摘要：在基于單片機(jī)8051的心電監(jiān)護(hù)模塊中,用模糊邏輯檢測室性早博,使心電監(jiān)護(hù)模塊功能得到擴(kuò)展。
關(guān)鍵詞：心電監(jiān)護(hù) 模糊邏輯 數(shù)字單片機(jī)
現(xiàn)代多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀普遍采用模塊化模塊,每個模塊都是能完成單功能的獨立微處理機(jī)系統(tǒng),多個模塊通過串行口接收主控制器命令,送出測量結(jié)果。心電監(jiān)護(hù)模塊是其中的關(guān)鍵部件,其在單片機(jī)控制下拾取心電信號,放大、預(yù)處理,并傳送給主控模塊。
室性早博（PVC）是一種最常見的心律失常,它的實時,正確檢測是心電圖自動分析的一項重要技術(shù)。在心電監(jiān)護(hù)的基礎(chǔ)上,加入心博和節(jié)律分類功能,便可進(jìn)行心律失常監(jiān)護(hù)。室性早博檢測一般在高端的心律失常分析模塊中進(jìn)行。目前單片機(jī)的功能不斷增強(qiáng),過去主要用作控制器的單片機(jī),在完成原來的任務(wù)后,尚剩余不少CPU時間和控制功能,完全有可能實現(xiàn)一些過去只能在PC機(jī)上運行的復(fù)雜算法,而且用匯編語言編程提高運行速度。
模糊系統(tǒng)是模糊集合論和模糊邏輯的具體應(yīng)用,它模擬人腦思維決策的能力,特別適用于數(shù)字模型難以精確表示的不確定系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)決策系統(tǒng)中的許多信息都是不確定的,例如心電信號中的大量特片信息,適合用模糊推理的方法進(jìn)行處理。筆者的實驗室采用模糊邏輯識別室性早博,效果較好。
筆者在基于8051的心電模塊中移植上述算法,實現(xiàn)室性早博檢測。在模糊單片機(jī)上進(jìn)行模糊控制或推理非常方便。在數(shù)字單片機(jī)上實現(xiàn),關(guān)鍵是怎樣存儲表達(dá)隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則,以及怎樣實現(xiàn)推理。
1 隸屬度函數(shù)、模糊規(guī)則和模糊推理方法
使用RR間期、R波寬度和面積、T波的面積和峰值這五個形態(tài)參數(shù)描述一個QRS波。室性早博的典型形態(tài)特片表現(xiàn)為RR間期較小,R波寬度大、面積大,T波寬度大、峰值大。經(jīng)過統(tǒng)計和實驗確定的隸屬度函數(shù)如圖1所示。
圖1中橫軸表示論域,縱軸表示隸屬度。每個輸入語言變量定義�。⊿）、中（M）、大（L）、特大（XL）四個語言變量值。隸屬度函數(shù)為三角形或半梯形。
模糊規(guī)則共有32條,部分規(guī)則如表1所示。其中17條判決“是PVC”,15條判決“可能是PVC”,--表示不考慮該參數(shù)的影響。
表1 模糊規(guī)則
| RR間期 | R波面積 | R波的寬度 | T波面積 | T波峰值 | 結(jié)論 |
| XL | XL | -- | -- | -- | 是PVC |
| XL | -- | XL | -- | -- | 是PVC |
| M | L | XL | XL | L | 是PVC |
| M | L | L | XL | L | 是PVC |
| … | |||||
| L | -- | -- | XL | -- | 可能是PVC |
| -- | XL | XL | XL | L | 可能是PVC |
| M | -- | -- | XL | L | 可能是PVC |
| L | S | M | -- | M | 可能是PVC |
在數(shù)字單片機(jī)上實現(xiàn)模糊控制一般采用三種方式：強(qiáng)度轉(zhuǎn)移方式、直接查表方式和公式計算方式。直接查表方式通過事先的離線計算,得到一張模糊控制表,將控制表存放在計算機(jī)機(jī)內(nèi)存中;控制過程中,根據(jù)輸入變量查找表中對應(yīng)的控制量。在一般的控制應(yīng)用中,這種方法速度最快。但本系統(tǒng)中輸入變量較多(5個),模糊控制表維數(shù)高,存儲、查表均不方便。強(qiáng)度轉(zhuǎn)移方式是按模糊控制的極大-極小法進(jìn)行推理。每個輸入?yún)?shù)映射為多個隸屬度,每組輸入會激活多條規(guī)則,可能對應(yīng)不同的結(jié)果。用取小的原則計算各組合對應(yīng)規(guī)則的輸出強(qiáng)度,然后按最大隸屬度原則得出對應(yīng)于各結(jié)論的可信度。這樣,對于每一個輸入,都可得出與各結(jié)論相對應(yīng)的輸出強(qiáng)度,稱為輸出隸屬度,取輸出強(qiáng)度最大的那個隸屬度作為輸出。實驗結(jié)果表明,這種方法對本系統(tǒng)最為合適。
2 強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法在單片機(jī)8051上的實現(xiàn)
2.1 隸屬度函數(shù)的存放
由于數(shù)字單片機(jī)只能存儲和處理數(shù)字信息,且單片機(jī)的內(nèi)存容量有限,如果要對系統(tǒng)輸入輸出論域的所有隸屬函數(shù)的連續(xù)曲線進(jìn)行存儲,是根本不可能的。對于三角形隸屬函數(shù),采用三點法,存儲三角形的三個頂點;對于兩邊的半梯形,也存儲腰和頂?shù)娜c。隸屬度函數(shù)存放在ROM中,如表2所示（僅列出RR,其余類推）。
表2 隸屬度函數(shù)存放示意圖
