便携式心电监护仪的硬件设计

论文摘要

随着社会生活节奏加快、工作压力变大、人口老龄化加快,心血管疾病已经成为严重威胁人类健康和生命的主要疾病之一。在我国,由心脏病而死亡的人数占总死亡人数的44%,心脏病已成为一种多发病和常见病,对心脏病的诊断和预防已经成为当今医学界面临的首要问题。心电监护仪能实时地检测心脏活动的电信号变化,在及时了解心脏状况,对疾病进行预防和诊治方面具有重要的意义。市场上现有的心电监护仪在性能上存在一定不足:体积较大、功耗高、不便于病人随身携带,而且价格昂贵,在应用上存在较大的局限性。本文针对心电监护的实际需求,设计了一种便携式心电监护仪。它能够及时、准确、完整地采集心电信号,监测心脏活动特征,并可提供有效的辅助分析,为心脏病的诊断和治疗提供了有效支持。本文主要完成了以下几个方面的工作:（1）完成了心电信号采集电路的设计,包括十二通道导联、心电信号的前置放大电路,以提高共模抑制比和增加系统的稳定性为目标,在改进传统的三运放结构的仪表放大器基础上,加入右腿驱动电路来进一步提升电路的整体性能,完成微弱生物电信号的提取。设计了0.03-100Hz的滤波电路并通过参数仿真实现优化来保证高频和低频噪声的抑制。（2）设计了以Samsung公司的ARM9系列处理器S3C2440A为核心的信号处理系统,并按照信号采样的具体要求,提供了两种A/D转换方式,完成心电信号的数字化。针对实际应用设计了多电压输出的电源方案,将心电信号数据存储于Flash或SD卡中,把患者的心电波形和心电信号的特征参数显示在液晶屏上,并通过USB接口实现与上位机的数据传输,监护仪本身的参数设置由一体化的触摸屏完成。（3）针对现有便携式设备对续航能力的要求,从软硬件协同设计的角度实现系统功耗的降低,并在Pspice中进行了电路的仿真,对算法复杂度与功耗的关联做了相关研究并提出优化策略。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及科学意义
• 1.2 相关技术国内外研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 便携式心电监护仪的总体方案设计
• 2.1 心电信号的生成及特点
• 2.2 便携式心电监护仪设计要求与实现功能
• 2.3 便携式心电监护仪的总体方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 心电信号的获取电路设计
• 3.1 放大电路设计
• 3.1.1 前置放大电路
• 3.1.2 末级放大电路
• 3.2 右腿信号采集电路
• 3.3 滤波电路设计
• 3.3.1 高通滤波电路
• 3.3.2 低通滤波电路
• 3.4 本章小结
• 第4章 便携式心电监护仪的数字系统设计
• 4.1 电路总体结构框架设计
• 4.2 电源方案设计与实现
• 4.3 数据存储及传输设计
• 4.4 人机交互设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 便携式心电监护仪的低功耗设计与优化
• 5.1 系统级低功耗技术
• 5.2 低功耗的设计与仿真
• 5.3 算法复杂度与功耗关联
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 前景展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 作者在攻读硕士学位期间参加的项目
• 作者在攻读硕士学位期间申请的专利
• 致谢
• 附录1 心电信号获取电路
• 附录2 便携式心电监护仪数字系统电路
• 附录3 心电信号采集印刷电路板
• 附录4 数字系统印刷电路板
• 附录5 操作系统界面