CN100560020C - 基于嵌入式Web服务器的心电远程监护方法 - Google Patents
基于嵌入式Web服务器的心电远程监护方法 Download PDFInfo
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Abstract
基于嵌入式Web服务器的心电远程监护方法及装置属于心电远程监护领域。针对现有心电远程监护系统构成复杂，实时性差等缺点，本发明提出一种基于浏览器/服务器模式的远程监护方法，由心电记录器、Internet和浏览器组成。其特征包括：在微处理器上移植支持TCP/IP协议的嵌入式实时操作系统(101)及嵌入式Web服务器(102)；在HTML页面上嵌入Applet程序(104)，与嵌入式Web服务器上的CGI程序(103)进行远程通信。医生通过浏览器访问心电记录器上的嵌入式Web服务器，利用动态网页进行心电远程实时监护与诊断。该方法具有便携、智能化、实时性以及结构简单等特点。
Description
技术领域
本发明涉及心电远程监护领域，实现了一种基于浏览器/服务器模式的心电远程监护方法，并设计了相应装置。
背景技术
近些年来，心电远程监护在社区医疗和家庭医疗保健中发挥越来越重要的作用。社区医疗和家庭监护设备目前正朝着便携式、智能化、网络化方向发展。社区或家庭通过网络向医院监护中心传送生理数据，医院回送诊断结果及治疗方案，使病人在家中得到监护。
计算机网络在单位、社区、家庭中逐渐普及，各种新的、更高带宽的接入方式不断进入日常生活，所需费用也逐渐低廉，这就使基于Internet进行远程监护成为社区医疗的重要发展方向。
基于Internet网的远程监护系统大多采用客户机/服务器模式进行数据通信，整个系统主要由客户机、Internet和监护中心服务器三部分组成。客户机通常位于家庭、社区，完成患者生理数据的采集、简单数据处理和将数据传送到Internet等功能。家庭端可以采用个人电脑、专用便携式监护仪、PDA等设备采集发送生理信号。客户端设备通过MODEM拨号、ISDN、ADSL、以太网、移动Internet等几种方式接入Internet。服务器一般是位于监护中心的高性能的PC、工作站或服务器。中心站的功能主要是存储并分析处理数据，管理用户的基本信息，对已有数据回顾以及对监护端档案和使用记录的管理、智能诊断等。
这种基于客户机/服务器模式的远程监护系统除了需要家庭端的心电记录器外，在医疗中心还需要建立大型服务器，系统构成复杂，成本较高，不易与推广。且大部分监护中心的服务器是负责存储并回放、分析心电数据的，实时性较差。
发明内容
本发明的目的在于，利用嵌入式Web服务器技术，实现一种基于浏览器/服务器模式的心电远程监护方法，并设计了一种基于嵌入式Web服务器的心电远程监护装置。
本发明提供一种基于嵌入式Web服务器的心电远程监护装置，其特征在于由心电记录器、Internet和浏览器组成，所述的心电记录器包括心电电极201、放大滤波处理模块202、微处理器203、显示模块204、电源模块205、存储器206、网络接口207、用于与PC机通信的串口208；放大滤波处理模块202将心电电极201采集到的心电信号放大、滤波、电压提升后送入微处理器203进行分析处理，并在显示模块204上显示波形及分析结果。记录器通过网络接口207连接到Internet并传送心电监护网页到浏览器上进行显示。
应用上述的基于嵌入式Web服务器的心电远程监护装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在微处理器203上移植支持TCP/IP协议的嵌入式实时操作系统101；尽量选用具有网络功能，支持TCP/IP协议的嵌入式实时操作系统。若所选操作系统不支持TCP/IP，则需再移植嵌入式TCP/IP协议，如lwip。
2)在微处理器203上移植并配置嵌入式Web服务器102，使嵌入式Web服务器支持CGI程序；
3)在HTML页面上嵌入Applet程序104，置于嵌入式Web服务器上，用支持Applet的浏览器访问服务器端的HTML网页；
4)Applet程序104进行远程监护时，浏览器发送请求给嵌入式Web服务器，请求连接服务器端的CGI程序103。
5)嵌入式Web服务器102运行CGI程序103，建立Applet程序104与CGI程序103的连接；CGI程序分为三个部分：CGI1负责读取记录器上存储的病人基本信息，并将信息以网页的形式在浏览器上显示；CGI2负责从AD读取心电信号，进行QRS波检测、心率计算及五种心律失常分析，将心电数据及分析结果编码后发送给Applet程序；CGI3负责接收由浏览器上设置的病人基本信息，将病人的基本信息存储在心电记录器上；
6)浏览器上显示的Applet程序通过嵌入式Web服务器从CGI2上读取数据，在浏览器上显示心电波形以及心电信号分析结果。
嵌入式Web服务器102负责监听浏览器请求。当Web服务器监听到浏览器请求后，如果是静态网页请求，它将发送静态HTML网页给浏览器进行显示。如果是动态监护请求，它将请求提交给CGI程序进行处理，并将CGI程序返回的网页或数据提交给浏览器进行显示。
心电记录器位于家庭端，负责采集、分析病人的心电信号，并实现嵌入式Web服务器功能。当心电记录器连接到Internet之后，医学专家在任何地方都可以通过浏览器访问心电记录器上的嵌入式Web服务器，通过浏览器上的动态网页进行心电远程实时监护与诊断。该方法克服了以往心电远程监护中系统结构复杂、成本高等缺点，具有便携、智能化、实时性以及结构简单等特点。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
101、嵌入式实时操作系统，102、嵌入式Web服务器，103、服务器端的CGI程序，104、HTML网页上的Applet程序；
图2本发明的心电记录器系统结构图；
201、心电电极，202、放大滤波处理模块，203、微处理器，204、显示模块，205、电源模块，206、存储器，207、网络接口，208、串口；
图3嵌入式Web服务器功能示意图；
301、病人基本信息，302、Applet程序，303、用户登录及基本信息设置，304、BOA服务器，305、嵌入式Linux操作系统，306、CGI1，307、CGI2，308、CGI3，A、浏览器端监护网页，B、浏览器端，C、服务器端；
图4CGI2整体流程图；
图5CGI2中多线程通信流程图；
图6Java Applet程序流程图；
具体实施方式
本发明采用前述的基于嵌入式Web服务器的心电远程监护装置的方法进行设计。
如图2所示，本发明的实施例的系统结构包括心电电极201、放大滤波处理模块202、微处理器203、显示模块204、电源模块205、存储器206、网络接口207、用于与PC机通信的串口208等。放大滤波处理模块202将心电电极201采集到的心电信号放大、滤波、电压提升后送入微处理器203进行分析处理，并在显示模块204上显示波形及分析结果。显示模块204具有为带触摸的液晶屏，因此可通过显示模块204中功能菜单控制心电信号的采集、存储、分析等功能。记录器通过网络接口207连接到Internet并传送心电监护网页到浏览器上进行显示。
本发明的实施例中采用了32位低功耗ARM9微处理器S3C2410，利用其内置的8路10位AD进行心电信号的采集。
本发明的实施例中采用了嵌入式Linux操作系统，它成本低，可移植性强，支持TCP/IP协议，安全性高，稳定性强。通过简单的功能剪裁和定制，本发明移植了Linux内核，并以cramfs文件系统作为根文件系统。
本发明的实施例中，采用了MiniGUI来进行显示屏上的界面及监护功能设计。用户可以通过界面上的控件对记录器进行控制，包括心电信号的采集、显示、存储及基本信息设置等功能，实现人机交互。
如图3所示，本发明的实施例中利用BOA服务器实现了嵌入式Web服务器功能。该服务器代码空间小，源代码公开，性能高，响应速度快。在本发明中，BOA服务器负责监听并响应浏览器请求，运行CGI程序实现心电动态监护等功能。浏览器提交请求给BOA服务器，服务器监听到浏览器请求后首先发送监护网页给浏览器进行显示，在浏览器上显示Applet程序。当浏览器向服务器请求显示病人基本信息时，服务器将请求提交给负责显示病人基本信息的CGI1 306进行处理，并返还处理结果的网页给浏览器。当要在网页上进行心电监护时，Applet程序通过浏览器发送连接请求给BOA服务器，服务器将请求提交到负责监护的CGI2 307，由CGI2 307对心电数据进行采集与分析，产生分析结果提交给BOA服务器，由服务器发送给浏览器上的Applet控件进行显示。当浏览器提交设置的基本信息给BOA服务器时，服务器把提交的数据交给CGI3 308，由CGI3 308将数据存储到心电记录器中。
本发明的实施例中，Web服务器上运行的CGI程序分为三个部分：CGI1负责读取记录器上存储的病人基本信息，并将信息以网页的形式在浏览器上显示；CGI2负责从AD读取心电信号，进行QRS波检测、心率计算及五种心律失常分析：心律不齐、心动过速、心动过缓、漏搏、停搏，将心电数据及分析结果编码后发送给Applet程序；CGI3负责接收由浏览器上设置的病人基本信息，将病人的基本信息存储在心电记录器上。
为了保证采集、分析的实时性和准确性，节省嵌入式系统资源，CGI2程序中采用了多线程机制：由定时器响应函数来进行心电信号的采集，R波检测线程进行QRS波群检测、心率计算及心律失常分析，分析结果输出线程负责将数据输出给Web服务器。如图4，当服务器调用CGI2时，程序首先向Web服务器输出数据头，指定CGI2程序的输出结果为数据型；接着初始化条件变量，用于多线程间通信，包括阻塞、唤醒线程；然后创建并阻塞QRS波检测线程和分析结果输出线程；然后初始化微处理器203中的AD设备；设置定时器，由定时器实现心电数据的采集。
定时器响应函数中，程序从AD读取心电数据，利用海宁平滑滤波器滤除干扰。采集一定时间的心电数据后，程序将发送信号唤醒被阻塞的R波检测线程，对采集到的心电数据进行QRS波群检测、心率计算及心律失常分析。为了进行QRS波群检测和心律失常分析，进行分析的心电数据至少要包含四五个心电周期。本实施例中用6秒的心电数据进行分析，对于正常人，至少出现5个心电周期，可进行心律失常分析。R波检测线程中采用差分阈值法检测QRS波，在检测出RR间期后，计算心率。同时，对5种心律失常进行检测：心动过速、心动过缓、心律不齐、停搏和漏搏。分析完成后，该线程发送信号唤醒分析结果输出线程。在分析结果输出线程中，程序首先在心电数据及分析结果前添加一个特定的数据头，以区别传输的数据类型，然后将数据发送到Web服务器上，最后R波检测线程和结果输出线程被阻塞直到下一次被唤醒。线程间通信软件流程如图5所示。
本发明的实施例中，HTML网页上的Applet程序实现了与服务器端的CGI2建立连接，从远程连接读取心电数据及分析结果，解码后在Applet上绘制波形，显示分析结果，流程图如图6所示。
Applet程序中，程序首先与服务器端的CGI2建立连接，获取远程数据流，即从远程连接读取数据。然后设置定时器，用来定时从远程CGI2程序中读取心电数据并在网页上画出波形。接收到数据后，程序会通过数据头进行分类，在网页上绘制心电波形，显示分析结果。
利用本发明的实施例装置与Internet相连构成基于嵌入式Web服务器的远程心电监护装置。使用美国福禄克公司生产的心电信号模拟发生MPS450产生各种类型的心电信号，用本发明实施例装置进行采集。在一台联网计算机的浏览器地址栏输入本实施例的IP地址。浏览器上将显示心电远程监护页面，页面的左边将显示本实施例中存储的病人的基本信息。页面右半部分为Applet程序，点击Applet上的采集按钮，页面上将动态显示心电波形、心率和心律失常分析结果。改变心电信号发生器的波形幅度和心率，监护网页上的波形也随之迅速发生变化，这表明该装置可以保证数据传输的实时性。
实验完成后，将检测结果与心电信号发生器所产生的心电波形的实际参数进行对比，其结果如表1所示。可见检测结果的心率参数基本上与实际产生的心电信号参数一致，这反映了装置的准确性。
计算机网络在单位、社区、家庭中逐渐普及，各种新的、更高带宽的接入方式不断进入日常生活，为基于Internet的远程心电监护带来了便利。本发明所述的心电远程监护方法仅须本发明实施例中的心电记录器与Internet相连即可构成，系统结构简单，大大节省了建立大型服务器所需的费用。这种基于浏览器/服务器模式的心电监护方法，不必在PC机上安装软件，给病人和医生的操作带来了便利，是一种简单、便于推广的心电监护方法。
表1检测结果比较
Claims (2)
1、应用基于嵌入式Web服务器的心电远程监护装置的方法，所述的基于嵌入式Web服务器的心电远程监护装置，由心电记录器、Internet和浏览器组成，所述的心电记录器包括心电电极(201)、放大滤波处理模块(202)、微处理器(203)、显示模块(204)、电源模块(205)、存储器(206)、网络接口(207)、用于与PC机通信的串口(208)；放大滤波处理模块(202)将心电电极(201)采集到的心电信号放大、滤波、电压提升后送入微处理器(203)进行分析处理，并在显示模块(204)上显示波形及分析结果；心电记录器通过网络接口(207)连接到Internet并传送心电监护网页到浏览器上进行显示；其特征在于，包括以下步骤：
1)在微处理器(203)上移植支持TCP/IP协议的嵌入式实时操作系统(101)；
2)在微处理器(203)上移植并配置嵌入式Web服务器(102)，使嵌入式Web服务器支持CGI程序；
3)在HTML页面上嵌入Applet程序(104)，置于嵌入式Web服务器(102)上，用支持Applet的浏览器访问服务器端的HTML网页；
4)Applet程序(104)进行远程监护时，浏览器发送请求给嵌入式Web服务器(102)，请求连接服务器端的CGI程序(103)；
5)嵌入式Web服务器运行CGI程序(103)，建立Applet程序(104)与CGI程序(103)的连接；CGI程序分为三个部分：CGI1(306)负责读取心电记录器上存储的病人基本信息，并将信息以网页的形式在浏览器上显示；CGI2(307)负责从微处理器(203)中的AD模数转换器读取心电信号，进行QRS波检测、心率计算及五种心律失常分析，将心电数据及分析结果编码后发送给Applet程序；CGI3(308)负责接收由浏览器上设置的病人基本信息，将病人的基本信息存储在心电记录器上；
6)浏览器上显示的Applet程序通过嵌入式Web服务器从CGI2程序上读取数据，在浏览器上显示心电波形以及心电信号分析结果。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中的CGI2程序首先向嵌入式Web服务器输出数据头，指定CGI2程序的输出结果为数据型；接着初始化条件变量，用于多线程间通信；然后创建并阻塞R波检测线程和分析结果输出线程；然后进行微处理器(203)中的AD模数转换器设备初始化；最后设置定时器，由定时器实现心电数据的采集。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEIJING MEDEX TECH.-TRADE CORP. Free format text: FORMER OWNER: BEIJING INDUSTRY UNIVERSITY Effective date: 20101220 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Gao Xiaofeng Inventor before: Wu Shuicai Inventor before: Li Yanzheng Inventor before: Li Jia Inventor before: Bai Yanping Inventor before: Yang Chunlan |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100022 NO. 100, PINGLEYUAN, CHAOYANG DISTRICT, BEIJING TO: 100085 ROOM 505, FUDAO BUILDING, NO. 11, KAITUO ROAD, SHANGDI DEVELOPMENT AREA, HAIDIAN DISTRICT, BEIJING Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: WU SHUICAI LI YANZHENG LI JIA BAI YANPING YANG CHUNLAN TO: GAO XIAOFENG |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20101220 Address after: 100085, room 505, Fu Lou building, 11 development road, Haidian District, Beijing Patentee after: Beijing Meditec Co.,Ltd. Address before: 100022 No. 100 Chaoyang District Ping Tian Park, Beijing Patentee before: Beijing University of Technology |
|
| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: BEIJING MEDEX TECH. CO., LTD. Free format text: FORMER NAME: BEIJING MEDEX TECH.-TRADE CORP. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100085, room 505, Fu Lou building, 11 development road, Haidian District, Beijing Patentee after: MEDEX (BEIJING) TECHNOLOGY Ltd.,Corp. Address before: 100085, room 505, Fu Lou building, 11 development road, Haidian District, Beijing Patentee before: Beijing Meditec Co.,Ltd. |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 207-210, room 29, building 2, building 9, Anning West Road, 100085, Beijing, Haidian District Patentee after: MEDEX (BEIJING) TECHNOLOGY Ltd.,Corp. Address before: 100085, room 505, Fu Lou building, 11 development road, Haidian District, Beijing Patentee before: MEDEX (BEIJING) TECHNOLOGY Ltd.,Corp. |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 100095, No. 1, building 11, building 1, high palm Road, Beijing, Haidian District, 3, unit 101, 102,2, layer 3, unit 201 Patentee after: MEDEX (BEIJING) TECHNOLOGY Ltd.,Corp. Address before: 207-210, room 29, building 2, building 9, Anning West Road, 100085, Beijing, Haidian District Patentee before: MEDEX (BEIJING) TECHNOLOGY Ltd.,Corp. |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Han Li Document name: payment instructions |