家用移動智能心電監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計

徐欽桂 陳李冠

(東莞理工學院 計算機學院，廣東東莞 523808)

國家權(quán)威統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國心血管病現(xiàn)患人數(shù)已高達2.9億，估計每天心血管病死亡9 590人，即每10 s就有1人死于心血管病?？墒切难懿〉脑\治情況卻不容樂觀，由于很多心臟疾病非常需要心電圖數(shù)據(jù)來指導診斷，并且在疾病發(fā)作時才可以收集到相關(guān)性高的心電圖數(shù)據(jù)，如果沒有能隨時隨地進行收集處理的設(shè)備，將會給心電異常診斷帶來極大的困難。在傳統(tǒng)的心電監(jiān)護模式中，住院治療通常會讓患者佩戴“holter”［1］來收集24h的心電圖數(shù)據(jù)，提供較為全面的診斷依據(jù)。由于這種模式造價昂貴，以及需要專業(yè)醫(yī)生進行操作與診斷，因此只能在醫(yī)院使用。另外，“holter”等傳統(tǒng)醫(yī)療方式的心電圖是一種回顧性的被動檢查，在平時體檢時或病人發(fā)病后用來檢測當前心電狀態(tài)。正是因為這種設(shè)備無法捕捉到病人發(fā)病時的情形，從而無法做到實時監(jiān)測。

國內(nèi)不少人對基于Android移動終端的心電監(jiān)護開展了研究，毛中亮等［2］開發(fā)了基于“Android平臺的移動醫(yī)療應用系統(tǒng)”，主要介紹移動醫(yī)療應用系統(tǒng)的前景與應用技術(shù)，并沒有實現(xiàn)對心電的檢測診斷;趙志強等［3］開發(fā)了“智能手機上心電信號R波的檢測”，主要實現(xiàn)對R波和倒置R波的檢測，并沒有對T波、P波、Q波等健康參數(shù)分析，無法實現(xiàn)心電異常診斷;王峰等［4］開發(fā)了“基于Android的家庭移動醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)計”，在心電檢測方面，只能檢測心率，不能對其他心電異常診斷，在實際的應用中效果不佳。

針對這個問題，推出一種基于Android平臺的“家用移動智能心電監(jiān)護系統(tǒng)”，讓患者配備相應供應商提供的心電傳感器，即可讓其在家便攜實時地進行體檢，及時了解自己的身體狀況。在這種技術(shù)的幫助下，許多還沒有自覺癥狀、但心電顯示已經(jīng)發(fā)生心臟異常的患者，就可以得到及時救助，從而避免危險發(fā)生。

1 家用移動心電監(jiān)護系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)采用3層架構(gòu)的設(shè)計原理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為心電傳感器、Android客戶端和健康云服務(wù)中心。心電傳感器包括核心處理器和相應的匹配電路;Android客戶端包括java實現(xiàn)的核心算法和Android客戶端應用程序;云服務(wù)中心包括云服務(wù)器和醫(yī)師管理前端。

心電傳感器采用合肥華科電子研究所生產(chǎn)的HKD－10L藍牙心電傳感器。該產(chǎn)品是一款單導聯(lián)心電圖信號采集傳感器，采樣頻率為200 Hz，波特率為57 600，支持藍牙2.0接口，可與計算機、手機等藍牙終端設(shè)備連接。它通過監(jiān)護人體每次心跳時心臟起博產(chǎn)生的電流，轉(zhuǎn)換成固定格式的字節(jié)數(shù)組，形成心電數(shù)據(jù)。接著對心電數(shù)據(jù)進行預處理，再通過藍牙傳輸?shù)紸ndroid客戶端。

圖1 家用移動心電監(jiān)護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Android客戶端將用戶心電數(shù)據(jù)進行健康參數(shù)分析、心電異常診斷，實時顯示心電圖并自動生成診斷報告，使用戶及時了解自己的身體狀況。如果發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)會及時通過短信通知監(jiān)護人。另外，診斷報告會自動上傳至云服務(wù)中心，方便日后查詢和管理。

云服務(wù)中心主要實現(xiàn)家庭、醫(yī)師信息管理、診斷報告管理、醫(yī)師在線復診，以及與Android客戶端信息交互等。用戶注冊個人信息后，通過用戶名和密碼登錄到Android客戶端，即可管理家庭信息，也可以從云服務(wù)中心獲取到全家人的歷史診斷報告并在客戶端顯示。同時，醫(yī)生可通過醫(yī)師管理前端對患者情況進行實時在線復診，如果發(fā)現(xiàn)患者確有生命危險，就通過云服務(wù)中心實時短信通知監(jiān)護人。

2 Android客戶端設(shè)計

Android客戶端主要起到4個方面的作用:1)開發(fā)藍牙通信模塊，手機通過藍牙與心電傳感器連接，控制傳感器實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的傳輸;2)采用java語言實現(xiàn)核心算法，主要包括基于Android心電波形分析算法和基于Android異常心電診斷算法，對用戶心電數(shù)據(jù)進行健康參數(shù)分析、心電異常診斷，并在界面實時顯示診斷報告;3)手機通過網(wǎng)絡(luò)與云服務(wù)中心信息交互，將診斷報告上傳到云服務(wù)中心，方便日后查詢和管理;4)人性化的用戶體驗、便攜易用、充分地滿足中老年人的使用需求。

Android客戶端的功能結(jié)構(gòu)，主要分為8個部分，如圖2所示。用戶首先從注冊登陸進入客戶端，連接藍牙與傳感器通信;接著，開始測量，自動進行心電波形分析與診斷，1 m后自動的顯示并語音播報診斷報告;最后，在“看結(jié)果”頁面查看全家人的歷史診斷報告，并可對結(jié)報告果關(guān)心、評論、語音留言。另外，還可對家庭信息管理。

圖2 Android客戶端功能結(jié)構(gòu)圖

心電波形分析與診斷功能數(shù)據(jù)流圖，如圖3所示。Android客戶端，首先，通過藍牙從心電傳感器獲取到心電數(shù)據(jù);接著，采用中值濾波算法分析心電數(shù)據(jù)，排除心電數(shù)據(jù)存在的各種干擾;然后，分別對R波、T波、P波、Q波、QS波進行健康參數(shù)分析、心電異常診斷;最后，得到監(jiān)測分析結(jié)果并生成診斷報告。

圖3 心電波形分析與診斷功能數(shù)據(jù)流圖

3 健康云服務(wù)中心

云服務(wù)中心采用Tomact、MySql+MyEclipse搭建，基于J2EE框架開發(fā)，更好地滿足用戶對產(chǎn)品的性能與功能的需求。云服務(wù)中心由心電數(shù)據(jù)庫、云服務(wù)器和醫(yī)師管理前端構(gòu)成。云服務(wù)中心功能分為7個部分，如圖4所示，分別是:與Android客戶端信息交互、家庭信息管理和診斷報告的存儲，以及患者管理、任務(wù)管理、醫(yī)師管理和數(shù)據(jù)庫管理。

醫(yī)師管理前端，如圖5所示，采用Html+CSS+JavaScript開發(fā)，實現(xiàn)醫(yī)師在線患者管理、任務(wù)管理、醫(yī)師管理和數(shù)據(jù)庫管理等功能。醫(yī)生操作醫(yī)師管理前端時，通過用戶名和密碼登陸到云服務(wù)中心，瀏覽所有任務(wù)情況、患者情況等;接著點擊某個患者，查看患者的診斷報告，以及在線對患者復診。

4 實驗結(jié)果與分析

Android客戶端發(fā)送控制命令啟動監(jiān)護工作，接收來自傳感器的心電數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示心電圖，實時更新平均心率，如圖6所示。

經(jīng)過心電波形分析與診斷生成病癥診斷報告，如圖7所示。用MIT心電數(shù)據(jù)庫［5］為輸入，對系統(tǒng)功能和性能進行了測試，對一些基礎(chǔ)病癥進行診斷，如:心率、心率節(jié)奏、心動過速、心動過緩、竇性停搏、室上性期前收縮、室性期前收縮、左右心房增重等病癥，準確率達95.5%，實驗結(jié)果準確率超過多篇碩士論文給出的準確率［6－7］。

5 結(jié)語

研究了基于Android平臺的家用移動智能心電監(jiān)護系統(tǒng)，優(yōu)化了心電數(shù)據(jù)自動分析診斷算法，設(shè)計出Android客戶端、云服務(wù)中心。只需要配備相應供應商提供的心電傳感器，即可讓用戶在家便攜實時進行體檢，及時了解自己的身體狀況。醫(yī)生通過醫(yī)師前端對患者情況進行實時在線復診，如果發(fā)現(xiàn)患者確有危險，通過云服務(wù)中心實時短信通知監(jiān)護人。在這種技術(shù)的幫助下，許多還沒有明顯癥狀但心電顯示已經(jīng)發(fā)生心臟異常的患者，就可以得到及時救助，從而避免危險的發(fā)生。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)使用方便，運行穩(wěn)定可靠，波形分析準確率達95.5%，是一種方便易用的移動醫(yī)療應用。

圖4 健康云服務(wù)中心模塊關(guān)系圖

圖5 醫(yī)師管理前端

圖6 心電波形圖界面

圖7 診斷報告界面

［1］張焱．心律失常檢測及十二導聯(lián)心電Holter系統(tǒng)的研究［D］．重慶:重慶大學，2009．

［2］毛中亮，史鴻飛，應?。贏ndroid平臺的移動醫(yī)療應用系統(tǒng)［J］．中國醫(yī)療設(shè)備，2013(03):73－76．

［3］趙志強，沈?。悄苁謾C上心電信號R波的檢測［J］．電子測量技術(shù)，2012(10):99－101．

［4］王峰，宣伯凱．基于Android的家庭移動醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)計［J］．計算機測量與控制，2015，50:1586－1588．

［5］朱澤煌，胡廣書，郭恒．MIT—BIH心電數(shù)據(jù)庫的開發(fā)及用作檢測標準［J］．中國生物醫(yī)學工程學報，1993(4):244－249+243．

［6］曾愛林．基于Android的心電實時監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］．計算機測量與控制，2013(11):2997－3000．

［7］張美慧．心電信號自動分析算法的研究［D］．成都:西南交通大學，2007．