多参数监护仪的检测论文

duō cān shù jiān hù yí

该便携式微电脑参数生理监护仪，检测参数多，设计紧凑，体积小巧，携带方便，既可用于病房，也可用于室外，可以定时、连续、长时间地检测病人的重要生命特征参数，它在保障病人的生命安全方面具有重要的临床使用价值。

便携式微电脑多参数生理监护仪的主机由两个16位微控制器80C196组成。

系统通过信号检测与预处理模块将生物医学信号转换成电信号，并进行干扰抑制、信号滤波和放大等预处理。然后，通过数据提取与处理模块进行采样、量化，并对各参数进行计算分析，结果与设定阈值比较，进行监督报警，将结果数据实时存储到RAM，并可实时传送至PC机上，在PC机上可实时显示各参数值。

系统原理框图如图1所示。该监护仪由两个单片机组成双CPU系统。

单片机1完成对体温、心电波形、脉搏脉形的信号检测、处理、数据存储，并通过LCD显示屏对各波形、参数进行定时显示、报警。

单片机2承担其中耗时较长的血压测量及血氧饱和度的检测，使之不影响整个系统的正常工作，同时还承担对心率、呼吸频率的测定。

两个单片机间的信息交换通过1个8位的并行口进行，由2根I/O口实现通信控制。具体是用P1口，配合两个高速输入、输出I/O口（、），用作两个单片机之间的数据传送。这种双机间的连续方式属于松耦合的多处理机系统（参考文献8），在硬件实现上较为简单，只需在软件编程时，为其通信方式设计必要的通信协议、数据传输方式等。

（1）系统采用EEPROM 28C64作为程序存储器；采用一片非易失性静态存储器（NASRAM）作为数据存储器。NASRAM具有静态存储器的优点，同时具有非易失性的特点。非易失性的特点是指存储芯片在掉电的情况下，能够正确无误地保存所有数据，保存时间长达10年。采用芯片的非易失性的特点可以不用为此芯片提供掉电备用电源，即可实现掉电数据保护。

（2）液晶显示模块

为了对心电波形、脉搏波形及其它生理参数进行显示，而且对波形显示具有足够的分辨率，为此系统采用图形液晶显示屏。为了减少仪器的体积，实现系统低成本，功耗小的要求，选用了特别适用于便携式监护仪的单色LCD显示屏。

该显示屏为日立LMG70520XNGR液晶显示屏，点阵数为640×200，点尺寸为×，其驱动电源为+5V和20～21V,耗电仅8mW，能满足本系统的要求。

为控制该显示屏的显示，我们选取了适用于该显示屏的显示控制器SED1330。该芯片是用于计算机的指令与数据，并产生相应的时序及数据控制液晶显示屏的显示。该控制器自带RAM，自行管理显示缓冲区，与CPU之间通过8位数据并行传输，与显示屏之间是4位数据并行传输。

（3）键盘输入模块

系统设计的功能键采用中断方式输入。当有任一功能键按下时，产生键盘中断，CPU执行中断程序，读取键码，执行相应操作；没有键按下时，不占用CPU的运行时间，提高了CPU的运行效率。

键盘采用两片74LS373构成矩阵软件编码键盘，键盘部分直接挂在单片机1的总线上。不占用单片机I/O口线，也不必为此扩展系统I/O口，可减少系统消耗功率。

通过为键盘分配相应的I/O地址，可采用读写该地址的方式获得键码。硬件实现简单，软件编程方便。

（4）电源系统

基于低功耗和便于携带使用的考虑，系统采用电池供电及外接ACDC变换器件供电的方式。设计采用三节电池供电。该电压通过稳压器件提供+5V的电压给系统工作。同时采用DCDC电压变换器+5V的电压变换至18～24V电压，以提供给LCD显示屏工作。

选择电池作为电源是基于如下考虑：具有高输出能力、小型结构、标准尺寸和低价格。

（5）外围器件控制

系统各外围器件的片选信号由74LS373锁存的地址信号，经芯片GAL16V8C译码产生。GAL芯片是可编程逻辑阵列，通过对其引脚的编程，将其作为译码器，依据P4口高字节8位地址进行片选，其编程方便，使用灵活。系统除用作译码器外，在单片机2中，还用作控制气泵和气阀的开关。

通过簇已分配给气泵或气阀I/O口地址，写上“0”或“1”，则输出引脚OUT1、OUT2为低或高电平。该电平将保持，直到再次往同一地址写“1”或“0”，如此，可定时控制气泵或气阀开关。

系统软件的主要特点是，以实时数据为核心，以功能独立化、结构模块化为软件设计模式。系统开发采用了结构化的，从上到下的模块划分及从底到上的硬件功能封装的软件开发设计方法。本系统采用C96语言进行软件系统开发。

（1）数据采集程序

数据采集到整个系统最重要的问题。如何实现数据采集，保证数据采集的实时性，并且能高效率地进行数据采集，尽可能少的时间占用少的系统资源，对于多参数同时监护的情况下，是确保系统处理的实时性的重要因素。

在软件设计中，我们利用硬件定时器及软件定时器，进行定时中断，进行多通道、多采样点的数据采集流程设计。由于人体生理信号的变化较缓慢，采用此种方法已经可以确保高精度、实时性的数据采集。

（2）液晶显示控制

系统显示功能的实现，实际上是对显示控制器SED1330的编程控制。SED1330控制器具有系统控制、显示操作、绘制操作、存储操作等共15条指令。

在进行系统显示模块的编程时，我们利用C96语言对SED1330的指令功能进行分类组合、封装，编制了一个基本的显示控制图函数库。通过对子函数的调用，非常方便地实现了复杂的人机界面程序设计。

设计的子函数如下：

lnitCD(); /*初始化SED1330*/

ClearDispBufffer(); /*对显示缓存区清零*/

ChooseScreen(screen); /*选择显示缓存区*/

SetCsrAbsAddr(addr); /*设置光标绝对位置*/

SetCsrDir(dir); /*设置光标移动方向*/

PutChar16xy(x,y,data); /*显示点阵为16×16的字体*/

SetPutPixel(x,y)； /*在显示屏上显示一点*/

H_line(x1,x2,y,linestyle); /*画水平线*/

V_line(x1,y1,x2,y2); /*画垂直线*/

lnvert(x1,y1,x2,y2); /*对矩形区域反显*/

Clear(left,top,right,bottom); /*清除矩形区域*/

部分液晶显示子程序示例如下：

# include

# include “”

# include

# define UP 0x4e

# define DOWN 0x4f

# define LEFT 0x4d

# define RIGHT 0x4c

# define AP 80

# define SA1 0

# define SAD2 0x3e80

# define Max_X 640

# define Max_Y 200

# define ECQ_Y 128

# define PLUSE_Y 50

# define NORMAL ox4f

# define DOT_1 0xaa

# define DOT_2 0x66

unsigned char * m_reg;

unsigned char * pram_reg;

unsigned int_sad;

/************************/

/* var screensvalue is:1 or 2.*/

ChooseScreen(screen)

Unsigned char screen;

{

switch(screen){

case 1:

_sadSAD1;break;

case 2:

_sadSAD2;break;

defaulf:

_sadSAD1;}

}

/*************************/

lnitl_CD()

{

* m_reg0x40; /*SYSTEM SET */

* pram_reg0x34;/P1 CGRAM font dot array(now is:8x16)*/

* pram_reg0x87; /*P2 */

* pram_reg0x07;

* pram_reg80;

* pram_reg93; /*P5 93 */

* pram_reg200;

* pram_reg80; /*P7 */

* pram_reg0; /*P8 */

* m_reg0x44; /*SetSooll() */

/*set SAD1 */

* pram_reg0x0; /*P1 */

* pram_reg200; /*P3 */

/* set SAD2 */

* pram_reg0x80; /*P4 */

* pram_reg0x3e;

* pram_reg200; /*P6 */

/*set SAD3 */

* pram_reg0x00; /*P7 */

* pram_reg0x7d; /*P8 */

/*set SAD4 */

┆

* m_reg0xf58; /*Set Display(OFF)*/

/* *pram_reg0; */

* m_reg0x5d; /*SetCsrForm()*/

* pram_reg6;

* pram_reg0x86;

* m_reg0x5a; /*set HDOT SCR*/

* pram_reg0; /*must be clear*/

* m_reg0x4c; /*set csr dis is:RIGHT*/

* m_reg0x5b; /*SetOvlay */

* pram_reg0x1c; /*three graphics display zone*/

* m_reg0x5c; /*SetCGRAM(addr)*/

* pram_reg0xf0; /*turn off the CGAM */

* pram_reg0;

* m_reg0x59; /*SetDisplay(ON)*/

* pram_reg0x16;

ClearDispBuffer();

}

………………

利用LCD显示屏进行显示时，需要解决的问题是清除图形间断现象。模拟波形是连续图形，但显示屏是以离散点加以显示的，这样会造成波形快速升降沿间断的现象。

为此，我们设计了一比较子程序。当相邻两列的点的幅值差大于2时，就将两点间的所有点“点亮”，使显示的图形连续。

（3）中断系统的应用

本系统功能的实现，主要由中断程序程序实现。如采用键盘输入中断、数据采集中断、双机通信、上下位机间的通信等中断服务。中断服务在整个系统软件中起著不可缺少的作用。

刘勃，周荷琴，魏铭旭. 一种基于颜色和运动信息的夜间车辆检测方法. 中国图象图形学报，， , 2005.刘勃，魏明旭，周荷琴. 一种基于区间分布的自适应背景提取算法.模式识别与人工智能, 18（3），2005. (EI)刘勃，魏明旭，周荷琴. 混合交通环境中阴影检测算法. 信号处理，21（2）, Mei, Xian-Sheng Hua, He-Qin Zhou, Shipeng Li. Modeling and Mining of Users' Capture Intention for Home Videos, Accepted by IEEE Trans. on Multimedia (TMM).MEI Tao, ZHOU He-Qin, FENG Huan-Qing. Unsupervised Mining of Sports Video Structure with Mosaic. Journal of University of Science and Technology of China, , , , Apr. Mei, Xian-Sheng Hua, He-Qin Zhou. Tracking Users' Capture Intention: A Novel Complementary View for Home Video Content Analysis. In Proceedings of ACM International Conference on Multimedia (ACM MM), , Singapore, Nov. Mei, Cai-Zhi Zhu, He-Qin Zhou, Xian-Sheng Hua. Spatio-Temporal Quality Assessment for Home Videos. In Proceedings of ACM International Conference on Multimedia (ACM MM), pp. 439-442, Singapore, Nov. Mei, Xian-Sheng Hua, He-Qin Zhou, Shipeng Li, Hong-Jiang Zhang. EFFICIENT VIDEO MOSAICING BASED ON MOTION ANALYSIS. In Proceedings of IEEE International Conference on Image Processing (ICIP), Genoa, Italy, Sep. Mei, Xian-Sheng Hua, He-Qin Zhou, Shipeng Li. To Mine Capture Intention of Camcorder Users. In Proceedings of SPIE International Conference on Visual Communications and Image Processing (VCIP), pp. 268-275, Beijing, China, Jul. Mei, Yu-Fei Ma, He-Qin Zhou, Wei-Ying Ma, Hong-Jiang Video Mining with Mosaic. In Proceedings of IEEE International Multi-Media Modelling Conference (MMM), pp. 107-104, Melbourne, Australia, Jan. 2005.刘勃，魏明旭，周荷琴. 交通场景中分块阴影检测算法研究.计算机工程.31（11），2005周西汉，刘勃，周荷琴. 一种基于对称差分和背景消减的运动检测方法. 计算机仿真，22（4）：117-119，123，2005武海澄，刘正敏，周荷琴. 磁共振成像系统中低阶平板式匀场线圈的设计，中国电机工程学报(EI)，25（24）, 2005: 154-159刘正敏, 周荷琴, 武海澄. 磁共振成像系统的一种快速涡流补偿方法. 中国医疗器械杂志. 29 (6), 2005: 410-413范欣，周荷琴，陈立群. 针对图象自适应显示的视觉注意力模型. 计算机仿真，22(6)：53-56，2005诸葛斌，周荷琴等. 中国数字人数据集断层图象自动配准算法. 中国生物医学工程学报，24(4):443-447， 2005 (EI)诸葛斌，冯焕清，周荷琴，袁非牛. 医学图像表面重建中等值面的快速定位. 生物医学工程学杂志22(2):351-354, 2005诸葛斌，周荷琴等. 人体切片数据集颜色的自动校正方法. 航天医学与医学工程，18(3) (EI)诸葛斌，赵聪，周荷琴等. 基于裂隙扫描图象的角膜表面三维重建. 中国生物医学工程学报，24(3)：353-356，2005 (EI)郎文辉，冯焕清，周荷琴等. 一种基于HIS的距离联合RGB三维场边缘探测方法. 中国图象图形学报，10(3):301-304, 2005郎文辉，冯焕清，周荷琴等. 基于亮度信息的人体解剖照片集直接成像方法. 中国科学技术大学学报，35(1):88-93, 2005袁非牛，廖光煊，范维澄，周荷琴. 基于光线投射算法的混合场景可视化. 中国图象图形学报，10(7)： 2005Guodong Feng, Feng Li, Heqin Zhou, Huanqing Feng. A Mini PACS with High-level Image Postprocessing Function. Proc. of The 7th China-Japan-Korea Medical Informatics Conference. Shenzhen Wu，Feiniu Yuan，Heqin Zhou, etc. Proc. of The 7th China-Japan-Korea Medical Informatics Conference. Shenzhen Xie, Xin Fan, Wei-Ying Ma, He-Qin Zhou. Adapting Images on Proxies for Small Form Factor Devices, 4th IEEE Pacific-Rim Conference on Multimedia 2004.袁非牛，周荷琴等. 基于多重增量递推合采样点分解的求交算法. 北京生物医学工程,2（1）：54-58，2004郎文辉，冯焕清，周荷琴，袁非牛. 使用VHD的可视人成像方法研究. 数据采集与处理, 19（2）：135-139，2004诸葛斌，冯焕清，周荷琴. 医学图像表面重建中等值面的快速定位. 生物医学工程学杂志，22（2）：351-354，2005周西汉，刘勃，周荷琴，袁非牛. 一种基于奔腾SIMD指令的快速背景提取方法. 计算机工程与应用. 40(27)：81-83, 2004.刘勃，周荷琴. 基于贝叶斯网络的网络安全评估方法研究. 计算机工程，30(22):111-113，2004. （EI04528745431）Liu Bo，Zhou Xihan，Zhou Heqin. Vehicle Detection and Recognition in Multi-traffic Scenes. (5), .吴小培，冯焕清，周荷琴. 结合小波变换和独立分量分析的脑电特征提取. 仪器仪表学报，25（1），2004Ao Li, Minghui Wang, Dan Xie, Heqin Zhou, Huanqing Feng. A Novel Approach for Protein Subcellular Prediction Using PSI-BLAST and Support Vector Machine. Proc. of The 6th China-Japan-Korea Medical Informatics Conference. , 2004, Nov., Nagoya, Xie, Ao Li, Minghui Wang, Heqin Zhou, Huanqing Feng. LOCSVMpsi: A Subcellular Localization Web Server Based on A Novel Method Using Profile-based SVM. Proc. of The 6th China-Japan-Korea Medical Informatics Conference. , 2004, Nov., Nagoya, Feiniu, LIAO Guangxuan, FAN weicheng, ZHOU Heqin, FENG Huanqing. High Quality Interactive Volume Rendering Based on 3D Texture Mapping Using OpenGL SL. Proc. of The 6th China-Japan-Korea Medical Informatics Conference. . 2004, Nov., Nagoya, Japan.吴小培，李晓辉，冯焕清，周荷琴.基于盲源分离方法的工频干扰消除，信号处理，2003，19(1)，81-84，2003诸葛斌，冯焕清，周荷琴.基于有序体数据的最大密度投影算法.中国科学技术大学学报，33（4）：473－479，2003袁非牛，周荷琴等. 基于PC图形卡W-Buffer的交互直接体绘制.中国科学技术大学学报，33（4）：480－485，2003袁非牛，诸葛斌，周荷琴，冯焕清.基于SIMD技术和阈值分割方法的快速体绘制算法.中国图形图像学报，8（12）：2003诸葛斌，冯焕清，周荷琴. 医学图象体绘制中的快速三线性插值算法.航天医学与医学工程，16（3）：206－209，2003袁非牛, 周荷琴等. 虚拟内窥镜系统中的自动导航. 航天医学与医学工程，16（3）：201－205，2003Li-Qun Chen, Xing Xie, Xin Fan, Wei-Ying Ma, Hong-jiang Zhang, He-Qin Zhou. A visual attention model for adapting images on small displays, ACM Multimedia Systems Journal, , , p353-364, 2003.(SCI)Xin Fan, Xing Xie, He-Qin Zhou, Wei-Ying Ma. Looking into Video Frames on Small Displays. Proceedings of the 11th ACM international conference on Multimedia, p247-250, Berkeley, CA, USA, . (EI)Xin Fan, Xing Xie, Wei-Yang Ma, Hong-Jiang Zhou, Visual Attention Based Image Browsing on Mobile Devices, Proceedings of IEEE International Conference on Multimedia and Expo. 2003, , p53-56, Baltimore, MD, USA, , , , , : A Slicing Tree Based Web Page Representation for Various Display Sizes. The 12th International World Wide Web Conference(WWW2003), Budapest, HUNGRAY, May , , , , . Image Adaptation Based on Attention Model for Small-form-factor Devices, 9th International Conference on Multimedia Modeling, Taipei, Taiwan, Bin, FENG Huan-qing, ZHOU He-qin. Volume Rendering Based on Sorted Volumetric Data.航天医学与医学工程，16（4）：243－247, LIU, Heqin ZHOU. Using Object Classification to Improve Urban Traffic Monitoring System. Proceddings of 2003 International Conference on Neural Networks and Signal Processing(ICNN), , 2003, Nanjing, p1155-1159 (ISTP)诸葛斌,冯焕清,周荷琴等. 基于PC机的医学图像三维表面重建. 航天医学与医学工程 , No 4, Mei, Qinghua Huang, Heqin Zhou, He Zhao and Huanqing Feng. An Improved Multiscale Image Enhancement via Laplacian Pyramid, The 2nd International Conference on Image and Graphics (ICIG), SPIE Vol. 4875, No. 1, pp. 402-410, Hefei, China, Aug. 2002.赵何,周荷琴等. 基于PC机的虚拟内窥镜成像算法. 航天医学与医学工程. , , 2002.黄庆华,周荷琴,冯焕清. 一种快速有效的脉冲噪声滤除方法. 计算机工程与应用. YUAN, Heqin ZHOU, He ZHAO, Huanqing FENG. Sampled points decomposing based ray casting for virtual endoscopy. The 2nd International Conference on Image and Graphics(ICIG), Hefei, MEI, Qinghua HUANG, Heqin ZHOU, He ZHAO and Huanqing FENG. An Improved Multiscale Image Enhancement via Laplacian Pyramid. The 2nd International Conference on Image and Graphics(ICIG), Hefei, .周荷琴,王恒良等. 心室Purkinje纤维传导系统的自动生成算法.北京生物医学工程., He, Zhou He-qin, Feng Huan-qing. Study on Imaging Algorithm of Virtual Endoscope System. Proc. Of 2001 Annual National Conference on Biomedical Electronics, Biomedical Measurement, Biomedical Information & Control, Biomedical Sensor techniques.梅 涛, 周荷琴, 冯焕清. 基于JPEG的多比特医学图像压缩方法. Proceedings of 2001 Annual National Conference on Biomedical Electronics, Measurement Information & Control, Sensor Techniques(CBME), Wuhan, Yonggang, Zhou Heqin, Feng Huanqing, Wang Hengliang. Parallel Algorithm for Calculation of Cell Dipoles in ECG Simulation. 《Proc. IEEE-EMBS Asia-Pasific Conf. On BME》, Hangzhou, Hengliang, Zhou Heqin, Feng Huanqing, Guo Yonggang. Error Analysis and Improvement on Simulation Algorithm of Excitation Propagation's Process of Cardiac Electricity. 《Proc. IEEE-EMBS Asia-Pasific Conf. On BME》, Hangzhou, 2000.周荷琴,王恒良,郭永刚,黄庆华,赵何等. 微机原理及应用多媒体CAI软件设计.中国科大学报., , 1999.周荷琴,冯雷,郭永刚.用屏蔽珠抑制高频电磁干扰.电子技术应用., , 1999.周荷琴,蔡方辉,王恒良,冯焕清,刘 兵.多参数监护仪的设计.中国医疗器械杂志., , 1999.周荷琴,孙景群,刘兵,冯焕清,江朝晖. 基于68HC05的心电OEM模块设计. 中国科技大学学报. , , 1998.周荷琴,杜克强,冯焕清. 基于OEM模块的自动血压血氧监护仪设计. 中国科技大学学报. , , 1998.获奖情况曾获中国科学院重大科研成果二等奖 3 项，安徽省教学成果二等奖 1 项，安徽省多媒体教学软件一、二等奖各 1 项。在研项目简介磁共振成像系统:控制器研发; 序列的自动参数调整; 3.图像伪影校正; 4.磁体的自动设计及优化.医学图像处理:1.图像压缩与增强; 2.三维重建和虚拟内窥; 3.医学图像存档与通信系统; 4.数字人.智能交通系统:1.基于视频的交通流量检测; 2.基于视频的交通事件检测与识别; 车载导航系统，GIS.与微软亚洲研究院合作项目:1.可扩展网页信息表征模型研究; 2.基于统计学习的事件检测.无线通信:1.基于OFDM的无线通信系统中若干技术研究; 2.低密度奇偶校验码(LDPC)的编解码方法研究;音频编码技术研究; 4.数字广播系统DRM在DSP上的实现.2.周荷琴 女，1955年出生，汉族，中共党员，大学学历，中学高级教师1973年——1996年 常州市二十四中工作1996年——1999年 常州市二十六中工作1999年——常州市实验初中工作2009年——常州外国语学校工作获奖情况及荣誉称号常州市优秀教育工作者江苏省优秀教育工作者常州市物理评优课一等奖江苏省物理评优课二等奖江苏省依法治校先进个人