基于生物反馈技术的可穿戴式心电监测系统的设计

术的发展，可穿戴设备逐渐成为研究热点。可穿戴远程医疗能够为患者提供低负荷、非接触及长期连续的生理检测，作为新一代医疗监护模式，被认为是最有效和最实际可行的监护手段。本研究应用基于RFID的物联网技术，并引入生物反馈技术，建立可穿戴式的心电监测系统，在实现患者心电参数的连续、长时间监测的同时，辅以专家指导功能，指导患者有意识地进行生物反馈训练。

　　2.1 可穿戴式心电监测系统的硬件结构及原理

　　利用心电电极从人体提取微弱的心电信号，滤除干扰信号后进行放大，将取得的模拟信号经调理电路处理后，通过RFID无线传输至485总线，数据由485总线送入PC机并存入网络数据库（如图2所示）。

　　图2 心电采集系统框图

　　RFID通过射频信号自动识别并获取相关数据，数据识别速度快、容量大、可同时识别多目标以及运动目标且操作方便快捷。RFID系统包括电子标签、读和（或）写卡器、数据处理软件平台等3大部分。RFID电子标签存储容量可达兆字节，亦可以重复读写，可随时存取设备信息。

　　为了实时掌握可穿戴式心电监测系统的使用状况，在其上固定粘贴有源RFID标签；在一定范围的患者自由活动区域分布安装RFID读卡器，其安装范围越广，则患者可自由活动区域越大，读卡器的电子编码可对应相应的患者活动区域身份（Identity，ID）标识。带有主动式RFID的可穿戴式心电监测装置只要在分布安装有RFID读卡器的一定范围的区域内，即可被该区域内的RFID读卡器识别，RFID对应的可穿戴式心电监测装置信息以及采集的心电数据通过485总线传输给上位PC机，上位PC机根据所获得的信息将RFID编码与相应心电监测装置即相应患者ID对应，即可自动跟踪、监控该心电监测装置的运行，并后台存储数据于网络数据库中；如果需要，还可以实时在上位机屏幕显示采集到的心电图。而医生或患者也可以通过互联网访问该网络数据库，并依据患者ID提取对应的心电数据，进而应用配套的系统软件随时监测相应心电图。

　　2.2 可穿戴式心电监测系统的软件设计

　　系统软件读取采集来的心电数据，可在计算机上实时动态显示心电信号，并应用MATLAB的小波分析工具箱，对实时采集的心电信号进行简单的参数检测和波形检测。系统采用标准的Windows窗口界面风格，主要由系统设置、心电采集、心电分析及帮助等功能模块组成。进入系统后可以随时对被监测患者的基本信息资料进行查询、修改、保存及打印等操作。

　　2.2.1 心电采集及分析模块

　　实现心电信号的采集、预处理以及分析显示。小波变换非常适用于分析心电信号这种非平稳信号，应用MATLAB的小波分析工具箱，对实时采集的心电信号进行简单的参数检测和波形检测（如图3、图4所示）。

　　图3 心电信号动态显示界面图

　　图4 心电信号分析界面图

　　2.2.2 帮助模块功能

　　可穿戴式心电监测系统的帮助模块功能分为下述3部分。

　　（1）操作说明及在线帮助。能够对本系统进行较详尽的操作说明，并给予使用者在线帮助。

　　（2）专家咨询功能。利用数据库技术开发心电监测及生物反馈训练问答系统，系统可以调用相关chm文件，使普通使用者可详尽了解心电监测及生物反馈训练的相关理论知识，以做好生物反馈训练。在使用本系统之前患者可在医生指导下针对其心电状况进行一段时间的有意识的生物反馈训练，通过训练，学会在一定范围内通过调节其自身的中枢神经系统的高级机能来纠正、恢复或者稳定其心电。经多次训练后使患者能够自发地对反馈信息通过中枢神经系统的识别、理解，调动其自身机能系统参与生理、心理功能的调节，形成反馈信息—调节环路，使患者保持身心健康，进而达到防治疾病的目的。在使用过程中患者可随时借助系统帮助模块指导其训练。

　　（3）数据库管理。可在线对系统的网络数据库进行数据查询、修改、保存及打印等操作。

　　3 结语

　　生物反馈疗法作为防治各种心身疾病的新思路，仍有诸多不完善之处，如尚未完全掌握其治疗机制以及缺乏操作简便而能定量评价训练效果的生物反馈装置等，均有待于进一步地研究。本研究设计的基于生物反馈技术的可穿戴式心电监测系统，是生物反馈技术应用的有益探索和尝试，经试用表明具有一定的推广应用价值。随着研究的深入，生物反馈技术将拥有越来越广泛的应用前景。