《基于ADuC7026的心电监测仪 设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于ADuC7026的心电监测仪 设计（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、312011. 10 / 电子与电脑 Feature 每月特辑 引言 医生是根据心电图对患者 进行心脏病诊断和治疗的，但是 目前在医院中使用的心电设备一 般体积较大、费用较高，患者需 要到医院进行心电信号的监测， 但是至少在下述几种情况下患者 采集心电信号是不方便的：1、 由于心脏病是一种慢性疾病，患 者平时在家中监测病情，需要一 种家用心电信号采集设备；2、 有一些患者在平时心电图是正常 的，只有在发病时心电图才异 常，而发病持续的时间很短，等 患者到了医院可能心电图已经正 常了，所以需要一种能够随时进 行心电信号采集的设备；3、在 一些特定情况下需要采集和监测 心电信号，例如记录人在运动状
2、 态时的心电图。这些情况表明需 要一种家用的、低成本的心电监 测仪。 心电检测的方法很多，在这 里，我们只对左右手臂心电信号 的差值进行模拟放大、滤波、数 据采集和处理，同时在右腿添加 驱动，这个方案操作简单，也适 合于在出行时使用。 家用式心电监测仪具有体 积小、功耗低、采样速度快的特 点，包括：（1）模拟电路对心电 信号进行放大、滤波；（2）微控 制器对其进行采样、数据处理和 数据传输；（3）计算机显示心电 图及心率。原理图如图1所示。 模拟电路设计 心 电 信 号 一 般 会 在 0.25mV5mV的范围内变化，为了 检测心率，需要保留0.3Hz50Hz 频段范围内的心电信号，心电信号
3、基于ADuC7026的心电 监测仪设计 清华大学电子工程系/罗吉 本文介绍一种适合家用的心电监测仪，该仪器采用AD8236、AD8609对心电信号进行放大、滤 波，由ADuC7026微控制器对模拟信号进行高速采样、notch滤波和数据处理，并把结果传输给计算 机，由计算机显示心电波形及心率。 图1:心电监测仪原理图 32CompoTech China / 2011. 10 Feature 每月特辑 处理电路如图2所示。 第一级是在AD8236的反馈 路径中加一个积分器，使这个环 节具有高通滤波器的特性，这个 特性可抑制心电信号中的直流成 分，一阶高通滤波器的3dB截止频 率为0.34Hz，增益
4、为5。第二级是 比例环节，增益为11。第三级放 大器是一个二阶低通贝塞尔滤波 器，低通滤波器3dB截止频率为 49.6Hz，放大器增益为3.9，电路 的总放大倍数为220 ，所以心电信 号即使是5mV，放大后也不会使 线路饱和，如果是0.25mV，心电 信号经放大后也足够大，不影响 后级的数据处理和分析。参考电 极(右腿)接参考电压，是为了抑制 共模的心电信号。 ADuC7026数据处理 ADuC7026采用600Hz采样频 率对放大后的心电信号进行A/D 转换，设计一个notch滤波器，将 50Hz的干扰从心电信号中去除， 从心电信号中提取心率信号，通 过UART串口以115200bps的波
5、特 率将心电信号传输给计算机，在 计算机上显示出心电波形和心率 计算值。以上计算过程是在定时 中断处理程序中进行。 notch滤波器是将50Hz的干扰 从心电信号中去除，滤波器的传 递函数为，工频信号 对心电信号的影响也会很小。 心率计算算法是以对图3的分 析为基础的。由图3的心电波形可 以看出，QRS波段为每次 心跳的标志性波段。 设 人 心 电 信 号 的 最 大值为Max，最小值为 Min，由此计算出心电信 号的上下阈值threshold1和 threshold2： （1） 一般在threshold1以上的部 分为R波的部分，并且在每次心 跳中只有一部分处于threshold1之 上；在
6、threshold2以下的部分为S 波的部分，并且在每次心跳中只 有一部分处于threshold2之下。将 处于threshold1之上的部分和处于 threshold2之下的部分作为识别心 跳的标志，具体方法如下。定长 （1.5s）更新Max和Min，并计算 threshold1和threshold2。记录处于 threshold1之上的连续点的个数， 如果点数在一定范围内，则认为 找到一个R波，然后开始寻找S 波。记录处于threshold2之下的连 续点的个数，如果点数在一定范 围内，则认为找到一个S波，计算 R波与之后的S波之间的距离R_S_ diatance，若距离R_S_diata
7、nce处于 一定的范围内，则认为找到一个 心跳波形。计算本次心跳与上次 心跳之间的距离diatance并存储， 图2:心电信号处理电路 图3:心电波形示意图 332011. 10 / 电子与电脑 Feature 每月特辑 利用最近4次计算所得的diatance计 算。如果心电信号的采样频率为 ，所取diatance样本 数为n=4，心率为HeartRate： （2） 其中HeartRate以次/分为单位。 实验结果 用心电信号发生器作心电 图4：计算机显示的心电图（其中横轴每单位刻度代表0.9秒） 发生源，在计算机上实时显示 的心电信号与心率输出如图4所 示，心电波形正确，心率显示 稳定，所以
8、该心电监测仪达到 了设计要求。 结论 本文所提供的心电信号检测 方案可以准确检测心率，并可以 比较准确地实时显示心电信号波 形，实现了家用式心电监测仪体 积小、低成本的要求。 联络作者: 罗吉/清华大学电子工程系 e-mail:luoji08thu 手机:15120003938 地址:北京市海淀区清华园紫荆学生 公寓4号楼209A 参考文献 1. 陈平、罗晶.ADuC702x系列嵌入式 系统原理及应用M. 北京：北京航空航天大 学出版社，2009.7 2. 何小庆.嵌入式系统在医疗电子市场 的机遇和挑战J.电子产品世界，2009.7 3. 夏德钤、翁贻方.自动控制理论M. 北京：机械工业出版社
9、，2004.1 4. 郑君里、应启珩、杨为理.信号与系 统（第二版）下册M.北京：高等教育出版 社，2000.5 5. ADuC701/20/21/22/24/25/26/27/28 /29. analog-microcontrollers/aduc7026/processors/ product.html ADI公司宣布OrthAlign公司已 经选用ADI的高性能i MEMS R惯性 动作传感技术以实现其在膝关节手 术期间实现导引股骨对正的全新便 携式手术导航系统。同时也提供精 密胫骨对正功能的KneeAlign 2系统 采用了ADI的i Sensor数字IMU(惯性 量测单元)，能够让整
10、形外科医生快 速的判定病患股骨的旋转中心，并 计算出精密的角度以便在膝关节置 换手术中切除骨头。 精巧的KneeAlign 2系统将大型 计算机辅助手术设备的对正精密度 与传统仪器的简单性结合在一起。 只有手掌大小的KneeAlign单元及其 相关的切割仪器，都与所有使用于 TKA(全膝关节置换术；即膝盖的每 个部份都以人工零件置换的一种外 科手术程序)的植入系统兼容。 OrthAlign 企业发展副总裁 Darius Kharabi表示“ADI的iSensor IMU在实现KneeAlign 2系统的设计 上扮演着极有帮助的角色，这个月 我们利用KneeAlign 2，在全美国 高知名度的手
11、术中心完成了大约50 个TKA手术，而且结果非常令人感 到振奋。我们将持续进行在纽约的 特别外科手术医院、加州的Scripps Green医院、以及其它卓越手术中心 的临床研究。” 被设计在KneeAlign 2系统当中 的ADI iSensor IMU能够支持6个自由 度的量测，透过3组提供线性动作的 加速度计与3组撷取角动作回转仪的 合并而获得实现。即使是处于严苛 的作业环境下，iSensor IMU都能够 精密的追踪一个仪器在所有轴在线 的动作。精巧的IMU装置在标准的 数字SPI 接口上，以数字调节传感器 滤波与处理功能的能力，提供对于 经过校正与动态补偿传感器数据的 存取，藉以适应多种应用状态。 掌上型外科手术导航系统透过ADI的MEMS 动作传感技术获得实现 新闻
