基于ARM9的心電診斷系統(tǒng)的設計-設計應用

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1系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)測式平臺以AT91SAM9261s為，該款ARM9芯片的種種特性保證了整個心電系統(tǒng)工作的可靠性和實時性。

系統(tǒng)的總體規(guī)劃設計如圖1所示，從SD卡內(nèi)讀取心電信號，進行前置處理和特征分析，通過RR間期及QRS波的寬度等進行心電疾病的診斷，如果正常則不進行信息反饋，反之，則給出反饋信息，監(jiān)護人員可以結合心電疾病情況給出相應的處理。

2系統(tǒng)的軟件設計

2.1軟件測試環(huán)境的建立

具體需要完成的工作包括底層驅動開發(fā)、μC/GUI和FAT文件系統(tǒng)的移植。

在IAREmbeddedWorkhenchIDE5.4開發(fā)環(huán)境下，建立工程，將μC/OS操作系統(tǒng)和μC/GUI移植進來，通過Jlink進行調(diào)試，保證硬件的正常工作，為了順利讀取SD卡中存儲的心電信號，還需要將FAT文件系統(tǒng)移植到工程中。移植過程中，參照AT91SAM9261S的數(shù)據(jù)手冊進行各項參數(shù)配置，首先是系統(tǒng)CPU主頻配置和液晶屏有關的硬件接口配置，與液晶屏的工作頻率相對應，這里配置系統(tǒng)工作頻率為174MHz，還有各項寄存器的設置，而μC/GUI和FAT文件系統(tǒng)的移植只需要修改相關參數(shù)。這樣的界面方便了心電信號各項波形和結果的顯示。

2.2心電信號處理與分析

本設計采用MIT-BIH心電數(shù)據(jù)庫的心電信號，在讀取dat文件后，按照其存儲格式進行解析和降采樣，可以得到原始的心電信號，接下來對其進行處理和分析。

2.2.1前置處理

心電信號的頻率在O.05～100Hz之間，常含有的噪聲有：60Hz工頻干擾及其各次諧波，由于呼吸運動和電極運動等所產(chǎn)生的干擾和肌肉收縮所產(chǎn)生的肌電噪聲。所以必須要把這些干擾因素濾除，才能得到正常的心電波形，考慮到QRS波群的中心頻率在17Hz附近且?guī)捈s為10Hz，故采用了低通濾波、高通濾波及梳狀濾波器。

考慮到AT91SAM9261S的數(shù)字運算能力和系統(tǒng)的實時性要求，低通濾波和高通濾波采用了簡化的FIR濾波，濾波系數(shù)在Matlab環(huán)境下通過firl函數(shù)獲得，實現(xiàn)了0.05Hz的線性相位高通濾波器和100Hz的線性相位低通濾波器。這里高通濾波器的系數(shù)為：b=[O.0000，O.0002，O.9992，-O.0002，O.000O];a=[1.000]，低通濾波器的系數(shù)為：b=[O.0111，0.4889，O.4889，0.0111];a=[1.000]。這里設計的陷波器用到了減法技術，采用一個全通網(wǎng)絡減去一個具有相同傳輸延遲和增益的窄帶帶通濾波器的輸出，得到一個具有尖銳陷波特性的陷波器，其原理如圖2所示。

該陷波濾波器實際上是一個梳狀濾波器，其傳遞函數(shù)為：

式中：Q=R/P。

實際應用時，采樣率Fs為360Hz，工頻干擾Fc為60Hz，則P=Fs/Fc=6，n和R決定了濾波器的阻帶帶寬，通過參數(shù)調(diào)整，該系統(tǒng)選取n=2，R=162，則有Q=27。上述濾波器對60Hz工頻及其諧波和基頻干擾有較好的濾除效果。

2.2.2波形檢測與分析

波形分析包括QRS波群和P，T波的檢測標記。其中QRS波群檢測部分，計算差分信號y（n+1）-y（n-1），結合原心電信號和差分信號的閾值設定及差分信號符號的變化來檢測R波的存在，并計算RR間期同時進行錯誤R波的去除，之后依照Q，S波的特性在R波前后確定QRS波群的位置，P，T波也是參照QRS波群的位置結合差分值變化來進行檢測。

3系統(tǒng)的結果顯示與分析

該設計不僅可以實現(xiàn)心電信號的自動診斷，并且做出相應的判斷而做出反饋，而且還把各項波形、特征值的直觀顯示和標記。在μC/GUI下編寫自己所需要的界面，方便了對心電信號的檢測結果進行顯示，如圖3所示，可以畫出心電波形和差分信號并進行R波標記。

該設計還進行了嚴格的時間測試，當心電數(shù)據(jù)寬度為3min，整個處理分析所花時間小于2s，這個方法很好地達到了實時性要求。如表1所示，總的R波檢測正確率為96.93%，準確的R波檢測對后續(xù)進一步檢測診斷工作提供了有力的保障。

4結語

本文描述了心電疾病自動診斷系統(tǒng)的設計，采用的算法簡單有效，符合小型疾病診斷系統(tǒng)的實時性要求。同時，該系統(tǒng)還有很多不足的地方，如硬件平臺的擴展、心電算法的完善等，需要后續(xù)的進一步改進。相信在不久的將來該設計將會是心電診斷系統(tǒng)的