动态心电心音信号同步检测系统

　　设计了一种动态心电心音信号同步检测系统，对系统的整体设计方案进行了介绍，采用内置A/D的MSP430F149单片机和USB通信接口传输的采集系统进行同步采集、实时存储，并用VC++6.0开发了客户定征分析软件系统。最后经过临床验证，本系统误差小，实用意义很大。

　　引言

　　目前临床存在着动态心电和心音图检查相分离状况，二者不能同步采集数据、进行同步分析，即使有也只是短时、瞬间的心音心电检测，而无连续长时间记录心电和心音的同步动态检测仪，因此为心血管疾病的早期准确诊断和进行心血管病的发病机理并及早预防研究带来一定的困难。为此，开展对动态心音心电同步定征检测技术分析研究，可为心血管疾病的早期诊断提供理论和关键技术基础。

　　本系统是以心电心音同步定征检测为目标，设计了相应的电路和同步采集系统，并进行了临床实验验证。本系统填补了现在临床不能进行心电和心音同步实时采集的空白，同时仪器操作简单，体积小巧便于携带，功耗低，在医院和家庭都可使用，且所用检测方法可以辅助医生更快速、更准确地做出诊断，减轻病人的痛苦甚至拯救病人的生命。

　　1 系统硬件设计

　　1.1 系统总体设计方案

　　本系统主要由两部分组成：模拟部分和数字部分。模拟部分由心电和心音两个回路组成，心电回路由心电电极、前置放大、光电隔离、滤波电路、电平抬升电路和后置放大电路组成，主要是将人体获得的微弱心电信号变成没有负值的、干扰和噪声较小的、放大在MSP430F149采集范围之内的模拟信号，然后送入内置A/D转换的单片机中。心音回路由心音传感器、心音放大、有源滤波、绝对值检波和后置放大电路组成，主要也是获取准确的不带干扰和噪声的微弱心音信号并放大到MSP430F149采集范围之内。两个回路是同步检测的。数字部分由A/D转换、MSP430F149单片机、USB通信接口电路和PC机组成，以MSP430F149单片机作为核心器件，实现对系统工作流程的控制，既能满足速度要求又成本简单，体积小巧，便于携带。数字系统主要是将前面的模拟信号数字化，并以单片机作为下位机，PC机作为上位机，将单片机采集到的人体心电和心音信号通过USB接口电路传给上位机，通过PC机强大的运算能力对数字化的人体心电和心音信号进行分析处理及显示。采用双通道、双采样率、高精度同步数据采集方法实现心音和心电信号同步检测。系统总体原理框图见图1。

　　1.2 模拟电路部分

　　1.2.1 心电前置放大

　　由于人体心电信号是频率范围约为O.05 Hz～150 Hz、幅度约为0-4 mV的低频微弱信号，且测量时噪声背景却很强，故需前置放大，且要求具有高输入阻抗和高共模抑制比，所以我们设计了具有屏蔽驱动和右腿接地电路以及抑制高频电刀干扰的同相差模放大电路，放大倍数约为20。具体电路图见图2。

　　2 系统软件设计

　　本系统软件包括单片机采集和控制软件以及PC机客户软件两部分。单片机部分主要包括A/D数据采集模块和USB通信传输模块。

　　单片机控制程序由三部分组成：第一，初始化单片机和所有的外围电路(包括PDIUSBDl2);第二，主循环部分，其任务可以中断;第三，中断服务程序，其任务是对时间敏感的必须马上执行。根据USB协议，主机首先发令牌包给PDIUSBDl2，PDIUSBDl2接收到令牌后就给单片机发中断，单片机进入中断服务程序，首先读PDIUSBDl2的中断寄存器，判断USB令牌包的类型，查询是进行数据采集还是进行数据传输，如果是数据采集则进入数据采集模块，如果是数据传输则进入USB通信传输模块。

　　PC机的客户端应用程序是在VC++6.O环境下开发，主要完成对采集到的数据进行接收、存储、分析处理、实时显示和定征分析功能。心电图和心音图可以独立显示，也可以同步显示。

　　3 实验与结果

　　利用本仪器临床采集了50例健康大学生和50例心率失常患者的心电和心音信号，采集波形见图4，并对这些信号一一进行定征分析，心率失常误判率仅为5%。

　　4 结论

　　本仪器具有操作简便、测量准确可靠、功耗低、体积小、便于携带、具有强大数据分析处理功能，且可实现心电心音同步采样等特点，填补了现在临床不能进行心电和心音同步实时采集的空白。