李 靖 戴振坤

（四川大學，成都 610065）

一種便捷式心律失常性猝死預測儀的設計

李 靖 戴振坤

（四川大學，成都 610065）

本文基于AT89C52單片機設計了一種便攜式心律失常性猝死預測儀。該預測儀根據患者突然發生“心律失常性猝死”時的心電信號特征，設計一種集心電信號采集系統、處理分析系統及報警系統于一體的設備。選用低功耗的8位單片機AT89C52與大容量的Flash存儲器，對傳感器采集到的心電信號進行實時準確的記錄、分析和處理，并配有顯示器，以對監測的心電信號進行實時顯示。此外，用戶可配合按鍵實現與設備的人機交互，操作簡便。因該設備具有體積小、容量大、功耗低等特點，所以能夠進行長期、連續、可靠、穩定的工作，適用于心臟病患者中易發生猝死的高危人群長期攜帶使用。

心電信號 實時分析 心律失常性猝死 Q-T間期檢測

引言

隨著我國經濟的飛速發展和人民生活水平的普遍改善和提高，健康已經成為人們普遍關注的問題。而猝死作為其中一種最為嚴重的急癥，是威脅人類身體健康和構成死亡的重要因素，已引起人們的普遍關注和廣大醫務人員的高度重視。例如，能成功進行預測、有效防止，即使一旦心博驟停，也能積極進行復蘇，使部分患者化險為夷，轉危為安，獲得第二次生命。隨著醫學科學的不斷發展，經過幾代醫學家的不斷努力，尋找猝死的早期預測方法、急早發現惡性心律失常的發生以及對有心臟性猝死傾向的患者予以監測已成為可能。目前，國內外的許多大型醫療器械廠以及有關的科研單位都在心電監測系統的設計和開發上投入了大量的資源，研發出了種類繁多、各具特色的心電監測產品。但是，基于傳統PC機平臺而設計開發的心電監測設備往往價格昂貴，且具有體積大、不便移動等缺點，給眾多的非住院患者帶來了很多不便。而將計算機網絡、通信等相關技術應用于心電監測，設計出具有成本低、可靠性好、操作簡單、體積小等特點的心電監測儀，從而使醫院為患者進行遠程保健服務成為可能。

1 系統原理及組成

該系統的系統框圖，如圖1所示。它可分為心臟驟停的數據采集和心臟數據的分析處理兩大基本模塊。心臟驟停的數據采集模塊是對從傳感器采集到的心電信號進行放大及濾波。心臟數據的分析和處理模塊主要完成對心電信號預處理、Q-T間期檢測、實時顯示、分析處理心電數據及實現病情的報警。用戶可通過鍵盤與顯示器實現與設備的人機交互，操作簡便。

2 硬件設計

由傳感器采集到的心電信號經放大電路與濾波電路，由AT89C52單片機完成AD采樣。為滿足設計要求，筆者選用ATMEL公司的89C52單片機作為設備的CPU。該單片機屬于標準的MCS-51 HCMOS產品，是集CMOS的高速、高密度與低功耗特征于一體的特殊單片機。正是基于它的這些獨特性，89系列的單片機被廣泛用于便攜式商品、手提式儀器等中小型產品。同樣，在本設計中，89C52滿足該設備對功耗低、速度快、I/O接口多、程序存儲器大、中斷口足夠的要求。

3 軟件設計

由于該儀器需要的接口較多，功能性較強，所以軟件設計采用模塊化的設計思想。根據整個系統各個模塊的功能，把系統軟件部分分為多個子程序模塊，具體為心電監測主程序、人機交互程序、數據處理分析程序和數據文件管理程序幾個部分。這些模塊之間相對獨立，并且各模塊的執行由中斷來觸發。采用此種設計理念的好處可以使該監護儀在絕大部分時間處于停機狀態，而只是在中斷發生時才開始執行程序，在很大程度上降低設備功耗，符合最初低功耗的設計理念。

圖1 系統框圖

主程序流程圖，如圖2所示。

當設備開啟后，首先進行程序的初始化。此時，心電數據的采集模塊仍處于關閉狀態，而只有當用戶需要使用心電采集功能時，通過按鍵才會打開采集電路，以在很大程度上降低設備的功率損耗。當心電檢測開啟后，在8s內完成自學習。自學習是對個人心電特征參數的提取，包括心率、Q-T間期等信息。這一過程與心電采集過程基本相同，同樣需要完成AD采樣、濾波、數據處理及存儲等過程，只是不作疾病分析。接下來運行的程序主要完成的功能分別是：對心電信號的采集，對采集到的數據進行存儲，對數據進行相應的處理和分析，判斷采集到的心電信號是否發生異常并決定是否報警。

圖2 主程序流程圖

4 結果及分析

筆者對該儀器在一定范圍內進行了實際測試。測試分為兩大部分：穩定性測試和準確性測試。將監測儀持續開機達30小時以測試系統的穩定性，即在此過程中，觀察采集到的心電數據以及數據的存儲、檢測是否正常。測試結果表明，在測試過程中信號穩定，沒有出現異常現象。以處于安靜、慢走和慢跑三種不同狀態下的測試者為對象，進行系統的準確性測試。在將監測儀上的測試結果與計算機上的測試結果進行對比，準確率為99.46%。處于安靜和慢走狀態下沒有發生誤檢，所以可以認為該系統具有足夠的準確度。綜上所述，根據實驗測試結果可知，該設備滿足最初的設計要求。

5 結語

近幾年，我國心臟病患病人數逐年增加，已經成為備受關注的威脅人民身體健康的疾病之一。而猝死作為其中一種最為嚴重的急癥，已經成為危害人類身體健康和構成死亡的重要因素。為了及早發現并減少該急癥對患者的危害而設計開發出各種心電采集及處理儀器，以做為檢查心臟病的最基本的設備，對心臟疾病的檢測、預防和診斷具有非常重要的意義。本文設計的便是一種便捷式心律失常性猝死預測儀，用于及早發現和診斷心搏驟停，具有便于攜帶、實時準確、運算速度快、功耗低等特點，適用于心臟病患者中易發生猝死的高危人群長期攜帶使用。

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Design of a Predictive Instrument for Sudden Arrest of Arrhythmia

LI Jing,DAI Zhenkun
(Sichuan University, Chengdu 610065)

Based on AT89C52 microcontroller designed a portable arrhythmia sudden death prediction device. According to the sudden cardiac arrhythmia sudden cardiac death, the predictor design a set of ECG signal acquisition system, processing and analysis system and alarm system in one of the equipment. Low power consumption of 8-bit microcontroller AT89C52 and large-capacity Flash memory, the sensor collected ECG signal real-time accurate recording, analysis and processing, and equipped with a monitor to monitor the ECG signal real-time display. In addition, the user can cooperate with the button to achieve human-computer interaction with the device, easy to operate. Because of its small size, large capacity and low power consumption, the device is capable of long-term, continuous, reliable and stable work. It is suitable for longterm use of high-risk people who are prone to sudden death in patients with heart disease.

ECG, real-time analysis, sudden cardiac death, Q-T interval detection