远程心电监护软件系统的设计与实现

1 引言

心血管疾病是现代工业社会中对人类生命威胁最大的疾病,我国城镇中现有4000多万冠心病患者。由于心脏疾病发病时具有很大的突然性,失去了宝贵的早期诊断救治时间,导致疾病进入晚期,甚至当场发生心脏猝死,造成高额医疗费用,给社会和个人家庭带来沉重的经济负担。因此日常的心脏监护就成为保证病人生命安全的重要手段,通过日常监护预先发现异常征兆,及时给予救治。

清华大学深圳研究生院嵌入式系统与技术实验室开发了一套远程心电监护系统,实现对心脏病人心电信号(ECG)的远程监测和护理。该方案融合了信号采集、数据传输(GSM/GPRS网络、蓝牙、Internet网络)、心电信号计算机分析与心电医疗理论、PDA移动计算技术、数据库等各种技术,能够很好地满足医院和患者对心电信号远程监护的要求。

        患者在家中或者外出都可以佩戴心脏监护仪,随时可以将心电图数据通过GPRS网络发送到医院的监护中心,或者医生使用PDA在现场采集患者的心电数据进行诊断。监护中心的医生实时地得到病人的心电图数据,诊断以后再通过短消息将诊断结果通过GSM网络发送至病人的移动心脏监护仪。随着新的应用服务提供商(ApplICation Services Provider,ASP)模式的兴起,远程心电监护系统通过构建运行平台和应用软件系统,以ASP模式运营,可以作为未来数字化医院、远程医疗、社会/社区疾病保障的一项服务内容。本文将对我们整套远程心电监护的软件系统进行介绍。

2 远程心电监护系统的总体结构

远程心电监护系统的整体拓扑结构如图1。整个系统分为三个部分:移动监护仪前端、医用PDA、医院中央服务器。移动监护仪用于患者病人的数据采集与发送,心电信息的简易处理与显示;医生使用的PDA移动监护设备,具有接收患者心电信号数据和接收医院中央服务器数据的功能,并能对信号做一定的分析与处理;医院中央服务器负责整个心电信息管理系统,接收患者心电信号数据,调度医生PDA,心电信号的全面检测和分析,负责与医用管理信息系统MIS的链接。

远程心电监护系统的整体拓扑结构图

 
用户端的移动监护仪单机测量得到患者的心脏电生理信号,通过GPRS移动通信网络将监测数据传输到医院中央心电信息处理系统,或者传输到自己专属医生的PDA上,或者通过蓝牙无线传输到现场医生的PDA上。医院中央心电信息处理系统接收患者的数据接入请求,调度医生的工作,为各个医生分配患者, 将相应患者的心电图处理数据发送到医生PDA中。医院中央心电信息处理系统还负责维护心电病历数据库,并链接医院医用管理信息系统MIS。

相对于医院中央心电信息处理系统,医用PDA是一个小型的移动心电信息处理平台,PDA也具有信号数据接收和分析处理的功能。医生在接到医院中央心电处理系统的调度信息后,远程诊断患者的病情,根据情况去患者现场实地就诊;或者PDA直接通过GPRS远程接收自己专属患者的心电数据,也可通过蓝牙无线传输技术现场接收患者的心电数据,直接在PDA上做心电图自动分析检测和诊断。

3 移动监护仪的软件

移动监护仪实时采集用户的ECG(心电信号),当用户心脏出现异常状况时会自动报警并通过GPRS方式或者蓝牙将用户ECG数据发送到医院中央心电信息处理系统或者医生PDA。移动监护仪的硬件由下列部分组成:ECG信号采集模块、主控CPUPIC、GSM/GPRS模块WISMO Q2406、Flash存储器、LCD显示屏。

移动监护仪前端软件流程图如图2,总共实现9个软件模块的工作:数据采集、ECG信号简单的数字滤波、ECG信号简单的检测和识别、ECG数据压缩、ECG数据包封装、Flash文件系统、USB驱动、GPRS或蓝牙收发模块、LCD显示模块。

CPU将采样数据ECG信号放入RAM区中的FIFO中,对信号做一些简单的检测识别,主要是:心律失常分析(心率、窦性心动过速、窦性心动过缓、室性期前收缩PVC、房性前收缩APC、漏搏与停搏),为报警提供依据;ST段分析,先定位R波,然后确定ST段的电平和斜率。监护仪的LCD上显示的内容包括:简单的ECG分析结果(心率、心律失常分析结果、ST段电压、QRS波群时间与振幅等),日期时间,系统状态(报警是否有声,电池电量,当前是否在记录及发送等)。单片机PIC主要负责数据采集、噪声滤波、信号分析;WISMOQ2406主要负责数据压缩、数据打包、数据发送。

移动监护仪前端软件流程图