一種便攜式心電信號采集系統(tǒng)的電路設計
摘要:針對便攜式心電采集電路體積小、性能高的要求,以AD620和TL064為核心設計出由前置放大電路、無源高通濾波、二階低通濾波、陷波器和二級放大電路等組成的采集電路。前置放大電路的設計和參數的選擇抑制了噪聲,省去了通常采集電路中右腿驅動的部分;通過對二階濾波和陷波器的參數選擇和調試,得到較理想的濾波效果。A/D轉換是利用FPGA設計控制模塊來實現(xiàn)的,其他存儲、顯示模塊可以集中在FPGA上,增加了便攜設備的集中度。實驗和仿真結果表明,在簡單電路和參數下能夠得到對50 Hz頻率衰減幾乎為0,在1 000 Hz時衰減-40 dB,幅度放大1 000倍的心電信號。
隨著生活水平的提高,健康問題引起人們高度重視,尤其是對心臟疾病方面,因而從醫(yī)院大型設備到便攜式儀器,甚至各種遠程診斷設備,都有飛躍發(fā)展,而所有心電設備的基礎都是精確采集到心電信號。在大型設備中,對采集電路的性能要求嚴格,因此電路設計復雜,體積較大。在便攜式設備中,對采集電路要求性能和體積的統(tǒng)一。因此在便攜式自動心電診斷系統(tǒng)的項目背景下,設計出便攜式心電信號的采集電路。
1 心電圖產生機理
在人體內,竇房結發(fā)出一次興奮,按一定途徑和時程,依次傳向心房和心室,引起整個心臟興奮。因此,每個心動周期中,心臟各個部分興奮過程中出現(xiàn)的生物電變化的方向、途徑、次序和時間都有一定規(guī)律。這種生物電變化通過心臟周圍的導電組織和體液反映到身體表面上,使身體各部位在每一心動周期中也都發(fā)生有規(guī)律的生物電變化,即心電位。若把測量電極放置在人體表面的一定部位,記錄處心臟電位變化曲線,即常規(guī)心電圖(Electrocardiogram,簡稱ECG)。
2 系統(tǒng)結構
便攜式心電監(jiān)護儀的目標是具備自動診斷心臟疾病的功能,同時便于家庭和旅行使用。這里主要給出便攜式心臟疾病自動診斷設備的前端部分,即信號采集和處理部分。心電信號的采集主要由放大、濾波等模擬電路完成。心電信號在FPGA控制下,實現(xiàn)信號的數字化,以便后續(xù)進一步處理和存儲,系統(tǒng)整體結構如圖1所示。
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