基于工控機(jī)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)心電工作站的應(yīng)用研究

德州市人民醫(yī)院器械科 （山東 德州 253014）

內(nèi)容提要： 目的：本文研制了一種基于工控機(jī)的新型移動(dòng)式心電工作站，來(lái)滿足臨床醫(yī)護(hù)的實(shí)際需求。方法：采用工控機(jī)作為核心主機(jī)與工業(yè)觸控顯示器、有線心電采集器、UPS電源、無(wú)線網(wǎng)、專用臺(tái)車構(gòu)成一臺(tái)智能心電工作站系統(tǒng)。并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成。結(jié)果：在臨床應(yīng)用中，充分體現(xiàn)了該機(jī)超強(qiáng)的穩(wěn)定性、適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間工作的特點(diǎn)，取得了顯著效果。結(jié)論：以工控機(jī)為核心的心電工作站很好地解決了臨床工作中問(wèn)題，優(yōu)勢(shì)明顯，值得開(kāi)發(fā)利用。

近年來(lái)，隨著數(shù)字化技術(shù)發(fā)展及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨完善，醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)得到迅速發(fā)展[1]，特別是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（WIFI）技術(shù)的深入應(yīng)用，使心電圖發(fā)展進(jìn)入到“高速公路”時(shí)代，同步、精準(zhǔn)、快速地傳遞心電資料，體現(xiàn)了“時(shí)間就是生命”的真諦。而現(xiàn)用的心電工作站越來(lái)越不適應(yīng)實(shí)際工作要求，尤其在急診科與心內(nèi)科表現(xiàn)最明顯，伴隨著工控機(jī)在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，研制一種新型實(shí)用的移動(dòng)心電工作站來(lái)滿足臨床的需要就顯得十分必要。

1.背景材料

本院心電網(wǎng)絡(luò)使用已六年多，深刻體會(huì)到硬件與軟件的兼容性非常重要，尤其是硬件的選取?，F(xiàn)用工作站采用聯(lián)想家用或商用平板電腦作為平臺(tái)，雖然實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)智能的功能，但不是專為心電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)用的，隨著應(yīng)用的發(fā)展，需要外接身份證刷卡器、有線放大器采集器、鼠標(biāo)等設(shè)備。而設(shè)備只有一個(gè)USB2.0接口，無(wú)法功能擴(kuò)展，只能采用集線器方式解決，但實(shí)際使用中經(jīng)常燒毀集線器，故障頻發(fā)。

該平板電腦適應(yīng)病房頻繁移動(dòng)的環(huán)境能力較差，抗干擾不強(qiáng)、穩(wěn)定性也不好，長(zhǎng)期運(yùn)行存在“卡、慢、死機(jī)”等現(xiàn)象；電池存電量少，待機(jī)續(xù)航時(shí)間短，觸控操作不便，體現(xiàn)不了時(shí)效性。

而工控機(jī)近年來(lái)在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越成熟（所謂工控機(jī)，就是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具備電腦的一切功能和屬性）由于具有環(huán)境適應(yīng)性好、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、功耗低、可視化強(qiáng)，開(kāi)放性、兼容性好，易于聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)[2]，已在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足發(fā)展。

鑒于此我們研制了一種基于工控機(jī)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的心電工作站。

2.該工作站系統(tǒng)構(gòu)成和特點(diǎn)

2.1 工作站系統(tǒng)硬件組成

工控機(jī)主機(jī)、工業(yè)觸控顯示器、有線式心電采集器、無(wú)線網(wǎng)、電源模塊、附件（四肢電極、夾胸電極、導(dǎo)聯(lián)線）、專用臺(tái)車構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

圖1.工作站硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.1工控主機(jī)主要參數(shù)

①CPU Intel四核四線程J1900 22NM處理器，主頻2.0GHz，睿頻2.4GHz，TAP功耗10W；

②視頻輸出HDMI1.4接口1個(gè)VGA；音頻1×SPK+1×MIC，HDMI支持5.1聲道；

③硬盤(pán)60GSSD固態(tài)硬盤(pán)；內(nèi)存4GDDR3；

④USB接口1×USB3.0 4×USB2.0；WIFI2.4G/5G雙頻WIFI 300M ；1個(gè)千兆網(wǎng)口；

⑤電源12V3ADC；

⑥大小175mm×125mm×37mm ；重量約500g；

該機(jī)支持win10/win7系統(tǒng)，開(kāi)機(jī)時(shí)間＜10s，通過(guò)安裝還原軟件，保證每一次開(kāi)機(jī)都恢復(fù)到預(yù)設(shè)狀態(tài)，保護(hù)硬盤(pán)數(shù)據(jù)及文件安全，同時(shí)避免主機(jī)因長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生緩存文件過(guò)多而造成系統(tǒng)的卡頓問(wèn)題。

2.1.2觸控一體工業(yè)顯示器

①尺寸10.4寸；屏幕比例4:3；分辨率800×600；觸摸屏電容屏；

②工作溫度-15°C～60°C；功率約35W；供電方式12V4ADC；

該顯示器支持10點(diǎn)電容觸摸功能，電容觸摸＞5000萬(wàn)次，支持7×24h運(yùn)行。

2.1.3有線式心電采集器

型號(hào)DMS300-BTTO2電源5.0VDC。

2.1.4電源模塊

①容量1000VA/600W峰值功率600W；

②輸入電壓165～176V，頻率50Hz輸出（市電模式195～255VC±1%），電池模式220VAC±10%；

③使用環(huán)境：濕度0%～90%，溫度0～40°C，噪音＜40db，重量5.7kg；

④電池12V9AH充電時(shí)間6h；

電源UPS為工控主機(jī)和顯示器提供工作電源。

2.2 工作站系統(tǒng)軟件組成

操作系統(tǒng)采用windows10；心電軟件采用DMS 4.0版與心電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相一致；有線放大器驅(qū)動(dòng)程序采用DMS3.4版。

2.3 本工作站具備的特點(diǎn)

操作系統(tǒng)Windows10易學(xué)易用，擁有多個(gè)USB接口，便于功能擴(kuò)展。該系統(tǒng)功耗低，散熱性能好，穩(wěn)定可靠，具有防塵、防振、抗電磁、耐高低溫特征。數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)，波形清晰。支持7×24h不間斷運(yùn)行，續(xù)航能力強(qiáng)大。適應(yīng)無(wú)線網(wǎng)WIFI數(shù)據(jù)傳輸，易于網(wǎng)絡(luò)化。顯示界面友好，可視化強(qiáng)，適合一人獨(dú)立操作。

3.系統(tǒng)調(diào)試與檢測(cè)

3.1經(jīng)過(guò)軟硬件的設(shè)計(jì)和選材，完成了整體構(gòu)架，但是還需經(jīng)過(guò)必要的調(diào)試和分析才能進(jìn)一步完善該系統(tǒng)。為檢驗(yàn)各模塊是否按要求進(jìn)行正常工作，借助萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器以及示波器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)測(cè)試結(jié)果完成對(duì)各個(gè)模塊完成功能的評(píng)估[3]，結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)整體系統(tǒng)測(cè)試，使用SKX-2000型心電信號(hào)模擬器進(jìn)行多項(xiàng)目、多參數(shù)校準(zhǔn)測(cè)試。該模擬器12導(dǎo)聯(lián)輸出，可輸入校準(zhǔn)波形、方波、尖角波形、正弦波、心電波形等5種測(cè)試波形，同時(shí)顯示信號(hào)的幅度、頻率、心率或周期等參數(shù)[4]。輸入的具體參數(shù)如下：

（1）校準(zhǔn)波形：心率60bpm幅度1.00mv寬度100ms；

（2）方波：頻率1.0Hz幅度1.00mv；

（3）尖角波形：心率75bpm幅度1.00mv方向上；

（4）正弦波：頻率10Hz幅度1.00mv偏置電壓10mv；

（5）心電波形：普通心電60bpm；

經(jīng)過(guò)以上參數(shù)測(cè)試該系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為進(jìn)一步臨床試驗(yàn)打下了良好基礎(chǔ)，確保了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

表1.ECG測(cè)量結(jié)果

3.2利用本文設(shè)計(jì)的心電圖工作站分別對(duì)不同年齡性別的人群進(jìn)行了測(cè)試，均能顯示清晰的ECG波形，并能夠準(zhǔn)確地顯示心率，抗干擾能力強(qiáng).為了更好地驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，還利用了MIT/BIH數(shù)據(jù)庫(kù)中的ECG數(shù)據(jù)作為輸入，進(jìn)行驗(yàn)證[5]，結(jié)果如表1所示。

經(jīng)過(guò)模擬和實(shí)踐兩方面測(cè)試，驗(yàn)證了本系統(tǒng)硬件的選擇與軟件應(yīng)用的完美融合，兼容性好，心電數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)，抗干擾能力強(qiáng)，與標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)心電圖機(jī)檢測(cè)的心電圖對(duì)比無(wú)明顯差異[6]，數(shù)據(jù)通過(guò)WIFI傳遞流暢，完全滿足臨床診斷的要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4.結(jié)論

本文研制的基于工控機(jī)的移動(dòng)工作站，充分發(fā)揮了工控機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，使工作站成為醫(yī)生的好幫手，解決了原工作站故障率高的問(wèn)題。該工作站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、移動(dòng)穩(wěn)重、功耗低、低噪聲及抗干擾強(qiáng)[7]，適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間工作的特點(diǎn)。達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。