基于DSP的EASI十二導聯多功能Holter系統(tǒng)設計方案

3 軟件設計

3.1 DSP程序設計

DSP系統(tǒng)初始化需要完成以下操作：初始化CPU、外設、引腳功能與中斷，通過判斷中斷源確定是否存儲在MicroSD卡上；然后開始A/D轉換采集心電信號，根據此前所選擇的方式通過DMA保存采集到的數據；同時數據累積到特征提取所需后對其進行處理，判斷是否有異常。一旦產生異常，則通過Zigbee模塊發(fā)送提示信息，否則繼續(xù)循環(huán)信號處理流程。

3.2 算法設計

ECG信號中QRS波群的檢測是對ECG信號自動分析診斷的前提和基礎，只有在R波標定后才可做進一步分析。本系統(tǒng)采用墨西哥草帽小波變換進行R波檢測。該小波母函數是高斯函數的二階導數，心電信號的特征點與小波變換的模極大值點存在對應關系，從而可以據此實現R波的定位[5]。式(1)為小波母函數函數表達式：
　　

具體檢測方法為：在小波變換尺度4上，分等長區(qū)間分別求模極大值，再對這組模極大值求均值，將該均值二分之一作為閾值，求出過閾值的連續(xù)區(qū)間中極大值為R波的相應位置，再修正時移。此時與尺度4相應時延為20點，即與原始信號中R波位置有20點的延時。

為了檢查算法的有效性，本實驗采用國際通用的MIT-BIH數據庫進行測試，結果如表1所示。

經實驗驗證，由于噪聲在小波變換的第3、第4尺度上已得到抑制，所以系統(tǒng)中所采用的方法可以有效地從噪聲干擾中識別出心電信號中R波的位置，并且識別準確率達到了99.83%。

在完成R波識別流程后，分別以R波位置為起始點，向前在長度為0.04 s的區(qū)間中搜索模極小值點位置，以對Q波進行定位。對S波進行識別的基本流程與Q波相似，不同點是向R波后向檢索，并且由于S波延續(xù)時間較Q波長，搜索區(qū)間長度為0.06 s。

3.3 上位機軟件設計

本文的心電遠程實時監(jiān)護界面采用LabVIEW虛擬儀器編程語言設計，主要功能為實時從串口采集心電數據，切換顯示十二導聯數據，分析和存儲等功能。

本系統(tǒng)中，Holter終端節(jié)點采集分析的數據應用ZigBee無線協議傳輸至網絡協調器節(jié)點。網絡協調器節(jié)點將接收到的用戶信息數據進行融合處理，通過串口傳送到PC機上[6]。

4 系統(tǒng)測試

4.1 心電采集和預處理

按照圖1的EASI導聯系統(tǒng)電極位置所示，通過心電電極片連接人體和系統(tǒng)前端電路，采集心電信號。圖3為實際采集的AI通道的心電信號并在CCS(Code Composer Studio)v3.3上顯示的心電信號片段。

4.2 算法實現

在TMS320VC5509A采用小波變換的方法，在小波變換尺度4上對心電信號進行實時特征提取，并對QRS波群的各個特征點參數進行檢測計算。小波變換尺度4如圖4所示。

如圖4所示，圓圈標記為R波在尺度4上對應的位置，三角形標記為Q波，矩形標記為S波。然后據此再對其他參數如P波、T波及其端點檢測。

4.3 遠程監(jiān)護

在上位機運行心電遠程實時監(jiān)護界面，可同時實時顯示用戶的心電數據及根據EASI導聯推導出的十二導聯數據。

本文實現了一個基于DSP的多功能Holter系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)、EASI十二導聯心電采集電路、心電識別算法、Zigbee無線傳輸通信和上位機監(jiān)護程序等都已調試成功。Holter系統(tǒng)能實現基于小波變換算法實時檢測從心電模擬前端采集的心電信號，并通過Zigbee實時無線傳輸到PC機進行心電遠程實時監(jiān)護與十二導聯心電數據的推導及實時顯示，達到預期目標。