便攜式心電監護儀 ? 前置放大電路

2.4 數字電路與模擬電路的隔離處理

對于便攜式監護儀來說，它是由數字電路和模擬電路混合構成的。因此在布線時就需要考慮模擬部分與數字部分互相干擾的問題。 數字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強。對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件；對地線來說，整個PC B對外界只有一個結點；在PC B板內部數字地和模擬地實際上是分開的，只是在PC B與外界連接的接口處，數字地與模擬地有一點短接。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 和電纜中的傳導性干擾。在這里，我們選取6.8LH的屏蔽珠來隔離模擬和數字的電源。

? ? ? ?2.5 元件的布局和PCB板的設計

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生干擾， 對不同類型的電路部分進行分離布局是PCB板設計的一個基本原則。各部分之間不僅應保持相當距離，還要分開走線。

電源系統的布線包括電源線VDD和地線VSS的布線，是系統抗干擾的一個重要部分。VDD和VSS應盡可能擴大面積，以防止因電磁能量較強而產生電磁干擾能量的發射，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

微弱的心電信號埋沒在周圍各種頻率的電磁場在人體內感應出的干擾信號中，而這些干擾信號的感應電壓都是通過人體和導聯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的模擬小信號會產生相當大的影響。

所以，除了將模擬電路部分和數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 抗干擾軟件設計方案

當隨機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，以提高信號的質量。但是模擬濾波器在低頻和甚低頻時實現起 來是比較困難的，而數字濾波器則不存在這些問題。它具有高精度、高可靠性和高穩定性的特點，因而被廣泛地應用于克服隨機干擾引起的誤差。數字濾波器的數學 運算通常有兩種實現方法。一種是頻域法，即利用FFT快速運算辦法對輸入信號進行離散傅立葉變換，根據所希望的頻率特性進行濾波。另一種方法是時域法，這 種方法是通過對離散抽樣數據作差分數學運算來達到濾波目的的。由于該方法簡單易用，適用于實際應用。數字濾波器依據沖激響應的寬度劃分為有限沖激響應濾波器（ FIR）和無限沖激響應濾波器（IIR）。由于無限沖激響應濾波器具有無限記憶和運算項數較少的特點，并且對于相同階次的數字濾波器而言， IIR具有更高的精度。故為了在保證濾波質量的前提下提高速度，我們采用IIR濾波器。

? ? ? 3.1低通濾波器的設計

通過使用低通濾波器，我們希望能夠濾除高于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ECG的頻率范圍，我們選取截止頻率fc=99Hz，根據低通濾波器設計數據表，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n=4.根據Matlab的設計結果，得出算法程序的公式：

3.2帶阻濾波器的設計

通過實驗發現，單獨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濾波器。首先，設計橢圓函數濾波器的階數。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Matlab的設計結果，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，腔體各有一進出水口連接 三通電磁閥，三通電磁閥控制切換容量室內透析液的進出。如圖2a所示工作時，電磁閥V 1中下端相通，水在脫水泵驅動下進入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，經過送液傳感器。送液傳感器用以監測容量室透析液的流動，當檢測到容量室排盡時，發出控制信號切換電磁閥V1、V 2的工作狀態（如圖2b） ，電磁閥V 2中下端相通，水進入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。在容量室的容量固定的情況，送液傳感器對電磁閥切換進行計數即可精確的計算出透析液的送液量。透析液經送液傳感器進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 電機控制，精度為？ 5ml/ min，透析液的平均流量在（ 400~ 600） ml/min連續可調。當A液監測傳感器監測的透析液電導度及溫度監測值在設定范圍內時，旁路三通電磁閥V14左右端相通，電磁閥V15打開，透析液進入透析器，與血液進行離子交換后的廢液從透析器另一端流出，經過濾器、V15、透析壓力傳感器進入漏血檢測器。漏血檢測器是紅細胞探測 器，防止當透析器中的透析膜破裂后透析液進入血液，保證治療安全。

檢測靈敏度可調范圍為（ 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出報警。透析液壓力傳感器用以監測透析液壓力，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負壓泵進入脫氣室，廢液中混入的空氣集于密閉的脫氣室上方，脫氣室內浮動開關打開電磁閥V8排出空氣，保證了排液容量室流量精 度。透析廢液經排液容量室、排液傳感器、POD（ Pressure Offset Device）、熱交換器排出機器。負壓泵是個直流可調速泵，根據設定的病人脫水速度（ 0~ 5.99L/ h）控制泵轉速，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構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。病人的實際脫水量等于排液量減去送液 量，只要精確控制負壓泵的轉速，即可控制病人的脫水速度及總的脫水量，脫水精度達到？ 30ml/h.壓力補償裝置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入透析機的反滲水進行預熱。

在"消毒"、"酸洗"狀態時，主水路工作狀態 不變，只是旁路三通電磁閥V14右上端相通，電磁閥V15關閉，水流不進入透析器起到一個安全防護作用。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V9、V 10、V11、AB液沖洗腔進入主水路，對整個水路系統進行消毒及酸洗。

在/清洗0狀態時，主水路工作狀態同 /消毒0狀態，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，水由主管路經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血液透析機的水路系統與其它品牌的血透機（如Fr esen ius費森尤斯、Nikk iso日機裝等）相比，最大的特點是取消了超濾泵，由負壓泵同時完成負壓脫氣與超濾功能，配合進出液容量室及POD精確控制超濾，簡化了水路系統，降低了 機器成本，但實現了同樣的功能。

4結束語

作為便攜式監護儀器，硬件結構簡單、體積便于攜帶是其自身固有的特點。本文針對這些特點，提出了采用單極性供電方 式實現前置放大電路的設計思想，同時也論述了心電信號抗干擾的設計方案。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，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處理中加以詳細介紹。