保持心臟設(shè)備市場的設(shè)計成本、低功率和功能之間的平衡

目前心血管疾病已經(jīng)成為全球最主要的死亡原因。據(jù)估計，2005年約有1750萬人死于心血管疾病，這占全球死亡人數(shù)的30%左右。而在這些死亡人數(shù)中，760萬人死于心臟病發(fā)作，570萬人則死于中風(fēng)。截止2015年，預(yù)計每年將有2000萬人死于心血管疾病，而心臟病發(fā)作和中風(fēng)正是導(dǎo)致這類死亡的主要原因。并且大量死亡案例可能在沒有任何心血管疾病癥兆的情況下就會發(fā)生。

心電圖（ECG）監(jiān)控器是保健提供商使用的重要工具，用來幫助識別心臟問題和監(jiān)控病人健康。ECG通過測量心臟細(xì)胞生成的壓力來監(jiān)控心臟。心電向量在竇房結(jié)（SA）的右心房中生成，然后作為向量傳輸?shù)秸麄€心肌中。代表時間的X軸和代表圖形圓點的Y軸顯示了測得結(jié)果，其信號如圖1所示。

圖1 包含基準(zhǔn)點和測量的ECG信號

ECG監(jiān)控器有多種形式，包括涉及遠(yuǎn)程監(jiān)控的手持設(shè)備和醫(yī)院使用的綜合病人監(jiān)控系統(tǒng)。自從20世紀(jì)初期Willem Einthoven建立第一臺實用的ECG后，所有ECG設(shè)備的基本設(shè)計都確立下來，只是波形因素和應(yīng)用有所不同。

如果要獲取ECG信號，必須在預(yù)定的不同位置對病人使用皮膚傳感器。當(dāng)心臟完成正常的心動周期后，傳感器表面記錄的電子活動會發(fā)生變化。由于健康人的心跳包括心臟去極化和恢復(fù)極化等系列標(biāo)準(zhǔn)活動，他們的ECG圖形顯示出強(qiáng)烈的周期性。但是，出現(xiàn)異常心跳（例如心臟撲動）或心律不齊的病人則可能生成非周期性的ECG圖形。換句話說，異常心跳顯示的ECG圖與正常人不同，但它仍然可能具有周期性。這類異常例子包括心率過慢或過快，此時每次心跳仍然與另一次心跳類似，但卻不同于健康心臟的頻率。

最新的ECG設(shè)備設(shè)計在外形和功能上實行了創(chuàng)新。舊的ECG設(shè)備會將心電圖打印出來以用于臨床分析，而大量新的ECG版本則不需要病人在場，就能通過先進(jìn)算法對病人進(jìn)行監(jiān)控和診斷。雖然在眾多情形下ECG圖形的臨床評估仍然十分重要，但現(xiàn)在該流程已經(jīng)實現(xiàn)自動化，所以能在更多時段對更多病人進(jìn)行監(jiān)控。這種自動化導(dǎo)致心臟功能監(jiān)控器得以問世。此類監(jiān)控器不要求對病房進(jìn)行連續(xù)看視，而是一旦檢測到心律不齊它會馬上向臨床醫(yī)生發(fā)出警報。

ECG評估的自動化，為醫(yī)療設(shè)備設(shè)計人員帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。這些儀器被開發(fā)用于大量應(yīng)用，例如為需要連續(xù)了解狀況的高風(fēng)險人群提供室內(nèi)監(jiān)控器，以及醫(yī)生進(jìn)行麻醉時用來跟蹤心臟正常狀況的綜合集成設(shè)備。為了繼續(xù)生產(chǎn)健康功效更大但體積更小的設(shè)備，還有一些常見問題有待解決。

這些問題的核心是分析ECG信號和檢測算法的效率。過去，心律不齊由經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)的醫(yī)生進(jìn)行診斷。而從醫(yī)生診斷轉(zhuǎn)換成電子設(shè)備診斷則是一項艱巨的、有待完善的任務(wù)。不過，開發(fā)新算法來提高診斷精確度可以節(jié)約大量費用。病人受到的護(hù)理與他們每次發(fā)病時，設(shè)備是否能準(zhǔn)確診斷到心律不齊具有密切關(guān)系。算法在執(zhí)行這些任務(wù)時顯示的效果越好，它在臨床設(shè)置中的作用越大。不過，要提高精確度通常需要更多的代碼和更復(fù)雜的編程，這反過來又要求運行代碼的設(shè)備具有更多的板上內(nèi)存，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。

一種理想的算法是利用數(shù)學(xué)的精度來減少代碼大小、內(nèi)存要求和最終成本，但同時仍舊達(dá)到精確診斷所要求的現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。最近，Monebo軟件已經(jīng)開發(fā)出了這種算法。與大部分商用算法不同的是，Monebo的 Kinetic Intervals ECG 算法不需要病人ECG圖形取樣的預(yù)熱階段，這個階段以后通常也將被忽略。預(yù)熱取樣是一種常用的實踐操作，因為它能確保設(shè)備讀取“真實”的ECG圖形，而不是設(shè)備啟動時由于瞬時現(xiàn)象而失真的圖像。預(yù)熱取樣可以最大限度減少幾種錯誤診斷同時發(fā)生的可能性。不過，這種方法需要增加額外的代碼，才能確定實際的測試何時開始，通過什么方式以及在什么地方保存要丟棄的數(shù)據(jù)。另一方面，Monebo解決方案采用高級信號均化技術(shù)和關(guān)鍵“基準(zhǔn)”點取樣優(yōu)勢，取消了預(yù)熱時間，所以Monebo算法具有更精簡的代碼要求。

高效ECG檢測代碼的出現(xiàn)，對于設(shè)備設(shè)計人員是一大福音。它允許設(shè)計人員將重點放在具體的實施上，并且確保在此范圍內(nèi)他們的心律不齊檢測算法能夠正常工作，而不會消耗額外的內(nèi)存。正如前面提及的，所有心臟監(jiān)控設(shè)備的創(chuàng)建都不相同。例如，多導(dǎo)程的無線室內(nèi)ECG監(jiān)控器要求電池使用周期長、生產(chǎn)成本低，而更復(fù)雜的醫(yī)院級設(shè)備可能需要更高的處理功率級別和實時的操作系統(tǒng)（RTOS)來運行額外的應(yīng)用。許多生產(chǎn)商生產(chǎn)涵蓋整個系列的設(shè)備。因此，ECG算法能否與系列處理內(nèi)核輕松連接顯得至關(guān)重要。這些內(nèi)核在功率和功能上都要達(dá)到設(shè)備的要求。

Monebo與飛思卡爾半導(dǎo)體合作，現(xiàn)已解決了硬件平臺靈活性的問題。Monebo利用飛思卡爾500多款微控制器（MCU）、處理器和數(shù)字信號控制器（DSC）的優(yōu)勢，將它們的Kinetic Intervals算法廣泛用于大量應(yīng)用程序。特別是飛思卡爾的Flexis QE管腳和軟腳兼容的8位和32位MCU系列，被用來提供超低的功耗，以延長電池使用壽命。低功率操作是下一代無線和手持保健設(shè)備將考慮的一個重要因素。

自從Einthoven開發(fā)弦線電流計以來，ECG技術(shù)已經(jīng)走過很長的一段路。自動化的最新創(chuàng)新將使更多的人從心律不齊的診斷中受益。雖然該領(lǐng)域已經(jīng)取得重大進(jìn)步，但下一代心臟監(jiān)控器的開發(fā)人員仍然必須密切關(guān)注診斷的精確性、代碼的復(fù)雜性、經(jīng)濟(jì)的高效性和設(shè)備的功耗問題。Monebo與飛思卡爾的軟硬件組合平臺不但解決了當(dāng)前面臨的這些挑戰(zhàn)，而且提供能夠在未來幾年滿足ECG設(shè)備開發(fā)商技術(shù)要求的協(xié)作解決方案。