基于ARM9的心电除颤模拟发生系统设计

2010-08-24 20:29:05来源: 电子设计工程

      随着社会的发展,人们的医疗保健意识越来越强,所以医生的培训也就成为非常重要的环节。心电除颤技术作为医生培训的一个主要方面,若操作规范,动作熟练,往往在紧急关头可以救人于危难之间,在培训的时候,如果能够真实地模拟急救除颤的场景,将会起到良好的学习效果。因此,在急救、有创性临床操作训练上,医学模拟教学日益显示出其成本低、重复性高、教学效率高以及符合医学伦理要求等优势。 

  除颤模拟发生系统可以任意选择34种状态(包括成人和儿童两大类)时也可以连接医用监护仪,使除颤模拟更加逼真。学员可以进行不同能量的除颤练习,同时这也便于老师检验学员的学习效果。 

  该系统是根据心电图的有关原理以及监护仪的信号合成原理研制的,严格按照医学的相关规定,产生的波形达到医学教学的目的。在相关病态心电图的关键点处达到比较逼真的效果,当系统接收到高压除颤信号以后,根据系统的预设置,进行相应的波形变换。系统可以用于医疗培训机构的培训工具,使学员快速掌握心电除颤的方法。该系统与急救模拟人、监护仪配合使用,具有广阔的市场前景。 

  本文介绍的心电除颤模拟发生系统是以ARM9为控制核心,充分利用ARM9丰富的I/O资源和强大的处理功能。它采用嵌入式的开发方案,并综合考虑系统的通用性和使用性,系统输出信号的幅度为0~5 mV可以连续输出室性、室上性早搏型号等,还可以产生周期为1 s,脉宽为100 ms,幅度为1 mV的方波。便于对监护仪进行校准,信号均采用三导联的同步信号输出。 

1 系统结构和设计方案 

  系统主要包括ARM9中央处理单元、高压除颤信号采集模块、D/A转换模块,与监护仪信号匹配模块以及心电波形仿真和数据的提取,应用程序的设计等几个部分。本系统采用ARM9嵌入式开发平台,以下是ARM9处理器的主要结构及其特点。 

  (1)32 b定点RISC处理器,改进型ARM/Thumb代码交织,增强性乘法器设计,支持实时(real-TIme)调试; 

  (2)片内指令和数据SRAM,而且指令和数据的存储器容量可调; 

  (3)片内指令和数据高速缓冲器(Cache)容量从4 KB~l MB: 

  (4)设置保护单元(Protoction Unit),非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护; 

  (5)采用AMBA AHB总线接口,为外设提供统一的地址和数据总线; 

  (6)支持外部协处理器,指令和数据总线有简单的握手信令支持; 

  (7)支持标准基本逻辑单元扫描测试方法; 

  (8)支持BIST(Built-in-self-test); 

  (9)支持嵌入式跟踪宏单元,支持实时跟踪指令和数据。 

  心电除颤模拟发生系统总体设计方案,如图1所示。


 

2 系统硬件部分设计 

  该部分主要分为ARM9硬件平台、D/A转换、滤波电路、高压除颤信号的采集,其系统硬件连接图如图2所示。系统在ARM9的控制下,由D/A转换把波形数据转换为模拟量进行输出。当接收到高压采集信号后,处理器就会转换输出另一种心电波形图。

  2.1 D/A转换和电阻衰减网络 

  该部分是系统的核心,为了保证系统的稳定和ECG信号的要求,D/A转换芯片采用8位并行的DAC0832芯片,由12 V单电源供电,每个DAC有各自独立的基准输入,对ARM9提供的数据进行变换,输出部分采用4阶巴特沃斯滤波,输出的波形经衰减后得到所要求的心电信号,经有源滤波后输出波形的峰值可达到10 V,通过电阻分压网络得到0~5 mV的电压输出范围。考虑到要采用三路D/A,如果每一路独占8个I/O端口,再加上若干控制端口,处理器提供的I/O端口数远不能满足要求,所以计划采用共用数据端口,外接I/O口片选的方式来实现,这样可以节约16个I/O口,也满足了信号输出同步性的要求。 

  2.2 高压信号采集电路设计 

  该部分采集除颤器上的高压放电信号,由于高压除颤信号具有的放电电流具有双向性,且放电时间只有4 ms,瞬态电压可达到3 000 V,所以在安全性能上要充分考虑。该部分电路图如图3所示。

  

[1] [2]

关键字:ARM9  信号处理  医用监护  心电除颤

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2010/0824/article_1440.html
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