摘要： 本文提出了一种抗电刀搅扰的高集成度心电收集模块的完成办法。该模块已作为心电OEM模块使用于多参数监护仪中。
关键词： 电刀；直流扩大；S-D型ADC；IAP
导言
跟着现代医学和仪器技能的快速开展，先进的医疗仪器设备得到了广泛的使用。如在手术室中，医师用高频电刀对患者进行安排切开和凝血，而一起还通过多生理参数监护仪实时监测患者的病况和开展趋势，以便依据状况及时进行有用的处理。电刀使用时，其所产生电气搅扰会通过身体的传导和辐射等多种途径进入心电收集模块，使心电波形的数据严峻失真，心率核算产生过错，严峻影响监护仪的心电监测功能。现代的监护仪的开展趋向于模块化、小型化和智能化，本文依据市场需求提出了一种抗电刀搅扰心电收集模块的完成办法，与传统心电收集模块比较，在功能恰当的状况下，模仿电路大为减缩，功耗下降，体积减小，习惯了模块规划中小型化、单片化、硬件软件化的开展趋势，具有很高的性价比。
心电收集模块选用ADI公司的微操控芯片ADmC847作为中心，它具有8通道高精度的24位S-D型ADC，整合了片内参阅电平、电源办理、与2通道12位高精度DAC，支撑ISP在线调试，外接32kHz晶振，通过锁相环可作业在12MHz下。片内还集成有62k字节的FLASH与8k字节的SRAM，片上外设资源包括有UART、SPI、双I2C串行接口、3个定时器、看门狗和PWM等。心电收集模块的体系框图如图1所示。心电信号的检测使用微操控芯片内集成的ADC进行的；液晶接口能够外接液晶模块来进行独立使用时的心电波形显现；RS-232接口作为数据和程序传输接口，能够进行IAP和采样数据上传。
模仿电路规划
模仿电路是模块中直接与人体衔接的电路，首要担任原始信号的调度。关于本文提出的心电模块，其首要的要求是在处理过程中对电刀产生的搅扰有满足的按捺作用而一起确保心电信号不失真。心电模仿电路中常用的用来避免静电、电除颤对器材损坏的维护电路，因为其规划办法比较老练，本文并未触及。
无源线性网络规划
电刀恰当于一个变频变压器，它的输出电压极高，并通过高电流密度使细胞气化或干化以到达切开或凝血的意图。如美国Valleylab的Force FX型高频电刀，当作业在单极凝血的喷射式凝血形式时，输出的峰值电压可高达9000V。为了按捺电刀的高压高频搅扰，模块模仿部分的最前端为一个无源线性网络，网络的电路图如图2所示。电刀产生的搅扰首要以传导的办法进入心电收集模块，共模搅扰和差模搅扰一起存在。网络为对称式结构，两路人体心电信号V11、V12别离输入到对称的两个输入端，大时刻常数的阻容组合R3、C1、R4、C2用来衰减电刀产生的差模搅扰，而R1、R2、C0则用来对共模搅扰进行按捺。因为电路作业环境的特殊性，器材选取时需求归纳考虑体系的输入阻抗、阻容的极限参数和衰减特性。在不使用电刀时，因为心电信号在滤波器的通带规模内，心电信号简直无衰减的进入并联差动扩大器，而在电刀敞开后，因为其作业频率远高于滤波器的截止频率，因此能够把它衰减到不足以影响后续电路的正常作业。滤波电路均选用无源线性元件电容和电阻，避免了非线性失真的引进。一起，无源线性网络还选用了共模驱动技能，通过电阻R1、R2提取共模信号来驱动后级及右腿驱动电路，避免因为阻容元件的不匹配构成共模搅扰转变为差模搅扰，以进步共模按捺比。用仿真软件multisim2001对电路进行幅频剖析可见其杰出的低通特性，在500kHz能够到达-80dB衰减。
扩大电路
心电丈量中，电极与人体皮肤外表触摸构成的半电池会产生极化电压，它缓慢改变，表现为很低频的噪声信号，国家规范中规则极化电压最大为300mV，远大于心电信号。传统的心电收集模块规划中，因为选用的往往是精度比较低的逐次迫临型ADC，为避免扩大器的饱满，选用了前置多级扩大，并在中心参加了时刻常数电路去除极化电压，继而对信号进行沟通扩大。因为扩大器的输入端存在寄生二极管或维护二极管，当电压产生骤变时，电容两头的电压不能产生骤变，电流就会通过二极管和电阻对电容充电。国家规范中要求时刻常数电路的时刻常数不小于3.2s，所以当扩大器的输入端遭到瞬间大脉冲的搅扰(如电刀的启停)或导联切换时，很简略会呈现阻塞现象，这使得扩大器需求很长时刻才能使基线康复到正常方位。另一方面，心电信号取自两个规范导联，假如以双端形式输入到ADC，则理论上其共模增益为0，即共模按捺比为无穷大。而选用了传统的前置扩大电路后，因为将双端信号转化成了单端信号，电路的共模按捺比下降了，并且还遭到后级仪用扩大器功能的限制。上述传统电路的缺陷在本模块中均得到了战胜。
本文中的心电模块使用了ADmC847中集成S-D型ADC，它具有24位的高分辨率、108Ω的输入阻抗及差动输入形式，通道前端含有PGA(程控增益扩大器)，能够通过编程设置适宜的输入规模。因为具有了满足的分辨率，一起PGA能够确保信号占有满足的动态规模，所以原始信号根本不需求扩大，或仅需求进行低倍的直流扩大，即无需参加时刻常数电路，这样就避免了扩大器的阻塞。据此，本模块中扩大电路只包括了一个有两个运放组成的并联差动扩大电路，结构极为简略，电路原理如图3所示。无源线性网络的输出接至扩大电路的输入端，通过低倍扩大后以差分形式输入到ADC中。在高分辨率的24位采样成果中，通过软件去除高位中极化电压的影响，提取低位有用位的心电信号，康复心电波形。这样与传统心电收集模块比较，尽管增加了一部分的软件处理量，但是以现有高功能的MCU处理速度来看，还远没有到达其处理极限。而与此一起，模仿电路部分的减缩，却带来模块体积和功耗的下降和稳定性的进步。
右腿驱动电路
工频(50Hz)搅扰是心电丈量中最重要的搅扰。仅靠前置扩大器的高共模按捺比还不足以按捺工频搅扰，右腿驱动电路也是按捺工频搅扰的有用办法。本模块选用人体共模电平信号(COM)与ADmC847 集成的DAC的输出信号通过运算扩大器做差动扩大，把扩大后信号作为右腿驱动信号。该办法不只能够按捺50Hz工频搅扰，还可依据ADmC847检测到的心电信号恰当调整人体电平，便于ADC采样。电路中相同参加了阻容滤波器，避免电刀的高频信号通过右腿驱动电路窜入扩大器。右腿驱动电路如图4所示。
数字电路规划
ADmC847不只具有丰厚的数字资源可供给高达12M的运算速度，还具有杰出的模仿接口，其高集成度极大的简化了心电模块的规划作业，为心电信号的实时监控和后续处理供给了保证。本规划中心电信号通过主ADC输入通道收集，选用全差分输入，双极性装备，输入缓冲使能且规模为
