【VB开源代码栏目提醒】:网学会员为需要VB开源代码的朋友们搜集整理了基于单片机的心电图机系统设计(含中英文翻译+程序) - 毕业设计相关资料,希望对各位网友有所帮助!
目录第一章 绪论…………………………………………31.1 心电的传导和心电图的产生…………………31 . 2 国内研究现状…………………………………101.3 设计说明………………………………………111.4 软件开发使用的工具简介………………………111.5
论文的
整体结构安排……………………………………12第二章 心电信号的波形分析……………………………13 2.1 最新心电分析方法简介……………………………13 2.2 QRS 波群的检测及意义………………………23 2.3 P 波的检测及意义……………………………30 2.4 T 波的检测及意义……………………………352.5 U 波的检测及
意义…………………………………362.6 本章小结……………………………………………37第三章
方案确定…………………………38 3.1 软件的功能确定设计…………………………………38 3.2 主要功能模块
流程图……………………………41 3.3 数据的存储方式
确定………………………………………41 3.4 本章小结………………………………………………42第四章 软件的详细设计…………………………43 4.1 新患者模块……………………………………43 4.2 病历库模块……………………………………46 中国矿业大学毕业设计说明书 4.3 系统参数模块…………… … … … … … … … … … 48 4.4
数据分析模块……………………… … … …………49 4.5 授权
用户模块………………………… … … ………52 4.6
报表打印模块……………………… … … …………57 4.7
文件管理模块……………………… … … …………57 4.8 关于和帮助………………………… … … …………59 4.9 本章
小结………………………………… … … …………61第五章 计算机与单片机通讯过程的实现………… 62 5.1 8051
单片机串行通讯方式的简介…………………62 5 . 2 串口工作方式的选择………………………………… 62 5.3 RS-232
串口的
简介…………… … … … … … … … 645.4
通讯软件接口的设计………………………………… 66 5.5 本章小结……………………………………… … … … 68结论……………………………………… 69致谢……………………………………………………… … 71附录 1 翻译……………………………… … … 73附录 2 数据处理程序…………………………… … … 94附录 3 动态心电图形显示程序…………………………… 101参考
文献………………………………………………… … 103 - 2 - 中国矿业大学毕业设计说明书 第一章 绪论1.1 心电的传导和心电图的产生1 . 1 .1 概述 1957 年美国物理学博士,实验
物理学家 Nor-man JHolter发明了动态心电图(Aiululatory ECG),故动态心电图简称 Holter。
近半世纪以来,随着动态监护领域的进一步拓展,如动态血压、动态脑电、动态睡眠呼吸监测等技术在医学临床及科研中的广泛应用,现今,广义的 Holter 已不再局限专指动态心电图,Holter的全新诠释应包括:动态心电/动态血压/动态睡眠呼吸/动态脑电/动态肺功能/动态上消化道 PH 值等多种参数。
心电图机是把人体心脏搏动程中产生的微弱电信号提取出来且放大后描记下来的一种装置。
它描记的图形叫心电图。
心电图机若
正确记录心电信号必须具有如下构:输入
装置—导联线放大器记器同时还需具备相应的
电源系统。
一:动态心电监测(AECG) 动态心电图(AECG)是心电信息
学的重要组成部分,它不同于常规的心电图及 CCU 或 ICU 监护心电图等心电
检查方法,是以心血管
疾病诊断领域中实用、高效、无创、安全、准确、可重复性强的重要监测手段,广泛应用于临床诊断及科研。
1
定义:AECG 监护系统是用一种随身携带的记录仪,连 续 监测 人 体 24~ 72 小 时 的 心 电 变 化 , 经 信 息理分析及
打印记录的心电图。
2 特点: - 3 - 中国矿业大学毕业设计说明书 1)心电记录仪随身佩带,不受检测距离影响,不受体位变化及活动的限制。
2)心电信息量远远大于常规 ECG,尤其对短暂性心律失常的捕捉及一过性心肌缺血的检出有独到之处。
3)选择导联
必须不影响日常生活的活动和防止由这种
活动所产生的伪差和干扰,一般都选择模拟胸导 V1、V3、V5 作三通道同步记录。
4)分析系统不仅可分析
显示监测期内心搏总数、最高心率、最低心率、平均心率和每小时平均心率,并能自动分析和测量每小时室上性、室性期前收缩,室上性和室性心动过速的次数、程度和形态以及持续时间,房室传导阻滞、心脏停搏的情况及 P-R间期、QRS 波群、ST-T 变化的轨迹图、趋势图及全览图等,其结果可用不同方式输出,为临床提供有价值的
资料。
3 记录仪现状 目前市场上动态心电图主要分为简易
动态心电图仪、磁带存储式动态心电图仪、闪光存储式动态心电图仪。
(1)
简易动态心电图仪RTDA采用实时分析技术,只能间断记录或定时记录心电信息,
存储量小,达不到 24 小时全信息记录的要求,且误判率较高,不便于
修改,
国外已不开发,在我国基层医疗单位仍有一定使用量。
a 磁带式记录仪 记录仪经磁带
记录心电图资料,由于磁带的运转速度缓慢,可记录至少 24 小时的心电信息,但由于易受干扰,信号失真大,仪器机械故障率高,已处于淘汰阶段 。
b 闪光卡式记录仪(内、外置) - 4 - 中国矿业大学毕业设计说明书 插拔卡式(外置式)记录仪是开放式的,做完 24 小时记录后需插到专用回放器中与电脑相
连接收信息,由于反复插拔易造成接触不良,病人佩带时易
产生干扰或系统接收不正常,已逐步退出使用。
内置式是把闪光卡
固定在记录仪内,用一根通讯电缆与计算机联接,用于回放数据,回放一个病人
的全天数据仅需要数分钟,这样对闪光卡几乎无损伤,从而延长记录仪的使用寿命,且功耗低,体积小,目前市场占有率最大,产品比较成熟,也是最受医院欢迎的
类型。
c)其它。
90 年代中期,曾有公司尝试开发小硬盘式 Holter,其优点是存储量大,数字化采集、存储,弱点是功耗大,
抗震性能差,故障率高,随着 Flash 卡技
术的发展,存储容量已足够容纳2472 小时全信息的心电图记录,故小硬盘式 Holter 仅仅作为一种尝试就已退出
市场。
另外,心脏 BP 机由病人携带记录仪,结果可随时通过
电话线与医院主机
联系,及时掌握
患者即时心率及 ST 段的改变,但由于结果过于简单,未能
形成足够的市场。
2 评价与
展望 AECG
作为心电图的一个重要发展和检测手段,为诊断和治疗提供了重要的有
价值的信息,由于其对心律失常的检测率高,且能进行定量分析,对一过性的心肌缺血特别是
生活中无症状性心肌缺血的定量分析,对起搏器的功能
评价等诸多特点,目前已成为重要的无创伤性心血管检测技术之一。
随着
电子技术和
计算机科学的迅速发展及医学临床科研对动态监测
技术的日益
增长的需要,Holter 的
性能及应用领域也在不断提高和拓展。
a) Holter 在单纯动态心电
领域,记录仪体积越来越小,功 - 5 - 中国矿业大学毕业
设计说明书耗进一步降低,尤其 Flash 技术以其容量大,
数字化采集心电信号,重量轻,功耗低,寿命长等
特点成为近年的主导
产品。
另一方面,动态心电图导联数目也从起初的单导、双导到目前使用最多的三导,最近数家
公司推出了
十二导联动态心电图记录仪,虽然对心肌缺血
的定位可进一步准确,但在临床上其实际价值有多大尚有待考证。
b)随着医学临床及
科研的需求,动态监测的领域亦从单纯的动态心电监测的范围拓展到动态血压、动态脑电、动态睡眠呼吸、动态上消化道 PH 值等多项参数,并在临床科研及
治疗中得以广泛应用。
二:标准的正常心电图波形标准的正常心电图如图1所示
典型的心电图波形是由 P、Q、R、S、T、U 波及 P—R 间期、S—T 段、Q—T 间期等组成。
P 波 P 波为心电图曲线上第一个波 它代表心房激动过程中的电位变化 称为心房激动波。
正常的 P 波
形态应程两腰对称形,波顶圆润,有的波顶可呈双峰状 但峰距应小于 0.04s。
波宽不超过0.11s波幅在肢体导联中不超过 0.25mV 胸导联中小于 0.15mV。
- 6 - 中国矿业大学
毕业设计说明书 P-R 间期它是指从 P 波开始处到 QRS 波群的起点相隔的时间。
P-R 间期随着年龄的增大而有加长的趋势 成人约为 0.12s~0.20s之间。
QRS 波群它是心电图上最尖最大的波群。
特点是上升、下降沿都比较陡、连续、不间断。
QRS 波群中第一个向下的波称为 Q波 Q 波之后是一个狭窄高耸的尖脉冲波形称为 R 波 与R波相衔接的又是
一个向
下的波称为 S 波。
正常 Q 波的时间应小于 0.04s整个波群的宽度称为 QRS 时限 代表全部心室激动过程所需要的时间 正常人最长不超过 0.10s最大振幅不超过 5mV。
S-T 段它指的是 QRS 波群的终点到T波开始的一段。
正常的S-T 段一般光滑而
自然地与T波前枝
融合而且是接近基线的间距一般不超过 0.05mV。
T波 T 波是继 S-T 段之后一个波幅较小 而延续的时间较长的波 它
代表心室激动后复原时所产
生的电位
影响 即称心室肌的复极波。
它的形状较钝而宽且两腰不对称 其方向应与 QRS波群的主波
方向一致。
在以 R 波为主的导联上 T 波不应低于 R 波的 1/10。
Q—T 间期 它是从 QRS 波群
开始到T波终端的时间 代表心室肌除极和复极的全部
过程。
这段
时间随心率而改变 心率快则 Q—T 时间短 心率慢则Q—T 时间长。
正常范围为 0.36s~0.40s。
U波 紧接 T 波后还有一个很小的波动 它代表激动
的心室到静止期的过程。
一般认为它是心肌激动的后电位影响。
正常人体的U波很小
一般不超过 0.05mV。
1 . 1 .2 心电图的产生 心电信号的采集,是通过导联把心脏的电压信号采集到单片机 - 7 - 中国矿业大学毕
业设计
说明书内,但是,在心脏的不同的部位心脏起搏的电压是不同的,为了更加全面的了解心脏的活动
状况,一般都是采用不导联的形式来采集心脏不同部位的电压信号,在不同的部位,它的电压信号是对相对应的波段体现的比较精确,人体心电波形并不是单一频率的 而是可以分解成不同频率
不同比例的正弦波成分。
也就是说 心电信号含有丰富的高次谐波。
表1给出的是正常心电波形的频谱 从表中可以看出 频谱
范围一般在 0.5 Hz~20Hz 内。
其中T波频率最低约 1.3HzQRS波群的频率通常在 15Hz 左右 S-T 段与基线距离<0.5mm。
当QRS 波中出现小切迹线或挫折时 频率范围可达(40~70)Hz偶尔可达 200Hz而 S-T 段几乎平直 从频谱分析可知 大约在 0.14 Hz~0.8Hz
之间。
若心电图机对不同频率的信号
具有相同的增益则描记出来的波形就不会失真。
但是放大器对不同频率的信号的放大能力并不是完全一样的放大器的信号电压放大倍数的模和频率的关系称为“幅频特性”。
表1正常心电波的频谱 针对与不同的波段,把心电信号采集到之后,由于心电信号是
比较微弱的,所以要对其进行放大。
同时,它还包含着噪声、工频等多方面的干扰信号,所以要队其进行滤波和整流。
这样就可以得到我们所要的心电信号了。
- 8 -
中国矿业
大学毕业设计
说明书1 .1 .3 心
电信号的
重要性 当今,动态心电图以被认为是诊断心肌缺血的标准之一,当心肌供血不足而病人无症状时,即称为无痛性心肌
缺血。
目前已普遍认为无痛心肌缺血对心脏的损伤与心绞痛有相同的意义,它
可以增加心肌梗塞
的几率,产生心率失常或猝死的危险。
虽然心肌缺血可由常规心电图、运动
试验的心电图等方法作出诊断,但这方法或阳性率不高,或者需要
特殊的仪器,而动态心电图则是阳性率
最高的心电图变化为:ST 段水平或下斜
持续 1 分钟,两次间隔 1 分钟以上,无心绞痛症状。
由于体位的变化、电极接触
不良等因素也可能导致 ST 段偏移,长时间得到大量数据才能最具有说服力。
同时,对心率变异(HRV)分析有重要的意义,心血管的功能受到大脑中枢自主神经以体内激素的控制。
自主神经系统按日常生理活动
条件心率昼夜不停的变化,其中交感神经系统使心率缓慢变化,心率有明显的
改变需要 20 分钟或更长的时间。
副交感神经系统使心率快速
变化,心率加快或减慢再一至数个心搏种完成,而肾脏-血管紧张
及其它体液按新陈代谢的需要调节心
血管功能,使心率的变化呈更长时
间的规律性,总之心率变异的生理
机理是神经体液对心血管
系统精细调节的结果,反映了神经
因素与窦房结的平衡关系。
当这种内在
调节机制失去
平衡就会引起 HRV异常,在生
理学上 HRV 是用来心血管内在调节
机制的工具,而临床上 HRV 分析主要用于评估 ANS 的功能,
辅助预测心源性猝死,对心肌梗塞病人作危险分级。
目前 HRV 分析有时域分析、频域分析、非线性分析等方法,这些都需要对大量数据进行
统计分析才能得出可信的结果。
动态心电图长达 24 小时得到的病人日常生活 - 9 - 中国矿业大学毕业设计说明书
中的心率变化记录,无疑是 HRV 分析的最佳的分析信息来源。
1.2 国内研究现状 利
用电子计算机技术自动分析诊断心电图以有 20 余年的历史,最早的诊断
程序是
美国心脏
联合会主席 Pe
pberger 领导的一个小组在 1955 年提出的,以后各国学者的
实验研究,逐步
进入临床
实用阶段。
前不久我国绝大多数的医院都使用不带自动功能的心电图机,此类仪器存在以下不足:1.不能进行自动采样、自动分析、自动诊断、自动打印报告,人工
测量的精度较低,
人工出
报告的时间较长,
效率较低。
2.由于没有实现自动化,在
基层卫生部门、边远地区的小医院、各医院非心血管
专科部门、急诊等缺乏心电图
专业医师的地方,常常难
以及时对患者进行治疗。
随着社会的发展,逐步
出现心电图机自动分析。
心电图机分析研究始于 20
世纪 50
年代末,目前国际上应用最广泛的是 12 导联同步心电图自动检测,我国现在正在
推广 12 导联同步心电图自动检测技术。
心电图的研究技术早已经引起
国内外科研和
医疗单位
的重视,虽然起步很晚,但是
发展的速度很快,但是在心电
图形的分析方面,还不是十分的
完整。
研究的手段和方法还比较单一。
特别是在心电图特征
提取的方法的
研究上,多采用带仪的时域分析或者是单一的频域
分析方法来研究心电信号。
显然这两种方法都
不能同时具备时域和频域分辨能力,依次在分心信号的时候,受到了很大的限制。
随着小波理
论的建立
和发展,
人民开始将基于时—频分析的小波变换
运用到了心电信号的分析中,并取得了很好的效果。
当前绝大部分的心电信号检测
方法主要分为两步:首先对心电信号进行滤波,滤除信号中的主要噪声(基漂、工频电、肌电、器械移位等) 对 QRS 波群进行加强; , 然后采取一定的
准则确定阈 - 10 - 中国矿业大学毕业设计说明书值,检出所需的信息。
前半部分多在硬件上处理,所以,软件上的就是处理那些经滤波整流好的信号。
就是在这些处理的方法中,目前的手段多是应用小波变换,在时域上
结合频域上对心电
信号进行分析处理。
目前所用的小波中,多采用两种小波:molter 小波,和 duattler 小波,目前还是在 molter 小波分析上
还是比较成熟
一点的。
现在对心电信号分析上,在 QRS 波的检测
方面,还算是比较成熟,对 QRS 波的定位,R 峰值的确定上,都已经有了
很好的发展,同时在 P 波、T 波的分析也有了很大的进展。
但是,对 U波的分析,和 S—T 段上的分析也还是很茫然。
所以,在以后的发展方向上,很可能就是国内外的研究趋势。
1.3 设计说明 本软件系统的
名称是“心电信号分析
管理系统”。
该
项目是由中国矿业大学机
电工程与材料学院黄民
老师提出的课题,在以前的各届同学中,还没有做过有
关于医疗器械方面的设计,所以,
我们也是试探性的来搞这个课题,在设计的中,未免有很多不足的
地方,还
希望以后的同学继续完善、再开发这套系统,以使其可以应用与实际中。
软
件系统不同于一般的程序,它的一个显著的特点是
规模庞大,个人开发阶段性的成果只是系统最终不断
完善的一个组成部分,
软件完成以后还需要不段的对其维护、补充、再开发。
所以为避免以
后的 人能够顺利的对以前人的工作了解掌握,避免再软件使用维护、对软件的二次开发的过程中不必要的重复
工作,编写系统说明是一项很有效的工作。
1.4 软件使用的开发工具 - 11 - 中国矿业大学毕业设计说明书 开发本软件系统有
必要选择一种简易用
的开发
工具,来节省开发过程中的
人力资源和将来的
用于维护、二次开发的
人力,
经济资源。
Visual
Basic
软件开发抬举基于对象特征需求,采用
面向对象技术oop 进行
编程,提供了集成的环境 IDE 工具,使开发 windows 下
VB的永
远程序不再烦琐。
的图形
特性几乎含有了
windows 下的绝大部分 GUI 元素,能组成真正的 windows 图形。
总而言之,
VB 是
一种简单易操作的与呀,它设计的
界面友好,
语言通俗易懂,程序易于维护。
过开发
成本低廉。
本系统将采用
VB 来进行开发。
1.5
论文的结构
安排本文第一章对国内外
有关方面的研究做了
回顾、分析和总结。
第二章是信号在识别上、分析上
的原理。
第三章是把系统总的
框架定下来,作概括性的介绍。
第四章把系统的软件
详细的
介绍。
第五章对单片机和微机的
接口部分作出分析。
最后全文总结,得出研
究的结论。
- 12 - 中国矿业大学毕业设计说明书 第二章 信号分析
原理2.1
最新分析方法简介 心电信号的计算机分析,已经有近 30 年的
历史,但是,其
基本的方法
没有改变,即根据心电图的各个病理指标,来综合诊断心脏病。
这种法国法主要在于利用
计算机来帮助医生完成
综合判断和决策
任务,而不是用计算机来解析心电图的各个
指标本身。
从理论上看,如果计算机只是用来分析心电图的波形,并且按照医生的临床目测来分析的指标进行诊断。
那么,如果想让计算机在这方面的
能力比医生目测的要强的话,那就必须
建立一种很好的分析方法。
对于这种非平稳信号
存在于许多
科学研究领域中为了有效地对这些信号进行分析与处理促使人们寻求
有效的数
学分析工具。
Gabor 于 1946 年提出了窗口傅里叶变换1WFT:
Window FourierTransform或称为短时傅里叶变换。
虽然 WFT 弥补了
传统傅里叶变换的某些不足但它也存在有本质
缺陷不能满足人们对非平稳信号进行有效分析的要求。
近几年来借助于已有的
相关数
学研究成果迅速发展起了一种新的信号时频分析
理论——小波变换理论。
小波变换是一种线性运算它对信号进行不同尺
度的分解可有效地应用于如信噪
分离提高时频两域的分辨率等.
讨论小波变换用于心电 QRS 波形高频成份特征提取的方法.
实验结果表明高频截止频率 Fh 和W值对于心肌缺血冠心病者其值普遍高于无心肌缺血冠心病者.并且揭示了
急性心肌缺血时心电信息的高频成份动态变
化的本质。
对于采样的心电信号,经选择合适的小波,在以这种小波为母波
的基础上,对采样的信号进行小波变化,经小波 - 13 - 中国矿业大学毕业设计说明书变化后的信号,在不同的小波变换尺度上,就是针对于心电信号
的不同波段的信号的
加强分析,然后,在不同的尺度上,根据一定的域值来对心电信号作出一定的
判断。
2 . 1 . 1 小波变换的简介 小波,从字面上
理解就是一种小的、短的函数波形,也就是说:小波小波形,凡是一切积分等于零的函数均可以作为小波
函数。
过去我们分析信号是用傅里叶方法,将信号用正弦和余弦函数展开,这种方法
适合变化平稳的信号,而对于非平稳变化信号(如天气预报、
地震预测、洪水
预防、
股市分析、图像
识别等等)
效果十分不
理想,也就是说傅里叶方法没有局部化能力。
而小波分析方法却能精确检测奇异信号。
小波变换的
概念是由法国从事石油信号处理的工程师 J.Morlet 在 1974 年首先提出的,通过物理的直观和信号处理
的实际需要
经验的建立了反演公式,当时未能得到
数学家的认.