一種心電信號測量采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種信號采集系統(tǒng)，尤其是一種心電信號采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]心電圖分析儀是心臟疾病的重要診斷方法之一。心電圖是臨床疾病診斷中常用的輔助手段。心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是心電圖檢查儀的關(guān)鍵部件。人體心肌產(chǎn)生的電信號傳導(dǎo)到體表之后，由于在體表分布的不同而產(chǎn)生電位差，將這種電壓只有mV級別的電位差放大并繪制成圖，就得到了心電圖(ECG)。人體心電信號的主要頻率范圍為0.05?10Hz，幅度約為0.01?5mV，信號十分微弱。所以要心電信號進行放大，由于心電信號中通?；祀s有其它生物電信號，加之體外以50Hz工頻干擾為主的電磁場的干擾，使得心電噪聲背景較強，測量條件比較復(fù)雜。為了不失真地檢出有臨床價值的干凈心電信號，往往要求心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高精度、高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲及強抗干擾能力等性倉泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種攜帶方便、使用便利、操作簡單的心電信號測量采集系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明所述采集系統(tǒng)由電極傳感器、前置放大器、濾波電路、二級放大器、50HZ陷波電路、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機組成；電極傳感器輸出端與前置放大器連接，通過前置放大器將信號放大；前置放大器與濾波電路連接，將信號進行濾波處理；濾波電路再與二級放大器連接；二級放大器與50HZ陷波電路連接，50HZ陷波電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端接通單片機。
[0005]所述電極傳感器由四個導(dǎo)聯(lián)電極組成。
[0006]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:設(shè)計合理、方便實用、測量精準(zhǔn)、體積小、攜帶存放方便、成本低。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0008]在圖1所示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖中，所述采集系統(tǒng)由電極傳感器、前置放大器、濾波電路、二級放大器、50HZ陷波電路、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機組成；電極傳感器輸出端與前置放大器連接，通過前置放大器將信號放大；前置放大器與濾波電路連接，將信號進行濾波處理；濾波電路再與二級放大器連接；二級放大器與50HZ陷波電路連接，50HZ陷波電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端接通單片機。
[0009]所述電極傳感器由四個導(dǎo)聯(lián)電極組成。
[0010]導(dǎo)聯(lián)電極說明:
RA:右臂；LA:左臂；LL:左腿；RL:右腿。
[0011]第一路心電信號，即標(biāo)準(zhǔn)I導(dǎo)聯(lián)的電極接法:RA接放大器反相輸入端(一)，LA接放大器同相輸入端(+)，RL作為參考電極，接心電放大器參考點。
[0012]第二路心電信號，即標(biāo)準(zhǔn)II導(dǎo)聯(lián)的電極接法:RA接放大器反相輸入端(一)，LL接放大器同相輸入端(+)，RL作為參考電極，接心電放大器參考點。
[0013]RA、LA、LL和RL的皮膚接觸電極分別通過1.5m長的屏蔽導(dǎo)聯(lián)線與心電信號放大器連接。
[0014]心電信號由專用電極拾取后送入前置放大器初步放大，送入濾波器，分別經(jīng)高通、低通后以濾除心電頻率范圍以外的干擾信號，經(jīng)過二級放大器可將濾波后的信號進一步放大到合適范圍，再經(jīng)過50Hz的陷波電路濾去工頻干擾。此時輸出的心電信號滿足要求，可以在示波器上顯示。然后將符合要求的心電模擬信號經(jīng)過高精度A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號儲存在單片機。
[0015]整體電路共分為5個模塊，分別是前級放大模塊、高通+低通濾波模塊、后級放大模塊、工頻陷波模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊。
[0016]前置放大是心電數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于人體心電信號十分微弱，噪聲背景強且信號源阻抗較大，加之電極引入的極化電壓差值較大(比心電差值幅度大幾百倍)，因此，通常要求前置放大器具有高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移、非線性度小、合適的頻帶和動態(tài)范圍等性能，設(shè)計時一般都采用差分放大電路。實驗裝置中輸入信號可由放在人體右臂(RA)和左腿(LL)的心電電極直接拾取。由于人體心電信號十分微弱，信號幅值在0.01?5mV之間，噪聲背景強且電極與皮膚間的阻抗相當(dāng)大，因此，要求一級放大電路具有高輸入阻抗，高共模抑制比、低噪聲、低漂移、非線性度小、合適的頻帶和動態(tài)范圍等性能。
[0017]方案的具體設(shè)計——使用儀用放大器AD620
AD620輸入端具有低輸入偏置電流、低噪音、高精度、較高建立時間、低功耗等特性，共模抑制比可達(dá)130dB，非常適合作為前置放大器使用。選用AD620進行一級放大，它的核心是三運放電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與上述模擬電路的結(jié)構(gòu)基本相同。AD620有比較高的共模抑制比CMRR最小為10dB,精度高，溫度穩(wěn)定性好，放大頻帶寬，噪聲系數(shù)小。它的增益可調(diào)，可調(diào)范圍約I?1000倍。AD620具有低偏置電流，低噪音，加上低電壓電流噪聲電阻為IΜΩ或更高，它的為8腳封裝，攜帶安裝方便，這些性能使得AD620符合我們的要求。此外在人與儀器之間要加隔離裝置。C3，C5, C4, C2為濾波電容，消除電源干擾。
[0018]為防止前置放大器工作于飽區(qū)和或截止區(qū)，其增益不能過大。試驗表明:10倍左右效果較好。通過構(gòu)成的“浮地”驅(qū)動電路可將人體共模信號倒相放大后用于激勵人體右腿，從而降低甚至抵消共模電壓，以達(dá)到較強抑制50Hz工頻干擾之目的，為了配合信號輸入電路，我們采用LM224其中的一個運放來實現(xiàn)。LM224有四個運放集成，左手和右手的差動信號輸入分別接一個跟隨器(即使用LM224內(nèi)的兩個運放)，主要用于穩(wěn)定輸入信號和提聞輸入阻抗，進一步提聞共1旲抑制比。
[0019]由前面分析，我們選用Rg=5.1k的電阻，所以第一級放大為10.686倍，后面放大電路放大100倍即可用示波器觀測到信號。
[0020]濾波電路
其中10Hz以上的干擾信號較強而0.05Hz以下的干擾信號相對較弱，所以在濾波電路中采取先低通濾波取出10Hz以下的信號，然后接高通的方式，從而濾除極化電壓及高頻干擾。
[0021]高通濾波(濾低頻)
由于檢測信號中存在的主要干擾信號有電極板與人之間的極化電壓、50Hz工頻干擾、儀器內(nèi)部噪聲和儀器周圍電場、磁場、電磁場的干擾等等，要想獲得清晰穩(wěn)定的心電信號，濾波器的設(shè)計很關(guān)鍵。由于人體心電信號的主要頻率范圍為頻率在0.05?100Hz，為了消除低頻噪聲，在一級放大之后加入高通濾波電路，其下限截止頻率設(shè)在0.05 Hz0
[0022]陷波電路
然而最為嚴(yán)重的干擾是市電電源的50Hz，因此還須一個50Hz的帶阻濾波器(又稱陷波器)進一步抑制電源干擾。我們采用雙T型陷波電路，下圖所示為其中一級的陷波電路，為了達(dá)到更好的效果，我們用一個LM224設(shè)計了兩級，經(jīng)試驗可以很好的抑制50Hz的工頻干擾。
【主權(quán)項】
1.一種心電信號測量采集系統(tǒng)，其特征在于:所述采集系統(tǒng)由電極傳感器、前置放大器、濾波電路、二級放大器、50HZ陷波電路、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機組成；電極傳感器輸出端與前置放大器連接，通過前置放大器將信號放大；前置放大器與濾波電路連接，將信號進行濾波處理；濾波電路再與二級放大器連接；二級放大器與50HZ陷波電路連接，50HZ陷波電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端接通單片機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種心電信號測量采集系統(tǒng)，其特征在于:所述電極傳感器由四個導(dǎo)聯(lián)電極組成。
【專利摘要】一種心電信號測量采集系統(tǒng)，所述采集系統(tǒng)由電極傳感器、前置放大器、濾波電路、二級放大器、50HZ陷波電路、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機組成；電極傳感器輸出端與前置放大器連接，通過前置放大器將信號放大；前置放大器與濾波電路連接，將信號進行濾波處理；濾波電路再與二級放大器連接；二級放大器與50HZ陷波電路連接，50HZ陷波電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端接通單片機。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)精巧、使用便利等優(yōu)點。
【IPC分類】A61B5-0402
【公開號】CN104706344
【申請?zhí)枴緾N201310667694
【發(fā)明人】陳在源
【申請人】陳在源
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月11日