多床位心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)床位患者心電的監(jiān)護(hù)，提出多床位心電監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì)思想，解決傳統(tǒng)心電采集過(guò)程中對(duì)單床位患者心電的監(jiān)護(hù)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)生集中監(jiān)護(hù)病房中患者心臟跳動(dòng)的目的。上位機(jī)采用Visual C++6．0開(kāi)發(fā)監(jiān)護(hù)控制軟件，采用USB 2．0接口接收下位機(jī)上傳的心電數(shù)據(jù)；下位機(jī)用MCS-51單片機(jī)采集患者的心電數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：心電監(jiān)護(hù)；上位機(jī)；信號(hào)放大；心電采集

0 引言
為了適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)療業(yè)的迅速發(fā)展，心電監(jiān)護(hù)儀是臨床診療的一種必備檢查設(shè)備。心電監(jiān)護(hù)儀種類較多，如臨床使用的基于PC平臺(tái)的心電監(jiān)護(hù)儀，家用便攜式心電監(jiān)護(hù)儀，隨時(shí)攜帶便攜式心電監(jiān)護(hù)儀等。
調(diào)查表明，心血管疾病已經(jīng)成為目前威脅人類生命的主要疾病之一，導(dǎo)致此類疾病的主要原因是人們生活節(jié)奏加快、人口逐漸老齡化以及生活不規(guī)律性。心血管疾病的主要特點(diǎn)是突發(fā)性、短暫性和危險(xiǎn)性。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行治療，將會(huì)導(dǎo)致患者死亡的嚴(yán)重后果。
心電監(jiān)護(hù)儀是檢查、診斷和預(yù)防該類疾病的重要手段和依據(jù)，是監(jiān)護(hù)患者心臟狀態(tài)的一個(gè)重要儀器；對(duì)于心肌梗塞、心律失常等癥狀，心電監(jiān)護(hù)儀的使用貫穿于治療、康復(fù)的整個(gè)過(guò)程。由于傳統(tǒng)的基于PC機(jī)平臺(tái)的心電監(jiān)護(hù)儀，價(jià)格昂貴，體積龐大，不便于移動(dòng)且主要集中在大醫(yī)院，給醫(yī)生和患者帶來(lái)了很大的不便。采用一臺(tái)PC機(jī)設(shè)計(jì)一種新型多床位心電監(jiān)護(hù)儀。它利用上位機(jī)來(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)視多位患者的心電，不但可以降低成本、縮小體積，而且還可以同時(shí)監(jiān)護(hù)多位患者，方便醫(yī)生隨時(shí)查看被檢查床位患者的病情。

1 心電波形知識(shí)
1．1 心電波形組成
心電波形是由一系列的波組所構(gòu)成，每個(gè)波組代表著每一個(gè)心動(dòng)周期。一個(gè)波組包括P波、QRS波群、T波和U波，如圖1所示。

(1)P波。P波由心房除極所產(chǎn)生，是每一波組中的第一波，心臟的激動(dòng)發(fā)源于竇房結(jié)，然后傳導(dǎo)到達(dá)心房，它反映了左、右心房的除極過(guò)程。前半部分代表右房，后半部分代表左房。
P波呈鈍圓形，可有輕度切跡；P波時(shí)小于0．11 s，雙峰間距小于0．04 s。
(2)QRS波群。典型的QRS波群包括三個(gè)緊密相連的波，第一個(gè)向下的波稱為Q波，繼Q波后的一個(gè)高尖的直立波稱為R波，R波后向下的波稱為S波。因其緊密相連，且反映了心室電激動(dòng)過(guò)程，故統(tǒng)稱為QRS波群。這個(gè)波反映了左、右兩心室的除極過(guò)程。
QRS時(shí)限小于0.11s。
(3)T波。T波位于S-T段之后，是一個(gè)比較低且占時(shí)較長(zhǎng)的波，它是心室復(fù)極所產(chǎn)生的。T波在24 h振幅變化較大。
T波鈍圓，占時(shí)較長(zhǎng)，從基線開(kāi)始緩慢上升，然后較快下降，形成前肢較長(zhǎng)、后肢較短的波形；T波方向常和QRS波群的主波方向一致；T波的振幅不應(yīng)低于同導(dǎo)聯(lián)R波的1／10。
(4)U波。U波位于T波之后，比較低小，其發(fā)生機(jī)理未完全明確；一般認(rèn)為是心肌激動(dòng)的“激后電位”。
1．2 心電信號(hào)的特性
一般電信號(hào)有三大特征：幅度、頻譜和信號(hào)源阻抗。作為生物電的心電信號(hào)也是如此：
(1)微弱性。心電信號(hào)是自人體體表特定點(diǎn)處拾取的生物電信號(hào)，信號(hào)通常十分微弱，其幅度一般不超過(guò)5mV。
(2)低頻特性。通常心電信號(hào)的頻率較低，其頻譜范圍一般為0．05～100 Hz，頻譜能量主要集中在0．25～35Hz之間。
(3)高阻抗特性。作為心電的信號(hào)源，人體源阻抗一般較大，可達(dá)幾千歐到幾十千歐，它將給心電測(cè)量帶來(lái)誤差和失真。
(4)不穩(wěn)定性和隨機(jī)性。人體是在內(nèi)環(huán)境與外環(huán)境相適應(yīng)的條件下維持其新陳代謝和生命。為適應(yīng)各種外環(huán)境的變化，人體內(nèi)各種系統(tǒng)的功能活動(dòng)都在相互影響中不同地變化調(diào)整著，以在內(nèi)環(huán)境保持平衡。同時(shí)遺傳等因素也造成人體的個(gè)體差異。由于人體所處內(nèi)外界環(huán)境在時(shí)空上的復(fù)雜多變性和個(gè)體差異，使得人體心電信號(hào)表現(xiàn)出不穩(wěn)定性和隨機(jī)性。

2 多床位心電監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)方案
2．1 總體功能目標(biāo)
開(kāi)發(fā)多床位心電監(jiān)護(hù)儀主要實(shí)現(xiàn)以下功能目標(biāo)：
(1)對(duì)所監(jiān)護(hù)每一床位實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)、動(dòng)態(tài)顯示心電波形和打印功能；
(2)對(duì)所監(jiān)護(hù)每一床位患者的心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并具有查看重顯功能；
(3)監(jiān)護(hù)軟件可以自動(dòng)計(jì)算心率、并能顯示心率數(shù)值；
(4)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的床位選擇功能，顯示多個(gè)床位的心電畫(huà)面，重點(diǎn)患者心電波形可置頂顯示；
(5)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信功能；
(6)實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的心電數(shù)據(jù)采集功能；
(7)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)USB接口和串口RS 232的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)；
(8)患者心率為0時(shí)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的報(bào)警功能；
2．2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)多床位心電監(jiān)護(hù)儀所要完成的功能和特點(diǎn)，建立該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2中，PC主控機(jī)主要安裝有多床位心電監(jiān)護(hù)儀控制軟件，完成1～8個(gè)床位的監(jiān)護(hù)工作，同時(shí)要具備計(jì)算心率和心電報(bào)警的任務(wù)；8051單片機(jī)主要用來(lái)接收A／D轉(zhuǎn)換后的心電數(shù)字信號(hào)；A／D轉(zhuǎn)換完成心電的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)要接收的數(shù)字信號(hào)；光電隔離電路用于心電信號(hào)進(jìn)行去噪、濾波；心電采集和放大器完成對(duì)患者心電信號(hào)的采集并放大采集信號(hào)；心電導(dǎo)聯(lián)主要連接患者身體的檢測(cè)部位，采集患者的心電信號(hào)。
2．3 多床位心電監(jiān)護(hù)儀控制系統(tǒng)
多床位心電監(jiān)護(hù)儀控制系統(tǒng)是基于Visual C++6．0開(kāi)發(fā)的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，主要完成的功能有開(kāi)始監(jiān)護(hù)、停止監(jiān)護(hù)、重顯、心率顯示、取圖(波形顯示和波形采集)、網(wǎng)格圖紙顯示、存儲(chǔ)、打印、報(bào)警、時(shí)間和日期，以及利用Visual C++編寫(xiě)USB驅(qū)動(dòng)程序。
系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。