ADI公司
在较高水平的体系以及患者监控设备的元件体系中不难发现，许多数据收集体系都存在典型的信号链，包含信号收集、信号调度与处理以及作业通讯。假如再深化探求，就会发现有许多的规划问题需求了解，比方有关信号完整性和共模按捺对信号的影响等问题等等。确保运用电气衔接设备的患者的安全相同至关重要，但这会添加规划的杂乱度。患者有时或许需求进行除颤，在这时分，咱们有必要避免体系自身遭到此类活动的影响。不只如此，还有其他的许多职业规范以及实践中的实践问题也会影响体系的终究规划。
图1是12导联ECG（心电图）监控器材的典型信号链，架构十分杂乱，存在各种细微差别和杂乱性。
图1 12导联ECG监控器材的典型信号链
ECG监控
ECG的丈量，即心脏的电活动。丈量ECG信号的设备包含便携式动态心电监护仪、临床心电图仪以及高通道心脏标测体系，这些设备在不断开发中。这些丈量体系运用的环境十分广泛，图2中所示的是其间的一些典型场合。例如医院的运用环境包含手术室、重症监护室、电生理实验室等，每种环境都有需求处理的规划难题。这些环境所面对的规划难题的杂乱性和丈量方针都十分广泛，并且规模仍在不断扩大。跟着医疗保健职业朝着长途患者监控方向开展，开发人员面对着一系列新的应战，需求随时提出新的应对办法。
ECG信号
ECG信号是心脏在一段时间内电性活动的经胸反映，经过皮肤电极收集并于外部进行记载。它是由心电图设备发生的无创记载。ECG信号的起伏一般为0.25mV~5mV，由各种波所组成，如正常窦性心律图。正常窦性心律的误差阐明或许存在反常，医师能够借此评价患者的健康状况并作出相应处理。
ECG信号的采样图由P波、QRS波群和T波组成，代表一个心动周期中的心脏电性活动。一个心跳周期 P波：心房缩短；QRS波群：心室振奋；T波：心室激动后的康复活动。现在，经过研讨心脏不同层面的电气特性，心脏病专家能够确认许多与心脏功用相关的反常现象。如图3所示。
ECG丈量
在ECG丈量中，电极即电势传感器，放置在胸部和/或四肢各个部位。导联来自ECG电极的各种数学组合。尽管出于前史的原因，有些人以为这现已过期，但在临床环境中，12导联ECG仍然是最常见的设置。12导联ECG包含三个规范肢体导联，即右臂、左臂和左腿，称为Einthoven导联。还有三个加压肢体导联VR、VL与VF，也便是一般所说的Goldberg加压导联，以及6个心前区导联，即V1~V6。心前区导联也称V导联，大多数心脏病专家以为其归于独立矢量，这也是威尔逊中心电端和方针V电极的差异地点。威尔逊中心电端自身由右臂、左臂和左腿导联组成，可进行3分频。咱们能够发现，要想构成12导联ECG，只需衔接9个电极即可。一般还会选用第10个电极来供给“右腿驱动”，跟着映射的心脏层面添加，丈量心脏生物电信号也变得愈加杂乱。
如图4所示，Einthoven导联和V导联相同可视为独立矢量，信号来自导联1、2、3，从两臂间或一条手臂与左腿之间丈量得出。加压导联aVL、aVR和aVF与导联1、2、3源自相同的三个电极。以aVL为例，正极为左臂，负极为右腿和右臂的组合。因而，上述导联不归于独立导联。在胸导联衔接V1~V6，6个正电极放置于胸部，之前说到的作为丈量参阅的威尔逊中心电端则相当于负电极。
图2 医疗保健体系中需求ECG监控的环境
图3 ECG信号
图4 经过心脏的aVx导联丈量
电极就位今后，就能够开端丈量心脏的电性活动。图5显现的是典型的12导联ECG打印成果。横轴方向每个大正方形为200ms，每个小正方形为40ms。纵轴方向当增益为1时，每个小正方形相当于100μV，即0.1mV。增益为1时，最左边的校准信号代表1mV CAL信号的10mm笔直偏转。1mV的CAL信号一般宽160ms。每个导联均表现在ECG带上，用以辨认心脏特征的反常状况。
图5 ECG波形/心律
了解了ECG丈量的端点、电极的衔接和导联的构成，以及终究ECG打印成果后，两个端点之间存在一系列模仿和数字信号处理进程，因为可用于收集和处理生物电信号的办法许多，状况变得愈加杂乱。丈量生物电信号的办法在某种程度上决议了信号链的架构。选用直流耦合仍是沟通耦合？两者都很常用，也各有利弊。例如，在沟通耦合体系中，望文生义，信号的直流重量在前端级之后即经高通分拣去除。信号随后遇到高增益，再由ADC进行处理，该体系中12 ADC很常见。在直流耦合体系中，方针信号会遭到直流失调电压的影响，一般约为300mV。因而，在经高阶ADC数字化处理前，前端只能选用低增益。因为全体信号的动态规模较宽，分辨率有必要很高。一般来说，直流耦合体系是未来的开展趋势，因为该体系的杂乱性较低，并且可选用后端信号处理，全体体系的灵敏性大大增强。
共模按捺
共模按捺在全体体系规划中相同无足轻重。ECG能够丈量心脏电气体系发生的电压。电压值依不同患者而决议，改变规模十分广泛。例如，在母亲子宫内的胎儿发生的ECG约为10μV以下，而成人则或许为5mV。丈量完结后，ECG子体系还会遭到无用环境电信号的影响，例如沟通主电源、安全体系噪声，以及射频搅扰(RFI)。这些电气搅扰呈现在丈量体系的输入端，归于共模噪声，当存在与体系共模按捺比相关的小差分信号时，能够按捺大共模信号。医用规范需求的共模按捺约为100db。而实践临床用处则要求到达120db。
ECG信号还会遭到多种共模源的损坏，包含电源线搅扰、电极与皮肤间的触摸噪声、以及其他电气设备的电磁搅扰。ECG规划有必要能在露出于此类瞬时输入时仍然保持其共模及差分输入功用。大多数ECG体系现在都销往全球，规划人员有必要考虑最坏状况下的沟通主电源输入规模。例如，澳大利亚西部的沟通主电源电压可高达264 VAC rms，而尖峰电压达6 kV。这种环境下的共模按捺大约是美国的两倍，美国的主电源电压为120 VAC rms。这一状况以及或许发生的电极失谐和极化对差分和共模输入动态规模要求较高。ECG电压的峰峰值一般为500μV~3mV，因而方针信号数字化之前的模仿前端输入才干的动态规模至关重要。现在的ECG前端选用银或氯化银电极，动态输入规模约为±1V，除颤器电极板上的电压可达±1.5V以上。因而，为了下降共模噪声的影响，鉴于前端级已具有超卓的固有共模按捺特性，一般引荐共模按捺在100 db以上。
现在的规划技能十分丰厚。体系若能下降共模噪声，进步有用共模按捺比，例如优化贵重的高品质ECG电极的运用，就能约束基线漂移之类无用噪声的进入。大多数ECG电缆都嵌有维护电阻以进行除颤器维护。这种影响以及电缆电容差异和前端EMI滤波会引起共模信号不平衡，然后导致相位从共模向差模偏移，乃至发生转化。因而，平衡的输入规划至关重要。“右腿驱动”技能能够削减多导联装备的共模按捺。即使是双导联体系，也可经过选用“右腿驱动”，将电流驱动至与输入共模信号存在180°相位差，然后下降放大器测得的对地共模电压。电流按捺有必要考虑到电极阻抗不匹配，调整相对电流相位，然后将有用共模信号降至最低。输入射频搅扰可经过多种办法消除，包含差分和共模滤波、环境遮盖，以及后端算法。总归，共模按捺在差分放大器的输入端有必要到达零失调，因为差分输入电压可达±1V。体系规划需求考虑的问题还有许多，患者安全、噪声消减、EMS和ESD等等。
患者监控体系
患者监控体系有两种重要丈量办法。榜首种办法是呼吸丈量。在医院环境中，经过脉息、血压、体温、呼吸和认识水平的生理调查，医师和护理能够及时取得与患者健康或其他状况相关的信息。在这些参数中，呼吸速率是一项重要的生命体征，表现了患者的不适或呼吸问题。正常呼吸速率由年纪、健康和压力水平决议。新生儿的呼吸速率每分钟约30次~60次，成人的正常呼吸速率约为每分钟12次~20次，或许因压力、疾病或活动添加而增多。患者监控仪选用共模阻抗充气造影术来确认患者的呼吸速率，运用的电极与ECG导联记载相同。丈量呼吸速率的关键是丈量胸腔的电阻抗，它会跟着每次吸气和呼气而改变。该电路可向患者施加高频差分电流，经过一对电极和阻抗改变完结，阻抗改变由呼吸引起，然后发生相应的电压改变，可用同一对或另一对电极测得。
患者监控仪的第二种重要丈量办法是起搏器脉冲检测。对装置起搏器的患者而言，相对ECG信号，了解并收集起搏器发生的脉冲及其形状更为重要。在许多临床运用环境中，了解起搏器的作业原理至关重要。比方说，假如你想同步反映心脏状况，就有必要了解起搏器怎么作用于心房和心室，以确保起搏器不会被检测成正常传导的QRS波群，详细而言，在没有起搏器脉冲发生心脏缩短的状况下，假如起搏器没有收集心脏安排信号，就有必要在植入起搏器时设置适宜的阈值电平。准确检测起搏器的脉冲也很重要，这样才干避免将其与随机噪声尖峰相混杂。
处理计划
ECG监控或丈量适用的运用场合与环境十分广泛，ADI选用了新的模仿前端ECG子体系ADAS1000以应对各种环境的需求。首要，ADAS1000可满意确诊丈量体系的需求，支撑临床环境规范。有些确诊体系需求较高的电衔接，ADAS-1K就能凭仗其可扩展架构给予支撑。其次，ADAS1000开发时还考虑到了便携性和低功耗的开展趋势。因为ADAS1000的元件数量削减，功耗下降，开发人员可一起选用各种优化规划，有助于从头界说便携式体系的工业规划。最终，ECG子体系的多种重要功用集成到一块芯片上，不只下降了器材自身的本钱，也下降了全体体系本钱。ADAS1000还可大大削减高元件数量的体系固有的无构本钱，例如库存操控和牢靠性问题。
图6为ADAS1000功用框图，大致上标出了ADAS1000的重要元件。这是一个高度集成的模仿前端子体系，能够将ECG前端的元件数量从50个有源器材削减到只要1个。ADAS1000集成了重要元件，有助于简化规划，加快产品上市，这些元件如下：5个从输入到后端数字滤波器的独立ECG信号收集途径，1个“右腿驱动”电极，呼吸丈量电路，1个片内脉息检测算法、维护沟通与直流的引脚，以及校准电路。
图6 ADAS1000功用框图
ADAS1000考虑到了ECG丈量体系两方面的重要问题。一方面是首要生命体征的收集：ECG、可用于确认呼吸速率的胸阻抗以及脉息检测。另一方面是确保丈量准确牢靠所需的其他功用。“右腿驱动”可用于改进共模按捺，然后取得更多的ECG信息。可选参阅导联：共模可借此取得相关导联信息。快速过载康复：心脏病专家期望除颤时能在一秒内完结快速过载康复，ADAS1000即能满意这一要求。导联掉落检测：协助临床医护人员了解电极何时从患者身上掉落。以及校准功用：正如之前说到的相同，医师可借此为首要信号的起伏供给参阅。
ADAS1000是一种直流耦合体系，它选用了功用高达20位的ADC，以及后端片内数字过滤器，支撑灵敏滤波与吞吐量选项。ADAS1000固有共模按捺一般为110 dB，考虑到了咱们之前所说到的问题。呼吸丈量可在2个或4个导联上完结，然后供给不同层次的处理计划。除了片内起搏器脉冲检测算法之外，假如规划人员运用自己的算法，还可选用快速数据通道。
ADAS1000丈量胸阻抗时选用的办法如图7所示，典型的呼吸丈量电路由驱动电路和丈量电路组成。ADAS1000的驱动部分根据DAC规划，在编程设置的频率下将两个错相沟通耦合电流供给给一对电极。电流经过一系列电阻和电容传递至患者。沟通耦合可将患者与直流电隔脱离，并可经过向患者施加共模电压缓解焦虑。电流起伏由沟通耦合电容值决议，用户可经过增大电容来添加患者的电流，一起添加信噪比。不过，一起也会发生更大的电压差分。载波电极间的阻抗等于电缆电阻之和，包含每个电极的除颤维护电阻，一般为1kΩ~10kΩ，电极与皮肤的触摸阻抗，一般为50Ω~700Ω，以及身体的大块安排与电极间的阻抗，约为100Ω~500Ω。因为上述大阻抗的存在，方针是丈量呼吸进程中呈现的较小的身体阻抗改变。阻抗的峰峰值一般为0.2Ω~5Ω。
图7 典型的呼吸丈量电路
片内脉息与伪像检测是与ECG输入并行的功用，可在高频状况下分接ADC，检测选用数字状况机完结。数字脉息算法存在三种状况，在三个矢量或导联上运转，或许四个矢量或导联上运转，以检测脉息和伪像。采样速率与实践算法属ADi专利技能。不过，脉息与伪像功用有明确规定，能够检测并丈量宽度在100μs~2ms，起伏在400μV~250mV的脉息伪像，脉息与伪像过滤器可过滤每分钟的换气脉冲。用户若想选用自己的脉息检测计划，可运用第二个串行接口。
ADAS1000十分灵敏，适用于各种运用场合的便携式监控仪或高端确诊设备。经过可调功耗选项，开发人员能够调整规划以习惯其终端体系的需求。关于那些需求5个以上患者电极（不包含“右腿驱动”）的运用而言，开发人员很简单将多个器材进行级联。咱们能够将多个ADAS1000器材进行无缝组合，将电极数量调整到5个或更多，电极数量仅受后端处理器处理才干的约束。因而，对真实的12导联ECG体系而言，能够对两个ADAS1000芯片进行级联，以供给所需数量的患者电极。对心脏标测体系之类需求很多ECG收集途径的运用来说，能够级联多个ADAS1000以取得所需的电极数量。器材组合是ADAS1000的固有功用，因而当通道数量添加时，需求的外部元件很少。
问答选编
问：请问患者监护仪能监督哪些参数？
答：基本参数包含ECG(心电图、心率、ST段、心律失常剖析)，SpO2(血氧饱和度、脉率)，Nibp(无创血压)，体温，呼吸；其他包含麻醉气体剖析，呼吸二氧化碳等。
问：请问ADAS1000集成了哪些功用？比较沟通耦合办法，直流耦合能下降本钱吗？
答：ADAS1000集成了ECG信号、胸廓阻抗、起搏丈量、导联衔接/掉落状况检测等功用，并且用户可便利灵敏挑选导联/向量或电极数据输出格局，一起数据速率可软件操控。低功耗和小尺度特性使得此芯片十分合适便携式和电池供电体系运用，其高功用也使得此芯片合适高端确诊级的ECG设备运用。ADAS1000是集成度较高的ECG模仿前端，可将前端元件数从多达50个有源器材削减至仅一个（5导联体系），简化ECG体系规划，缩短上市时。比较沟通耦合办法，直流耦合不需求模仿的滤波器，从这一点上来说是能够下降本钱的。
问：请问怎么将检测到的信号与身体状况相关起来？
答：专业医师能够判别，有些软件也能够主动判别。
问：请问怎么处理工频搅扰问题？有哪些办法？
答：处理工频搅扰较为有用的办法是运用高CMRR的外表放大器，供给“右腿驱动”反应电路。别的能够运用软件的办法规划50Hz/60Hz滤波器来处理。
问：选用哪些办法处理共模按捺问题？
答：首要是规划架构，比方“右腿驱动”、屏蔽驱动、布线布局、电路规划等。
问：ADAS1000的满功耗是多少?是否合适用在移动ECG上?
答：22mW，首要运用之一便是移动ECG。
问：ECG的安全牢靠问题该怎么有用处理？
答：安全性需求经过体系规划来确保，首要是电气阻隔。可参阅ADI的ADuM2xxx、ADuM6xxx系列产品。牢靠性首要反映在产品一致性和耐压上，前者可挑选高品质高集成器材处理，后者在ESD方面需求细心考虑，乃至小到一个限流电阻的挑选都需求留意。
问：ADAS1000的RLD电极有些什么特性？
答：ADAS1000具有专门的“右腿驱动”电路，包含RLD放大器，专用的电极输出管脚，反应管脚。能够用参阅电压驱动，也能够用多通道均匀驱动，详细描述能够拜见ADAS1000的手册。
问：12电极和5电极ECG丈量，各有什么优缺点？哪个运用更为广泛些？
答：12电极在传统心电图上运用广泛，3/5电极在传统监护仪/心电Holder上运用比较广泛，更合适便携式运用。相对来说，3/5电极商场更为广泛。
问：ADAS1000用在手提心电图仪时，对ECG的电源办理有什么好的主张?
答：选用板级电源的话，能够选用多路现行稳压器。别的，ADI的ADP2114是一颗纹波和噪声功用极佳的开关电源芯片，也能够考虑。
问：请问在运用该芯片的进程中，怎么进行ESD和除颤的维护？
答：能够在ADAS1000前面加上ESD和除颤的维护电路，如空气放电管或许TVS。
问：为了下降电源对ECG的搅扰，需求采纳那些办法?
答：需求采纳的办法有：运用线性电源、添加去耦%&&&&&%，添加LC滤波、磁珠；合理PCB布局；选用差分走线，运用电池供电等。
问：在处理共模按捺问题时说到“右腿驱动”，请问什么是“右腿驱动”？
答：“右腿驱动”用于安稳人体信号的共模电压在体系电平之内，并有助于按捺共模噪声。
问：ADAS1000在节能上，有什么新的亮点？
答：ADAS1000低功耗和小尺度。1导联一般为11 mW，3导联一般为14 mW。使能一切导联时一般为19 mW，合适便携式、电池供电体系的运用，可也能够选用禁用不同功用以节约电力，可下降ADC收集速率和数据速率以节约电力。
问：请问开发板是根据什么渠道？是否供给软件代码作为参阅规划？ADAS1000的SPI最高速率是多少？
答：开发板是根据BF527的DSP渠道，供给驱动部分代码规划，以及NI的软件开发工具。ADAS1000 SPI接口最高供给128k-16bit的心电数据给用户。
问：请问有ADAS1000运用的监护医疗计划供给吗？
答：ADI供给NIBP和SpO2的参阅板，别的ADI还有Blackfin的主板能够供给。
问： ADAS1000支撑I2C通讯么？
答：ADAS1000供给2个SPI接口，一个是规范的SPI，别的一个是运用MASTER办法的高速SPI端口。
