【正文】 ............ 17 信號的心率計(jì)算模塊 ........................................... 18 信號保存模塊 ................................................. 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。 [1]然而，這種心電儀在實(shí)現(xiàn)多種功能的同時，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。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。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。 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。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。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。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 。 另外，一些特殊的心臟病患者，在正常工作生活時發(fā)病，而到醫(yī)院檢查時癥狀消失，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。怎樣才能使病人在家庭中得到更好醫(yī)療保健，同時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)生面前的一個重要課 題。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。因此及時通過心電信號來發(fā)現(xiàn)并預(yù)防心臟病的發(fā)生是減少心臟病人發(fā)病和死亡率的一個有效途徑。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。因此導(dǎo)致了許多心臟病人病情不能得到及時診斷和治療，延誤了病情甚至導(dǎo)致死亡等嚴(yán)重后果。 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 時了解監(jiān)護(hù)對象的健康狀況在患者病情突變惡化時報警，為患者提供及時的救助。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。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，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，但都價格不菲。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。 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)皆撝行模O(jiān)護(hù)中心便可以進(jìn)行相應(yīng)處理和預(yù)警?？偟膩碚f，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。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。 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，心電信號的時域和頻域特征等 [6]。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，其值保持相對的恒定。由心臟內(nèi)部產(chǎn)生的一系列非常協(xié)調(diào)的電刺激脈沖，分別使心房、心室的肌肉細(xì)胞興奮，使之有節(jié)律地舒張和收縮，從而實(shí)現(xiàn) “ 血液泵 ” 的功能，維持人體循環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn) 轉(zhuǎn)。 基于 GUI 的心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì) 4 心電圖及心電信號的特征分析 心臟電傳導(dǎo)過程分析 心電生理學(xué)資料表明 [9]，心臟不斷的進(jìn)行有節(jié)奏的收縮和舒張運(yùn)動。在每個心動周期中，竇房結(jié)是心臟的最高起博點(diǎn) (也叫一級起搏點(diǎn) )，它發(fā)出的激動命令經(jīng)結(jié)間束首先傳給房室結(jié)(也稱第二級起搏點(diǎn) )。房室束往下又不斷發(fā)左右兩個束支，越分越細(xì)，最后分別形成互相交織得像網(wǎng)一樣的結(jié)構(gòu)，稱普肯耶纖維，終止于心肌內(nèi)。將測量電極放置在人體表面的一定部位記錄出來的心電信號變化曲線，就是目前臨床上常規(guī)記錄的心電圖。下面對每個波形點(diǎn)作詳細(xì)的介紹： (1) P 波：最初產(chǎn)生的偏離的波被命名為 P 波，它反映心房除極過程的電位變化，代表了兩個心房的去極。興奮在向兩心房傳播過程中，其心電去極化的綜合向量先指向左下肢，然后逐漸轉(zhuǎn)向左上肢。 P 環(huán)在各導(dǎo)聯(lián)軸上的投影即得出各導(dǎo)聯(lián)上不同的 P 波。 P 波基于 GUI 的心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì) 5 的寬度一般不超過 秒，電壓（高度）不超過 毫伏。正常間隔 秒。 QRS 波的第一個向上的波為 R 波，繼 R 波后第一個向下的波為 S 波，發(fā)生在 S 波后的向上的波稱為 R。 (3) PR 間期：從 P 波開始到 QRS 復(fù)合波開 始，它代表心房肌開始除極到心室肌開始除極的時限。它是房室傳導(dǎo)時間的一種度量，由于這個原因，它在臨床診斷上很有用。 (4) ST 間期：是在 QRS 波群以后， T 波以前的一段平線。該段在確定病理學(xué)上比如心肌梗塞 (升高 )和局部缺血 (降低 )上是很重要的。 (5) T 波：代 表心室肌復(fù)極過程引起的電位變化。 QT 間期代表體現(xiàn)了心室肌肉激活間期和恢復(fù)。但通常不采用 QT，而采用修正 QT，稱為 QTC： QTC=QT+(心室率 —60)。 心電信號頻域特征分析 心電圖是心電信號的一種時域描述 [8]。心電圖對多種心臟病有診斷意義 ， 據(jù)而推論頻域分析對心功能 了解和疾病的診斷可能更有價值 ， 但必須尋找心電信號時域和頻域間的對應(yīng)關(guān)系和進(jìn)行更精確的分析。 圖 22 正常人心電圖自功率譜 圖 22 為心電信號的自功率譜圖 ,約有 26,甚至 30 個譜峰 ,自低頻起 ,最初 5 個譜峰占能量 50～ 60%,其中第 1譜峰幅度常最大 ,約占總能量 1/3,以后與其后依次譜峰的基于 GUI 的心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì) 6 關(guān)系 ,約為 fn∝ f0 心電圖波形可用一時間函數(shù)表示，周期的時間函數(shù)可分解成許多不同頻率正弦信號的疊加 ， 各正弦波都有其振幅和相位 ， 按頻率高低，表示此不同頻率正弦波振幅和相位大小的圖形即為信號的頻譜 [9]。 Sher 等用掃頻儀進(jìn)行心電圖頻率分析 ， 指出高于 100Hz 的頻率對電壓振幅無大作用。 過去進(jìn)行的頻率分析工作大多著眼于與心電圖儀