遠程心電監護軟件系統的設計與實現

1 引言

心血管疾病是現代工業社會中對人類生命威脅最大的疾病,我國城鎮中現有4000多萬冠心病患者。 由於心臟疾病發病時具有很大的突然性,失去了寶貴的早期診斷救治時間,導致疾病進入晚期,甚至當場發生心臟猝死,造成高額醫療費用,給社會和個人家庭帶來沉重的經濟負擔。 因此日常的心臟監護就成為保證病人生命安全的重要手段,通過日常監護預先發現異常徵兆,及時給予救治。

清華大學深圳研究生院嵌入式系統與技術實驗室開發了一套遠程心電監護系統,實現對心髒病人心電信號(ECG)的遠程監測和護理。 該方案融合了信號採集、數據傳輸(GSM/GPRS網絡、藍牙、Internet網絡)、心電信號計算機分析與心電醫療理論、PDA移動計算技術、數據庫等各種技術,能夠很好地滿足醫院和 患者對心電信號遠程監護的要求。

        患者在家中或者外出都可以佩戴心臟監護儀,隨時可以將心電圖數據通過GPRS網絡發送到醫院的監護中心,或者醫生使用PDA在現場採集患者的心電數據進行診斷。 監護中心的醫生實時地得到病人的心電圖數據,診斷以後再通過短消息將診斷結果通過GSM網絡發送至病人的移動心臟監護儀。 隨著新的應用服務提供商(ApplICa TI on Services Provider,ASP)模式的興起,遠程心電監護系統通過構建運行平台和應用軟件系統,以ASP模式運營,可以作為未來數字化醫院、遠程醫療、社會/社區疾病保障的一項服務內容。 本文將對我們整套遠程心電監護的軟件系統進行介紹。

2 遠程心電監護系統的總體結構

遠程心電監護系統的整體拓撲結構如圖1。 整個系統分為三個部分:移動監護儀前端、醫用PDA、醫院中央服務器。 移動監護儀用於患者病人的數據採集與發送,心電信息的簡易處理與顯示;醫生使用的PDA移動監護設備,具有接收患者心電信號數據和接收醫院中央服務器數據的功能,並能對信號 做一定的分析與處理;醫院中央服務器負責整個心電信息管理系統,接收患者心電信號數據,調度醫生PDA,心電信號的全面檢測和分析,負責與醫用管理信息系統MIS的鏈接。

遠程心電監護系統的整體拓撲結構圖

 
用戶端的移動監護儀單機測量得到患者的心臟電生理信號,通過GPRS移動通信網絡將監測數據傳輸到醫院中央心電信息處理系統,或者傳輸到自己專屬醫生的PDA上,或者通過藍牙無線傳輸到現場 醫生的PDA上。 醫院中央心電信息處理系統接收患者的數據接入請求,調度醫生的工作,為各個醫生分配患者, 將相應患者的心電圖處理數據發送到醫生PDA中。 醫院中央心電信息處理系統還負責維護心電病歷數據庫,並鏈接醫院醫用管理信息系統MIS。

相對於醫院中央心電信息處理系統,醫用PDA是一個小型的移動心電信息處理平台,PDA也具有信號數據接收和分析處理的功能。 醫生在接到醫院中央心電處理系統的調度信息後,遠程診斷患者的病情,根據情況去患者現場實地就診;或者PDA直接通過GPRS遠程接收自己專屬患者的心電數據,也可通過藍牙無線傳輸 技術現場接收患者的心電數據,直接在PDA上做心電圖自動分析檢測和診斷。

3 移動監護儀的軟件

移動監護儀實時採集用戶的ECG(心電信號),當用戶心臟出現異常狀況時會自動報警並通過GPRS方式或者藍牙將用戶ECG數據發送到醫院中央心電信息處理系統或者醫生PDA。 移動監護儀的硬件由下列部分組成:ECG信號採集模塊、主控CPUPIC、GSM/GPRS模塊WISMO Q2406、Flash存儲器、LCD顯示屏。

移動監護儀前端軟件流程圖如圖2,總共實現9個軟件模塊的工作:數據採集、ECG信號簡單的數字濾波、ECG信號簡單的檢測和識別、ECG數據壓縮、ECG數據包封裝、Flash文件系統 、USB驅動、GPRS或藍牙收發模塊、LCD顯示模塊。

CPU將採樣數據ECG信號放入RAM區中的FIFO中,對信號做一些簡單的檢測識別,主要是:心律失常分析(心率、竇性心動過速、竇性心動過緩、室性期前收縮 PVC、房性前收縮APC、漏搏與停搏),為報警提供依據;ST段分析,先定位R波,然後確定ST段的電平和斜率。 監護儀的LCD上顯示的內容包括:簡單的ECG分析結果(心率、心律失常分析結果、ST段電壓、QRS波群時間與振幅等),日期時間,系統狀態(報警是否有聲,電池電量,當前 是否在記錄及發送等)。 單片機PIC主要負責數據採集、噪聲濾波、信號分析;WISMOQ2406主要負責數據壓縮、數據打包、數據發送。

移動監護儀前端軟件流程圖