自动体外除颤器生理信号采集系统的研究

摘要

心脏猝死(Sudden Cardiac Death，简称SCD)是心律失常中最严重的表现症状，约占心血管疾病死亡原因的一半以上[1]。而致命性心律失常-心室纤颤(Ventricular Fibrillation，简称VF)是导致心脏骤停(Sudden Cardiac Arrest，简称SCA)的主要原因，SCA在抢救无效的情况下会导致真正的SCD，一旦导致SCD产生，患者将会在短期内死亡。因此，消除VF是挽救SCD患者生命的关键所在。目前被公认消除VF最有效的方法是早期除颤，而自动体外除颤器(Automated External Defibrillator，简称AED)的出现使早期除颤成为了可能，并大大提高了院外SCA患者的存活率。
　　 本文的主要工作是对AED生理信号采集系统的研究。通过对VF患者心电信号和胸阻抗信号的提取、采集和计算，AED能够自动分析心律失常，能迅速判别出可除颤性心律的存在，并通过语音提示和频率显示的方式提醒操作者进行电击除颤。本文自动体外除颤器生理信号采集系统的研究以AED为研究背景，以生理信号的采集与分析处理为研究对象，所作的主要工作有：
　　 首先介绍了AED的除颤原理、心电信号的产生原理及胸阻抗的测量原理，并给出了AED的整体设计方案。根据整体结构设计，系统分模块给出了心电采集模块的电路设计、胸阻抗测量模块的电路设计和高压充电模块的电路设计。
　　 从人体体表提取到的原始心电信号经滤波、放大等预处理后，用处理器对其完成AD采样，并将采样后的心电数据通过样本熵算法进行VF检测，根据样本熵值的大小判断VF的发生情况，一旦有VF发生，则启动高压充电电路。
　　 高压充电模块启动前需进行人体胸阻抗测量，通过编程控制AD9854产生所需频率和幅度的正弦波信号，该正弦波信号经VCCS转换后可直接作为胸阻抗测量系统的激励源，对电压电极在电流激励下检测的电压信号进行放大、提取。
　　 编写心电信号的AD采集驱动程序，高压充电控制电路的脉冲PWM驱动。
　　 经过画板和系统调试证明，系统的设计简单可行，可进行进一步的模块整合和新增功能研究。