基于單片機(jī)的低成本心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、<p>　　基于單片機(jī)的低成本心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　開題報(bào)告</b></p><p>　　1．研究的目的和意義 </p><p>　　心血管疾病，特別是冠心病和心源性猝死已成為危害人類健康常見的疾病，過去只是在老年人群體中發(fā)病比例較高，但隨著事業(yè)及家庭雙重重?fù)?dān)的壓力，近年來(lái)中年人的心臟病的發(fā)病率也呈現(xiàn)

2、升高的趨勢(shì)。常規(guī)的靜態(tài)體表心電圖（12導(dǎo)聯(lián)）是各種心臟疾病的重要檢查手段，一般是在醫(yī)院專業(yè)技術(shù)人員操作心電圖儀將病人的心電波形記錄在心電圖紙上，然后進(jìn)行閱讀和分析，為醫(yī)生提供有用的臨床診斷資料。然而，有時(shí)患者常常自感心慌胸悶不適，待趕到醫(yī)院進(jìn)行檢查時(shí)，往往又錯(cuò)過了出現(xiàn)異常的短暫變化期，查不出問題使得醫(yī)生不能及時(shí)掌握患者的心跳記錄?，F(xiàn)在，無(wú)線遙測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要因素。從發(fā)展的角度來(lái)看，醫(yī)療監(jiān)護(hù)產(chǎn)品的無(wú)線化、網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展趨勢(shì)

3、，移動(dòng)型、具備無(wú)線聯(lián)網(wǎng)功能的監(jiān)護(hù)產(chǎn)品將成為未來(lái)市場(chǎng)的主流，另外，遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展也將使無(wú)線監(jiān)護(hù)與無(wú)線互聯(lián)技術(shù)大有用武之地。無(wú)線應(yīng)用的前景廣闊，因此研制開發(fā)無(wú)線監(jiān)護(hù)產(chǎn)品勢(shì)在必行。心電監(jiān)護(hù)是遠(yuǎn)程醫(yī)療的一個(gè)重要組成部分，是指利用現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等來(lái)對(duì)受試者進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的心電監(jiān)測(cè)，受試者的活動(dòng)范圍可以不受醫(yī)院的限制。 </p><p>　　研究心電監(jiān)護(hù)的目的和意義在于：縮短了醫(yī)生和患者之間的距離，

4、為患者提供及時(shí)救助，減少患者或醫(yī)務(wù)人員的旅途奔波；對(duì)自理能力較差的老年人和殘疾人的日常生活實(shí)施心電監(jiān)護(hù)，不僅能對(duì)受試者的心電信息進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的監(jiān)測(cè)，提高診斷的科學(xué)性和全面性，還可以充分評(píng)估監(jiān)護(hù)對(duì)象的獨(dú)立生活能力和健康狀況，提高患者的生活質(zhì)量；心電監(jiān)護(hù)可以在患者熟悉的環(huán)境中進(jìn)行，減輕了患者的心理壓力，提高了診斷的準(zhǔn)確性；對(duì)健康人群的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)，可以發(fā)現(xiàn)疾病的早期癥狀并予以預(yù)警和提示，從而達(dá)到保健和預(yù)防疾病的目的。因此，心電監(jiān)護(hù)對(duì)于人們

5、的生活質(zhì)量和健康水平的提高將發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。</p><p>　　2．國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析 </p><p>　　監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展，可追溯至1962年，北美建立第一批冠心病監(jiān)護(hù)病房（CCU），以后，監(jiān)護(hù)系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，以及臨床對(duì)危重患者和潛在危險(xiǎn)患者的監(jiān)護(hù)要求的不斷提高，對(duì)CCU/ICU監(jiān)護(hù)系統(tǒng)功能要求也不斷提高；1988—

6、1997年的10年間，一大批有價(jià)值的項(xiàng)目相繼啟動(dòng)，它代表了第二代遠(yuǎn)程醫(yī)療，其聲勢(shì)和影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了第一代技術(shù)。在遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施過程中，美國(guó)和西歐國(guó)家發(fā)展速度最快，聯(lián)系方式多是通過衛(wèi)星和綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（ISDN),在遠(yuǎn)程咨詢、遠(yuǎn)程會(huì)診、醫(yī)學(xué)圖像的遠(yuǎn)距離傳輸、遠(yuǎn)程會(huì)議和軍事醫(yī)學(xué)方面取得了較大進(jìn)展。目前，監(jiān)護(hù)系統(tǒng)除具有以前的多參數(shù)生命體征監(jiān)護(hù)的智能報(bào)警外，還要求在監(jiān)護(hù)質(zhì)量以及醫(yī)院監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)方面有進(jìn)一步的提高，以更好地滿足臨床監(jiān)護(hù)、藥物評(píng)價(jià)和現(xiàn)

7、代化醫(yī)院管理的需要。 </p><p>　　中國(guó)金衛(wèi)醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)即衛(wèi)生部衛(wèi)生衛(wèi)星專網(wǎng)于1997年7月正式開通。它可以為各地疑難急重癥患者進(jìn)行遠(yuǎn)程、異地、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)電視直播會(huì)診，它已成功地進(jìn)行大型國(guó)際會(huì)議全程轉(zhuǎn)播、組織國(guó)內(nèi)外專題講座、學(xué)術(shù)交流和手術(shù)觀摩數(shù)十次，標(biāo)志著我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生信息化事業(yè)跨入了世界先進(jìn)水平。1997年9月，中國(guó)醫(yī)學(xué)基金會(huì)成立了國(guó)際醫(yī)學(xué)中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)委員會(huì)（IMNC）。該組織經(jīng)過十年三個(gè)階段即：電話

8、線階段；DDN、光纜、ISDN通訊聯(lián)網(wǎng)階段；衛(wèi)星通訊階段，逐步在我國(guó)開展醫(yī)學(xué)信息及遠(yuǎn)程醫(yī)療工作，目前開展了可視電話系統(tǒng)的遠(yuǎn)程醫(yī)療。 </p><p>　　現(xiàn)有監(jiān)護(hù)產(chǎn)品的分類： </p><p>　　1） 按產(chǎn)品性能和使用功能分為多參數(shù)固化式監(jiān)護(hù)儀、便攜式監(jiān)護(hù)儀、插件式監(jiān)護(hù)儀和中央站監(jiān)護(hù)儀。</p><p>　　2） 按監(jiān)測(cè)參數(shù)

9、方法可分為無(wú)創(chuàng)生命參數(shù)監(jiān)測(cè)、有創(chuàng)參數(shù)監(jiān)測(cè)及特殊測(cè)試參數(shù)的監(jiān)測(cè)（血?dú)狻⑸治霰O(jiān)測(cè)、除顫及特殊麻醉氣體的監(jiān)測(cè)）。</p><p>　　2．1 ECG（心電圖）監(jiān)測(cè)的發(fā)展歷史： </p><p>　　最早，醫(yī)務(wù)人員對(duì)ECG的監(jiān)測(cè)和需求，是從危重病人搶救開始的。 </p><p>　　1）1933年：Hooker首次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)動(dòng)物心臟復(fù)蘇，通過密切觀察

10、心臟跳動(dòng)狀況，來(lái)總結(jié)和判斷病人的危重?fù)尵刃Ч?#160;</p><p>　　2）1943年：Claude Beek首次在手術(shù)室內(nèi)實(shí)施電除顫，開始ECG的監(jiān)測(cè)和臨床應(yīng)用。  </p><p>　　3）1952年：Zoll首次推出心臟起搏術(shù)，通過對(duì)心臟功能未完全恢復(fù)的病人進(jìn)行起搏、監(jiān)護(hù)，使病人得以康復(fù)； </p><p>　　

11、4）1956年：體外除顫儀問世，提高了危重病人搶救的存活率； </p><p>　　5）1960年：Kauwenhoven報(bào)道胸外心臟按摩有效，心臟復(fù)蘇技術(shù)日漸成熟；   </p><p>　　6）1970s：持續(xù)床邊ECG監(jiān)測(cè)，能夠適時(shí)不斷地監(jiān)護(hù)病人的ECG狀況，使得心臟病人及危重病人得以密切和連續(xù)的觀察，同時(shí)幫助醫(yī)務(wù)人員能對(duì)病人的心電情況做出連續(xù)

12、的分析和判斷； </p><p>　　7）1980s：Swan-Ganz肺動(dòng)脈漂浮導(dǎo)管的出現(xiàn)及臨床應(yīng)用，將血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)（有創(chuàng)壓、心排量等）引入臨床，監(jiān)測(cè)功能更加多，醫(yī)務(wù)人員獲取的客觀監(jiān)測(cè)信息更加豐富，從而大大促進(jìn)醫(yī)療水平和科研； </p><p>　　8）1990s：臨床開始應(yīng)用持續(xù)無(wú)創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)技術(shù)；   </p><

13、p>　　2．2 心電的監(jiān)測(cè)技術(shù)： </p><p>　　心電的監(jiān)測(cè)技術(shù)也是在70年代發(fā)展起來(lái)的，直到80年代中期還沒有廣泛應(yīng)用于臨床。國(guó)內(nèi)較早應(yīng)用的是單純SPO2的監(jiān)護(hù)儀及單純的心電的監(jiān)護(hù)儀。由于微處理機(jī)和快速電子系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，監(jiān)護(hù)參數(shù)ECG、SPO2、NIBP、TEMP等集于一體的監(jiān)護(hù)儀越來(lái)越得到醫(yī)護(hù)人員的認(rèn)可應(yīng)用與廣泛的臨床應(yīng)用。 </p><p>

14、;　　二代監(jiān)護(hù)的發(fā)展，在隨后的發(fā)展中，心輸出量和EtCO2監(jiān)護(hù)儀也作為床邊監(jiān)護(hù)儀在臨床得以發(fā)展和使用，特別在ICU、CCU、麻醉科應(yīng)用非常廣泛。   </p><p><b>　　1）顯示與參數(shù)： </b></p><p>　　監(jiān)護(hù)儀最初只是作為適時(shí)地監(jiān)測(cè)病人的主要生命參數(shù)，ECG、NIBP和SPO2，由最早的數(shù)字顯示，發(fā)展到數(shù)

15、字和波形同屏顯示。在監(jiān)護(hù)儀的屏幕顯示方面，也在不斷地更新和改進(jìn)，由最初的LED顯示，CRT顯示，發(fā)展到液晶顯示，直至目前更為先進(jìn)的彩色TFT顯示，即能保證很高的分辨率和清晰度，消除視角問題，在任何角度都能完整地觀察病人監(jiān)護(hù)參數(shù)和波形。在使用中，能夠保證長(zhǎng)期高清晰、高亮度的視覺效果。  </p><p>　　2）分析聯(lián)網(wǎng)功能： </p><p>　　隨著電路的高

16、度集成化，監(jiān)護(hù)儀的體積越來(lái)越趨于小巧，功能也更加齊全，在可以監(jiān)測(cè)ECG、NIBP、SPO2、TEMP等基本參數(shù)的同時(shí)，也可以連續(xù)監(jiān)測(cè)有創(chuàng)血壓、心輸出量、特殊麻醉氣體等參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，監(jiān)護(hù)系統(tǒng)逐漸發(fā)展到有強(qiáng)大的軟件分析功能，如心律失常分析、起搏分析、ST段分析等，并可根據(jù)臨床需求進(jìn)行監(jiān)測(cè)信息回顧，包括趨勢(shì)圖、表的信息存儲(chǔ)功能，存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)，信息量大。 </p><p>　　隨著通訊網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，單臺(tái)監(jiān)護(hù)

17、儀監(jiān)測(cè)病人，已經(jīng)不能滿足大量病人信息的處理和監(jiān)測(cè)，通過中央網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，將醫(yī)院多臺(tái)監(jiān)護(hù)儀聯(lián)網(wǎng)，可以提高工作效率。特別是在夜間，工作人員較少的情況下，也能同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)病人，通過智能分析報(bào)警，使每個(gè)病人都能得到及時(shí)的監(jiān)護(hù)和治療。中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)通過與醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，將醫(yī)院其他科室病人的相關(guān)資料進(jìn)行匯總存儲(chǔ)，使得病人在醫(yī)院的所有檢查、病情等資料都能存儲(chǔ)到中央信息系統(tǒng)，便于更好的對(duì)病人進(jìn)行診斷和治療。  </p>

18、<p><b>　　3）操作方式： </b></p><p>　　為了能讓更多的醫(yī)務(wù)人員盡快地掌握儀器的使用，目前銷往中國(guó)的監(jiān)護(hù)儀操作菜單也由以往的純英文發(fā)展成中/英文菜單可選。最初醫(yī)院應(yīng)用的監(jiān)護(hù)儀監(jiān)測(cè)功能簡(jiǎn)單，但操作為按鍵方式，操作也比較繁瑣，監(jiān)護(hù)儀體積也比較大。隨著技術(shù)的改進(jìn)和提高，現(xiàn)在的操作方式已由原先的按鍵方式，發(fā)展到觸摸式，及目前最為流行的旋轉(zhuǎn)鼠標(biāo)鈕的操作方式

19、，方便快捷，更加適合臨床應(yīng)用。  </p><p>　　4）監(jiān)護(hù)儀外型結(jié)構(gòu)： </p><p>　　根據(jù)不同科室的需求，監(jiān)護(hù)儀外型的選購(gòu)也不同。一般在臨床應(yīng)用中，多選擇固化式監(jiān)護(hù)儀，監(jiān)護(hù)的參數(shù)包括心電、呼吸、無(wú)創(chuàng)血壓、血氧飽和度、體溫等。插件式監(jiān)護(hù)儀則主要應(yīng)用ICU、CCU、麻醉科等，插件式監(jiān)護(hù)儀的優(yōu)點(diǎn)是，可根據(jù)不同病情的病人，選擇相應(yīng)的功能模塊，對(duì)病人進(jìn)行有

20、選擇地參數(shù)監(jiān)測(cè)。這些科室所監(jiān)護(hù)病人的病情復(fù)雜，病種多，對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)的需求也不同，模塊化設(shè)計(jì)的插件式監(jiān)護(hù)儀，可以靈活方便地組合監(jiān)測(cè)參數(shù)，對(duì)于常用的監(jiān)測(cè)功能模塊，可以每臺(tái)儀器配備，對(duì)于特殊的功能模塊，可以根據(jù)使用情況有選擇的配備。這種設(shè)計(jì)方式，既可滿足臨床監(jiān)測(cè)各種特殊病例的需求，又能為醫(yī)院減少不必要的資金投入，使各種功能模塊均能得到充分、合理地使用。 </p><p>　　先進(jìn)的醫(yī)療儀器裝備，同時(shí)也促進(jìn)了醫(yī)院

21、業(yè)務(wù)項(xiàng)目的開展，如社區(qū)服務(wù)、現(xiàn)場(chǎng)緊急救護(hù)等，為了滿足這方面的需求，便攜式監(jiān)護(hù)儀也應(yīng)運(yùn)而生，輕巧方便的設(shè)計(jì)，可以更好地滿足急救以及危重病人的轉(zhuǎn)運(yùn)。 </p><p>　　目前，監(jiān)護(hù)儀的發(fā)展非常迅速，展望監(jiān)護(hù)儀未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，監(jiān)護(hù)儀本身的監(jiān)護(hù)功能只是眾多功能的一個(gè)方面，監(jiān)護(hù)儀代表了高新技術(shù)在醫(yī)療電子產(chǎn)品的集中體現(xiàn)，通過遠(yuǎn)程會(huì)診，可以將病人的信息資料快速傳遞，可以使專家的診斷和治療建議，更快、更準(zhǔn)確地反饋到疑

22、難病人的治療中，使病人盡快地康復(fù)。 </p><p><b>　　3．主要研究?jī)?nèi)容 </b></p><p>　　移動(dòng)式心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)由心電監(jiān)護(hù)終端、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和中心服務(wù)站三大部分組成。主要涉及到的內(nèi)容包括：</p><p>　　1：整個(gè)系統(tǒng)總體架構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)模型的建立，通訊介質(zhì)的選擇，系統(tǒng)的通用性、可靠性、可擴(kuò)展性等

23、。</p><p>　　2：心電監(jiān)護(hù)終端的設(shè)計(jì)：包括心電信號(hào)采集器和接入模塊的選擇或設(shè)計(jì)，通訊方式的確定。</p><p>　　3：心電信號(hào)壓縮算法的研究和傳輸協(xié)議的定義，包括ECG壓縮算法的選擇、信號(hào)采樣、數(shù)據(jù)量化、噪音消除、傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性以及協(xié)議結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)內(nèi)容的無(wú)關(guān)性、協(xié)議的可擴(kuò)展性等。</p><p>　　4：心電信號(hào)的分析模塊的設(shè)計(jì)，包括心電信號(hào)的實(shí)時(shí)處理和離

24、線分析。</p><p>　　5：數(shù)據(jù)管理和文件管理，包括中心數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和管理以及用戶相關(guān)文件的管理。</p><p>　　6：監(jiān)護(hù)系統(tǒng)管理軟件的開發(fā)。本文主要是針對(duì)心電數(shù)據(jù)信號(hào)的處理和心電數(shù)據(jù)的波形檢測(cè)，以及一些主要病癥的智能診斷。 </p><p>　　3.1心電數(shù)據(jù)信號(hào)的處理： </p><p>　　心電數(shù)據(jù)信號(hào)預(yù)

25、處理的目的是改善信號(hào)質(zhì)量，提高信號(hào)噪比。主要是進(jìn)行基線校準(zhǔn)及消除極限飄逸干擾、濾波等?；€的確定對(duì)研究ST段偏移尤其重要。濾波的目的是要濾除信號(hào)中可能存在的不需要的高頻部分。由于數(shù)字濾波器具有精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、可以通過軟件來(lái)靈活控制等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字濾波在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理中得到了廣泛的應(yīng)用。采用數(shù)字濾波器對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行濾波是ECG信號(hào)預(yù)處理的重要方法，也是目前計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析心電信息的重要步驟。濾波器的設(shè)計(jì)方法主要有傅立葉級(jí)數(shù)展開法，窗函數(shù)法，

26、頻率采樣法等，具體采用何種方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際問題而定。一般的設(shè)計(jì)的思路是：根據(jù)實(shí)際問題確定濾波器的技術(shù)參數(shù)→求出濾波器的系統(tǒng)函數(shù)或單位脈沖響應(yīng)→檢驗(yàn)所求得的數(shù)字濾波器是否滿足要求→進(jìn)行參數(shù)修正。 </p><p>　　3.2 心電信號(hào)的特征檢測(cè)： </p><p>　　心電波形又稱ECG波形，是病人心電數(shù)據(jù)的圖形化表示，一個(gè)典型的ECG波形（見圖1）包括QRS波群

27、、P波和T波。ECG波形代表了整個(gè)心臟電激動(dòng)的綜合過程，它的基礎(chǔ)是一個(gè)個(gè)心肌細(xì)胞的電激動(dòng)。其中QRS波形代表心室的電激動(dòng)過程，是心電圖中最重要、最顯著的波群。QRS模板統(tǒng)計(jì)就是對(duì)QRS進(jìn)行劃分和歸類，是動(dòng)態(tài)心電圖分析系統(tǒng)的一項(xiàng)重要的功能，所以對(duì)其算法的研究是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)心電圖軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)  。   </p><p>　　3.2.1 QRS波群

28、的檢測(cè)： </p><p>　　QRS波群的檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)ECG計(jì)算機(jī)輔助分析的基礎(chǔ)，其重要性是不言而喻的。QRS波群檢測(cè)包括R波峰值定位，Q波起點(diǎn)和S波終點(diǎn)的定位。正因?yàn)樵摬ㄈ涸谝磺蠩CG輔助分析的工作中都是必須要完成的，所以提出的檢測(cè)方法也非常多。但總的可分二類，一是基于R波具有最大斜率這一特點(diǎn)的斜率法，二是建立在匹配相關(guān)上的模板法。一般心電周期中R波和T波的相對(duì)位置是固定的,特別對(duì)于早期診斷來(lái)說(shuō),一般

29、R波和T波的間隔為200ms左右。相對(duì)位置的確定可以附以人工干預(yù)。QRS波群中,R波處的斜率是最大的,可以此確定R波位置。斜率法的種類也很多，如簡(jiǎn)單差分法，拋物線求導(dǎo)法，最小二乘法等。在求出差分值后，一般取在一段時(shí)間內(nèi)的最大差分值的某一百分比作為閥值，可認(rèn)為檢測(cè)到一個(gè)R波。模板匹配法的思路是：先建立心電QRS波群的模版，將一個(gè)新到來(lái)的信號(hào)與之做相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)相關(guān)值大于給定的閥值時(shí)，則認(rèn)為一個(gè)新的QRS波群被檢出。在ECG分析中，對(duì)QRS的

30、檢出率要求是很高的，一般應(yīng)在98%以上，對(duì)于一般監(jiān)護(hù)、一般也應(yīng)該在95%以上。一個(gè)好的分析軟件，應(yīng)作嚴(yán)格的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的方法之一是用美國(guó)的MIT心電數(shù)據(jù)庫(kù)。 </p><p>　　3．2.2 P波檢測(cè): </p><p>　　一般認(rèn)為，當(dāng)PR間隔大于0.21s時(shí)，該ECG將伴有房室傳導(dǎo)阻滯。因此，P波檢測(cè)是該類疾病自動(dòng)診斷的關(guān)鍵。由于P波的幅度遠(yuǎn)小于R波的檢測(cè)，

31、因此其檢測(cè)方法也較為困難。 </p><p>　　3.2.3 T波檢測(cè): </p><p>　　T波是反映心室復(fù)極過程的心電波形。正常T波是一個(gè)上升支緩慢、下降支持較陡的步態(tài)對(duì)稱的寬大光滑的波，方向與ＱＲＳ波群的主波方向一致，寬波約為0.05-0.25s。Ｔ波前部常與ＳＴ段光滑連接。因此依據(jù)ＳＴ段的變化來(lái)分析心肌缺血從而作出診斷時(shí)心電圖分析中的一個(gè)重要組成部分

32、。因此Ｔ波的檢查也和Ｐ波一樣重要。 </p><p>　　3.2.4 P—R期間、QRS寬度、S—T段檢測(cè): </p><p>　　這些參數(shù)的計(jì)算依賴于前述P波、QRS波群及T波的正確檢測(cè)。</p><p>　　P—R期間是指P起點(diǎn)至QRS波起點(diǎn)的時(shí)間，在P波及R波定位后不難得到，此參數(shù)主要用于傳導(dǎo)阻滯的診斷。</p>&

33、lt;p>　　QRS波群寬度的檢測(cè)要確定Q波起點(diǎn)及S波的終點(diǎn)，一般方法是在R波峰值點(diǎn)前、后以更小的差分閥值作一段范圍內(nèi)的搜索，以連續(xù)若干點(diǎn)小于該閥值為判定Q波起點(diǎn)和S波終點(diǎn)的依據(jù)。 </p><p>　　S-T段形態(tài)測(cè)量是心電Holter、心電負(fù)荷試驗(yàn)中所關(guān)心的問題，是心肌缺血臨床診斷的重要依據(jù)。但該參數(shù)的測(cè)量有一定的困難，如：多數(shù)病例由于冠狀動(dòng)脈供血的改善或惡化使得S-T段呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)變化，醫(yī)生對(duì)

34、S-T段變化與心肌缺血的關(guān)系還有著不同的看法，在測(cè)量上，參數(shù)的臨床習(xí)慣與工程可實(shí)現(xiàn)性的矛盾等。 S-T短波形態(tài)測(cè)量包括S波、T波的定位，S-T間拐點(diǎn)的確定，S-T段斜率的測(cè)量，S至T波起點(diǎn)或S至T波終點(diǎn)面積的測(cè)量等各個(gè)方面。 </p><p>　　3.3 病類判別的算法:</p><p>　　對(duì)ECG作各種預(yù)處理及特征提取的目的是對(duì)心電圖作出診斷，即該拍（或該

35、段）心電是否異常？若是，屬何種異常。一般來(lái)說(shuō)，在心電圖自動(dòng)分析中，所使用的參數(shù)大致有：瞬時(shí)及平均R-R期間，瞬時(shí)及平均QRS波群寬度，P-R期間、S-T段的形態(tài)，R及T波的極性等。所判別的病類由五種至幾十種直至20幾種不等。大體有：停搏、漏搏、心動(dòng)過速、過緩、室早、二聯(lián)律、三聯(lián)率、R-on-T、插入性室早、連發(fā)性室早、室早及室顫等。目前，比較常見的幾種癥狀的判斷依據(jù)如下： </p><p>　　&

36、;#61557; 停搏：連續(xù)3秒內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)QRS波群； </p><p>　　&#61557; 漏搏：瞬時(shí)R-R期間大于平均R-R間期的1.8倍而小于其3.2倍；&#61557; 心動(dòng)過速與過緩：若連續(xù)五個(gè)以上的R-R間期小于或大于給定值； </p><p>　　&#61557; 室性早搏：若等第i-1拍QRS波群增寬，之前無(wú)P波，第i拍R-R間

37、期可完全補(bǔ)償，第i-2拍QRS波寬度正常，第i-1拍的QRS波期前及第i拍QRS波寬度正常，則認(rèn)為第i-1拍為一個(gè)室性早搏。 </p><p>　　3.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò): </p><p>　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（artificial neural networks,ANN）是在生物神經(jīng)系統(tǒng)研究成果的基礎(chǔ)上提出的人工智能概念，它以神經(jīng)元為信息處理的基本單

38、元，是對(duì)人腦神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)和行為的數(shù)學(xué)模擬。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)理論本質(zhì)是非線性數(shù)學(xué)，與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在以下幾個(gè)方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性：模糊的數(shù)據(jù)、需要確定的模式特征不是很明顯、隨機(jī)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)中含有較多的噪聲等。基于這些特點(diǎn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在在信號(hào)處理、模式識(shí)別、故障診斷、智能控制等領(lǐng)域得到比較廣泛的應(yīng)用，在心電、腦電、誘發(fā)電位等生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理和識(shí)別方面也有比較深入的研究。 </p><p

39、>　　3.4.1 知識(shí)表示的兩重性: </p><p>　　在傳統(tǒng)的人工智能和知識(shí)工程中，人們習(xí)慣于知識(shí)表示的假說(shuō)，即知識(shí)用一些表達(dá)式或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等符號(hào)來(lái)表示。傳統(tǒng)的知識(shí)表示，不管是產(chǎn)生式系統(tǒng)，還是框架和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，都可以看作是知識(shí)的顯式表示；而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的知識(shí)可看作是一種隱式表示，即將某一問題的若干知識(shí)表示在同一網(wǎng)絡(luò)中。知識(shí)的產(chǎn)生式表示法與人的思維相近，人們易于理解其內(nèi)容。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的知識(shí)建模是

40、通過學(xué)習(xí)(訓(xùn)練)完成的。通過學(xué)習(xí)從實(shí)例中提取有關(guān)知識(shí)，將有關(guān)知識(shí)以網(wǎng)絡(luò)的形式表示。多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部表示可用聯(lián)結(jié)權(quán)值矩陣和偏置值向量描述。 </p><p>　　3.4.2 對(duì)照的相似性： </p><p>　　醫(yī)學(xué)專家的診斷經(jīng)驗(yàn)是一種直覺性知識(shí)。醫(yī)學(xué)專家在多年的臨床實(shí)踐中，頭腦里儲(chǔ)存了許多有意義的病例，同時(shí)又具有一種模糊的直覺聯(lián)想力。當(dāng)遇到新的病例時(shí)，由

41、相似性而聯(lián)想到某一個(gè)或某些過去的病例,并與之比較。這種相似性是很難用嚴(yán)格的邏輯形式描述清楚的，是實(shí)例與實(shí)例的對(duì)比，并非實(shí)例與規(guī)律的對(duì)比。醫(yī)學(xué)專家通過這種實(shí)例比較進(jìn)行的分類往往是正確的。按照傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)方法。將專家的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)收集整理，用規(guī)則或框架等表示，則很難體現(xiàn)出這種實(shí)例對(duì)照的相似性，而利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分布式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)就可以很好地體現(xiàn)這一相似性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)幾類若干樣本的學(xué)習(xí)，可以得到它們分類的權(quán)值分布。盡管對(duì)這種權(quán)值分布很難給出意義

42、明確的邏輯解釋，但它能很好地反映這種實(shí)例對(duì)照的相似性，把直覺性知識(shí)隱含于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值中。當(dāng)輸入的非學(xué)習(xí)樣本略有變化時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)仍可以將其正確分類。前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正適合解決這類問題，采用該網(wǎng)絡(luò)可將人們積累的工作經(jīng)驗(yàn)輸入計(jì)算機(jī)，通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練,使之具備在診斷方面與人腦相似的分析判斷能力。</p><p>　　3.4.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理機(jī)制： </p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理

43、機(jī)制不同于傳統(tǒng)的演繹推理，而是一種并行計(jì)算的過程。推理過程只是簡(jiǎn)單運(yùn)算，效率高。在推理過程中，根據(jù)需要可通過學(xué)習(xí)算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練和調(diào)整，它是一種有自適應(yīng)能力的適應(yīng)推理。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的正向推理策略，向前推理到目標(biāo)狀態(tài)為止。網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程是由已知輸入向量和輸出向量，求解權(quán)值矩陣的過程。用迭代運(yùn)算求解權(quán)值相應(yīng)于人的學(xué)習(xí)記憶過程，而網(wǎng)絡(luò)的推理過程是由已知輸入向量和權(quán)值矩陣，求解輸出向量的過程。這種推理過程具有如下特點(diǎn)： 

44、</p><p>　　&#61548； 由于一般同層神經(jīng)元數(shù)遠(yuǎn)大于網(wǎng)絡(luò)層數(shù)，而同層內(nèi)神經(jīng)元完全是并行，因此它是一種并行推理方式。不需要進(jìn)行規(guī)則的前提匹配，克服了傳統(tǒng)推理中出現(xiàn)的“無(wú)窮遞歸”和規(guī)則匹配的沖突問題。</p><p>　　&#61548； 推理過程只與網(wǎng)絡(luò)自身的參數(shù)有關(guān)，其參數(shù)又可通過學(xué)習(xí)算法進(jìn)行自適應(yīng)訓(xùn)練，因此具有自適應(yīng)能力。</p><p&

45、gt;　　&#61548； 當(dāng)輸入信息部分丟失或模糊時(shí)，只要輸入模式接近于某個(gè)學(xué)習(xí)樣本的輸入模式，推理機(jī)制仍然輸出接近學(xué)習(xí)樣本的輸出模式,因此具有聯(lián)想記憶能力。</p><p>　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是其分布式存儲(chǔ)和并行處理。網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)幾類樣本的學(xué)習(xí),可以得到它們分類的權(quán)值分布，這種權(quán)值分布很好地反映了實(shí)例對(duì)照的相似性，即把直覺性知識(shí)存在網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值中。為了充分發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的這一特性，從模擬人的形象思維出發(fā)

46、，本文把心電圖(醫(yī)學(xué)圖象之一)不經(jīng)特征提取直接送入網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　4．研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) </p><p>　　在該課題完成之時(shí)，希望能夠設(shè)計(jì)出一個(gè)切實(shí)可行的適合民用的樣機(jī)，為下一步的產(chǎn)品完善奠定良好的基礎(chǔ)。 </p><p><b>　　進(jìn)度安排： </b></p>&l

47、t;p>　　2015年2月至2015年3：全面查找資料，針對(duì)現(xiàn)在所出現(xiàn)的信號(hào)處理方法和心電波形檢測(cè)算法進(jìn)行總結(jié)。</p><p>　　2015年3月至2015年4：從課題的開發(fā)背景和目的出發(fā)，選擇出適合課題需要的信號(hào)處理方法和心電波形的檢測(cè)算法，對(duì)其進(jìn)行合理的分析和改進(jìn)。 </p><p>　　2005年4月至2005年5月：進(jìn)行編碼和實(shí)現(xiàn)，測(cè)試，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論。進(jìn)

48、行系統(tǒng)整合連接測(cè)試 。 </p><p>　　2005年5月至2005年6月：總結(jié)，完成論文，準(zhǔn)備答辯。</p><p>　　5．為完成課題已具備和所需的條件和經(jīng)費(fèi)</p><p>　　本課題為實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品研制，現(xiàn)具有良好的研究試驗(yàn)環(huán)境，但還缺少一些數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以及數(shù)據(jù)發(fā)送接收設(shè)備。 </p><p>　　6．

49、預(yù)計(jì)研究過程中可能遇到的困難和問題以及解決的措施 </p><p>　　根據(jù)目前的情況，預(yù)計(jì)在本課題的進(jìn)行過程中，將有一些困難存在，由于在心臟疾病識(shí)別這個(gè)領(lǐng)域，還沒有成形的理論和完善的應(yīng)用例子，還處于摸索和研究階段，因此，相關(guān)資料會(huì)很有限。而且，由于本課題是跨學(xué)科的應(yīng)用，所以，需要了解大量的有關(guān)醫(yī)學(xué)方面的知識(shí)，特別是對(duì)心電圖的診斷，心臟疾病的分類判別。這就需要我們深入到具體實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景里去，到醫(yī)院去深入

50、調(diào)研和學(xué)習(xí)，大量閱讀國(guó)內(nèi)外資料，并借鑒計(jì)算機(jī)在其他領(lǐng)域成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和方法，從而提出自己對(duì)問題的解決方法和理論證明，以及試驗(yàn)檢測(cè)。 </p><p><b>　　7．主要參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　楊宣兵,高潮,郭永彩,郭孝恩; 基于單片機(jī)的便攜式無(wú)線家庭監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2004年基于單片機(jī)的便攜式無(wú)線家庭監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)

51、S2期； </p><p>　　李樹峰; 家庭監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的無(wú)線傳輸及USB接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)醫(yī)科大學(xué);2003年；</p><p>　　魏巍; 基于USB總線的家庭監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];中國(guó)醫(yī)科大學(xué);2002年；</p><p>　　葉樹明,張文昌,陳杭; 基于C8051F040單片機(jī)的便攜式心電監(jiān)護(hù)儀的低功耗設(shè)計(jì)[J]. 電子器件. 20