一種便攜式心電信號采集系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

　　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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和參數(shù)的選擇抑制了噪聲，省去了通常采集電路中右腿驅(qū)動的部分；通過對二階濾波和陷波器的參數(shù)選擇和調(diào)試，得到較理想的濾波效果。A／D轉(zhuǎn)換是利用FPGA設(shè)計(jì)控制模塊來實(shí)現(xiàn)的，其他存儲、顯示模塊可以集中在FPGA上，增加了便攜設(shè)備的集中度。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果表明，在簡單電路和參數(shù)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(shè)備到便攜式儀器，甚至各種遠(yuǎn)程診斷設(shè)備，都有飛躍發(fā)展，而所有心電設(shè)備的基礎(chǔ)都是精確采集到心電信號。在大型設(shè)備中，對采集電路的性能要求嚴(yán)格，因此電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，體積較大。在便攜式設(shè)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(xiàng)目背景下，設(shè)計(jì)出便攜式心電信號的采集電路。

　　1 心電圖產(chǎn)生機(jī)理

　　在人體內(nèi)，竇房結(jié)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(dǎo)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(jié)構(gòu)

　　便攜式心電監(jiān)護(hù)儀的目標(biāo)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(shè)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(shí)現(xiàn)信號的數(shù)字化，以便后續(xù)進(jìn)一步處理和存儲，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。