【正文】 ............... 18 信號回放模塊 ................................................. 19 GUI 界面運(yùn)行結(jié)果 ................................................. 19 總結(jié) ................................................................... 21 參考文獻(xiàn) ............................................................... 22 基于 GUI 的心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì) 致謝 ................................................................... 23 基于 GUI 的心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì) 1 1 引言 目前市面上常見的便攜式心電儀多數(shù)是采用了前后端的實(shí)現(xiàn)方式，前端是以單片機(jī)為核心的心電信號采集系統(tǒng)，后端多數(shù)采用的是處理性能較高的嵌入式微處理器。這種處理器性能強(qiáng)大，它使得心電儀在心電數(shù)據(jù)采集、處理、存儲和顯示等功能的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)對心電數(shù)據(jù)的分析。 [1]然而，這種心電儀在實(shí)現(xiàn)多種功能的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、功耗較大、成本也較高。另一方面，在導(dǎo)聯(lián)個(gè)數(shù)上，在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，心電導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)一般僅 僅具有單導(dǎo)或三導(dǎo)聯(lián)同步記錄功能，市場上現(xiàn)在也還有很多這種產(chǎn)品。該類產(chǎn)品因?yàn)橹恢С稚贁?shù)的導(dǎo)聯(lián)，因而它的液晶屏幕比較小，用戶觀察起來很不方便，只能通過自帶的打印機(jī)將心電圖打印出來之后才能較好的觀察分析。另外，這種產(chǎn)品往往不適合復(fù)雜心臟疾病的診斷。目前很多廠商也在競相開發(fā)支持多導(dǎo)聯(lián)的心電儀產(chǎn)品。深圳邁瑞電子就是其中之一，它在便攜式監(jiān)護(hù)儀領(lǐng)域做出了帶頭作用，典型的產(chǎn)品如 PM9000Express、 PMS000 等等 [1]。 研究背景和意義 心臟是人體血液循環(huán)的動力泵，心臟搏動是生命存在的重要標(biāo)志，心臟搏動的節(jié)律也是人體生理狀態(tài)的重要標(biāo)志之一。心臟的基本活動包括電活動和機(jī)械活動，每個(gè)心動周期都是電活動在前，機(jī)械活動在后。心電信號是心臟電活動的一種客觀表示方式，是一種典型的生物電信號，具有頻率、振幅、相位、時(shí)間差等特征要素，比其他生物電信號更易于檢測 [1]，并具有一定的規(guī)律性。由于心電信號從不同方面和層次上反映了心臟的工作狀態(tài)，因此在心臟疾病的臨床診斷和治療過程中具有非常重要的參考價(jià)值。對心電信號的采集和分析一直是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)，是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，涉及到降低噪聲和抗干擾技術(shù)，信號分析和處理技術(shù)等不同 領(lǐng)域，也依賴于生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的研究進(jìn)展。自 1903 年心電圖引入醫(yī)學(xué)臨床以來，無論是在生物醫(yī)學(xué)方面，還是在工程學(xué)方面，心電信號的記錄、處理與診斷技術(shù)均得到了飛速的發(fā)展，并積累了相當(dāng)豐富的資料。當(dāng)前，心電信號的檢測、處理仍然是生物醫(yī)學(xué)工程界的重要研究對象之一。伴隨著人們生活水平的提高，營養(yǎng)過剩和運(yùn)動減少，生活和工作節(jié)奏的加快，社會老齡化的加劇，心臟病等心血管疾病的發(fā)病率明顯上升。目前心臟病的死亡率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他疾病，是威脅人類生命安全的主要疾病，心臟病己成為威脅人類生命安全的 第一殺手 。由于心臟病具有病情隱 蔽、發(fā)展緩慢、發(fā)病危險(xiǎn)性高等特點(diǎn)，因此它對心臟病患者、特別是中老年心臟病患者的危害性極大，因此心臟系統(tǒng)疾病的防治和診斷己成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)界面臨的首要問題。 另外，一些特殊的心臟病患者，在正常工作生活時(shí)發(fā)病，而到醫(yī)院檢查時(shí)癥狀消失，導(dǎo)致在醫(yī)院無法檢測到異常心電圖，無法對病情做出診斷，耽誤了治療的最佳時(shí)基于 GUI 的心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì) 2 機(jī)，所以心電監(jiān)護(hù)是有重要意義的。隨著社會老齡化的加劇，解決長期慢性病的監(jiān)護(hù)目前已經(jīng)是重要的社會問題。怎樣才能使病人在家庭中得到更好醫(yī)療保健，同時(shí)又減少病人家屬及社會的負(fù)擔(dān)，是現(xiàn)在擺在有關(guān)研究人員及醫(yī)生面前的一個(gè)重要課 題。心電信號是人類最早研究并應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)的生物電信號之一，與其它生物電信號相比心電信號更易于檢測并具有較直觀的規(guī)律性。在醫(yī)學(xué)發(fā)達(dá)的今天，心電信號相比心電信號更易于檢測并具有較直觀的規(guī)律性。在醫(yī)學(xué)發(fā)達(dá)的今天，心電信號的監(jiān)測與處理仍是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域重要的研究對象之一，是醫(yī)學(xué)上診斷心臟系統(tǒng)疾病十分重要的檢測依據(jù)。因此及時(shí)通過心電信號來發(fā)現(xiàn)并預(yù)防心臟病的發(fā)生是減少心臟病人發(fā)病和死亡率的一個(gè)有效途徑。心電學(xué)自上世紀(jì)初到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了一百多年。在這期間心電圖檢測技術(shù)本身不斷發(fā)展完善，各種心電檢測方法不斷問世，到目前可以 說心電檢測已趨于成熟。以往的檢測手段基本上都需要到醫(yī)院在龐大的心電圖儀器上進(jìn)行檢測，而心臟病人不可能每次發(fā)病時(shí)都具備到醫(yī)院檢測的條件，還有一點(diǎn)就是一些患者在發(fā)病時(shí)感到不適，而到醫(yī)院檢查時(shí)癥狀消失，進(jìn)行心電圖檢查時(shí)得不到明顯異常的心電信號，這將影響對患者的診斷和治療。因此導(dǎo)致了許多心臟病人病情不能得到及時(shí)診斷和治療，延誤了病情甚至導(dǎo)致死亡等嚴(yán)重后果。因此，開發(fā)一套攜帶方便、低成本的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的理論研究意義和實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值 [2]。 其具體意義如下： （ 1）使患者或醫(yī)護(hù)人員減少了路途奔波，節(jié)省了時(shí)間和 社會的醫(yī)療資源； （ 2）把患者的監(jiān)護(hù)在家中完成，既為患者節(jié)省了開支，又為醫(yī)院節(jié)省了床位； （ 3）使患者在熟悉的環(huán)境中進(jìn)行檢測，減少了患者的心理壓力，提高診斷的 準(zhǔn)確性； （ 4）對于自理能力較差的老年人和行動不便的病人的實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，可以隨 時(shí)了解監(jiān)護(hù)對象的健康狀況在患者病情突變惡化時(shí)報(bào)警，為患者提供及時(shí)的救助。 研究現(xiàn)狀 隨著電子與信息技術(shù)的不斷發(fā)展及其在醫(yī)療系統(tǒng)中應(yīng)用的深入，世界各地尤其是歐美國家相繼提出了心電檢測設(shè)備的小型化、家用化要求和建立遠(yuǎn)程醫(yī)療體系的設(shè)想。從 1980 年代開始，國外開始建立 以電話線路傳輸心電信號的心電圖監(jiān)測中心，隨后又出現(xiàn)了以數(shù)字式電話傳輸心電圖信號的研究。英國牛津大學(xué)的 Johnson 教授采用遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的方法讓孕婦和胎兒在放松的狀態(tài)下在家中檢測血壓、血氧、心電圖等重要生理指標(biāo)；德國的一個(gè)研究小組則通過寬帶視頻通信遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)家中老人的各種生理參數(shù)，以便在必要的時(shí)刻提供救治和幫助。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，美國和歐盟在 2020～ 2020年期間各投入 150 億美元和 億美元用來進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療的研究工作，與此同時(shí)，國外各大公司也紛紛跟進(jìn)，進(jìn)行心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品的研究開發(fā)工作，亞洲的日本在這方面也做了較 大的投入，其中 SONY，東芝已有類似的監(jiān)護(hù)設(shè)備上市，但都價(jià)格不菲。國基于 GUI 的心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì) 3 內(nèi)在這方面的研究晚于西方國家，一個(gè)總的特點(diǎn)是起步晚，起點(diǎn)高。但隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對健康的重視程度越來越高，對健康監(jiān)護(hù)產(chǎn)品的需求量也穩(wěn)步提升，產(chǎn)品的應(yīng)用范圍從危重病人監(jiān)護(hù)，發(fā)展到如今普通病房的監(jiān)護(hù)，目前，很多家庭對此也提出了一定的應(yīng)用需求。國內(nèi)早期在此方面研究的一個(gè)比較典型的案例是清華大學(xué)在 1994 年研制成功的家庭心電 /血壓監(jiān)護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在病人不適時(shí)具有手動按鍵報(bào)警功能和類似 Holter 的心電圖長時(shí)間記錄發(fā)送功能 [3]。 2020 年 6 月，山東大學(xué)齊魯醫(yī)院建成了國內(nèi)首家心臟遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心，該中心實(shí)行 24 小時(shí)監(jiān)護(hù)，只要患者攜帶的微型發(fā)射機(jī)處于工作狀態(tài)，就會將心電的異常變化傳輸?shù)皆撝行?，監(jiān)護(hù)中心便可以進(jìn)行相應(yīng)處理和預(yù)警。目前，國內(nèi)生產(chǎn)便攜式心電監(jiān)護(hù)設(shè)備的廠家有很多，產(chǎn)品也進(jìn)入了實(shí)用化，但是大多數(shù)是以 OEM 方式進(jìn)行組裝的，具有自主開發(fā)能力的較少。總的來說，目前國內(nèi)心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品主要特點(diǎn)為：市場需求越來越大；技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量在不斷提高；生產(chǎn)廠家多，但核心技術(shù)掌握不足。 [1]隨著中國經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展及與國際社會融入程度的不斷加深，在這面有著巨 大的發(fā)展?jié)摿?。綜上所述，無論國內(nèi)還是國外都對心電監(jiān)護(hù)設(shè)備的研究投入了巨大的人力與物力。伴隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，其前景必定相當(dāng)廣闊。 2 心電監(jiān)護(hù)儀的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ) 心電信號有著醫(yī)學(xué)上的重要意義，我們對心電信號進(jìn)行處理分析以及對心電監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)模擬都必須在了解心電信號的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)行，它主要包括心電信號的產(chǎn)生機(jī)理，心電信號的時(shí)域和頻域特征等 [6]。 人體心電信號的產(chǎn)生機(jī)理 心電是心臟的無數(shù)心肌細(xì)胞電活動的綜合反映 [6]，心電的產(chǎn)生與心肌細(xì)胞的除極和復(fù)極過程密不可分。心肌細(xì)胞在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞膜外帶有正電荷，細(xì) 胞膜內(nèi)帶有同等數(shù)量的負(fù)電荷，此種分布狀態(tài)稱為極化狀態(tài)，這種靜息狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)外的電位差稱為靜息電位，其值保持