫(yī)生來(lái)分析患者的病癥。
(9)打印。采集的心電波形、計(jì)算所得的心率、監(jiān)護(hù)時(shí)間打印到心電圖網(wǎng)格紙上，幫助醫(yī)生根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷。

3 硬件設(shè)計(jì)
3．1 心電信號(hào)采集
根據(jù)心電信號(hào)的特性，采用心電信號(hào)模擬器模擬產(chǎn)生心電信號(hào)。這種心電信號(hào)很微弱，最大只有4 mV。將提取后的心電模擬信號(hào)送入前置放大器初步放大，對(duì)各種干擾信號(hào)進(jìn)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(hào)，主放大器將濾波后的信號(hào)進(jìn)一步放大到合適范圍，經(jīng)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(hào)，隨后就可由模擬輸入端送人8051單片機(jī)的ADC上，進(jìn)行高精度的A／D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)，如圖4所示為心電信號(hào)的采集過(guò)程。

心電信號(hào)是一種低頻弱信號(hào)，對(duì)心電信號(hào)采樣精度的考慮主要是出自于對(duì)ST段異常分析處理的要求，ST段電平變化為0．05 mV，已經(jīng)得到公認(rèn)，因此采樣精度至少為0．025V。根據(jù)美國(guó)心臟學(xué)會(huì)AHA標(biāo)準(zhǔn)和Nyquist采樣定律，當(dāng)信號(hào)采樣頻率等于或大于信號(hào)最高頻率的2倍時(shí)，就可以從抽樣后的信號(hào)中不失真的還原出原信號(hào)。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(hào)輸入的10位ADC，輸入滿刻度電壓為2．5 V，能分辨出來(lái)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(shù)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(tǒng)采樣要求。
3．2 前置放大電路
設(shè)計(jì)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(hào)采集時(shí)伴隨的較強(qiáng)背景噪聲和干擾；同時(shí)解決了心電信號(hào)頻率低，變化緩、信號(hào)弱，信號(hào)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(qū)，其增益不能過(guò)大，實(shí)驗(yàn)表明10倍左右效果較好。U3將R2，R3檢出的人體共模信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)聯(lián)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(gòu)成“浮地”驅(qū)動(dòng)電路，將人體共模信號(hào)倒相放大后，激勵(lì)人體右腿，從而降低甚至抵消共模電壓，較強(qiáng)地抑制50 Hz工頻干擾。U1，U2用于穩(wěn)定輸入信號(hào)和提高輸入阻抗，進(jìn)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(hào)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(gè)運(yùn)放分別設(shè)計(jì)一個(gè)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(yùn)放集成電路OP2177構(gòu)成，如圖6所示。

主放大電路由OP1177(U7)，R12，R13構(gòu)成?？紤]到心電信號(hào)幅度約為0～4 mV，而A／D轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)要求1 V左右，從而整個(gè)信號(hào)電路放大倍數(shù)需要1 000倍左右。而前置方法約10倍，因此本級(jí)放大倍數(shù)設(shè)計(jì)為100倍左右。