单道动态心电监测、监护及回放分析系统研究与开发
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摘要
本文基于动态心电图及心电监护的基本要求和特点对系统进行设计。文中在介绍心电图基本原理的基础上，对单道动态心电检测、监护及回放分析系统的硬件和软件进行研究与开发。
在硬件方面，作者首先仔细分析了动态心电检测中可能遇到的各种干扰信号及其特点，对抑制各种干扰设计了实际可行的解决办法。之后，作者认真分析了心电信号的特点，以及如何提取心电信号R波的位置信息，以简洁有效的电路心电实现心电监护功能。最后，作者设计了相应的信号变换电路来提取心电信号的幅值信息，以便适于多种数码音频记录存储器使用，并采用了FLASH闪存进行心电存储。
在软件方面，作者采用C语言对系统级芯片C8051F005编写心电监护显示程序，实现基本的心电监护功能；程序结构清晰，易于编写和维护。心电回放软件是基于BorlandC++6.0编写，人机界面友好、直观，在Windows98、Windows2000／NT、WindowsXP下均可使用，且移植性好；并能适应多种WAV采样率和各种采样精度情况；心电回放速度、心电波形幅度可自由设置或调节，这提高了工作效率，适应面广，软件使用方便。
整个系统由心电检测电路、存储器及其附属电路、心电监护电路及心电回放软件四部分组成，且各自具有一定的独立性，并可灵活组合成心电监护系统或动态心电存储及回放系统。动态心电信号使用USB接口与计算机进行高速数据交换，十分方便快捷。另外，在整个系统设计中考虑了功能的扩展和升级问题，以便今后对此系统的进一步改进。
The design of system in this paper is based on the characteristics of the dynamic electrocadiogram(DECG) and electrocardiogram(ECG)-ward instrument. The author introduced the basic principle of the electrocardiogram at the beginning, then study and develop the Mono-Channel Dynamic Holter system in both hardware and software aspects.
In hardware aspect, at first, the author analysis all kinds of the interfere signals and its characteristics in the DECG measurement, and studies all of the interfere signals carefully and also explains how to avoid them. Then, the author analysis the characteristics of ECG signal carefully, and considers the pick-up of the situation information of R-wave. The author has realized the very basic function with compact circuit. The ECG signals can be conversed to another form, so they can be record by many kinds of digital-audio-record formats.
The MCU software is programmed on the base of C-language with the support of Keil C51 compiler to realize the display of ECG and heartbeat frequency. The structure of the program is clear, and the program is easy to maintenance. The software of DECG's replay is based on the Borland C++6.0. It has good interface for us. We can use the program easily with the operating system Windows 98, Windows 2000/NT or Windows XP. We can also play the ".wav" files in different sampling frequency and precision. We can adjust the velocity of review and the range of the ECG wave.
The whole system consists with ECG-detect circuit, recorder and its accidental circuit, ECG-ward part, DECG-review program. These parts can be composed to Holter or ECG-ward system neatly. All of the recorded data can be exchanged with computers with the high-speed USB port.
The recorder can record ECG-signal continuously for more than 24 hours. The system has a high cost-performance value. It's function can be extended and upgraded easily.
在硬件方面，作者首先仔细分析了动态心电检测中可能遇到的各种干扰信号及其特点，对抑制各种干扰设计了实际可行的解决办法。之后，作者认真分析了心电信号的特点，以及如何提取心电信号R波的位置信息，以简洁有效的电路心电实现心电监护功能。最后，作者设计了相应的信号变换电路来提取心电信号的幅值信息，以便适于多种数码音频记录存储器使用，并采用了FLASH闪存进行心电存储。
在软件方面，作者采用C语言对系统级芯片C8051F005编写心电监护显示程序，实现基本的心电监护功能；程序结构清晰，易于编写和维护。心电回放软件是基于BorlandC++6.0编写，人机界面友好、直观，在Windows98、Windows2000／NT、WindowsXP下均可使用，且移植性好；并能适应多种WAV采样率和各种采样精度情况；心电回放速度、心电波形幅度可自由设置或调节，这提高了工作效率，适应面广，软件使用方便。
整个系统由心电检测电路、存储器及其附属电路、心电监护电路及心电回放软件四部分组成，且各自具有一定的独立性，并可灵活组合成心电监护系统或动态心电存储及回放系统。动态心电信号使用USB接口与计算机进行高速数据交换，十分方便快捷。另外，在整个系统设计中考虑了功能的扩展和升级问题，以便今后对此系统的进一步改进。
The design of system in this paper is based on the characteristics of the dynamic electrocadiogram(DECG) and electrocardiogram(ECG)-ward instrument. The author introduced the basic principle of the electrocardiogram at the beginning, then study and develop the Mono-Channel Dynamic Holter system in both hardware and software aspects.
In hardware aspect, at first, the author analysis all kinds of the interfere signals and its characteristics in the DECG measurement, and studies all of the interfere signals carefully and also explains how to avoid them. Then, the author analysis the characteristics of ECG signal carefully, and considers the pick-up of the situation information of R-wave. The author has realized the very basic function with compact circuit. The ECG signals can be conversed to another form, so they can be record by many kinds of digital-audio-record formats.
The MCU software is programmed on the base of C-language with the support of Keil C51 compiler to realize the display of ECG and heartbeat frequency. The structure of the program is clear, and the program is easy to maintenance. The software of DECG's replay is based on the Borland C++6.0. It has good interface for us. We can use the program easily with the operating system Windows 98, Windows 2000/NT or Windows XP. We can also play the ".wav" files in different sampling frequency and precision. We can adjust the velocity of review and the range of the ECG wave.
The whole system consists with ECG-detect circuit, recorder and its accidental circuit, ECG-ward part, DECG-review program. These parts can be composed to Holter or ECG-ward system neatly. All of the recorded data can be exchanged with computers with the high-speed USB port.
The recorder can record ECG-signal continuously for more than 24 hours. The system has a high cost-performance value. It's function can be extended and upgraded easily.
引文
[1] 郭继鸿．心电学进展．北京：北京医科大学出版社，2002年6月．
[2] 郭继鸿．新概念心电图．北京：北京医科大学出版社，2000年5月．
[3] 胡斌，薛守祥．动态心电图机的进展与选择．医疗设备信息1997年05期．
[4] 郭继鸿，张萍．动态心电图学．北京：人民卫生出版社，2003．
[5] 董承琅等．实用心脏病学．上海科学技术出版社，1993年12月．
[6] 胡斌，薛守祥．动态心电图机的进展与选择．医疗设备信息．
[7] 刘群，洪大庆．动态心电图仪的临床应用与进展．南京医科技大学第一附属医院，江苏南京2003．
[8] 何军．动态心电监护系统的发展和现状浅析．中国医疗器械信息1997．3卷(6)．
[9] 阴泽明，吴会明，吴孝义等．一种新型无线遥测心电专家系统．核电子学与探测技术．1997．17．
[10] 苏长赞．实用遥控技木手册．北京：人民邮电出版社1996．3．
[11] 上海第一、二人民医院编．心电图、心向量图学，上海人民出版社，1976年11月．
[12] 易测位，昌玮．动态心电仪国内外发展动向和各种Holter特点及优缺点．医学信息．1999．(3)．
[13] 5单红旭，张永红，白净．兼具Holter功能的数字式心电遥测监护系统的研制．仪器仪表学报．1999．20(4)．
[14] 潘琢金译．C8051F005混合信号ISP FLASH微控制器数据手册．2002．10．
[15] 卢嘉烈．心电图诊断．北京：科学技术文献出版社，2002．3．
[16] 中国医疗器械工业公司．医疗器械维修手册 上卷．1987年2月．
[17] 贺斌，赵新忠等．健康成人交感皮肤反应的多导联记录．上海：第二军医大学学报，2002．10．
[18] 张理洪，一种心电图和心电向量图联合检测的方法，北京生物医学工程，1998年第17卷第4期．
[19] 李高平，重建心向量图与常规心向量图，心电图诊断价值的比较，Clicinal J Cardioal 1997，Vol25[6]林绍芳，宋洪发，曹钧．心电向量图学．人民卫生出版社，1983年．
[20] 山东医学院附属医院编著，实用心电图学．山东科学技术出版社，1979年10月．
[21] 邢华雄．心电图基础．解放军出版社．1998年．
[22] 卫虎娃，李燕．浅述心电图机的各种干扰．山西：山西临床医药．1996．
[23] 杜娟，路宏敏，郭乃武等．心电监护中的抗电刀干扰方法．北京：北京生物医学工程，2003，22(3)．
[24] 雷印胜，王明时，刘伯强．动态心电信号分析仪的噪声抑制与数据滤波方法研究．电子测量与仪器学报，2003，17(3)．
[25] 王宝华，罗立民．生物医学电子学．南京：东南大学出版社，2001．
[26] 刘金琪，许万平，肖煜东．心电信号检测与体外反搏控制系统设计，机械与电子2003(3)．
[27] 刘静．新型单导心电图机的线路特点．山东：青岛大学学报．1998年9月．
[28] 梅铁民，虞闯．心电信号中50Hz干扰的消除．沈阳工业学院学报2000，19(2)．
[29] 杜丽冰．ECG中50HZ干扰的抑制及其性能．环境技术，1998年第6期．
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[58] 杨恒新，鲁翠侠等．便携式心电信号测量仪的研制．电子工程师2001，27(10)．
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[61] 阙向红，胡彬．准确检测心电信号中的ORS复合波方法的研究 数理医药学杂志1999，12(4)．
[62] 王磊，郑崇勋．一种高效的ORS波实时检测方法．北京生物医学工程1998，17(4)．
[63] BURR-BROWN Corporation, Integrate Products, U. S. A. 1990
[64] TOSHIBA Cmos Digital Integrated Circuit Silicon Monolithic, T6963C, 2001.2.
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[69] USB协议．
[70] WAV协议．
[71] MP3协议．
[72] 陈说．读取Wave文件并绘制波形—生成PNG文件2003．3．
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