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[摘要]当今医学界通过HOLTER来观察人体体表电动势的变化情况已经成为检测人体是否心律失常,心肌梗塞的专业手段。现存的仪器只能用来记录人体体表全天的电动势变化情况并做离线分析,在对体表电动势进行纪录时即使检测到使用者的心脏跳动异常也不能发出求救信号。在单片机的基础上实现HOLTER的智能化,能够在检测到人体身体异常电信号时及时报警,这款HOLTER可以称作心脏病人的守护者。
[关键词]智能化报警守护者
中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1120022-01
一、引言
HOLTER是一款易于携带,低功耗的心脏信号检测仪器[1][2][3][4]。
传统的HOLTER是用于24小时记录人体的心脏电信号和脑部电信号的医学仪器,并且将记录结果存储到记忆卡中,随后做离线的结果分析。通过传统的HOLTER检测手段会花费大量的时间并且即使在病人发病时检测到了异常信号也只能继续做记录而不能发出任何预警信息。新一代的智能HOLTER能够在手机锂电的支持下进行电信号采样提供不间断的检测服务并能在检测到并异常信号时及时预警。
二、细节分析和器件选择
为了能够实现智能HOLTER对生理电信号的不间断检测和及时发送预警信号功能,它的内部信号处理器件和外部信号采样器件的选择应该要精心考虑。其器件组成包括防静电保护装置,模拟信号缓冲放大器,具有模数转换和单片机功能的ADUC845,施密特整形电路,具有短信发送功能的TC35模块,还有具有程序输入接口处电平转换功能的MAX232。
三、系统的硬件要求
(一)人体生理电信号采样
人体生理电信号通过电极(RA ELECTRDO and LL ELECTRODE)进行采样,在电极进行信号采样的过程中为了防止由于静电放电作用造成的器件损坏,需要在电极处加装防静电保护装置[5]。
由于人体的生理电信号极其微弱(2mv-20mv)需要对信号进行前级放大10倍,为了迎合低压单电源以及放大倍数值方面的设计要求,在AD数据采集电路部分故选用AD623,它能在单电源3-12V下能提供满电源幅度输出;增益可通过一只外接电阻方便地调节,增益可高达1000;共模抑制比随增益的增加而增大,保持最小误差;低功耗,宽电源电压,适合电池供电电路,线性度、温度稳定性、可靠性好;具有较宽的共模输入范围;高精度直流、交流性能。
同时要得到稳定的采样信号防止外界干扰需要将采集来的生理电信号通过适当放大后经电极(RL ELECTODE)反馈给人体体表。为了满足这一要求在此反馈电路中选用单路、微功耗、轨到轨输入和输出放大器,具有极低的失调电压以及低输入电压和电流噪声特性的AD8603来进行实现。
单片机系统要能够准确的检测到人体生理电信号需要将经过初次放大得来的稳定电信号滤噪并再次放大(GAIN 22.05),最终可以使信号放大约220倍后输入ADUC845进行在线分析。为了满足上述要求采用具有低输入电流,低输入偏执电流,低失调电压,精密电流感应特性的AD8641来进行二次放大。
(二)进行在线分析的设备要求
为了使采样来的生理电信号能够被单片机所识别从而进行在线分析检测,需要将其进行模数转换转化为数字信号,要再加一块A-D转换芯片这样做会增大PCB的面积,为了解决这一弊端特别引入了AD公司新推出的嵌有单指令周期8052闪存MCU、带两路24位Δ-∑A/D、双12位D/A以及两个灵活脉宽调制输出的高性能24位数据采集与处理系统芯片的ADuC845。该芯片的数据处理速度达12MIPS,且设计简单,噪声低,支持程序的串行下载非常适用于精密仪器仪表.故编写好的程序可通过R-S 232串口写入用以判定所采样来的人体体表生理电信号是否异常,若发现异常信号单片机则会通过R-S 232串口发送信号触发TC35模块发送求救信号。
四、HOLTER的实现
智能HOLTER更为人性化的一面的是通过两个前级放大器件AD623,AD8641;生理电信号反馈器件AD8603;具有模数转化和单片机功能的ADUC845(10-channel 24-bit ADC+12MIPS)和具有短信发送功能的TC35模块的协同作用得以实现的;这一系列器件都遵循着高性能低功耗的设计理念;作为生理电信号采样(RA ELECTRDO and LL ELECTRODE)和反馈的电极(RL ELECTODE)正好迎合了这一理念[4]。
五、总结
医疗器件的设计越来越注重高性能低功耗的实现,通过我们对智能HOLTER的各方面性能测试过后发现它的各个方面指标正迎合了这一设计理念,高性能满足了处理复杂生理电信号的需要,低功耗更满足了仅手机锂电供电就能保证器长时间运行的要求。
参考文献:
[1]Deanfield J.,“Holter monitoring in assessment of angina pectors”,The American Journal of Cardiology,Vol.59,NO.7,1987,PP.18C-22C.
[2]Levin,R.I.,Cohen,D.,Frisbie,w.,Selwyn,A.P.,Barry,J.,Deanfiled,J.E.,Keller,B.,Campbell,D.Q.,“Potential for Real-Time Processing of the Continuously Monitored Electracardiogram in Detection ,Quantitation,and Intervention of Silent Mycarodical Ischemia”,Cardiology Clinics,Vol.4,NO.4,November 1986,pp.735-745.
[3]Mulcahy D.,Keegan J.,Sparrow J.,Park A.,Wright C.,and FOX K.,“Ischemia in the ambulatory settingthe total ischemic burden:relation to exercise testing and investigative and therapeutic implications”,Journal of the America College of Cardiology,Vol 14,NO.5,1989,PP.1166-1172.
[4]DEL MAR Medical Systems,http://www.dma.com/Pages/medicsys.htm.
[5]WIKIPEDIA,http://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_discharge.
[关键词]智能化报警守护者
中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1120022-01
一、引言
HOLTER是一款易于携带,低功耗的心脏信号检测仪器[1][2][3][4]。
传统的HOLTER是用于24小时记录人体的心脏电信号和脑部电信号的医学仪器,并且将记录结果存储到记忆卡中,随后做离线的结果分析。通过传统的HOLTER检测手段会花费大量的时间并且即使在病人发病时检测到了异常信号也只能继续做记录而不能发出任何预警信息。新一代的智能HOLTER能够在手机锂电的支持下进行电信号采样提供不间断的检测服务并能在检测到并异常信号时及时预警。
二、细节分析和器件选择
为了能够实现智能HOLTER对生理电信号的不间断检测和及时发送预警信号功能,它的内部信号处理器件和外部信号采样器件的选择应该要精心考虑。其器件组成包括防静电保护装置,模拟信号缓冲放大器,具有模数转换和单片机功能的ADUC845,施密特整形电路,具有短信发送功能的TC35模块,还有具有程序输入接口处电平转换功能的MAX232。
三、系统的硬件要求
(一)人体生理电信号采样
人体生理电信号通过电极(RA ELECTRDO and LL ELECTRODE)进行采样,在电极进行信号采样的过程中为了防止由于静电放电作用造成的器件损坏,需要在电极处加装防静电保护装置[5]。
由于人体的生理电信号极其微弱(2mv-20mv)需要对信号进行前级放大10倍,为了迎合低压单电源以及放大倍数值方面的设计要求,在AD数据采集电路部分故选用AD623,它能在单电源3-12V下能提供满电源幅度输出;增益可通过一只外接电阻方便地调节,增益可高达1000;共模抑制比随增益的增加而增大,保持最小误差;低功耗,宽电源电压,适合电池供电电路,线性度、温度稳定性、可靠性好;具有较宽的共模输入范围;高精度直流、交流性能。
同时要得到稳定的采样信号防止外界干扰需要将采集来的生理电信号通过适当放大后经电极(RL ELECTODE)反馈给人体体表。为了满足这一要求在此反馈电路中选用单路、微功耗、轨到轨输入和输出放大器,具有极低的失调电压以及低输入电压和电流噪声特性的AD8603来进行实现。
单片机系统要能够准确的检测到人体生理电信号需要将经过初次放大得来的稳定电信号滤噪并再次放大(GAIN 22.05),最终可以使信号放大约220倍后输入ADUC845进行在线分析。为了满足上述要求采用具有低输入电流,低输入偏执电流,低失调电压,精密电流感应特性的AD8641来进行二次放大。
(二)进行在线分析的设备要求
为了使采样来的生理电信号能够被单片机所识别从而进行在线分析检测,需要将其进行模数转换转化为数字信号,要再加一块A-D转换芯片这样做会增大PCB的面积,为了解决这一弊端特别引入了AD公司新推出的嵌有单指令周期8052闪存MCU、带两路24位Δ-∑A/D、双12位D/A以及两个灵活脉宽调制输出的高性能24位数据采集与处理系统芯片的ADuC845。该芯片的数据处理速度达12MIPS,且设计简单,噪声低,支持程序的串行下载非常适用于精密仪器仪表.故编写好的程序可通过R-S 232串口写入用以判定所采样来的人体体表生理电信号是否异常,若发现异常信号单片机则会通过R-S 232串口发送信号触发TC35模块发送求救信号。
四、HOLTER的实现
智能HOLTER更为人性化的一面的是通过两个前级放大器件AD623,AD8641;生理电信号反馈器件AD8603;具有模数转化和单片机功能的ADUC845(10-channel 24-bit ADC+12MIPS)和具有短信发送功能的TC35模块的协同作用得以实现的;这一系列器件都遵循着高性能低功耗的设计理念;作为生理电信号采样(RA ELECTRDO and LL ELECTRODE)和反馈的电极(RL ELECTODE)正好迎合了这一理念[4]。
五、总结
医疗器件的设计越来越注重高性能低功耗的实现,通过我们对智能HOLTER的各方面性能测试过后发现它的各个方面指标正迎合了这一设计理念,高性能满足了处理复杂生理电信号的需要,低功耗更满足了仅手机锂电供电就能保证器长时间运行的要求。
参考文献:
[1]Deanfield J.,“Holter monitoring in assessment of angina pectors”,The American Journal of Cardiology,Vol.59,NO.7,1987,PP.18C-22C.
[2]Levin,R.I.,Cohen,D.,Frisbie,w.,Selwyn,A.P.,Barry,J.,Deanfiled,J.E.,Keller,B.,Campbell,D.Q.,“Potential for Real-Time Processing of the Continuously Monitored Electracardiogram in Detection ,Quantitation,and Intervention of Silent Mycarodical Ischemia”,Cardiology Clinics,Vol.4,NO.4,November 1986,pp.735-745.
[3]Mulcahy D.,Keegan J.,Sparrow J.,Park A.,Wright C.,and FOX K.,“Ischemia in the ambulatory settingthe total ischemic burden:relation to exercise testing and investigative and therapeutic implications”,Journal of the America College of Cardiology,Vol 14,NO.5,1989,PP.1166-1172.
[4]DEL MAR Medical Systems,http://www.dma.com/Pages/medicsys.htm.
[5]WIKIPEDIA,http://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_discharge.