家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

吳一川 揭陽(yáng)市慈云醫(yī)院 （廣東 揭陽(yáng) 522031）

家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

吳一川 揭陽(yáng)市慈云醫(yī)院 （廣東 揭陽(yáng) 522031）

心臟病作為危害人體健康的主要疾病之一，具有突發(fā)性、偶然性等特點(diǎn)，目前，觀測(cè)潛在患者的心電圖用于診斷和預(yù)防心臟疾病的主要手段，鑒于此，各種與心電有關(guān)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，尤其是遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)被不斷研發(fā)出來(lái)投入使用，以保障生命健康。本文的目的在于對(duì)現(xiàn)有的家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行研究，并介紹不同種類的家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后總結(jié)并展望未來(lái)心電監(jiān)護(hù)在家庭中的應(yīng)用趨勢(shì)。

心臟疾病 心電監(jiān)護(hù) 家庭遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)

1.前言

心臟病是現(xiàn)代常見(jiàn)疾病，其發(fā)作具有偶然性和突發(fā)性等特點(diǎn)，若發(fā)病時(shí)沒(méi)有專業(yè)人員進(jìn)行急救，或者沒(méi)有及時(shí)送往醫(yī)院進(jìn)行救治，很容易致殘甚至猝死。如果能對(duì)心臟病患者進(jìn)行實(shí)時(shí)的心電監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可疑的心電圖變化，并采取相應(yīng)措施，就能防患于未然，從而降低突發(fā)性心臟病的死亡率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。早期的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，如Holter系統(tǒng)雖能長(zhǎng)時(shí)間記錄被監(jiān)護(hù)者的心電變化，但無(wú)法做到實(shí)時(shí)分析，難以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。隨著心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，更有必要多研究生產(chǎn)簡(jiǎn)便易攜帶的心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，尤其是便攜式的家用類型的，以期實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，異常預(yù)警，為心臟病患者的身體健康提供更多保障。

2.對(duì)家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究

家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要由五個(gè)部分組成，分別是心電檢測(cè)單元、單片機(jī)控制及A/D轉(zhuǎn)換單元、家庭無(wú)線傳輸單元、家庭嵌入式網(wǎng)關(guān)及醫(yī)院數(shù)據(jù)管理單元。

（1）心電檢測(cè)單元

心電檢測(cè)單元用于心電信號(hào)的檢測(cè)和放大，典型的多導(dǎo)心電檢測(cè)電路主要由電極板、導(dǎo)聯(lián)線、導(dǎo)聯(lián)選擇開(kāi)關(guān)、濾波電路、靈敏度選擇等電路模塊組成[1]。這種典型的心檢測(cè)電路存在諸多缺點(diǎn)，如電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音影響心電信號(hào)的采集、用分立元件構(gòu)建的三運(yùn)放電路實(shí)際的共模抑制比不高等，實(shí)際上并不能滿足家庭心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的要求?？紤]到要運(yùn)用于家庭，在設(shè)計(jì)電路時(shí)主要考慮了低功耗、高集成、便攜性、抗干擾及可靠性，具體電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

上述電路在連接導(dǎo)聯(lián)時(shí)利用單片機(jī)的二個(gè)A/D通道，直接進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換，有效避免引入電子開(kāi)關(guān)的噪聲；前置放大器采用B-B公司的INAll8芯片，高精度、低功耗，能充分降低低頻噪音，且電壓增益多，供電電壓范圍寬；針對(duì)由信號(hào)線與屏蔽層之間存在的分布電容引入的工頻干擾，同時(shí)利用屏蔽驅(qū)動(dòng)及浮地跟蹤，理論上消除能90%以上的工頻干擾。此外，該電路還能有效降低功耗，節(jié)約成本。常用的家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的心電檢測(cè)單元多采用此種心電檢測(cè)電路。

（2）單片機(jī)控制及A/D轉(zhuǎn)換單元

該單元的功能是將心電數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)利用其內(nèi)帶的硬件乘法器進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波。該單元主要選用高精度、低功耗，且自帶儲(chǔ)存功能的單片機(jī)。

美國(guó)TI公司推出的超低功耗微處理器MSP430F149芯片，有60KB+256字節(jié)FLASH，2KBRAM，低頻晶振達(dá)到1M以上的主頻。[2]該芯片用于心電數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和數(shù)字濾波，具有高速、通用、功耗低的等特點(diǎn)。同時(shí)，由于心電信號(hào)太小可能產(chǎn)生的信噪比降低的問(wèn)題，此類型單片機(jī)也能通過(guò)調(diào)節(jié)參考電壓或采用電子模擬開(kāi)關(guān)得到解決，非常適合應(yīng)用于便攜式的家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

圖1.

（3）家庭無(wú)線傳輸單元

家庭無(wú)線傳輸單元，也可以稱為家庭無(wú)線通訊單元，其功能是將心電信號(hào)從單片機(jī)傳送至家庭網(wǎng)關(guān)。該單元以高可靠性，調(diào)試簡(jiǎn)單性，模塊化設(shè)計(jì)為目標(biāo)，采用PTR2000無(wú)線MODEM，數(shù)據(jù)接收發(fā)射合一、抗干擾能力強(qiáng)、頻率穩(wěn)定性極好、靈敏度高、發(fā)射功率大、低功耗、超小體積，此外，其使用無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證，很方便。PTR2000在一般開(kāi)闊地的傳輸距離在能達(dá)到300～400米。

（4）家庭嵌入式網(wǎng)關(guān)單元

家庭嵌入式網(wǎng)關(guān)單元的功能是為家庭的信息化提供平臺(tái)，此外通過(guò)擴(kuò)展，可以與其他網(wǎng)關(guān)相連，從而將多個(gè)家庭監(jiān)護(hù)單元聯(lián)系起來(lái)。通常應(yīng)用于家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的家庭網(wǎng)關(guān)是嵌入式Linux，該系統(tǒng)的核心是32位CPU MCF5307，由Motorola公司制造。其電路工作原理是先由PTR2000接收心電信號(hào)，隨后將信號(hào)送入MCF5307中，MCF5307將心電信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)并進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，再將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳入遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)端，即醫(yī)院或遠(yuǎn)程醫(yī)療中心。此外，MCF5307還能連接其他信息終端、移動(dòng)通訊設(shè)備等，功能強(qiáng)大，其對(duì)家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)有很大的幫助。[3]

（5）醫(yī)院數(shù)據(jù)管理單元

醫(yī)院數(shù)據(jù)管理單元是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出終端，用戶的心電數(shù)據(jù)最終將傳入該單元，位于該端的醫(yī)院將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)的顯示形式以掃描式為主。由于并非所有用戶均存在異常的心電信號(hào)，因此并不需要把所有的數(shù)據(jù)都上傳，可通過(guò)管理軟件進(jìn)行智能篩選，將異常心電圖上傳到醫(yī)院終端，協(xié)助醫(yī)生遠(yuǎn)程會(huì)診。

3.家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著科技的進(jìn)步，不同類型的家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)并投入使用，以下是查閱總結(jié)的家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)種類（包括但不限于以下幾種）和應(yīng)用現(xiàn)狀。

（1）基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

該系統(tǒng)首先由PC機(jī)控制心電信號(hào)采集器采集患者的心電信號(hào)，然后將患者的心電信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D數(shù)字接口轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給前端PC機(jī)，在PC機(jī)上進(jìn)行存儲(chǔ)的同時(shí)，由前端PC機(jī)上各式與心電有關(guān)的軟硬件對(duì)傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行波形顯示和波形分析，進(jìn)行簡(jiǎn)單的初步診斷，如遇復(fù)雜或危急的心電圖情況，系統(tǒng)可向患者提出預(yù)警同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將心電數(shù)據(jù)傳輸給醫(yī)療中心進(jìn)行分析處理，從而做出相應(yīng)診斷服務(wù)，以便隨時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將診斷結(jié)果、治療建議等信息及時(shí)發(fā)送到患者的監(jiān)護(hù)儀上，進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)互動(dòng)[4]。

（2）無(wú)線心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

無(wú)線心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要利用的是無(wú)線通信技術(shù)，先在患者身上安裝一個(gè)小型的心電監(jiān)護(hù)儀實(shí)時(shí)獲取患者的心電信號(hào)，然后再利用無(wú)線通信技術(shù)將患者的心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給醫(yī)院等監(jiān)護(hù)中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。目前運(yùn)用于此系統(tǒng)的無(wú)線通訊技術(shù)主要有GSM、GPRS、藍(lán)牙等。

該類型的無(wú)線心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)較多，比如使用該系統(tǒng)時(shí)無(wú)須借助信號(hào)電纜，使整個(gè)監(jiān)護(hù)過(guò)程、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，從而也降低了成本；在數(shù)據(jù)傳輸方面，它可通過(guò)雙藍(lán)牙傳輸實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端及PC端的存儲(chǔ)和回放功能；此外還有具有實(shí)時(shí)分享功能，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。和上一類型相比，此類設(shè)備性價(jià)比更高，但從使用者反饋上看，使用該類型產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，身上必須佩戴電極等相應(yīng)的設(shè)備，在動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)和便攜上仍有改進(jìn)的空間。

（3）基于Android系統(tǒng)智能手機(jī)的心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

在基于Android系統(tǒng)智能手機(jī)的心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中，首先由具備藍(lán)牙發(fā)送功能的心電監(jiān)護(hù)儀對(duì)患者心電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后發(fā)送到用戶的智能手機(jī)端，由心電監(jiān)護(hù)類軟件接收并分析，從而得到心電波形、心率等信息，同時(shí)將信息進(jìn)行存儲(chǔ)，放入數(shù)據(jù)中心。隨后通過(guò)部署ijetty嵌入式web服務(wù)器，位于遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)端的醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心通過(guò)瀏覽器可以訪問(wèn)用戶數(shù)據(jù)中心，查看心電數(shù)據(jù)。同時(shí)可以通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)用戶的智能手機(jī)上的心電監(jiān)護(hù)軟件，直接查看特定患者保存的心電數(shù)據(jù)，及時(shí)作出診斷并將診斷結(jié)構(gòu)發(fā)送給用戶[5]。

該類型的心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)更加明顯，不僅提高了監(jiān)護(hù)效率，節(jié)約了成本，也加強(qiáng)了患者與醫(yī)生的雙向溝通，目前其開(kāi)發(fā)還處于初級(jí)階段，暫未廣泛運(yùn)用，但可以預(yù)見(jiàn)，該類型的心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)一旦成熟并大量生產(chǎn)，無(wú)疑將具有廣闊的發(fā)展前景。

4.小結(jié)與展望

通過(guò)對(duì)家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行研究，不難發(fā)現(xiàn)心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)已然有了基本的結(jié)構(gòu)框架，系統(tǒng)的各個(gè)部分功能突出，彼此聯(lián)系，隨著心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其未來(lái)必將朝著便攜式、網(wǎng)絡(luò)化、人性化等方向發(fā)展。另外，從其應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，易于攜帶、實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格實(shí)惠的家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)產(chǎn)品將是未來(lái)市場(chǎng)的主流。相信隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)設(shè)備的不斷進(jìn)步，更加完善便捷的系統(tǒng)將會(huì)被研發(fā)出來(lái)，從而更加方便可靠的心電監(jiān)護(hù)產(chǎn)品也將誕生，給廣大患者帶來(lái)福音。

[1] 李艷崢. 基于嵌入式web服務(wù)器的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研制[D]. 北京工業(yè)大學(xué), 2014.

[2] 石濤. 基于Android系統(tǒng)智能手機(jī)的心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[D]. 北京工業(yè)大學(xué), 2013.

[3] 徐立新, 陳震, 李慶亮. 無(wú)線數(shù)傳技術(shù)在遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2015,21(7):7-9.

[4] 劉尚輝, 馬瑾. 家庭遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 中國(guó)全科醫(yī)學(xué), 2015,15(13):1542.

[5] 徐紅兵, 周典, 馬端駿, 等. 家庭遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用分析[J]. 電子技術(shù)與軟件工程, 2015,4(13):27.

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