葉家勇

【摘 要】由于目前的心電設(shè)備體積龐大、價(jià)格昂貴、專業(yè)需求高等原因，心電設(shè)備未能很好的普及。城市患者人口眾多不能充分得到監(jiān)測(cè)，偏遠(yuǎn)農(nóng)村由于價(jià)格限制也不能及時(shí)得到測(cè)量，所以，研發(fā)便攜式、價(jià)格低廉心電監(jiān)護(hù)儀器迫在眉睫。

【關(guān)鍵詞】便攜式；心電監(jiān)護(hù)儀器；研發(fā)

隨著生活環(huán)境的污染和食品安全的隱患，我國(guó)心血管疾病發(fā)病率每年都在增加。由于心電圖信息能反映出心臟的基本情況，所以心電圖數(shù)據(jù)對(duì)于心血管疾病有著預(yù)測(cè)能力。但是，由于目前的心電設(shè)備體積龐大、價(jià)格昂貴、專業(yè)需求高等原因，心電設(shè)備未能很好的普及。城市患者人口眾多不能充分得到監(jiān)測(cè)，偏遠(yuǎn)農(nóng)村由于價(jià)格限制也不能及時(shí)得到測(cè)量，所以，研發(fā)便攜式、價(jià)格低廉心電監(jiān)護(hù)儀器迫在眉睫。

一、研究意義

隨著改革開(kāi)放的不斷深入，人民的生活水平大幅提高，以及我國(guó)人口老齡化的到來(lái)，心臟疾病嚴(yán)重危及人們的身體生命。在中國(guó)，因心腦血管疾病死亡的人數(shù)約占死亡總?cè)藬?shù)的44%，據(jù)《2008年中國(guó)慢性心臟病年報(bào)》顯示，國(guó)內(nèi)每年近50%的死亡病例為冠心病。眾所周知，受技術(shù)的約束，心腦血管疾病的有效控制率仍然很低，而提前知曉率是有效防治心腦血管疾病的關(guān)鍵因素，所以，便攜式心電檢測(cè)（監(jiān)測(cè)）儀器是提前發(fā)現(xiàn)的有效儀器。

便攜式家庭心電監(jiān)測(cè)儀設(shè)備體積小、價(jià)格低廉且便于攜帶。雖功能不及大型的醫(yī)療儀器，但基本應(yīng)用可以滿足家庭需要。為此，確有必要研發(fā)便攜式心電監(jiān)測(cè)儀，將普通大型的心電監(jiān)測(cè)儀小型化、家庭化、便于使用，同時(shí)價(jià)格低廉、惠及民眾。

二、研究現(xiàn)狀

在十九世紀(jì)八十年代，Einthoven用毛細(xì)管靜電計(jì)記錄了心臟運(yùn)動(dòng)微電流。為了得到更加精確的心電圖，他改進(jìn)了德·阿森瓦爾氏的鏡影電流計(jì)的設(shè)計(jì)，制備出的心電檢測(cè)儀提高了心電圖精確度。而1903年設(shè)計(jì)的弦線式電流計(jì)采用極細(xì)的鍍銀石英絲代替動(dòng)圈，并通過(guò)反射鏡記錄心動(dòng)電流，改進(jìn)了設(shè)備。同年，他又制定了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量單位，即心電圖的影線在縱坐標(biāo)上波動(dòng) 1cm，代表1mV 的電位差，在橫坐標(biāo)上移動(dòng) 1cm 為0.4秒。這種方法簡(jiǎn)單直觀，并采用 P、Q、R、S、T 等字母標(biāo)出心電圖上的各波，這種標(biāo)記方法一致沿用至今。在1912年他深入研究了正常心電圖的波動(dòng)范圍后，提出了著名的“愛(ài)因托芬三角”理論，因?qū)π碾妶D的創(chuàng)立和發(fā)展貢獻(xiàn)，被譽(yù)為“心電圖之父”，并獲得了1924 年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

1949 年，美國(guó) Holter 創(chuàng)立了動(dòng)態(tài)心電圖（Dynamic Electrocardiography DCG），又稱Holter 心電圖。在西方國(guó)家 80 年代已廣泛應(yīng)用于臨床，而中國(guó)近幾年才得以發(fā)展。該設(shè)備由磁帶式記錄演變?yōu)殚W光卡記錄和固態(tài)式記錄，由單導(dǎo)記錄發(fā)展為至今的12 導(dǎo)聯(lián)全記錄。動(dòng)態(tài)心電圖功能強(qiáng)大，能夠不間斷的記錄長(zhǎng)達(dá)24 小時(shí)心電活動(dòng)，能夠檢測(cè)出心肌缺血和心律失常等一些常規(guī)ECG不易檢測(cè)的疾病，對(duì)臨床分析、診斷、治療有著重要作用。

計(jì)算機(jī)、電子、微電子在醫(yī)療界的廣泛應(yīng)用，對(duì)心電設(shè)備的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。為了滿足市場(chǎng)的需要，各個(gè)醫(yī)療設(shè)備公司花了大量的時(shí)間和精力去研發(fā)，使醫(yī)療設(shè)備更智能化、大眾化、人性化，在提高人們醫(yī)療環(huán)境的同時(shí)也為自己的公司效益增加了有力砝碼。其發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在數(shù)字化、無(wú)線化、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

三、研發(fā)構(gòu)想

結(jié)合現(xiàn)在流行的計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，研發(fā)一種能夠及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)心電信號(hào)的基于ST公司的低端ARM處理器 STM32 芯片設(shè)計(jì)的一種低價(jià)格、高性能，能自動(dòng)采集心電信號(hào)并把采集信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)通信接口把相應(yīng)的信息傳送計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備進(jìn)行處理和顯示的便攜式心電監(jiān)測(cè)設(shè)備將會(huì)很有意義。

（一）主要工作

1.心電信號(hào)和心臟疾病的理論分析。

2.心電測(cè)量設(shè)備的硬件電路模塊的組成和設(shè)計(jì)。

1）信號(hào)采集的A/D采集模塊的設(shè)計(jì)。

2）便攜式電源模塊的設(shè)計(jì)。

3）數(shù)據(jù)通信接口的設(shè)計(jì)。

4）智能化人機(jī)交流模塊的設(shè)計(jì)。

3.心電圖儀的軟件系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)。

1）系統(tǒng)自檢。

2）外設(shè)的初始化。

3）按鍵識(shí)別。

4）數(shù)據(jù)的顯示。

5）數(shù)據(jù)的通信。

（二）技術(shù)難點(diǎn)

1.心電信號(hào)的獲取和處理。心電信號(hào)是微弱的生物信號(hào)，該系統(tǒng)能識(shí)別的是電信號(hào)，所以要經(jīng)過(guò)傳感器把生物信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于電信號(hào)微小，所以，對(duì)信號(hào)處理的同時(shí)還要保證信號(hào)信息的完整性。

2.電源電路的設(shè)計(jì)。電源的穩(wěn)定性是一個(gè)系統(tǒng)安全可靠的保證，因此，設(shè)備的功耗是一個(gè)非常重要的課題。

四、預(yù)期效果

系統(tǒng)以STM32微處理器為核心，結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定、體積小，能完成心電信號(hào)的采集、放大、調(diào)理、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換、濾波、存儲(chǔ)、通信及顯示等功能。隨著周圍環(huán)境的漸漸惡化，心血管疾病的患者越來(lái)越多以及人們對(duì)心血管疾病的高度重視，價(jià)格低廉、攜帶方便的心電監(jiān)護(hù)儀器注定會(huì)得到大范圍的普及，從而具有寬廣的應(yīng)用價(jià)值。

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