心電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆椒ㄑ芯?/h1>

2012-11-27 03:08:42王勝軍艾育華鄭峰候明揚(yáng)沈增貴劉曼芳耿仁文

中國(guó)醫(yī)療設(shè)備訂閱 2012年12期 收藏

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)格式心電監(jiān)護(hù)心電

王勝軍，艾育華，鄭峰，候明揚(yáng)，沈增貴，劉曼芳，耿仁文

南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院，a.設(shè)備器材科；b.信息科；c.院辦，廣東 廣州 510515

1 研究背景

隨著人類社會(huì)健康觀念更新、疾病譜改變、老齡化社會(huì)到來(lái)及醫(yī)學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，以醫(yī)院為中心的模式必然會(huì)回歸到以預(yù)防為主、以社區(qū)醫(yī)療（含家庭和個(gè)人保健）為中心的模式上來(lái)[1]。這對(duì)醫(yī)療儀器的研究和設(shè)計(jì)者提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

近年來(lái)，心臟病的發(fā)病率和死亡率不斷上升，已成為威脅人類生命健康的主要疾病。心電圖（ECG）檢查是與心臟病作斗爭(zhēng)的重要手段。基層醫(yī)院由于醫(yī)療水平所限，難以滿足當(dāng)?shù)夭』紝?duì)于心臟病診療的需求。而大型醫(yī)院的資源有限，無(wú)法做到對(duì)眾多可疑的心臟病人同時(shí)實(shí)行有效的監(jiān)護(hù)，且一般病人也無(wú)法承擔(dān)在院長(zhǎng)期監(jiān)護(hù)的高額費(fèi)用。因此，建立可有效延伸到鄉(xiāng)鎮(zhèn)、社區(qū)等基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)和家庭的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)與救治體系，是提高心血管疾病防治水平的有效途徑。

對(duì)于社區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)與中小市縣醫(yī)療機(jī)構(gòu)，無(wú)論從國(guó)內(nèi)外成功案例、研究成果以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)看，毫無(wú)疑問(wèn)將在整個(gè)醫(yī)療體系中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。這主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：一是隨著社區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)與中小市縣醫(yī)護(hù)人員和網(wǎng)點(diǎn)的增多，使老百姓易于就近獲得醫(yī)療服務(wù)；二是隨著社區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)與中小市縣醫(yī)護(hù)人員的醫(yī)療水平得到穩(wěn)步提高，使老百姓信任并自愿選擇就近醫(yī)療；三是對(duì)術(shù)后患者的康復(fù)護(hù)理治療，社區(qū)醫(yī)護(hù)具有天然優(yōu)勢(shì)，可使老百姓主動(dòng)接受社區(qū)醫(yī)護(hù)服務(wù)；四是隨著我國(guó)老齡社會(huì)的來(lái)臨，越來(lái)越多的老年人必然依靠社區(qū)醫(yī)護(hù)服務(wù)。這對(duì)心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)提出了新的要求。

許多研究者對(duì)遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)進(jìn)行了研究[2-6]，其主要內(nèi)容是采集心電數(shù)據(jù)、通過(guò)GPRS或CDMA發(fā)送到心電監(jiān)護(hù)中心，監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行診斷后再將反饋信息發(fā)送回采集終端。劉星等人[4]的研究還用到了PDA，心電采集終端把數(shù)據(jù)以藍(lán)牙方式發(fā)送到PDA，PDA再通過(guò)GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。這些研究所用到的心電數(shù)據(jù)格式是自定義的，數(shù)據(jù)格式的不同使心電終端與其他監(jiān)護(hù)中心、各個(gè)監(jiān)護(hù)中心之間的數(shù)據(jù)交換成為一個(gè)問(wèn)題。

為了解決基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)與大型醫(yī)院之間遠(yuǎn)程醫(yī)療中ECG數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題，我們的方案是從心電圖機(jī)提取病人的ECG數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式，通過(guò)醫(yī)院的圖片存檔及通信系統(tǒng)（PACS）和遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)服務(wù)器，發(fā)送到大型醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中心；監(jiān)護(hù)中心建有數(shù)據(jù)庫(kù)，可以存貯病人的數(shù)據(jù)，醫(yī)生可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽、注釋，病人可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)查詢。

2 主流ECG數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比

目前，主流心電圖機(jī)采用的數(shù)據(jù)格式主要有SCPECG、HL7 aECG和DICOM。DICOM可實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像信息的處理、保存和傳輸?shù)裙δ埽⑶覐?3.0 版起支持 ECG、血液動(dòng)力學(xué)和電生理學(xué)波形數(shù)據(jù)的管理，但沒有一個(gè)具有普遍性的波形數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)，如還未實(shí)現(xiàn)對(duì) ECG 的標(biāo)準(zhǔn)操作程序，因此使系統(tǒng)的擴(kuò)展復(fù)雜化[7]。

SCP-ECG是一種專為傳輸存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)ECG數(shù)據(jù)而制定的協(xié)議，其目的是使得不同廠家生產(chǎn)的心電圖機(jī)之間以及數(shù)字心電圖機(jī)和心電數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)ECG數(shù)據(jù)交換和傳輸。2002年歐盟正式批準(zhǔn)SCP-ECG成為醫(yī)療設(shè)備通訊的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（EN ISO 11073）的一部分[8]。

SCP-ECG 定義了用于交換的心電數(shù)據(jù)的內(nèi)容和格式，用于控制不同工作站和用戶間的數(shù)據(jù)流的查詢；用于控制消息以及在數(shù)字心電圖機(jī)和 ECG 管理系統(tǒng)間的低層傳輸協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的大比例壓縮（無(wú)損、有損均可），對(duì)于心電的處理和傳輸非常成功，但它不具備對(duì)其他信息的標(biāo)準(zhǔn)化功能。SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)立為心電信息的交流奠定了基礎(chǔ)，由于心電信息種類十分繁雜龐大，SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)到目前為止并不完善，因?yàn)樗恢С朱o態(tài)心電信息，不支持信號(hào)平均心電即晚電位信息，不支持動(dòng)態(tài)心電信息（HOLTER）和運(yùn)動(dòng)心電信息（Exercise ECG）等。

HL7 的主要目的是要發(fā)展各型醫(yī)療信息系統(tǒng)間的通訊，是臨床、銀行、保險(xiǎn)、管理、行政及檢驗(yàn)等各項(xiàng)電子資料的通訊標(biāo)準(zhǔn)。HL7 通信協(xié)議匯集了不同廠商用來(lái)設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件之間界面的標(biāo)準(zhǔn)格式，它允許各個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)不同的系統(tǒng)之間進(jìn)行重要資料的通信。HL7心電圖注釋標(biāo)準(zhǔn)（HL7 Annotation ECG，HL7 aECG）是HL7工作組響應(yīng)美國(guó)FDA對(duì)于ECG波形和注釋信息交流標(biāo)準(zhǔn)的要求，在2004年1月通過(guò)的ECG通信標(biāo)準(zhǔn)，也叫FDA XML格式。

HL7 aECG采用XML作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，提供了包括心電圖波形和注釋信息在內(nèi)的心電信息表達(dá)、存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。XML是可擴(kuò)展的標(biāo)記語(yǔ)言，是一套定義語(yǔ)義標(biāo)記的規(guī)則。用戶可以根據(jù)需要定義自己的標(biāo)記。雖然這些標(biāo)記在意義上具有相當(dāng)?shù)撵`活性，但這些標(biāo)記必須根據(jù)某些通用或特定的原理來(lái)創(chuàng)建，HL7 aECG標(biāo)準(zhǔn)正是規(guī)定了創(chuàng)建用于存儲(chǔ)ECG數(shù)據(jù)的XML標(biāo)記的原理，并且詳細(xì)說(shuō)明了這些標(biāo)記的意義。HL7 aECG標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)提供XML schema文件來(lái)規(guī)定數(shù)據(jù)文件中元素的組織結(jié)構(gòu)，并在使用說(shuō)明文檔中詳細(xì)介紹了各元素代表的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

HL7 aECG XML schema文件定義了元素組織結(jié)構(gòu)參見相關(guān)文獻(xiàn)[9]。

通過(guò)對(duì)以上幾種主要醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中 ECG 信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的比較分析，綜合考慮其可拓展性和可行性及DICOM標(biāo)準(zhǔn)在醫(yī)院PACS系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，為了與其對(duì)接并最大限度地利用已有資源，選用DICOM標(biāo)準(zhǔn)作為遠(yuǎn)程ECG數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

3 ECGToolkit簡(jiǎn)介

ECGToolkit是開源的軟件工具，可以完成ECG數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、查看、打印，并具有與醫(yī)院PACS通信的功能。它是使用C# net 1.1和2.0開發(fā)的，支持的ECG數(shù)據(jù)格式包括SCP-ECG、DICOM和HL7 aECG等。

在上述功能中，都用到項(xiàng)目ECGConversion，它的功能是完成不同ECG數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。在ECGConversion中，有IECGReader抽象類，用于讀取某種ECG，它定義了Read()方法，返回格式為IECGFormat。對(duì)于不同的數(shù)據(jù)格式，重寫了相應(yīng)的類和方法（圖 1）。如SCPReader、RawECGReader、UnknownECGReader（讀取所支持格式的類），都重寫了Read()方法。

類似地，不同的數(shù)據(jù)格式也重寫了抽象類IECGFormat，得到了 SCPFormat 、RawECGFormat、 CSVFormat等類（圖2），用來(lái)存貯讀取的ECG數(shù)據(jù)，并將其解析為標(biāo)準(zhǔn)格式。這些Format類要選擇如下接口：ISignal, IDemographic,IDiagnostic, IGlobalMeasurement，分別用來(lái)完成ECG波形數(shù)據(jù)、病人/醫(yī)療機(jī)構(gòu)相關(guān)信息、診斷信息、ECG測(cè)量信息的標(biāo)準(zhǔn)解析。

在進(jìn)行ECG數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換時(shí)，先將源文件讀入，成為一個(gè)Format對(duì)象（如SCP-ECG文件讀入為SCPFormat對(duì)象），由Convert類將其轉(zhuǎn)換為目標(biāo)Format對(duì)象，再生成對(duì)應(yīng)的文件。

在項(xiàng)目ECGConversion中，可完成RAW（原始數(shù)據(jù)）、CSV（Excel數(shù)據(jù)）和SCP-ECG數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。ECGToolkit中，擴(kuò)展了3個(gè)項(xiàng)目：將HL7 aECG、DICOM和PDF也擴(kuò)展為可轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)格式。

如 上 所 述，ECGToolkit可 將 RAW、CSV、SCP-ECG、aECG、DICOM和PDF等格式的ECG數(shù)據(jù)互相轉(zhuǎn)換。對(duì)于不在上述格式范圍內(nèi)的特定廠家的心電數(shù)據(jù)，需開發(fā)專用的項(xiàng)目，來(lái)完成這個(gè)功能。

4 將MAC5500心電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為HL7 aECG格式的方法

MAC5500的數(shù)據(jù)采用XML文件存貯，其格式不屬于上述6種格式，要將其轉(zhuǎn)換為DICOM格式，我們開發(fā)了專用的項(xiàng)目MAC。

4.1 從MAC5500心電圖機(jī)獲取ECG數(shù)據(jù)

（1）建立心電圖機(jī)與PC機(jī)之間的串口連接，PC機(jī)做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。

（2）在MAC5500上選擇串口傳輸方法后，選擇要傳輸?shù)牟∪说奈募?，然后發(fā)送。

（3）PC機(jī)即可接收到ECG數(shù)據(jù)文件。

4.2 ECG數(shù)據(jù)文件的解析與轉(zhuǎn)換

為了以DICOM格式發(fā)送文件，需對(duì)得到的ECG數(shù)據(jù)文件進(jìn)行解析和轉(zhuǎn)換。

MAC5500有 restecg.dtd、restecgfield.dtd、I2.dtd和I2FIELD.dtd等文件，用于規(guī)定XML數(shù)據(jù)文件的格式。DTD文件實(shí)際上可以看作一個(gè)或多個(gè)XML文件的模板，這些XML文件中的元素、元素的屬性、元素的排列方式/順序、元素能夠包含的內(nèi)容等，都必須符合DTD中的定義。XML文件中的元素，是根據(jù)我們應(yīng)用的實(shí)際情況來(lái)創(chuàng)建的。ECG數(shù)據(jù)文件的解析和轉(zhuǎn)換過(guò)程，實(shí)際就是在MAC5500 XML文件中找到標(biāo)記，提取出被標(biāo)記的內(nèi)容，生成MACFormat對(duì)象（MACFormat類是IFormat抽象類的子類），然后由Convert類將其轉(zhuǎn)換為DICOM格式（實(shí)際上可以與上述6種格式任意互相轉(zhuǎn)換）。

值得注意的是，MAC5500的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行了BASE64的編碼，在完成ISignal接口對(duì)心電數(shù)據(jù)進(jìn)行解析時(shí)需對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的解碼，再將兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)按照低字節(jié)、高字節(jié)的順序合成一個(gè)數(shù)據(jù)。把BASE64編碼的心電字符串string解碼為數(shù)組的流程如下：

（1）查找并去除string中的 “ ”“ ”“s” ；

（2）獲取string中“=”之前的部分；

（3）依次取出string中的單個(gè)字符，查BASE64編碼表，得到6位二進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換為布爾數(shù)組，并將其反向；

（4）將上述布爾數(shù)組拼接在一起；

（5）每次取出8個(gè)布爾值，反向，轉(zhuǎn)換成整數(shù)，形成U8數(shù)組；

（6）每次取出兩個(gè)整數(shù)，按低8位，高8位形成一個(gè)I16整數(shù)，形成I16數(shù)組。

經(jīng)過(guò)上述的解析和轉(zhuǎn)換后，得到的DICOM格式的心電數(shù)據(jù)可以用來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸和心電波形再現(xiàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

遠(yuǎn)程心電傳輸是目前的研究熱點(diǎn)，為了便于不同系統(tǒng)的對(duì)接、交流，選擇并且兼容標(biāo)準(zhǔn)的心電數(shù)據(jù)格式非常重要。本研究綜合了各標(biāo)準(zhǔn)本身的性能及其應(yīng)用的廣泛程度，選擇了DICOM作為標(biāo)準(zhǔn)。開源軟件ECGToolkit具有開放的架構(gòu)，適宜作為相關(guān)開發(fā)的平臺(tái)，我們?cè)谶@個(gè)平臺(tái)上開發(fā)了針對(duì)MAC5500心電圖機(jī)的MAC項(xiàng)目，完成了心電的提取、轉(zhuǎn)換和傳輸，達(dá)到了預(yù)期的效果。

[1]鄧親愷.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

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