便携式心电信号采集电路设计

2011-06-28 13:16:42来源: 互联网

    随着生活水平的提高,健康问题引起人们高度重视,尤其是对心脏疾病方面,因而从医院大型设备到便携式仪器,甚至各种远程诊断设备,都有飞跃发展,而所有心电设备的基础都是精确采集到心电信号。在大型设备中,对采集电路的性能要求严格,因此电路设计复杂,体积较大。在便携式设备中,对采集电路要求性能和体积的统一。因此在便携式自动心电诊断系统的项目背景下,设计出便携式心电信号的采
集电路。

1 心电图产生机理
    在人体内,窦房结发出一次兴奋,按一定途径和时程,依次传向心房和心室,引起整个心脏兴奋。因此,每个心动周期中,心脏各个部分兴奋过程中出现的生物电变化的方向、途径、次序和时间都有一定规律。这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液反映到身体表面上,使身体各部位在每一心动周期中也都发生有规律的生物电变化,即心电位。若把测量电极放置在人体表面的一定部位,记录处心脏电位变化曲线,即常规心电图(Electrocardiogram,简称ECG)。

2 系统结构
    便携式心电监护仪的目标是具备自动诊断心脏疾病的功能,同时便于家庭和旅行使用。这里主要给出便携式心脏疾病自动诊断设备的前端部分,即信号采集和处理部分。心电信号的采集主要由放大、滤波等模拟电路完成。心电信号在FPGA控制下,实现信号的数字化,以便后续进一步处理和存储,系统整体结构如图l所示。

a.JPG

3 采集心电信号
3.1 心电信号的特点
    正常心电信号的幅值范围为10 V~4 mV,典型值为1 mV。频率范围在0.05~100 Hz,而90%的频谱能量集中在0.25~35 Hz之间。在检测微弱的心电信号时还要注意到噪声的抑制。这些噪声主要有皮肤与电极接触的极化电压、其他生理信号的混入、电子器件的噪声、无线电波和工频干扰等。
    根据心电信号非常微弱的特点,采集心电信号的前置放大电路需要具备高输入阻抗、高共模抑制比、放大器低噪声和低漂移等方面性能。
    综合考虑以上要求,这里选用放大器为AD620。AD620的输入阻抗为10GΩ,增益为10时的共模抑制比为100dB,最大温度漂移O.6μV/℃。从AD620的参数指标上看,适用于心电的前置放大电路。
3.2 导联系统
    从人体体表采集心电时,首先要考虑2个问题:一是电极的放置位置。二是电极与放大器连接形式。临床上为了统一和便于比较所获得的心电波形,对测定ECG的电极位置和与放大器的连接方式都做了统一规定,称为心电图的导联系统,常称导联。广泛认可的国际标准十二导联,分别为I、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1~V6。其中I、Ⅱ、Ⅲ导联为双极导联,其余为单极导联。I、Ⅱ、Ⅲ导联又称肢体导联,拾取左右臂和左腿的任两者之间的电位差,所以是双极导联。双极导联不反映单电极的电位变化。单极导联是一端接参考电极,另一端接探查电极,反映心脏局部电位变化。V1~V6便是一端接参考电极,一端的探查电极放在胸部的6个位置。aVR、aVL、aVF称为加压肢体导联,是改变参考电极端,使信号幅度增加一倍的肢体导联。
3.3 一级放大
    心电信号一级放大器选用AD620,它在输入阻抗、共模抑制比、低噪低漂移上具有出色的性能。另外,AD620采用差分放大,能够有效地抑制噪声。一级放大倍数不宜太大,因为在采集信号时可能产生电位波动和极化电压及其他噪声,给后续电路处理噪声带来不便,建议在7~lO倍。电路连接如图2所示,另外,AD620的REF引脚接地。

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关键字:心电信号  信号采集  电路设计  FPGA

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0628/article_2822.html
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