低噪声便携式的心电监测仪

2019-08-01 16:15发布

 0 引 言
  监护仪是一种用以测量和监控病人生理参数,并可与已知设定值进行比较,如果出现超差可发出报警的装置或系统。便携式监护仪小型方便,结构简单,性能稳定,可以随身携带,可由电池供电,一般用于非监护室及外出抢救病人的监护。心血管疾病是人类生命的最主要威胁之一,而心电(Electrocardiogram,ECG信号是诊断心血管疾病的主要依据,因此实时监测病人心电活动,设计自动采集病人心电信号的便携式系统具有重要意义。
  传统的导联系统采用通用的三电极方式,右胸上电极及左腹下电极为心电采样电极,右腹下电极为右腿驱动电极。这种联接方式有效实用,有利于便携使用。便携式监护仪分析处理系统可以分为两大部分,一是携带在被检查者身上的袖珍监护仪,二是由微机系统组成的心电图处理诊断系统。被检查者将某一时段的动态心电信号由监护仪记录下来,通过GPRS通信方式将数据传送到医院的心电图处理诊断系统中。心电信号是由人体心脏发出相当复杂的微弱信号,为了获得含有较小噪声的心电信号,需要对采集到的心电信号做降噪处理。
  本设计的特点:
  (1)目前对心电信号的降噪有多种方法,这里主要从滤波的方面介绍将噪声从信号中分离。滤波采用高通和低通两级滤波,滤波电路经Workbench仿真效果明显。
  (2)与以往双T型50 Hz陷波器不同的是,该设计电路引入放大器形成正反馈,以减小阻带宽度。
  (3)本文为人体日常生活方便,设计了导联电极脱落检测电路,防止运动输入电极脱落。
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19条回答
1988020566
1楼-- · 2019-08-02 16:01
  与以往双T型陷波器不同的是,该电路引入放大器A2形成正反馈,以减小阻带宽度,使得阻带中心频率附近两边的幅值增大。品质因数Q可以通过变阻器Rw来调节。R和C的值可由中心频率f0确定。

  当f0=50 Hz时,C和R分别取O.068μF和47 kΩ;f0=100 Hz时,C和R分别取O.068μF和24 kΩ。
  图4为式(1)传递函数的Filterlab 2.0的仿真结果。由此可以看出陷波电路设计符合要求。

1988020566
2楼-- · 2019-08-02 19:02
 精彩回答 2  元偷偷看……
1988020566
3楼-- · 2019-08-02 19:26

  高通滤波器的传递函数:



  各电阻电容值的选取,除了能够滤波以外还具有放大作用。以上全部电路所用的放大器均是TI公司的OPA2137。


1988020566
4楼-- · 2019-08-02 20:40
 图6是Matlab的滤波仿真结果,从图中可以看出,信号在50 Hz处被很好地抑制了,滤波的效果非常理想,完全可以达到临床实用的要求。

  滤波器对最终信号的质量尤为重要,由于滤波器的性能对元器件的误差相当灵敏,因此在这一级的设计中需要选用稳定而精密的阻容原件,可串联精密电位器以获得较好的效果。
1988020566
5楼-- · 2019-08-03 01:41
 3 结 语
  电路中各滤波器的性能与滤波器的参数有直接关系,需经过正确计算。陷波器双T型网络中的电阻和电容需要精确匹配,以保证双T网络的对称,否则陷波深度会受影响。变阻器如何调节将会影响波形的好坏,可在实验中调试得出。
  图7是实际电路测试的结果(纵坐标为μV),可以看到该电路较好地完成了对心电的降噪。当然,在降噪过程中还可以增加屏蔽技术,以进一步减少外部信号的干扰。带通滤波器还可以设计成只带一个放大器的滤波器,使电路更为简单,但是精确率可能会降低。

  要想获得清晰稳定的心电信号,心电放大器中前置放大器与滤波器的设计很关键,特别是50 Hz的带阻滤波器尤其重要。本文设计的以AD620型运放构成的心电放大器可实现输出电压高增益、低噪声、高灵敏度,保证心电信号清晰稳定,按上述设计制作出的监护仪体积小、耗电少、携带方便、工作正常。经实测输出心电波形基本无失真,P波、T波都能得到真实显示。特别是该电路抗50 Hz陷波性能好,信号中基本看不到寄生工频干扰。电路稳定性好,即使电极脱落,基线亦无明显漂移。满足家居监护以及病理分析的要求。


  作为便携式监护仪器,硬件结构简单、体积便于携带是其自身固有的特点。本文针对这些特点,心电信号采集存储和数据处理从节省电能和成本方面考虑采用MSP430单片机。为使滤波函数得以更好地实现,可采用具有运算速度快和浮点运算优点的DSP芯片进行改进,使采集的信号失真更小,保真度更高,对ECG信号的采集准确率大大提高,但DSP昂贵的价格会使成本提高。
鸟鸟
6楼-- · 2019-08-03 07:20
本帖最后由 鸟鸟 于 2014-6-19 23:00 编辑

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