便携式T波交替检测系统.pdfVIP

豆应用技术 便携式 T波交替检测系统 詹楚齐 尹凯阳 (武汉理工大学自动化学院) 摘要：设计一种便携式心电监护系统，该系统通过穿戴式心电监护终端采集患者体表心电信号，经过A／D 转换成数字信号后通过分离式的蓝牙技术将数据传输到 PC机，采用基于 SM和 MMA算法的分析软件对 T波交 替现象进行检测和判定。 关键词：T波交替现象；家用便携式；蓝牙传输 0 引言 社会发展带来的心理压力和不良生活习惯使心 血管疾病成为威胁人类健康和生命的主要杀手。据美 国心脏协会不完全统计，美国每年有 225万成人因心 源性猝死 (sudden cardiac death，SCD)而死亡⋯。SCD 的自觉症状不明显，患者如果在短时间内得不到及时 抢救，极易导致死亡。已有研究表明，T波交替是预 测恶性室性心律失常及心源性猝死的独立和具有统 计学意义的指标【2】。由于T波交替症状不明显且发生 时间不确定，需要长时间的观察诊断，给病人和医院 造成很多不必要的麻烦，因此便携式动态心电监护系 统对于临床治疗和疾病预警都有重要意义。 为使患者能够在家实时监测 T波交替现象且不 影响患者日常活动，本系统采用可穿戴设备采集患者 的心电信号，通过蓝牙无线传输技术将体表采集的心 电信号传输给上位机。考虑到经济因素，本系统利用 家庭大量普及的PC机作为上位机，通过心电信号分 析软件，实现心电信号的处理、标定和检测等功能， 完成对 T波交替的检测；并利用蓝牙无线传输技术将 体表采集的心电信号传输给PC机，使患者在监测时， 尽可能减小对日常生活的影响。 1 移动部分的设计 患者穿戴的数据采集装置采用3导联单通道系统 检测心电信号，导联电极采集的心电信号经过放大和 滤波后达到 A／D转换器输入范围，经过 A／D转换成 数字信号后，通过串口UART发送至 S3C2440A处理 器嵌入式系统，存储于NandFlash中，最后通过蓝牙 无线传输给上位机。 1．1 信号采集和处理电路 心电信号若仅采用单级放大，电路的输入频率范 围会变窄，所以本系统使用前置放大电路和末级放大 电路对信号进行放大。从体表获取的心电信号，经输 入缓冲级处理后，以差分的方式进入前置放大电路。 前置放大电路的高共模抑制比能有效抑制工频干扰， 但同时会增加放大倍数，导致运放输出电压趋于饱和， 系统无法正常工作，综合考虑后设置前置放大电路放 大 11．5倍。前置放大电路如图1所示。高通滤波电路 滤除部分低频干扰信号外还为单电源运放提供偏置 电压。低通滤波器置于高通滤波器后端，防止高频信 号形成频谱混叠，难以恢复原心电信号的信息。滤波 电路如图2所示。 1．2 低功耗的实现 便携式心电监护终端需要长时间穿戴在患者身 上，所以其微处理器需要有功耗低、体积小、存储量 大和数据处理能力强等特点，综合考虑后选择德州仪 器公司的 MSP430F449IPZ芯片作为前级电路的主控 芯片。MSP430是一个以超低功耗为主要特点的单片 机系列，提供了5种低功耗工作模式和 1种活动模式。 不同低功耗模式系统禁止的时钟源也不同。在本系统 中，ACLK和 SMCLK 两个时钟源需要一直工作， ACLK用于 Timer A和 Basic Timerl，SMCLK用于 ADC12模块的内核时钟，所以不能选择需要关断 ACLK或SMCLK时钟源的工作模式，最终选择低功 2015年 第36卷 第1期 自动化与信息工程 23 耗模式0(LPM0)。 P,JGH~LEG 图 1 前置放大电路 1_3 心电数据储存部分 删 SYS2440-Core核心板的存储资源为 64 M SDRAM，l GB的NandFlash。据计算，监护仪每 24 小时大概需保存 459．54 M的数据，所以选择 1 GB的 大小。 ARMSYS2440硬件结构中，采用定制的Windows CE BSP包，将与设计无关的驱动删除以减少内存占 用空间。采用 HIVE注册表 (蜂窝注册表)，将 NandFlash分成存放系统文件部分和用户使用部分。 存放系统的部分在每次重启系统后都重新恢复，速度 比较陕，而用户使用部分中的数据不会丢失，适合保 存检测到的心电数据。 1．4 无线蓝牙模块 发送和接收装置一体化方案存在耗电量大、系统 集成困难、患者活动空间受限等缺点，因此将存储于 NandFlash的心电信号，通过分离式无线蓝牙技术传 输给上位机。 本系统采用串口蓝牙模块HC．0305，可设置的通 信波特率范围为 4800 b／s-1-3 Mb／s。分离式传输将获 取和发送分离，提高了传输速度和实时性。 为确保发送过程中不出现数据遗漏和错位，在每 组数据的开头追加一组校验数据段 0xFFFF，原始采 样数据最大为0x0FFF，因此不会与校验段相互混淆。