1. 引言

心血管疾病嚴(yán)重威脅人類生命健康安全，隨著人口老齡化進(jìn)程的加快和社會壓力等因素的增加，患病率正呈現(xiàn)逐年上升趨勢，并且越來越年輕化。然而，心血管疾病大多由器官器質(zhì)性病變引起，一旦患病很難完全康復(fù)，需要進(jìn)行長期監(jiān)測和預(yù)防。心電圖是診斷心血管疾病的重要方式之一，本文介紹了基于一款國產(chǎn)集成ECG前端的24位ADC LH001-91的12導(dǎo)心電高精度測量方案，該方案滿足醫(yī)療級需求的同時，成本大大降低，并且自主可控性顯著提高。

2.LH001-91簡介

2.1. 結(jié)構(gòu)框圖

2.2.功能特性

• 低噪聲可編程增益放大器（PGA）和高分辨率24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）

—可編程增益：1/2/4/6/8/12/24/48—4路差分輸入—積分非線性：2 PPM/FS

• 心電圖測量（ECG）

— 輸入?yún)⒖荚肼暎?.9 μVpp（250 SPS，增益6）— ECG通道輸入偏置電流：200pA— 數(shù)據(jù)速率：125SPS 至 8kSPS— 共模抑制比（CMRR）：117dB— 內(nèi)置右腿驅(qū)動放大器、連續(xù)斷線檢測、測試信號

• 內(nèi)置振蕩器和參考電壓
• 待機(jī)模式

— 電流0.1 μA

• 電源

— 模擬：2.4V至3.6V— 數(shù)字：1.7V至3.6V

• 內(nèi)置集成激勵電流源
• 4線SPI接口
• 工作溫度范圍：-40°C ~ +85°C
• 40 腳，5mm x5mm QFN封裝
• 30 腳，2.95mm x2.95mm WLCSP封裝

3.測量原理

血液之所以能在人體不斷循環(huán)，是因?yàn)槿梭w的心臟持續(xù)地進(jìn)行規(guī)律的興奮與收縮。竇房結(jié)的興奮引起了心臟的跳動，這里的興奮指的是由除極化與復(fù)極化兩種心肌細(xì)胞電活動共同作用的結(jié)果，如圖為心肌細(xì)胞除極與復(fù)極過程示意圖。心肌細(xì)胞由于刺激而引起細(xì)胞膜外的正電荷流入細(xì)胞內(nèi)，使細(xì)胞膜內(nèi)呈正性電位，細(xì)胞膜外呈負(fù)性電位，這種過程稱之為除極過程。由于細(xì)胞代謝作用，使細(xì)胞內(nèi)外電荷的狀態(tài)又慢慢復(fù)原到極化狀態(tài)，這種復(fù)原過程稱之為復(fù)極過程。興奮由竇房結(jié)依次傳導(dǎo)到心房與心室，從而使整個心臟區(qū)域的電位差表露為持續(xù)變化的狀態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生規(guī)律變化的電流。

這種最初的心電信號，在體內(nèi)體液的傳導(dǎo)下遍及整個人體，于是人體體表就會產(chǎn)生周期性變化的電勢。安放兩個電極于人體皮膚表面恰當(dāng)?shù)奈恢?，從而獲取對應(yīng)的電位，所測兩位置的電位差為一個規(guī)律變化的周期信號。在人體皮膚表面，通過心電采集裝置獲取這些規(guī)律變化的心電信號并繪制成的圖，便是我們常見的心電圖。

4. 方案介紹

方案框圖介紹了基于LH001-91實(shí)現(xiàn)12 LEAD ECG信號檢測，用10個電極連接在8個LH001-91轉(zhuǎn)換通道上產(chǎn)生12 ECG信號。其中10個電極位置分別為LA左臂，LL左腿，RA右臂，RL右腿，V1-6 胸。利用LH001-91集成RLD運(yùn)放生成共用的右腿驅(qū)動信號，提高系統(tǒng)的共模抑制能力。3個低噪聲分離運(yùn)放實(shí)現(xiàn)威爾遜終端（WCT）功能。

12導(dǎo)聯(lián)信號，其中8個導(dǎo)聯(lián)由LH001-91轉(zhuǎn)換生成，具體配置方式如下表。

另外4個導(dǎo)聯(lián)信號按照下表通過計算間接獲取。

下圖是實(shí)際的客戶演示板連接心電模擬器實(shí)物圖，領(lǐng)慧立芯可以提供全套的演示單板和上位機(jī)軟件。

演示板在電腦USB供電條件下采集心電模擬器信號，繪制心電圖如下所示，信號沒有經(jīng)過任何外部濾波處理，完全滿足醫(yī)療需求。

5. 總結(jié)

以上測量方案中所用到的芯片屬于內(nèi)部自帶參考電壓，輸入噪聲 2.9 μVpp （250 SPS， 增益6），共模抑制比（CMRR）117dB，積分非線性2 PPM/FS，24位高精度ADC，支持導(dǎo)聯(lián)持續(xù)斷線檢測，低溫漂可編程增益放大器的醫(yī)療級國產(chǎn)心電AFE產(chǎn)品，供貨充足，價格合理，這也正是***的優(yōu)勢所在。