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1系統組成原理

對于正常人來說，心臟的興奮主要是通過這樣幾個步驟完成的，首先是竇心房產生興奮，然后經過一定的時間和相關的圖形，將興奮傳遞給心室和心房，這樣就可以導致心臟興奮，所以，按照上述過程，心臟跳動的完整周期應該是包含一定的規律的，不僅僅是在次序以及時間上有規律，而且在電傳播的途徑與方向上都是有規律的。對于人體而言，生物電的變化終究會使得身體的各個部分隨著心跳的變化而發生很有節律的電變化，畢竟整個電變化的過程要隨著心臟的跳動并通過體液反映到我們的身體上，也就是說從我們身體表面來看，只要距離不是太近，不管具體的數值有多小，任意兩個存在一定距離的點之間一定是會有電位差存在，那么身體表面上不同的點其電位也是客觀存在的，但是畢竟由于心臟是處于不斷跳動的過程中，那么電位的分布就不可能是一成不變的，這種電位的分布要隨著心臟跳動導致的電活動而不斷的變化，所以電位差也不能是一個常數，必然是一種隨著心臟跳動而變化的周期性變化曲線。在醫學治療的過程中，我們經常會見到將幾個電極放到人身體的相應位置，通過對心臟跳動時產生的電變化進行記錄，這樣產生的圖形就是我們非常熟悉的常規心電圖（用ECG表示）。醫生可以通過觀察心電圖從而獲得患者的心臟的部分機能，對心臟有一定病變的患者來說，其心電圖一定和正常人會有所不同，從這個角度來看，心電圖對心臟疾病的初期診斷就有非常重要的作用，也是目前為止初步診斷心臟病的非常重要的手段，尤其是患者患有心律失常和心肌梗塞等常見心臟疾病，都可以通過心電圖進行初步診斷。一個完整的心電圖包含如下幾個主要的特征波形：P波，P-R間期，QRS波群，S-T段，T波，Q-T間期，U波，每個波形代表了不同的意義。經過對原始的電信號進行一定的調理以后，可以設計出圖2所示的原理圖，從圖中可知，采集到的胎兒的心電圖畢竟信號非常的微弱，而且還容易收到母體的干擾，所以必須要先經過一次放大的操作，然后為了進一步減少各種噪聲因素的影響，將此信號通過高通濾波器去除掉所有的低頻分量和直流分量，再經過進一步的放大，此時再次放大的作用就是為了滿足進行模數轉換的時候對信號幅度的要求，將此信號通過低通濾波器濾除掉高頻的分量，由于儀器設備使用的交流電頻率一般都是50HZ，為了消除這個頻率的干擾，特別的設計了兩個50HZ的雙T可調陷波器，為了進一步的提高數據采集的精度，又設計了右腿驅動電路，這樣就可以保證利用相關的激勵降低相關的交流干擾，比如說人體本身的內阻、皮膚的電阻等各種各樣可能產生的干擾，對醫護人員的要求也降低了許多，至少在操作上要簡單了很多。

2胎兒心電信號調理電路設計

為了進一步的提高胎兒心電圖儀系統數據采集的精度，又設計了右腿驅動電路，這樣就可以保證利用相關的激勵降低相關的交流干擾，比如說人體本身的內阻、皮膚的電阻等各種各樣可能產生的干擾，對醫護人員的要求也降低了許多，至少在操作上要簡單了很多。

3右腿驅動電路

總體來看人體畢竟是導體，那就意味著人和電源線以及任何大地之間分別存在著兩個電容CP和CB，必然會導致50HZ的工頻干擾會耦合到人體當中，而且放大電路部分和大地之間當然也會存在電容CS，所以說人體內流過的偏置電流就會使得人和大地之間存在這電勢Vp，心電檢測時兩個用來提取信號的電極和皮膚之間也存在著兩個未必完全相等的電阻，用Re1和Re2表示，這兩個電阻一般來看阻值可能有幾十千歐姆，特殊情況下可以達到幾百千歐姆，這樣就會將上文所述的Vp變成了兩個部分Vcm和Vim，前者表示的是人體與放大器之間的共模電壓，或者表示的是放大器和大地產生的差模電壓。前置放大電路U1,U2的兩個輸出端(TLC2652的6腳)，通過阻值相等的兩個電阻R56和R57取出共模電壓，送入如圖3所示的右腿驅動電路,該電路由U20及C78和R59組成。檢出的共模信號經過U20將其倒相，放大并反饋到人體上。這是個負反饋，促使共模電壓降低。人體的位移電流不流到地，而是流到運放的輸出端。采用右腿驅動電路后，可將50Hz的共模干擾電壓降低到1％以下。就心電放大器來說，這樣就減小了共模電壓的拾取，并且有效地使病人接地。同時可有效的減少屏蔽層和信號線間分布電容的影響。為達到A/D轉換器所需信號幅度，經由前置放大器放大后的信號，由后級放大電路進一步放大及濾波。

本文基于胎兒心電信號的特點，詳細介紹了胎兒心電信號調理電路各部分的設計。包括由TLC2652AI構成的前置放大器、右腿驅動電路、后級放大及高通濾波等電路的設計。該心電信號調理電路的設計，實現了高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲的要求。為整個胎兒心電圖儀的研制成功，提供了一個良好的前提。

作者:郭銳強單位:長春工業大學