李 靖 戴振坤

（四川大學(xué)，成都 610065）

一種便捷式心律失常性猝死預(yù)測儀的設(shè)計

李 靖 戴振坤

（四川大學(xué)，成都 610065）

本文基于AT89C52單片機設(shè)計了一種便攜式心律失常性猝死預(yù)測儀。該預(yù)測儀根據(jù)患者突然發(fā)生“心律失常性猝死”時的心電信號特征，設(shè)計一種集心電信號采集系統(tǒng)、處理分析系統(tǒng)及報警系統(tǒng)于一體的設(shè)備。選用低功耗的8位單片機AT89C52與大容量的Flash存儲器，對傳感器采集到的心電信號進(jìn)行實時準(zhǔn)確的記錄、分析和處理，并配有顯示器，以對監(jiān)測的心電信號進(jìn)行實時顯示。此外，用戶可配合按鍵實現(xiàn)與設(shè)備的人機交互，操作簡便。因該設(shè)備具有體積小、容量大、功耗低等特點，所以能夠進(jìn)行長期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的工作，適用于心臟病患者中易發(fā)生猝死的高危人群長期攜帶使用。

心電信號 實時分析 心律失常性猝死 Q-T間期檢測

引言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人民生活水平的普遍改善和提高，健康已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的問題。而猝死作為其中一種最為嚴(yán)重的急癥，是威脅人類身體健康和構(gòu)成死亡的重要因素，已引起人們的普遍關(guān)注和廣大醫(yī)務(wù)人員的高度重視。例如，能成功進(jìn)行預(yù)測、有效防止，即使一旦心博驟停，也能積極進(jìn)行復(fù)蘇，使部分患者化險為夷，轉(zhuǎn)危為安，獲得第二次生命。隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)的不斷發(fā)展，經(jīng)過幾代醫(yī)學(xué)家的不斷努力，尋找猝死的早期預(yù)測方法、急早發(fā)現(xiàn)惡性心律失常的發(fā)生以及對有心臟性猝死傾向的患者予以監(jiān)測已成為可能。目前，國內(nèi)外的許多大型醫(yī)療器械廠以及有關(guān)的科研單位都在心電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)上投入了大量的資源，研發(fā)出了種類繁多、各具特色的心電監(jiān)測產(chǎn)品。但是，基于傳統(tǒng)PC機平臺而設(shè)計開發(fā)的心電監(jiān)測設(shè)備往往價格昂貴，且具有體積大、不便移動等缺點，給眾多的非住院患者帶來了很多不便。而將計算機網(wǎng)絡(luò)、通信等相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于心電監(jiān)測，設(shè)計出具有成本低、可靠性好、操作簡單、體積小等特點的心電監(jiān)測儀，從而使醫(yī)院為患者進(jìn)行遠(yuǎn)程保健服務(wù)成為可能。

1 系統(tǒng)原理及組成

該系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，如圖1所示。它可分為心臟驟停的數(shù)據(jù)采集和心臟數(shù)據(jù)的分析處理兩大基本模塊。心臟驟停的數(shù)據(jù)采集模塊是對從傳感器采集到的心電信號進(jìn)行放大及濾波。心臟數(shù)據(jù)的分析和處理模塊主要完成對心電信號預(yù)處理、Q-T間期檢測、實時顯示、分析處理心電數(shù)據(jù)及實現(xiàn)病情的報警。用戶可通過鍵盤與顯示器實現(xiàn)與設(shè)備的人機交互，操作簡便。

2 硬件設(shè)計

由傳感器采集到的心電信號經(jīng)放大電路與濾波電路，由AT89C52單片機完成AD采樣。為滿足設(shè)計要求，筆者選用ATMEL公司的89C52單片機作為設(shè)備的CPU。該單片機屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51 HCMOS產(chǎn)品，是集CMOS的高速、高密度與低功耗特征于一體的特殊單片機。正是基于它的這些獨特性，89系列的單片機被廣泛用于便攜式商品、手提式儀器等中小型產(chǎn)品。同樣，在本設(shè)計中，89C52滿足該設(shè)備對功耗低、速度快、I/O接口多、程序存儲器大、中斷口足夠的要求。

3 軟件設(shè)計

由于該儀器需要的接口較多，功能性較強，所以軟件設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想。根據(jù)整個系統(tǒng)各個模塊的功能，把系統(tǒng)軟件部分分為多個子程序模塊，具體為心電監(jiān)測主程序、人機交互程序、數(shù)據(jù)處理分析程序和數(shù)據(jù)文件管理程序幾個部分。這些模塊之間相對獨立，并且各模塊的執(zhí)行由中斷來觸發(fā)。采用此種設(shè)計理念的好處可以使該監(jiān)護(hù)儀在絕大部分時間處于停機狀態(tài)，而只是在中斷發(fā)生時才開始執(zhí)行程序，在很大程度上降低設(shè)備功耗，符合最初低功耗的設(shè)計理念。

圖1 系統(tǒng)框圖

主程序流程圖，如圖2所示。

當(dāng)設(shè)備開啟后，首先進(jìn)行程序的初始化。此時，心電數(shù)據(jù)的采集模塊仍處于關(guān)閉狀態(tài)，而只有當(dāng)用戶需要使用心電采集功能時，通過按鍵才會打開采集電路，以在很大程度上降低設(shè)備的功率損耗。當(dāng)心電檢測開啟后，在8s內(nèi)完成自學(xué)習(xí)。自學(xué)習(xí)是對個人心電特征參數(shù)的提取，包括心率、Q-T間期等信息。這一過程與心電采集過程基本相同，同樣需要完成AD采樣、濾波、數(shù)據(jù)處理及存儲等過程，只是不作疾病分析。接下來運行的程序主要完成的功能分別是：對心電信號的采集，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理和分析，判斷采集到的心電信號是否發(fā)生異常并決定是否報警。

圖2 主程序流程圖

4 結(jié)果及分析

筆者對該儀器在一定范圍內(nèi)進(jìn)行了實際測試。測試分為兩大部分：穩(wěn)定性測試和準(zhǔn)確性測試。將監(jiān)測儀持續(xù)開機達(dá)30小時以測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即在此過程中，觀察采集到的心電數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的存儲、檢測是否正常。測試結(jié)果表明，在測試過程中信號穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。以處于安靜、慢走和慢跑三種不同狀態(tài)下的測試者為對象，進(jìn)行系統(tǒng)的準(zhǔn)確性測試。在將監(jiān)測儀上的測試結(jié)果與計算機上的測試結(jié)果進(jìn)行對比，準(zhǔn)確率為99.46%。處于安靜和慢走狀態(tài)下沒有發(fā)生誤檢，所以可以認(rèn)為該系統(tǒng)具有足夠的準(zhǔn)確度。綜上所述，根據(jù)實驗測試結(jié)果可知，該設(shè)備滿足最初的設(shè)計要求。

5 結(jié)語

近幾年，我國心臟病患病人數(shù)逐年增加，已經(jīng)成為備受關(guān)注的威脅人民身體健康的疾病之一。而猝死作為其中一種最為嚴(yán)重的急癥，已經(jīng)成為危害人類身體健康和構(gòu)成死亡的重要因素。為了及早發(fā)現(xiàn)并減少該急癥對患者的危害而設(shè)計開發(fā)出各種心電采集及處理儀器，以做為檢查心臟病的最基本的設(shè)備，對心臟疾病的檢測、預(yù)防和診斷具有非常重要的意義。本文設(shè)計的便是一種便捷式心律失常性猝死預(yù)測儀，用于及早發(fā)現(xiàn)和診斷心搏驟停，具有便于攜帶、實時準(zhǔn)確、運算速度快、功耗低等特點，適用于心臟病患者中易發(fā)生猝死的高危人群長期攜帶使用。

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Design of a Predictive Instrument for Sudden Arrest of Arrhythmia

LI Jing,DAI Zhenkun
(Sichuan University, Chengdu 610065)

Based on AT89C52 microcontroller designed a portable arrhythmia sudden death prediction device. According to the sudden cardiac arrhythmia sudden cardiac death, the predictor design a set of ECG signal acquisition system, processing and analysis system and alarm system in one of the equipment. Low power consumption of 8-bit microcontroller AT89C52 and large-capacity Flash memory, the sensor collected ECG signal real-time accurate recording, analysis and processing, and equipped with a monitor to monitor the ECG signal real-time display. In addition, the user can cooperate with the button to achieve human-computer interaction with the device, easy to operate. Because of its small size, large capacity and low power consumption, the device is capable of long-term, continuous, reliable and stable work. It is suitable for longterm use of high-risk people who are prone to sudden death in patients with heart disease.

ECG, real-time analysis, sudden cardiac death, Q-T interval detection