心電圖是診斷心臟病的重要手段，但是,，由于種種原因,，用普通心電圖儀很難捕捉到異常心電圖。無(wú)線電心電監(jiān)護(hù)儀或者24小時(shí)動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀雖然能有效地解決這一問(wèn)題,，但是造價(jià)昂貴，難以深入家庭,。紅外光生物遙測(cè)具有抗電磁干擾能力強(qiáng),、發(fā)射和接收設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉,、調(diào)試容易,；無(wú)需進(jìn)行頻率注冊(cè)；使用方便,、安全的優(yōu)點(diǎn)［1］,。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已逐步深入家庭,，為研制具有分析,、處理能力的家庭醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備提供了基礎(chǔ)。為此,，我們研制了一種單道紅外心電遙測(cè)儀,，它以計(jì)算機(jī)作為分析,、處理、顯示,、存儲(chǔ),、通訊手段，用紅外光作為傳輸媒介,，對(duì)被試者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù),。通過(guò)調(diào)制解調(diào)器，還能把遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)结t(yī)療中心,，供醫(yī)療專家分析,、診斷，是一種理想的遠(yuǎn)程醫(yī)療前端及家庭醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備,。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及工作原理
本機(jī)以計(jì)算機(jī)作為接收,、處理終端，完成數(shù)據(jù)的接收,、處理,、存儲(chǔ)、通訊等功能,，對(duì)被試者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù),。
系統(tǒng)采用PCM-ASK調(diào)制方式。即第一次調(diào)制采用脈沖編碼調(diào)制,，第二次調(diào)制采用幅度鍵控調(diào)制,。PCM調(diào)制具有精度較高、抗干擾性較強(qiáng)的特點(diǎn),。ASK調(diào)制,，既可以提高抗環(huán)境光、抗電磁干擾的能力,，又可以通過(guò)選擇不同的副載波頻率,，實(shí)現(xiàn)多套遙測(cè)系統(tǒng)在同一地區(qū)同時(shí)工作，而不會(huì)互相干擾,。而且,，由于紅外發(fā)射管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，不僅能降低發(fā)射管的功耗,，減小發(fā)射機(jī)的體積,、重量，增加作用距離,，得到較長(zhǎng)的工作時(shí)間,，同時(shí)，ASK調(diào)制方式調(diào)制線路簡(jiǎn)單,，實(shí)現(xiàn)容易,，便于晶體穩(wěn)頻,，提高系統(tǒng)的可靠性。接收端解調(diào)后,，數(shù)據(jù)直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)的串口,，使硬件結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，且使用方便,。
PCM調(diào)制器采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn),，由它完成信號(hào)采樣、A／D轉(zhuǎn)換,、數(shù)據(jù)串行輸出,。經(jīng)比較，我們采用了MICROCHIP公司生產(chǎn)的PIC16C71,。它是一種低成本,、低功耗、高性能,、帶片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器及程序存儲(chǔ)器的8位單片機(jī),。其指令結(jié)構(gòu)精煉，速度快,，體積小,，為18腳封裝，有4個(gè)模擬輸入通道,，13個(gè)I／O口,，4個(gè)中斷源，在5V電源,、主頻為4MHz的情況下,，工作電流小于2mA。
接收端選用集成化紅外接收模塊TEMS5380作為紅外接收部分,。它集紅外接收,、轉(zhuǎn)換、濾波,、放大、整形,、解調(diào)于一體,，具有體積小、靈敏度高,、功耗低,、工作可靠、調(diào)試方便的特點(diǎn)［2］,。它的中心頻率為38kHz,，可傳輸數(shù)據(jù)的速率達(dá)3000波特,，系統(tǒng)組成方框圖如圖1所示。
系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：心電放大器及電平調(diào)整電路將心電信號(hào)進(jìn)行放大并調(diào)整到A／D轉(zhuǎn)換器所需的電平,。單片機(jī)以200Hz的采樣率對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行采樣,、A／D轉(zhuǎn)換，并按串行通信的格式將 A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果附加起始位和停止位進(jìn)行移位輸出,。其中,，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位,，1位停止位,。碼速率為2400bit/s。為了便于識(shí)別起始位,，傳輸上述10位碼后,，緊接著傳送停止位，直至進(jìn)行下次A／D轉(zhuǎn)換,。串行輸出數(shù)據(jù)控制門(mén)控電路工作,。振蕩分頻器產(chǎn)生副載波頻率，當(dāng)串行數(shù)據(jù)碼為高電平時(shí),，門(mén)控電路打開(kāi),，副載波信號(hào)通過(guò)門(mén)控電路，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管發(fā)光,。驅(qū)動(dòng)電路為VMOS管,，它的開(kāi)關(guān)特性好，輸出電流大,，電路簡(jiǎn)單,。
紅外接收模塊接收到信號(hào)后，經(jīng)轉(zhuǎn)換,、濾波,、放大、解調(diào),、整形,，輸出串行數(shù)據(jù)流。為了增大系統(tǒng)遙測(cè)范圍,，在發(fā)射端串聯(lián)了6個(gè)紅外發(fā)射管,，而在接收端并聯(lián)了4個(gè)紅外接收模塊，其方位彼此錯(cuò)開(kāi),。紅外接收模塊輸出由或門(mén)相加,，然后經(jīng)電平轉(zhuǎn)換，變成串行通訊所要求的電平，由計(jì)算機(jī)串口輸入計(jì)算機(jī),，進(jìn)行分析處理,。
計(jì)算機(jī)工作于兩個(gè)模式：實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)模式和數(shù)據(jù)回放模式，在此之前可以輸入被試者資料,。在實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)模式下,。顯示器實(shí)時(shí)顯示心電波形及心率。當(dāng)檢測(cè)到異常心電圖時(shí),，計(jì)算機(jī)發(fā)出聲音報(bào)警,。在任意時(shí)刻按存儲(chǔ)鍵可以將按鍵前50秒的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至硬盤(pán)中，在一次監(jiān)護(hù)過(guò)程中至多能存儲(chǔ)21分鐘的數(shù)據(jù),。若按下凍結(jié)鍵,，心電波形被凍結(jié)在屏幕上，可以把心電波形打印出來(lái),，此后可以按繼續(xù)鍵繼續(xù)監(jiān)護(hù)或按退出鍵退出監(jiān)護(hù)模式,。退出監(jiān)護(hù)模式時(shí)，可以把分析結(jié)果顯示出來(lái),。
在回放模式中,，輸入文件名，可以自由選擇存儲(chǔ)在硬盤(pán)中的任意一段心電數(shù)據(jù)進(jìn)行波形回放,，或?qū)?shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輸至救護(hù)中心，供專家進(jìn)一步分析診斷,。
2 軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì),、菜單操作。其實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)工作流程如圖2所示,。
圖2 系統(tǒng)軟件主流程圖
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
發(fā)射端心電放大器±5V 供電,，紅外發(fā)射管用+9V供電，其余部分用5V供電,。接收端用+5V供電,。紅外發(fā)射管工作電流為34mA。系統(tǒng)的遙測(cè)距離達(dá)41m,，在8m×6m×3m的大廳里,，無(wú)論發(fā)射部分和接收部分處于何方位均能正常接收。在較強(qiáng)照明燈和強(qiáng)電磁干擾情況下均可靠運(yùn)行,，信號(hào)波形清晰,，說(shuō)明系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗環(huán)境光和電磁干擾的能力。
4 結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明,，本系統(tǒng)精度高，抗干擾性強(qiáng),，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，操作方便,，使用安全，作用距離較遠(yuǎn),。通過(guò)選用不同頻率的副載波,，可以實(shí)現(xiàn)在同一房間內(nèi)多套遙測(cè)系統(tǒng)同時(shí)工作；通過(guò)提高接收部分速率,，能夠提高信號(hào)的采樣率,，實(shí)現(xiàn)多路生理信號(hào)的遙測(cè)，可以作為一種理想,、實(shí)用的家庭醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備和遠(yuǎn)程醫(yī)療前端，是紅外遙測(cè)技術(shù)應(yīng)用于臨床的一種有益的嘗試和探索,。
本系統(tǒng)發(fā)射端采用帶A／D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī),，紅外接收部分采用一體化的紅外接收模塊使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化。但是,，紅外接收模塊的傳輸速率不夠高,，因而，信號(hào)的采樣率受到限制,。隨著器件的發(fā)展，更高傳輸速率的集成化元件出現(xiàn),，這一問(wèn)題就可以得到解決?；蛘呦到y(tǒng)的紅外接收部分采用分立的元件，也可以有效地解決這一問(wèn)題,。