在单片机上和模糊逻辑检测室身体反应

摘要：在基于单片机8051的心电监护模块中，用模糊逻辑检测室性早博，使心电监护模块功能得到扩展。 关键词：心电监护 模糊逻辑 数字单片机 现代多参数监护仪普遍采用模块化模块，每个模块都是能完成单功能的独立微处理机系统，多个模块通过串行口接收主控制器命令，送出测量结果。心电监护模块是其中的关键部件，其在单片机控制下拾取心电信号，放大、预处理，并传送给主控模块。 室性早博(PVC)是一种最常见的心律失常，它的实时，正确检测是心电图自动分析的一项重要技术。在心电监护的基础上，加入心博和节律分类功能，便可进行心律失常监护。室性早博检测一般在高端的心律失常分析模块中进行。目前单片机的功能不断增强，过去主要用作控制器的单片机，在完成原来的任务后，尚剩余不少CPU时间和控制功能，完全有可能实现一些过去只能在PC机上运行的复杂算法，而且用汇编语言编程提高运行速度。 模糊系统是模糊集合论和模糊逻辑的具体应用，它模拟人脑思维决策的能力，特别适用于数字模型难以精确表示的不确定系统。医学决策系统中的许多信息都是不确定的，例如心电信号中的大量特片信息，适合用模糊推理的方法进行处理。笔者的实验室采用模糊逻辑识别室性早博，效果较好。 笔者在基于8051的心电模块中移植上述算法，实现室性早博检测。在模糊单片机上进行模糊控制或推理非常方便。在数字单片机上实现，关键是怎样存储表达隶属度函数和模糊规则，以及怎样实现推理。

1 隶属度函数、模糊规则和模糊推理方法 使用RR间期、R波宽度和面积、T波的面积和峰值这五个形态参数描述一个QRS波。室性早博的典型形态特片表现为RR间期较小，R波宽度大、面积大,T波宽度大、峰值大。经过统计和实验确定的隶属度函数如图1所示。 图1中横轴表示论域，纵轴表示隶属度。每个输入语言变量定义小(S)、中(M)、大(L)、特大(XL)四个语言变量值。隶属度函数为三角形或半梯形。 模糊规则共有32条，部分规则如表1所示。其中17条判决“是PVC”，15条判决“可能是PVC”，--表示不考虑该参数的影响。 表1 模糊规则 RR间期 R波面积 R波的宽度 T波面积 T波峰值结论 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 在数字单片机上实现模糊控制一般采用三种方式：强度转移方式、直接查表方式和公式计算方式。直接查表方式通过事先的离线计算，得到一张模糊控制表，将控制表存放在计算机机内存中;控制过程中，根据输入变量查找表中对应的控制量。在一般的控制应用中，这种方法速度最快。但本系统中输入变量较多(5个)，模糊控制表维数高，存储、查表均不方便。强度转移方式是按模糊控制的极大-极小法进行推理。每个输入参数映射为多个隶属度，每组输入会激活多条规则，可能对应不同的结果。用取小的原则计算各组合对应规则的输出强度，然后按最大隶属度原则得出对应于各结论的可信度。这样，对于每一个输入，都可得出与各结论相对应的输出强度，称为输出隶属度，取输出强度最大的那个隶属度作为输出。实验结果表明，这种方法对本系统最为合适。 2 强度转移法在单片机8051上的实现 2.1 隶属度函数的存放 由于数字单片机只能存储和处理数字信息，且单片机的内存容量有限，如果要对系统输入输出论域的所有隶属函数的连续曲线进行存储，是根本不可能的。对于三角形隶属函数，采用三点法，存储三角形的三个顶点;对于两边的半梯形，也存储腰和顶的三点。隶属度函数存放在ROM中，如表2所示(仅列出RR，其余类推)。 表2 隶属度函数存放示意图 地 址隶属度函数模糊值模糊变量 1C00H 0.0 0.8 1.0 S RR 1C03H 0.8 1.0 1.4 M 1C06H 1.0 1.4 2.5 L 1C09H 1.4 2.5 3.0 XL 2.2 输入模糊化 提取的特片参数是精确值，将它们与隶属函数进行比较组合，求出相应的模糊输入量。隶属度范围为0～1，在8位机上可表示为00H～FFH。对本系统而言，每个精确输入值最多只对应两个模糊输入量大于零，其余的模糊输入量则为零。例如：假设RR=1.1，从表2可知它落在中(M)和大(L)两个区间上，因此对于中(M)和大(L)的隶属度为： μm(1.1)=(1.4-11.1)/(1.4-1.0)%26;#215;FFH=BFH μl(1.1)=(1.1-1.0)/(1.4-1.0)%26;#215;FFH=3FH 在RAM中开辟一块区域，存放各