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心电图面临的六大挑战及应对措施

与非网?? 2012年01月31日 ?? 收藏0

挑战5:电噪声

ECG信号可能会遭到多种干扰源破坏,包括电力线干扰、电极与皮肤之间的接触噪声、运动伪像、肌肉收缩、来自其它电子设备的电磁干扰等。任何数量的干扰源都可能引起ECG基线偏移,或者显示出电噪声。对于临床医生,最重要的是ECG信号清晰可读,所有电噪声的总和尽可能小,不致影响ECG诊断。对于诊断性ECG应用,噪底应满足10 μV峰峰值要求。

ECG设计师必须采取措施滤除或消除所有这些噪声源。对等效输入噪底的要求随应用而异。对于监视级系统,如心率监护仪(HRM)等,规定0.5 Hz至40 Hz带宽内大约25 μV峰峰值的等效噪声值一般就足够了。在某些情况下,为了极大地降低系统功耗,可以允许较高的噪底。即便在监视级应用中,噪底也要求低于25 μV峰峰值,因此必须全面了解临床环境和算法要求。

设计一个完全诊断性12引脚ECG系统(10个电极)时,带宽可能低至0.05 Hz到150 Hz,或者宽至0.05 Hz到2000 Hz。起搏信号检测要求将带宽进一步提高到至少100 kHz。

例如,在动态监护仪中,对ECG波形ST段的评估用于确定STEMI(ST段抬高心肌梗死);可以选择0.05 Hz至40 Hz的带宽来帮助降低整体噪底,即使要付出评估40 Hz以外较高频成分的代价。在其他监护仪中,带宽可以是0.05 Hz至150 Hz,甚至250 Hz,具体取决于病人和评估意图。

其它噪声考虑包括电缆移动,它可能产生低频噪声(除非构建得当),以及突发噪声,也称为散粒噪声或电报噪声。此类噪声会妨碍医生看到心脏周期不同部分的重要信息,包括ST段。

为了处理噪声问题,ADI公司使用多种电路技术来消除典型输入放大器的1/f噪声,同时仍然保持较低的高斯噪声和出色的线性度。ADI公司CMOS工艺将电报噪声降低到非常低的水平。

挑战6:电磁兼容性(ECM)和射频干扰(RFI)

必须防止ECG子系统受到各种外部和环境辐射影响。例如,邻近的医疗设备以及环境中的高频工业或消费电子设备,可能产生相当大并具有复杂调制和传输协议的电场和磁场。干扰信号可能通过传导或辐射发射到达ECG前端。

因此,设计师必须在设计过程的早期就考虑关于辐射发射、辐射敏感性、抗扰度、传导发射和传导敏感性/抗扰性的管制标准。由于全球大气污染,越来越难以找到一个能够对设备进行全频谱测试的开阔试验场地(OATS)。在某些国家和地区,现在可以用全高10米的测试室代替OATS。

系统设计师必须与EMC测试机构合作,按照IEC60601第三版及其衍生标准的规定,确定基本性能的等级。在正式通过无法被认可时,还必须将读数余量规定为在某一特定频率具有0.1 dB余量,因为多个地点的OATS与10米测试室的读数之间可能存在高达±4.0 dB的偏差。通常,8.4 dB余量视为保守要求。

设计师应当检查ECG的PCB尺寸、连接到系统其余部分的数字和/或模拟I/O、输入电源形式、接地和法拉第屏蔽;法拉第屏蔽有助于防止保护二极管和ECG设计中嵌入的其它电流检测到辐射发射。ECG电缆本身在与电缆长度相关的特定频率时可能发生谐振。如果这些谐振之一受内部时钟或ECG设计内部的发射极激励,设计可能难以符合B级标准。因此,各种电缆上可能需要共模/差分扼流圈和线上铁氧体电感。

正式测试之前,设计师可以考虑用一系列的电场和磁场探针来嗅探设计,并通过频谱分析仪确定辐射频率和谐波。执行一系列预扫描可以确定热点频率的位置及其与限值的接近程度。然后查阅辐射源列表,设计师就能确定此发射极是否需要法拉第屏蔽,或者降低信号边沿速度是否就足够了。系统内部的某些电缆可能需要铁氧体电感或其它滤波器来抑制谐振或高电平发射极。

另一种解决方案是选用符合辐射发射和输入辐射敏感度要求的高集成度、小型封装器件。ADAS1000 ECG AFE满足这些需求,是市场上首款集成导联断开检测、呼吸监测和起搏器脉冲检测的单芯片器件。

结束语

ECG子系统设计需要应对安全和信号处理方面的众多挑战,包括小信号、宽带宽要求、电力线和环境的干扰,以及希望在保持极低功耗的同时,使用极低噪声的ECG放大器。设计师可以利用丰富的信息资源来开发安全、可靠、高性能的ECG设计。作为信号处理技术的领先者,ADI公司提供广泛的解决方案来帮助设计工程师克服所有主要的ECG挑战。


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心电图? 心脏复律除颤器? RFI?

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