基于双电极的心电测量方法及仪器*郝红伟,马伯志,李路明,曹洋(清华大学宇航技术研究中心,北京100084)摘要:目的研究使用双电极的心电测量方法设计微型低功耗仪器。方法分析心电测量仪器的结构及产生共模干扰的机理,使用微处理器、仪表放大器、运算放大器、RS-232收发器设计微型低功耗的心电测量电路,用PDA为测量电路供电,接收数据并运算、存储和显示。结果研制的仪器满足心电测量的要求,且测量电路板尺寸只有4.0cm@1.5cm,功耗分别为15mW(含通信电路)和3mW(不含通信电路)。结论本文设计的基于双电极的心电测量方法和仪器,可用于植入式、穿戴式或便携式心电测量。关键词:双电极;心电图;低功耗;共模干扰中图分类号:R318.6文献标识码:A文章编号:1002-0837(2007)05-0372-04MethodandInstrumentforECGMeasurementBasedonTwoElectrodes.HAOHong-we,iMABo-zh,iLILu-ming,CAOYang1SpaceMedicine&MedicalEngineering,2007,20(5):372~375Abstract:ObjectiveTodevelopthemethodandminiaturizedlow-power-consumptioninstrumentforelectrocardiogram(ECG)measurementbasedontwoelectrodes.MethodsStructureoftheECGin-strumentandmechanismofcommon-modeinterferencewereanalyzed,andtheminiaturelowpowerconsumptionECGmeasuringcircuitwasdesignedusingmicroprocessor,instrumentationamplifier,operationalamplifierandRS-232transceiver.PDApoweredthemeasuringcircuit,thenreceived,calculated,storedanddisplayedthemeasurementdata.ResultsThedevelopedECGin-strumentfulfillstherequirementsofECGmeasurement,andthesizeofthecircuitwasonly4.0cm@1.5cm,powerconsumptionwasonly15mW(includingcommunicationcircuit)or3mW(with-outcommunicationcircuit).ConclusionThemethodandinstrumentbasedontwoelectrodesdeve-lopedinthiswork,canbeusedinmiplantable,wearableorportableECGmeasurements.Keywords:two-electrodes;electrocardiogram(ECG);lowpowerconsumption;common-modeinterferenceAddressreprintrequeststo:HAOHong-we.iTsinghuaSpaceCenter,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China心血管病被视为/世界公众健康的头号敌人0,为及时了解心脏的状况,ECG检查已成为最主要的手段。理论上,人体任意两点之间都存在心电引起的电位差,两个电极即可实现心电测量。但是,在采集心电信号过程中,必须设法消除或降低来自交流市电共模电压的干扰,工程上常用/右脚驱动0的方法来消除,因此在几乎所有的常规心电和动态心电测量中,得到一个导联的心电信号需要使用3个电极[1]。例如,载人航天工程中和其它远程心电监护通常使用4个电极获得两个导联的信号,当前的单导联心电监护仪通常连接左手、右手和右脚3个电极[2]。在通常情况下,使用更多电极获得多导联的心电信号有助于疾病的诊断,但是随着植入/介入医学和远程医学的快速发展,为进一步突出小型修回日期:2007-02-26通讯作者:郝红伟haohw@tsinghua.edu.cn*基金项目:国家863计划资助(2006AA02Z4E9);国家科技支撑计划资助(2006BAI03A18)便携和使用方便的特点,在某些特殊情况下不得不进一步减少测量电极的数量,因此国外逐渐开始关注双电极测量心电的技术[3-5]。近年,美国Medtronic公司推出了新型的微型化人体植入式Holter装置,即植入式心电记录器(insertablelooprecorder,ILR),手术植于患者胸前皮下,通过两个电极记录心电(电极间距38.5mm),使用寿命可达14个月,在临床应用中,对不明原因晕厥的诊断率达80%以上,对短暂发作的心律失常的诊断率高达83%~94%,应用越来越广泛[6-7]。在国内,尚未见通过双电极进行心电测量的文献报道,为此,本文提出的新型双电极心电测量方法和装置,具有微型化、便于使用和低功耗的特点,适应植入式和体表心电图测量的需要。系统概述整套系统包括PDA和ECG测量电路,二者用电缆线实现电源供给和信号传输。ECG测量第20卷第5期航天医学与医学工程Vo.l20No.52007年10月SpaceMedicine&MedicalEngineeringOct.2007电路包括2个电极、前置放大器、滤波器、主放大器、AD转换器、微处理器和通信电路组成,如图1所示。前置放大器将两个电极的信号进...
