基于ST/HR斜率的冠心病诊断系统的研究

论文摘要

运动心电试验法是针对冠心病无创诊断的有效方法,这一诊断方案能够给受试人员提供相对于其他无创诊断手段更高的综合效果,在冠心病的无创诊断中有着举足轻重的作用。但是随着医学和电子技术的发展,涌现出很多新技术和新思想,原始的诊断方案其固有的缺陷越发明显,所以亟需对原始方案进行改进。本文在对现有运动心电诊断冠心病试验方案的调研基础之上,结合目前的最新医学和电子技术,针对性的设计了一套新的运动心电试验系统。该系统能够明显的提高运动心电试验法诊断冠心病的敏感性和特异性,同时也能够扩展该方法的适用人群,让更多的疑似患者能够使用这种无创、高效、低成本的诊断手段。本文在以下几个方面,完成了具有特色的研究工作:1.设计和制作的12导联同步心电采集系统12导联的同步心电采集系统包括了前端阻抗转换、多级放大、滤波处理以及8路信号同步A/D转换功能。在这之中,也实现了电路的安全设计,采用了光电隔离和电磁隔离的方案。最后上下位机之间的通信和供电都是利用的上位机的USB接口实现的,具有非常好的易用性。2.设计和制作了一套功率踏车运动系统完成了功率踏车的数学模型的建立,通过该数学模型,确定了功率踏车通入电流与踏车给受试人员加载负荷功率的函数关系;在踏车的控制方面也参考了Bruce方案,制定了多个等级的负荷量,结合实时的踏车转速监控电路,能够有效的完成运动心电试验中的负荷加载工作;踏车的控制电路也采取了安全的隔离措施,避免了由此可能产生的危险。3.设计和完成了一套控制软件和ST/HR slope诊断算法整个系统的控制部分是运行在上位机中的控制软件,该软件不仅仅能够实时的显示系统信息,如12导联心电信号的实时显示、踏车转速的实时显示、当前踏车负荷等级和功率的显示,受试人员心率的实时显示等等系统信息,而且该软件还具备信息存储和分析功能,能够有效的保存试验过程中的数据,同时在试验结束的时候能够进行最终诊断指标的计算和分析。而ST/HR slope诊断算法则是整个系统分析功能的核心部分。本文在参考了业内各种算法研究进展的基础之上,完成了具有特色的诊断算法,该算法能够快速、有效、准确的分析得到ST/HR slope诊断指标的确切数值。为了更好的使整个系统进一步完善,使研究工作深入下去,本文每一章节后面的小结部分都对该部分的工作做了自我评价,并且对于未来的发展方向提出了自己的见解。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 冠心病及其危害
• 1.2 常用冠心病诊断手段
• 1.3 心电信号
• 1.3.1 心电导联系统
• 1.3.2 心电信号的噪声
• 1.4 心电信号用于冠心病诊断的方法及评价
• 1.4.1 传统的ST 段压低标准运动心电图
• 1.4.2 动态心电图
• 1.4.3 ST/HR 斜率（ST/HR slope）法
• 1.5 本文的主要研究内容和意义
• 1.5.1 本文主要研究内容
• 1.5.2 本论文研究的目的和意义
• 1.5.3 本论文研究的创新之处
• 2 系统硬件设计
• 2.1 心电采集板的设计
• 2.1.1 心电预处理电路设计
• 2.1.2 心电放大电路的设计
• 2.1.3 12 导联信号同步采集的实现方式
• 2.1.4 电路安全设计
• 2.1.5 采集控制方案设计
• 2.1.6 与上位机通讯方案设计
• 2.1.7 小结
• 2.2 功率踏车负荷控制模块设计
• 2.2.1 功率踏车功能及其特点介绍
• 2.2.2 功率踏车数学模型建立
• 2.2.3 功率踏车控制电路设计
• 2.2.4 功率踏车转速监控电路设计
• 2.2.5 电源设计
• 2.2.6 小结
• 3 系统软件设计
• 3.1 下位机程序设计
• 3.1.1 下位机程序功能简介
• 3.1.2 下位机心电采集功能程序设计
• 3.1.3 下位机踏车负荷调节功能程序设计
• 3.1.4 下位机踏车转速监控功能程序设计
• 3.1.5 下位机程序小结
• 3.2 上位机程序设计
• 3.2.1 上位机程序功能
• 3.2.2 上位机控制功能实现
• 3.2.3 上位机显示功能实现
• 3.2.4 对心电信号的数字滤波
• 3.2.5 心率的计算
• 3.2.6 ST 段压低的实时分析
• 3.2.7 J 点位置的确定
• 3.2.8 动态时间调整法测量ST 段压低
• 3.2.9 ST/HR slope 的拟合计算
• 3.2.10 数据存储的实现
• 3.2.11 小结
• 4 实验测试
• 4.1 系统硬件测试
• 4.1.1 心电放大电路测试
• 4.1.2 心电A/D 采样和USB 口数据传输测试
• 4.1.3 踏车负荷调节测试
• 4.1.4 踏车转速监控测试
• 4.2 系统软件测试
• 4.2.1 R 波定位和心率检测测试
• 4.2.2 ST 段压低检测测试
• 4.3 系统实验测试
• 5 全文总结及研究展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录