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現(xiàn)代多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀普遍采用模塊化結(jié)構(gòu),每個(gè)模塊都是能完成單一功能的獨(dú)立微處理機(jī)系統(tǒng),多個(gè)模塊通過(guò)串行口接收主控制器命令,送出測(cè)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(hào),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(jiàn)的心律失常,它的實(shí)時(shí)､正確檢測(cè)是心電圖自動(dòng)分析中的一項(xiàng)重要技術(shù)｡在心電監(jiān)護(hù)的基礎(chǔ)上,加入心搏和節(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(cè)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(guò)去主要用作控制器的單片機(jī),在完成原來(lái)的任務(wù)后,尚剩余不少CPU時(shí)間和控制功能,完全有可能實(shí)現(xiàn)一些過(guò)去只能在PC機(jī)上運(yùn)行的復(fù)雜算法,而且用匯編語(yǔ)言編程提高運(yùn)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)學(xué)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(hào)中的大量特征信息,適合用模糊推理的方法進(jìn)行處理｡筆者的實(shí)驗(yàn)室采用模糊邏輯識(shí)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(shí)現(xiàn)室性早博檢測(cè)｡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(shí)現(xiàn),關(guān)鍵是怎樣存儲(chǔ)表達(dá)隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則,以及怎樣實(shí)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(gè)形態(tài)參數(shù)描述一個(gè)QRS波｡室性早博的典型形態(tài)特征表現(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(guò)統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)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(gè)輸入語(yǔ)言變量定義小(S)､中(M)､大(L)､特大(XL)四個(gè)語(yǔ)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｡ 在數(shù)字單片機(jī)上實(shí)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(jì)算方式｡直接查表方式通過(guò)事先的離線計(jì)算,得到一張模糊控制表,將控制表存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中;控制過(guò)程中,根據(jù)輸入變量查找表中對(duì)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(gè)),模糊控制表維數(shù)高,存儲(chǔ)､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(gè)輸入?yún)?shù)映射為多個(gè)隸屬度,每組輸入會(huì)激活多條規(guī)則,可能對(duì)應(yīng)不同的結(jié)果｡用取小的原則計(jì)算各組合對(duì)應(yīng)規(guī)則的輸出強(qiáng)度,然后按最大隸屬度原則得出對(duì)應(yīng)于各結(jié)論的可信度｡這樣,對(duì)于每一個(gè)輸入,都可得出與各結(jié)論相對(duì)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(gè)隸屬度作為輸出｡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這種方法對(duì)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(shí)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(chǔ)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(duì)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(chǔ),是根本不可能的｡對(duì)于三角形隸屬函數(shù),采用三點(diǎn)法,存儲(chǔ)三角形的三個(gè)頂點(diǎn);對(duì)于兩邊的半梯形,也存儲(chǔ)腰和頂?shù)娜c(diǎn)｡隸屬度函數(shù)存放在ROM中,如表2所示(僅列出RR,其余類推)｡ 2.2 輸入模糊化 提取的特征參數(shù)是精確值,將它們與隸屬函數(shù)進(jìn)行比較組合,求出相應(yīng)的模糊輸入量｡隸屬度范圍為0~1,在8位機(jī)上可表示為00H~FFH｡對(duì)本系統(tǒng)而言,每個(gè)精確輸入值最多只對(duì)應(yīng)兩個(gè)模糊輸入量大于零,其余的模糊輸入量則為零｡例如:假設(shè)RR=1.1,從表2可知它落在中(M)和大(L)兩個(gè)區(qū)間上,因此對(duì)于中(M)和大(L)的隸屬度為: μm(1.1)=(1.4-1.1)/(1.4-1.0)×FFH=BFH μl(1.1)=(1.1-1.0)/(1.4-1.0)×FFH=3FH 在RAM中開(kāi)辟一塊區(qū)域,存放各模糊輸入量?如表3所示｡ 2.3 模糊規(guī)則的存放 模糊規(guī)則表示為:IF A and B and C and D and E THEN Y(or Z) 其中"IF"后緊接著的詞稱前件,"THEN"后面的詞稱后件｡首先將輸入的模糊值S､M､L､XL分別與數(shù)字0､1､2､3相對(duì)應(yīng),即: RR､RA､RW､TA､TH:S=0,M=1,L=2,XL=3 每條規(guī)則用三字節(jié)表示｡第一字節(jié)高四位表示第一前件的模糊值,低四位表示第二前件的模糊值;第二字節(jié)高四位表示第三前件,低四位表示第四前件;第三字節(jié)高四位表示第五前件,低四位表示后件｡其中,F表示不考慮該前件,A表示"是 PVC",B表示"可能是 PVC"｡以第一條規(guī)則(存放在ROM中)為例,如表4｡ 2.4 模糊推理和輸出 對(duì)于一組模糊輸入,遍歷每一條模糊規(guī)則｡取第一條規(guī)則第一前件(3H)作為地址偏移量,加上模糊輸入RR在RAM中存放的首地址(40H),則可從RAM內(nèi)RR存放區(qū)域中查找出XL的隸屬度A1;取第一條規(guī)則第二前件(3H)作為地址偏移量,加上模糊輸入RA在RAM中存放的首地址(44H),則可從RAM內(nèi)RA存放區(qū)域中查找出XL的隸屬度B1;依此類推得隸屬度C1､D1､E1｡根據(jù)強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法,取A1､B1､C1､D1､E1中最小值作為該規(guī)則后件所取的語(yǔ)言變?quot;是PVC"的隸屬度Y1｡當(dāng)所有規(guī)則都遍歷后得到:"是PVC"的隸屬度Y1 Y2~Ym,"可能是 PVC"的隸屬度Z1 Z2~Zn｡取Y1 Y2~Ym的最大值作為"是 PVC"的隸屬度Y,取Z1 Z2~Zn的最大值作為"可能是 PVC"的隸屬度Z｡如果Y<7FH且Z<7FH,則輸出"正常";如果Y>Z,輸出"是 PVC";如果Z>Y,輸出"可能是 PVC"｡ 本文討論了在數(shù)字單片機(jī)中進(jìn)行模糊推理的方法,實(shí)現(xiàn)在心電監(jiān)護(hù)模塊中用模糊邏輯檢測(cè)室性早博,使心電監(jiān)護(hù)模塊功能得到擴(kuò)展｡室性早博檢測(cè)結(jié)果和心電波形數(shù)據(jù)一起傳給上位機(jī),進(jìn)行心律失常的進(jìn)一步分析｡ |
