【正文】 使原來龐大的心電檢測系統(tǒng)改革成為一只精巧、美觀、實(shí)用的心電儀器。從1980年代開始，國外開始建立以電話線路傳輸心電信號的心電圖監(jiān)測中心，隨后又出現(xiàn)了以數(shù)字式電話傳輸心電圖信號的研究。進(jìn)入21世紀(jì)后，美國和歐盟在2022～2022年期間各投入150億美元和17．5億美元用來進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療的研究工作，與此同時(shí)，國外各大公司也紛紛跟進(jìn)，進(jìn)行心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品的研究開發(fā)工作；亞洲的日本在這方面也做了較大的投入，其中SONY，東芝已有類似的監(jiān)護(hù)設(shè)備上市，但都價(jià)格不菲。但隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對健康的重視程度越來越高，對健康監(jiān)護(hù)產(chǎn)品的需求量也穩(wěn)步提升，產(chǎn)品的應(yīng)用范圍從危重病人監(jiān)護(hù)，發(fā)展到如今普通病房的監(jiān)護(hù)，目前，很多家庭對此也提出了一定的應(yīng)用需求。2022年6月，山東大學(xué)齊魯醫(yī)院建成了國內(nèi)首家心臟遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心，該中心實(shí)行24小時(shí)監(jiān)護(hù)，只要患者攜帶的微型發(fā)射機(jī)處于工作狀態(tài)，就會將心電的異常變化傳輸?shù)皆撝行?，監(jiān)護(hù)中心便可以進(jìn)行相應(yīng)處理和預(yù)警?？偟膩碚f，目前國內(nèi)心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品主要特點(diǎn)為：市場需求越來越大；技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量在不斷提高；生產(chǎn)廠家多，但核心技術(shù)掌握不足。綜上所述，無論國內(nèi)還是國外都對心電監(jiān)護(hù)設(shè)備的研究投入了巨大的人力與物力。 隨身攜帶的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀的發(fā)展現(xiàn)狀隨身攜帶的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀在我國并未能夠很好的普及，究其原因，有以下幾個(gè)方面：(1)記錄的心電信息極其有限，醫(yī)生從中難以得到患者全面的心電信息，從而降低了醫(yī)生對疾病診斷的正確率；(2)費(fèi)用較為昂貴，動輒幾千乃至上萬元，一般的患者難以承受；(3)實(shí)時(shí)性、體積、功耗、重量等都不盡如人意，給患者在使用過程中造成諸多不便。目前市面上常見的便攜式心電儀多數(shù)是采用了前后端的實(shí)現(xiàn)方式，前端是以單片機(jī)為核心的心電信號采集系統(tǒng)，后端多數(shù)采用的是處理性能較高的嵌入式微處理器。然而，這種心電儀在實(shí)現(xiàn)多種功能的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、功耗較大、成本也較高。該類產(chǎn)品因?yàn)橹恢С稚贁?shù)的導(dǎo)聯(lián)，因而它的液晶屏幕比較小，用戶觀察起來很不方便，只能通過自帶的打印機(jī)將心電圖打印出來之后才能較好的觀察分析。目前很多廠商也在競相開發(fā)支持多導(dǎo)聯(lián)的心電儀產(chǎn)品。隨著集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步深入，今后心電儀的研究和發(fā)展趨勢主要包括以下幾個(gè)方面：(1)儀器小巧化。Hoter系統(tǒng)和心臟BP機(jī)等代表了這一發(fā)展趨勢。尤其是十二導(dǎo)同步心電檢測系統(tǒng)將逐步占領(lǐng)更多的市場份額。心電儀產(chǎn)品會越來越體現(xiàn)人性化的思想，以方便使用為設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。單個(gè)獨(dú)立的心電儀系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)連接，和心電檢測數(shù)據(jù)庫互聯(lián)，提高對疾病的監(jiān)測效率。隨著微處理器和微控制器運(yùn)算速度的進(jìn)一步提高，心電儀的處理能力也會不斷得到增強(qiáng)。(1)基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是指利用心電監(jiān)護(hù)客戶端采集患者的心電信號，通過互聯(lián)網(wǎng)將心電信號傳輸至監(jiān)護(hù)中心服務(wù)器，由醫(yī)護(hù)人員對患者心電圖進(jìn)行處理并做出相應(yīng)診斷?？蛻艚K端是由心電信號采集器和可連接因特網(wǎng)的工作站構(gòu)成，它具有對患者進(jìn)行心電信號采集、進(jìn)行簡單數(shù)據(jù)處理以及將數(shù)據(jù)上傳至因特網(wǎng)等功能。主要方式有PSTN、ISDN、以太網(wǎng)等幾種。而遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)管理中心工作站一般配備有高性能的服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的接收患者心電數(shù)據(jù)、存儲并分析處理數(shù)據(jù)、管理患者基本資料及心電數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)安全管理等。無線通信與因特網(wǎng)相結(jié)合的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。由于無線傳輸無需線纜介質(zhì)，使用者可以不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，隨時(shí)隨地得到監(jiān)護(hù)中心的監(jiān)護(hù)。將無線通信技術(shù)與因特網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合成為近年來心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究的又一熱點(diǎn)，這兩種技術(shù)的結(jié)合，可以彌補(bǔ)單純依靠因特網(wǎng)時(shí)造成監(jiān)測環(huán)境相對固定的不足，同時(shí)，也可彌補(bǔ)單純依靠無線技術(shù)時(shí)只能將受測者的數(shù)據(jù)在移動監(jiān)護(hù)終端之間傳遞從而造成傳輸成本高、數(shù)據(jù)處理分析手段單一等不足 [8]。藍(lán)牙作為一種短程無線通信技術(shù)，由于體積小、功耗低等特點(diǎn)，已成為無線嵌入式醫(yī)療設(shè)備所考慮采用的基本無線通信技術(shù)之一。基于藍(lán)牙技術(shù)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是將家庭心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)通過藍(lán)牙模塊與中心工作站進(jìn)行無線通訊而組成的監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)。心電信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后經(jīng)藍(lán)牙射頻發(fā)送給固定接入端，再將接收到的心電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)包，并送到因特網(wǎng)。GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可以發(fā)揮永遠(yuǎn)在線、快速登陸、按流量計(jì)費(fèi)等優(yōu)勢，無線心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)無須使用信號電纜，因而簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本，具有一定的市場潛力。CDMA是基于碼分多址技術(shù)的數(shù)字移動電話系統(tǒng)，它是在數(shù)字?jǐn)U頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種新的無線通信技術(shù)，與使用時(shí)分多路的GSM技術(shù)不同，CDMA并不給每一個(gè)通話者分配一個(gè)確定的頻率，而是讓每一個(gè)通信者都使用全部的頻率，使大量用戶能夠共享同一個(gè)無線頻率。CDMA的優(yōu)點(diǎn)在于：系統(tǒng)容量大、建網(wǎng)成本低、配置靈活、頻率規(guī)劃簡單、保密性好、發(fā)射功耗小、無線輻射能量低。目前市場上的CDMA模塊有很多，如MG801A收發(fā)模塊，Bellwave公司的BCM860無線通信模塊，WAVECOM Q2358C模塊等。心肌細(xì)胞在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞膜外帶有正電荷，細(xì)胞膜內(nèi)帶有同等數(shù)量的負(fù)電荷，此種分布狀態(tài)稱為極化狀態(tài)，這種靜息狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)外的電位差稱為靜息電位，其值保持相對的恒定。由心臟內(nèi)部產(chǎn)生的一系列非常協(xié)調(diào)的電刺激脈沖，分別使心房、心室的肌肉細(xì)胞興奮，使之有節(jié)律地舒張和收縮，從而實(shí)現(xiàn)“血液泵”的功能，維持人體循環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。每一個(gè)心臟細(xì)胞的除極和復(fù)極過程可以等效于一個(gè)電偶極子的活動。當(dāng)它作用于人體的容積導(dǎo)體時(shí)。當(dāng)檢測電極安放位置不同時(shí)，得到的心電信號波形也不同，于是產(chǎn)生了臨床上不同的導(dǎo)聯(lián)接法，同時(shí)也考慮有可能用體表心電電位分布圖反推心臟外膜電位即心電逆問題的求解 [9]。由心肌激動產(chǎn)生的生物電變化通過心臟周圍的導(dǎo)電組織和體液，反映到身體表面上來，使身體各部位在每一心動周期中也都發(fā)生有規(guī)律的電變化活動。房室結(jié)向下發(fā)出一條傳導(dǎo)路，稱房室束，它位于室間隔內(nèi)。此生物電傳遞變化十分復(fù)雜，呈混沌態(tài)，其有序結(jié)果通過周圍組織傳遍全身，使身體各部位出現(xiàn)有規(guī)律而各向異性的電變化。 心電信號時(shí)域特征分析圖 典型的心電信號，各段波群反映不同階段的心電信號變化，由于QRS波變化比較集中，所以給出了分解圖 [11]。(2)QRS波群：心室的激活產(chǎn)生的最大的波，它反映心室肌除極過程的電位變化。QRS波的第一個(gè)向上的波為R波，繼R波后第一個(gè)向下的波為S波，發(fā)生在S波后的向上的波稱為R’。(3)P R間期：從P波開始到QRS復(fù)合波開始，它代表心房肌開始除極到心室肌開始除極的時(shí)限。它是房室傳導(dǎo)時(shí)間的一種度量，由于這個(gè)原因，它在臨床診斷上很有用。(4)S T段：是在QRS波群以后，T波以前的一段平線。該段在確定病理學(xué)上比如心肌梗塞(升高)和局部缺血(降低)上是很重要的。(5)T波：代表心室肌復(fù)極過程引起的電位變化。QT間期代表體現(xiàn)了心室肌肉激活間期和恢復(fù)。但通常不采用QT，而采用修正QT，稱為QTC：QTC=QT+1．75(心室率—60)。 心電信號的電特性分析按照美國心電學(xué)會確定的標(biāo)準(zhǔn)，正常心電信號的幅值范圍在10μV4mv之間，典型值為1mV。心搏的節(jié)律性和隨機(jī)性決定了心電信號的準(zhǔn)周期和隨機(jī)時(shí)變特性。闡述心電信號特征的相關(guān)文章和書籍很多，本人在認(rèn)真閱讀和分析的基礎(chǔ)上，得出心電信號特征主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：(1)微弱性：從人體體表獲取的心電信號一般只有10μV4mV，典型值為1mV。(3)低頻特性：。 心電信號的噪聲來源人體心電信號是一種弱電信號，信噪比低。采集一種電信號時(shí)，會受到各種噪聲的干擾，噪聲來源通常有下面幾種：(1)工頻干擾 50 Hz工頻干擾是由人體的分布電容所引起，工頻干擾的模型由50 Hz的正弦信號及其諧波組成。(2)電極接觸噪聲 電極接觸噪聲是瞬時(shí)干擾，來源于電極與肌膚的不良接觸，即病人與檢側(cè)系統(tǒng)的連接不好。電極接觸噪聲可抽象為快速、隨機(jī)變化的階躍信號，它按指數(shù)形式衰減到基線值，包含工頻成分。(3)人為運(yùn)動 人為運(yùn)動是瞬時(shí)的(但非階躍)基線改變，由電極移動中電極與皮膚阻抗改變所引起。(4)肌電干擾(EMG) 肌電干擾來自于人體的肌肉顫動，肌肉運(yùn)動產(chǎn)生毫伏級電勢。所以一般不明顯。(5)基線漂移和呼吸時(shí)ECG幅值的變化 基線漂移和呼吸時(shí)ECG幅值的變化一般由人體呼吸、電極移動等低頻干擾所引起，頻率小于5 Hz；其變化可視為一個(gè)加在心電信號上的與呼吸頻率同頻率的正弦分量，變化幅度的為ECG峰峰值的15％。例如，工頻干擾信號對心電圖的影響會使心電信號的特征點(diǎn)定位變得十分困難。 心電電極和導(dǎo)聯(lián)體系分析 系統(tǒng)電極選擇心電信號檢測一般采用體表電極，隨著時(shí)代的發(fā)展金屬電極已經(jīng)成為了體表的連接器。身體內(nèi)部電流是由離子運(yùn)動產(chǎn)生的，而在導(dǎo)線中的電流是由電子的運(yùn)動產(chǎn)生的。當(dāng)病人身體的運(yùn)動會導(dǎo)致電極電位的變化，當(dāng)用兩個(gè)電極分別引導(dǎo)生物體兩點(diǎn)的電位時(shí)，如果兩個(gè)電極本身的電位不同則會造成記錄中的偽差(又稱極化電壓)。極化電壓在心電信號檢測系統(tǒng)中屬于干擾因素，應(yīng)盡量避免極化噪聲的影響?？刹捎帽砻驽冇蠥gAgCl的可拆卸的一次性軟電極，并在電極上涂有優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電膏，使它更接近非極化電極，有效地抵消極化電壓引起的干擾。氯離子將在體內(nèi)、電極內(nèi)以及在AgCl層內(nèi)運(yùn)動，在這里轉(zhuǎn)換成在Ag中的電子運(yùn)動并傳導(dǎo)到導(dǎo)線中。因此，這種電極移動導(dǎo)致的基線漂移比其他極化電極要小很多 [14]。導(dǎo)聯(lián)方式即輸入導(dǎo)線與電極放置在機(jī)體特定的測試部位(正輸入端)、參比部位(負(fù)輸入端)和接地部位的連接方式。Einthoven于1903年提出雙極肢體I、II、III，1930年代Wilson提出V1V6單極胸導(dǎo)聯(lián)，40年代Goldberger改良了中心電端，提出aVR、aVL、aVF單極加壓肢體導(dǎo)聯(lián)。第二個(gè)導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)規(guī)定記錄VCG的的電極的位置，F(xiàn)rank正交校正導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)：正交導(dǎo)聯(lián)指與該導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)相伴隨的導(dǎo)聯(lián)向量是正交的，1956年Frank提出了三個(gè)正交導(dǎo)聯(lián)X、Y、Z，精確測量了相互垂直方向上模擬心臟電活動的各分量。該系統(tǒng)的主要目的是可靠地識別每次心跳并進(jìn)行節(jié)律分析，所以電極的配置應(yīng)以獲得在基本的ECG中有較大的R波為原則。被世界各國公認(rèn)的是應(yīng)用己久的國際標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)體系：即1903年Einthoven發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)的I、II、III；1940年Wilson提出，1942年Goldberger完善的加壓肢體導(dǎo)聯(lián)avR、aVL、aVF與胸導(dǎo)聯(lián)VVVVVV6。國際標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)體系中，需要在人體體表放置10個(gè)電極，分別位于左臂(LA)、右臂(RA)、左腿(LL)、右腿(RL)以及胸部6個(gè)電極(V1一V6)。肢體電極采用的是平板式電極，胸電極采用吸附式電極 [15]。(1)雙極肢體導(dǎo)聯(lián)雙極肢體導(dǎo)聯(lián)又稱標(biāo)準(zhǔn)I、II、III導(dǎo)聯(lián)，它是以兩肢體間的電位差作為所獲取的體表心電。 雙極肢體導(dǎo)聯(lián)(2)單極肢體導(dǎo)聯(lián)單極導(dǎo)聯(lián)表示一個(gè)單獨(dú)點(diǎn)的電勢變化，Wilson等人在1940年提出了“中心電位端”的概念。Wilson提出在三個(gè)肢體上各串聯(lián)一個(gè)平衡電阻(阻值在5 k Ω300 kΩ之間)，以使得三個(gè)肢體端與心臟間的電阻數(shù)值互相接近，因而把它們連接起來獲得一個(gè)電位接近零值的電極電位端，稱為威爾遜中心電端。 單極肢體導(dǎo)聯(lián)(3)加壓單極肢體導(dǎo)聯(lián)Goldberger于1942年對單極肢體導(dǎo)聯(lián)進(jìn)行了一定的改進(jìn)，提出了加壓單極肢體導(dǎo)聯(lián)的概念，提高了所獲得的心電信號的幅度。 加壓單極肢體導(dǎo)聯(lián)(4)單極胸導(dǎo)聯(lián)單極胸導(dǎo)聯(lián)的連接方式是Wilson于1942年提出來的，為了探測心臟某一局部區(qū)域的電位變化，將探查電極安放在靠近心臟的胸壁上，參考電極置于威爾遜中心端，探察電極所在部位的電位變化即為心臟局部的電位變化。將心電信號連入放大器正輸入端，放大器負(fù)輸入端通過參考電極接到Wilson中心端。 單極胸導(dǎo)聯(lián)第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 心電信號采集電路的設(shè)計(jì)要求通過前面的分析得出心電信號是一種典型的人體生理信號，具有生物電信號的普遍特征，如幅度小、頻率低并且易受外界環(huán)境干擾，為采集和測量帶來了難度。如果選用處理速度很快的處理器，則相應(yīng)的外設(shè)也要有與之相適應(yīng)的性能指標(biāo) [16]。b)設(shè)計(jì)合理的有源濾波器，能夠進(jìn)行0．05100Hz的帶通濾波，50Hz陷波。d)實(shí)現(xiàn)信號電壓抬高。(3)設(shè)計(jì)電源電路 心電采集電路總體框架心電信號圖 采集電路總體框架由于心電信號是微弱信號，所以設(shè)置前置放大器用來放大心電信號；為了抑制基線漂移，設(shè)置了 高通濾波；由于心電信號屬于低頻信號，設(shè)置了前置放大電平抬升帶通濾波50HZ 陷波 A/D 轉(zhuǎn)換二階低通巴特沃斯濾波器，消除 100 Hz 以上的高頻成分；為了消除 50 Hz 工頻干擾，設(shè)置 50 Hz 雙 T 陷波電路；為了心電信號不失真，設(shè)計(jì)了電平抬升電路；最后設(shè)置了 A/D 轉(zhuǎn)換電路，使信號頻率達(dá)到采樣要求 [17]。177。(3)低雜訊：輸入電壓噪聲(f=1K Hz)：9nV／ ：共模抑制比(增益G=10)：Hz100dB。OP07芯片是一種低噪聲的單運(yùn)算放大器集成電路。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為177。其主要規(guī)格參數(shù)有：電源供應(yīng)范圍：3V18V；輸入最大失調(diào)電壓：75μV；最大溫度漂移： /℃。前面已經(jīng)對心電信號的干擾因素已經(jīng)有比較全面和詳細(xì)的介紹，設(shè)計(jì)電路時(shí)必須把這些干擾因素減小到最小。本系統(tǒng)主要基于以下三個(gè)方面來確定前置放大器的選型。因而所選放大器一定要有很高的共模抑制比(CMRR)，共模抑制比高能很好地抑制干擾。(2)電極和皮膚接觸會存在極化電阻