基于ARM9的心電除顫模擬發(fā)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)

????? 隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的醫(yī)療保健意識(shí)越來越強(qiáng)，所以醫(yī)生的培訓(xùn)也就成為非常重要的環(huán)節(jié)。心電除顫技術(shù)作為醫(yī)生培訓(xùn)的一個(gè)主要方面，若操作規(guī)范，動(dòng)作熟練，往往在緊急關(guān)頭可以救人于危難之間，在培訓(xùn)的時(shí)候，如果能夠真實(shí)地模擬急救除顫的場景，將會(huì)起到良好的學(xué)習(xí)效果。因此，在急救、有創(chuàng)性臨床操作訓(xùn)練上，醫(yī)學(xué)模擬教學(xué)日益顯示出其成本低、重復(fù)性高、教學(xué)效率高以及符合醫(yī)學(xué)倫理要求等優(yōu)勢。?

　　除顫模擬發(fā)生系統(tǒng)可以任意選擇34種狀態(tài)(包括成人和兒童兩大類)時(shí)也可以連接醫(yī)用監(jiān)護(hù)儀，使除顫模擬更加逼真。學(xué)員可以進(jìn)行不同能量的除顫練習(xí)，同時(shí)這也便于老師檢驗(yàn)學(xué)員的學(xué)習(xí)效果。?

　　該系統(tǒng)是根據(jù)心電圖的有關(guān)原理以及監(jiān)護(hù)儀的信號(hào)合成原理研制的，嚴(yán)格按照醫(yī)學(xué)的相關(guān)規(guī)定，產(chǎn)生的波形達(dá)到醫(yī)學(xué)教學(xué)的目的。在相關(guān)病態(tài)心電圖的關(guān)鍵點(diǎn)處達(dá)到比較逼真的效果，當(dāng)系統(tǒng)接收到高壓除顫信號(hào)以后，根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)置，進(jìn)行相應(yīng)的波形變換。系統(tǒng)可以用于醫(yī)療培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的培訓(xùn)工具，使學(xué)員快速掌握心電除顫的方法。該系統(tǒng)與急救模擬人、監(jiān)護(hù)儀配合使用，具有廣闊的市場前景。?

　　本文介紹的心電除顫模擬發(fā)生系統(tǒng)是以ARM9為控制核心，充分利用ARM9豐富的I／O資源和強(qiáng)大的處理功能。它采用嵌入式的開發(fā)方案，并綜合考慮系統(tǒng)的通用性和使用性，系統(tǒng)輸出信號(hào)的幅度為0～5 mV可以連續(xù)輸出室性、室上性早搏型號(hào)等，還可以產(chǎn)生周期為1 s，脈寬為100 ms，幅度為1 mV的方波。便于對(duì)監(jiān)護(hù)儀進(jìn)行校準(zhǔn)，信號(hào)均采用三導(dǎo)聯(lián)的同步信號(hào)輸出。?

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方案?

　　系統(tǒng)主要包括ARM9中央處理單元、高壓除顫信號(hào)采集模塊、D／A轉(zhuǎn)換模塊，與監(jiān)護(hù)儀信號(hào)匹配模塊以及心電波形仿真和數(shù)據(jù)的提取，應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。本系統(tǒng)采用ARM9嵌入式開發(fā)平臺(tái)，以下是ARM9處理器的主要結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。?

　　(1)32 b定點(diǎn)RISC處理器，改進(jìn)型ARM／Thumb代碼交織，增強(qiáng)性乘法器設(shè)計(jì)，支持實(shí)時(shí)(real-TIme)調(diào)試；?

　　(2)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)SRAM，而且指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器容量可調(diào)；?

　　(3)片內(nèi)指令和數(shù)據(jù)高速緩沖器(Cache)容量從4 KB～l MB：?

　　(4)設(shè)置保護(hù)單元(Protoction Unit)，非常適合嵌入式應(yīng)用中對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行分段和保護(hù)；?

　　(5)采用AMBA AHB總線接口，為外設(shè)提供統(tǒng)一的地址和數(shù)據(jù)總線；?

　　(6)支持外部協(xié)處理器，指令和數(shù)據(jù)總線有簡單的握手信令支持；?

　　(7)支持標(biāo)準(zhǔn)基本邏輯單元掃描測試方法；?

　　(8)支持BIST(Built-in-self-test)；?

　　(9)支持嵌入式跟蹤宏單元，支持實(shí)時(shí)跟蹤指令和數(shù)據(jù)。?

　　心電除顫模擬發(fā)生系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

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2 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)?

　　該部分主要分為ARM9硬件平臺(tái)、D／A轉(zhuǎn)換、濾波電路、高壓除顫信號(hào)的采集，其系統(tǒng)硬件連接圖如圖2所示。系統(tǒng)在ARM9的控制下，由D／A轉(zhuǎn)換把波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬量進(jìn)行輸出。當(dāng)接收到高壓采集信號(hào)后，處理器就會(huì)轉(zhuǎn)換輸出另一種心電波形圖。

　　2．1 D／A轉(zhuǎn)換和電阻衰減網(wǎng)絡(luò)?

　　該部分是系統(tǒng)的核心，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和ECG信號(hào)的要求，D／A轉(zhuǎn)換芯片采用8位并行的DAC0832芯片，由12 V單電源供電，每個(gè)DAC有各自獨(dú)立的基準(zhǔn)輸入，對(duì)ARM9提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，輸出部分采用4階巴特沃斯濾波，輸出的波形經(jīng)衰減后得到所要求的心電信號(hào)，經(jīng)有源濾波后輸出波形的峰值可達(dá)到10 V，通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)得到0～5 mV的電壓輸出范圍?？紤]到要采用三路D／A，如果每一路獨(dú)占8個(gè)I／O端口，再加上若干控制端口，處理器提供的I／O端口數(shù)遠(yuǎn)不能滿足要求，所以計(jì)劃采用共用數(shù)據(jù)端口，外接I／O口片選的方式來實(shí)現(xiàn)，這樣可以節(jié)約16個(gè)I／O口，也滿足了信號(hào)輸出同步性的要求。?