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基于ARM9的心电模拟发生系统设计

2011-07-23 15:45:14来源: 互联网 关键字:发生

   随着社会的发展,人们的医疗保健意识越来越强,所以医生的培训也就成为非常重要的环节。心电除颤技术作为医生培训的一个主要方面,若操作规范,动作熟练,往往在紧急关头可以救人于危难之间,在培训的时候,如果能够真实地模拟急救除颤的场景,将会起到良好的学习效果。因此,在急救、有创性临床操作训练上,医学模拟教学日益显示出其成本低、重复性高、教学效率高以及符合医学伦理要求等优势。 

  除颤模拟发生系统可以任意选择34种状态(包括成人和儿童两大类)时也可以连接医用监护仪,使除颤模拟更加逼真。学员可以进行不同能量的除颤练习,同时这也便于老师检验学员的学习效果。 

  该系统是根据心电图的有关原理以及监护仪的信号合成原理研制的,严格按照医学的相关规定,产生的波形达到医学教学的目的。在相关病态心电图的关键点处达到比较逼真的效果,当系统接收到高压除颤信号以后,根据系统的预设置,进行相应的波形变换。系统可以用于医疗培训机构的培训工具,使学员快速掌握心电除颤的方法。该系统与急救模拟人、监护仪配合使用,具有广阔的市场前景。 

  本文介绍的心电除颤模拟发生系统是以ARM9为控制核心,充分利用ARM9丰富的I/O资源和强大的处理功能。它采用嵌入式的开发方案,并综合考虑系统的通用性和使用性,系统输出信号的幅度为0~5 mV可以连续输出室性、室上性早搏型号等,还可以产生周期为1 s,脉宽为100 ms,幅度为1 mV的方波。便于对监护仪进行校准,信号均采用三导联的同步信号输出。 

  1 系统结构和设计方案 

  系统主要包括ARM9中央处理单元、高压除颤信号采集模块、D/A转换模块,与监护仪信号匹配模块以及心电波形仿真和数据的提取,应用程序的设计等几个部分。本系统采用ARM9嵌入式开发平台,以下是ARM9处理器的主要结构及其特点。 

  (1)32 b定点RISC处理器,改进型ARM/Thumb代码交织,增强性乘法器设计,支持实时(real-TIme)调试; 

  (2)片内指令和数据SRAM,而且指令和数据的存储器容量可调; 

  (3)片内指令和数据高速缓冲器(Cache)容量从4 KB~l MB: 

  (4)设置保护单元(Protoction Unit),非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护; 

  (5)采用AMBA AHB总线接口,为外设提供统一的地址和数据总线; 

  (6)支持外部协处理器,指令和数据总线有简单的握手信令支持; 

  (7)支持标准基本逻辑单元扫描测试方法; 

  (8)支持BIST(Built-in-self-test); 

  (9)支持嵌入式跟踪宏单元,支持实时跟踪指令和数据。 

  心电除颤模拟发生系统总体设计方案,如图1所示。 

  3 软件设计 

  系统的硬件为基本功能和扩展功能的实现奠定了牢固的基础,软件系统的设计就是要充分利用硬件平台的资源,实现软件操作的有序运行。 

  软件开发工作涉及到以下两个方面:接口驱动程序的修改和完善;应用层软件的开发。应用层的程序全部用C++开发完成的。 

  图4是整个系统的软件模块结构图。 

  该系统的应用程序是基于Qt/Embedded设计的,目前使用的嵌入式GUI系统存在Microwindows,MiniGUI,Qt/Embedded,Qt/Embedded延续了Qt的强大功能,可以运行在多种不同的处理器上部署的嵌入式Linux操作系统。Qt/Embedded提供了信号和插槽的编程机制,该部分采用的Qt是一个创建GUI程序的C++类库,编写Qt应用程序的主要工作是基于已有的Qt类编写用户类。该部分主要分为波形界面的实现和用户按键控制的实现,波形显示采用Qt的函数类库Qpainter,由于波形界面显示两路心电波形,会产生延迟效果,所以引入了多线程机制协调,Qt支持多线程,有独立于平台的线程类,线程安全方式的时间传递和一个全局Qt库互斥量允许不同的线程调用Qt方法。 

  4 结语 

  本系统设计采用三星2440嵌入式处理器作为核心搭建了硬件平台,并采用嵌入式Linux操作系统并结合外围的D/A转换部分、与监护仪匹配网络、高压信号采集部分、应用程序控制部分等实现了心电除颤模拟发生系统的设计。该系统可以很好地模拟医学除颤的过程,并可以与医用监护仪相连接,输出符合医学标准的34种常见异常心率波形,由于系统使用嵌入式实时多任务操作系统,因此该设计具有很高的实时性、稳定性和可靠性。

关键字:发生

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0723/article_7453.html
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