基于ARM9的心电除颤模拟发生系统设计

      随着社会的发展，人们的医疗保健意识越来越强，所以医生的培训也就成为非常重要的环节。心电除颤技术作为医生培训的一个主要方面，若操作规范，动作熟练，往往在紧急关头可以救人于危难之间，在培训的时候，如果能够真实地模拟急救除颤的场景，将会起到良好的学习效果。因此，在急救、有创性临床操作训练上，医学模拟教学日益显示出其成本低、重复性高、教学效率高以及符合医学伦理要求等优势。 

　　除颤模拟发生系统可以任意选择34种状态(包括成人和儿童两大类)时也可以连接医用监护仪，使除颤模拟更加逼真。学员可以进行不同能量的除颤练习，同时这也便于老师检验学员的学习效果。 

　　该系统是根据心电图的有关原理以及监护仪的信号合成原理研制的，严格按照医学的相关规定，产生的波形达到医学教学的目的。在相关病态心电图的关键点处达到比较逼真的效果，当系统接收到高压除颤信号以后，根据系统的预设置，进行相应的波形变换。系统可以用于医疗培训机构的培训工具，使学员快速掌握心电除颤的方法。该系统与急救模拟人、监护仪配合使用，具有广阔的市场前景。 

　　本文介绍的心电除颤模拟发生系统是以ARM9为控制核心，充分利用ARM9丰富的I／O资源和强大的处理功能。它采用嵌入式的开发方案，并综合考虑系统的通用性和使用性，系统输出信号的幅度为0～5 mV可以连续输出室性、室上性早搏型号等，还可以产生周期为1 s，脉宽为100 ms，幅度为1 mV的方波。便于对监护仪进行校准，信号均采用三导联的同步信号输出。 

1 系统结构和设计方案 

　　系统主要包括ARM9中央处理单元、高压除颤信号采集模块、D／A转换模块，与监护仪信号匹配模块以及心电波形仿真和数据的提取，应用程序的设计等几个部分。本系统采用ARM9嵌入式开发平台，以下是ARM9处理器的主要结构及其特点。 

　　(1)32 b定点RISC处理器，改进型ARM／Thumb代码交织，增强性乘法器设计，支持实时(real-TIme)调试； 

　　(2)片内指令和数据SRAM，而且指令和数据的存储器容量可调； 

　　(3)片内指令和数据高速缓冲器(Cache)容量从4 KB～l MB： 

　　(4)设置保护单元(Protoction Unit)，非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护； 

　　(5)采用AMBA AHB总线接口，为外设提供统一的地址和数据总线； 

　　(6)支持外部协处理器，指令和数据总线有简单的握手信令支持； 

　　(7)支持标准基本逻辑单元扫描测试方法； 

　　(8)支持BIST(Built-in-self-test)； 

　　(9)支持嵌入式跟踪宏单元，支持实时跟踪指令和数据。 

　　心电除颤模拟发生系统总体设计方案，如图1所示。

 

2 系统硬件部分设计 

　　该部分主要分为ARM9硬件平台、D／A转换、滤波电路、高压除颤信号的采集，其系统硬件连接图如图2所示。系统在ARM9的控制下，由D／A转换把波形数据转换为模拟量进行输出。当接收到高压采集信号后，处理器就会转换输出另一种心电波形图。

　　2．1 D／A转换和电阻衰减网络 

　　该部分是系统的核心，为了保证系统的稳定和ECG信号的要求，D／A转换芯片采用8位并行的DAC0832芯片，由12 V单电源供电，每个DAC有各自独立的基准输入，对ARM9提供的数据进行变换，输出部分采用4阶巴特沃斯滤波，输出的波形经衰减后得到所要求的心电信号，经有源滤波后输出波形的峰值可达到10 V，通过电阻分压网络得到0～5 mV的电压输出范围。考虑到要采用三路D／A，如果每一路独占8个I／O端口，再加上若干控制端口，处理器提供的I／O端口数远不能满足要求，所以计划采用共用数据端口，外接I／O口片选的方式来实现，这样可以节约16个I／O口，也满足了信号输出同步性的要求。