基于單片機(jī)的便攜式心電圖儀的研究

1 引言

隨著我國(guó)城市人口老齡化程度的加快,隨著物質(zhì)生活的改善,心血管、心臟病一類(lèi)疾病也在不斷的增長(zhǎng),人們對(duì)這一類(lèi)疾病的預(yù)防和診斷的需求也在增長(zhǎng)。因此,人們希望有一種醫(yī)療儀器,能夠在家里隨時(shí)隨地進(jìn)行心電圖信號(hào)的測(cè)量,并且把心電圖信號(hào)記錄下來(lái),做大概的判斷,在方便的時(shí)候到醫(yī)院讓醫(yī)生作進(jìn)一步的診斷。對(duì)于情況嚴(yán)重的患者或行動(dòng)不便的人,希望能夠利用網(wǎng)絡(luò)通信的先進(jìn)技術(shù),立即把測(cè)量的心電圖信號(hào)通過(guò)遠(yuǎn)程傳送的方式,傳送到指定的醫(yī)院由醫(yī)生進(jìn)行診斷。作為一個(gè)醫(yī)生，在門(mén)診和查病房時(shí)，也希望有一個(gè)可以隨身攜帶的心電圖儀器，方便疾病的快速診斷。

有鑒于此,根據(jù)目前的微電子、單片機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù),我們通過(guò)對(duì)現(xiàn)有心電圖儀器的應(yīng)用狀況進(jìn)行了調(diào)查,利用單片機(jī)研制成功一種便攜式心電圖儀,由LCD液晶顯示器以圖形的方式顯示心電圖。并通過(guò)RS-232串行接口與計(jì)算機(jī)相連接,可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息遠(yuǎn)傳,是一種新穎的臨床和家庭兼用的心電圖儀。

2 儀器性能

1）儀器結(jié)構(gòu)形式 便攜式,二節(jié)5#電池供電

2）電極結(jié)構(gòu) 固定式愛(ài)因霍文三角形結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)

3）圖形顯示方式 由單片機(jī)控制的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(chǔ)

4）通信方式 以單片機(jī)的串行接口與計(jì)算機(jī)的RS-232相連接,由計(jì)算機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送

3 心電圖儀的組成

3．1.硬件組成

圖1 便攜式心電圖儀的硬件組成

·心電圖電極

心電圖電極是由銅質(zhì)金屬構(gòu)成,呈愛(ài)因霍文三角形結(jié)構(gòu),可以直接放置在人體的胸部，以標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)的方式獲得心電圖信號(hào)。

·心電圖信號(hào)處理電路

心電圖電極獲取的心電信號(hào)電壓非常微弱，只有1mV左右，需要對(duì)此信號(hào)進(jìn)行放大，一般要放大幾千倍，變換成0-5V，便于進(jìn)行A/D變換。

·單片機(jī)系統(tǒng)

單片機(jī)系統(tǒng)用于接收心電圖信號(hào)處理電路傳送來(lái)的0-5V電壓信號(hào)，把模擬電壓信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后以圖形的形式在LCD液晶顯示器上顯示，并且把測(cè)量的心電圖信號(hào)通過(guò)自身的串行口傳送出去。單片機(jī)應(yīng)具有低電壓、低功耗的特點(diǎn)，一般8位單片機(jī)能夠滿足要求。LCD液晶顯示器采用點(diǎn)陣式圖形顯示器，128×64點(diǎn)陣的液晶顯示器基本能完整地顯示心電圖的波形，由于該種類(lèi)型的LCD液晶顯示器本身帶有驅(qū)動(dòng)器，因此單片機(jī)可以方便地進(jìn)行控制。

·計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-1

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-1是一臺(tái)普通的PC機(jī)，通過(guò)RS-232串行口，采集到單片機(jī)發(fā)送來(lái)的心電圖信號(hào)，通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序，在PC機(jī)上顯示心電圖的波形，存儲(chǔ)和打印心電圖的信號(hào)。并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把信息遠(yuǎn)程傳送到遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)，供遠(yuǎn)程診斷用。

·計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-2

該計(jì)算機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-1，能實(shí)時(shí)觀察到遠(yuǎn)端患者的心電圖信號(hào)，通過(guò)心電圖波形的分析，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療遠(yuǎn)程診斷。

3．2.軟件組成

便攜式心電圖儀的軟件由單片機(jī)、計(jì)算機(jī)及遠(yuǎn)程通訊三部分組成。

3．2．1 單片機(jī)軟件

·數(shù)據(jù)采集 對(duì)心電圖信號(hào)處理電路傳送來(lái)的0-5V模擬電壓信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字濾波等處理，得到有效的心電圖數(shù)字信號(hào)。

· 圖信顯示 根據(jù)人體心臟跳動(dòng)的速度，實(shí)時(shí)地以圖形的形式在LCD液晶顯心電圖波形，并且可以使圖形放大、縮小、移動(dòng)和存儲(chǔ)。

·串行通訊 通過(guò)單片機(jī)本身具備的串行口，設(shè)置恰當(dāng)?shù)牟ㄌ芈?，把心電圖信號(hào)以串行方式傳送出去。

3．2．2計(jì)算機(jī)軟件

應(yīng)用VB高級(jí)語(yǔ)言，從RS-232口獲取心電圖實(shí)時(shí)信號(hào)，在顯示器上顯示心電圖波形。利用PC機(jī)的功能，對(duì)心電圖信號(hào)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、打印記錄。利用互聯(lián)網(wǎng)把心電圖信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。

3．2，3遠(yuǎn)程通訊軟件

在遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)，應(yīng)用遠(yuǎn)程通訊軟件，在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)獲得心電圖信號(hào)，供醫(yī)生在遠(yuǎn)端進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間必須實(shí)現(xiàn)具體的約定。

4 心電圖信號(hào)的測(cè)量

心電圖是從人體體表記錄的心臟電位變化曲線，反映了心臟興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和恢復(fù)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。