ECG系統(tǒng)功能與進展

　　ECG機的基本功能包括ECG波形顯示（可以采用LCE屏幕或打印紙介質(zhì)）、心律指示及采用按鍵的簡單用戶界面。越來越多的ECG產(chǎn)品中需要更多的功能，例如用方便介質(zhì)做病人記錄的存儲，無線/有線傳輸，以及在有觸摸功能大型LCD屏的2D/3D顯示等。

　　多級診斷能力也在為醫(yī)生和沒有特殊ECG訓練的人們提供幫助，讓他們理解ECG圖形，以及對某些心臟狀況的提示（下面會討論Monebo算法）。當ECG信號被捕捉和數(shù)字化時，將被送去做顯示和分析，分析工作涉及更進一步的信號處理。

　　信號采集的挑戰(zhàn)

　　ECG信號的測量可能極具挑戰(zhàn)性，因為存在著大的DC偏壓，以及各種干擾信號。一個典型電極上的這種電勢可以高達300mV.干擾信號包括來自電源的50Hz/60Hz干擾、由于病人活動而造成的運動干擾、電外科設備的射頻干擾、除顫脈沖、起搏器脈沖，以及其它監(jiān)護設備的干擾。

　　對于不同的最終設備， 一臺ECG將需要不同的精度和帶寬：- 頻率在0.05Hz~30Hz之間的標準監(jiān)護需求；- 頻率從0.05Hz~1000Hz的診斷型監(jiān)護需求。

　　采用高輸入阻抗儀表放大器（INA）可以抑制掉一些50Hz/60Hz的共模干擾，它消除了兩個輸入端上共同的交流線噪聲。要進一步抑制線路上的電源噪聲，可將信號反向，再由一個放大器通過右腿回送給病人。只要幾微安甚至更小的電流，就可以顯著提高CMR，并保持在UL544的限制范圍內(nèi)。另外，50Hz/60Hz的數(shù)字陷波濾波器也可以進一步降低這種干擾。

　　模擬前端的選項

　　對于便攜ECG而言，優(yōu)化模擬前端的功耗以及PCB區(qū)非常關(guān)鍵。由于技術(shù)的進步，現(xiàn)在有幾種前端的選擇：

　　- 采用低分辨率ADC（需要所有的濾波器）；

　　- 采用高分辨率ADC（需要少量濾波器）；

　　- 采用Σ-Δ ADC（不需要濾波器，除INA外不需要放大器，無DC偏移）；

　　- 采用順序或同步采樣方案。

　　當使用低分辨率（ 16位）ADC時，信號需要顯著地提高增益（通常是100x~200x），才能達到所需分辨率。當使用高分辨率（24位）ADC時，信號需要4x~5x的適度增益。這樣就可以省掉第二個增益級，以及用于消除DC偏移的電路。這樣就從整體上減少了面積和成本。另外，Δ-Σ方案還保留了信號的全部頻率分量，從而為數(shù)字后處理帶來了極大的靈活性。

　　當采用順序采樣方案時， 每個通道都將ECG的導線復用到一個ADC上。此時，相鄰通道之間有一個確定的扭曲。當采用同步采樣方案時， 每個通道都有一個專用ADC，因此通道之間沒有扭曲。

　　飛思卡爾有大量低成本的開發(fā)板，叫做MED-EKG模塊，這是一種極其萬能的系統(tǒng)，設計者可以快速地建立一個心電系統(tǒng)的原型。當用作飛思卡爾Tower系統(tǒng)的一部分時，設計者可獲得一個全功能的系統(tǒng)，通過一個定制設計的電路板，只要更換套件中的任何單個模塊，就可以方便地修改、更換或升級成一個定制的設計。

　　另外， 采用Monebo Kinetic ECG算法也使設計者能夠為用戶提供對ECG波形的信號處理與解析，從而幫助保健專家獲取心臟的參數(shù)。它提供高度精確的QRS（在一個典型心電圖上能看到的一組三個相連波-通常為心電圖軌跡中最重要、目視最明顯的部分）檢測，并能對多達16線的ECG捕捉數(shù)據(jù)做特征提取、心拍分類、間隔測量及節(jié)律分析等。

　　無觸點ECG不再是科學幻想。Plessey半導體公司與英國蘇塞克斯大學開發(fā)了電勢集成電路（EPIC）傳感器，這是一種電勢檢測（EPS）技術(shù)，這種傳感器的陣列只要裝在病人的胸口，就可以獲得相當于12線ECG的讀數(shù)，而沒有一堆導線、導電膠和容易脫落的電極。

　　肺

　　醫(yī)用呼吸機（也叫輔助呼吸機，或機械式呼吸機（MV））能將空氣推入病人的肺內(nèi)。呼吸機可以在重癥監(jiān)護治療中用作人工呼吸，或家庭中治療呼吸暫停疾病?，F(xiàn)代設備采用了智能電路，能夠混合氣體，或根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)確定一個固定或受控的風扇速度。意法半導體公司的解決方案包括所需要的全部半導體器件，以及通過批準的軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)安靜且可靠的運行。

　　自從機械式呼吸機發(fā)明并在醫(yī)院和保健機構(gòu)中使用以來，它已經(jīng)拯救了很多人的生命。但重癥監(jiān)護病房（ICU）中用MV存活時間超過一周的病人會增加患醫(yī)療并發(fā)癥如呼吸機相關(guān)肺炎（VAP）及院內(nèi)感染的風險，在ICU中的死亡率高6倍。見圖6.

　　圖6，典型的輔助呼吸機框圖

　　使用MV病人的橫隔膜肌會快速萎縮，隨著時間推移而越來越難以脫離呼吸機。

　　Avery Biomedical開發(fā)了一種呼吸起搏系統(tǒng)，它采用射頻（RF）耦合的接收器，能同時發(fā)送電源和信號。其重要性源于以下兩點：

　　1. 不存在植入的電池，因此沒有內(nèi)部損耗問題。除非機械損壞，否則對任何病人，植入體都可望終生使用，而與年齡無關(guān)。

　　2. 植入部件和外置部件之間沒有經(jīng)皮的連接。由于病人的皮膚沒有損傷，因此沒有對皮膚損傷的長期保護問題，也沒有慢性感染風險。