高可靠性心臟監護儀設計詳解

　　作者：意法半導體公司 Adriano Basile， Fabrizio Librizzi

　　前言

　　提升生活品質當然是改變日常生活方式開始，但是，監視健康參數和具體的營養方案有助于降低高血壓、血脂異常和肥胖癥的發病率。改變生活方式對年輕人同樣有益。美國運動醫學會 （ACSM）發布一些國際健康生活方式指引并在美國高中執行。如果不改變日常生活方式，當步入中年時，周運動量將會少得可憐。事實上，周運動量少于1小時的中年女士死于心血管疾病的概率是運動量較多的同齡女士的兩倍 （見圖 1）。

　　既然監視生活方式和健康參數已成為正確診斷病癥的重要因素，本文將介紹一個新的能夠監視心臟及其間接參數的儀器。

圖 1： ACSM推薦高品質的生活

　　全世界各國的醫療保健支出都在增長，呼聲越來越高的慢性病和傳染病預防治療方案是各國政府需要解決的問題，這使科醫療健康向所謂的“病患保健與自理”方向發展。病患幾乎不再被動接受醫生的護理建議，而是在醫生的指導下，能夠更好地自理。這就產生一種有健康意識的很多政府機關和獨立組織也提倡的生活方式。

　　圖 2： 床式心電監護系統

　　這一新的設想適用于越來越多的保健站（PoC）。保健站分布在城市的鄉鎮和村莊中，被視為進入公共醫療健康組織的第一個入口，人們想要在保健站咨詢配備快速診斷工具的醫療人員。其中，心電監護儀（ECG）是最基本的診斷儀器。保健站的心電監護儀通常是電腦輔助型心電監測機，這種機型沿用傳統床式心電監護系統（圖2）的模擬子系統，使用PC機處理并顯示數據。在這種硬件配置中，PC機扮演兩個重要角色：保存和檢索心電數據；管理系統采集的數據。

　　最近的研究證明，連續診斷反饋數據可增強人們持續改進生活方式的意志。健康遠程監護顯然是個人醫生與病患保持直接聯系的解決方案。

　　意法半導體的 D-ECG心電監護儀方案

　　電極是采集心電數據的傳感器（圖3），將活的生物組織內的離子電流轉換成電子醫療儀器的模擬前端能夠檢測的電子電流。為理解心電圖等生物電信號產生的原因，我們應該考慮下面幾個要素：

　　1. 心肌細胞的電活動；被置于與體液成份相同的同質水浴培養基中的單個心肌細胞的電活動導致的細胞外電勢；

　　2. 置于一個大型含體液離子成份的導電介質中的大量心肌組織的電活動導致的細胞外電勢；

　　3. 這些細胞外電勢與身體表面記錄的總電活動即心電圖信號之間的關系

圖3： 心電信號波形

　　對診斷有重要意義的心電信號頻率范圍在0.05－250 Hz之間，為確保完美捕獲信號，模擬前端必須能夠放大心電圖信號，濾除非生物信號（例如，電源線噪聲）以及無關的生物干擾（例如EMG），并集成一個在 80 – 120 dB范圍內共模抑制比（CMMR）優異的高增益差分放大器。

　　在心電監護系統內，計算機存儲器、顯示器和打印機都是用于保存和顯示心電數據。心電監護儀的電極通常情況下被固定在患者身體上（見圖2） ，這些電極連線被稱之為導聯線（I， II， III， aVR， aVL， aVF， V1， V2，V3， V4， V5， V6）。

　　例如：

　　· 導聯 I = RA – LA （右臂 – 左臂）

　　· 導聯 II = RA – LF （右臂 – 左腳）

　　· 導聯 III = LA – LF （左臂 – 左腳）

　　· aVR 是在右臂取得：

　　· aVL 是在左臂取得：

　　· aVF是在左腿取得：

　　· V1 是置于胸骨右緣第四肋間的電極與VWCT的差值

　　本文選自電子發燒友網9月《智能醫療特刊》Change The World欄目，轉載請注明出處！