搜索
基于DSP的心电监护系统梁斯佳3090101130心脏病一直是人类健康的杀手，其发病快，来势急猛，不及时急救或处理不当，后果不堪设想，因心脏病猝死的人每年有很多，其中也包括了很多名人。心脏病的频频高发再一次引起我们的重视，心脏病治疗也刻不容缓，一旦心脏病发，猝死的概率非常大。古往今来，诸多名人死于心脏病突发的猝死，叶利钦，梅兰芳，徐悲鸿等等。这就体现了对心脏病人的及时心脏监控的必要性。在高效，反应迅速的检测之下，一旦心脏出现异常，监测器发出警示，周围的人员及时采取相关措施，可以及时挽救病人的生命。1DSP应用1.1DSP在生物医学中的应用由于DSP具有灵活性好，精度高，可靠性好，可大规模集成的优点，使得其在生物医学领域得到广泛应用。例如：基于DSP的心电采集及自动分析系统，DSP在电子耳蜗中的应用，DSP在便携式生理信号检测仪的应用，DSP在医疗成像中的应用等等。1.2基于DSP的心电监护系统1.2.1基于DSP的心电监护系统的原理生物原理：心脏在机械收缩之前，心肌预先发生电的激动，并向全身各部位放散，从而在体表的不同部位产生电位差。通过体表把这种变动着的电位电信号的采集处理与分析，及时反馈，就可以完成监测。DSP等技术原理：现在以某一心电监护仪为例说明其构成原理：该心电监护模块是一个以美国德州仪器公司(TI)的TMS320F206为核心的DSP数据采集和处理模块。整个系统安装在一块4层的PCB板上，通过9针RS-232电缆和PC机进行通讯，其原理框图如图1所示。其中所有的输入信号包括ECG1、ECG2(两路心电信号)、TEMPI(体温信号)、RESP(呼吸信号)、LEADOFF(导联脱落检测)、PACE(起博器检测)等均来自心电信号前期模拟处理模块。技术内涵由以下几个方面介绍：1TMS320F206：TMS320F206是TI公司于1996年推出的一种性价比很高的16位定点DSP芯片，运算速度为40MIPS。除支持高速运算以外，F206还具有众多的片上外设，主要包括：①软件可编程定时器；②用于程序、数据、I/O存储空间的软件可编程等待状态发生器，便于和低速器件接口；③片内振荡器和锁相环(PLL)，用于时钟选择×1，×2，×4，÷2；④同步串口，便于和串行CODEC接口；⑤全双工的异步串口，便于和PC机通信。2硬件组成：该心电监护模块共有4路输入：两路心电信号ECG1和ECG2、一路体温信号TEMPI、一路呼吸信号RESP，采用分时采样的工作方式。通道切换的工作由一片双向模拟开关CD4051来实现，将C、B、A控制端连接到TMS320F206的三根地址线上，通过I/O指令打开相应的模拟通道，进行信号的采样。信号的采样和量化工作由一片ADS774完成。外部程序存储器。我们采用了4片日立公司的8位SRAMHM62256-10，两两组成16位的程序存储器和数据存储器，分别用F206的PS和DS信号进行片选，R波的精确定位是心电监护模块的一个重要功能为了在心率计算时消除Ｔ波可能引起的干扰，我们设计了一个有源带通滤波器，其中心频率f0=12.867Hz，带宽B=f0/Q=5.629Hz，下限截止频率f1=10.3565Hz；上限截止频率f2=15.9855Hz。标准心电信号通过该带通滤波器前后的波形如图3所示。可以看出，频率相对较低的T波有很大的衰减而R波基本保持不变。3软件设计：软件由两部分组成。一是运行在TMS320F206片内FLASHMEMORY中的系统监控程序，二是运行于PC机端的图形界面用户程序。算法流程如图4所示。4模块调试过程：①硬件调试；②TMS320F206端软件调试；③图形用户界面GUI软件调试5个人设想：鉴于现有硬件技术与DSP技术，我认为在功能的扩展上有以下几点设想：1）对于心电信号的识别上，应该向更精准、更快速的方向发展；在仪器前段（即使用者随身所携带的用户端，与下面提到的集中控制端相区分）对于收集到的信号处理，采用集成芯片以及软件算法编程对信号进行初步（希望尽可能做到最优化）的去噪音，并迅速的识别异常信号，将其与仪器所带的内存库上的异常信号库进行迅速比对，初步可以判断异常疾病。2）信号处理，应该具有一定的超前功能，就是说个人为即使是猝死也是会具有一定前兆的，只不过其表征极其不明显罢了，说不定心电信号正可以抓住这一前兆，也就是根据现在的心电状态，迅速推算出之后的心电新店走势，如果其走势符合重大心脏疾病与猝死的特征，就发出警报或交予集中控制端处理，使控制端采取措施。3）仪器采用先进的无线联网技术，整套的监护系统由用户端与集中控制端组成对于心脏脆弱的患者，配置用户端，集中控制端则设立在医院或相关急救部门，一旦前端出现异常信号，迅速传输到集中控制端，集中控制端可自动或人为的采取措施干预（迅速派遣急救人员或发出诊疗信号指令）4）在用户前段的监测器上是否可以配置相应的信号发生装置？发出微弱的电信号，且此种由诊疗指令发出的电信号是否对于心脏有一定的治疗，舒缓急症的作用？这些都是我心一步的设想，相关的可行性，还需要相关医学知识与临床试验数据进行验证，如果可行，就可以从集中控制端发出初级的诊疗信号指令，使用户前端，发出有延缓急症作用的电信号（检测器与电信号发生器距离心脏较近），就可以在医护人员到达现场前延迟发病争取时间。5）在信号处理上，还应该有在时间上的“前寻过程”，由现在的信号，将时间倒转，追寻犯病前的异常原因，给医生诊疗提供有用的依据。参考文献：【1】基于DSP的心电监护模块设计作者：不详2007/05/25【2】dsP在生物医学工程的应用作者：王国泰【3】基于DSP的大容量心电监护系统作者：李晓艳李兴平刘鹏