基于MSP430的BCG和ECG实时同步监测装置的设计与实现

yjtj30xe

摘要：

本文设计的系统能够实时同步的监测体动信号（BCG）和心电信号（ECG）。设计系统主要包括三部分。第一部分为信号的采集调理模块。其中体动信号是通过四个压力传感器组成的全桥电路来采集的，再用前端模拟电路对微弱的体动信号进行放大滤波；心电信号是通过贴在身体表面的传感器来采集的，再用前端模拟电路对心电信号进行放大滤波。第二部分为信号的传输模块。利用MSP430单片机内部的AD对信号进行A/D转换，再通过CC2500无线模块发送到上位机。第三部分为上位机实时采集和监测。MATLAB对上位机接收到的数据进行处理,处理后的数据用MATLAB GUI实时显示，最终达到了实时同步监测的效果。

$ n4 e, K! s% [1.引言

    21世纪被称为“银发世纪”，世界范围内的老龄化浪潮滚滚而来。根据中国人口信息研究中心的调查统计，2000年中国60岁以上人口比例为10.31％，65岁以上人口占总人口的比例为7.17％，按照国际标准来衡量，中国已经步入老龄化社会，而且在今后几十年其老龄化趋势将愈加明显。另外，随着社会经济的发展，居住方式的变化，家庭结构的小型化，以及人口流动的加速，子女数的减少，其老人家庭空巢率正在不断的加大。因此，对老年人的日常监护，已成为一个重要的社会问题。

随着年龄的增加，人体解剖组织结构和生理代谢发生一系列变化，机体功能衰退，应变能力减退，骨骼也变得较为松脆，这些生理或其他原因引发的变化常常可以通过人体的心律和身体状态表现出来。当人生病时，特别是心脏病发作时，心律都会发生明显的改变。另外，由于自身疾病如心脑血管疾病或外界影响等因素，人的身体状态也常常发生改变如跌倒。根据美国国家安全委员会的报告指出，在65岁以上的人口中，跌倒所造成的死亡居所有意外死亡原因的第一位，占此年龄段意外死亡的33％。近年来，我国心脑血管疾病发病率持续上升，每年有54.4万人心脏性猝死。面对越来越严峻的现实，我们应该做好相对的预防措施。首先，心脑血管疾病的发生是有先兆的，如果刚出现病灶时就立刻救治，很多人是能够缓解过来的。现在有很多心脏性猝死的病人是由于发病时无人知晓，没有得到及时的救治，才导致严重的后果。随着生命科学技术、信息技术、网络技术的高速发展，家庭、社区、野外救助现场等更多领域有了对医疗监护设备的大量需求，但却面临着由于监护设备成本高、体积大不便于移动等原因而难于推广的矛盾。因此，开发出体积小、智能化程度高、稳定性好心功能实时监测与通信系统将成为必然的趋势。

心脏的基本活动包括电活动和机械活动，在每个心动周期都是电活动在先，机械活动在后，即先产生电激动，心房和心室的电激动经人体组织传到体表并由电极记录即为心电信号（ECG）；然后心脏机械收缩，机械收缩对人体产生力的作用，这个力的作用经由传感器采集即得到体动信号（BCG）。

    心电信号是心脏生理功能检测方法的一种。心脏机械收缩之前，先产生电激动，心房和心室的电激动可经人体组织传到体表。心电图是利用心电图机从体表记录心脏每一心动周期多产生电活动变化的曲线图形。心肌细胞在静息状态时，膜外排列阳离子带正电荷，膜内排列同等比例阴离子带负电荷，保持平衡的极化状态，不产生电位变化。当细胞的一端受到刺激（阈刺激），使细胞内外正、负离子的分布发生逆转，受到刺激部位的细胞膜出现极化。该细胞膜外正电荷消失而前面尚未除极的细胞膜外仍带正电荷，从而形成一对电偶，电源（正电荷）在前，电穴（负电荷）在后，电流自电源流入电穴，并沿着一定的方向迅速扩展，直至整个心肌细胞除极完毕。此时心肌细胞膜内带正电荷，膜外带负电荷，成为除极状态。嗣后，由于细胞的代谢作用，使细胞又逐渐复原到极化状态，这种恢复过程称为复极过程，复极与除极先后程序一致，但复极化的电偶是电穴在前，电源在后，并较缓慢向前推进，直至整个细胞全部复极为止。

体动信号是心脏泵生理功能检测方法的一种。心脏收缩时，左心室射血，血液流经大动脉的不同部分，在收缩早期，血液流经大动脉的上升段，对身体的作用力方向为由脚至头；在收缩后期，血液流经大动脉的下降段，对身体的作用力方向为由头至脚。根据牛顿第三定律，身体会产生一系列与血流对身体作用力大小相同方向相反的反作用力，且产生先由头到脚再由脚到头方向的微弱振动，并使与人体紧密接触的支撑物体先受到先由头到脚再由脚到头的作用力，即在心脏泵血时，人体对支撑物体的作用力以重力为基准变化，方向平行于脊椎轴，将其记录下来便称为BCG信号。根据其产生原理，将传感器安装在支撑物体的人体脊椎轴方向即可获得BCG信号。该信号与心脏活动相关，通过对其分析即可获得心脏工作情况，且测量时无需传感器直接贴附人体即可获得，长时间使用不会使受试者产生不舒适的感觉。因此基于BCG信号的检测系统可以在受试者感受不到测量状态的情况下，实时检测心脏工作情况，完全不影响受试者的正常生活，且能在心脏活动异常时发出提示。

本项目主要研究基于MSP430的BCG和ECG实时同步监测装置的设计与实现，现在体动信号与心电信号同步监测的装置还很少有，这样的装置可以更加全面的监测心脏活动状态，使在家庭，办公等环境下，长时间实时监护和评估心脏功能变为可能，进一步发展后还可以辅助医生更准确地了解心脏功能，预测诊断心脏疾病，评价循环系统和心脏药物的性能，评估生理或心理测试结果，及监测睡眠质量等。

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

! }4 j5 i, C/ n. _

埋头拉线ing

学习一下。

chencol

谢谢分享