据世界卫生组织的数据，心血管病已经成为造成全球人口死亡的主要因素。再加上随着中国人口老龄化、居民财富的增长以及医疗条件的改善，中国高端医疗电子市场的需求大幅提升，尤其是医疗成像设备像心电图，由于心电图检查在诊断心血管病上具有准确可靠、方法简便、对病人无损害等特点，在临床上被广泛应用。然而目前普遍采用的基于PC机平台的[url=http://www.cetimes.com/tag-%E7%9B%91%E6%8A%A4%E8%AE%BE%E5%A4%87.html]心电图机，虽功能全面，但体积庞大、成本较高。而市场上便携式心电图机大多采用低档单片机实现，无操作系统，处理能力弱，功能简单，只能进行心[url=http://www.cetimes.com/tag-%E7%94%B5%E4%BF%A1%E5%8F%B7.html]电信号的采集、显示与简单的数据处理，人机界面不友好。随着大规模的专用集成电路和计算机芯片的发展，基于32 bit微处理器的[url=http://www.cetimes.com/tag-%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E8%BD%AF%E4%BB%B6.html]嵌入式系统以低成本、较高的性能和可靠性等诸多优势，应用日益广泛。基于这种现状，医疗信息化作为中国[url=http://www.cetimes.com/tag-%E6%96%B0%E5%8C%BB%E6%94%B9.html]新医改方案“四梁八柱”目标的“八柱”之一，一直是其它改革的重要技术基础。不仅医院自身业务的系统复杂性对管理信息系统升级提出了要求，随着医改的深入和医疗保障体制的健全，构建以[url=http://www.cetimes.com/cat_news-1.html]电子病历、居民健康档案为基础的区域医疗信息系统,实现医院、医疗机构、行政管理部门之间的信息共享亦成为未来发展趋势。
心电图(ECG)介绍[/url][/url][/url][/url][/url]
图2：要获得的心电图信号特点。
心电图采集
模拟前端处理是心电图系统的重要组成部分，因为它需要区分噪声和期望信号（振幅很小）。模拟前端处理电路包括一个测量放大器，从而降低普通模式的信号。测量放大器工作在 / -5V，通常是用来加大的输入电压范围。这个测量放大器应具备高输入阻抗，因为皮肤的阻抗可能是非常大的。需要运算放大器来作为心电图设备的信号处理。心电图采集系统的信号链包括测量放大器、滤波器（可通过运放实现）和ADC。心电图滤波
信号处理是一项巨大的挑战，因为实际的信号为0.5mV，它处在一个300mV偏移量的环境里。其他因素如交流电源干扰，外科设备的射频干扰，手术植入的设备如起搏器和生理监测系统也会影响精度。心电图里噪声的主要来源是
基线漂移(低频噪声)
电力线干扰(来自电力线的50 Hz或60 Hz噪声)
肌肉噪声(这种噪声是很难被清除，因为它是在同一地区的实际信号。它通常是在软件里纠正。)
其他干扰(例如，来自其他设备的射频噪声)
共模噪声去除
干扰通常表现为经过差分放大器两端的共模噪声。这种噪声可以通过以下方法去除：
尽可能的把前端接地电路和数字系统隔离。高效的系统级设计是总体噪声抑制能力的关键。
使用具有很高共模抑制比（大于100dB）的测量放大器
德州仪器TI在心电图市场的投入
ADS1298 的主要特性与优势
• 集成了 ECG 与 EEG 前端所需的所有常见特性（具体如下），可简化设计并节省板级空间，组件使用量锐降 95%：
8 个低噪声可编程增益放大器（PGA）；
8 个高分辨率同步采样 ADC；
右腿驱动集成型放大器；
针对威尔逊中心终端（Wilson Center Terminal，WCT）与戈德伯格终端（Goldberger Terminals，GCT）的集成型放大器；
数字计步 (digital pace detection) 功能；
电极检测；
板载振荡器与参照可实现更小尺寸的低功耗应用。
• 每通道功耗 1 mW，与独立式实施方案相比，功耗降低达 95%，从而可提高设备的便携性与患者监护移动性；
• ADS1298 的 4-uVpp（典型值）输入参考噪声远远超过了IEC60601-2-27/51标准的限度，从而可提高便携式设备以及高密度高端 ECG 与 EEG 设备的测量精度；
•
ECG 系统功能与发展
ECG 机的基本功能包括 ECG 波形显示（通过 LCD 显示屏或印刷纸媒质显示）、心跳律动指示以及通过按钮控制的简单用户界面。越来越多的 ECG 产品要求具备更多的功能，例如通过便携式媒体存储电子病历、无线/有线传输以及在具有触摸功能的大型 LCD 显示屏上显示 2D/3D 图像。多级诊断功能正在帮助没有受过专门 ECG 培训的医护人员掌握 ECG 模式及某些心脏病的信号指示。在采集并数字化 ECG 信号之后，将发送这些信号以进行显示和分析，其中包括进一步的信号处理。ECG方案TI的处理信号芯片TMS320VC5505介绍
TMS320VC5505 定点DSP它是基于[url=http://www.ameya360.cn/searchprobycates-TMS320VC550-b4778505f67b4cfa836337b251bfa8e2.html]TMS320C55x DSP C介绍PU核的定点DSP,它的C55x? DSP架构可得到高性能和低功耗特性,CPU支持内部总线架构,包括一条可编程总线,一条321位数据总总线和两条16位数据读总线,两条数据写总线和专门用于外设和DMA的其它总线. TMS320VC5505还包括4个DMA控制器,每个四路.时钟为60MHz或100MHz,指令周期为16.67ns或10ns.主要用于无线音频设备,回声消除耳机,手提媒体设备,视频,工业控制,指纹生物学和SDR. 本文介绍了TMS320VC5505的主要特性和方框图以及采用TMS320VC5505的ECG解决方案方框图, ECG前端板详细电路图和所用材料清单(BOM) 低功耗 TMS320C5505 DSP 系列是互补型模拟前端的领先低功耗解决方案。[/url],
信号采集挑战：
大的直流偏移和多种干扰信号的出现会导致 ECG 信号的测量面临挑战。典型电极的电压最高可达 300mV。干扰信号包含来自电源的 50/60Hz 干扰、病人活动导致的运动伪影、电外科设备、除颤脉冲、起搏器脉冲及其它监控设备等引起的射频干扰。
ECG 内所需的准确度会随终端设备的变化而有所不同：
标准监控设备需要 0.05-30Hz 之间的频率
诊断设备需要 0.05-1000Hz 之间的频率
可以借助能消除两输入端 AC 线常见噪声的高输入阻抗仪表放大器 (INA) 抵消一些 50Hz/60Hz 共模干扰。为了进一步消除输电线供电噪声，信号凭借放大器通过右腿被反向并向病人驱回。只需少许微电流甚至更少即可实现显著的 CMR 改进并保持在 UL544 限制之内。此外还会使用 50/60Hz 数字陷波滤波器进一步降低干扰。 高输入阻抗仪表放大器 INA333在心电图应用的具体介绍：
模拟前端选项：
优化功耗和模拟前端的 PCB 面积对于便携式 ECG 而言非常关键。技术改进后，当前提供了多种前端选项：
使用低分辨率 ADC（需要所有滤波器）
使用高分辨率 ADC（需要较少滤波器）
使用 Σ-Δ ADC（无需滤波器、除 INA 之外的放大器、直流偏移）
使用顺序和同步采样方法。
使用低分辨率（16 位）ADC 时，信号需要被显著增益（增幅通常为 100–200 倍）以达到必要的分辨率。使用高分辨率（24 位）Σ-Δ ADC 时，信号需要 4–5 倍的适度增益。因此可以除去消除直流偏移所需的第二增益级和电路。这将实现面积与成本上的整体缩减。Σ-Δ 方法还将保留信号的整个频率内容，并为数据后期处理提供充分的灵活性。
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发表于 2013-7-13 13:01:16
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