创新医疗传感器技术方案解析

频段分离开来。模拟滤波器电路容易漂移，并依赖于温度，而数字滤波器则没有这些问题，无论是时间还是温度都不会有影响。

　　电刺激器生成64个通道的两相电荷平衡刺激电流。一只专用控制器通过一个I/O通道，产生这些刺激模式，控制64只电流导引DAC。64个DAC可以构成一个级联的共享2位粗粒度电流DAC和64个独立的双向4位细粒度DAC，或类似的配置。

　　DAC有48种可能的电流值。可以使用一个细粒度ADC和一个极性转换开关，选择DAC的正负输出，达到电荷平衡的双相刺激，这有助于减少长期的组织损伤风险。

　　图9是一个用于CDBS系统的单芯片，它与一只微处理器连接，就可获得一个完整的CDBS系统。该项目主管MichaelFlynn说："微处理器告诉芯片有关位置和方式的信息，芯片做其它工作。"

　　在医疗电子领域，飞思卡尔一直与做定制模拟设计的Cactus半导体公司合作。Cactus半导体公司的医疗业务集中在同时涉及可植入和便携应用的集成电路设计，如神经刺激、起搏、除颤、超声，以及医疗监护（如血糖仪）。（见附文）

　　飞思卡尔也有采用低功耗微控制器、集成模拟前端（AFE）以及低功耗算法的医疗解决方案。其无线通信解决方案能确保低功耗的运行模式，以及能够快速唤醒的睡眠模式。

　　为了推出下一代DBS，以及供研究人员探索神秘大脑的工具，Medtronic公司正在开发双向脑机接口（BMI）。一旦完成了所有实验室试验，并在不久的将来被批准用于人脑研究，这种技术有望成为大脑研究前沿的重要工具。现在它正处于临床前期研究阶段，尚没有被批准的产品。

　　心脏

　　"体积小"、"无线"、"无接触"，这些词汇都不可能与过去的ECG装置搭上关系。现在电子技术的新进展促成了更紧凑更便携的设计，有些带有无线功能，传感器甚至不需要与人体有物理或电阻触点。

　　集成电路的发展造就了ECG设计的小型化，如德州仪器公司高集成度的ADS1298RAFE，它还包含了全集成的呼吸阻抗测量功能。图12给出了一个集成AFE设备，它就像是ADS12998加上ECG架构的其它重要部分。

　　ECG系统功能与进展

　　ECG机的基本功能包括ECG波形显示（可以采用LCE屏幕或打印纸介质）、心律指示及采用按键的简单用户界面。越来越多的ECG产品中需要更多的功能，例如用方便介质做病人记录的存储，无线/有线传输，以及在有触摸功能大型LCD屏的2D/3D显示等。

　　多级诊断能力也在为医生和没有特殊ECG训练的人们提供帮助，让他们理解ECG图形，以及对某些心脏状况的提示（下面会讨论Monebo算法）。当ECG信号被捕捉和数字化时，将被送去做显示和分析，分析工作涉及更进一步的信号处理。

　　信号采集的挑战

　　ECG信号的测量可能极具挑战性，因为存在着大的DC偏压，以及各种干扰信号。一个典型电极上的这种电势可以高达300mV。干扰信号包括来自电源的50Hz/60Hz干扰、由于病人活动而造成的运动干扰、电外科设备的射频干扰、除颤脉冲、起搏器脉冲，以及其它监护设备的干扰。

　　对于不同的最终设备，一台ECG将需要不同的精度和带宽：-频率在0.05Hz~30Hz之间的标准监护需求;-频率从0.05Hz~1000Hz的诊断型监护需求。

　　采用高输入阻抗仪表放大器（INA）可以抑制掉一些50Hz/60Hz的共模干扰，它消除了两个输入端上共同的交流线噪声。要进一步抑制线路上的电源噪声，可将信号反向，再由一个放大器通过右腿回送给病人。只要几微安甚至更小的电流，就可以显著提高CMR，并保持在UL544的限制范围内。另外，50Hz/60Hz的数字陷波滤波器也可以进一步降低这种干扰。

　　模拟前端的选项

　　对于便携ECG而言，优化模拟前端的功耗以及PCB区非常关键。由于技术的进步，现在有几种前端的选择：

　　采用低分辨率ADC（需要所有的滤波器）;

　　采用高分辨率ADC（需要少量滤波器）;

　　采用Σ-ΔADC（不需要滤波器，除INA外不需要放大器，无DC偏移）;

　　采用顺序或同步采样方案。

　　当使用低分辨率（16位）ADC时，信号需要显著地提高增益（通常是100x~200x），才能达到所需分辨率。当使用高分辨率（24位）ADC时，信号需要4x~5x的适度增益。这样就可以省掉第二个增益级，以及用于消除DC偏移的电路。这样就从整体上减少了面积和成本。另外，Δ-Σ方案还保留了信号的全部频率分量，从而为数字后处理带来了极大的灵活性。

　　当采用顺序采样方案时，每个通道都将ECG的导线复用到一个ADC上。此时，相邻通道之间有一个确定的扭曲。当采用同步采样方案时，每个通道都有一个专用ADC，因此通道之间没有扭曲。

飞思卡尔有大量低成本的开发板，叫做MED-EKG模块，这是