基于DSP的EASI十二導(dǎo)聯(lián)多功能Holter系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 DSP程序設(shè)計(jì)

DSP系統(tǒng)初始化需要完成以下操作：初始化CPU、外設(shè)、引腳功能與中斷，通過(guò)判斷中斷源確定是否存儲(chǔ)在MicroSD卡上；然后開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換采集心電信號(hào)，根據(jù)此前所選擇的方式通過(guò)DMA保存采集到的數(shù)據(jù)；同時(shí)數(shù)據(jù)累積到特征提取所需后對(duì)其進(jìn)行處理，判斷是否有異常。一旦產(chǎn)生異常，則通過(guò)Zigbee模塊發(fā)送提示信息，否則繼續(xù)循環(huán)信號(hào)處理流程。

3.2 算法設(shè)計(jì)

ECG信號(hào)中QRS波群的檢測(cè)是對(duì)ECG信號(hào)自動(dòng)分析診斷的前提和基礎(chǔ)，只有在R波標(biāo)定后才可做進(jìn)一步分析。本系統(tǒng)采用墨西哥草帽小波變換進(jìn)行R波檢測(cè)。該小波母函數(shù)是高斯函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)，心電信號(hào)的特征點(diǎn)與小波變換的模極大值點(diǎn)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而可以據(jù)此實(shí)現(xiàn)R波的定位[5]。式(1)為小波母函數(shù)函數(shù)表達(dá)式：
　　

具體檢測(cè)方法為：在小波變換尺度4上，分等長(zhǎng)區(qū)間分別求模極大值，再對(duì)這組模極大值求均值，將該均值二分之一作為閾值，求出過(guò)閾值的連續(xù)區(qū)間中極大值為R波的相應(yīng)位置，再修正時(shí)移。此時(shí)與尺度4相應(yīng)時(shí)延為20點(diǎn)，即與原始信號(hào)中R波位置有20點(diǎn)的延時(shí)。

為了檢查算法的有效性，本實(shí)驗(yàn)采用國(guó)際通用的MIT-BIH數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，由于噪聲在小波變換的第3、第4尺度上已得到抑制，所以系統(tǒng)中所采用的方法可以有效地從噪聲干擾中識(shí)別出心電信號(hào)中R波的位置，并且識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到了99.83%。

在完成R波識(shí)別流程后，分別以R波位置為起始點(diǎn)，向前在長(zhǎng)度為0.04 s的區(qū)間中搜索模極小值點(diǎn)位置，以對(duì)Q波進(jìn)行定位。對(duì)S波進(jìn)行識(shí)別的基本流程與Q波相似，不同點(diǎn)是向R波后向檢索，并且由于S波延續(xù)時(shí)間較Q波長(zhǎng)，搜索區(qū)間長(zhǎng)度為0.06 s。

3.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

本文的心電遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)界面采用LabVIEW虛擬儀器編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)，主要功能為實(shí)時(shí)從串口采集心電數(shù)據(jù)，切換顯示十二導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)，分析和存儲(chǔ)等功能。

本系統(tǒng)中，Holter終端節(jié)點(diǎn)采集分析的數(shù)據(jù)應(yīng)用ZigBee無(wú)線(xiàn)協(xié)議傳輸至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將接收到的用戶(hù)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，通過(guò)串口傳送到PC機(jī)上[6]。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 心電采集和預(yù)處理

按照?qǐng)D1的EASI導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)電極位置所示，通過(guò)心電電極片連接人體和系統(tǒng)前端電路，采集心電信號(hào)。圖3為實(shí)際采集的AI通道的心電信號(hào)并在CCS(Code Composer Studio)v3.3上顯示的心電信號(hào)片段。

4.2 算法實(shí)現(xiàn)

在TMS320VC5509A采用小波變換的方法，在小波變換尺度4上對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)特征提取，并對(duì)QRS波群的各個(gè)特征點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)計(jì)算。小波變換尺度4如圖4所示。

如圖4所示，圓圈標(biāo)記為R波在尺度4上對(duì)應(yīng)的位置，三角形標(biāo)記為Q波，矩形標(biāo)記為S波。然后據(jù)此再對(duì)其他參數(shù)如P波、T波及其端點(diǎn)檢測(cè)。

4.3 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)

在上位機(jī)運(yùn)行心電遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)界面，可同時(shí)實(shí)時(shí)顯示用戶(hù)的心電數(shù)據(jù)及根據(jù)EASI導(dǎo)聯(lián)推導(dǎo)出的十二導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)。

本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于DSP的多功能Holter系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)、EASI十二導(dǎo)聯(lián)心電采集電路、心電識(shí)別算法、Zigbee無(wú)線(xiàn)傳輸通信和上位機(jī)監(jiān)護(hù)程序等都已調(diào)試成功。Holter系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)基于小波變換算法實(shí)時(shí)檢測(cè)從心電模擬前端采集的心電信號(hào)，并通過(guò)Zigbee實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)絇C機(jī)進(jìn)行心電遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)與十二導(dǎo)聯(lián)心電數(shù)據(jù)的推導(dǎo)及實(shí)時(shí)顯示，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。