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1 引言 隨著(zhù)我國城市人口老齡化程度的加快,隨著(zhù)物質(zhì)生活的改善,心血管、心臟病一類(lèi)疾病也在不斷的增長(cháng),人們對這一類(lèi)疾病的預防和診斷的需求也在增長(cháng)。因此,人們希望有一種醫療儀器,能夠在家里隨時(shí)隨地進(jìn)行心電圖信號的測量,并且把心電圖信號記錄下來(lái),做大概的判斷,在方便的時(shí)候到醫院讓醫生作進(jìn)一步的診斷。對于情況嚴重的患者或行動(dòng)不便的人,希望能夠利用網(wǎng)絡(luò )通信的先進(jìn)技術(shù),立即把測量的心電圖信號通過(guò)遠程傳送的方式,傳送到指定的醫院由醫生進(jìn)行診斷。作為一個(gè)醫生，在門(mén)診和查病房時(shí)，也希望有一個(gè)可以隨身攜帶的心電圖儀器，方便疾病的快速診斷。 有鑒于此,根據目前的微電子、單片機和計算機技術(shù),我們通過(guò)對現有心電圖儀器的應用狀況進(jìn)行了調查,利用單片機研制成功一種便攜式心電圖儀,由LCD液晶顯示器以圖形的方式顯示心電圖。并通過(guò)RS-232串行接口與計算機相連接,可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )信息遠傳,是一種新穎的臨床和家庭兼用的心電圖儀。 2 儀器性能 1）儀器結構形式 便攜式,二節5#電池供電 2）電極結構 固定式愛(ài)因霍文三角形結構的標準導聯(lián) 3）圖形顯示方式 由單片機控制的LCD液晶顯示器以圖形的方式顯示,圖形可以放大、縮小、移動(dòng)和存儲 4）通信方式 以單片機的串行接口與計算機的RS-232相連接,由計算機通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠程傳送 3 心電圖儀的組成 3．1.硬件組成 圖1 便攜式心電圖儀的硬件組成 ·心電圖電極 心電圖電極是由銅質(zhì)金屬構成,呈愛(ài)因霍文三角形結構,可以直接放置在人體的胸部，以標準導聯(lián)的方式獲得心電圖信號。 ·心電圖信號處理電路 心電圖電極獲取的心電信號電壓非常微弱，只有1mV左右，需要對此信號進(jìn)行放大，一般要放大幾千倍，變換成0-5V，便于進(jìn)行A/D變換。 ·單片機系統 單片機系統用于接收心電圖信號處理電路傳送來(lái)的0-5V電壓信號，把模擬電壓信號變換成數字信號，并對信號進(jìn)行處理后以圖形的形式在LCD液晶顯示器上顯示，并且把測量的心電圖信號通過(guò)自身的串行口傳送出去。單片機應具有低電壓、低功耗的特點(diǎn)，一般8位單片機能夠滿(mǎn)足要求。LCD液晶顯示器采用點(diǎn)陣式圖形顯示器，128×64點(diǎn)陣的液晶顯示器基本能完整地顯示心電圖的波形，由于該種類(lèi)型的LCD液晶顯示器本身帶有驅動(dòng)器，因此單片機可以方便地進(jìn)行控制。 ·計算機系統-1 計算機系統-1是一臺普通的PC機，通過(guò)RS-232串行口，采集到單片機發(fā)送來(lái)的心電圖信號，通過(guò)高級語(yǔ)言編寫(xiě)程序，在PC機上顯示心電圖的波形，存儲和打印心電圖的信號。并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把信息遠程傳送到遠端的計算機，供遠程診斷用。 ·計算機系統-2 該計算機通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)計算機系統-1，能實(shí)時(shí)觀(guān)察到遠端患者的心電圖信號，通過(guò)心電圖波形的分析，實(shí)現醫療遠程診斷。 3．2.軟件組成 便攜式心電圖儀的軟件由單片機、計算機及遠程通訊三部分組成。 3．2．1 單片機軟件 ·數據采集 對心電圖信號處理電路傳送來(lái)的0-5V模擬電壓信號變換成數字信號，并進(jìn)行數字濾波等處理，得到有效的心電圖數字信號。 · 圖信顯示 根據人體心臟跳動(dòng)的速度，實(shí)時(shí)地以圖形的形式在LCD液晶顯心電圖波形，并且可以使圖形放大、縮小、移動(dòng)和存儲。 ·串行通訊 通過(guò)單片機本身具備的串行口，設置恰當的波特率，把心電圖信號以串行方式傳送出去。 3．2．2計算機軟件 應用VB高級語(yǔ)言，從RS-232口獲取心電圖實(shí)時(shí)信號，在顯示器上顯示心電圖波形。利用PC機的功能，對心電圖信號進(jìn)行分析、存儲、打印記錄。利用互聯(lián)網(wǎng)把心電圖信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )上。 3．2，3遠程通訊軟件 在遠端的計算機，應用遠程通訊軟件，在網(wǎng)絡(luò )上實(shí)時(shí)獲得心電圖信號，供醫生在遠端進(jìn)行遠程診斷，在兩臺計算機之間必須實(shí)現具體的約定。 4 心電圖信號的測量 心電圖是從人體體表記錄的心臟電位變化曲線(xiàn)，反映了心臟興奮的產(chǎn)生、傳導和恢復過(guò)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(guò)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�？紤]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(guò)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(guò)2-5倍的可調運算放大器的放大,獲得0-5V的心電信號,輸出給單片機的A/D轉換芯片。在對心電信號放大的同時(shí),還要對共模信號、50Hz干擾信號等進(jìn)行處理,使輸出的心電信號完整、真實(shí)。 5 心電圖的顯示 在單片機中，采樣到的心電圖信號，經(jīng)過(guò)數據處理后，以時(shí)間為橫坐標，心電圖信號的電壓值為縱坐標，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(gè)完整的心電圖信號，單片機的采樣頻率在15Hz。通過(guò)操作按鈕來(lái)控制心電圖圖形的放大、縮小和移動(dòng)。 6 心電圖信號的判別 根據采集的心電圖數據，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(gè)時(shí)間間隔，來(lái)判斷心電圖波形是否超出正常范圍，并根據嚴重程度給出提示。但不對病情提供直接的認定，這是因為心電圖檢查技術(shù)可以用來(lái)診斷某些心臟疾患，但是，它并不是萬(wàn)能的，而是有一定的局限性。因為類(lèi)同的心電圖異常變化，可見(jiàn)于幾種不同的心臟病。也就是說(shuō)，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，必須結合臨床其它資料，進(jìn)行全面、綜合分析，方能發(fā)揮其正確的作用。 7 數據的遠程傳送與診斷 在心電圖數據的傳輸和處理過(guò)程中，主要有兩個(gè)方面的內容要處理： 一種是從心電圖內部將數據發(fā)送到PC機，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后，將正�；虍惓５某醪皆\斷結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)處理的數據發(fā)送到遠程醫療中心，遠程醫療中心需要對這些數據再做進(jìn)一步的分析和人工判斷。將最終的結論和建議返回給病人。這一步需要通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現。整個(gè)系統示意圖如圖4所示。 圖4 心電圖信號遠程傳送 7．1 心電圖和PC機之間的數據傳送和處理 心電圖和PC機之間的數據傳送實(shí)際上是單片機和PC機之間的數據傳送。在PC機一端。我們采用了VB6.0進(jìn)行串口實(shí)時(shí)數據的采集。在VB6.0中利用MSComm通信控件，通過(guò)串口采集心電圖的實(shí)時(shí)數據。由于VB6.0比較簡(jiǎn)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，并有詳細的注釋?zhuān)钩绦蚩梢灾苯踊蛏约痈膭?dòng)后用于其他數據采集應用中。便于在醫療器械領(lǐng)域的推廣應用。 串口數據通信協(xié)議是：數據傳輸速率為 9600bps，1位開(kāi)始位，8位數據位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗位。當通信傳輸速率為9600bps，則最快速度1.04ms發(fā)送一個(gè)字節，心電圖每秒發(fā)送50個(gè)字節，平均20ms 發(fā)送一個(gè)字節，連續讀取串口數據時(shí)要在程序中添加循環(huán)等待程序。心電圖每秒發(fā)送50個(gè)數據，PC機收到一幀完整數據最多需要2s時(shí)間，為了能精確的測試，一般需要連續測試1分鐘以上，然后再進(jìn)行數據處理。 7．2 心電圖與遠程醫療中心之間的數據傳送和處理 心電圖與遠程醫療中心之間系統的硬件主要由各種PC機和Internet上網(wǎng)寬帶組成，系統結構如圖4所示。病人通過(guò)心電圖與PC的接口將測試的數據通過(guò)交換機路由器實(shí)時(shí)傳送到計算機Internet網(wǎng)絡(luò )上，遠程醫療中心的服務(wù)器接受到數據后進(jìn)行處理，以數據和圖形方式顯示在終端上供經(jīng)驗豐富的醫生、專(zhuān)家進(jìn)行診斷，然后將結果返回給病人，同時(shí)將結果保存在數據庫中，以便作為下一次診斷的參考和寶貴的醫學(xué)資料。 8 結束語(yǔ) 我們研制的便攜式心電圖儀能夠測量、記錄心電信號,能夠將心電的生理信號轉換成電信號,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(dòng)和存儲。便攜式心電圖儀的價(jià)格比較低,容易普及,可以使患者能夠方便地進(jìn)行自我測量,由于是一種便攜式心電圖儀,也為醫生臨床檢查提供一種新的診療設備。由于便攜式心電圖儀能夠現實(shí)測量信息的網(wǎng)絡(luò )遠程傳輸,為實(shí)現家庭醫療遠程診斷進(jìn)行了前瞻性的研究。 |
