基于單片機的便攜式心電圖設計

　　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。