基于單片機的便攜式心電圖設(shè)計
心電圖是從人體體表記錄的心臟電位變化曲線,反映了心臟興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和恢復(fù)過程中的生物電位變化。心電圖典型的波形圖如圖2所示。
圖2 心電圖典型波形
在圖2中,P波的最高幅值不超過0.25mV;Q波的幅值約0.1mV;R波的幅值在0.5-1.5mV;S波的幅值約0.2mV;T波的幅值在0.1-0.5mV。因此,運算放大器是對微弱電壓信號的放大,傳送給單片機的A/D轉(zhuǎn)換電壓是0-5V。為此,采用多級放大,使用低噪聲、低漂移、高阻抗的儀用運算放大器。考慮到心電信號的變化極性,采用雙電源雙極性運算放大器。心電圖信號處理電路框圖如圖3所示。
心電圖電極輸出的微弱的心電信號經(jīng)過二級40倍運算放大器的放大,得到1.6V左右的電壓信號,再經(jīng)過2-5倍的可調(diào)運算放大器的放大,獲得0-5V的心電信號,輸出給單片機的A/D轉(zhuǎn)換芯片。在對心電信號放大的同時,還要對共模信號、50Hz干擾信號等進行處理,使輸出的心電信號完整、真實。
5 心電圖的顯示
在單片機中,采樣到的心電圖信號,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后,以時間為橫坐標(biāo),心電圖信號的電壓值為縱坐標(biāo),直接在LCD液晶顯示器上顯示心電圖的圖形。在一屏上顯示二個完整的心電圖信號,單片機的采樣頻率在15Hz。通過操作按鈕來控制心電圖圖形的放大、縮小和移動。
6 心電圖信號的判別
根據(jù)采集的心電圖數(shù)據(jù),采用模糊理論計算出心電圖上P、Q、R、S、T、u的幅值以及各個時間間隔,來判斷心電圖波形是否超出正常范圍,并根據(jù)嚴(yán)重程度給出提示。但不對病情提供直接的認(rèn)定,這是因為心電圖檢查技術(shù)可以用來診斷某些心臟疾患,但是,它并不是萬能的,而是有一定的局限性。因為類同的心電圖異常變化,可見于幾種不同的心臟病。也就是說,在這種狀況下,心電圖只能提示心臟病變的存在,而不能鑒別屬何種性質(zhì)的心臟病。
總之,心電圖檢查技術(shù)只是診斷部分心臟疾患的一種輔助手段,必須結(jié)合臨床其它資料,進行全面、綜合分析,方能發(fā)揮其正確的作用。
7 數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送與診斷
在心電圖數(shù)據(jù)的傳輸和處理過程中,主要有兩個方面的內(nèi)容要處理:
一種是從心電圖內(nèi)部將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機,經(jīng)過簡單處理后,將正常或異常的初步診斷結(jié)論告知病人并提供給病人一些建議。
另一種是將從心電圖獲得的經(jīng)處理的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程醫(yī)療中心,遠(yuǎn)程醫(yī)療中心需要對這些數(shù)據(jù)再做進一步的分析和人工判斷。將最終的結(jié)論和建議返回給病人。這一步需要通過Internet網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。整個系統(tǒng)示意圖如圖4所示。
圖4 心電圖信號遠(yuǎn)程傳送
7.1 心電圖和PC機之間的數(shù)據(jù)傳送和處理
心電圖和PC機之間的數(shù)據(jù)傳送實際上是單片機和PC機之間的數(shù)據(jù)傳送。在PC機一端。我們采用了VB6.0進行串口實時數(shù)據(jù)的采集。在VB6.0中利用MSComm通信控件,通過串口采集心電圖的實時數(shù)據(jù)。由于VB6.0比較簡單,編程中我們注意到盡可能使給出的程序代碼具有通用性,并有詳細(xì)的注釋,使程序可以直接或稍加改動后用于其他數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中。便于在醫(yī)療器械領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。
串口數(shù)據(jù)通信協(xié)議是:數(shù)據(jù)傳輸速率為 9600bps,1位開始位,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無奇偶校驗位。當(dāng)通信傳輸速率為9600bps,則最快速度1.04ms發(fā)送一個字節(jié),心電圖每秒發(fā)送50個字節(jié),平均20ms 發(fā)送一個字節(jié),連續(xù)讀取串口數(shù)據(jù)時要在程序中添加循環(huán)等待程序。心電圖每秒發(fā)送50個數(shù)據(jù),PC機收到一幀完整數(shù)據(jù)最多需要2s時間,為了能精確的測試,一般需要連續(xù)測試1分鐘以上,然后再進行數(shù)據(jù)處理。
7.2 心電圖與遠(yuǎn)程醫(yī)療中心之間的數(shù)據(jù)傳送和處理
心電圖與遠(yuǎn)程醫(yī)療中心之間系統(tǒng)的硬件主要由各種PC機和Internet上網(wǎng)寬帶組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。病人通過心電圖與PC的接口將測試的數(shù)據(jù)通過交換機路由器實時傳送到計算機Internet網(wǎng)絡(luò)上,遠(yuǎn)程醫(yī)療中心的服務(wù)器接受到數(shù)據(jù)后進行處理,以數(shù)據(jù)和圖形方式顯示在終端上供經(jīng)驗豐富的醫(yī)生、專家進行診斷,然后將結(jié)果返回給病人,同時將結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中,以便作為下一次診斷的參考和寶貴的醫(yī)學(xué)資料。
8 結(jié)束語
我們研制的便攜式心電圖儀能夠測量、記錄心電信號,能夠?qū)⑿碾姷纳硇盘栟D(zhuǎn)換成電信號,并在單片機上由LCD液晶顯示器以圖形的方式顯示,圖形可以放大、縮小、移動和存儲。便攜式心電圖儀的價格比較低,容易普及,可以使患者能夠方便地進行自我測量,由于是一種便攜式心電圖儀,也為醫(yī)生臨床檢查提供一種新的診療設(shè)備。由于便攜式心電圖儀能夠現(xiàn)實測量信息的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸,為實現(xiàn)家庭醫(yī)療遠(yuǎn)程診斷進行了前瞻性的研究。
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