【正文】 LA R122LL R123V7V4238+7VC1441U106A C14567 胸導(dǎo)聯(lián) V5 U106B（b）圖 28 心電導(dǎo)聯(lián)電路（a）I 導(dǎo)聯(lián)電路（b）胸導(dǎo)聯(lián)電路 濾波放大電路因?yàn)樾碾娦盘柕姆缺容^小而且具有一定的周期性，在心電的檢測期間 會被環(huán)境 電氣、 患者 的肌電等方面的影響 ， 而且信號中常常伴 隨著頻率 為50Hz的 工頻 干 擾， 所 以要 精 確 檢測 心 電信 號需要設(shè)計(jì)獨(dú)特 的電路對采集到 的信號濾除不相關(guān)的波形，并設(shè)計(jì)合適放大倍數(shù)的電路對其放大，然后再經(jīng) 過 帶通 濾 波 電路 后 才 電 信號 。在人體的任意三個肢體上安置電極，由 于人體左邊的肩膀和右邊肩膀以及臀部離心臟的距離類似相等，因此在人體 表面上假想出一個等邊三角形，心電信號從心臟出來后，能夠迅速均勻地在 體腔傳播， LA、RA 和 LL 三點(diǎn)形成一個等邊三角形，即“愛氏三角”，如圖 27 所示，同時，假設(shè)心臟產(chǎn)生的電偶向量位于此等邊三角形的中心 。7VC1202輸入 3114+7V1 輸出U101A C121圖 26 緩沖器電路 心電導(dǎo)聯(lián)差分放大電路導(dǎo)聯(lián)檢測電路采取了優(yōu)化的五電極導(dǎo)聯(lián)體系。 U101A 構(gòu)成的其中一路緩沖放大 器，它具有高輸入阻抗，低輸出阻抗，增益為“1”的特性。 緩沖電路輸入緩沖器采用電壓跟隨器電路，能夠避免人體與導(dǎo)聯(lián)電路的直接相連 接。所以， D100 的作用是將 3 端的電壓限制在7V~+7V 之間。7V 電壓，當(dāng) 3 端的電壓大于+7V 或者小于7V 時，其中一個二極管將會近 似短路，電壓將會被限制。 當(dāng)加載在三極管 的電壓 超出其保護(hù)的額度值時 ，三極管 內(nèi) 會自動短路，并“吸收掉”會造成危險(xiǎn)的電壓，從而防止后級電路和使用者 出現(xiàn)事故。D1002 1+7V 7V3輸入 R105 R106 輸出LP101C103圖 25 保護(hù)和濾波電路圖 25 中，LP101 為 R075XA 陶瓷氣體放電三極管，三極管擁有兩個端 電極 a、b，和兩個瓷管。心電檢測電路從人體的體表檢測到電位 變化，通過放大、濾 波和將模擬的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的芯片后，經(jīng)過 ARM7 內(nèi)核的 LPC2138 處理，將數(shù)據(jù)發(fā)送至藍(lán)牙通信模塊，數(shù)據(jù)被主機(jī)接收后即能顯示出波形。本文系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如 圖 24 所示：圖 24 系統(tǒng)框圖從圖 24 可以看出，采集電路主要由以下幾個部分組成：采集電極、保 護(hù)電路、信號緩沖電路、導(dǎo)聯(lián)差分電路、濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。本文設(shè)計(jì)的 心電采集模塊作為家庭個人醫(yī)療設(shè)備，應(yīng)便于不了解專業(yè)設(shè)備操作方法的人 員進(jìn)行使用，同時又可以為專業(yè)醫(yī)生提供可靠的檢查結(jié)果，而且利于醫(yī)生對 患者做出診斷，所以本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求如下：設(shè)備應(yīng)對人體無損傷，方便非專業(yè)醫(yī)生人員進(jìn)行使用；高度智能化和自 動化，即使出現(xiàn)操作失誤也不會對使用者造成嚴(yán)重傷害；體積和質(zhì)量都用做 到便于攜帶和保存。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有醫(yī)療專用設(shè)備的特性，同時又需考慮到使用者為家 庭用戶，所以除了儀器設(shè)計(jì)需科學(xué)性和先進(jìn)性之外，還應(yīng)考慮到安全性。 本文的系統(tǒng)能順從市場的發(fā)展前景，將采集設(shè)備的體積做得足夠小，并且采 用了低壓供電系統(tǒng)，能較好地保護(hù)使用者的安全。心電信號的幅度很弱小，而且常常摻雜有人體的肌電雜波信號以及來自外部 的 電流 雜 波。心電信號的頻率一般為 赫茲至 100 赫茲，幅度在 10181。 表 22 電極位置與標(biāo)號圖 23 人體電極位置 心電信號檢測電路硬件設(shè)計(jì)要求心臟在活動的過程中，能夠自發(fā)生成特定性興奮電流的細(xì)胞即心肌自律 細(xì)胞。V1 位于胸肋骨右 側(cè)邊緣第四肋間隙（第四肋骨至第五肋骨間）； V2 位于胸肋骨左側(cè)邊緣第四 肋間隙（第四肋骨與第五肋骨之間）；V3 位于置于 V2 和 V4 導(dǎo)聯(lián)中間；V4 位于第五肋間隙與鎖骨中線的交點(diǎn)處；V5 與 V4 導(dǎo)聯(lián)水平，位于與腋前線 的交點(diǎn)；V6 與 V5 導(dǎo)聯(lián)水平，位于腋中線交點(diǎn) 1942 年，戈德伯格科學(xué)家創(chuàng)建了加壓單極肢體導(dǎo)聯(lián) [14]。 1906 年，荷蘭科學(xué)家威廉通過導(dǎo)聯(lián)線設(shè)備能夠探測到心臟的電位變化，該變化可以被 Holter 和 遠(yuǎn)距離心電監(jiān)控等設(shè)備記錄。 心電導(dǎo)聯(lián)體系和發(fā)展歷程介紹在人體皮膚上使用心電電極和導(dǎo)聯(lián)線來采集心電信號只是心電圖形成的 第一步。T 波存在的時間在 ~ 秒左右。T 波：是指緊接著 QRS 波群的是一個幅值變化比較平穩(wěn)的稍微朝上增 加的波，體現(xiàn)此時心室狀態(tài)正在向復(fù)極狀態(tài)轉(zhuǎn)變，這個波形存在的時間比較 長。典型的 QRS 波包括三個緊密連接的心電波形，分別是幅值最開 始下降的 Q 波，接著是幅值突然大幅上升的 R 波，然后是幅值迅速降低的 S 波，但是并非所有心電導(dǎo)聯(lián)測量到的心電波形都會包含 QRS 波，一般來 說，QRS 波群大約會持續(xù) 秒[10]。圖 21 心電波形的形成QRS 波群：這個波群可以反映左、右心室的去極化進(jìn)程，在這 期間， 心臟電位的沖動會先到達(dá)到心室間隔的左側(cè)面，從間隔的里層朝著外層依次 傳 導(dǎo) 。P 波：在心電波形中首先出現(xiàn)的一個小二圓鈍的波，即為 P 波，它體現(xiàn) 的是心臟左、右心房的去極化過程，反映從心房開始除極至心室開始除極總 共所需要的時間，P 波的寬度一般為 ~ 秒，電壓不大于 毫伏。在心電圖中可以看出心臟所產(chǎn)生的電位變化情況有著一定的周 期性，它的一個周期代表人體一次心跳所產(chǎn)生的心電變 化情況。心電圖中 QRS 波群是心臟的細(xì)胞除極而產(chǎn)生的，T 波則反映了復(fù)極的 過程。第2章 心電信號檢測原理與電路設(shè)計(jì) 心電波形產(chǎn)生原理概述心電圖能夠體現(xiàn)每個心動周期中，從竇房結(jié)產(chǎn)生的興奮按照一定的傳遞 途徑和順序依次傳向心房和心室，從而造成心臟 的跳動。設(shè)備的內(nèi)存可連續(xù)采集五次心電波形，通過心電儲存卡還可記錄采集時間。該款心電圖儀器的電極有手指電極和胸部的電極，只要把 手指放置在指電極上，而左胸直接接觸到胸腔電極，心電圖 就可以被測量并 在液晶屏上顯示，還會顯示出諸如“心臟速率較快，心率似乎有紊亂”和其 它類型的信息，對患者進(jìn)行疾病的提醒，但是該儀器不能準(zhǔn)確做出診斷。早期的遠(yuǎn)距離心 電圖檢測系統(tǒng)，主要 是通過電話的 方式來 傳輸心電信 號，方法是由心電圖采集設(shè)備檢測 ECG 的活動情況然后變成音頻信號，再 通過一個有線電話網(wǎng)將其發(fā)送到監(jiān)視部門，最終會再次轉(zhuǎn)換成心電信號，醫(yī) 生便可在計(jì)算機(jī)上看到心電監(jiān)測的結(jié)果。在 20 世紀(jì) 80 年代，在動態(tài)心電圖機(jī)的基礎(chǔ)上，改 進(jìn)和發(fā)展了心電檢測設(shè)備以及運(yùn)用更先進(jìn)的檢測技術(shù)，從而誕生了 12 導(dǎo)聯(lián) 的測量方法。 但是該設(shè)備不足之處在于，它只能記錄一次心電圖，但該結(jié)果具有偶然性， 沒有說服力，所以需要對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使其可以多次記錄并儲存。它不僅攜帶方便而且還可以隨時記錄心電活動的變化情 況。艾 艾因特霍芬利用弦線電流計(jì)的獨(dú)特方式收集到人體的心電信號從而發(fā)明了該心電圖機(jī)。圖 11 便攜式心電監(jiān)護(hù)儀我國不能夠大范圍的推廣便于攜帶的心電監(jiān)護(hù)儀（如圖 11 所示）的原 因，有以下幾個方面[7]：心電監(jiān)護(hù)儀所能記錄的心電信息過于簡單：醫(yī)生從中不易得到患者完整 的心電信息，因此不能全面了解患者的實(shí)際情況，從而會影響醫(yī)生對心臟疾 病的診斷，由此而造成診斷率的下降；價(jià)格昂貴：便攜式監(jiān)護(hù)儀的價(jià)格比普 通監(jiān)護(hù)設(shè)備的價(jià)格高昂很多，一般的患者難以承受幾千甚至上萬的費(fèi)用，這 也是便攜式心電監(jiān)護(hù)儀不能普及的原因之一；參數(shù)不夠完善：便攜式心電監(jiān) 護(hù)儀的各種參數(shù)，例如立即性、質(zhì)量、耗電量、智能化程度等性能還沒那么 完善，用戶利用設(shè)備進(jìn)行檢測時會遇到很多麻煩。同時，這對分析病 人的心臟狀 態(tài)、心臟疾病確診和研究治療效果等提供了重要的參考資料。該系統(tǒng)可以全天 記錄心電活動的過程 ，在不影響正常生活 的衣食住行 中，記錄這不同狀態(tài)的心電活動變化情況。一方面，從以前的磁帶式記錄儀器轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在比較先進(jìn)，更加有 有利于保留的固態(tài)式記錄的儀器；另一方面，升級 后的十二導(dǎo)聯(lián)代替原來的 單導(dǎo)和雙導(dǎo)心電記錄系統(tǒng)。因此，該款基于 藍(lán)牙的心電便攜式采集設(shè)備具有廣泛的應(yīng)用空間和市場需求。另外，現(xiàn)如今移動互聯(lián)網(wǎng)的普及 和網(wǎng)絡(luò)傳輸速度不斷提高，個人智能醫(yī)療設(shè)備可以通過網(wǎng)絡(luò)接入到未來的云 醫(yī)療系統(tǒng)中，個人醫(yī)療數(shù)據(jù)能夠上傳到服務(wù)器，這將大大促進(jìn)醫(yī)療資源的共 享范圍，對心臟類疾病的治療提供更好的方法。而近年來，可穿戴設(shè) 備數(shù)量逐年增長，個人醫(yī)療設(shè)備也將向小型化、智能化發(fā)展 [5]。近年來出現(xiàn)的藍(lán)牙技術(shù)[3]，可以較好地解決數(shù)據(jù)傳輸問 問題，將傳統(tǒng)的有線 傳輸轉(zhuǎn)化為無線傳輸 ，為產(chǎn)品提供良好的 便攜性。未來 的設(shè)計(jì)還可以通過網(wǎng)絡(luò)將心電檢測資料從個人傳輸?shù)结t(yī)療中心、社區(qū)等，患 者就診時無需拿著一堆的資料到處奔波，這不僅在方便了生活的同時對患者 心臟病的預(yù)防和臨床檢查有很大的參考價(jià)值。可以大大的降 低由心臟功能異常 而 引起的死亡 率。計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)逐漸和臨床上的醫(yī) 學(xué)問題相結(jié)合，為心電信號的檢測和處理提供了方便的強(qiáng)有力的工具 [2]。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中， 心電圖機(jī)是診斷心臟類疾病的首選儀器，它可以檢測心臟興奮時的電位活動 狀況，雖然它使用方便，且檢測結(jié)果可靠，對人體一般無創(chuàng)傷性損害，但是 一般的心電圖機(jī)體積和質(zhì)量都較大，且價(jià)格不菲，每次檢查都需要患者親自 前往醫(yī)院，這對患者檢查帶來了不少經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和耗費(fèi)時間。 關(guān)鍵詞：心電檢測；藍(lán)牙技術(shù)；ARM 處理器；個人醫(yī)療AbstractNowadays, our people’s demand of quality of life is rising. They pay more attention to their physical condition and the level of life. World Health Organization study showed that: the death caused by cardiovascu lar disease in worldwide opinion is still in first place. People have to pay attention to it, to guard against. Electrocardiogram, as the most intuitive and efficient diagnostic medical device, can instantly detect cardiac potential activity status. Althou gh medical ECG machine is easy to be used and its test results is reliable, and it is noninvasive damage to human body, but its size and quality are large and it is also expensive. The operation for nonprofessional users is too more plex. Patients are required to examine their ECG at the hospital, which brought a lot of burden.This paper presents an individual portable medical hardware, which is based on wireless Bluetooth technology, can continue detecting the patient’s ECG and recording their cardiac electrical activity, and it can also provide reference materials for clinical examination and assessment. This paper studies the design of ECG acquisition circui