在單片機(jī)上和模糊邏輯檢測室性早博

摘要：在基于單片機(jī)8051的心電監(jiān)護(hù)模塊中，用模糊邏輯檢測室性早博，使心電監(jiān)護(hù)模塊功能得到擴(kuò)展。

現(xiàn)代多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀普遍采用模塊化模塊，每個(gè)模塊都是能完成單功能的獨(dú)立微處理機(jī)系統(tǒng)，多個(gè)模塊通過串行口接收主控制器命令，送出測量結(jié)果。心電監(jiān)護(hù)模塊是其中的關(guān)鍵部件，其在單片機(jī)控制下拾取心電信號，放大、預(yù)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(shí)時(shí)，正確檢測是心電圖自動分析的一項(xiàng)重要技術(shù)。在心電監(jiān)護(hù)的基礎(chǔ)上，加入心博和節(jié)律分類功能，便可進(jìn)行心律失常監(jiān)護(hù)。室性早博檢測一般在高端的心律失常分析模塊中進(jìn)行。目前單片機(jī)的功能不斷增強(qiáng)，過去主要用作控制器的單片機(jī)，在完成原來的任務(wù)后，尚剩余不少CPU時(shí)間和控制功能，完全有可能實(shí)現(xiàn)一些過去只能在PC機(jī)上運(yùn)行的復(fù)雜算法，而且用匯編語言編程提高運(yùn)行速度。

模糊系統(tǒng)是模糊集合論和模糊邏輯的具體應(yīng)用，它模擬人腦思維決策的能力，特別適用于數(shù)字模型難以精確表示的不確定系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)決策系統(tǒng)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(jìn)行處理。筆者的實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)室性早博檢測。在模糊單片機(jī)上進(jìn)行模糊控制或推理非常方便。在數(shù)字單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵是怎樣存儲表達(dá)隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則，以及怎樣實(shí)現(xiàn)推理。

1 隸屬度函數(shù)、模糊規(guī)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(gè)形態(tài)參數(shù)描述一個(gè)QRS波。室性早博的典型形態(tài)特片表現(xiàn)為RR間期較小，R波寬度大、面積大,T波寬度大、峰值大。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)確定的隸屬度函數(shù)如圖1所示。

圖1中橫軸表示論域，縱軸表示隸屬度。每個(gè)輸入語言變量定義�。⊿）、中（M）、大（L）、特大（XL）四個(gè)語言變量值。隸屬度函數(shù)為三角形或半梯形。

模糊規(guī)則共有32條，部分規(guī)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(shù)的影響。

表1 模糊規(guī)則

RR間期R波面積R波的寬度T波面積T波峰值結(jié)論XLXL------是PVCXL--XL----是PVCMLXLXLL是PVCMLLXLL是PVC…L----XL--可能是PVC--XLXLXLL可能是PVCM----XLL可能是PVCLSM--M可能是PVC

在數(shù)字單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)模糊控制一般采用三種方式：強(qiáng)度轉(zhuǎn)移方式、直接查表方式和公式計(jì)算方式。直接查表方式通過事先的離線計(jì)算，得到一張模糊控制表，將控制表存放在計(jì)算機(jī)機(jī)內(nèi)存中；控制過程中，根據(jù)輸入變量查找表中對應(yīng)的控制量。在一般的控制應(yīng)用中，這種方法速度最快。但本系統(tǒng)中輸入變量較多(5個(gè))，模糊控制表維數(shù)高，存儲、查表均不方便。強(qiáng)度轉(zhuǎn)移方式是按模糊控制的極大-極小法進(jìn)行推理。每個(gè)輸入?yún)��?shù)映射為多個(gè)隸屬度，每組輸入會激活多條規(guī)則，可能對應(yīng)不同的結(jié)果。用取小的原則計(jì)算各組合對應(yīng)規(guī)則的輸出強(qiáng)度，然后按最大隸屬度原則得出對應(yīng)于各結(jié)論的可信度。這樣，對于每一個(gè)輸入，都可得出與各結(jié)論相對應(yīng)的輸出強(qiáng)度，稱為輸出隸屬度，取輸出強(qiáng)度最大的那個(gè)隸屬度作為輸出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種方法對本系統(tǒng)最為合適。

2 強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法在單片機(jī)8051上的實(shí)現(xiàn)

2.1 隸屬度函數(shù)的存放

由于數(shù)字單片機(jī)只能存儲和處理數(shù)字信息，且單片機(jī)的內(nèi)存容量有限，如果要對系統(tǒng)輸入輸出論域的所有隸屬函數(shù)的連續(xù)曲線進(jìn)行存儲，是根本不可能的。對于三角形隸屬函數(shù)，采用三點(diǎn)法，存儲三角形的三個(gè)頂點(diǎn)；對于兩邊的半梯形，也存儲腰和頂?shù)娜�點(diǎn)。隸屬度函數(shù)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(shù)存放示意圖

地 址隸屬度函數(shù)模糊值模糊變量1C00H0.00.81.0SRR1C03H0.81.01.4M　1C06H1.01.42.5L　1C09H1.42.53.0XL　

2.2 輸入模糊化

提取的特片參數(shù)是精確值，將它們與隸屬函數(shù)進(jìn)行比較組合，求出相應(yīng)的模糊輸入量。隸屬度范圍為0～1，在8位機(jī)上可表示為00H～FFH。對本系統(tǒng)而言，每個(gè)精確輸入值最多只對應(yīng)兩個(gè)模糊輸入量大于零，其余的模糊輸入量則為零。例如：假設(shè)RR=1.1，從表2可知它落在中（M）和大（L）兩個(gè)區(qū)間上，因此對于中（M）和大（L）的隸屬度為：

μm(1.1)=(1.4-11.1)/(1.4-1.0)×FFH=BFH

μl(1.1)=(1.1-1.0)/(1.4-1.0)×FFH=3FH

在RAM中開辟一塊區(qū)域，存放各模糊輸入量，如表3所示。

表3 模糊輸入量存放示意圖

地 址隸屬度模糊值模糊變量D0H00HSRRD1HBFHM　D2H3FHL　D3H00HXL　

2.3 模糊規(guī)則的存放

模糊規(guī)則表示為：IF A and B and C and

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