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1 引言 隨著我國城市人口老齡化程度的加快,隨著物質生活的改善,心血管、心臟病一類疾病也在不斷的增長,人們對這一類疾病的預防和診斷的需求也在增長。因此,人們希望有一種醫療儀器,能夠在家里隨時隨地進行心電圖信號的測量,并且把心電圖信號記錄下來,做大概的判斷,在方便的時候到醫院讓醫生作進一步的診斷。對于情況嚴重的患者或行動不便的人,希望能夠利用網絡通信的先進技術,立即把測量的心電圖信號通過遠程傳送的方式,傳送到指定的醫院由醫生進行診斷。作為一個醫生，在門診和查病房時，也希望有一個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,我們通過對現有心電圖儀器的應用狀況進行了調查,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RS-232串行接口與計算機相連接,可以實現網絡信息遠傳,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 固定式愛因霍文三角形結構的標準導聯 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,由計算機通過互聯網進行遠程傳送 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金屬構成,呈愛因霍文三角形結構,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，需要對此信號進行放大，一般要放大幾千倍，變換成0-5V，便于進行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，一般8位單片機能夠滿足要求。LCD液晶顯示器采用點陣式圖形顯示器，128×64點陣的液晶顯示器基本能完整地顯示心電圖的波形，由于該種類型的LCD液晶顯示器本身帶有驅動器，因此單片機可以方便地進行控制。 ·計算機系統-1 計算機系統-1是一臺普通的PC機，通過RS-232串行口，采集到單片機發送來的心電圖信號，通過高級語言編寫程序，在PC機上顯示心電圖的波形，存儲和打印心電圖的信號。并通過互聯網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 該計算機通過互聯網訪問計算機系統-1，能實時觀察到遠端患者的心電圖信號，通過心電圖波形的分析，實現醫療遠程診斷。 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的0-5V模擬電壓信號變換成數字信號，并進行數字濾波等處理，得到有效的心電圖數字信號。 · 圖信顯示 根據人體心臟跳動的速度，實時地以圖形的形式在LCD液晶顯心電圖波形，并且可以使圖形放大、縮小、移動和存儲。 ·串行通訊 通過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高級語言，從RS-232口獲取心電圖實時信號，在顯示器上顯示心電圖波形。利用PC機的功能，對心電圖信號進行分析、存儲、打印記錄。利用互聯網把心電圖信息發送到網絡上。 3．2，3遠程通訊軟件 在遠端的計算機，應用遠程通訊軟件，在網絡上實時獲得心電圖信號，供醫生在遠端進行遠程診斷，在兩臺計算機之間必須實現具體的約定。 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，反映了心臟興奮的產生、傳導和恢復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,再經過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,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，經過數據處理后，以時間為橫坐標，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的幅值以及各個時間間隔，來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的心臟病。 總之，心電圖檢查技術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，進行全面、綜合分析，方能發揮其正確的作用。 7 數據的遠程傳送與診斷 在心電圖數據的傳輸和處理過程中，主要有兩個方面的內容要處理： 一種是從心電圖內部將數據發送到PC機，經過簡單處理后，將正常或異常的初步診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處理的數據發送到遠程醫療中心，遠程醫療中心需要對這些數據再做進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Internet網絡來實現。整個系統示意圖如圖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進行串口實時數據的采集。在VB6.0中利用MSComm通信控件，通過串口采集心電圖的實時數據。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，并有詳細的注釋，使程序可以直接或稍加改動后用于其他數據采集應用中。便于在醫療器械領域的推廣應用。 串口數據通信協議是：數據傳輸速率為 9600bps，1位開始位，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗位。當通信傳輸速率為9600bps，則最快速度1.04ms發送一個字節，心電圖每秒發送50個字節，平均20ms 發送一個字節，連續讀取串口數據時要在程序中添加循環等待程序。心電圖每秒發送50個數據，PC機收到一幀完整數據最多需要2s時間，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上網寬帶組成，系統結構如圖4所示。病人通過心電圖與PC的接口將測試的數據通過交換機路由器實時傳送到計算機Internet網絡上，遠程醫療中心的服務器接受到數據后進行處理，以數據和圖形方式顯示在終端上供經驗豐富的醫生、專家進行診斷，然后將結果返回給病人，同時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資料。 8 結束語 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測量信息的網絡遠程傳輸,為實現家庭醫療遠程診斷進行了前瞻性的研究。 |
