远程心电监测系统的研究与设计

作为心脏病临床检查的常规方法，心电图具有无创伤、操作简单、出图快等特点，对于各种心律失常和传导障碍的诊断具有决定性作用。随着计算机网络、通信等相关技术的迅速发展，心电图检测技术也逐渐应用到远程医疗领域中来，使得医院为心脏病患者的远程保健服务成为可能。截至目前，国内已经研发出了通过固定电话传输心电信号的心电传输系统，由于干扰大、成本较高，并未应用于临床。为此，本文将研究设计一种低成本、低功耗、携带方便的无线远程心电监测系统，从而为心脏病患者提供方便的远程心电监测服务功能。

1 系统概述

远程心电监测系统由心电检测终端、无线通信网络、医院监护中心组成，结构框图如图1所示。

心电检测终端用来采集和检测患者的心电信号，然后通过GPRS无线网络传输到医院监护中心，医院监护中心的上位机通过网络接收到心电数据后，医生可以运用上位机中的心电分析软件对患者的心电信号进行分析和分类存储。该心电检测终端也可以通过RS 232串口将心电数据直接传输到计算机中。

2 系统硬件设计

为设计一款体积小、功耗低、处理速度高的心电检测终端，本系统采用TI公司生产的MSP430F449单片机作为微处理器，该单片机的工作电压在1.8～3.6 V之间；当工作在1 MHz，2.2 V活动模式状态时，电流才为280μA；带有内部参考源、采样保持、自动扫描特性的12位A／D转换器；串行通信软件有异步UART和同步SPI两种模式可选。该单片机具有丰富的片内外设和大容量的片内工作寄存器和存储器，为电路的设计节省不少空间。

本系统的硬件主要包括心电信号采集模块、RS 232通信模块和GPRS传输模块。

2.1 心电信号采集模块

心电信号是十分微弱的低频信号，幅值为0.5～4 mV，频率为0.05～100 Hz，在检测过程中还混杂有其他生物信号、50 Hz工频干扰以及周围电器设备所带来的干扰。因此心电信号的采集方法就由信号提取、信号放大、信号滤波和信号处理组成，如图2所示。

2.1.1 心电前置放大电路

心电信号经电极采集后，首先要进行电压放大，电压放大器一般由两级组成，前级放大采用微功耗仪表放大器AD620芯片，AD620具有高共模抑制比(CMRR)、高输入阻抗、低功耗、低噪声和低输入偏置电流等特点，其最大输出电流仅为1.3 mA。通过调节1脚和8脚间电阻Rg阻值可设置增益为1～1 000，增益的计算公式为：G=49.4 kΩ／Rg+1。为防止AD620工作于饱和区或截止区，前级增益不易太大，因此设计第一级的放大倍数为10倍。前置放大电路如图3所示。

其中，缓冲输入级用双向并联二极管限制缓冲放大器两输入端之间的电压不超过+5.7 V，起低压保护作用。100 kΩ电阻和150 pF电容构成无源低通滤波器，抑制高频干扰。

2.1.2 滤波电路

在心电信号的采集过程中，必然会夹杂着高频干扰、低频干扰和50 Hz的工频干扰，因此，心电信号的滤波电路是必不可少的。本系统采用二阶有源滤波电路来滤除0.03 Hz以下和100 Hz以上的低高频噪声，同时采用经典的双T有源陷波电路和软件方法共同滤除50 Hz工频干扰。

2.1.3 主放大隔离电路和电平抬升电路

后级放大部分需再放大10倍，才能符合A／D转换所需的电压范围。此外，在主放大电路部分采用了线性光电隔离放大器ISO130，对心电信号进行隔离并放大，从而对心电信号的A／D转换和数字滤波起到良好的隔离效果。