基于DSP的EASI十二導聯(lián)多功能Holter系統
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右腿驅動(dòng)電路是專(zhuān)為克服50 Hz工頻共模干擾、提高共模抑制比（CMRR）而設計的，原理是采用以人體為相加點(diǎn)的共模電壓作并聯(lián)負反饋，其方法是提取前級放大電路中的共模電壓，經(jīng)驅動(dòng)電路倒相放大后再加回人體右腿上。本文使用的EASI導聯(lián)系統可以把RL電極接到右腹處。
2.4 TMS320VC5509A最小系統
Holter是便攜式設備，要求保證至少有24小時(shí)連續的醫學(xué)應用，同時(shí)要運行心電檢測等復雜算法。因而作為系統核心的DSP必須具備低功耗和高性能的特點(diǎn)。本文使用TMS320VC5509A作為系統運算和控制核心，系統配置DSP的McBSP接口與模數轉換芯片ADS8325和CC2430 Zigbee模塊進(jìn)行通信，通過(guò)SD控制器與MicroSD卡連接，通過(guò)GPIO口與液晶模塊相連接，設置3個(gè)由按鍵控制的外部中斷，用于多功能切換。
3 軟件設計
3.1 DSP程序設計
DSP系統初始化需要完成以下操作：初始化CPU、外設、引腳功能與中斷，通過(guò)判斷中斷源確定是否存儲在MicroSD卡上；然后開(kāi)始A/D轉換采集心電信號，根據此前所選擇的方式通過(guò)DMA保存采集到的數據；同時(shí)數據累積到特征提取所需后對其進(jìn)行處理，判斷是否有異常。一旦產(chǎn)生異常，則通過(guò)Zigbee模塊發(fā)送提示信息，否則繼續循環(huán)信號處理流程。
3.2 算法設計
ECG信號中QRS波群的檢測是對ECG信號自動(dòng)分析診斷的前提和基礎，只有在R波標定后才可做進(jìn)一步分析。本系統采用墨西哥草帽小波變換進(jìn)行R波檢測。該小波母函數是高斯函數的二階導數，心電信號的特征點(diǎn)與小波變換的模極大值點(diǎn)存在對應關(guān)系，從而可以據此實(shí)現R波的定位[5]。式(1)為小波母函數函數表達式：
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/152067.htm 具體檢測方法為：在小波變換尺度4上，分等長(cháng)區間分別求模極大值，再對這組模極大值求均值，將該均值二分之一作為閾值，求出過(guò)閾值的連續區間中極大值為R波的相應位置，再修正時(shí)移。此時(shí)與尺度4相應時(shí)延為20點(diǎn)，即與原始信號中R波位置有20點(diǎn)的延時(shí)。
為了檢查算法的有效性，本實(shí)驗采用國際通用的MIT-BIH數據庫進(jìn)行測試，結果如表1所示。
經(jīng)實(shí)驗驗證，由于噪聲在小波變換的第3、第4尺度上已得到抑制，所以系統中所采用的方法可以有效地從噪聲干擾中識別出心電信號中R波的位置，并且識別準確率達到了99.83%。
在完成R波識別流程后，分別以R波位置為起始點(diǎn)，向前在長(cháng)度為0.04 s的區間中搜索模極小值點(diǎn)位置，以對Q波進(jìn)行定位。對S波進(jìn)行識別的基本流程與Q波相似，不同點(diǎn)是向R波后向檢索，并且由于S波延續時(shí)間較Q波長(cháng)，搜索區間長(cháng)度為0.06 s。
3.3 上位機軟件設計
本文的心電遠程實(shí)時(shí)監護界面采用LabVIEW虛擬儀器編程語(yǔ)言設計，主要功能為實(shí)時(shí)從串口采集心電數據，切換顯示十二導聯(lián)數據，分析和存儲等功能。
本系統中，Holter終端節點(diǎn)采集分析的數據應用ZigBee無(wú)線(xiàn)協(xié)議傳輸至網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器節點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器節點(diǎn)將接收到的用戶(hù)信息數據進(jìn)行融合處理，通過(guò)串口傳送到PC機上[6]。
4 系統測試
4.1 心電采集和預處理
按照圖1的EASI導聯(lián)系統電極位置所示，通過(guò)心電電極片連接人體和系統前端電路，采集心電信號。圖3為實(shí)際采集的AI通道的心電信號并在CCS(Code Composer Studio)v3.3上顯示的心電信號片段。
4.2 算法實(shí)現
在TMS320VC5509A采用小波變換的方法，在小波變換尺度4上對心電信號進(jìn)行實(shí)時(shí)特征提取，并對QRS波群的各個(gè)特征點(diǎn)參數進(jìn)行檢測計算。小波變換尺度4如圖4所示。
如圖4所示，圓圈標記為R波在尺度4上對應的位置，三角形標記為Q波，矩形標記為S波。然后據此再對其他參數如P波、T波及其端點(diǎn)檢測。
4.3 遠程監護
在上位機運行心電遠程實(shí)時(shí)監護界面，可同時(shí)實(shí)時(shí)顯示用戶(hù)的心電數據及根據EASI導聯(lián)推導出的十二導聯(lián)數據。
本文實(shí)現了一個(gè)基于DSP的多功能Holter系統。硬件系統、EASI十二導聯(lián)心電采集電路、心電識別算法、Zigbee無(wú)線(xiàn)傳輸通信和上位機監護程序等都已調試成功。Holter系統能實(shí)現基于小波變換算法實(shí)時(shí)檢測從心電模擬前端采集的心電信號，并通過(guò)Zigbee實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸到PC機進(jìn)行心電遠程實(shí)時(shí)監護與十二導聯(lián)心電數據的推導及實(shí)時(shí)顯示，達到預期目標。
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