[发明专利]基于移动IOS的便携心率监测系统

说明书

基于移动IOS的便携心率监测系统，通过在iPhone上实现动态心电图的方法、采用的心电信号实时R波检测算法以及计算瞬时心率和平均心率的方法,来完成系统的软件设计;同时传感器采集心电数据,然后数据采集端通过无线模块将心电数据实时发送给iPhone,iPhone端再对数据作进一步处理，从而实现动态心电图的显示和心率的实时监测。

技术领域

本发明属于IOS智能端技术领域,涉及Quartz 2D技术。

背景技术

移动健康是近年来医疗、信息与通信领域研究的1个热点;在医疗健康的探索与发展中，智能手机正扮演着重要角色，医疗服务向智能手机应用方向拓展成为1种需求;智能手机应用程序可以为用户提供健康小提示，帮助用户预防疾病，也可以对一些疾病进行监测，及时反应用户的健康状态;当患者处于移动时，智能手机适合做生理数据的初步处理和发送医疗警报，它通常拥有足够的存储空间和计算能力，且提供了灵活的编程环境，是理想的存储和处理传感器数据的便携终端,适合作为远程医疗监控系统中的1个重要组成部分。

发明内容

系统软件终端设计:iPhone端的软件在Xcode平台上进行开发,采用Objective-C编程，启动程序后，iPhone首先与数据采集端建立点对点连接，然后，启动1个后台线程1，该线程完成心电数据的实时接收;线程1接收到数据后，将数据传递给主线程;主线程则负责数据缓存、调用Quartz 2D进行心电图绘制以及将数据滤波后传给线程2;程序在线程2里实现R波检测和心率计算,线程2完成心率计算后，程序会更新用户界面显示的心率值。

R波检测与心率计算设计:心电信号的自动检测与分析是远程医疗的1个重要分支;心率检测的关键是对QRS波的准确识别,R波具有相对斜率大、幅度大的特点;检测R波的方法主要有:差分阂值法、模板匹配法、小波变换法和神经网络法等;其中，差分阂值法具有算法简单、运算量少、速度快的优点，非常适合实时检测;

心电信号的噪声主要有:基线漂移、工频干扰、肌电干扰、人工影响与周围环境影响等;心电信号99%的能量集中在0- 40 Hz范围内，QRS波的波峰能量集中在8~16 Hz附近;为了抑制噪声与无关信息，突出QRS波群，iPhone端在R波检测前对心电信号进行了数宇滤波预处理;设计中使用了截比频率为40 Hz的二阶巴特沃斯低通滤波器和截比频率为7 Hz的一阶高通滤波器，这可以看作是1个通带为7--40 Hz的带通滤波器;该滤波处理既可消除基线漂移等低频干扰，也能抑制高频干扰，而且对R波的影响很小。

动态心电图的绘制设计:心电图是心脏的电活动的一种图形反应,它对心脏功能以及相关病理的研究具有重要的参考价值;心电监测系统需要实时显示用户的动态心电图,心电图的绘制是基于Quartz 2D绘图库实现的,它是Core Graphics框架的1个部分;Quartz 2D为开发者提供了各种直线、形状以及图像的绘制方法，比较容易使用;

Quartz 2D绘图是在图形上下文中进行的，调用UIGraphicsGetCurrentContext方法可以获得当前视图上下文;程序使用了CGContextSetShouldAntialias选项，用于抗锯齿处理，这能使绘制出的线条更光滑;调用CGContextSetLineWidth和CGContextSetStrokeColorWithColor方法可以分别设定线条宽度和填充颜色,确定每个采样点的坐标后,调用CGContextStrokeLineSegments方法将点连成线，这样就实现了心电波形的绘制;绘制心电波形后清空缓存数组，然后将此后的数据放进缓存数组，如此循环，即实现了心电图的动态显示。

系统的数据采集与发送:通过心电数据采集设备的传感器采集人体心电标准肢体导联II的数据，采样频率设置为180 Hz，采样得到的结果是采样时间与采样值一 一对应的二维数组;

通过心电数据采集端的无线模块组建1个AdHoc网络，AdHoc网络是一种符合IEEE802.11标准的无线网络，由若干移动节点组成，不需要固定基础设施支持，具有自组织性和拓扑动态变化的特点; iPhone加入这个自组网络，可以实现数据采集端与iPhone端的点对点连接,然后，在发送端与接收端的应用软件中使用CSocket实现数据的发送与接收，将心电数据以180 X 32 b/s的速率实时同步发送给iPhone端;此处，发送端和接收端的CSocket服从TCP/IP协议，该协议提供面向对象的可靠连接，能保证数据准确发送与接收。