【文章內(nèi)容簡介】 ...........................................................38 圖 416 LCD 波形顯示 ..............................................................................39 圖 417 SPI 主模式內(nèi)部功能框圖 .............................................................40 圖 418 幀格式示意圖 ........................................................41 圖 419 CC2420 初始化流程圖 .................................................................42 圖 420 CC2420 數(shù)據(jù)發(fā)送程序流程圖 .....................................................43 圖 421 PC 端應(yīng)用程序界面 ......................................................................45 圖 422 印刷電路板 ...................................................................................47 圖 523 實(shí)驗(yàn)導(dǎo)聯(lián)方式 ...............................................................................49 圖 524 系統(tǒng)硬件組成圖 ...........................................................................50 圖 53 系統(tǒng)菜單及功能圖 .........................................................................50 圖 54 CCS 的 Flash 編程 ..........................................................................51 圖 55 CCS 中觀測到的心電信號(hào) .............................................................52 圖 56 PC 機(jī)客戶端軟件圖 ........................................................................52 圖 61 心電原始信號(hào) .................................................................................59 圖 62 濾波后的心電信號(hào) .........................................................................60 圖 63 波峰和波谷的提取 .........................................................................61 圖 64 QRS 波形檢測結(jié)果 .........................................................................62 北京科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 引言 心電監(jiān)護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀 心電監(jiān)護(hù)是連續(xù) 監(jiān)測 病 人的心電圖信號(hào)，及時(shí)了解病人的心臟狀況，在發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重心臟病時(shí)實(shí)施及時(shí)的救護(hù) 的過程 。心電監(jiān)護(hù)檢測的主要內(nèi)容是 心律情況。在早期的心電圖觀察中，相當(dāng)高比例的心律失常病癥未被注意到， 直到 20 世紀(jì) 60 年代，人們才認(rèn)識(shí)到心律失常是急性心肌梗塞病人的常見并發(fā)癥， 因?yàn)?直到那時(shí) 才出現(xiàn) 實(shí)用的可進(jìn)行心電連續(xù)監(jiān)測的技術(shù)設(shè)備， 該設(shè)備 最先用于冠心病監(jiān)護(hù) （ CCU） 中 [1]。 事實(shí)證明， 冠心病人若能在疾病發(fā)作的 1分鐘內(nèi)得到及時(shí)治療，有 90%的生存機(jī)會(huì)，而在 3 分鐘后才得到治療，生存機(jī)會(huì)就大為下降。據(jù)美國華盛頓醫(yī)院中心心臟科研究報(bào)道 ， 在 建立了 CCU監(jiān)護(hù)病房后，冠心病人的死亡率從原來的 40%下降到 %。 心電 監(jiān)護(hù) 儀使人們可一直連續(xù)觀察心臟的活動(dòng)，并 及時(shí) 提示重要的心律失常，從而為心律失常相關(guān)的心臟疾病的研究、急救和治療提供了重要的手段， 所以說 心電監(jiān)護(hù) 是 CCU 的一個(gè)里程碑。 隨著后來醫(yī)學(xué)的進(jìn)步， CCU 監(jiān)護(hù)裝置得到了迅速發(fā)展，可靠性和準(zhǔn)確性不斷提高，在醫(yī)院得到了廣泛的運(yùn)用?，F(xiàn)代集中監(jiān)護(hù)儀器普遍實(shí)現(xiàn)智能化。在監(jiān)護(hù)病房里都設(shè)有帶微處理器的床邊監(jiān)護(hù)儀，它具有監(jiān)護(hù)生理參數(shù)、顯示和報(bào)警功能。集中監(jiān)護(hù)的中央控制臺(tái)大多數(shù)采用存儲(chǔ)量大的計(jì)算機(jī)，可同時(shí)監(jiān)護(hù)多至 16 位病 人。通常采用分布式處理系統(tǒng)，中央控制臺(tái)和床邊監(jiān)護(hù)儀構(gòu)成星型網(wǎng)絡(luò)相互通信。集中監(jiān)護(hù)中央控制臺(tái)接受來自 8 至 16 個(gè)床邊監(jiān)護(hù)儀的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算處理，給出節(jié)律狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、異位搏動(dòng)以及早搏等信息，并提供心律的趨勢圖 [2]。 除此之外，也可根據(jù)監(jiān)護(hù)的需要作出血壓、體溫、呼吸、腦電、心 電 等各種生理參數(shù)的波形和趨勢圖。集中監(jiān)護(hù)系統(tǒng)記下并顯示所監(jiān)護(hù)病人的報(bào)警性質(zhì)和歷史，通過鍵盤或開關(guān)選擇報(bào)警的顯示和禁止。 雖然 CCU 集中監(jiān)護(hù)具有強(qiáng)大的功能和完善的服務(wù)，然而病房的床位有限，很多心臟病患者沒有條件得到監(jiān)護(hù)。而且常規(guī)心電圖記錄的是 病人在靜臥情況下的心電活動(dòng)，對(duì)心律失常等病的發(fā)現(xiàn)率很低。環(huán)境（如過熱、過冷、噪聲等）、精神狀態(tài)（如悲哀、興奮、驚恐、疲勞、煩躁等）都能影響心臟工作，誘發(fā)心臟病的發(fā)作 ，有鑒于此，科學(xué)家們近幾年來致力于便攜式心電監(jiān)護(hù)儀器的研發(fā) 。 Nomrna178。 Holter 于 1949 年研制成了遙測心電圖 （ RECG） 裝置，接著又將 RECG 系統(tǒng)改成了袖珍發(fā)射器和磁帶記錄器的結(jié)構(gòu)。 1957 年，他研制成了一個(gè)能以 60 倍于記錄帶速的磁帶回放機(jī)構(gòu)。 1961 年，發(fā)射器和接收器合并，終于制成了用磁帶作為 EGC 傳遞媒介的動(dòng)態(tài)心電系統(tǒng)。 1965 年， 第一臺(tái)商業(yè)化動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng) （ HOLTER） 問世了 [3]。 HOLTER 記錄病人處于正常生活、工作、活動(dòng)條件下的心電變化，捕捉到初期的潛在疾病的心電信息，成為檢出定量心律失常、心肌缺血的重要而有效的診斷方法，也使心臟病的早期診斷成為可能。 HOLTER 系統(tǒng)的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)的監(jiān)護(hù)概念，使其從醫(yī)院走入了家庭，但也在實(shí)際應(yīng)用中顯示了它的局限性。主要表現(xiàn)在： （ 1） HOLTER 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將病人的數(shù)據(jù)記錄在磁帶或大容量 RAM 上，然后進(jìn)行處理和診斷。它能對(duì)異常心電活動(dòng)做回顧性分析，也即對(duì)病人的病情分析需要經(jīng)過一段時(shí)間之后才 能獲得。如果出現(xiàn)致命的心房搏動(dòng)、室顫等心電活動(dòng)，不能及時(shí)發(fā)出報(bào)警和采取治療措施。從這個(gè)意義講， HOLTER 系統(tǒng)并不具備監(jiān)護(hù)。 （ 2） 24 小時(shí)甚至 48 小時(shí)的大量心電數(shù)據(jù)對(duì)處理計(jì)算機(jī)提出了高要求，而人們?yōu)榱颂岣叻治鏊俣?，不得不采用快速回放系統(tǒng)和高速微機(jī)或小型機(jī)系統(tǒng)，使得整個(gè)系統(tǒng)成本很高。由于存儲(chǔ)的心電數(shù)據(jù)中有大量的正常心電數(shù)據(jù)，診斷的效率降低。而且，在高速回放中，偶發(fā)性的異常搏動(dòng)或心律失常極容易被漏檢。 隨后發(fā)展起來的電話心電監(jiān)護(hù)儀，克服了傳統(tǒng)的 HOLTER 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)。它顯示病人的全部心電信號(hào)，但是只將 病人感覺異常時(shí)的心電信號(hào)發(fā)送到心臟監(jiān)護(hù)中心，由中心記錄，并交由醫(yī)學(xué)專家分析診斷 [4]。這套系統(tǒng)價(jià)格適中，診斷的正確性高，但由于其丟失了大量原始數(shù)據(jù)，不利于心臟病的早期防治和藥物療效的觀察。 面向助老助殘的智能家居環(huán)境簡介 面向助老助殘的智能 家 居系統(tǒng) 主要指 以計(jì)算機(jī) 、 網(wǎng)絡(luò) 、機(jī)器人、人工智能等技術(shù) 為基礎(chǔ)， 輔助老年人進(jìn)行康復(fù)鍛煉、功能代償、環(huán)境交互、健康和醫(yī)療監(jiān)測，以促使其獨(dú)立生活并充分發(fā)揮潛能的多種技術(shù)、服務(wù)和系統(tǒng)。主要包括： （ 1）智能家居技術(shù)，如具有多通道人機(jī)交互和無線通訊功能的智能家用電器，使殘疾人或老年人 能夠利用有限的肌體功能控制家用電器的使用； （ 2）機(jī)器人技術(shù)，如具有多通道人機(jī)交互功能的移動(dòng)機(jī)器臂和智能輪椅，幫助殘疾人或老年人搬運(yùn)必須的生活用品或出行代步； （ 3）康復(fù)和功能代償系統(tǒng)，如腦機(jī)接口控制的肢體康復(fù)系統(tǒng)和自動(dòng)喂飯北京科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 機(jī)等； （ 4）醫(yī)療和健康狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，如利用分布式傳感器和無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成病情的診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控。 智能家居技術(shù)不僅可以完成家庭內(nèi)部的資源共享，無縫協(xié)作，它還能通過與外網(wǎng)的連接，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外信息的交流，通過更豐富多彩的業(yè)務(wù)和應(yīng)用使家庭用戶體驗(yàn)到數(shù)字生活為其帶來的舒適與便捷。在面向助老助殘的 智能家居系統(tǒng)中，醫(yī)療和健康監(jiān)測技術(shù)（ Healthcare）占有重要的地位。 本課題的研究背景為面向助老助殘的數(shù)字家居環(huán)境系統(tǒng)。該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括： （ 1）殘疾人老年人無障礙人機(jī)交互技術(shù)。包括：視線追蹤技術(shù)、語音交互技術(shù)等。開發(fā)數(shù)字家居環(huán)境中的交互裝置（命名為“魔鏡”），主要由視線追蹤裝置和虛擬人界面組成，同時(shí)集成家庭網(wǎng)絡(luò)控制中心。 （ 2）殘疾人老年人功能輔助技術(shù)。主要 指 環(huán)境控制技術(shù)。研究內(nèi)容 是 基于網(wǎng)絡(luò)或“閃聯(lián)”協(xié)議的家用電器、家用設(shè)備的控制和信息共享、服務(wù)機(jī)器人控制等。 （ 3） 殘疾人老年人生活狀態(tài)監(jiān)控技術(shù) 。主要 實(shí)現(xiàn)殘疾人老年人生活狀態(tài)和家居環(huán)境的集中監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控。主要包括：基于無線設(shè)備的殘疾人老年人定位與跟蹤技術(shù)等。 （ 4）殘疾人老年人生理及健康監(jiān)測技術(shù) 。 主要包括遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)。研究內(nèi)容 主要 括心電等參數(shù)檢測及遠(yuǎn)傳 ，含 醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測、病態(tài)信號(hào)識(shí)別及存儲(chǔ)、短距離無線通信、組網(wǎng)及與服務(wù)器通信 等 。 上述面向殘疾人、老年人的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)場景為：殘疾人和老年人通過人機(jī)交互裝置控制室內(nèi)的家用設(shè)備并獲取環(huán)境信息。多臺(tái)醫(yī)療檢測儀器組成無線網(wǎng)絡(luò)與室內(nèi)服務(wù)器通信以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過視頻等傳感器實(shí)現(xiàn)殘疾人老年人生活狀 態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。 課題的提出 本文開發(fā)的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀以 智能家居系統(tǒng) 中老年人 病情監(jiān)控及 健康關(guān)懷系統(tǒng)為應(yīng)用背景，其設(shè)計(jì)目標(biāo)為： （ 1）實(shí)現(xiàn)大時(shí)間范圍的心電信號(hào)檢測及存儲(chǔ)； （ 2）無線數(shù)據(jù)傳輸并組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)心電監(jiān)護(hù)儀與室內(nèi)服務(wù)器的通信； （ 3）心電 致病片斷 自動(dòng)識(shí)別，以實(shí)現(xiàn)心電信息的檢測、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程傳輸。 2 心電監(jiān)護(hù)技術(shù)簡介 心電監(jiān)護(hù) 主要是監(jiān)測心電圖。心電圖的臨床應(yīng)用已經(jīng)有百年的歷史，由于與臨床緊密結(jié)合，受到廣大醫(yī)務(wù)工作者的重視。又由于它檢測方式的無創(chuàng)傷性以及信號(hào)的特殊性，受到了廣大學(xué)者的青睞。人們不 斷的進(jìn)行理論的實(shí)踐的研究，給這種古老的檢測方法注入了新的活動(dòng)，推動(dòng)著心電監(jiān)護(hù)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。本 章 主要從信號(hào)檢測的角度對(duì)心電圖的檢測和心電監(jiān)護(hù)技術(shù)進(jìn)行論述。 心電信號(hào)的形成及其特點(diǎn) 心臟周圍的組織和體液都能導(dǎo)電，因此 如果 將人體看成為一個(gè)具有長、寬、厚三度空間的容積導(dǎo)體 ，那么 心臟好比電源，無數(shù)心肌細(xì)胞動(dòng)作電位變化的總和可以傳導(dǎo)并反映到體表。在體表很多點(diǎn)之間存在著電位差，心臟在每個(gè)心動(dòng)周期中，由起搏點(diǎn) 開始到 心房、心室相繼興奮， 都 伴隨著生物電的變化，這些生物電的變化稱為心電 。 通過心電描記器從體表引出多種形式 的電位變化的圖形 叫心電圖 （簡稱ECG）。心電圖是心臟興奮的發(fā)生、傳播及恢復(fù)過程的客觀指標(biāo) 。正常心電圖上的每個(gè)心動(dòng)周期中出現(xiàn)的波形曲線改變是有規(guī)律的，國際上規(guī)定把這些波形分別稱為 P 波、 QRS 波、 T 波，有時(shí)在 T 波后，還出現(xiàn)一個(gè)小的 U 波 ,各個(gè)波段都代表了心動(dòng)周期的不同時(shí)期 [5]，如圖 21 所示。 圖 21 典型心電信號(hào)波形圖 （ 1） P 波 ， 正常的 P 波形 狀是一個(gè)圓滑的小波，無雙峰、切跡以及鈍錯(cuò)現(xiàn)像。各導(dǎo)聯(lián)的 P 波形狀取決于 P 向量與各導(dǎo)聯(lián)軸的相互關(guān)系，心房的綜合北京科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 向量由右上向左下，其角度大多在 4550 度之間，故在 AVR 導(dǎo)聯(lián)中波是倒置的，在 Vl、 V AV 導(dǎo)聯(lián)中 P 波可為雙向，其余各導(dǎo)聯(lián) （ I、 II、 AVF、 VV V5） 的波一般為直立方向 （ 有關(guān)導(dǎo)聯(lián)將在下節(jié)中介紹 ） 。 P 波的寬度，正常不超過 。通常直立 P 波高度正常不超過 ， P 波過小一般無重要臨床意義。 （ 2） Ta 波 ， Ta 波代表心房復(fù)極過程中產(chǎn)生的電位變化。始于 P 波后，方向與 P 波相反，波幅很低，約 為 ，持續(xù)時(shí)間為 ，經(jīng)常被 QRS 波掩蓋而無法看到，故一般心電圖上看不到 Ta 波。只有在房室分離或高度房室傳導(dǎo)阻滯時(shí)的心電圖中，才可清楚看到 Ta 波。 （ 3） QRS 波群 ， QRS 波群代表左、右兩心室去極化過程的電位變化。通常歷時(shí) 。典型的 QRS 波群包含三個(gè)緊密相連的波，第一個(gè)向下的波為 Q 波，其后向上的高而尖的為 R 波，繼 R 波之后的一個(gè)向下的為