一 正文

1 前言

前年，當我購買自己的臺筆記本電腦時，也算是煞費苦心，終于選中了一款自己覺得還可以，而且比較主流的機器。可是一年后當我再次踏入電腦商城時，忽然發現通過一年來對筆記本電腦的使用，我非但沒有更加熟悉筆記本，反而變得更生疏了。酷睿的處理器已經不再是宣傳的賣點，DDRII的內存也很少出現，主頻高出了我的預想……所有我了解的性能參數都仿佛來到了另一個時代。我不得不感嘆自己真的OUT了。記得大學節C語言課上老師說：“內存——我們心中永遠的痛！”覺得很是有道理。然而，當我年前再次把目光投向電腦市場時，卻發現情況似乎有了很大的改觀。內存好像已經不再是很大的瓶頸。受摩爾率指導的電子產品的更新速度簡直到了讓我無法理解的地步。我曾看到有人說：與其說是摩爾率在起作用，倒不如說是科技進步和市場需求在起作用。不過對我來說，無論是什么在起作用，這個世界的節奏都已經快到讓我很難靜下來思考的速度。

但是一旦靜下來思考，會想到什么呢？周圍所有的東西都在不停的發展。從綠皮火車到高鐵，從菜價到房價，從農村到城市……雖然周圍很多人都在罵罵咧咧的抱怨，但很少有人會覺得現在的日子不如一前。也就是說，無論生活、環境給了我們多大的壓力，我們還是在邁著前進的步子。然而前進的路上，又有誰和我們一道風雨兼程呢？

人類對于科技的應用雖然為自己開辟一條難得的前進之路，但同時也告知了我們的同伴應當何去何從。并不是所有的同伴都可以風雨同舟，因為有同伴躲在陰暗的角落里，在伺機向人類發起進攻。當然，被我們經常說道的生老病死中的病，便是在等候著專屬于它的時機。而人類個體的生命大多也是在它的陪伴下，走向終點。

疾病的迅速發展，不僅緣于它驚人的繁衍速度，還在于人類科學技術發展對其的指引。當我觀察人類與疾病的抗爭時，想到的卻是，當我還是一個孩子的時候，當我想要做的是大人們所不愿接受的事情時，大人們幾乎總是窮盡辦法來阻止我的行動，當然更多的是呵斥。但不管怎么說，在大人們的指引之下，終我還是在向一個對的方向前進。人類與疾病之間的斗爭，大人對小孩的指引，這兩者在某種程度上的相似，讓我萌生了一種想法：疾病是否就是那個在科技指引之下的孩子。

疾病的不斷發展，也從另一個角度不不斷督促著人類對自身的認知。這應該就是禍福相依的一種具體表現形式吧。正如人們由表及里，有外觀而內涵的認知規律一樣，疾病的發展抑或說前進方向也是如此。科技的發展使得原來極其棘手的疾病失去了它原有的恐怖外衣，但隨之而來的卻是以前從沒有出現過的難題。但無論怎樣這些我們都不能回避，因為這里的每戰斗都是關乎生死的抗爭。

所有人，正如在戰火席卷的國度中的人民一樣，無論愿意與否，他總會卷入與疾病抗爭的之中。而我們在這場抗爭中能做些什么呢？是像平民一樣任人魚肉，還是像極端的武裝分子一樣盲目抵抗。當然這并不是一個只有A、B選項的選擇題，我們可以窮盡所能給出自己滿意的答案。雖然，人類總是以自己的生生不息來證明自己的勝利。但是正如我開始所描述的情況一樣，疾病的進化速度也快的驚人。有時快到，甚至不給人類以思考的機會。你會發現，過剩的不僅是CPU，還有病原體。

當我很長時間之后，再次踏入醫院。卻發現原來可以通過注射藥劑治好的病癥，現在得改用輸液了。這讓我不得不承認，當今的世界，病菌的進步速度已經在我之上了。被世界遺棄，還是奮勇追擊，這的確是一個問題。當然，面臨的問題很多，但現在我又該做些什么？醫學對我來說是個很遙遠的，但正如距離軍人這種職業很遙遠的平民，在面對國家安全這種問題時總要做些什么一樣，似乎大家都應該出分力，而且還應當清楚“分”是“分內”的“分”。

現在，當我即將讀完四年大學時，從哪里來的問題，我不必花費什么心思，但是往哪里去的問題卻是不得不思考的。正如我前邊所描述的，周圍的一切都在發展，當然也包括老百姓的生活水平。這里我不是一個政客，我只是在描述自己的見聞。這樣就會形成一個我所見聞的關系網絡：科技、發展、疾病、生活、……無論是從一個即將步入職場的儀器類學生的角度，還是從一個具有社會責任心的公民的角度來看，醫療器械都將會是一個很有發展前景的行業，近來很多公司的產品動向和一些活動中的產品展示，也都肯定了這個判斷的正確性。如此看來，便捷的家用醫療儀器定然會走向千家萬戶，事實也正是如此。

由于母親高血壓的緣故，幾年前，家里就購買了家用的電子血壓計，以便于母親能及時知道自己的血壓狀況。有段時間母親一度想要購買一款心電圖機，因為聽說通過心電圖可以更好的了解自己的健康情況，不過終還是因為受限于獲取心電圖信息那些復雜方法難以學習，而只好作罷。這樣看來，一個家用holter監控器也確實有其施展的天地。

總體設計方案

1） 心電的特點：

1、微弱性。人體體表的心電信號很微弱，一般只有0.05-5mV。在測量中，對于如此微弱的信號，很難進行直接記錄或處理，必須通過放大器適當放大，同時必須濾波處理。

2、低頻特性。人體心電信號的頻譜范圍在0.05-100Hz，其能量譜主要集中在0.5-35Hz，頻率是比較低的。

3、高阻抗特性。作為心電的信號源，人體源阻抗一般較大，可達幾千歐姆至幾萬歐姆，這將給心電測量帶來誤差和失真。

4、不穩定性和隨機性。人體是在內部環境與外部環境相適應的條件下維持新陳代謝的，為適應外部環境的變化，人體內各種系統的活動都會在相互影響中不斷調整，以便與外部環境保持平衡，同時遺傳等因素也會造成人體的個體差異性，這使得人體心電信號表現出不穩定性和隨機性。

2） 心電信號的干擾

1、工頻干擾。由于日常供電網絡的存在，50Hz工頻干擾是常見的干擾，它是心電信號主要的干擾源之一。50Hz工頻干擾主要通過人體和測量系統輸入導線的電容藕合，以位移電流的形式引入，其強度足以淹沒心電信號。

2、電極極化電壓干擾。心電信號是通過緊貼在人體體表的電極提取的，而與電極接觸的是電解質溶液（導電膏、汁液或組織液等），這會形成一個金屬與電解質溶液的界面。由于電化學的作用，在二者之間會產生一定的電位差，稱為極化電壓。極化電壓的幅度一般較高，在幾毫伏到幾百毫伏之間。當兩個電極的狀態不能保持對稱時，極化電壓就會產生干擾，特別是在電極與皮膚接觸不良以致脫落的情況下更為嚴重，而且電極在皮膚表面的移動也會引起電位差變化。

3、肌電信號干擾。肌肉的興奮與收縮會引起生物電變化，而這些生物電將在人體表面產生一定的電位差。由于心電信號必須通過貼在人體表面的電極進行提取，因此同時肌電干擾信號也會被提取出來。肌電干擾信號是一種快速變化的電壓信號，其頻率范圍為20-5000Hz。

4、測量設備自身產生的干擾。信號處理所采用的電子設備本身也會產生噪聲，這種干擾一般都是高頻干擾，用低通濾波器就可濾除。

5、高頻電磁場干擾。隨著無線電技術的發展，各種頻段的無線電廣播、電視發射臺、通訊設備、雷達等電子設備的工作使空間存在著大量的電磁波。這些高頻電磁干擾可通過測量系統與人體連接的導線引入，并引起測量結果的不穩定，嚴重時會使測量系統不能正常工作，必須加以消除。

3） 電極的選取

電極是來攝取人體內各種生物電現象的金屬導體，也稱作導引電極。它的阻抗，極化特性、穩定性等對測量的度影響很大。

1、金屬平板電極。金屬平板電極是測量心電圖時常用的一種肢體電極，它是一塊鎳銀合金或銅質鍍銀制成的凹形金屬板，這種電極比較簡單，其抗腐蝕性能、抗干擾和抗噪聲能力較差，在微電流通過時容易產生極化，而且電位不穩定和電位隨時間漂移嚴重，信號失真也較大缺點。

2、吸附電極。吸附電極是用鍍銀金屬或鎳銀合制而成，呈圓筒形，其背部有一個通氣孔，與橡皮吸球相通，它是測量心電時作為胸部電極的一種常用電極。該電極不用扣帶而靠吸力將電極吸附在皮膚上，易于從胸廓上一個部位換到另一部位。使用時擠壓橡皮球，排出球內空氣，將電極放在所需部位，然后放松橡皮球，由于球內減壓，使電極吸附在皮膚上。但這種電極，由于只有圓筒底部的面積與皮膚接觸（即接觸面積小），從而使得它的阻抗和對皮膚的壓力很大，因此，不適用于輸入阻抗低的放大器和不宜作長時間監護之用。

3、圓盤電極。圓盤電極多數采用銀質材料，其背面有一根導線。有的電極為了減輕基線漂移及移位偽差在其凹面處鍍上一層氯化銀。值得注意的是，該電極在使用一段時間后必須重新鍍上氯化銀。

4、懸浮電極。懸浮電極分為性和性使用的二種。其中性懸浮電極又叫作帽式電極，其結構是把鍍氯化銀或燒結的Ag-AgCI電極安裝在凹槽內，它與皮膚表面有一空隙。使用時，應在凹槽內涂滿導電膏，用中空的雙面膠布把電極貼在皮膚上。由于導電膏的性質柔軟，它粘附著皮膚，也粘附著電極，當肌肉運動時，電極導電膏和皮膚接觸處不易發生變化，起到接觸穩定的作用。性懸浮電極也叫作鈕扣式電極，其結構是將氯化銀電極固定在泡沫墊上，底部也吸附著一個涂有導電膏的泡沫塑料圓盤，使用前，圓盤周圍粘有一層保護紙，封裝在金屬箔制成的箱袋內，用時取出，剝去保護紙，即可使用。

5、軟電極。為了克服由于各種硬質電極與皮膚貼附不緊密而當人體有所活動時，電極與體表之間的接觸可能會改變原來的狀態而引起意外的移位偽差，而生產出了軟電極。一種常見的軟電極是貼在膠布上的銀絲網電極。使用時，只需把銀絲網涂上導電膏后貼在所需的人體部位即可。另一種軟電極是在13um厚的，聚脂薄膜（Mylar）上鍍一層1um厚的氯化銀膜而制成的。整個電極的厚度僅為15um，質地十分柔軟。它適用于檢測、監護早產兒心臟變化功能。

6、干電極。干電極是利用固態技術，將放大器與電極組裝在一起所示。使用時不必涂上導電膏而波形又不失真，但必須要一個輸入阻抗很高（Zsr》109Ω）的前置放大器相匹配。

出于對本設計方案的綜合考慮，使用平板電極。

4）總體設計方案

在了解了心電信號的特點之后，綜合考慮諸如：環境干擾、電極選擇、心電導聯體系、本設計的預期目標、以及USB Startkit & Etherner Startkit的優勢，總體設計框圖如下：

硬件設計

心電信號輸入緩沖電路

心電信號從人體經電極首先進入緩沖電路，包括低通濾波和電壓跟隨兩部分。無源低通濾波的截止頻率為：

放大和右腿驅動電路

由于心電信號具有微弱、低頻、不穩定、易受干擾等特點，使得心電信號的模擬放大環節非常關鍵，尤其是心電前置放大器直接跟被測信號相連，其設計和選擇直接影響整個測量系統的工作性能。這就要求所采用的放大器必須有低噪聲、低漂移、低失調參數、高共模抑制比、高輸入阻抗、非線性度小等特點。儀表放大器可以很好的滿足上述要求。

右腿信號采集電路專門用來消除由人體引入的共模干擾，又稱右腿驅動電路。該電路一般從前級放大電路的增益調節電阻處提取反饋信號，并將反饋信號輸入反向放大器的負端，放大后接到人體右腿。右腿驅動電路可等效為以人體為相加點的共模電壓并聯負反饋放大電路，它可以大大降低人體共模電壓的影響，使共模干擾降低到1%以下，而不會損失心電信號中的有效信號。

高通和低通濾波電路

50Hz陷波電路