基于單片機的便攜式心電圖儀的研究

圖2 心電圖典型波形

在圖2中,P波的最高幅值不超過0.25mV;Q波的幅值約0.1mV;R波的幅值在0.5-1.5mV;S波的幅值約0.2mV;T波的幅值在0.1-0.5mV。因此,運算放大器是對微弱電壓信號的放大,傳送給單片機的A/D轉(zhuǎn)換電壓是0-5V。為此,采用多級放大，使用低噪聲、低漂移、高阻抗的儀用運算放大器。考慮到心電信號的變化極性，采用雙電源雙極性運算放大器。心電圖信號處理電路框圖如圖3所示。

心電圖電極輸出的微弱的心電信號經(jīng)過二級40倍運算放大器的放大,得到1.6V左右的電壓信號,再經(jīng)過2-5倍的可調(diào)運算放大器的放大,獲得0-5V的心電信號,輸出給單片機的A/D轉(zhuǎn)換芯片。在對心電信號放大的同時,還要對共模信號、50Hz干擾信號等進行處理,使輸出的心電信號完整、真實。

5 心電圖的顯示

在單片機中，采樣到的心電圖信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，以時間為橫坐標(biāo)，心電圖信號的電壓值為縱坐標(biāo)，直接在LCD液晶顯示器上顯示心電圖的圖形。在一屏上顯示二個完整的心電圖信號，單片機的采樣頻率在15Hz。通過操作按鈕來控制心電圖圖形的放大、縮小和移動。

6 心電圖信號的判別

根據(jù)采集的心電圖數(shù)據(jù)，采用模糊理論計算出心電圖上P、Q、R、S、T、u的幅值以及各個時間間隔，來判斷心電圖波形是否超出正常范圍，并根據(jù)嚴重程度給出提示。但不對病情提供直接的認定，這是因為心電圖檢查技術(shù)可以用來診斷某些心臟疾患，但是，它并不是萬能的，而是有一定的局限性。因為類同的心電圖異常變化，可見于幾種不同的心臟病。也就是說，在這種狀況下，心電圖只能提示心臟病變的存在，而不能鑒別屬何種性質(zhì)的心臟病。

總之，心電圖檢查技術(shù)只是診斷部分心臟疾患的一種輔助手段，必須結(jié)合臨床其它資料，進行全面、綜合分析，方能發(fā)揮其正確的作用。

7 數(shù)據(jù)的遠程傳送與診斷

在心電圖數(shù)據(jù)的傳輸和處理過程中，主要有兩個方面的內(nèi)容要處理：

一種是從心電圖內(nèi)部將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機，經(jīng)過簡單處理后，將正?；虍惓５某醪皆\斷結(jié)論告知病人并提供給病人一些建議。

另一種是將從心電圖獲得的經(jīng)處理的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程醫(yī)療中心，遠程醫(yī)療中心需要對這些數(shù)據(jù)再做進一步的分析和人工判斷。將最終的結(jié)論和建議返回給病人。這一步需要通過Internet網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。整個系統(tǒng)示意圖如圖4所示。

圖4 心電圖信號遠程傳送

7．1 心電圖和PC機之間的數(shù)據(jù)傳送和處理

心電圖和PC機之間的數(shù)據(jù)傳送實際上是單片機和PC機之間的數(shù)據(jù)傳送。在PC機一端。我們采用了VB6.0進行串口實時數(shù)據(jù)的采集。在VB6.0中利用MSComm通信控件，通過串口采集心電圖的實時數(shù)據(jù)。由于VB6.0比較簡單，編程中我們注意到盡可能使給出的程序代碼具有通用性，并有詳細的注釋，使程序可以直接或稍加改動后用于其他數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中。便于在醫(yī)療器械領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

串口數(shù)據(jù)通信協(xié)議是：數(shù)據(jù)傳輸速率為 9600bps，1位開始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗位。當(dāng)通信傳輸速率為9600bps，則最快速度1.04ms發(fā)送一個字節(jié)，心電圖每秒發(fā)送50個字節(jié)，平均20ms 發(fā)送一個字節(jié)，連續(xù)讀取串口數(shù)據(jù)時要在程序中添加循環(huán)等待程序。心電圖每秒發(fā)送50個數(shù)據(jù)，PC機收到一幀完整數(shù)據(jù)最多需要2s時間，為了能精確的測試，一般需要連續(xù)測試1分鐘以上，然后再進行數(shù)據(jù)處理。

7．2 心電圖與遠程醫(yī)療中心之間的數(shù)據(jù)傳送和處理

心電圖與遠程醫(yī)療中心之間系統(tǒng)的硬件主要由各種PC機和Internet上網(wǎng)寬帶組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。病人通過心電圖與PC的接口將測試的數(shù)據(jù)通過交換機路由器實時傳送到計算機Internet網(wǎng)絡(luò)上，遠程醫(yī)療中心的服務(wù)器接受到數(shù)據(jù)后進行處理，以數(shù)據(jù)和圖形方式顯示在終端上供經(jīng)驗豐富的醫(yī)生、專家進行診斷，然后將結(jié)果返回給病人，同時將結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中，以便作為下一次診斷的參考和寶貴的醫(yī)學(xué)資料。

8 結(jié)束語

我們研制的便攜式心電圖儀能夠測量、記錄心電信號,能夠?qū)⑿碾姷纳硇盘栟D(zhuǎn)換成電信號,并在單片機上由LCD液晶顯示器以圖形的方式顯示,圖形可以放大、縮小、移動和存儲。便攜式心電圖儀的價格比較低,容易普及,可以使患者能夠方便地進行自我測量,由于是一種便攜式心電圖儀,也為醫(yī)生臨床檢查提供一種新的診療設(shè)備。由于便攜式心電圖儀能夠現(xiàn)實測量信息的網(wǎng)絡(luò)遠程傳輸,為實現(xiàn)家庭醫(yī)療遠程診斷進行了前瞻性的研究。