基于ARM9處理器的家用遠程醫療監護終端

　　遠程醫療是網絡科技與醫療技術相結合的產物，隨著我國經濟的發展、科技的進步以及進入老齡化社會的需要，發展遠程醫療已成為一種必然趨勢。遠程醫療從使用對象上可分為:面向醫院的遠程醫療系統和面向家庭的遠程醫療系統。面向家庭的遠程醫療系統的功能包括:遠程“看醫生”、遠程監護、遠程醫學信息查詢 /咨詢等。

　　國外的遠程家庭醫療更加注重遠程“看醫生”，個人/ 患者在家中就可與醫生進行實時語音、圖像信息交流,可實現在線檢測人體生理信號并給出診斷。這種系統是以視頻會議系統為核心，但目前還難以在我國普及，原因一是該系統的價格太貴，一般家庭承受不起;原因二是受到通信信道帶寬的限制，國外一般使用綜合業務數字網(ISDN)，而我國現在普及到家庭的是普通電話系統(POTS)，盡管通過這也可實現雙向視頻傳輸，但在圖像分辨率、每秒傳輸圖像楨數等方面，難以達到遠程醫療的要求。作為遠程醫療的重要內容之一的遠程監護，其傳輸的只是人體生理信號，其所需的通信速度通過普通電話線就可以滿足。因此，考慮到我國互聯網用戶呈逐年增長趨勢，發展遠程監護更加符合我國國情。

　　系統結構與功能

　　系統采用B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務器)模式設計，使用該模式的最大好處是減少開發工作量、運行維護比較簡便。將B/S模式引入嵌入式網絡設計，改變了過去需要同時開發上位機和下位機軟硬件的做法，現在只需要在下位機(服務器端)的嵌入式設備中集成一個微型服務器，利用 HTML(超文本標記語言)設計網頁模塊，就可在上位機(瀏覽器端)使用IE等瀏覽器接收和解析此模板，從而為用戶提供一個視覺效果好、操作方便的工作界面。

　　首先基于ARM9處理器S3C2410A和嵌入式Linux操作系統，設計出支持嵌入式Web Server的開發平臺，再通過移植嵌入式Web Server—boa，配合數據采集和處理等模塊，構造一套適用于家庭的便攜式遠程醫療監護終端。在監護終端，利用生物電引導電極采用標準三導聯方式將人體心電信號拾取出，經導聯線傳輸到信號調理模塊，經該模塊的濾波、放大后得到初級的生物電信號，再經由S3C2410自帶的ADC引腳送入Web服務器模塊，心電信號在此模塊中經過各種運算分析后得到反映心臟特征的信號， LCD上實時的顯示心電波形和病人的個人信息，同時將心電信號存儲于片外Flash ROM中，終端通過以太網口接入以太網，以實現與監控中心的遠程交互。系統框圖如圖1所示。

　　圖1 系統框圖

　　硬件電路設計

　　信號調理電路模塊

　　心電信號的檢測是屬于強噪聲背景下的微弱信號檢測，信號具有微弱、低頻、高阻抗、不穩定和隨機等特點。此信號的主要頻率范圍為0.05~100Hz, 幅值范圍為0.5~5mV。微弱的心電信號還受到多種干擾，其特征被淹沒在復雜的信號之中。又由于生物電引導電極在拾取人體電信號時與人體接觸會產生極化電壓。因此，為了滿足檢測要求，信號調理電路必須要較好的抑制各種干擾、不失真的放大心電信號。本設計中，信號調理電路模塊主要包括前端電路、信號放大電路和陷波電路。電路框圖如圖2。

　　圖2 信號調理電路框圖

　　前端電路

　　前端電路作為信號調理電路的第一級，其功能主要是為了抑制環境中的干擾噪聲、提高前置放大器的共模抑制能力。緩沖放大器一般采用電壓跟隨器實現，其緩沖隔離作用減小了生物信號源對放大器的過高要求，提高了電路的輸入阻抗，減少心電信號衰減和匹配失真。使用屏蔽層驅動電路可以較好的去除導聯線屏蔽層分布電容的不等量衰減造成對放大器總CMRR(共模抑制比)的影響。由于人體本身可通過各種渠道從環境中拾取工頻50Hz交流電壓，在心電測量中形成交流共模干擾，這種干擾常在幾伏以上，采用右腿驅動電路后能夠使50Hz共模干擾電壓降到1%以下。電路圖如圖3。

　　圖3 前端電路

　　信號放大電路

　　信號放大電路采用兩級放大，如圖4，差動放大U805為前置級，同相放大U809構成第二級。根據心電信號檢測的特點，通常要求放大器具有高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移、非線性度小、合適的頻帶和動態范圍的性能。前置放大器的輸入電阻一般要求>2兆歐，輸入電阻越大，因電極接觸電阻不同而引起的波形失真越小，共模抑制比就越高。由于極化電壓的存在, 為防止前置放大器工作于飽和或截止區，前置級的增益不能太高,實驗表明放大10倍左右效果較好。因此選用儀表放大器MAX4196，該芯片可采用單電源供電，其功耗最低達到8mA，共模抑制比為115dB，輸入偏移電壓為50mV，-3dB帶寬可達250kHz，輸入阻抗為1000MW，增益固定為 10(V/V)。

　　圖4 兩極放大和濾波電路

　　前置放大器部分總的共模抑制比為：

　　公式

　　其中：

　　主放大器采用MAX4197(特性與MAX4196一樣)，其增益固定為100(V/V)。信號調理電路的總放大倍數為1000倍。在圖4中，電容C805具有去除極化電壓功能，并與電阻R820構成高通濾波電路，用于抑制直流漂移和放大器通帶外的低頻噪聲。