1. 引言

心血管疾病嚴重威脅人類生命健康安全，隨著人口老齡化進程的加快和社會壓力等因素的增加，患病率正呈現(xiàn)逐年上升趨勢，并且越來越年輕化。然而，心血管疾病大多由器官器質性病變引起，一旦患病很難完全康復，需要進行長期監(jiān)測和預防。心電圖是診斷心血管疾病的重要方式之一，本文介紹了基于一款國產集成ECG前端的24位ADCLH001-91的12導心電高精度測量方案，該方案滿足醫(yī)療級需求的同時，成本大大降低，并且自主可控性顯著提高。

2.?LH001-91簡介

2.1. 結構框圖

圖1.?LH001-91?結構框圖

2.2.?功能特性

低噪聲可編程增益放大器（PGA）和高分辨率24位模數(shù)轉換器（ADC）

—?可編程增益：1/2/4/6/8/12/24/48 —?4路差分輸入 —?積分非線性：2 PPM/FS ?

心電圖測量（ECG）

— 輸入參考噪聲：2.9 μVpp（250 SPS，增益6） — ECG通道輸入偏置電流：200pA — 數(shù)據速率：125SPS 至 8kSPS — 共模抑制比（CMRR）：117dB — 內置右腿驅動放大器、連續(xù)斷線檢測、測試信號

內置振蕩器和參考電壓

待機模式

— 電流0.1 μA ?

電源

— 模擬：2.4V至3.6V — 數(shù)字：1.7V至3.6V

內置集成激勵電流源

4線SPI接口

工作溫度范圍：-40°C ~ +85°C

40 腳，5mm x5mm QFN封裝

30 腳，2.95mm x2.95mm WLCSP封裝

3.?測量原理

血液之所以能在人體不斷循環(huán)，是因為人體的心臟持續(xù)地進行規(guī)律的興奮與收縮。竇房結的興奮引起了心臟的跳動，這里的興奮指的是由除極化與復極化兩種心肌細胞電活動共同作用的結果，如圖為心肌細胞除極與復極過程示意圖。心肌細胞由于刺激而引起細胞膜外的正電荷流入細胞內，使細胞膜內呈正性電位，細胞膜外呈負性電位，這種過程稱之為除極過程。由于細胞代謝作用，使細胞內外電荷的狀態(tài)又慢慢復原到極化狀態(tài)，這種復原過程稱之為復極過程。興奮由竇房結依次傳導到心房與心室，從而使整個心臟區(qū)域的電位差表露為持續(xù)變化的狀態(tài)，進而產生規(guī)律變化的電流。

圖2.?心肌除極與復極示意圖 這種最初的心電信號，在體內體液的傳導下遍及整個人體，于是人體體表就會產生周期性變化的電勢。安放兩個電極于人體皮膚表面恰當?shù)奈恢?，從而獲取對應的電位，所測兩位置的電位差為一個規(guī)律變化的周期信號。在人體皮膚表面，通過心電采集裝置獲取這些規(guī)律變化的心電信號并繪制成的圖，便是我們常見的心電圖。

4. 方案介紹

圖3. 方案框圖

方案框圖介紹了基于LH001-91實現(xiàn)12 LEAD ECG信號檢測，用10個電極連接在8個LH001-91轉換通道上產生12ECG信號。其中10個電極位置分別為LA左臂，LL左腿，RA右臂，RL右腿，V1-6 胸。?利用LH001-91集成RLD運放生成共用的右腿驅動信號，提高系統(tǒng)的共模抑制能力。3個低噪聲分離運放實現(xiàn)威爾遜終端（WCT）功能。?

圖4.?電極位置圖

12導聯(lián)信號，其中8個導聯(lián)由LH001-91轉換生成，具體配置方式如下表。

另外4個導聯(lián)信號按照下表通過計算間接獲取。

下圖是實際的客戶演示板連接心電模擬器實物圖，領慧立芯可以提供全套的演示單板和上位機軟件。

圖5.?演示板實物圖

演示板在電腦USB供電條件下采集心電模擬器信號，繪制心電圖如下所示，信號沒有經過任何外部濾波處理，完全滿足醫(yī)療需求。

圖6.?12導聯(lián)心電圖波形

5. 總結

以上測量方案中所用到的芯片屬于內部自帶參考電壓，輸入噪聲 2.9 μVpp （250 SPS， 增益6），共模抑制比（CMRR）117dB，積分非線性2 PPM/FS，24位高精度ADC，支持導聯(lián)持續(xù)斷線檢測，低溫漂可編程增益放大器的醫(yī)療級國產心電AFE產品，供貨充足，價格合理，這也正是國產芯片的優(yōu)勢所在。

審核編輯：湯梓紅