基于MSP430單片機的十二導聯(lián)同步心電圖機的設計

MSP430系列單片機在醫(yī)療設備行業(yè)應用很廣泛,以其低功耗，外圍設計簡單的優(yōu)點得到了設計者的喜歡。而心電圖或CT的復雜的醫(yī)療設備應用的很多。心電圖機是診斷心臟病的重要儀器之一，能夠為醫(yī)生提供最直觀的心電波形。歐美國家已經(jīng)普遍使用十二導心電圖機。十二導聯(lián)心電圖同步記錄能客觀表達各波、段和間期，可以對早博、心動過速、預激綜合征、束支阻滯及分支阻滯等進行定位診斷與鑒別診斷；將心電數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，可以進行各種電參數(shù)的統(tǒng)計學處理，為臨床醫(yī)療和科研工作帶來了極大便利。根據(jù)目前的微電子、單片機和計算機技術(shù)成功研制出一種便攜式心電圖機，它可通過液晶顯示器顯示心電圖，同時將數(shù)據(jù)在計算機上顯示并通過網(wǎng)絡實現(xiàn)信息遠傳，是一種新穎的臨床和家庭兼用的心電圖機。

標準十二導聯(lián)簡介

人體是一個導體，心臟壁收縮引起的動作電勢使電流由心臟傳播至整個人體，所傳播的電流在人體的不同部位產(chǎn)生不同的電勢，可以通過電極在皮膚表層感應得出。為了完整地記錄心臟的電活動狀況，常用水平和垂直方向的十二種不同導聯(lián)作記錄，稱為標準十二導聯(lián)，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6導聯(lián)。測量時須在人體上安放10個電極，分別為：右手電極VR、左手電極VL、右腿電極RL、左腿電極VF、胸部6個電極C1~C6。根據(jù)國家標準，由這些電極可以合成標準12導聯(lián)心電圖，合成方式如下：

(1) 標準肢體導聯(lián)：

導聯(lián)I=VL－VR；

導聯(lián)II=VF－VR；

導聯(lián)III=VF－VL；

(2) 加壓單極肢體導聯(lián)：

aVR=VR-(VL+VF)/2；

aVL=VL-(VR+VF) /2；

aVF=VF-(VL+VR)/2；

(3) 常用的胸導聯(lián)：

胸導Vi=Ci-(VR+VL+VF)/3，式中，VR、VL、VF和Ci(i=1~6)表示右臂、左臂、左腿和胸壁的電位。

系統(tǒng)總體方案

本十二導聯(lián)同步心電圖機采用德州儀器公司的MSP430系列的MSP430FG4616作為控制核心，可方便地實現(xiàn)心電信號的采集、處理、顯示以及傳輸。系統(tǒng)主要由五部分組成：前置放大電路部分用來放大各導聯(lián)心電信號；帶通濾波電路部分用來濾除心電信號頻率范圍以外的噪聲；陷波電路用于濾除50Hz工頻干擾和35Hz肌電干擾；生物電信號數(shù)據(jù)采集電路部分用來采集放大后的各導聯(lián)心電信號并將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機；右腿驅(qū)動電路部分不僅可以抑制50Hz工頻干擾，還可根據(jù)檢測到的心電信號適當調(diào)整人體電平，便于ADC采樣；數(shù)據(jù)處理顯示部分用來采用濾波算法處理采集的數(shù)據(jù)并實時顯示心電波形；網(wǎng)絡傳輸部分用來將采集的心電數(shù)據(jù)傳輸至醫(yī)院或疾病控制中心，便于隨時了解病人的狀況。系統(tǒng)功能在液晶顯示的菜單下通過按鍵選擇完成，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)硬件設計

心電信號由專用電極獲取后送入前置放大器初步放大，在對各干擾信號進行一定抑制后送入帶通濾波器以濾除心電頻率范圍以外的干擾信號，再經(jīng)50Hz和35Hz陷波器濾除工頻和肌電干擾后送入主放大器，最后主放大器將濾波后的信號進一步放大到合適范圍后送入A/D采樣電路以進行高精度A/D轉(zhuǎn)換，單片機接收到A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進行濾波及相關處理后在液晶屏上顯示。


圖2 心電信號前置放大電路