摘 要：針對實時監測心電信號對心電分析有重大意義。設計了一種心率監測方法，經導聯輸入從體表獲得的心電信號先經濾波器濾除高頻干擾再經一個50 Hz陷波器進一步抑制電源干擾，然后進入MSP430單片機的A／D轉換得到數字化的心電信號。電路抗50 Hz陷波性能好，噪聲小，整個電路經Electronics Workbench仿真觀察波形基本無失真。經試驗驗證監測儀顯示心電信號清晰穩定，基本滿足臨床監護以及病理分析的要求。
關鍵詞：心電放大電路；波形仿真；低噪聲；濾波器；數據采集

0 引 言
監護儀是一種用以測量和監控病人生理參數，并可與已知設定值進行比較，如果出現超差可發出報警的裝置或系統。便攜式監護儀小型方便，結構簡單，性能穩定，可以隨身攜帶，可由電池供電，一般用于非監護室及外出搶救病人的監護。心血管疾病是人類生命的最主要威脅之一，而心電(Electrocardiogram，ECG信號是診斷心血管疾病的主要依據，因此實時監測病人心電活動，設計自動采集病人心電信號的便攜式系統具有重要意義。
傳統的導聯系統采用通用的三電極方式，右胸上電極及左腹下電極為心電采樣電極，右腹下電極為右腿驅動電極。這種聯接方式有效實用，有利于便攜使用。便攜式監護儀分析處理系統可以分為兩大部分，一是攜帶在被檢查者身上的袖珍監護儀，二是由微機系統組成的心電圖處理診斷系統。被檢查者將某一時段的動態心電信號由監護儀記錄下來，通過GPRS通信方式將數據傳送到醫院的心電圖處理診斷系統中。心電信號是由人體心臟發出相當復雜的微弱信號，為了獲得含有較小噪聲的心電信號，需要對采集到的心電信號做降噪處理。
本設計的特點：
(1)目前對心電信號的降噪有多種方法，這里主要從濾波的方面介紹將噪聲從信號中分離。濾波采用高通和低通兩級濾波，濾波電路經Workbench仿真效果明顯。
(2)與以往雙T型50 Hz陷波器不同的是，該設計電路引入放大器形成正反饋，以減小阻帶寬度。
(3)本文為人體日常生活方便，設計了導聯電極脫落檢測電路，防止運動輸入電極脫落。

1 心電信號的特點及整體系統結構
心電信號屬醫學生物信號，它一般具有以下特點：隨機性較強，即信號無法用確定的函數描述，而只能用統計的方法，從大量測量結果中看其規律；噪聲背景強，即要測的有用信號往往淹沒在許多無用信號中。常規心電信號的頻帶范圍是O．05～100 Hz，在此頻帶范圍內包含了心電信號90％的能量成分。由于心電信號是mV級的信號，因此對于干擾環境而言，它是非常微弱的信號。
心電信號由皮膚電極取自于人體表面，是一種低頻率的微弱雙極性信號。它淹沒在許多較強的干擾和噪聲之中。這些干擾主要包括肌電信號、呼吸波信號等體內干擾信號和以50 Hz工頻干擾、電極與皮膚界面之間的噪聲為主的體外電磁場干擾信號的影響。信號源阻抗大約100 kΩ，信號為10μV～5 mV，典型值為1 mV，加上周圍的電磁干擾(特別是50 Hz的工頻干擾)比較大，要求放大電路具有高增益、高輸入阻抗和高共模抑制比；為保持信號的穩定，還要求輸入失調電壓和偏置電流小、溫漂小；為了便于隨身攜帶，還要求體積小、電源電壓低、耗電少等。
對心電信號進行精確測量，必須設計出性能優良的放大器。放大器的核心和關鍵是前置級的設計。整個前置級電路由前置放大電路，陷波電路和濾波電路構成。從體表獲得的心電信號經導聯輸入后，ECG信號經運放構成的前置放大器放大，濾波器濾除其中的高頻干擾后，再經一個50 Hz陷波器進一步抑制電源干擾，然后通過電平位移進入A／D轉換，從而得到數字化的心電信號。

2 電路結構描述，心電信號的傳感、放大及濾波
2．1 電路結構描述和仿真
整個監護儀是由前置放大電路，陷波電路和濾波電路構成。醫學傳感器獲得體表的心電信號濾除其他頻段干擾后經過放大調理和A／D轉換之后傳給計算機以供數據分析。其中便攜性方面設計了電極脫落檢測電路，擺脫電纜羈絆，使使用者能隨身攜帶。硬件電路用Workbench軟件進行仿真能實現其功能，采用的濾波函數用Matlab和Filterlab軟件仿真之后能達到設計要求。濾波方法采用50 Hz陷波之后，再經過高低通兩級濾波，引入放大器形成正反饋，以減小阻帶寬度。