目前,，以采集心電信號,、分析和診斷為主的心電監(jiān)護系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，對于心臟系統(tǒng)疾病的預防,、診斷發(fā)揮了很大的作用,。但是此類心電監(jiān)護儀只能是在病人靜態(tài)或者病人要在特殊的情況下才能使用，對心臟病人的要求太高特別是心臟病疑似病人和早期的心臟病患者,，影響他們正常的工作生活,；而另一類便攜式心電監(jiān)護儀，其24小時可以監(jiān)護,，但是其存儲需要大量的空間,，對于心電信號的回放也需要大量的時間，鑒于以上兩個問題,，本文設(shè)計基于模糊控制的便攜式心電監(jiān)護儀,。他在克服以上兩個問題的同時也突破以往在線診斷疾病的單值處理，能夠更加準確地判斷心電信號正,、異常實現(xiàn)及時發(fā)出報警,。

1 系統(tǒng)總統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計目標

根據(jù)心電信號特征、生物信號處理系統(tǒng)和現(xiàn)代心電監(jiān)護技術(shù)發(fā)展要求,，本系統(tǒng)選用高速SOC系列單片機C8051F020作為心電監(jiān)護儀的主芯片實現(xiàn)以下功能：

(1) 測量具有無創(chuàng),、安全、準確,、可重復性強等,；

(2) 操作方便，測量簡單,，不影響待監(jiān)護病人的正常的生活,；

(3) 能實時分析心電信號并判斷信號正、異常,，初步診斷出監(jiān)護病人的心電異常疾?。?/p>

(4) 16 MB的FLASH存儲器能夠24小時存儲使用者的異常信號,；

(5) 系統(tǒng)出錯的報警功能,；

(6) 能夠?qū)⒋鎯Φ漠惓Ｐ碾娦盘柾ㄟ^USB接口轉(zhuǎn)移到PC機上做進一步的心電信號診斷。

1.2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示,。

首先從電極電路采集被測對象的微弱的心電信號,，然后對此信號進行放大,、濾波處理后一支直接進入主控芯片，另一支進入導聯(lián)脫落檢測電路,，然后再與主控芯片C8051F020連接,。信號進入主控芯片C8051F020之后，對其進行相應(yīng)的處理,，實現(xiàn)報警,、存儲、判斷,、傳送等功能,。

1.3 系統(tǒng)總體流程圖

系統(tǒng)總體流程圖如圖2所示。

2 模糊控制部分

心電自動分析的主要目標是進行心律失常診斷,。臨床上對心律失常的自動診斷就是結(jié)合節(jié)律分析和波形形態(tài)分析,，對測得的心電波形識別分類，并根據(jù)預先確定的診斷標準或判據(jù)做出相應(yīng)的臨床診斷,。而本設(shè)計是根據(jù)所提取的特征值結(jié)合醫(yī)學知識和醫(yī)學專家系統(tǒng)完成判斷的,。

首先根據(jù)下列判據(jù)對待檢測病人進行初步的診斷：

心動過速 R-R間期<0.5 s(120次／min)；

心動過緩 R-R間期>1.5 s(40次／min),；

停搏和室顫 在一段較長時間內(nèi)沒有QRS波,，一般這個時間>1.6 s；

漏搏 一個R-R間期大約是以前平均R-R間期的2倍后并且沒有出現(xiàn)一次早搏的就是作為漏搏檢出,，如果R-R間期大于平均的2倍但小于1.5 s,，則作為房竇停止檢出；

室性早搏 室性早搏成對(連續(xù)出現(xiàn)兩次室性早搏)：室性二聯(lián)律(正常和室早交替出現(xiàn)連續(xù)兩次以上),；室性三聯(lián)律(正常,、正常和室早交替出現(xiàn)連續(xù)兩次以上)，都歸為室性早搏,。檢測標準復雜,，需要進一步用邏輯模糊分析判斷；

R落在T上(R on T) 這是在心室復極化時期(T波)出現(xiàn)的PVC,，由于T波無法檢測,，所以只有靠節(jié)律分析；

插入性期前收縮 是沒有代償停歇的早搏,，早搏的R-R間隔大致等于早搏前的平均R-R間隔,；

房性早搏(APB) 一早搏接一個代償?shù)耐Ｐ?以上對心臟疾病的判據(jù)都是二值判斷，此種方法檢測簡單易于實現(xiàn)但是對疾病的判斷不精確,。實際上醫(yī)療診斷中存在大量的模糊語言及現(xiàn)象,，判斷病人患病情況要根據(jù)多個參數(shù)的多值進行判斷的。這些判據(jù)是由此方面醫(yī)學專家的先驗知識獲取的,，利用這些判據(jù)形成多條模糊規(guī)則,，把醫(yī)學專家臨床診斷疾病的方法用機器實現(xiàn)。下面就以模糊邏輯檢測室性早博為例,，對監(jiān)護病人的病情進行初步的診斷,，進而區(qū)別正、異常心電信號,，做到只記錄異常心電信號,。

在單片機上實現(xiàn)模糊控制一般采用3種方式：強度轉(zhuǎn)移方式、直接查表方式和公式計算方式,?？紤]到直接查表方式是通過離線計算，得到一張模糊控制表將控制表存放在計算機內(nèi)存中的,，在控制應(yīng)用過程中,，速度雖然很快但是若變量較多(本系統(tǒng)用到5個)會導致模糊控制維數(shù)高使存儲、查表不方便,。同佯公式計算也小適合本系統(tǒng)多參數(shù)的計算,。而強度轉(zhuǎn)移方式是按模糊控制的極大一極小法進行推理。每個輸入?yún)?shù)映射為多個隸屬度,，每組輸入會激活多條規(guī)則,，可能對應(yīng)不同的結(jié)果。用取小的原則計算各組合對應(yīng)規(guī)則的輸出強度,，然后按最大隸屬度原則得出對應(yīng)于各結(jié)論的可信度,。這樣，對于每一個輸入都可得出與各結(jié)論相對應(yīng)的輸出強度,。稱為輸出隸屬度,。取輸出強度最大的那個隸屬度作為輸出。實驗結(jié)果表明,，這種方法對本系統(tǒng)最為合適,。下面就以早搏為例說明，提取R波寬度(RW),、RR間期(RR),、R波面積(RA)T波面積(TA)、T波峰值(TH)這5個特征值來用模糊方式診斷被監(jiān)護者發(fā)生室性早搏的情況,。部分模糊規(guī)則表如表1所示,。

2.1 隸屬函數(shù)的存放

由于單片機的內(nèi)存容量有限，如果要對系統(tǒng)輸入輸出論域的所有隸屬函數(shù)的連續(xù)曲線進行存儲,，是不可能的,，所以本系統(tǒng)對于三角形隸屬函數(shù)采用三點法，存儲三角形的3個頂點,；對于兩邊的半梯形存儲腰和頂?shù)?點,。隸屬函數(shù)存放在ROM中,，圖3以R波的寬度為例說明。 

2.2 輸入模糊化

提取的特征參數(shù)是精確值,，將他們與隸屬函數(shù)進行比較組合,，求出相應(yīng)的模糊輸入量隸屬度范圍為0～1，單片機上可表示為00H～FFH,。對本系統(tǒng)而言,，每個精確輸入值最多只對應(yīng)兩個模糊輸入量大于零，其余的模糊輸入量則為零,。例如：假設(shè)RW=1.1,，從表3可知他落在中(M)和大(L)兩個區(qū)間上，因此對于中(M)和大(L)的隸屬度為：

μM(1.1)=(1.3-1.1)／(1.3-1.0)×FFH=5AH

μL(1.1)=(1.1-1.0)／(1.3-1.0)×FFH=55H

在RAM中開辟一塊區(qū)域,，存放各模糊輸入量,。

2.3 模糊規(guī)則的存放

模糊規(guī)則表示為：IF A and B and C and D and ETHEN Y(or Z)

其中"IF"后緊接著的詞稱前件，"THEN"后面的詞稱后件,。首先將輸入的模糊值S,，M，L,，XL分別與數(shù)字0,，1，2,，3相對應(yīng),，即：RW，RR,，RA,，TA，TH：S=0,，M=1,，L=2，XL=3,。

每條規(guī)則用3字節(jié)表示,。第1字節(jié)高4位表示第1前件的模糊值，低4位表示第2前件的模糊值,；第2字節(jié)高4位表示第3前件,，低4位表示第4前件；第3字節(jié)高4位表示第5前件,，低4位表示后件,。其中，F(xiàn)表示不考慮該前件，A表示"是PVC",，B表示"可能是PVC",。以一條規(guī)則(存放在ROM中)為例，如所示來說明,。

2.4 模糊推理

對于每一組輸入的數(shù)據(jù),，先進行模糊處理然后遍歷每一條模糊規(guī)則，取第一條規(guī)則第一前件(3H)作為地址偏移量,，加上模糊輸入RW在RAM中存放的首地址(40H)，則可從RAM內(nèi)RR存放區(qū)域中查找出XL的隸屬度A1,；取第一條規(guī)則第二前件(3H)作為地址偏移量,，加上模糊輸入RW在RAM中存放的首地址(44H)，則可從RAM內(nèi)RW存放區(qū)域中查找出XL的隸屬度B1,；依此類推得隸屬度C1,，D1，E1,。根據(jù)強度轉(zhuǎn)移法,，取A1，B1,，C1,，D1，E1中最小值作為該規(guī)則后件所取的語言變量"是PVC"的隸屬度Y1,。當所有規(guī)則都遍歷后得到："是PVC"的隸屬度Y1,，Y2～Ym，"可能是PVC"的隸屬度Z1,，Z2～Zn取Y1,，Y2～Ym的最大值作為"是PVC"的隸屬度Y，取Z1,，Z2～Zn的最大值作為"可能是PVC"的隸屬度Z,。如果Y<7FH且Z<1FH，則輸出"正常",；如果Y>Z,，輸出"是PVC"；如果Z>Y,，輸出"可能是PVC",。

3 結(jié) 語

本文設(shè)計的心電監(jiān)護儀，集心電信號的采集,、分析于一體,，而且系統(tǒng)體積小、安全、可靠,，能夠在不影響被監(jiān)護者正常生活的情況下進行使用,，可以初步診斷病情，進而節(jié)省存儲空間,，節(jié)約進一步診斷病情的時間,，經(jīng)實驗取得了很好的效果。如果能夠結(jié)合更多的此方面醫(yī)學專家的知識,，可以實現(xiàn)更完善的診斷功能,。