摘要:电话心电监测系统的记录/发送器可随身携带，以便及时捕捉并存储病人的病理心电信号，通过电话送往医疗监护中心，取得及时的医疗保健指导。本文详细介绍了该记录/发送器的设计思想、具体电路及技术要点.
心血管疾病是目前多发病之一，据世界卫生组织统计，全世界每年死于心脏病的人数高达13()o万，因而患者的有效治疗和预防是非常重要的.然而常规检查往往不能捕捉到病人的病理信一号，为此病人需日常随身携带检测仪器，在有异常感觉时立即检测并将心电信号存储起来、然后回送到心电图机绘出心电图形供医生诊断。
为了缩短患者与医生的距离，国际上目前正兴起一项综合性的医学工程一医疗保健系统。利用电话或其他的现代通讯手段，将病人的病理状态传送至医疗中心、以求得及时正确的救护与诊断J行导。其中最重要的一项即是心电监护。近几年来我国已引进电话心电监护系统在部分医院使用，然而进口设备价格昂贵。许多医院正在酝酿筹建心电监护中心，迫切需要适合国情的廉价而高性能的监护系统.其次，就目前引进设备的调查发现，还没有既可电话传送又可直接向心电图机回送信息且自动分路采样并存储病理信号的记录/发送器.为此我们自行开发了满足上述各要求的电话心电监测系统记录/发送器。
一、心电信号形成及实用导联选定
心肌细胞膜外侧具正电荷，膜内侧具负电荷。细胞静止时两侧电荷平衡，心肌细胞受神经传来的刺激产生运动，由于离子通透性的改变，电荷分布发生逆转，与尚处静止状态的邻近细胞构成电位差。全部参与电活动的心肌细胞电位变化的综合结果，其大小方向随时间而变化，可以由体表的检测电极采集到，称为心电综合向量.一个心动周期中，循序出现的瞬时综合心电向量顶端所构成的轨迹，按时间展开即为心电图.
体表一定距离的任意两点，可测得心电的电位变化，称为一导联。不同方向的导联可构成一个空间，从而获得心电活动完整的二维立体图象。传统采用的是标准导联系统:即六轴肢体毕联及单极胸前导联vl一V6。通过该十二导联的信号可以从多个角度观察列心脏的活动情况.目前广泛使用的心电图仪也按此导联系统设计，也是诊断结论的依据。
考虑到患者随身携带检测时行动的方便以及心电信号的完整性，我们采用五个电极，其中四个置于体表肢体导联的位置，并将肢体导联的三个电极各串30K电阻，联成一点构成中心端，作为胸前导联的参考电位。另用一个电极v，由患者分别置于V】一v6的各个胸位可根据医嘱取得有关信号
1.输入放大通道及导联分时采样
心电信号为微弱信号.其幅值为微伏级，尖峰值才达l:nv左右，为了自动分时得到各导联的信号五个电极引人后以不同的组合方式与四个输人通道相接、因此心电信号实际上与四路输人并联着.信一号分路的结果，使原来微弱的信号强度更小.为保证信号正确传输必须对噪声予以注意。第一级放大器是信号通道中低噪声放大的关键.为抑制共模干扰输人级采用差分放大器，为减少噪声的直接栩合采用源电阻浮地且屏蔽线一端接地。这里信号源为人体，其源阻抗在IK~100K之间，由噪声匹配原则选用集成运放构成差动极。电路中所用的电容，采用低噪声云母电容或担电解电容.为了充分利用电路的动态范围，放大器需将输人信号放大至峰峰值l()v，实际病理信号最大峰峰值以2mV计一，定放大器总增量为5000倍。根据心电信号的频率特性，电路频响范围应为0.()5礴OHz，共模抑制比为80db/5OHz。输入放大电路如图2。通过对双通道模拟采样开关4052的控制，可以分别采样三个肢体导联及一个胸前导联的心电图信息.切换控制信号由计数定时电路产生，每导联连续采样5秒，自动轮流对三肢体导联及一个胸前导联采集一遍共20秒.因为模拟采样开关输人输出间存在着导通电阻造成信号损耗，各路间存在路差，因此采样开关必须放在差动级之后，信号幅值已经放大，以减少由此造成的影响。晶体管TZ、T3使电源接通瞬间第几放大级输人接地，避免每次启动记录时心电波形引人突跳的尖峰，保证记录信号有效。输人通道的末级为二阶有源滤波器有效地抑制了高频干扰信号
2.衡数转换、存储、采样频率
心电信号需经离散及模/数转换.形成数码才能储人随机存储器。模数转换电路如图3。
选用ADC08()4作户了D转殃，以利用其内邵的时钟振荡电路，节省兀器件，其置换时间为110微秒，经放大后的心电信号通过分压电阻R35、R34变换为0一巧V的单极性输人，转换得到的数码经8根数据线与随机存储器62256相连，0804的片选、写允许同时由记录控制信号控制。计数定时器基准频率由R30、C23确定，图示数值为:
fl/2.2*20k*6800P=3300Hz
其四次分频后的输出，经微分及反相作62256的片选信号。62256每选中一次存储器执行一次写，亦即完成一次采样，其频率约为200Hz.为保证由离散信号中不失真地重构原来的连续信号，必须使采样速率满足香农定理.心电信号的频率为0.5礴OHz范围，根据香农定理采样速率应为:瓜异40/二=80Hz
采样周期应为:T=I/fs=0.0125512.sms
现为5ms，显然符合香农采样定理的要求。
由4040接续对4060的Q10实现分频，4060的Q4一Qlo与4040的QI一Qg输出组成了16位地址码，覆盖62256的全部存储空间。基准频率的选定，除了对采样频率的考虑之外还需兼顾心电信号的连续采集时间长度。图示R30及C23的数值，每导联采集IK内存单元的数据约为5秒，四导联相继采集共20秒占4K内存。这样的信号时间长度能够满足医学诊断的需要。
3.数模转换、调频发送
发送时，将62256存储器中存储的心电信号数码重新转换成连续信号，数模转换由0832完成，可以直接输出至心电图机绘制心电图;或者经放大后输人正弦波发生器ICL8038推动扬声器发声，由
电话传送至医疗中心接收。因为通过电话传送，得保证调频信号的频率在电话通信线路的频带之内，又得使调频信号与一般语音信号有足够距离，避免混叠干扰。调节外接定时电容CZ，可以调节中心频率，以适应接收中心的解调器工作频率。
4.记录/发送控制电路
控制电路如图5。TS管的集电极与发射极分别接整机电路的模拟地及数字地，启动钮未按时，Tl、TS截止模拟地与数字地不连接，电源泵不能工作，整机中只有存储器及计数电路加有2.8V的直流电压，用以维持62256中存储的信息并保持计数器中原有的计数值.当按下启动按钮，根据切换开关所处的位置发出记录或放送控制信号。记录态时使双稳态触发器4011③端置为。，使A江〕转换器0804及存储器62256选通，并使4069③端受地址线信号控制;放送态时.40n构成的双稳态电路③端置l，④端置0，使0832及62256投人工作。记录时，当计数器计满4096，存储器存储了20秒心电信号，满4K字节，由来自地址All的信号使TI、TS管重新截止，仪器返回维持状态，等待第二段采集启动，如此进行可连续存储8段心电信号，计160秒，将62256全部存满。若再存人新的信号段，则将原来的第一段信号更新，存储器中始终保存着8段相继的心电信号信息。放送时因为二极管D3的挤位作用，使地址线All来的信号不再作用，只有地址线A14来的信号才可使Tl、TS截止。因此一旦按下启动按钮则能将存储器中咒K的心电信号连续地全部送完
较多，但仅在电话放音传送时才需投人工作，因此另用AX756DC一DC变换器供电。放音时一[作电流约为200mA。经这样安排2节5号电池可保证记录发送器24小时之内连续记录并放音二至三次，满足一般使用要求
5.抗干扰
心电信号为微弱信号，记录发送器又必须小巧便于携带。仪器中数字电路与模拟电路并存且靠得很近，因此于扰问题在实际设计中是十分突出的.除了在元器件安排上细心处理外，还注意了以下几点:在存储器中输人数码并不一定要求按地址码顺序存放只要读出时与写人的次序一致就可以得到相应的数字序列。也即是说心电信号模数转换后的数据实际在存储器中放乱了，但是读出时依照存人次序，一下妨碍得到正确数列。因此，为406()、4040与62256之间地址线的连接提供了自由。印制板布线时可根据走线需要调整连接点，使走线短捷从而减少电路间的糊合.在频率较低时，导线仅考虑电阻而略去电抗，由于地线上存在各种信号的流动2个分开接地点很难做到真正的等电位，这种电位波动在微弱信号检测系统中是一个严重的干扰源，为此一点并联接地尤显重要.在仪器的调频电路之后因为频率增高导线间的感性一与容性寄生藕合增加并联一点接地线长而多造成线间祸合增大不再适合，所以采用串联接地方式
三、结语
心电信一号记录/发送器，只是电话心电监测系统的一个组成部分为了扩大使用面，该机设计得可与部分进口的监测系统兼容，即通过调节发送器中心频率，本机发送的信号可以为进口系统的接收中心接收处理。同时本机备有与心电图机的接口，可以直接将心电信号由心电图机绘出，这样本机也可供还没有装备电话监测系统的医院使用.这二点得到广泛的欢迎我们还将继续开发配套的计算机接收中心，以汉字菜单与医务人员交互信息，并采用专家系统的原理与方法使医疗指导水平提高到新的标准。
参考文献
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