CN104287722A - 一种无线远程多用户心电监护系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线远程多用户心电监护系统及其方法，其系统主要由远程监护站、本地接收端和至少一个便携式心电监护仪组成。便携式心电监护仪对用户进行实时心电监测，获得用户实时心电信号。本地接收端接收便携式心电监护仪的所测心电数据，并对其进行自动诊断分析，出现异常时会发出声音和短信报警。同时，本地接收端可将数据通过互联网传送到远程监护站，对所测心电数据进行人为诊断分析，实现远程实时监护。本发明能够随时随地监控用户的心电信号，并实时进行初步诊断，为及时治疗提供保证；这样可以对病人进行远程诊断，提前预警，为病人争取治疗时间，减小病情偶然性和突发性带来的危险。

Description

一种无线远程多用户心电监护系统及其方法

技术领域

本发明涉及心电监测技术领域，具体涉及一种无线远程多用户心电监护系统及其方法。

背景技术

现代社会中，随着生活节奏的加快以及工作压力的增加，心血管疾病的患病率、发病率及死亡率不断呈上升的趋势，2008年《中国卫生事业发展情况统计公报》显示，心血管疾病导致的死亡人数已占全国总死亡人数的40.27％，且这一数据正在逐年递增。与此同时，我国迈入老龄化社会，而且心血管疾病多发病于中老年人中，并且心脏病是慢性病，具有长期带病，急性发病的特点。据我国卫生部数据中心统计，70％以上的心脏病患者是在社会上或家中突然发病，大部分人因失去抢救时间死于医院外。这些病人如果能够得到及时的抢救与护理，是很有可能避免死亡的。因此，对广大人群进行定期体检以及对心脏病人进行长期甚至是终生的心电监护是非常必要的。

对于亚健康人群来说，心电监测也是很有必要的。通常的心电图机只能获得很短时间的心电图，可用于诊断已成为常态的心脏疾病，而对于往往是偶发性的心率失常则基本无能为力。同时，在医院病房中使用的床边心电监护仪采用12导联，虽然可对患者进行较准确详细的检测，但采集信号时需要患者平躺在床上，限制了患者的活动，不便长时间的监测。此外，统计数据还显示，由于心理或环境上的压力，有相当一部分病人在医院测量的数据与平时生活的环境中所测量的数据有着本质的差别，影响疾病的诊断。因此，需要一种低成本、低功耗、小型化、便携式的心电监护设备，利用当前日益普及的网络技术和无线通信技术可对患者进行远程动态实时监护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线远程多用户心电监护系统及其方法，其能够随时随地监控用户的心电信号，并实时进行初步诊断，为及时治疗提供保证。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种无线远程多用户心电监护系统，主要由远程监护站、本地接收端和至少一个便携式心电监护仪组成；

上述便携式心电监护仪包括电极片、心电调理模块、2个模数转换模块、2个处理器、存储模块、显示模块、无线传输发射器和电源模块；电极片与人体相贴，电极片的输出端经电极线连接心电调理模块的输入端，心电调理模块的输出端分为2路；其中一路即第一通路经第一模数转换模块连接第一处理器的输入端，第一处理器的输出端同时连接存储模块和显示模块；另一路即第二通路经第二模数转换模块连接第二处理器的输入端，第二处理器的输出端连接无线传输发射器；电源模块上设有控制开关，该控制开关具有3个按键开关即双通路开关、第一通路开关和第二通路开关；电源模块的一个输出端连接第一处理器，电源模块的另一个输出端连接第二处理器；

上述本地接收端包括无线传输接收器、本地上位机和本地网卡；无线传输接收器无线连接便携式心电监护仪的无线传输发射器，无线传输接收器的输出端连接本地上位机，本地上位机的输出端连接本地网卡；

上述远程监护站包括远程网卡和远程上位机；远程网卡与本地接收端的本地网卡通过网线连接，远程网卡的输出端连接远程上位机。

上述方案中，心电调理模块包括右腿驱动电路，缓冲电路、前置放大电路、带通滤波电路、陷波电路、主放大电路和电平抬升电路；右腿驱动电路和缓冲电路均与电极片相连，右腿驱动电路的输入端连接前置放大电路的共模电平，缓冲电路的输出端连接前置放大电路的数据输入端，前置放大电路的数据输出端经带通滤波电路连接陷波电路的输入端，陷波电路的输出端经主放大电路连接电平抬升电路的输入端，电平抬升电路的输出端同时连接第一模数转换模块和第二模数转换模块的输入端。

上述方案中，无线传输发射器为ZigBee发射器，无线传输接收器为ZigBee接收器。

上述方案中，本地接收端还进一步包括短信报警模块，该短信报警模块连接在本地上位机上。

基于上述心电监护系统所实现的一种无线远程多用户心电监护方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤一：将电极片贴在待监护用户的身体上，电极片通过电极线将采集到的待监护用户的心电采集信号传送到心电调理模块；

步骤二：利用心电调理电路滤除心电采集信号中的干扰，从干扰中提取出心电信号，并将心电信号放大到便于观察和处理的大小；

步骤三：采集到的模拟心电信号根据控制开关的设定进行双通道或单通道处理，即

当第一通路开关闭合时，存储显示通道导通，此时第一模数转换模块将心电调理电路输出的模拟化的心电信号转换为数字化的心电信号后送入第一处理器中，第一处理器发出控制信号到存储模块和显示模块，将数字化的心电信号存储和显示；

当第二通路开关闭合时，传输通道导通，此时第二模数转换模块将心电调理电路输出的模拟化的心电信号转换为数字化的心电信号后送入第二处理器中，第二处理器发出控制信号到无线传输发射器，将数字化的心电信号实时发送出去；

当双通路开关闭合时，存储显示通道和传输通道同时导通，即同时实现数字化的心电信号的存储、显示和发送；

步骤四：无线传输接收器接收便携式心电监护仪的无线传输发射器送来的所测心电信号，并将其送入本地上位机中；

步骤五：本地上位机从所测心电信号中提取出用户的心率、RR间期、RR间期差、AR、P波和R波参数，并与预先存储在本地上位机内的预先定义的病症逻辑判断表进行查询判别，以获得用户病症的自动化诊断结果；

步骤六：当远程传输开关打开时，则本地接收端的本地上位机通过本地网卡将所测心电信号送入远程监护站中；

步骤七：远程监护站的远程网卡接收本地接收端发送来的所测心电信号，并将所测心电信号送入远程上位机进行人为诊断，此时，人为将所测心电信号与上位机内存储的心电数据库进行匹配后，获得用户病症的人为诊断结果。

上述方法中，步骤五中所述的病症逻辑判断表具体为：

上述方法中，便携式心电监护仪和本地接收端之间通过ZigBee无线网络协定传输所测心电信号。

上述方法还进一步包括，在步骤五中将用户病症的自动化诊断结果和/或步骤七中将用户病症的人为诊断结果发送至用户手机，进行短信报警的过程。

上述方法中，当步骤三中闭合第一通路开关时，则在以后可以直接将存储在存储模块的数字化的心电信号导入本地上位机，并进行步骤五至七的过程。

与现有技术相比，本发明将现代传输技术与医学科技相结合，随时随地监控用户的心电信号，并实时进行初步诊断，为及时治疗提供保证；这样可以对病人进行远程诊断，提前预警，为病人争取治疗时间，减小病情偶然性和突发性带来的危险；远程监护可以在患者熟悉的环境中进行，减轻了患者的心理压力，提高了诊断的准确性；对健康人群的远程监护，可以发现疾病的早期病症，实时了解自身的心电状况，从而达到保健和预防疾病的目的；多用户心电监测和软件自动初步诊断功能，可增加医院体检效率；低成本、低功耗、小型化、便携，对用户日常生活影响小；双处理器分别对模拟信号采样和储存，减小信号的时延和误差，增加心电信号测量准确性，同时可对比避免误诊。

附图说明

图1为一种无线远程多用户心电监护系统的原理框图。

图2为图1中心电调理模块的原理框图。

图3为本地上位机和远程上位机的软件流程图。

图4为本地上位机短信报警流程图。

图5为本地上位机自动诊断流程图。

具体实施方式

一种无线远程多用户心电监护系统，如图1所示，主要由便携式心电监护仪、本地接收端和远程监护站组成。便携式心电监护仪的个数根据用户数量进行设定，所有便携式心电监护仪均与一个本地接收端和远程监护站相连。

便携式心电监护仪包括电极片、心电调理模块、2个模数转换模块、2个处理器、存储模块、显示模块、无线传输发射器和电源模块。电极片与人体相贴，电极片的输出端经电极线连接心电调理模块的输入端，心电调理模块的输出端分为2路。其中一路即第一通路经第一模数转换模块连接第一处理器的输入端，第一处理器的输出端同时连接存储模块和显示模块。另一路即第二通路经第二模数转换模块连接第二处理器的输入端，第二处理器的输出端连接无线传输发射器。电源模块上设有控制开关，该控制开关具有3个按键开关即双通路开关、第一通路开关和第二通路开关。电源模块的一个输出端连接第一处理器，电源模块的另一个输出端连接第二处理器。

本地接收端包括无线传输接收器、本地上位机和本地网卡。无线传输接收器无线连接便携式心电监护仪的无线传输发射器，无线传输接收器的输出端连接本地上位机，本地上位机的输出端连接本地网卡。此外，为了实现短信报警功能，本地接收端还进一步包括短信报警模块，该短信报警模块连接在本地上位机上。

远程监护站包括远程网卡和远程上位机。远程网卡与本地接收端的本地网卡通过网线连接，远程网卡的输出端连接远程上位机。

便携式心电监护仪将电极线传来的心电信号送入心电调理模块，进行放大滤波；采集到的模拟心电信号分为两个通道经过模数转换后送入两个处理器中，第一处理器控制储存模块与显示模块，第二处理器控制无线传输发射器；三路开关控制电源模块给电路供电，可以实现单通道1、单通道2、双通道三种工作模式。本地上位机的通信接收器接收到多个监护仪发送的信号后，通过USB线将信号传输到本地上位机中，信号经过本地上位机处理后，还原为用户的心电波形，并进行实时自动诊断与报警，同时通过互联网传输到远程监护站的远程上位机中。远程上位机对本地上位机无法诊断的信号进行显示提供医生进行人为诊断。

下面对本系统的主要硬件构成进行进一步的说明：

1、电极片，与现有技术相同，采用现有技术已有电极片进行的用户心电监测。在心电导联线即连接电极片和心电调理模块的电极线方面，由于是要在患者的日常生活中进行监测，为了避免影响到患者的日常活动，本系统将采用标准三导联连接方式。

2、心电调理模块，如图2所示，系统利用心电调理电路滤除各种干扰，从干扰中提取出心电信号，然后将心电信号放大到便于我们观察和处理的大小。心电调理模块包括右腿驱动电路，缓冲电路、前置放大电路、带通滤波电路、陷波电路、主放大电路和电平抬升电路。右腿驱动电路和缓冲电路均与电极片相连，右腿驱动电路的输入端连接前置放大电路的共模电平，缓冲电路的输出端连接前置放大电路的数据输入端，前置放大电路的数据输出端经带通滤波电路连接陷波电路的输入端，陷波电路的输出端经主放大电路连接电平抬升电路的输入端，电平抬升电路的输出端同时连接第一模数转换模块和第二模数转换模块的输入端。

缓冲电路采用低功耗、低噪声OPA2333芯片。心电信号经过缓冲电路后有较大的输入阻抗，提高电路的抗干扰能力；同时缓冲电路起到人体与电路之间的隔离作用。

右腿驱动电路，是心电信号处理模块中必不可少的组成部分。它的输入信号取自前置放大电路的共模电平，这样右腿电极不直接跟接地端相连，提高了系统的共模抑制能力，而且能有效抑制人体电压脉冲的突变。

前置放大电路，仪表放大器INA333由于具有低失调、低噪声、高共模抑制比、宽输入输出线性范围、低静态电流等特点而被采用。考虑到系统噪声和心电信号幅度等因素，并防止系统出现自激，设计前置放大器增益为6倍。

带通滤波电路，由于心电信号主要集中在0.3～110Hz的频带范围，设计的带通滤波器要滤除0.3～110Hz频带外的噪声。考虑到器件误差，带通滤波器的高通截止频率设计为0.1Hz，低通截止频率为120Hz。

陷波电路，在ECG信号的测量中，50Hz工频干扰是信号的主要干扰源，虽然使用了右腿驱动，但仍有部分50Hz工频干扰以差模信号的形式进入电路。因此，为了有效的滤除工频干扰，必须采用专门的电路对工频干扰进行滤除。本系统采用了双T陷波电路。

主放大电路和电平抬升电路，ECG信号幅度约为0～4mV，而模数转换器的输入信号要求0～3.3V，因此，整个ECG信号电路的放大倍数要求825倍左右，而前置放大倍数为6倍，且实际滤波电路存在一定衰减以及为后面的电平抬升电路预留空间，本级放大倍数初步设计为100倍左右。加入电平抬升电路是为A/D转换器考虑。

3、模数转换模块，本系统采用STM32L152RB和CC2530各自内部集成的12位ADC，根据奈奎斯特采样定理，采样频率应大于等于被采样信号最高频率的两倍，以免采样后的信号发生频谱的混叠。因此，将采样频率分别设置为200Hz，选择AVDD＝3.3V作为ADC的参考电平，转换结果分别为：ADC＝(VIN×4096)/3.3；ADC＝(VIN×2048)/3.3(CC2530中12位ADC缺少一位)。本系统采用的是定时器中断的方式，进入中断程序时需要关闭中断控制器，以免产生多个中断而引起紊乱。

4、处理器，人体体表获取的心电信号经过心电调理模块放大和滤波处理后，即可送到处理器的模拟信号输入端口进行模数转换。本系统采用STM32L152RB和CC2530分别作为第一处理器和第二处理器。

5、显示模块，为了满足监护仪低压低功耗的要求，显示模块采用2.4V-3.6V低功耗LCD，背光关闭时功耗仅为10mW，通过四线SPI与处理器连接，将模数转换后的数字心电波形在液晶屏上显示。

6、存储模块，由于单片机内存缓冲不大，易导致数据丢失。故本系统使用Micro SD卡存储数据，通过SPI口进行写入。心电数据显示的同时写入Micro SD卡，保证在ZigBee模块关闭的时候也可以储存数据，以便后续读取诊断。容量为8G的Micro SD卡，在200Hz采样率的心电监护中，可以连续保存数天的数据，从而保证长期监护中无线传输的可靠性。

7、无线传输模块(即无线通信模块发射器和接收器)，基于低成本、低功耗、网络容量大等要求，无线通信模式本系统采用ZigBee，更重要的是从可靠性方面考虑。信号在无线环境中传输，必然会存在大尺度衰落、阴影衰落、多径和干扰等问题。ZigBee、蓝牙和WLAN(IEEE 802.11b)都是工作于2.4GHz ISM频段，相互间的干扰是不可避免的，因此保证可靠性尤为重要。实验表明IEEE 802.15.4/ZigBee的误码率，特别是在信噪比为4dB的情况下可达到10^-9，达到同样误码率，蓝牙/802.15.1信噪比要达到16dB才行，802.11b要达到10dB，可见，ZigBee的抗干扰性能明显高于蓝牙和WLAN技术，具有更好的可靠性。在本发明中，无线传输发射器为ZigBee发射器，无线传输接收器为ZigBee接收器。

系统中多个便携式心电监护仪与本地接收端之间采用星型网络拓扑结构，可以实现多对一的收发结构。该网络结构由一个PAN协调器节点和多个终端节点组成，所有的星型网络和其他的星型网络都各自独立运行。当协调器上电时，他就建立一个自己的网络，通过PAN标识符可以实现该星型网络的唯一性。当选定PAN标识符以后，PAN协调器就可以允许其他终端加入到该网络中。

8、短信报警模块，为了不影响用户家属或医生其他的生活工作，本系统加入了短信报警模块，使用户家属或医生可在任何地点接收到异常警报。短信报警模块使用GSM，通过UART接口转USB接口后与外部PC连接，接收PC软件系统发送的AT命令。

上述系统所实现的一种无线远程多用户心电监护方法，包括如下步骤：

步骤一：将电极片贴在待监护用户的身体上，电极片通过电极线将采集到的待监护用户的心电采集信号传送到心电调理模块。

步骤二：利用心电调理电路滤除心电采集信号中的干扰，从干扰中提取出心电信号，并将心电信号放大到便于观察和处理的大小。

步骤三：采集到的模拟心电信号根据控制开关的设定进行双通道或单通道处理，即

当第一通路开关闭合时，存储显示通道导通，此时第一模数转换模块将心电调理电路输出的模拟化的心电信号转换为数字化的心电信号后送入第一处理器中，第一处理器发出控制信号到存储模块和显示模块，将数字化的心电信号存储和显示。此外，以后还可以直接将存储在存储模块的数字化的心电信号导入本地上位机，并进行步骤五至七的过程。

当第二通路开关闭合时，传输通道导通，此时第二模数转换模块将心电调理电路输出的模拟化的心电信号转换为数字化的心电信号后送入第二处理器中，第二处理器发出控制信号到无线传输发射器，将数字化的心电信号实时发送出去。

当双通路开关闭合时，存储显示通道和传输通道同时导通，即同时实现数字化的心电信号的存储、显示和发送。

步骤四：无线传输接收器接收便携式心电监护仪的无线传输发射器送来的所测心电信号，并将其送入本地上位机中。在本发明优选实施例中，便携式心电监护仪和本地接收端之间通过ZigBee无线网络协定传输所测心电信号。

步骤五：本地上位机从所测心电信号中提取出用户的心率、RR间期、RR间期差、AR、P波和R波参数，并与预先存储在本地上位机内的预先定义的病症逻辑判断表(如表1)进行查询判别，以获得用户病症的自动化诊断结果；并通过短信报警模块将自动化诊断结果发送到用户手机，同时还对所测心电信号进行数据显示。

步骤六：当远程传输开关打开时，则本地接收端的本地上位机通过本地网卡将所测心电信号送入远程监护站中。

步骤七：远程监护站的远程网卡接收本地接收端发送来的所测心电信号，并将所测心电信号送入远程上位机进行人为诊断，此时，人为将所测心电信号与上位机内存储的MIT-BIH心电数据库进行匹配后，获得用户病症的人为诊断结果，并通过短信报警模块将人为诊断结果发送到用户手机。

下面对本方法的主要软件流程进行进一步的说明：

1、便携式心电监护仪的显示与存储模块驱动程序。

显示与储存模块由第一处理器驱动。程序开始运行后，首先，对整个系统初始化，并检测是否有Micro SD卡插入，如有则继续运行，如无则提示错误并等待；其次，检测中断，如无中断指令，则等待中断，如有中断指令，则由处理器内部的A/D转换器将采集到的心电模拟信号转换为数字信号，同时控制LCD显示心电信号波形；然后，检测数据缓冲区满标志，如不满，则继续写数据缓冲区，如满，则将数据写入Micro SD卡并保存为文本文件；最后程序将继续等待中断，不断循环。

2、本地和远程上位机的软件系统，参见图3。

上位机软件系统的功能包括：本地显示、本地显示与互联网发送、远程监护站、Micro SD卡动态读取与保存、Micro SD卡数据显示与保存、MIT-BIH病例诊断。为了实现上述功能，软件系统分为四个子软件：本地与远程显示、诊断软件，短信报警软件，Micro SD卡读取软件，MIT-BIH病例诊断软件。

开关1、开关2、开关3分别控制本地显示与诊断、互联网发送、短信报警功能的开启与关闭；开关1打开后，软件读取串口接收到的心电数据字符串后，将字符串截取为地址位和数据位，分别送入判决输出，产生N个用户的心电数值；开关2关闭时，N个数值直接送入数据缓冲区；开关2打开时，N个数值同时送入数据缓冲区和连接字符串，连接后的字符串经过TCP/IP协议传输到远程PC，在经过截取还原为N个用户心电数值，送入远程PC的数据缓冲区，进入与本地PC相同进程；数据缓冲区将一连串数值分别组成N组数组后，进行离散小波变换域非抽样小波变换，分别提取Daubechies6小波；然后将N组数组分别数值读取，波形构建，进入相同进程；将数值与系统时间结合构建出波形，分别保存与显示；同时，将N组数组进行分解为8级的Daubechies6(db06)小波，然后使用D4和D5子带重建出信号，送入QRS检测，检测出每个R波的时间点、一定时间内R波的数量与P波的有无，并进行自动数据纠错；将数量与时间结合计算出用户心率，并用时间点计算出用户心跳间隔(RR间期)与心跳间隔差(RR间期差)；将心率、RR间期、RR间期差、P波送入算法判决输出进行计算，得到用户病症，送入显示模块与短信报警软件；开关3打开时，短信报警软件发送AT指令控制短信模块自动发送短信。

上位机软件系统包括本地与远程显示及诊断软件、远程显示及诊断软件短信报警软件、Micro SD卡读取软件和MIT-BIH病症自动诊断软件。

本地显示及诊断软件。运行后，首先，进行初始化；接着，会弹出对话框提示是否修改默认参数，如点击否，则使用默认参数，如点击是，则手动输入参数；其次，进行串口检测，如检测不到，则等待继续检测，如检测到，则读取电脑USB口接收到的心电数据；同时，进行TCP/IP链接检测，如检测不到，则等待继续检测，如检测到，则将读取到的心电数据发送到远程监护站；接着依次进行小波变换，将数据转换为心电波形显示，QRS检测以及是否误检检测，如有误检，则修正误检数据后再检测，如无误检，则计算并显示心率，判断并显示病情；再次，检测指标是否正常，如不正常，则发出声音及短信报警，如正常则检测是否采集结束；最后，如采集没有结束，则继续读取USB接口数据，循环上述步骤，如采集结束，则停止并提示保存。

远程显示及诊断软件。运行后，首先，进行初始化；接着，会弹出对话框提示是否修改默认参数，如点击否，则使用默认参数，如点击是，则手动输入参数；其次，进行TCP/IP检测，如检测不到，则等待继续检测，如检测到，则读取本地接收端传输的心电数据；接着依次进行小波变换，将数据转换为心电波形显示，QRS检测以及是否误检检测，如有误检，则修正误检数据后再检测，如无误检，则计算并显示心率，判断并显示病情；再次，检测指标是否正常，如不正常，则发出声音及短信报警，如正常则检测是否采集结束；最后，如采集没有结束，则继续读取本地接收端传输的数据，循环上述步骤，如采集结束，则停止并提示保存。

短信报警软件。将手机号数字转码为内存编码，将病症汉字转码为Unicode码，并连接组成PDU格式数据；同时，软件通过串口与短信模块进行通信，发送AT指令设置模式为PDU模式；软件接收到返回指令后，将PDU数据的长度通过AT指令发送到短信模块进行长度设置；软件接收到返回指令后，将PDU数据通过AT指令发送到短信模块，短信模块向用户指定手机号发送相应病症短信。参见图4。

Micro SD卡读取软件。能实现两种功能，包括Micro SD卡动态读取与保存和Micro SD卡数据显示与保存。

Micro SD卡动态读取与保存。软件运行后，首先，进行初始化；接着，选择Micro SD卡中储存的FATFS格式文件后确认，软件将顺序读取文件中储存的心电数据；接着依次进行小波变换，将数据转换为心电波形显示，QRS检测以及是否误检检测，如有误检，则修正误检数据后再检测，如无误检，则计算并显示心率，判断并显示病情；再次，检测指标是否正常，如不正常，则发出声音报警，如正常则检测是否读取结束；最后，如读取没有结束，则继续读取本地接收端传输的数据，循环上述步骤，如读取结束，则停止并提示保存。

Micro SD卡数据显示与保存。运行后，选择Micro SD卡中储存的FATFS格式文件后确认，软件会将文件中储存的所有数据转换为心电波形显示在软件界面，并可通过按键进行放大、拖动等操作。开关打开后，软件读取MicroSD中储存的心电数据数值与时间；将数值与系统时间结合构建出波形，分别进行保存、完整波形静态显示与动态显示；同时将波形进行离散小波变换域非抽样小波变换，分别提取Daubechies6小波；然后将波形进行分解为8级的Daubechies6(db06)小波，然后使用D4和D5子带重建出信号，送入QRS检测；检测出每个R波的时间点、一定时间内R波的数量与P波的有无，并进行自动数据纠错；将数量与时间结合计算出用户心率，并用时间点计算出用户心跳间隔(RR间期)与心跳间隔差(RR间期差)；将心率、RR间期、RR间期差、P波送入算法判决输出进行计算，得到用户病症，送入显示模块。

MIT-BIH病症自动诊断软件。开关打开后，选择MIT-BIH库中的心电波形文件，软件读取文件中储存的心电数据数值；将数值与MIT-BIH库标准时间间隔结合构建出波形，并进行显示；同时将数据分解为8级的Daubechies6(db06)小波，然后使用D4和D5子带重建出信号，送入QRS检测；检测出每个R波的时间点、一定时间内R波的数量与P波的有无，并进行自动数据纠错；将数量与时间结合计算出上述库中病例心率，并用时间点计算出病例心跳间隔(RR间期)与心跳间隔差(RR间期差)；将心率、RR间期、RR间期差、P波送入算法判决输出进行计算，得到病例病症，送入显示模块。参见图5。

根据医生的临床经验，本算法采用逻辑判断来确定患者心律失常情况的。算法开始后，先检测是否有R波，如有R波，则检测是否有P波，如无R波，则检测是否有大幅度负向波；如有P波，则进行心率相关病症诊断，如无P波，则判定为室性心律；如无大幅度负向波，则进行停搏检测，如有大幅度负向波或判定为室性心律时，则进入室性早搏检测；检测后结束。

本监护系统自动检测的主要参数有P波、R波、平均心率Rate、RR间期、相邻RR间期差和AR。软件在前5秒记录的数据取出5个最大值取平均值，将平均值的五分之四作为检测阈值，后续信号中连续2点超过阈值时，判定为R波，记录时间点与一定时间内R波的数量，并将R波时间点送入P波检测；相邻R波时间点间隔小于0.1秒时，自动数据纠错，将多余数据除去；将数量除以时间计算出用户心率，并用时间点相减计算出用户心跳R波与R波之间间隔(RR间期)，RR间期相减计算出用户心跳相邻2个RR间期之间的差值(RR间期差)，5个RR间期取平均值得到平均心跳间隔(AR)；同时，将在R波时间点逆向0.2秒内进行阈值检测，有超过阈值点则判定为P波；将心率、RR间期、RR间期差、AR、P波和R波送入算法判决输出进行计算。逻辑判断方法如表1所示。

表1 病症逻辑判断表

本发明采用了双通道信号处理技术，采集到的模拟心电信号分为两个通道送入两个处理器中。第一处理器控制LCD显示与Micro SD卡储存，第二处理器控制ZigBee模块的发送。根据不同需要系统可以工作在三种模式下：当用户出行或日常使用时，可以只打开存储显示通道，将数据储存在Micro SD卡中，后将数据导入PC进行诊断；当用户需要实时监护时，可以只打开传输通道，将数据通过ZigBee发送到本地上位机中转后发送到医护人员处，达到实时心电监护的目的；当需要保证准确性时，可双通道同时工作，两路模拟信号分别AD转换后，一路储存在Micro SD卡中，另一路通过ZigBee发送到本地上位机中转发送到医护人员处，达到实时心电监护与数据核对的目的。这样不仅减小了终端的功耗，使系统能够长时间不间断运行，还增加了数据的可靠性，避免误诊，同时解决了ZigBee传输距离较近的缺点，增加了用户的活动空间。

本发明提出了新的软件系统建模，针对该模型编程了相应的程序与算法，并在远程监护站加入短信报警模块。软件系统利用PC强大的数据处理能力，可以完成以下功能：将PC串口接收到的多个心电信号数据通过地址位区分，并分别还原为波形显示，并进行预处理消除基准漂移和其它宽带噪声后，再进行自动诊断，增加了诊断的准确性；将诊断出的异常信息通过一个短信报警模块即可发送到家属或医护人员手机，节约成本；支持本地PC端与远程PC端的互联网心电数据传输，方便数据集中管理；支持Micro SD卡中数据导入与波形还原诊断，以供用户外出后检测使用；支持MIT-BIH病例导入诊断，可供正常人群进行心脏健康检测对比。区别于一般的心电监护仪将自动诊断模块放在手持终端电路中，且无短信报警。这样，既保证了精度、节约了成本，又减小了手持终端的体积，同时，为家属与医护人员可以随时随地了解用户病情提供了一定保障。

本发明区别于一般的单一模拟滤波、硬件部分加入数字滤波，采用软硬件滤波相结合的方法，将离散小波变换(DWT)和非抽样小波变换(UWT)引入无线心电监护系统中，并编程到软件系统中，来消除基准漂移和其它宽带噪声。既保证了信号精度，又节约了手持终端体积和成本。

Claims (8)

1.一种无线远程多用户心电监护系统，其特征在于：主要由远程监护站、本地接收端和至少一个便携式心电监护仪组成；

上述便携式心电监护仪包括电极片、心电调理模块、2个模数转换模块、2个处理器、存储模块、显示模块、无线传输发射器和电源模块；电极片与人体相贴，电极片的输出端经电极线连接心电调理模块的输入端，心电调理模块的输出端分为2路；其中一路即第一通路经第一模数转换模块连接第一处理器的输入端，第一处理器的输出端同时连接存储模块和显示模块；另一路即第二通路经第二模数转换模块连接第二处理器的输入端，第二处理器的输出端连接无线传输发射器；电源模块上设有控制开关，该控制开关具有3个按键开关即双通路开关、第一通路开关和第二通路开关；电源模块的一个输出端连接第一处理器，电源模块的另一个输出端连接第二处理器；

上述本地接收端包括无线传输接收器、本地上位机和本地网卡；无线传输接收器无线连接便携式心电监护仪的无线传输发射器，无线传输接收器的输出端连接本地上位机，本地上位机的输出端连接本地网卡；

上述远程监护站包括远程网卡和远程上位机；远程网卡与本地接收端的本地网卡通过网线连接，远程网卡的输出端连接远程上位机。

2.根据权利要求1所述的一种无线远程多用户心电监护系统，其特征在于：心电调理模块包括右腿驱动电路，缓冲电路、前置放大电路、带通滤波电路、陷波电路、主放大电路和电平抬升电路；右腿驱动电路和缓冲电路均与电极片相连，右腿驱动电路的输入端连接前置放大电路的共模电平，缓冲电路的输出端连接前置放大电路的数据输入端，前置放大电路的数据输出端经带通滤波电路连接陷波电路的输入端，陷波电路的输出端经主放大电路连接电平抬升电路的输入端，电平抬升电路的输出端同时连接第一模数转换模块和第二模数转换模块的输入端。

3.根据权利要求1所述的一种无线远程多用户心电监护系统，其特征在于：无线传输发射器为ZigBee发射器，无线传输接收器为ZigBee接收器。

4.根据权利要求1所述的一种无线远程多用户心电监护系统，其特征在于：本地接收端还进一步包括短信报警模块，该短信报警模块连接在本地上位机上。

5.基于权利要求1所述心电监护系统所实现的一种无线远程多用户心电监护方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤一：将电极片贴在待监护用户的身体上，电极片通过电极线将采集到的待监护用户的心电采集信号传送到心电调理模块；

步骤二：利用心电调理电路滤除心电采集信号中的干扰，从干扰中提取出心电信号，并将心电信号放大到便于观察和处理的大小；

步骤三：采集到的模拟心电信号根据控制开关的设定进行双通道或单通道处理，即

当第一通路开关闭合时，存储显示通道导通，此时第一模数转换模块将心电调理电路输出的模拟化的心电信号转换为数字化的心电信号后送入第一处理器中，第一处理器发出控制信号到存储模块和显示模块，将数字化的心电信号存储和显示；

当第二通路开关闭合时，传输通道导通，此时第二模数转换模块将心电调理电路输出的模拟化的心电信号转换为数字化的心电信号后送入第二处理器中，第二处理器发出控制信号到无线传输发射器，将数字化的心电信号实时发送出去；

当双通路开关闭合时，存储显示通道和传输通道同时导通，即同时实现数字化的心电信号的存储、显示和发送；

步骤四：无线传输接收器接收便携式心电监护仪的无线传输发射器送来的所测心电信号，并将其送入本地上位机中；

步骤五：本地上位机从所测心电信号中提取出用户的心率、RR间期、RR间期差、AR、P波和R波参数，并与预先存储在本地上位机内的预先定义的病症逻辑判断表进行查询判别，以获得用户病症的自动化诊断结果；

步骤六：当远程传输开关打开时，则本地接收端的本地上位机通过本地网卡将所测心电信号送入远程监护站中；

步骤七：远程监护站的远程网卡接收本地接收端发送来的所测心电信号，并将所测心电信号送入远程上位机进行人为诊断，此时，人为将所测心电信号与上位机内存储的心电数据库进行匹配后，获得用户病症的人为诊断结果。

6.根据权利要求5所述的一种无线远程多用户心电监护方法，其特征是，便携式心电监护仪和本地接收端之间通过ZigBee无线网络协定传输所测心电信号。

7.根据权利要求5所述的一种无线远程多用户心电监护方法，其特征是，还进一步包括，在步骤五中将用户病症的自动化诊断结果和/或步骤七中将用户病症的人为诊断结果发送至用户手机，进行短信报警的过程。

8.根据权利要求5所述的一种无线远程多用户心电监护方法，其特征是，当步骤三中闭合第一通路开关时，则在以后可以直接将存储在存储模块的数字化的心电信号导入本地上位机，并进行步骤五至七的过程。