1、单位代码 10445学 号 2007020802分 类 号 TP274,R318硕士学位论文论 文 题 目 基于 Visual c+的 MIT-BIH 心电数据管理系统的设计学科专业名称申请人姓名导 师 姓 名论文提交时间微电子学与固体电子学王纪奎赵捷 教授2010 年 4 月 8 日（独 创 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得（注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何
2、贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名： 导师签字：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 学校 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 学校 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名： 导师签字：签字日期：201 年 月 日 签字日期：201 年 月 日山东师范大学硕士学位论文目录摘要. IAbstract .III第一章 绪论.11.1 论文研究的目的和意义.11.2
3、心电监护设备的研究现状及趋势.21.3 论文的内容及章节安排.3第二章 心电生理学基础及典型数据库的识读.52.1 心电信号基本原理及特点.52.2 标准心电数据库分类及其识读.72.2.1 典型心电数据库.72.2.2 数据库的格式分析.72.2.3 数据库中记录的读取.82.3 本章小结.12第三章 系统关键技术的设计与实现.133.1 系统的整体架构.133.2 MFC 类库的介绍及文档视图 .143.3 MFC 框架类中的数据传递 .173.4 多线程技术.223.4.1 Win32API 下的编程 .233.4.2 基于 MFC 的多线程编程 .253.5 平台显示中的双缓冲技术.2
4、73.6 本章小结.31第四章 MIT-BIH 心电数据管理系统平台的设计与实现 .334.1 系统概述.334.2 系统软件模块设计.344.2.1 数据管理模块.34i山东师范大学硕士学位论文4.2.2 实时回放模块.364.2.3 屏幕检索模块.404.2.4 实现帮助文档调用.414.2.5 系统软件程序打包发布.414.3 系统的硬件平台.414.4 本章小结.42第五章 总结与展望.45参考文献.49攻读硕士学位期间的科研工作和发表的文章.51致谢. 53ii山东师范大学硕士学位论文基于 Visual c+的 MIT-BIH 心电数据管理系统的设计摘要近年来心脑血管疾病已成为威胁人
5、类生命安全的主要疾病，由于我国人口老龄化程度增强，心脏病已成为人类的头号杀手。由于心脏病无任何先兆、发展迅速、危险性高，对心脏病患者、尤其是中老年心脏病患者的危害性极大。因此心脏病的预防和诊断已成为目前医学界的重要课题。近年来随着电子硬件技术的进步和计算机软件技术的发展，室速/室颤识别、 LOWNS 分类、HRV、QT、QTd、TWA 等理论检测算法的日趋完善，为心电监护系统的研制奠定了良好的基础。由于研制心电检测仪需要心电样本信号，在早期的理论研究阶段，采用国际公认的标准心电数据库作为样本信号具有重要意义。目前可作为标准的心电数据库主要有美国麻省理工学院提供的 MIT-BIH 数据库，美国心
6、脏学会的 AHA数据库以及欧洲 ST-T 心电数据库。其中 MIT-BIH 数据库应用最为广泛。本课题使用 Visual c+6.0 编程工具，搭建了心电数据管理系统。该系统主要识别美国麻省理工学院提供的 MIT-BIH 数据库中的心电信号，经过对其处理输出到心电检测设备中，用于心电检测算法的验证。同时在上位机搭建软件平台对心电信号可以实时回放波形，检索浏览波形以及截取保存重要数据片段。本文主要完成了以下几方面的研究工作：首先研究了心电信号的基本原理和特征，以及典型心电数据库中的数据格式，文章对国际公认的三大数据库做了简单介绍，同时提出了识读 MIT-BIH 心电数据库中数据的具体方法。具体识
7、读方法为：首先识读心电数据的头文件，头文件包括心电数据的文件名、通道数、采样数、ADC 的分辨率、ADC 的零值、校验数等；然后依据头文件中的参数，识读数据文件，通过显示文件的十六进制片断，介绍了数据的存储方式，并根据十六进制的数值确定了信号的幅度值；最后识读注释文件，对注释文件中 MIT 格式和 AHA 格式进行了判定，并对该格式下的存储方式进行了介绍。其次是系统平台的具体实现，本文详细介绍了系统平台实现的软件设计和I山东师范大学硕士学位论文硬件结构。软件设计主要采用模块化设计，分为数据管理、实时回放和屏幕检索三大主要模块，同时介绍了程序开发后期的打包发布。数据管理模块通过响应菜单函数实现心
8、电数据的识读、处理，为其他模块提供数据。实时回放模块负责系统向硬件检测设备输出信号，同时在上位机屏幕中同步显示心电波形，可以直接对比检测结果和实际心电波形。屏幕检索模块实现静态浏览心电波形，通过拖动滑动条可以观察整个心电记录的波形，同时可以选取重要的心电数据片段保存。系统的硬件构造主要是 D/A 转换模块的设计，由于实际心电数据是模拟信号，而心电数据库中的数据为数字信号，所以需要将其转换成模拟信号，作为实际临床心电信号。D/A 转换模块采用了基于 USB2.0 的 MP411 板卡来实现，本文对 MP411 的原理框图及主要芯片进行了介绍，同时对用来实现 DA 转换功能的操作函数和 D/A 转
9、换的具体流程进行了说明，最后给出了 D/A 模块的性能指标。最后是系统关键技术的设计及实现，本文详细介绍了在系统开发过程中用到的几项关键技术，主要包括：MFC 类库介绍、文档视图、 MFC 框架类中的数据传递、多线程技术及其同步通信机制、windows 平台显示技术以及屏幕绘图中的双缓冲技术。在系统平台中，各模块的功能得到了很好的实现。心电信号经过 D/A 转换后就可以直接输出到心电检测设备中，为理论研究提供信号源。并为项目中心电便携式实时监测仪的研制打下了良好的基础。关键词：ECG；MIT-BIH；D/A 转换；双缓冲绘图；实时回放；中图分类号：TP274；R318II山东师范大学硕士学位论
10、文Design Of MIT-BIH ECG data management System BasedOn Visual c+AbstractIn recent years, cardiovascular diseases have become threats to human life andsafety of major diseases, as the Chinas old-age population is increasing, heart diseasehas become the number one killer of mankind. As heart disease ha
11、s not any sign, itdevelops rapidly, has a high risk, for patients with heart disease, especiallymiddle-aged patients with heart disease have seriously damage. Therefore, theprevention and diagnosis of heart diseases has become an important issue. In recentyears, with the developing in the electronic
12、 hardware and computer softwaretechnology, as ventricular tachycardia and ventricular fibrillation are distinguished,LOWNS are classified, theories of TWA, HRV, QT and QTd detection algorithm isbecoming more perfect, these have laid a good foundation for ECG monitoringsystems development.The researc
13、h of ECG Monitor needs ECG signal samples, in the early stage oftheoretical research, we adopt internationally recognized standards database as asample of ECG signal, it has the vital significance. Currently available standard ECGdatabases are mainly Massachusetts Institute of Technology provided by
14、 theMIT-BIH database, the American Heart Association AHA Database and theEuropean ST-T ECG database, MIT - BIH database has most widely used. This topicuse Visual c + +6.0 programming tools, has set up a data management system forECG. The system is mainly used to identify the MIT-BIH ECG database, E
15、CGdatabase are treated, ECG signal was output to test equipment and are used tovalidate ECG detection algorithm. At the same time to we build software platform inthe PC, and can real-time playback ECG signal waveform, retrieval and browsewaveform, intercept and keep important data segment.This paper
16、 has completed the following aspects of the research work:First, this paper has studied the ECG signals basic principle and characteristics,III山东师范大学硕士学位论文and the typical ECG signal data format of the database, article briefly describes thethree major internationally recognized database, at the same
17、 time put forward thespecific methods to research the data of MIT-BIH ECG database. Specific means is:first, research the header files of ECG data, header file includes the file name ofECG data, channel number, sampling number, the ADC resolution, the ADC zerovalue and the check number. And then res
18、earch the data file, we display filehexadecimal data, introduce the data storage, and according to the hexadecimalvalues, the signal amplitude values are determined. Finally we research annotationsfile, analysis the AHA and MIT annotations file format, introduce storage mode.Secondly, this paper int
19、roduces the realization of a system platform, anddetailed introduces the realization of software system platform design and hardwarestructure. Software system platform main use modular design, include datamanagement, real-time playback and screen retrieval three major modules, at thesame time, intro
20、duces the packaging of application development. Data managementmodule function implement reading and processing ECG data by responding tomenu items, provide data for other modules. Real-time playback module isresponsible for the output signal to the hardware testing equipment, at the same time,displ
21、ay synchronized ECG waveform in the computer screen, and compare testresults and the actual ECG waveform. Screen retrieval module achieves a static viewECG waveform, through dragging the slider we can observe the entire ECGwaveform, we can choose important ECG data segment to save. The systemshardwa
22、re structure includes D/A converter module, as the actual ECG data is analogsignals, but the ECG data in database is digital signals, therefore, as practical clinicalECG data, it needs to be converted into analog signals. D/A converter module useUSB2.0-based MP411 boards to achieve, in this paper, M
23、P411 block diagram andmain chips are introduced, at the same time, the operation functions and specificprocesses of D/A conversion are described, finally the D/A module performanceindexes are described.Finally this paper introduces the key technology and realization of the systemdesign, this paper i
24、ntroduces several key techniques in the system developmentIV山东师范大学硕士学位论文process, including: MFC libraries, Document view, the data transmission of MFCframework, Multithread technique and synchronous communication mechanism,windows platforms display technology and the double buffering technology insc
25、reen drawing.In the system platform, each module function is realized. By D/Atransformation ECG signal output to ECG testing equipment, for theoretical research,provide the signal source. This paper has laid a good foundation for researchingportable real-time ECG monitor.Key words: ECG; MIT-BIH;D/A transformation; Double-buffering drawing;Real-time playback;CLC Number: TP274, R318V
