导言
本世纪初，Veit用Einthoven 氏电流计初次从体表记载了人的妊娠子宫的电活动。1950 年，Steer 和Hertsch 将这一信号界说为体表子宫电信号(eletrohyst rogram, EHG)[1]。自此之后，人们开端了对体表子宫电信号的深入研讨。开端的研讨爱好会集在体表子宫电信号是否具有含义，以及时域、频域的特色上。直至1993 年，法国Compiegne 大学研讨组宣布总述文章，以为EHG信号能够反映肌肉纤维振奋的原始进程，供给有关子宫肌肉活动的辅佐信息，是妊娠和临产监护的有用手法[2]。从此，转入了对体表子宫电信号的应用研讨，研讨人员从不同的视点测验将其应用于临床， 提出了早产检测、宫缩次数检测等多种想象。
在曩昔的几十年中，许多研讨人员在体表子宫电信号的研讨方面所作的许多的作业，以及获得的许多极有价值的研讨成果。但是总的来说，对EHG信号的曩昔50年的研讨还首要会集在试验研讨、定性研讨阶段，研讨的意图在很大程度上是验证体表子宫电信号是否是子宫缩短的实在反映。此前咱们曾研发了一套多导同步的体表子宫电数据收集体系，能以较高的采样率，完结16 导联体表子宫电数据的同步收集，一起能够用Windows下的应用程序对收集到的数据进行实时或过后剖析、处理和显现，为此范畴的研讨作出了奉献[3]。但近些年电子技能通讯技能获得飞速发展，一大批高功用的新式器材应运而生，新式的USB等通讯技能逐步占有走上电子产品的舞台。因而咱们在深入研讨、广泛学习国内外电子产品开发经历的基础上对原有体系作了严重改进。首要体现为以下几方面：(1)以性高价廉AduC847替代原有的8051单片机，充分改进智能体系全体的功用。(2)以新式的生物前置扩大器替代原有的双运放扩大器，使作用更佳。(3)精选AD7674、多路模仿开关ADG726、存储器ARM628128等新式的优秀器材，使体系得到全面的晋级。(4)将盛行的USB通讯技能融入体系，进步了体系的数据传输速率，为体系扩展供给了支撑。(5)结合VC技能的新发展将用户界面改进得愈加生动直观。
EHG信号的特色
子宫平滑肌的振奋和缩短是EHG信号的体现和成果。在子宫缩短时，EHG信号体现为峰电活动较频频的迸发波。迸发波的幅值随被试个别以及试验条件的不同差异较大，改变规模由100μv 到1.8mv。子宫电信号的频率较低，其首要频率成分会集在0～5Hz，且物种差异不大。跟着产程的发展，子宫电迸发波体现为幅值升高，频率加速，每次迸发波的持续时刻延伸[6]。子宫电信号的首要频率成分能够分为F1 和F2 两部分(如图1 所示)[2]。F1 代表了迸发波呈现的频率。在产妇临产时，迸发波呈现的最高频率是每10min3 次( F1max = 0.005Hz)。F2 又能够清楚地分为两个频率段:其一是频率为0.014～0.033Hz 的慢波，一般文献以为F1 和慢波地点频率段现已与机械伪迹混叠，不具有临床含义。其二是频率为0.1～3Hz 的快波，能够实在地代表子宫肌肉活动，不管在妊娠仍是在临产时都能够观测到，是咱们所期望不失真收集到的频谱成分。
体系硬件部分规划
体系硬件框图如图2所示，检测原理是16导联EHG信号经电极耦合进入16导联前置扩大器后，再经扩大器扩大，滤波网络滤波后进入模数转化器。单片机AduC847以200Hz的采样率在守时中止内读取模数转化器的输出，送入RAM中暂存，在守时中止外与笔记本电脑进行通讯，将RAM中存储的数据不断经串口送入笔记本电脑。笔记本电脑中的应用程序由串口接纳单片机发送的数据，并对其进行数据处理和显现。
该体系能以200Hz的采样率，完结16导联体表子宫电数据的同步收集[9]。收集得到的数据以文件的办法存储在笔记本电脑的硬盘中，能够用Windows下的应用程序实时或过后对数据进行剖析、处理和显现。在多导生理电信号数据收集体系的规划方面，该体系选用了新式多通道生物电前置扩大器。该扩大器不光具有了传统的“三运放”的长处，并且结构简略，节约器材。在体系的结构上，该体系选用了以单片机AduC847为中心的智能板卡，由单片机板上RAM的“蓄水池”的作用处理了Windows下应用程序呼应音讯不及时的问题。一起简化了笔记本电脑上的应用程序，使其有较充分的资源完结后续数据处理作业[4]。
体系配有通用串口与USB接口。运用串口在线下载调试程序，将已调试好的程序下载到ADuC847。当采样率较低时，选用串口通讯与笔记本电脑间进行数据传输；当需求较高采样率时，能够运用USB接口与笔记本电脑通讯，进步体系的数据经过率，为体系扩展供给支撑。
模仿部分规划
前置扩大器模块
本文选用了一种新式的生理电信号前置扩大器[7][8]。记载办法为双极输入。电路结构简略，能够在按捺直流搅扰的情况下，无需故意匹配便能够供给极高的共模按捺比。该电路由四部分构成：高通网络，并联型双运放扩大器，带有积分反应电路的高通差分扩大器和共模信号取样驱动电路，电路如图3所示。这个扩大电路有两个不同于以往其它生物前置扩大器的特色。其一是，高通网络放在了扩大电路的前端；其二是，扩大电路的扩大倍数都做在前级扩大即并联型双运放扩大器上。
在曾经的生物电前置扩大器规划中，有人企图在前置扩大器的输入端加上隔直电容来防止极化电压使高增益的前置扩大器进入饱和状态，但因为信号源的内阻高，且两输入端不平衡，隔直%&&&&&%使等共模搅扰转变为差模搅扰，成果拔苗助长，严重地损害了扩大器的功用。但是在这个扩大器规划中信号输入的高通网络是不接地的，假如输入一个共模电压，在网络中没有电流流过(没有共模电流的通路)，高通网络中各点电位持平，不会变共模信号为差模信号，能够到达很高的共模按捺比。此外，因为生物体信号源的内阻一般较高，因而咱们运用时尽可能选取大阻值的R1 、R2 ，能够比较好的满意电路需求。
滤波网络模块
为了更好的滤除高频搅扰，咱们规划出有源三阶低通滤波器按捺噪声。滤波网络的截止频率为25Hz。
多路模仿开关模块
本体系经过软件操控CMOS多路模仿开关ADG726来完结信号的切换，ADG726由地址译码器和多路双向模仿开关组成，经过外部地址输入，经内部经内部地址译码器译码后，接通与地址码相对应的一个开关，完结两组从16线到1线或许一组差分16线到1线的传送，
模数转化模块规划
在体系中，信号经过扩大滤波，进入模数转化器。因为宫缩检测体系是多导联收集，因而需求模数转化器具有较高的采样速度。咱们选用了AD7674，它是一款速度极快，低功耗，单电源供电，分辨率可达18位模数转化器(ADC)，选用逐次迫临型结构。为了给用户更好的挑选和平衡，AD7674有三种作业方式供挑选：WARP方式、通用方式和脉冲方式。在WARP方式，数据的输出速率可高达800kSPS；在通用方式，具有很好的同步功用；而在低功耗方式，可获得极低的功耗。18位AD7674分辨率能够到达，满意了检测EHG信号的要求。
数字部分规划
新式的数据收集芯片ADuC847
ADuC847是ADI公司新推出的高功用处理芯片，该芯片供给62K字节闪速/电擦除程序存储器，4K字节片上闪速/电擦除数据存储器和2304字节数据 RAM。
ADuC847经过一个片内锁相环PLL 发生一个12.58 MHz高频时钟，使之运转于32 KHz 外部晶振。此时钟经过一个从MCU中心时钟作业频率别离的可编程时钟发送。片内微操控器是一个优化的单指令周期8052 闪存MCU，在坚持与8051指令体系兼容的一起，具有12.58MIPS的功用。本文规划的宫缩检测仪功用的完结得益于高功用的AduC847。图4中可见它与电路中其他首要部分的衔接办法。
数字外围电路的规划
* 片外数据存储器628128
ADuC847包括一个2k字节的片上外扩数据存储器。但因为需求收集量较大咱们选用了CMOS芯片628128作为本体系的数据存储器。628128是128K×8位的CMOS静态RAM，其读写时刻为85ns，能够与ADuC847相匹配。功耗很低，静态时为10mW，作业时为70mW，作业电压为单一+5V，三态输出。
因为咱们选用的是18位的A/D，每个数据占三个字节；16通道，200Hz采样率。因而，RAM中能够一起寄存128000/3/16/200=13.3(秒)的数据，能够满意数据缓存的要求。
* 串口在线下载调试
与以往的80C51单片机不同，ADuC847具有在线调试和下载功用，它由支撑ADuC8xx的开发东西包QuickStart开发体系来供给。也就是说，在用户体系保存ADuC847的情况下，经过开发体系与ADuC847的串行接口通讯，直接对用户体系进行调试，并在调试完结后将已调试好的程序下载到ADuC847中。
* 电源
本体系选用蓄电池供电，其供给电压为6V，需求经过MAX603进行稳压操作，把整个收集体系的供电电压稳定在5V。
* USB接口
CH375是一个USB总线的通用接口芯片，支撑HOST主机办法和SLAVE设备办法。在本地端，CH375具有8位数据总线和读、写、片选操控线以及中止输出，能够方便地挂接到单片机/DSP/MCU等操控器的体系总线上。在USB主机办法下，CH375还供给了串行通讯办法，经过串行输入、串行输出和中止输出与单片机/DSP/MCU 等相衔接。从图4能够看出它与单片机的衔接办法。
体系软件部分规划
体系软件能够分为两部分——数据收集卡上单片机程序和笔记本电脑上应用程序。单片机程序又可分为主程序和守时中止服务程序两部分。程序流程如图5所示。单片机守时中止服务程序首要用于完结数据的收集，行将模/数转化器的输出写入外部RAM循环行列的队尾，如图5(a)所示。单片机主程序则首要进行数据的传输，行将RAM中存储的数据从队头取出，经过串口通讯传输给笔记本电脑，如图5(b)所示。笔记本电脑上的应用程序选用的软件开发环境是Visual C++ 6.0，程序首要完结了笔记本电脑与数据收集体系间的通讯，并将传输过来的数据以二进制办法存储在硬盘中，一起供给波形显现东西将这些数据分为16个导联显现在计算机屏幕上，如图5(c)所示。
结语
本文介绍了一种新式的体表子宫电数据收集体系，详细介绍了其硬件及软件部分的规划办法，对各个组成部分作了详细叙述，并给出了硬件体系首要的接口电路图及软件流程图。整个别系结构简略，高效牢靠，已应用于试验并获得可喜的作用。
