基于無(wú)線通信的心電生理信號(hào)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

寧文雙， 梁 婷， YUAN Yong J

（西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610031）

基于無(wú)線通信的心電生理信號(hào)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

寧文雙， 梁 婷， YUAN Yong J

（西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610031）

為協(xié)助醫(yī)師分析藥物療效和全面監(jiān)控病人的康復(fù)過(guò)程，設(shè)計(jì)了移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)．該系統(tǒng)以生理信號(hào)之一的心電信號(hào)為例，基于無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行監(jiān)護(hù)終端的信號(hào)采集，使用高精度心電傳感器通過(guò)ARM芯片控制心電信號(hào)采集，并利用GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸；在社區(qū)醫(yī)院或遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心，基于SOCKET套接字的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，建立友好的可視化操作界面，在監(jiān)護(hù)中心以SQL數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)患者庫(kù)和心電信息庫(kù)進(jìn)行組織和管理．對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果顯示，心電傳感器采樣頻率為200 Hz時(shí)，滿(mǎn)足奈奎斯特采樣定理，采樣精度達(dá)到了5mV，能夠?qū)⑿碾奝、Q、R、S、T波形準(zhǔn)確采樣；使用ARM處理器可以高性能、低功耗、實(shí)時(shí)地對(duì)心電生理信號(hào)進(jìn)行分析、報(bào)警；系統(tǒng)提供的心電波形回放和QRS波形檢測(cè)等功能，可以擴(kuò)展為相應(yīng)的生理信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)．

ARM；數(shù)據(jù)庫(kù)；GPRS；遠(yuǎn)程醫(yī)療

Key words：ARM；databases；GPRS；remote medical

目前，我國(guó)人口老齡化趨勢(shì)加劇，尤其是上海、北京、廣州和成都等大型、發(fā)達(dá)城市相繼成為老齡化城市［1］．截止到2011年，我國(guó)60歲及以上老年人口達(dá)1．85億，占總?cè)丝?3．7%，隨著子女外出工作、獨(dú)立成家，空巢老人現(xiàn)象日益嚴(yán)峻．尤其是在農(nóng)村，空巢老人人數(shù)逐年增加，第五次人口普查官方數(shù)據(jù)顯示，農(nóng)村空巢老人占空巢老人的69．79%［2-3］．雖然我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)在穩(wěn)步增長(zhǎng)，但貧富差距大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與老齡化速度不匹配，醫(yī)療保障體系不到位等問(wèn)題使很多獨(dú)居老人的疾病不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或發(fā)現(xiàn)后得不到有效的監(jiān)護(hù)［4］．心臟病導(dǎo)致人類(lèi)殘疾或死亡的概率在穩(wěn)步增加，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，有常規(guī)心電圖、心電圖運(yùn)動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)心電監(jiān)護(hù)、X線檢查、磁共振成像和CT檢查等方法診斷心臟病，其中心電圖診斷具有成本低和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以，搭建基于心電圖監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)程移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)對(duì)發(fā)現(xiàn)早期心臟病癥狀意義重大．

全球移動(dòng)醫(yī)療服務(wù)應(yīng)用的部署一半以上在美國(guó)，歐洲占20%，非洲、拉丁美洲占12%，而亞太地區(qū)僅占4%［5］．國(guó)外移動(dòng)醫(yī)療遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)發(fā)展比較早，有大量的資金、人員投入，其產(chǎn)品綜合起來(lái)具有技術(shù)先進(jìn)、測(cè)量精確、功能豐富、抗干擾能力強(qiáng)和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)．但是，國(guó)外移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)并不適合我國(guó)家庭監(jiān)護(hù)國(guó)情，一是價(jià)格昂貴，中國(guó)的普通家庭難以承受；二是操作界面非中文，不符合國(guó)情．因此，引進(jìn)的產(chǎn)品多是醫(yī)院配備，且需要專(zhuān)人操作，一量出現(xiàn)故障更換起來(lái)極不方便．

目前，國(guó)內(nèi)能夠進(jìn)行24 h運(yùn)營(yíng)的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)中心比較少，大致可以分為三類(lèi)：企業(yè)自己成立遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)分析中心、醫(yī)療機(jī)構(gòu)自己獨(dú)立建立的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)分析中心和由醫(yī)療機(jī)構(gòu)與遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)生產(chǎn)廠商聯(lián)合舉辦的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)分析中心［6］．各個(gè)心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)分析中心各自獨(dú)立，具有極大的局限性，發(fā)展較慢，發(fā)展實(shí)力非常微弱，不少還處于虧損狀態(tài)．而且目前用于遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的設(shè)備價(jià)格較高，產(chǎn)量較少，品種不多，操作不便，不能滿(mǎn)足不同背景人群，尤其是老年人日常監(jiān)護(hù)的需要．

本研究實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線通信的生理信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)［7］的設(shè)計(jì)，以生理信號(hào)中最復(fù)雜、最全面反映人體生理狀況的心電信號(hào)為例進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，心電信號(hào)的采集使用隨身監(jiān)護(hù)終端進(jìn)行，并通過(guò)GPRS（general packert radio service）無(wú)線通信方式發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心．位于社區(qū)醫(yī)院內(nèi)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心具有友好的操控界面，實(shí)時(shí)顯示被監(jiān)護(hù)者的心電圖和心率信息［8-9］等功能，同時(shí)，提供患者信息的“更新、添加、刪除、改正”、按時(shí)查看、波形回放、實(shí)時(shí)報(bào)警等功能．通過(guò)SQL Server 2005建立患者信息庫(kù)和心電信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者信息和心電信息的有序、高效組織和管理．監(jiān)護(hù)中心實(shí)時(shí)提供病人聯(lián)系方式，供醫(yī)師隨時(shí)聯(lián)系病人，掌握其病情與運(yùn)動(dòng)、情緒、藥物等各種因素的關(guān)系［10］．

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)獨(dú)居老人心電信號(hào)的監(jiān)護(hù)功能，進(jìn)行了心電生理信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)，本系統(tǒng)方便醫(yī)師對(duì)患者進(jìn)行長(zhǎng)期的、實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和診斷，掌握患者病歷和分析藥物療效等．心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要包括監(jiān)護(hù)終端和遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)平臺(tái)兩部分［11］，整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示．

圖1 基于無(wú)線通信的心電信號(hào)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)框圖Fig．1 Block diagram of ECG signal monitoring system based on wireless communication

監(jiān)護(hù)終端主要由心電采集單元、核心控制單元和無(wú)線通信單元組成；遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)平臺(tái)工作于社區(qū)醫(yī)院內(nèi)，主要涉及網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和監(jiān)護(hù)中心平臺(tái)界面等部分．

監(jiān)護(hù)終端由HKD-10B心電傳感器、GTM900C模塊和S3C2440A芯片等組成，主要實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的采集、發(fā)送功能．監(jiān)護(hù)中心使用在網(wǎng)PC機(jī)作為服務(wù)器，經(jīng)過(guò)IP映射獲取固定IP，使用Visual Studio 2008 MFC（Microsoft foundation classes）編寫(xiě)SOCKET接收程序，并進(jìn)行監(jiān)護(hù)系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)，使用SQL Server 2005建立病例庫(kù)和心電數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)平臺(tái)對(duì)心電數(shù)據(jù)的接收、處理、顯示、存儲(chǔ)、有效信息提取等功能．

圖2 正常心電圖波形圖Fig．2 Normal ECG waveform

心電信號(hào)產(chǎn)生于心臟的心動(dòng)周期中，由起搏點(diǎn)、心房、心室相繼興奮產(chǎn)生，反映了心臟興奮的電活動(dòng)．研究心電信號(hào)對(duì)于研究心臟基本功能及其病理有重要的參考價(jià)值．正常心電圖波形圖如圖2所示．

醫(yī)生依據(jù)心臟電活動(dòng)與心電圖的時(shí)恒對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)對(duì)異常波形和正常波形節(jié)奏和形狀的比較，判斷心臟的病變和發(fā)病類(lèi)型．經(jīng)過(guò)醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)，正常人的心電圖典型值如表1所示．

2 心電波形理論

表1 正常人心電圖典型值Tab．1 Typical ECG values of normal subjects

3 系統(tǒng)硬件介紹

3．1 HKD-10B心電采集傳感器

心電信號(hào)的采集經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展，采集電路愈加成熟，可以根據(jù)實(shí)際情況采用不同的心電采集、處理電路．本系統(tǒng)采用單導(dǎo)數(shù)字HKD-10B心電采集傳感器，該傳感器具有精度高、采樣頻率適中、低功耗、寬電源電壓范圍等優(yōu)點(diǎn)．傳感器工作時(shí)按照全雙工串行通訊方式，通過(guò)TTL電平串口獲取控制信號(hào)以及將二進(jìn)制數(shù)字心電信號(hào)傳輸至控制芯片．傳輸過(guò)程中，性能穩(wěn)定，極少發(fā)生丟幀情況，其數(shù)據(jù)幀格式如圖3所示．其中，在上位機(jī)對(duì)傳感器控制過(guò)程中，通過(guò)選擇不同控制字（0XC0，0XC1，0XC2，0XC3，0XCF等）實(shí)現(xiàn)不同的功能需求．

圖3 HKD-10B數(shù)據(jù)幀格式Fig．3 Format of HKD-10B data frame

3．2 GTM 900C模塊

常用的無(wú)線通信技術(shù)中，藍(lán)牙、WIFI、紅外、ZigBee等［12］技術(shù)均應(yīng)用在短距離傳輸．本系統(tǒng)服務(wù)于遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，需要有遠(yuǎn)程通信的網(wǎng)絡(luò)，GPRS可以在移動(dòng)用戶(hù)和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如支持TCP／IP、X．25等網(wǎng)絡(luò)）之恒提供一種連接，從而給移動(dòng)用戶(hù)提供高速無(wú)線IP和無(wú)線X．25業(yè)務(wù)，即通過(guò)無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信．GPRS技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、成本較低、永遠(yuǎn)在線和僅按照數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，所以本系統(tǒng)選用GPRS技術(shù)，利用基于TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)透?jìng)鞴δ埽?3］進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸．由于GTM900C模塊內(nèi)置TCP／IP協(xié)議，故選用GTM900C模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸．

需要注意的是GTM900C模塊具有數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）功能和數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）功能．在PC機(jī)與GTM900C通信的過(guò)程中，GTM900C模塊作為DTE設(shè)備，而在S3C2440A與GTM900C通信過(guò)程中，GTM900C模塊作為DCE設(shè)備．

3．3 控制單元

遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)需要采集終端有足夠的數(shù)據(jù)處理速度和穩(wěn)定性．三星公司的S3C2440A主頻為400 MHz，各種接口齊備，多應(yīng)用于高端使用范圍，可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)．同時(shí)，因?yàn)镾3C2440A是基于軟核的高級(jí)精簡(jiǎn)指令機(jī)，使系統(tǒng)具有更好的延展性和后續(xù)可升級(jí)性，所以本系統(tǒng)采用S3C2440A作為終端CPU，并選擇合適的SDRAM、NOR Flash和NAND Flash等芯片輔助控制．

GTM900C模塊、HKD-10B心電傳感器與S3C2440A的硬件連接方式如圖4所示．

圖4 硬件連接示意Fig．4 Schematic diagrams of hardware connection

4 軟件實(shí)現(xiàn)

4．1 客戶(hù)端程序設(shè)計(jì)

在Fedora Linux平臺(tái)下，使用交叉編譯等工具開(kāi)發(fā)嵌入式Linux底層驅(qū)動(dòng)程序和終端控制程序，實(shí)現(xiàn)S3C2440A芯片對(duì)心電信號(hào)采集、發(fā)送、控制等功能．心電數(shù)據(jù)接收函數(shù)主要涉及有名管道函數(shù)，心電數(shù)據(jù)接收線程、心電數(shù)據(jù)處理線程三部分．心電數(shù)據(jù)的采樣頻率為200 Hz，每個(gè)采樣點(diǎn)返回的數(shù)據(jù)為5 B，每秒的總數(shù)據(jù)量為1 KB．因?yàn)镚PRS模塊的TCP／IP通信過(guò)程采用延時(shí)發(fā)送模式需要時(shí)刻查看GPRS內(nèi)存剩余量，所以本課題采用非延時(shí)發(fā)送模式，每次發(fā)送的數(shù)據(jù)包大小不超過(guò)1 KB．在核心控制單元程序中開(kāi)啟2個(gè)線程：心電數(shù)據(jù)接收線程和心電數(shù)據(jù)處理線程．心電數(shù)據(jù)接收線程和處理線程流程圖如圖5所示．

在心電數(shù)據(jù)接收過(guò)程中創(chuàng)建1 KB大小的管道，心電采樣頻率為200 Hz，每次接收5 B的心電數(shù)據(jù)，在心電數(shù)據(jù)處理線程中，讀取管道里面的數(shù)據(jù)，每次讀取1 KB，因心電數(shù)據(jù)處理的速度比接收數(shù)據(jù)的速度快，在線程內(nèi)通過(guò)PV原語(yǔ)操作信號(hào)量解決線程同步與互斥問(wèn)題．提取有效心電信號(hào)達(dá)到1 KB時(shí)，開(kāi)啟數(shù)據(jù)傳輸線程，使用GTM900C模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)按照指令設(shè)定接入Internet網(wǎng)絡(luò)，并將心電數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)終端采集、發(fā)送功能．

圖5 心電信號(hào)接收線程和處理線程流程Fig．5 Flow charts of ECG signal receiving and processing thread function

為實(shí)現(xiàn)生理信號(hào)傳輸?shù)母咝?，設(shè)計(jì)生理信號(hào)發(fā)送幀格式如圖6所示．?dāng)?shù)據(jù)幀由幀頭、手機(jī)號(hào)碼、生理信號(hào)、幀尾四部分組成，其中幀頭、幀尾各由兩相同字節(jié)組成．心電信號(hào)雖然為波形信號(hào)，但可以進(jìn)行數(shù)值化，而每個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)值信息均可以按照該定義格式進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸．顯而易見(jiàn)，該數(shù)據(jù)幀格式也可應(yīng)用于其他生理信號(hào)的傳輸過(guò)程．

圖6 心電信號(hào)數(shù)據(jù)幀格式Fig．6 Format of ECG signal data frame

4．2 監(jiān)護(hù)中心端程序設(shè)計(jì)

GPRS網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信需要固定IP．因此，用到GPRS無(wú)線通信時(shí)都會(huì)涉及到組網(wǎng)問(wèn)題，常用的組網(wǎng)方案有4種：公網(wǎng)固定IP、公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP＋DNS（domain name system）解析服務(wù)、APN（access point name）專(zhuān)網(wǎng)固定IP、APN專(zhuān)線接入［14］．很多事業(yè)、企業(yè)、學(xué)校等單位的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，多為動(dòng)態(tài)IP，雖然可以向網(wǎng)絡(luò)部門(mén)申請(qǐng)固定IP，但由于系統(tǒng)安全性問(wèn)題，將端口映射至所申請(qǐng)的固定IP或直接使用固定IP也不一定能實(shí)現(xiàn)與GPRS通信．本次系統(tǒng)中通過(guò)專(zhuān)用IP端口映射工具將內(nèi)網(wǎng)IP直接進(jìn)行端口映射，獲取固定IP，經(jīng)測(cè)試其具有很高的穩(wěn)定性．

遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)平臺(tái)程序主框圖如圖7所示．

圖7 遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)平臺(tái)程序主框圖Fig．7 Main block diagram of remote monitoring platform

數(shù)據(jù)傳輸按照TCP／IP傳輸協(xié)議進(jìn)行，保證了命令和數(shù)據(jù)信息在傳輸過(guò)程中的可靠性．SOCKET接口是TCP／IP網(wǎng)絡(luò)的API（application programming interface），在監(jiān)護(hù)中心處，使用MFC SOCKET對(duì)所映射的IP和端口創(chuàng)建套接字，并使用與GPRS服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的端口關(guān)聯(lián)、監(jiān)聽(tīng)、接收請(qǐng)求、處理請(qǐng)求等函數(shù)接收來(lái)自GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男碾姅?shù)據(jù)，并在處理請(qǐng)求后關(guān)閉套接字［15］．常用套接字函數(shù)如：Create（）、Bind（）、Listen（）、Accept（）、Recv（）以及Close（）等．在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，開(kāi)啟SOCKET數(shù)據(jù)接收、處理線程用于實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)接收、顯示、存儲(chǔ)等功能．

生理信號(hào)經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)護(hù)終端，需要根據(jù)數(shù)據(jù)幀格式對(duì)接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換算法，區(qū)別是哪種類(lèi)型的生理信號(hào)，判斷所發(fā)送的生理信號(hào)是否合法及是否進(jìn)行保存．由于心電數(shù)據(jù)量大，基于TCP／IP的數(shù)據(jù)透?jìng)鞯闹鲃?dòng)模式每包數(shù)據(jù)最大值為1 KB，在心電數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中可能多次分包進(jìn)行，以心電數(shù)據(jù)接收過(guò)程的幀格式轉(zhuǎn)換算法為例進(jìn)行介紹．心電數(shù)據(jù)接收過(guò)程的幀格式轉(zhuǎn)換流程圖如圖8所示．

SOCKET數(shù)據(jù)接收線程功能流程圖如圖9所示．

圖8 心電數(shù)據(jù)接收過(guò)程的幀格式轉(zhuǎn)換流程圖Fig．8 Flow chart of monitoring terminal for frame format conversion of ECG data receiving process

監(jiān)護(hù)中心系統(tǒng)使用SQLServer2005建立患者信息庫(kù)和心電數(shù)據(jù)庫(kù)［16］，醫(yī)師可以通過(guò)查看心電信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，掌握病人的以往病歷情況；通過(guò)對(duì)某些特定時(shí)恒點(diǎn)心電波形的分析，觀測(cè)藥物或其他因素對(duì)心電信號(hào)的影響，該系統(tǒng)能夠協(xié)助醫(yī)師對(duì)病人身體情況、藥物效果等進(jìn)行全面掌控．其中病人心電數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)護(hù)中心，將心電數(shù)據(jù)信息保存至心電數(shù)據(jù)庫(kù)的函數(shù)如下：

應(yīng)用Microsoft Visual Studio 2008開(kāi)發(fā)友好的監(jiān)護(hù)中心界面，使系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)接收、存儲(chǔ)病人心電數(shù)據(jù)，而且能夠?qū)颊咝碾姴ㄐ芜M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)．此外，還為醫(yī)師提供病人的相關(guān)資料信息，實(shí)現(xiàn)了心電圖對(duì)比回放、時(shí)恒軸控制、實(shí)時(shí)心率統(tǒng)計(jì)和實(shí)時(shí)閃燈報(bào)警等功能．同時(shí)在監(jiān)護(hù)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)護(hù)者信息的“更、添、刪、改”功能，并可根據(jù)所監(jiān)護(hù)的生理信號(hào)進(jìn)行應(yīng)用擴(kuò)展．目前系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)值信號(hào)（體溫和波形信號(hào)）的近身采集、遠(yuǎn)程傳輸、服務(wù)器接收、分析、報(bào)警、存儲(chǔ)等功能，并根據(jù)數(shù)值信號(hào)的特點(diǎn)，預(yù)設(shè)了高低血壓的監(jiān)測(cè)窗口．遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)中心系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行圖如圖10所示．

圖9 SOCKET數(shù)據(jù)接收線程功能流程圖Fig．9 Flow chart of SOCKET data receiving thread function

圖10 遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)中心系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行圖Fig．10 Running chart of remote ECG monitoring center system

當(dāng)某一患者的心電波形需要實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)時(shí)，可以“開(kāi)啟遠(yuǎn)程”監(jiān)護(hù)模式，監(jiān)護(hù)平臺(tái)則將實(shí)時(shí)接收到的心電信號(hào)在ECG（electrocardiogram）心電圖區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)繪圖．同時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)對(duì)QRS波形的標(biāo)記、心律失常診斷或心電特征提?。疄閷?shí)現(xiàn)QRS波的快速、精確定位，本系統(tǒng)采用自適應(yīng)幅度閾值法和時(shí)恒恒隔閾值法對(duì)QRS波進(jìn)行提取．QRS波形提取及標(biāo)記圖如圖11所示．

圖11 QRS波形提取及標(biāo)記圖Fig．11 Charts of QSR waveform extraction and mark

通過(guò)程序?qū)RS寬度及R-R恒期提取后，將ECG信號(hào)進(jìn)行診斷，通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)一套由臨床醫(yī)生確定的8個(gè)QRS復(fù)波識(shí)別，這些QRS復(fù)波包括病人的“正?！毙穆逝c形態(tài)，是某患者心電數(shù)據(jù)的“正?！眳^(qū)域．系統(tǒng)采用基于RR恒隔和QRS恒期聯(lián)合映射的心率失常算法，根據(jù)生理指標(biāo)極限設(shè)定，完成漏博、停博、心動(dòng)過(guò)速、心動(dòng)過(guò)緩、心率不齊5種心率異常檢測(cè)．

5 結(jié)束語(yǔ)

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)社會(huì)老齡化趨勢(shì)加劇，空巢現(xiàn)象日益嚴(yán)峻，國(guó)民醫(yī)療保障體系不完善，迫切需要建立適合國(guó)情的移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)．本研發(fā)系統(tǒng)終端采用ARM920T內(nèi)核的精簡(jiǎn)指令微處理器S3C2440A芯片作為CPU，從而控制心電傳感器模塊采集信號(hào)，并將數(shù)據(jù)上傳至CPU，同時(shí)控制GTM900C模塊將心電信號(hào)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸．遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心提供了對(duì)患者信息庫(kù)和心電信息庫(kù)的支持，采用心電波形提取算法進(jìn)行波形檢測(cè)，具有對(duì)心電信號(hào)的接收、處理、存儲(chǔ)、顯示、計(jì)算、回放、對(duì)比等功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)被監(jiān)護(hù)者的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)目的，為醫(yī)師全面診斷病人提供了全面信息，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免誤診，具有很強(qiáng)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用意義．

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（中文編輯：唐 晴 英文編輯：周 堯）

Electrocardiography Monitoring System Based on Wireless Communication

NING Wenshuang， LIANG Ting， YUAN Yong J
（School of Materials Science and Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）

To assist the doctors in assessing drug effects and monitor the recovery of patients，the mobile medical monitoring system was designed in this paper，which utilizes electrocardiography（ECG）signals．ECG sensors were adopted to gather signals from monitoring sites．Both ECG signal acquisition and transmission were controlled by an ARM chip．GPRS network and Internet network were used for the remote wireless data transmission．In either a monitoring center or community hospital，SOCKET technology was utilized to develop network applications．The end-user friendly interface was visually established，and patient database and ECG database were administrated by the monitoring center with SQL database．When the sampling frequency of ECG sensors is 200 Hz，the Nyquist sampling theorem was satisfied and the acquisition precision is up to 5 mV，which can obtain accurate ECG P，Q，R，S，T waveforms．ARM processor has the merits of high performance，low power consumption and real-time analysis．The developed system not only realizes remote，real-time monitoring and alarming for ECG，but also provides the functions such as waveform playback and QRS waveform detection，which can be extended to other applications of physiological signal monitoring system．

TP277

A

0258-2724（2016）01-0193-08 DO I：10．3969／j．issn．0258-2724．2016．01．027

2014-04-28

寧文雙（1988—），女，助理工程師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化系統(tǒng)，E-mail：wenshuangning＠126．com

YUAN Yong J（1964—），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樯飩鞲小⑽C(jī)電一體化系統(tǒng)等，電話：028-87600980，E-mail：yongyuan＠swjtu．edu．cn

寧文雙，梁婷，YUAN Yong J．基于無(wú)線通信的心電生理信號(hào)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)［J］．西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，51（1）：193-200．