便攜式心電監(jiān)護(hù)儀   前置放大電路

2.4 數(shù)字電路與模擬電路的隔離處理

對于便攜式監(jiān)護(hù)儀來說,，它是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的,。因此在布線時就需要考慮模擬部分與數(shù)字部分互相干擾的問題。 數(shù)字電路的頻率高,，模擬電路的敏感度強(qiáng)。對信號線來說,，高頻的信號線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件,；對地線來說，整個PC B對外界只有一個結(jié)點(diǎn),；在PC B板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開的,，只是在PC B與外界連接的接口處，數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接,。屏蔽珠又稱抗干擾珠,、電磁/射頻干擾抑制器，它具有很好的抗高頻干擾作用，在電子線路中可用來屏蔽連線 和電纜中的傳導(dǎo)性干擾,。在這里,，我們選取6.8LH的屏蔽珠來隔離模擬和數(shù)字的電源。
       2.5 元件的布局和PCB板的設(shè)計

在PCB板中,，包含多種類型的電路,，有小信號的模擬電路、高速數(shù)字電路,、高頻的GPRS信號等,。為了避免各部分電路中信號相互耦合而產(chǎn)生干擾， 對不同類型的電路部分進(jìn)行分離布局是PCB板設(shè)計的一個基本原則,。各部分之間不僅應(yīng)保持相當(dāng)距離,，還要分開走線。
電源系統(tǒng)的布線包括電源線VDD和地線VSS的布線,，是系統(tǒng)抗干擾的一個重要部分,。VDD和VSS應(yīng)盡可能擴(kuò)大面積，以防止因電磁能量較強(qiáng)而產(chǎn)生電磁干擾能量的發(fā)射,，這也是保證高頻信號到地之間具有低阻抗的措施,。
      2.6 對模擬電路加屏蔽的技術(shù)

微弱的心電信號埋沒在周圍各種頻率的電磁場在人體內(nèi)感應(yīng)出的干擾信號中，而這些干擾信號的感應(yīng)電壓都是通過人體和導(dǎo)聯(lián)線與干擾源的耦合電容或電感在起作用,。加上GP RS的高頻信號對送入A/ D的模擬小信號會產(chǎn)生相當(dāng)大的影響,。
所以，除了將模擬電路部分和數(shù)字電路部分分離布局以外,，還要對模擬電路部分加上屏蔽罩,。
       3 抗干擾軟件設(shè)計方案

當(dāng)隨機(jī)干擾信號混入輸入信號時，可以采用模擬濾波器來濾除信號中無用的成分,，以提高信號的質(zhì)量,。但是模擬濾波器在低頻和甚低頻時實(shí)現(xiàn)起 來是比較困難的，而數(shù)字濾波器則不存在這些問題,。它具有高精度,、高可靠性和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，因而被廣泛地應(yīng)用于克服隨機(jī)干擾引起的誤差,。數(shù)字濾波器的數(shù)學(xué) 運(yùn)算通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法,。一種是頻域法，即利用FFT快速運(yùn)算辦法對輸入信號進(jìn)行離散傅立葉變換,，根據(jù)所希望的頻率特性進(jìn)行濾波。另一種方法是時域法,，這 種方法是通過對離散抽樣數(shù)據(jù)作差分?jǐn)?shù)學(xué)運(yùn)算來達(dá)到濾波目的的,。由于該方法簡單易用，適用于實(shí)際應(yīng)用。數(shù)字濾波器依據(jù)沖激響應(yīng)的寬度劃分為有限沖激響應(yīng)濾波器（ FIR）和無限沖激響應(yīng)濾波器（IIR）,。由于無限沖激響應(yīng)濾波器具有無限記憶和運(yùn)算項(xiàng)數(shù)較少的特點(diǎn),，并且對于相同階次的數(shù)字濾波器而言， IIR具有更高的精度,。故為了在保證濾波質(zhì)量的前提下提高速度,，我們采用IIR濾波器。
       3.1低通濾波器的設(shè)計

通過使用低通濾波器,，我們希望能夠?yàn)V除高于EC G頻率范圍的高頻部分,。我們選取的采樣頻率為fs=200Hz，所以T = 5ms.根據(jù)ECG的頻率范圍,，我們選取截止頻率fc=99Hz,，根據(jù)低通濾波器設(shè)計數(shù)據(jù)表，我們選取通帶最大衰減寬度rp =0.1dB,，選取阻帶最小衰減rs =60dB,，階數(shù)n=4.根據(jù)Matlab的設(shè)計結(jié)果，得出算法程序的公式：

       3.2帶阻濾波器的設(shè)計

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),，單獨(dú)依靠模擬帶阻濾波器來消除50Hz工頻干擾,，效果是不理想的。為此,，我們再采用數(shù)字濾波器來消除工頻干擾,。我們選取 的采樣頻率為fs=200Hz，所以T=5ms.在這里,，我們同樣采用橢圓函數(shù)濾波器,。首先，設(shè)計橢圓函數(shù)濾波器的階數(shù),。選取通帶截止頻率wp1=45,， wp2=55，阻帶截止頻率為ws1= 49.8,， ws2= 50.2.選取通帶最大衰減寬度rp = 0.1dB,，選取阻帶最小衰減rs =60dB.根據(jù)Matlab的設(shè)計結(jié)果，得出算法程序的公式：

量相同的腔體組成,，兩腔體間有一個復(fù)合材料做的高彈性隔膜,，隔膜在水壓作用下可左右伸展，腔體各有一進(jìn)出水口連接 三通電磁閥,，三通電磁閥控制切換容量室內(nèi)透析液的進(jìn)出,。如圖2a所示工作時，電磁閥V 1中下端相通,，水在脫水泵驅(qū)動下進(jìn)入A室,，隔膜向左伸展A室容量增大,，同時電磁閥V2上下端相通， B室中的水在A隔膜的擠壓下排出B室,，經(jīng)過送液傳感器,。送液傳感器用以監(jiān)測容量室透析液的流動，當(dāng)檢測到容量室排盡時,，發(fā)出控制信號切換電磁閥V1,、V 2的工作狀態(tài)（如圖2b） ，電磁閥V 2中下端相通,，水進(jìn)入B室,，隔膜向右伸展，同時電磁閥V 1上下端相通,， A室中的水排出,。送液傳感器重新檢測到流量，直至容量室排盡再次切換V1,、V 2工作狀態(tài),。在容量室的容量固定的情況，送液傳感器對電磁閥切換進(jìn)行計數(shù)即可精確的計算出透析液的送液量,。透析液經(jīng)送液傳感器進(jìn)入由流量控制閥與流量反饋 閥組成的平均流量控制單元,，流量控制閥是一個三通可控閥，排出流量等于進(jìn)液量減去反饋量,，只要控制反饋量大小即可控制透析液的平均流量,，流量反饋閥由直流 電機(jī)控制，精度為,？ 5ml/ min,，透析液的平均流量在（ 400~ 600） ml/min連續(xù)可調(diào)。當(dāng)A液監(jiān)測傳感器監(jiān)測的透析液電導(dǎo)度及溫度監(jiān)測值在設(shè)定范圍內(nèi)時,，旁路三通電磁閥V14左右端相通,，電磁閥V15打開，透析液進(jìn)入透析器,，與血液進(jìn)行離子交換后的廢液從透析器另一端流出,，經(jīng)過濾器、V15,、透析壓力傳感器進(jìn)入漏血檢測器,。漏血檢測器是紅細(xì)胞探測 器，防止當(dāng)透析器中的透析膜破裂后透析液進(jìn)入血液,，保證治療安全,。
       檢測靈敏度可調(diào)范圍為（ 200~ 1000） ppm，即1L透析液中只要混有（ 0.2~ 1） ml的血液,，檢測器就可以檢出并發(fā)出報警,。透析液壓力傳感器用以監(jiān)測透析液壓力,，防止透析壓力過高造成透析膜破裂，危及透析安全及影響治療效果,。
       流出漏血檢測器的透析廢液經(jīng)負(fù)壓泵進(jìn)入脫氣室，廢液中混入的空氣集于密閉的脫氣室上方,，脫氣室內(nèi)浮動開關(guān)打開電磁閥V8排出空氣,，保證了排液容量室流量精 度。透析廢液經(jīng)排液容量室,、排液傳感器,、POD（ Pressure Offset Device）、熱交換器排出機(jī)器,。負(fù)壓泵是個直流可調(diào)速泵,，根據(jù)設(shè)定的病人脫水速度（ 0~ 5.99L/ h）控制泵轉(zhuǎn)速，控制電壓在8V~ 21V ,，泵前壓力即透析液壓力從70mmHg到- 400mmHg.排液容量室和排液傳感器的結(jié)構(gòu)原理與送液容量室和送液傳感器相同,，可精確計算出透析廢液的排液量。病人的實(shí)際脫水量等于排液量減去送液 量,，只要精確控制負(fù)壓泵的轉(zhuǎn)速,，即可控制病人的脫水速度及總的脫水量，脫水精度達(dá)到,？ 30ml/h.壓力補(bǔ)償裝置PO D的一端通過電磁閥V 7與病人的靜脈壓力檢測口相通,，是為防止由于病人靜脈壓波動引起跨膜壓TMP（ Transmembr ane Pressure）波動過大，影響脫水精度,。熱交換器是利用排出的廢液溫度對進(jìn)入透析機(jī)的反滲水進(jìn)行預(yù)熱,。
       在"消毒"、"酸洗"狀態(tài)時,，主水路工作狀態(tài) 不變,，只是旁路三通電磁閥V14右上端相通，電磁閥V15關(guān)閉,，水流不進(jìn)入透析器起到一個安全防護(hù)作用,。將A液和B液的吸管分別插入各自的沖洗腔，電磁閥V9,、V10,、V11打開，消毒液,、酸洗液在A液泵,、 B液泵的作用下經(jīng)V9、V 10,、V11,、AB液沖洗腔進(jìn)入主水路,，對整個水路系統(tǒng)進(jìn)行消毒及酸洗。

       在/清洗0狀態(tài)時,，主水路工作狀態(tài)同 /消毒0狀態(tài),，只是將A液、B液,、消毒液,、酸洗液的吸管分別插入各自的沖洗腔，電磁閥V9,、V10,、V11打開， A液泵和B液泵反轉(zhuǎn),，水由主管路經(jīng)A B液沖洗腔,、V9、V10,、V11,、消毒液沖洗腔、酸洗液沖洗腔,、單向閥,、由出水口排出機(jī)器，在對整個水路清洗的同時,，也清洗了吸管和沖洗腔,。
       JM S S DS- 20血液透析機(jī)的水路系統(tǒng)與其它品牌的血透機(jī)（如Fr esen ius費(fèi)森尤斯、Nikk iso日機(jī)裝等）相比,，最大的特點(diǎn)是取消了超濾泵,，由負(fù)壓泵同時完成負(fù)壓脫氣與超濾功能，配合進(jìn)出液容量室及POD精確控制超濾,，簡化了水路系統(tǒng),，降低了 機(jī)器成本，但實(shí)現(xiàn)了同樣的功能,。

4結(jié)束語

作為便攜式監(jiān)護(hù)儀器,，硬件結(jié)構(gòu)簡單、體積便于攜帶是其自身固有的特點(diǎn),。本文針對這些特點(diǎn),，提出了采用單極性供電方 式實(shí)現(xiàn)前置放大電路的設(shè)計思想，同時也論述了心電信號抗干擾的設(shè)計方案,。本文著重介紹了抗干擾的硬件解決方案,，而要滿足便攜式儀器的這些基本特點(diǎn)，軟件抗 干擾解決方案的重要地位則是不可忽視的,。為此,，我們把這一部分放在以后的心電信號預(yù)處理中加以詳細(xì)介紹,。