基于DSP的心电信号检测系统

　　0　引　　言

　　心电检测仪现代心脏医学中有举足轻重的地位。在欧美日等发达国家,心电检测仪的普及使得他们具备了丰富的临床知识和许多测量方法以及理论。相比之下,国内的同类产品在稳定性、抗干扰等方面还有很大的距离[1,2]。在整个心电系统的研制过程中,能否得到光滑、清晰的ECG信号是整个系统的关键。所以,对原始ECG信号的除噪处理显得尤为重要。本系统采用临床效果很好的AgCl电极进行信号的获取,以线性效果很好的AD620为主进行前置放大电路设计,OP207作为系统的主运放,结合心电信号的特点进行滤波,使用低功耗的DSP进行A/D转换和数字滤波。本系统最终得到了完全符合医学标准的心电信号,各种病理特征明显。可应用于精确的心电信号检测设备。

　　另外该系统体积、功耗和成本小,使用方便,实现昂贵的心电信号检测仪的家庭化。在中国社会进入老龄化的21世纪,必将有大量的医疗仪器实现家庭化。

　　1　系统整体结构

　　1.1　系统整体结构[3,4]

　　ECG是一种低频率的微弱双极性信号,信号主要成分集中在0.05~150 Hz,幅度为10μV~4 mV(典型值为1mV)。ECG通常还混有其他的生物电信号加之体外50Hz工频干扰、仪器内部噪声和仪器周围电场磁场电磁场的干扰等等,使得心电信号噪声背景较强,为采集和测量带来了难度。

　　心电信号采集(如图1所示)和分析系统硬件主要包括模拟和数字两大部分:首先通过AgCl传感器采得人体心电信号,进行模拟放大、滤波处理;然后进行DSP的A/D转换,采集到心电的数字信号通过DSP进行数字信号处理得到光滑、正确的心电信号数据,最后将滤波后的数字心电信号并与计算机进行实时通信。本系统由CPLD作为外围的控制电路,控制液晶和多通道异步串行通信。

　　1.2　模拟部分[5]

　　模拟流程简单如下:通过AgCl电极采得心电信号送入前置放大器进行初步放大,放大10倍。并在对干扰信号进行一定抑制后送入低通滤波器,以滤除0.05~100 Hz以外的干扰信号。主放大器可以将心电信号电压进一步放大到合适(大约100倍)范围。

　　下面简要介绍一下关键电路的设计。

　　(1)前置放大

　　前置放大时最关键的环节,直接关系到整个系统数据采集的成功与否。所以,前置放大电路的设计和调试是最复杂和重要的。具体电路如图2所示。由于人体心电信号十分微弱,噪声背景强且信号源输入阻抗大,再加上50Hz工频干扰等因素,通常要求前置放大器具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移等性能,设计时一般采用差模输入。本电路使用的AD620A是一款低价格、高精度的仪用放大器,共模抑制比可达130 dB,是生物放大器设计中的经典之作,其增益可调,由公式G= 1+49·4 kΩ/kg来计算。本前置电路参考了AD620A的技术文档,并加以改进。试验表明前置放大10倍左右效果最好。