一种Android平台的便携心音心电实时采集系统

　　【论文摘要】针对传统心电仪及心音听诊设备相互独立且不易携带的缺点，设计并实现了一种基于Android平台的便携式心音心电采集系统。该系统由心音和心电采集及信号调理模块，蓝牙数据通信模块和Android系统上位机构成。首先在心音与心电采集与放大电路中将信号进行分别放大和去噪处理，然后通过模数转换将处理后的信号经由蓝牙模块发出；最后使用Android平台设备上位机程序对采集到的心音与心电信号进行接收与实时显示。实际效果表明，所设计的信号调理电路能够有效滤除外界噪声干扰，可以清楚地分辨信号的诊疗特征，极大程度上克服了现有诊断设备的诸多缺点，为个人健康监护以及医务人员外出诊断都提供了一个良好的解决方案。
　　【论文关键词】Android平台；心音；心电；便携式采集系统
　　0引言
　　随着现代生活条件水平的提高，人类饮食结构与睡眠规律都发生了显著变化。人们摄入的胆固醇和各类动物脂肪已经大大超出人体的健康日摄入量，同时社会的压力以及各种不良生活习惯，都直接或间接导致了心脏疾病发病率的明显增加。
　　心电信号和心音信号是心脏肌肉进行工作时产生的生理信号，对心电和心音信号的分析，是诊断心脏疾病的重要手段和标准。心电信号对于检测常见心脏病，特别是心机梗塞和心律失常而言，相对于其他的诊断手段具有快速便捷、简单实用、费用廉价以及无创伤等优点。但对于一些心脏组织自身的病变，并不会直接在心电信号中反应出来，但却能在心音信号中较好的体现出来，比如先天性的变力性心中瓣膜受损即是如此[1]。因此心电与心音信号是不可相互取代的一组极重要的信号，在临床诊断中最合适的诊断途径是两种信号相结合，共同完成心脏疾病的诊断。
　　对于医生出诊以及家庭日常使用而言，一款通用价廉的便携式心电与心音实时采集系统是非常有必要的，而智能手机的普及，给这种方案提供了极大便利[2]。本文设计了一种基于Android系统的便携式心电与心音信号实时采集系统，由前端传感器采集到的心电和心音信号能实时在上位机上显示并储存，进而达到后继详细诊疗的目的。
　　1心电与心音信号采集及调理电路
　　本文所设计实现的采集系统框图如图1所示。
　　图1系统流程图
　　由于心电和心音信号比较微弱，易受干扰，因而在设计放大电路时均采用多级放大器进行放大，并加以滤波，以得到较为理想的信号波形。传感器所采集到的毫伏级信号在经过前置放大电路进行初步放大后，再通过带通滤波器进行滤波处理，之后送入中间级和后级的放大电路放大，得到的信号可用于A/D转换等后期处理。
　　1.1心电信号部分
　　心电信号可由传统的v6导联的采集位进行采集，右腿驱动补偿采集点在右脚处。本文所设计的心电信号采集电路由前置放大电路、右腿驱动电路、带通滤波电路、陷波器电路和后级放大电路组成。
　　1.1.1前置放大电路
　　通过人体电极传导出来的心电信号十分微弱，而前置放大的精度将影响到整个电路系统的最终效果，所以必须选用低噪声抑制性能比较好的运放。AD620是一款比较优秀的仪表放大器，具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性，而且有贴片封装形式，大大提高了电路的集成度。采集到的两路原始信号输入AD620后，通过可调电阻Rg的阻值能够改变放大倍数。由于输入信号是两个电极点间的电位差，易造成AD620的静态工作点偏移，使之进入截止或饱和状态。为了避免这种情况，基于AD620的前置放大器电路的增益不能太大[3]，在系统设计过程中，此电路的增益可由下式进行计算：
　　[1+R3+R4RgR3+R4+Rg≈21]（1）
　　1.1.2右腿驱动电路
　　在人们周围通常都环绕着市电供电电路，因人体皮肤电阻阻抗不相等而引起的电压分配效应，使得采集到的信号受到市电交流电路干扰，要消除交流干扰，右腿驱动电路是一种较好的方法[4]，其在信号采集的过程中可起到减少共模干扰的作用。右腿驱动电路所使用的运算放大器为OPA2134，其原理是从R3和R4中取出的人体共模电压反向加载到人体，消除分布电容以提高共模抑制比。右腿驱动电路与前置放大电路如图2所示。
　　图2右腿驱动与前置放大电路
　　1.1.3带通滤波电路
　　心电信号的频谱范围主要集中在0.05～100Hz之间，需要用带通滤波器来滤除不必要的高频成分。带通滤波电路也沿用运算放大器OPA2134作为放大器件，电路构造一个截止频率为100Hz的低通滤波器和一个截止频率为0.05Hz的高通滤波器，均采用压控电压源二阶滤波电路。
　　1.1.4陷波电路
　　在采集过程中，外界干扰源为50Hz的工频干扰尤为突出，滤除工频干扰的主要手段就是构造一个陷波电路，其可有效的抑制工频干扰[5]。本系统中陷波电路图如图3所示，其中运放U4，R13～R20和C9～C12组成了陷波频率为50Hz的双T有源陷波器。
　　图3陷波电路

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