摘要：在基于單片機8051的心電監護模塊中,用模糊邏輯檢測室性早博,使心電監護模塊功能得到擴展。
關鍵詞：心電監護 模糊邏輯 數字單片機
現代多參數監護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系統,多個模塊通過串行口接收主控制器命令,送出測量結果。心電監護模塊是其中的關鍵部件,其在單片機控制下拾取心電信號,放大、預處理,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。在心電監護的基礎上,加入心博和節律分類功能,便可進行心律失常監護。室性早博檢測一般在高端的心律失常分析模塊中進行。目前單片機的功能不斷增強,過去主要用作控制器的單片機,在完成原來的任務后,尚剩余不少CPU時間和控制功能,完全有可能實現一些過去只能在PC機上運行的復雜算法,而且用匯編語言編程提高運行速度。
模糊系統是模糊集合論和模糊邏輯的具體應用,它模擬人腦思維決策的能力,特別適用于數字模型難以精確表示的不確定系統。醫學決策系統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,實現室性早博檢測。在模糊單片機上進行模糊控制或推理非常方便。在數字單片機上實現,關鍵是怎樣存儲表達隸屬度函數和模糊規則,以及怎樣實現推理。
1 隸屬度函數、模糊規則和模糊推理方法
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參數描述一個QRS波。室性早博的典型形態特片表現為RR間期較小,R波寬度大、面積大,T波寬度大、峰值大。經過統計和實驗確定的隸屬度函數如圖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小（S）、中（M）、大（L）、特大（XL）四個語言變量值。隸屬度函數為三角形或半梯形。
模糊規則共有32條,部分規則如表1所示。其中17條判決“是PVC”,15條判決“可能是PVC”,--表示不考慮該參數的影響。
表1 模糊規則
| RR間期 | R波面積 | R波的寬度 | T波面積 | T波峰值 | 結論 |
| 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 |
在數字單片機上實現模糊控制一般采用三種方式：強度轉移方式、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機內存中;控制過程中,根據輸入變量查找表中對應的控制量。在一般的控制應用中,這種方法速度最快。但本系統中輸入變量較多(5個),模糊控制表維數高,存儲、查表均不方便。強度轉移方式是按模糊控制的極大-極小法進行推理。每個輸入參數映射為多個隸屬度,每組輸入會激活多條規則,可能對應不同的結果。用取小的原則計算各組合對應規則的輸出強度,然后按最大隸屬度原則得出對應于各結論的可信度。這樣,對于每一個輸入,都可得出與各結論相對應的輸出強度,稱為輸出隸屬度,取輸出強度最大的那個隸屬度作為輸出。實驗結果表明,這種方法對本系統最為合適。
2 強度轉移法在單片機8051上的實現
2.1 隸屬度函數的存放
由于數字單片機只能存儲和處理數字信息,且單片機的內存容量有限,如果要對系統輸入輸出論域的所有隸屬函數的連續曲線進行存儲,是根本不可能的。對于三角形隸屬函數,采用三點法,存儲三角形的三個頂點;對于兩邊的半梯形,也存儲腰和頂的三點。隸屬度函數存放在ROM中,如表2所示（僅列出RR,其余類推）。
表2 隸屬度函數存放示意圖
