新型12导联心电工作站的开发与研制

　　1　引　　言

　　心电信号是指心脏的搏动过程中在体表(体内)引起的电位变化。心电图在心脏疾病的临床诊断中具有重要价值,在现代医学中得到了十分广泛的应用。随着计算机技术和医学数字信号处理技术的飞速发展,传统的全导联即12导联心电图机由于在以下几个方面存在的不足越来越难以满足现代医学的发展需要:①一般仅具有单导或三导联同步记录功能,对于复杂心脏疾病的诊断往往需12导联心电图同步记录;②高频心电分析技术的研究成果表明心电图中包括心室晚电位在内的高频成分具有特殊的意义,而传统心电图机不具备分析高频心电图的能力;③一般无心律失常自动分析能力,无法完成异常心搏的自动捕捉与记录功能。综上所述,开发研制高性能12导联心电工作站是现代医学发展的迫切要求。

　　2　系统硬件结构

　　由人体来的心电信号经心电放大及A/D转换电路后送入MCS-196单片机[1],在单片机和USB控制器的协调控制下把采集到的心电信号传入计算机,计算机完成电信号的实时显示和自动分析,并按要求打印出分析报告。硬件结构如图1所示。

　　输入保护电路对可能输入的高压进行保护性处理,以免对系统造成破坏;导联系统是对由人体输入的心电信号进行变换,从而得到全导联(12导联)心电信号。心电放大电路是本系统的核心电路,完成心电信号的放大和处理,对线性度和频带范围均有严格要求。心电放大电路具有频带程控功能,对于不同的采样率,频带应自动调节,以便能同时满足临床诊断和医学研究等方面的不同需要。系统采用电源隔离和信号隔离技术提高系统的安全性,确保患者与计算机和交流电源电气上完全隔离。

　　3　系统软件结构

　　系统软件包括单片机软件和计算机软件两个部分。单片机软件用MCS-196汇编语言编写,主要完成心电数据采样、放大电路频带自动调节、USB传输控制和接受主机控制命令。

　　计算机软件在Windows环境下运行、采用模块化和面向对象(OOP)技术、由VC6.0编程实现[2],是具有心律失常分析功能及强大人机交互功能的大型集成多窗口图形用户界面医学软件包。为保证心电数据的实时传输、实时分析与显示,采用消息驱动的多线程编程技术。

　　主控线程实现人机交互和控制其它线程间协调运行。数据传输线程用于控制硬件电路和实时接收通过USB传送的心电数据。波形检测线程接收到新数据到达消息后进行QRS波检测。心律失常分析线程接收到波形检测到消息后将进行心律失常分析[3]、[4]。波形显示线程在接收到来自数据传输线程的新数据到达消息和(或)心律失常分析线程的新波形类型消息后,将从数据缓冲区取新采样数据和(或)新波形类型并在屏幕上进行显示。