您的位置 首页 芯闻

便携式心电信号收集体系的设计方案

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

跟着生活水平的进步,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,乃至各种长途确诊设备,都有飞跃发展,而所有心电设备的根底都是准确收集到心电信号。在大型设备中,对收集电路的功用要求严厉,因而电路规划杂乱,体积较大。在便携式设备中,对收集电路要求功用和体积的共同。因而在便携式主动心电确诊体系的项目布景下,规划出便携式心电信号的收集电路。

1 心电图发生机理

在人体内,窦房结宣布一次振奋,按必定途径和时程,顺次传向心房和心室,引起整个心脏振奋。因而,每个心动周期中,心脏各个部分振奋进程中呈现的生物电改动的方向、途径、次第和时刻都有必定规则。这种生物电改动经过心脏周围的导电安排和体液反映到身体外表上,使身体各部位在每一心动周期中也都发生有规则的生物电改动,即心电位。若把丈量电极放置在人体外表的必定部位,记载处心脏电位改动曲线,即惯例心电图(Electrocardiogram,简称ECG)。

2 体系结构

便携式心电监护仪的方针是具有主动确诊心脏疾病的功用,一起便于家庭和游览运用。这儿首要给出便携式心脏疾病主动确诊设备的前端部分,即信号收集和处理部分。心电信号的收集首要由扩大、滤波等模仿电路完结。心电信号在FPGA操控下,完结信号的数字化,以便后续进一步处理和存储,体系全体结构如图1所示。

3 收集心电信号

3.1 心电信号的特色

正常心电信号的幅值规模为10 V~4 mV,典型值为1 mV。频率规模在0.05~100 Hz,而90%的频谱能量会集在0.25~35 Hz之间。在检测弱小的心电信号时还要注意到噪声的按捺。这些噪声首要有皮肤与电极触摸的极化电压、其他生理信号的混入、电子器材的噪声、无线电波和工频搅扰等。

依据心电信号十分弱小的特色,收集心电信号的前置扩大电路需求具有高输入阻抗、高共模按捺比、扩大器低噪声和低漂移等方面功用。

归纳考虑以上要求,这儿选用扩大器为AD620。AD620的输入阻抗为10GΩ,增益为10时的共模按捺比为100dB,最大温度漂移O.6μV/℃。从AD620的参数指标上看,适用于心电的前置扩大电路。

3.2 导联体系

从人体体表收集心电时,首要要考虑2个问题:一是电极的放置方位。二是电极与扩大器衔接办法。临床上为了共同和便于比较所获得的心电波形,对测定ECG的电极方位和与扩大器的衔接办法都做了共同规则,称为心电图的导联体系,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。其间I、Ⅱ、Ⅲ导联为双极导联,其他为单极导联。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改动。单极导联是一端接参阅电极,另一端接探查电极,反映心脏部分电位改动。V1~V6就是一端接参阅电极,一端的探查电极放在胸部的6个方位。aVR、aVL、aVF称为加压肢体导联,是改动参阅电极点,使信号起伏增加一倍的肢体导联。

3.3 一级扩大

心电信号一级扩大器选用AD620,它在输入阻抗、共模按捺比、低噪低漂移上具有超卓的功用。别的,AD620选用差分扩大,能够有用地按捺噪声。一级扩大倍数不宜太大,因为在收集信号时或许发生电位动摇和极化电压及其他噪声,给后续电路处理噪声带来不方便,主张在7~lO倍。电路衔接如图2所示,别的,AD620的REF引脚接地。

3.4 滤波电路

因为心电信号的频率在0.05~100 Hz,收集电路就需求规划滤波器除掉该段频率以外的噪声频率。滤波电路首要由高通滤波、低通滤波和50Hz陷波器组成。高通滤波器,选用简略的CR无源高通电路(图2),能有用阻断直流通路,消除基线漂移,而基线漂移首要是由呼吸引起。为了到达抱负的滤波作用,对大于截止频率的信号,有较严厉的衰减,规划了二阶低通滤波器,如图2所示。

对电路进行实践测验核算得到以下数据,如表1所示。表1中,衰减为电路测验数据,“Filterlab”为软件仿真的数据,从数据对比上看,实践核算数据和仿真数据根本共同。

图3给出了二级有源滤波器的幅频曲线及相频曲线。其间曲线A为幅频曲线,曲线B为相频曲线。

3.5 陷波电路

因为交流电的影响,在心电信号收会集,简略受50 Hz工频搅扰的影响,为此规划了50 Hz陷波电路。该陷波电路选用双T带阻滤波。完结陷波器的难度在于参数挑选和电路调试,别的必定要挑选高精度的电阻%&&&&&%,保证参数严厉匹配。在试验进程中,对5组参数进行仿真和电路测验,5组参数经核算截止频率均为50 Hz,但实践电路测验作用很不抱负。终究挑选图4标示的详细电路和参数,以及46 Hz频率以下信号经过期波形仿真,成果较好。从波形图上看,在46 Hz频率以下的信号经过期,经过陷波电路的信号B与原信号A根本共同。无失真。

图5分别为49 Hz、50 Hz频率信号经过陷波电路后,与原输入信号波形的比较。由图中可清楚地看到:当输入49 Hz信号时,输出信号衰减为原信号的0.35倍左右。当输入50Hz信号时,信号根本上衰减为零,因而能有用按捺50 Hz的工频搅扰。

3.6 主扩大电路

为满意A/D转化器对信号起伏的要求,两级扩大器共扩大l 000倍左右,一级扩大电路扩大倍数为8倍,所以二级扩大倍数规划为125倍。从整个电路集成度和器材性价比考虑,这儿选用TL064。该器材内部集成4个运放,每个扩大器的功耗只要6 mW,契合便携产品的要求,且价格较低,可削减试验和生产成本。扩大电路选用简略的反应扩大电路,调理电阻参数即可。

4 数字处理部分

4.1 A/D转化

已扩大的模仿信号要完结存储和显现,需求转化为数字信号,因而要完结A/D转化。A/D转化首要处理采样率和A/D转化器的选型。
采样率,美国心脏学会引荐的采样率为500 Hz,但实践中不同运用有不同的采样率,一般在125~1 000 Hz之间,监护时多选用200 Hz或250 Hz,辅佐剖析时多用400~500 Hz,而心电HOLTER一般取125~200 Hz。采样精度为10 bit或12 bit。

关于A/D转化器的选型,要依据电路办法、转化速率、通道数目、采样精度、功耗巨细、供电电压等要素归纳考虑,选出性价比较高的转化器。在确认器材前,表2给出备选的几款A/D转化器的比较成果。

经过表2和实践项目的要求,终究确认运用MAXl97,其采样位数,转化速率,功耗,体积等方面均契合心电A/D转化的要求。别的,该转化器有8个模仿信号输入端,可收集8路模仿信号,契合心电设备多导联的要求。

操控模块运用VHDL言语编程完结,依据MAXl97的时序图,使用有限状况机的办法完结操控模块。详细内容是依据A/D转化的进程,将转化进程分为5个状况:1)为初始化,写入读写信号及通道挑选和转化电压规模等操控字;2)为发动转化,在时钟操控下,输出信号使得A/D转化器开端转化;3)为判别转化是否完结,若未完结持续转化,若完结跳入下一个状况;4)为读低8位,给转化完毕标志信号hben赋值O,读出现已转化完的低8位;5)为读高4位,给hben赋值1,读出高4位。

图6是依据上述状况机VHDL言语完结后生成的图元符号及操控模块的仿真波形。从仿真波形上能够看出,该模块契合A/D转化器的时序要求,能在功用上完结对A/D转化器的操控,得到所需求的数字信号。

A/D转化器的操控信号由FPGA供给。根据FPGA渠道建立一个A/D转化的操控模块。挑选FPGA做操控渠道,是因为FPGA有着丰厚的可编程逻辑资源,使用这些资源能够完结心电设备中的操控存储、显现、按键、通讯等其他模块。这些模块都在FPGA上完结就构成了片上体系,使得设备体积和可靠性都有了很大程度上的进步。挑选FPGA也是出于项目全体计划的考虑。

5 完毕语

在项目的要求下,经过剖析心电信号的特色,从幅值,频率,噪声等各方面有针对性的规划了心电收集电路,并对每一环节都做了仿真和测验,最大程度上精简电路,满意便携式设备对体积的要求,一起坚持较高的功用,能有用收集到心电信号。对收集到的心电信号,用FP-GA操控A/D转化模块,得到数字信号,以便后续的数字处理。别的,因为FPGA的丰厚可编程资源,能够在这个收集体系根底上晋级为确诊并显现的体系。

声明:本文内容来自网络转载或用户投稿,文章版权归原作者和原出处所有。文中观点,不代表本站立场。若有侵权请联系本站删除(kf@86ic.com)https://www.86ic.net/news/xinwen/194005.html

为您推荐

联系我们

联系我们

在线咨询: QQ交谈

邮箱: kf@86ic.com

关注微信
微信扫一扫关注我们

微信扫一扫关注我们

返回顶部