心电模拟波形发生系统的设计

2．2 信号采集电路

根据除颤高压发生器的要求，当有高压放电信号时，由于高压除颤信号具有的放电电流具有双向性，并且是在5ms时间内将电压由12 V直流电压转换为4 000 V以上的高压，使电容容量达到较高的程度，所以在安全性能上要充分考虑。

由除颤的高压特性可以知道，除颤高压发生器采用单端正激式升压控制模式，除颤高压有两个明显的特性：
(1)变压比较大，由12 V直接升到4 000 V以上；
(2)对充电速度要求也比较高。
正激式变换优点是电路比较简单，工作稳定，可靠性高，不存在由于电路不平衡造成的偏饱和问题。

2．3 波形输出电路

选择4个不同心率的正常心电波形作为信号源，模拟输出Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，aVR，aVL，aVF心电信号。设探测电极在左上肢(LA)、右上肢(RA)、左下肢(LL)各点的电位分别为VL，VR，VF。
标准肢体导联关系式如下：

威尔逊中心电端电压为0，故有：

2．4 右腿驱动电路

右腿驱动电路是将采集到的心电信号进行反向放大，传到右腿驱动电极，对共模干扰信号来说这是个负反馈，因此可有效地削弱人体上感应的共模干扰信号，以达到较强抑制频率干扰的目的，采用右腿驱动，还可以使干扰电压降到1％以下，能够很好地达到所要求的效果。

3 系统软件

系统软件设计主要是在嵌入式Linux硬件平台的基础上完成的。系统软件主要有主程序和产生的各种波形的子程序构成以及系统硬件驱动程序的编写。主程序主要是对各个子程序的调用和组织，使整个系统能够有序运行。驱动程序是为了能让系统内核和系统之间的接口正常运行的。软件也配合硬件电路进行心电采集、传输和模拟等。

3．1 应用程序的设计界面

软件开发工作主要涉及界面程序的开发。界面程序的编写主要是用Qt来完成的，驱动主要是用C编写的。界面设计是两种波形同时输出，反映正常的心电除颤过程。
系统的软件界面设置框图如图3所示。

3．2 系统应用程序设计

嵌入式Linux系统的有代表性的GUI系统主要有MiniGUI，MicroWindows，Tiny X以及Qt／Embedded，这些GUI系统在接口定义、体系结构、功能特性等方面存在着很大的差别。而Qt／Embedded延续了Qt的强大功能，可以运行在多种不同的处理器上部署的嵌入式Linux操作系统。Qt／Embedded是著名的Qt库开发商Trolltech的面向嵌入式系统的Qt版本。这个版本的主要特点是可移植性较好，许多基于Qt的X Window程序可以非常方便地移植到嵌入式系统。

Qt／Embedded以原始Qt为基础，并做了许多出色的调整以适用于嵌入式环境。Qt／Embedded通过QtAPI与Linux I／O设施直接交互，成为嵌入式Linux端口。同Qt／X11相比，Qt／Embedded很省内存，因为它不需要一个X服务器或是Xlib库，它在底层摒弃了Xlib，采用framebu-ffer作为底层图形接口。同时，将外部输入设备抽象为keyboard和mouse输入事件。Qt／Embedded的应用程序可以直接写内核缓冲帧，这避免开发者使用繁琐Xlib／Server系统。该部分主要分为波形界面实现和用户按键控制的实现。波形显示采用Qt的函数类库Qpainter，由于波形界面显示两路心电波形，会产生延迟效果，所以引入了多线程机制协调，Qt支持多线程，有独立于平台的线程类，线程安全方式的时间传递和一个全局Qt允许不同的线程调用Qt方法。
程序实现的流程图如图4所示。

4 结语

ARM系列处理器是当今在国内最流行的嵌入式处理器之一。Linux操作系统是一个开源的操作系统，开发人员可以免费获取Linux内核的源代码。因此系统设计采用嵌入式Linux操作系统并结合外围的D／A转换电路、高压信号采集、右腿驱动、低通滤波和应用程序控制部分等实现了心电波形模拟发生系统的设计。该系统可以很好地模拟心电除颤的过程，并且输出符合医学标准的34种常见异常心率波形，用于正常的医学教学。

本系统的优点是由于系统使用嵌入式Linux实时多任务操作系统，因此设计具有很高的实时性、稳定性和可靠性，并且可以实时采集显示心电波形。结合心电除颤的过程以及病人心电波形设计一套心电模拟波形发生系统，极大地方便医学培训机构的教学，具有很高的使用价值和广阔的应用前景。