CN101385644A - 12导联无线远程心电监护系统 - Google Patents

Abstract

一种12导联无线远程心电监护系统，属于医疗监护仪器领域，包括心电监护仪和设立在医院的监护中心两部分组成，所述的监护仪包括数据采集单元、存储单元、单片机单元、通信单元、人机交互单元和供电单元，其中数据采集单元为12导联同步心电监护，数据采集单元采集的数据经过A/D转换电路后，将心电图显示在液晶屏上，随后记录在存储模块中，同时进行心电分析，把分析结果保存在存储模块中，若用户需要无线发送心电数据或分析报告，则将心电数据或分析报告读到发送缓冲区中，然后将数据发送到监护中心的服务器计算机中。本发明体积小巧、智能化程度高、性能可靠、成本低廉、操作方便、可以获取绝大部分临床所需的心电信息。

Description

12导联无线远程心电监护系统

技术领域

本发明属于医疗心电监护仪器领域，特别涉及一种12导联无线远程心电监护系统。

背景技术

心电信号是人类最早研究并应用于临床的生物电信号之一，它比其他生物电信号更易于检测，并具有较直观的规律性，目前仍然是生物医学工程界的重要研究对象之一。心脏在机械收缩之前，心肌预先发生电的激动，并向全身各部位放散，从而在体表的不同部位产生电位差。通过体表把这种变动着的电位差按时间顺序描记出来的连续曲线就是心电图，常规心电图是病人在静卧情况下由心电图仪记录的心电活动，它一般有12个导联，反映了全息心电变化，可以从多个角度观察到心脏的活动情况，能对心肌梗死、早博、左前支阻塞和左后支阻塞等进行定位诊断，是心脏病诊断的重要手段之一，但是常规心电图仅记录6～100个心动周期，历时仅几秒到1分钟左右，只能获取很少有关心脏状态的信息，一个正常人一天24小时心博数达10万次以上，所以在有限的时间内，记录发生心率失常的概率是很低的，尤其是一些阵发性心率失常，即使病人有自觉症状，但在做常规心电图检查时也往往难以捕获。

由于心脏病发病时一般具有突发性、短暂性和危险性的特点，所以有必要对患者的心电图进行长时间实时监测，实现及时抢救和疾病预报，目前我国医疗资源仍然十分紧张，远程医疗、社区护理是解决这一问题的有效办法，可供心脏病人使用的便携式心电监护仪，有着广泛的应用前景。现有的心电监护系统有以下几种：

(1)动态心电图记录回放系统(HOLTER系统)：1957年，美国物理学博士NormanJ Holter首创了一种用磁带记录器对正常活动状态下的病人做长时间连续心电图记录的方法，开辟了时间全信息和环境全信息心电记录和诊断的新领域，从而在某种程度上弥补了常规心电图的不足之处。这种长时间连续记录的心电图称为动态心电图，它是心电学的一个分支，通过便携式记录器连续监测、记录人体24h或更长时间的心电动态变化信息，再经过计算机系统回放、处理和分析，再由打印机输出心电图，通过动态心电图能够发现短暂性或一过性的异常心电变化，对心率失常的检出、早期心血管病诊断、抗心率失常治疗的评价以及心率失常和生理关系的研究具有重要意义，从而为临床诊断、治疗及研究提供重要的客观依据。1961年，以德玛公司的产品为代表，美国最先将动态心电图技术应用到临床，以后很快在发达国家得到普及。自1978年我国开始引进此项技术以来，临床应用逐步深入，已从大医院逐步向中小医院普及，成为心血管疾病诊断领域中的实用、高效、无创、安全、准确、可重复性强的重要检查方法。传统式的HOLTER系统包含两部分：一部分是带在病人身上的慢速磁带记录盒；另一部分是回放分析系统。此类HOLTER系统中，马达变速、需定期保养和更换是磁带记录的一大难题。1985年后，出现了固态HOLTER系统，以美国HP公司为代表，它是把心电信号转换成数字信号后存储在芯片上，避免了马达引起的一些问题；但是这类HOLTER系统，记录盒内存有限，可能丢失大量信息。

(2)电话传送心电图监测系统(Trans-Telephonic Monitoring，TTM)

1960年，美国及加拿大的医疗中心相继开创了冠心病监护病房和加强护理病房，通过长时间的示波监护及血流动力学监测对病人进行治疗，但是，面对数量庞大、分布环境复杂的院外患者，HOLTER和CCU等还是无法解决问题，20世纪70年代，美国研制成功了利用电话传送心电图的监测系统，该系统是以微机为基础的心电传输/接收和心电数据库管理系统，通过电话传输心电信息和计算机处理实现对病人的心电监护，病人使用记录/发射器可通过电话向监测中心传输心电数据，医生根据心电信号改变和患者诉说的病情，向患者提供诊断与治疗意见，为院外心脏病人的长期心电监测和治疗提供了方便。

(3)无线实时传送心电图监护系统

TTM系统是一种微型、轻便、价格便宜、易操作、不受时间、地域限制的心电监护工具，它对偶发和可疑有心律失常症者有良好的的监测效果，然而，该装置也有一些缺点：不能捕捉非常短暂的心律失常，不能发现无症状心律失常或段变化，需要有电话才能和TTM中心联系等。

在美国就有多所大学进行了基于移动通信技术的远程医疗系统的研究，其中开展较早的并取得一定成果的有美国马里兰州立大学进行的Mobile Telemedicine Testbed项目，该项目开始于1996年，主要是研究利用移动通信技术在急救车上向急救中心传输病人的重要生理信息的可行性和实用性，为了保证有足够的带宽，其使用了一个2～8台GSM手机构成的手机阵列作为通信平台，该系统已在临床试用，并取得了比较理想的效果；欧洲大部分国家采用的是移动通信这一平台来进行远程医疗，一是欧洲本来就拥有很发达的移动通信网络，技术处于国际领先地位，二是因为欧洲的地理环境决定其可以采用移动通信方式来进行远程医疗；在澳大利亚一公司已经开发出掌上心电监护仪，并已通过美国FDA(美国食品与药品管理局)认证；而在亚洲，新加坡的南洋理工大学也开展了类似的研究项目，用于急救车上的心电数据传输；国内有的心电传输方案是将心电信息经过调制后变成音频信息，经手机发送到有线电话上，再解调，从技术上说，这与TTM没有区别。还有的公司采用的方案是采集器+发送器(PDA或手机)，这必然导致其价格昂贵，且PDA或手机的其他功能对于绝大部分患者没有必要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种12导联无线远程心电监护系统。

本发明由用户使用的心电监护仪和设立在医院的监护中心两部分组成。监护中心包括一台连接在Internet上的服务器计算机、交换机和多个与服务器计算机联网的工作站计算机以及电话、打印机组成；公共通信网络包括有GSM、GPRS和Internet等。心电监护仪和监护中心的无线通信方法采用了客户端/服务器的体系结构，客户端为用户使用的心电监护仪，服务器为监护中心，心电监护仪通过GPRS无线接入Internet和监护中心进行数据通信；心电监护仪具备USB接口，可通过其将存储的心电图传输到计算机中；心电监护仪还可用于拨打监护中心等的电话。

本发明中的心电监护仪主要具有如下6个功能：

1.12导联同步心电信号的采集与显示

12导联同步心电图是指对12个导联的心电信号同时采集、同时放大并同步记录和发送，与采用三导联或单导联体系的心电图相比，它能更准确地反映心脏的活动情况。心电监护仪具备液晶显示屏，可以显示所有导联的心电图。

2.无线发送心电图片段

当用户感觉心脏不适或头晕时，按动相应按键，该心电监护仪将会把按键之前的10～30秒和按键之后10～30秒的心电数据无线发送到监护中心，也可以发送实时的心电分析结果。监护中心全天候有医生坐诊，用户发送的心电数据会得到他们的立即处理，处理之后监护中心可以电话通知用户，用户可以根据医生的指导用药或采取自救措施。

3.智能分析心电图

心电监护仪从开始采集心电图起，一直保持对心电图的实时分析。分析的内容包括心搏总数、最高心率、最低心率、室早数和典型室早发生时间、室上早数和典型室上早发生时间、停搏数和最长停搏时间。分析结果保存在心电监护仪的存储模块中，形成报告。

4.无线发送心电图分析报告

用户佩戴心电心电监护仪一段时间后，可以把心电图分析报告无线发送到监护中心。由监护中心的医生进行诊断和处理。

5.心电图连续记录与传输

该心电监护仪具备的HOLTER功能支持长达24小时(可以扩充到48小时或72小时)的心电图连续记录，记录的数据可以通过USB高速上传到PC机用于对用户的心电图进行HOLTER分析。

6.紧急情况下的呼救功能

该心电监护仪内置的无线通信模块支持GSM手机通话功能，用户需要在监护中心注册紧急呼叫号码并导入到心电监护仪内。当用户遇到紧急情况，可以呼叫事先注册的电话，告之方位信息等。

所述的心电监护仪包括数据采集单元、单片机单元、存储单元、通信单元、人机交互单元和供电单元。其中数据采集单元是针对12导联同步心电信号，由8路心电信号采集电路组成；所述通信单元包括GSM/GPRS模块和USB接口，其中GSM/GPRS模块与单片机单元通过串口连接，GSM/GPRS模块另外连接SIM卡、话筒、听筒和天线；所述的人机交互单元包括液晶屏、键盘和蜂鸣器，分别与单片机单元连接；所述的供电单元对其他几个单元供电；所述的存储单元与单片机单元通过外部扩展接口(EMI)连接；所述的单片机单元包括A/D转换单元、RAM、FLASH、通用I/O接口、实时时钟、晶振电路和复位电路，单片机单元中嵌入了控制模块、USB通信模块、心电数据分析模块、心电数据记录模块、心电数据无线发送模块、心电报告无线发送模块及紧急呼叫模块。单片机单元对数据采集单元送来的心电信号进行A/D转换，然后将心电图显示在液晶屏上，同时将数据存储在RAM中，随后记录在存储模块中。在记录的过程中，同时进行心电图分析，把分析结果保存在存储单元中。若用户需要无线发送心电数据或分析报告，则首先将心电数据或分析报告读到RAM中，然后通过通过标准AT指令将其发送给GSM/GPRS模块继而发送到监护中心的服务器上。若用户需要紧急呼叫，则可以选择预拨打的电话并通过AT指令将命令发送给GSM/GPRS模块进行呼叫。心电监护仪和监护中心的通信方法采用了客户端/服务器的体系结构，客户端为心电监护仪，服务器为监护中心，心电监护仪通过GPRS无线接入Internet和监护中心进行数据通信，采用的是TCP/IP协议。心电监护仪也可以通过USB接口与监护中心的工作站计算机连接，将存储单元中的数据上传到监护中心服务器。

心电监护仪的心电数据采集单元采集的是12导联同步心电信号，它与人体之间通过贴在人体表面的电极片和标准12路导联线连接，通过导联线送到模拟放大电路。LA电极101、RA电极102之间的差模信号送到共模抑制放大电路103进行共模放大；然后再进入极化电压抑制电路104，除掉由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压；经过极化电压抑制后的心电信号进入主放大电路105进行信号放大，得到一个幅值满足要求的电压信号；此信号最后进行入工频干扰抑制电路106，滤除掉信号的50Hz工频干扰。其输出为放大了的心电信号，最后将其连接到单片机单元的A/D转换部分。上述电路共有八路，加上LA电极101、RA电极102、LL电极201三个电极采集到的信号经过电阻R3、R4、R5进行线性求和，得到的威尔逊中心点(Com端)，分别完成了对标I、标II、V1、V2、V3、V4、V5、V6等八个通道心电导联信号的采集、放大和滤波。

心电监护仪的单片机单元采用了ARM体系结构的处理器为核心，其内置A/D转换单元、RAM、FLASH、通用I/O接口、实时时钟、晶振电路和复位电路。

心电监护仪的存储单元是在单片机单元的外部扩展接口(EMI)扩展了NAND FLASH存储模块，用于存储心电数据。

心电监护仪的通信单元，它包含GSM/GPRS模块和USB通信模块两部分。GSM/GPRS无线通信模块与单片机单元之间通过串口连接，GSM/GPRS模块同时连接了SIM卡、话筒、听筒和天线。

心电监护仪的人机交互单元，它包含液晶屏、键盘和蜂鸣器。其中液晶屏与单片机单元的EMI口连接。键盘和蜂鸣器通过通用I/O接口连接在单片机上。

心电监护仪的供电单元，它采用单节可充电锂电池供电。电路的连接关系为：一路直接供给GSM/GPRS模块，一路经过输出为3V的降压电路将电压稳定在3V供给单片机的通用I/O接口和数据采集单元。另外一路经过输出为1.8V的降压电路将电压稳定在1.8V然后供给单片机单元的处理器内核。数据采集单元电路的模拟地和其他电路的地采用单点共地的方法连接。

心电监护仪的工作原理如下：单片机单元对数据采集单元送来的心电信号进行A/D转换，然后将心电图显示在液晶屏上，同时将数据存储在RAM中，随后记录在存储模块中。在记录的过程中，同时进行心电图分析，把分析结果保存在存储单元中。若用户需要无线发送心电数据或分析报告，则首先将心电数据或分析报告读到RAM中，然后通过通过标准AT指令将其发送给GSM/GPRS模块继而发送到监护中心的服务器计算机中。若用户需要紧急呼叫，则可以选择预拨打的电话并通过AT指令将命令发送给GSM/GPRS模块进行呼叫。

心电监护仪的软件运行在单片机单元中，它由7个功能模块组成，具体介绍如下：

(1)心电监护仪的控制模块：心电监护仪的控制模块负责控制心电监护仪各个模块的运行，从开机开始运行，按下列步骤执行各个模块，直到关机其执行。

步骤1.运行系统初始化模块；

步骤2.运行图形用户界面模块；

步骤3.检测USB电缆是否插入；

步骤4.如果USB电缆没有插入，则跳到步骤6；

步骤5.如果检测到USB电缆插入，则进入USB通信模块；

步骤6.启动心电数据记录模块；

步骤7.启动心电数据分析模块；

步骤8.等待并响应用户的按键操作，调用心电数据无线发送模块、心电报告无线

发送模块、或紧急呼叫模块；

步骤9.返回步骤8。

(2)心电监护仪的USB通信模块：PC机可通过USB配置心电监护仪内的ID号、监护中心服务器的网络地址和电话号码等“配置信息”，并可通过USB读取心电监护仪中存储的心电数据。实现的方法为：在软件上定义了3个命令，分别为：配置心电监护仪，读取数据和格式化。配置心电监护仪就是可以通过监护中心工作站计算机对心电监护仪进行配置，配置信息包含：用户ID号，监护中心的网络地址，监护中心电话号码等；读取数据为：心电监护仪将首先统计出数据量的大小和分包数，并传输到监护中心工作站计算机中，然后根据监护中心工作站计算机发送的包号来上传相应的包数据；格式化为将心电监护仪内存储的心电数据删除并配置标准时间等。USB通信模块的执行流程如图15所示，步骤如下：

步骤1.读取监护中心工作站计算机发送的命令；

步骤2.如果不是“配置”命令，跳到步骤4；

步骤3.将“配置信息”写入心电监护仪中，跳到步骤1；

步骤4.如果不是“读数据”命令，跳到步骤6；

步骤5.将“心电数据”传输给PC机，跳到步骤1；

步骤6.如果不是“格式化”命令，跳到步骤1；

步骤7.将心电监护仪中存储器格式化，跳到步骤1。

(3)心电监护仪的心电数据记录模块：心电监护仪开机即开始记录心电图，直到记录满24小时或关机为止。心电数据记录模块的执行流程，步骤如下：

步骤1.采集5秒的心电数据；

步骤2.切换采集缓冲区；

步骤3.调用心电数据分析模块分析心电数据；

步骤4.如果存储空间满则结束记录，跳到步骤6；

步骤5.跳到步骤1；

步骤6.关闭系统。

(4)心电监护仪的心电数据分析模块：心电监护仪从开始采集心电图起，一直保持心电图的实时分析。心电数据分析模块的执行流程，步骤如下：

步骤1.对采集到的心电波形进行预处理，消除部分噪声和干扰；

步骤2.利用差分阈值法对预处理后的波形进行R点检测，并对信息进行存储；

步骤3.利用改进的Tompkins差分法进行QRS波群的宽度检测，并存储；

步骤4.利用分支逻辑思想进行心律失常事件判断，并对异常波形分别记录；

步骤5.有选择性的显示异常心电波形片段。

其中，常规的心电波形为QRS波群，它反映左、右心室按一定顺序的去极化过程，历时0.06～0.10s。QRS波群中第一个向下的波称为Q波，第一个向上的波称为R波，在R波后面向下的波称为S波。差分阈值法就是通过检测心电信号序列对时间的导数，即斜率的变化来实现QRS波群定位。改进的Tompkins(托普金斯)差分法为采用前向差分求一阶微分的绝对值，用后向差分求二阶微分的绝对值，再

用5点平均滤波分别对其进行平滑整流，把两者的结果直接相加，得到具有双峰的波形曲线。分支逻辑法就是结合专家经验，依据所提取的心电特征值，和一些经验阈值作关系运算。

(5)心电监护仪的心电数据无线发送模块：当用户在心电图模式下按【发送】键时，心电监护仪首先会与监护中心建立TCP连接，连接建立以后，心电监护仪会将按键之前保存的10～30秒心电数据和按键之后采集的10～30秒的心电数据通过TCP连接发送到监护中心。心电数据无线发送数据模块的执行流程，步骤如下：

步骤1.将前10～30秒的心电数据放到发送缓冲区中；

步骤2.再采集10～30秒的心电数据，添加到发送缓冲区中；

步骤3.停止心电数据记录模块和心电数据分析模块；

步骤4.将发送缓冲区中的数据发送到监护中心；

步骤5.重新启动心电数据记录模块和心电数据分析模块；

(6)心电监护仪的无线发送分析报告模块：当用户在报告模式下按【发送】键时，心电监护仪首先会与监护中心建立连接，连接建立以后，心电监护仪会将实时统计出的分析结果发送到监护中心。心电数据无线发送分析报告模块的执行流程，步骤如下：

步骤1.将心电分析报告放到发送缓冲区中；

步骤2.停止心电数据记录模块和心电数据分析模块；

步骤3.将发送缓冲区中的数据发送到监护中心；

步骤4.重新启动心电数据记录模块和心电数据分析模块；

(7)心电监护仪的紧急呼叫模块：用户首先按【呼叫】键，进入呼叫界面，然后再次按【呼叫】键，就拨打了紧急呼叫电话。电话号码是事先通过USB配置到心电监护仪内的，心电监护仪不提供可输入数字的按键，通过串口向GSM/GPRS模块发送特定的AT指令，即可实现电话功能。紧急呼叫模块的执行流程，步骤如下：

步骤1.进入呼叫界面；

步骤2.确认呼叫

步骤3.呼叫选择的电话号码；

步骤4.对方接听进入通话状态；

步骤5.挂断电话。

监护中心的物理组成包含有：一台服务器计算机、多个工作站计算机、交换机、电话以及打印机。连接关系为：服务器计算机外部连接Internet，内部连接到局域网，多个工作站计算机也分别都连接到局域网，打印机在局域网上共享。监护中心运行的软件也包括服务器端版本和工作站端版本。在服务器计算机上安装有Windows操作系统、数据库和监护中心软件服务器端版本，在每台工作站计算机上安装有Windows操作系统和监护中心软件工作站端版本。

监护中心主要具有如下2个功能：

1.处理心电监护仪无线发送的心电数据和分析报告

2.处理心电监护仪通过USB上传的数据

监护中心处理心电监护仪无线发送的心电数据的工作原理如下：服务器计算机通过Internet与心电监护仪进行远程通信，将接收数据存储到数据库同时通知各个工作站计算机进行处理，工作站计算机由医生操作，工作站计算机将接收到的心电图显示在屏幕上，医生根据心电图输入诊断结果，并打印，然后保存在数据库中；监护中心对心电监护仪无线发送的数据的处理按下列步骤执行：

步骤1.服务器计算机将数据存入数据库；

步骤2.服务器通知工作站计算机处理接收到的心电数据或报告；

步骤3.工作站将心电数据解压缩；

步骤4.在工作站计算机的屏幕上显示接收到的心电图和报告；

步骤5.医生根据心电图输入诊断结果；

步骤6.将诊断结果打印，并存入数据库；

监护中心处理心电监护仪通过USB上传的数据的工作原理如下：工作站计算机通过USB读取心电监护仪中的数据，并存入服务器计算机中的数据库。数据读取完毕后，工作站计算机将对心电数据解压缩并进行自动分析并分类，然后显示分类后的心电图给医生。医生根据心电图输入诊断结果并打印给用户。监护中心对心电监护仪通过USB上传的数据的处理按下列步骤执行：

步骤1.某工作站计算机通过USB读取心电监护仪中的数据；

步骤2.将数据存入到服务器的数据库；

步骤3.将接收到的数据解压缩；

步骤4.对心电图进行自动分析和分类；

步骤5.显示分类后的心电图；

步骤6.医生填写诊断结果；

步骤7.将诊断结果打印给用户。

其中对心电图进行自动分析的原理如下：首先采用差分阈值算法对心电图的特征点(P、Q、R、S、T、J)检测，并提取特征值，然后根据临床心电图学和心脏病诊断学，将特征与病症进行联系，完成心电图的分析和分类，提取的特征值、判断依据及病症由下表给出。

心电分析的判定依据

 

现象	心率失常类型
		心率小于等于45次/分	心动过缓
心率大于等于160次/分	心动过速
		QRS波群单一形态异常，波群宽大畸形，RR间期提前	室早
QRS波群的时限正常，RR间期提前	室上早
		RR间期大于两倍的正常RR间期或大于等于1.8秒	停搏
正常搏动和早搏交替出现，且连续三次以上	二联律
		室早连续出现两次	成对室早
室早连续出现三次及三次以上	室速
		室上早连续出现两次	成对室上早
室上早连续出现三次及三次以上	室上速

本发明与已有技术比较有如下优点：采用NAND FLASH存储心电数据，成本低、容量大。该心电监护仪同时具备24小时动态心电监护和无线远程心电监护双重功能，并且是心电采集、分析与无线发送的一体机。该心电监护仪为12导联全息监护，可以用来监护和诊断常见心脏疾病，体积小巧、智能化程度高、性能可靠、成本低廉、操作方便、可以获取绝大部分临床所需的心电信息。

附图说明

图1为本发明系统构成示意图，

图2为本发明心电监护仪硬件组成结构图，

图3为本发明心电监护仪软件组成结构图，

图4为本发明单导联心电信号采集电路和脱落检测电路原理框图，

图5为本发明12导联的一路导联心电信号采集电路详细原理图，

图6为本发明12导联心电信号采集电路整体原理图，

图7为本发明供电单元原理框图，

图8为本发明供电单元的电池电压转换成3V的线路原理图，

图9为本发明的供电单元由电池电压转换成1.8V的线路原理图，

图10为本发明心电监护仪中单片机STR912与存储器NAND FLASH的电路连接图，

图11为本发明心电监护仪中单片机STR912与M32的电路连接及M32与SIM卡、话筒、听筒的电路连接图，

图12为本发明心电监护仪中单片机STR912与USB接口的电路连接图，

图13为本发明心电监护仪中单片机STR912与液晶显示器的电路连接图，

图14为本发明心电监护仪控制模块执行流程图，

图15为本发明心电监护仪USB通信模块执行流程图，

图16为本发明心电监护仪心电数据记录模块执行流程图，

图17为本发明心电监护仪心电数据分析模块执行流程图，

图18为本发明心电监护仪心电数据无线发送执行流程图，

图19为本发明心电监护仪心电分析报告无线发送执行流程图，

图20为本发明心电监护仪紧急呼叫模块执行流程图，

图21为本发明监护中心对心电监护仪无线发送的数据和报告的处理流程图，

图22为本发明监护中心对心电监护仪通过USB上传的数据的处理流程图，

图23为本发明具体实施方案中的心电监护仪硬件组成结构图。

具体实施方式

本发明的12导联无线远程心电监护系统如图1所示，由用户使用的心电监护仪，设立在医院的监护中心和连接它们的公共通信网络构成。监护中心包括一台连接在Internet上的服务器计算机、交换机和多个与服务器计算机联网的工作站计算机以及电话、打印机，公共通信网采用GPRS、Internet；心电监护仪和监护中心的无线通信方法采用了客户端/服务器体系结构。

心电监护仪的心电数据采集单元采集的是12导联同步心电信号，如图4所示，它与人体之间通过贴在人体表面的电极片和标准12路导联线连接，通过导联线送到模拟放大电路。如图5所示，LA电极101、RA电极102之间的差模信号送到共模抑制放大电路103进行共模放大；然后再进入极化电压抑制电路104，除掉由于测量电极与生物体之间构成化学半电池而产生的直流电压；经过极化电压抑制后的心电信号进入主放大电路105进行信号放大，得到一个幅值满足要求的电压信号；此信号最后进行入工频干扰抑制电路106，滤除掉信号的50Hz工频干扰。其输出为放大了的心电信号，最后将其连接到单片机单元的A/D转换部分。心电信号的采样频率为1000Hz，采样位数为10位。如图5所示，心电信号采集部分采用的放大器型号为AD627和AD824。如图6所示，上述电路共有八路，加上LA电极101、RA电极102、LL电极201三个电极采集到的信号经过电阻R3、R4、R5进行线性求和，得到的威尔逊中心点(Com端)，分别完成了对标I、标II、V1、V2、V3、V4、V5、V6等八个通道心电导联信号的采集、放大和滤波。LL电极201、RA电极202之间的差模信号进入电路202、203、204、205、206最后得到标II导联207心电信号；V1电极301、Com端302之间的差模信号进入电路302、303、304、305、306最后得到V1导联307心电信号；V2电极401、Com端402之间的差模信号进入电路402、403、404、405、406最后得到V2导联407心电信号；V3电极501、Com端502之间的差模信号进入电路502、503、504、505、506最后得到V3导联507心电信号；V4电极601、Com端602之间的差模信号进入电路602、603、604、605、606最后得到V4导联607心电信号；V5电极701、Com端702之间的差模信号进入电路702、703、704、705、706最后得到V5导联707心电信号；V6电极801、Com端802之间的差模信号进入电路802、803、804、805、806最后得到V6导联807心电信号；

心电监护仪的组成如图23所示，其中单片机单元采用ST公司的基于ARM9TDMI内核的STR912芯片作为核心，它包含了96KB内置RAM、512KB的内置FLASH、USB DEVICE、UART串口、RTC、A/D转换器和丰富的通用I/O接口。通过单片机的外部扩展接口(EMI)扩展了256M字节的NAND FLASH和液晶屏，通过通用I/O接口连接键盘、蜂鸣器和GSM/GPRS模块的部分信号线，通过串口连接GSM/GPRS模块，GSM/GPRS模块连接SIM卡、话筒、听筒和天线。数据采集单元与STR912之间通过STR912的A/D转换接口连接，与人体之间通过贴在人体表面的电极片和标准12路导联线连接，如图4所示。心电监护仪的供电单元采用可充电锂电池做电源，如图7所示。单片机单元与其他单元的具体连接关系如图8、图9、图10、图11、图12、图13所示：利用STR912的EMI接口扩展了一片256M×8bit的NAND FLASH。STR912内部集成了USB DEVICE控制器，按照USB的接口标准，直接连接到监护中心工作站计算机的USB接口上即可。系统中的GSM/GPRS通信模块采用BENQ公司的M32模块。它与STR912的串口和通用I/O口连接。M32另外连接SIM卡、话筒、听筒和天线；心电监护仪使用的液晶屏为北京铭正同创公司的MT24-01低功耗240×320点阵彩色液晶模块。数据通信方式为并行通信，工作电压为3V，与STR912的EMI接口连接。心电监护仪具有5个按键用于用户操作，分别为【翻页】，【发送】，【呼叫】、【心电图1和【报告】，它们分别与STR912的5个通用I/O口连接，蜂鸣器则与STR912的一个通用I/O口相连接。供电单元利用3V的超低压差LDO

(这里采用的是TPS79530)将电压稳定在3V，利用1.8V的DC/DC(这里采用的是TPS62202)将电压稳定在1.8V。电池电压供M32使用，3V的电压用于I/O和模拟电路，而1.8V的电压用于单片机单元的内核。数据采集单元电路的地和其他电路的地采用了“单点共地”的连接方法。STR912内部的实时时钟采用单节3V纽扣电池来单独供电，关机状态下时钟信号和单片机的RAM内容不丢失。STR912连接两个外部晶振，一个是25MHz的有源晶振，另一个为32768Hz的无源晶振。

心电监护仪的控制模块负责控制心电监护仪的启动和运行，开机开始运行，按下列步骤执行各个模块，直到关机。其执行流程如图14所示

步骤1.运行系统初始化模块；

步骤2.运行图形用户界面模块；

步骤3.检测USB电缆是否插入；

步骤4.如果USB电缆没有插入，则跳到步骤6；

步骤5.如果检测到USB电缆插入，则进入USB通信模块；

步骤6.启动心电数据记录模块；

步骤7.启动心电数据分析模块；

步骤8.等待并响应用户的按键操作，调用心电数据无线发送模块、心电报告无线

发送模块、或紧急呼叫模块；

步骤9.返回步骤8。

心电监护仪的USB通信模块的执行流程如图15所示，步骤如下：

步骤1.读取PC机发送的命令；

步骤2.如果不是“配置”命令，跳到步骤4；

步骤3.将“配置信息”写入心电监护仪中，跳到步骤1；

步骤4.如果不是“读数据”命令，跳到步骤6；

步骤5.将“心电数据”传输给PC机，跳到步骤1；

步骤6.如果不是“格式化”命令，跳到步骤1；

步骤7.将心电监护仪中存储器格式化，跳到步骤1。

心电监护仪的心电数据记录模块的执行流程如图16所示，步骤如下：

步骤1.采集5秒的心电数据；

步骤2.切换采集缓冲区；

步骤3.调用心电数据分析模块分析心电数据；

步骤4.如果存储空间满则结束记录，跳到步骤6；

步骤5.跳到步骤1；

步骤6.关闭系统。

心电监护仪的心电数据分析模块的执行流程如图17所示，步骤如下：

步骤1.对采集到的心电波形进行预处理，消除部分噪声和干扰；

步骤2.利用差分阈值法对预处理后的波形进行R点检测，并对信息进行存储；

步骤3.利用改进的Tompkins差分法进行QRS波群的宽度检测，并存储；

步骤4.利用分支逻辑思想进行心律失常事件判断，并对异常波形分别记录；

步骤5.有选择性的显示异常心电波形片段。

心电监护仪的心电数据无线发送模块的执行流程如图18所示，步骤如下：

步骤1.将前10～30秒的心电数据放到发送缓冲区中；

步骤2.再采集10～30秒的心电数据，添加到发送缓冲区中；

步骤3.停止心电数据记录模块和心电数据分析模块；

步骤4.将发送缓冲区中的数据发送到监护中心；

步骤5.重新启动心电数据记录模块和心电数据分析模块；

心电监护仪的无线发送分析报告模块的执行流程如图19所示，步骤如下：

步骤1.将心电分析报告放到发送缓冲区中；

步骤2.停止心电数据记录模块和心电数据分析模块；

步骤3.将发送缓冲区中的数据发送到监护中心；

步骤4.重新启动心电数据记录模块和心电数据分析模块；

心电监护仪的紧急呼叫模块的执行流程如图20所示，步骤如下：

步骤1.进入呼叫界面；

步骤2.确认呼叫

步骤3.呼叫选择的电话号码；

步骤4.对方接听进入通话状态；

步骤5.挂断电话。

监护中心对心电监护仪无线发送的数据的处理按下列步骤执行，流程如图21所示：

步骤1.服务器计算机将数据存入数据库；

步骤2.服务器通知工作站计算机处理接收到的心电数据或报告；

步骤3.工作站将心电数据解压缩；

步骤4.在工作站计算机的屏幕上显示接收到的心电图和报告；

步骤5.医生根据心电图输入诊断结果；

步骤6.将诊断结果打印，并存入数据库；

监护中心对心电监护仪通过USB上传的数据的处理按下列步骤执行，流程如图22所示：

步骤1.某工作站计算机通过USB读取心电监护仪中的数据；

步骤2.将数据存入到服务器的数据库；

步骤3.将接收到的数据解压缩；

步骤4.对心电图进行自动分析和分类；

步骤5.显示分类后的心电图；

步骤6.医生填写诊断结果；

步骤7.将诊断结果打印给用户。

使用本发明的心电远程监护系统，首先确认导联线、电池、SIM卡等安装正确无误后，可以启动心电监护仪。打开本机电源开关，液晶屏显示欢迎界面，如果在仪器没有检测到通过USB连接到PC机，则心电监护仪进入一般工作状态。

当液晶屏处在非心电图显示界面时按【心电图】键，液晶屏将进入心电图显示界面。此时按【翻页】键，液晶屏循环显示所有导联的心电图。在心电图显示界面下液晶屏动态显示当前心电波形图以及当前时间、存储器剩余容量、当前心率。

在心电图显示界面按【发送】键，心电监护仪将进入发送工作状态，此时心电监护仪会将当前时刻之前二十秒和之后十秒的心电数据无线发送至心电监护中心，发送数据结束后(所需时间视网络状况不同)，心电监护仪将提示成功，并自动退出发送工作状态，回到心电图显示界面。

此外，在任意时刻按【报告】键，也会让液晶屏进入报告显示界面，此时查看的结果为自本次开机以来的实时分析结果。在报告显示界面按【发送】键，心电监护仪将进入发送工作状态，此时心电监护仪会将当前心电分析报告无线发送至心电监护中心，发送数据结束后(所需时间视网络状况不同)，心电监护仪将提示成功，并自动退出发送工作状态，回到报告显示界面。

在任意时刻按【呼叫】键，液晶屏将进入紧急呼叫界面，再次按【呼叫】键，心电监护仪将进入紧急呼叫工作状态。此时心电监护仪将终止其他工作，待对方摘机以后，即可进入通话状态。呼叫过程中可通过【翻页】键挂断。

利用心电监护仪提供的高速USB接口可以将存储的心电数据上传至PC机，PC机也可以通过USB配置心电监护仪中的电话等。

监护中心的服务器计算机安装监护中心服务器端版本软件，监护中心的工作站计算机安装监护中心工作站端软件。

Claims (10)

1、一种12导联无线远程心电监护系统，其特征在于由患者使用的心电监护仪和设立在医院的监护中心两部分组成，所述的心电监护仪包括数据采集单元、单片机单元、存储单元、通信单元、人机交互单元和供电单元，其中数据采集单元是针对12导联同步心电信号，由8路心电信号采集电路组成；所述通信单元包括GSM/GPRS模块和USB接口，其中GSM/GPRS模块与单片机单元通过串口连接，GSM/GPRS模块另外连接SIM卡、话筒、听筒和天线；所述的人机交互单元包括液晶屏、键盘和蜂鸣器，分别与单片机单元连接；所述的供电单元对其他几个单元供电；所述的存储单元与单片机单元通过外部扩展接口连接；所述的单片机单元包括A/D转换单元、RAM、FLASH、通用I/O接口、实时时钟、晶振电路和复位电路，单片机单元中嵌入了控制模块、USB通信模块、心电数据分析模块、心电数据记录模块、心电数据无线发送模块、心电报告无线发送模块及紧急呼叫模块；单片机单元对数据采集单元送来的心电信号进行A/D转换，然后将心电图显示在液晶屏上，同时将数据存储在RAM中，随后记录在存储模块中，在记录的过程中，同时进行心电图分析，把分析结果保存在存储单元中，若用户需要无线发送心电数据或分析报告，则首先将心电数据或分析报告读到RAM中，然后通过标准AT指令将其发送给GSM/GPRS模块继而发送到监护中心的服务器上，若用户需要紧急呼叫，则可以选择预拨打的电话并通过AT指令将命令发送给GSM/GPRS模块进行呼叫，心电监护仪和监护中心的通信方法采用了客户端/服务器的体系结构，客户端为心电监护仪，服务器为监护中心，心电监护仪通过GPRS无线接入Internet和监护中心进行数据通信，采用的是TCP/IP协议，心电监护仪也可以通过USB接口与监护中心的工作站计算机连接，将存储单元中的数据上传到监护中心服务器；监护中心包括一台连接在Internet上的服务器计算机、交换机和多个与服务器计算机联网的工作站计算机以及电话、打印机。

2、如权利要求1所述的12导联无线远程心电监护系统，其特征在于所述的数据采集单元为12导联同步心电监护，它由8路心电信号采集电路组成，每个导联心电信号数据采集电路包括共模抑制放大电路、极化电压抑制电路、主放大电路和工频干扰抑制电路，其电路之间的联接是：数据采集电路与人体之间通过贴在人体表面的电极片和标准12路导联线连接，通过导联线送到共模抑制放大电路，再进入极化电压抑制电路，经过极化电压抑制后的心电信号进入主放大电路进行信号放大，最后进行入工频干扰抑制电路，滤除掉信号的工频干扰，数据采集电路的输出为放大了的心电信号，将其连接到单片机单元的A/D转换单元。

3、如权利要求1所述的12导联无线远程心电监护系统，其特征在于所述心电监护仪控制模块的从开机开始运行，按下列步骤执行各个模块，直到关机：

步骤1.运行系统初始化模块；

步骤2.运行图形用户界面模块；

步骤3.检测USB电缆是否插入；

步骤4.如果USB电缆没有插入，则跳到步骤7；

步骤5.如果检测到USB电缆插入，则进入USB通信模块；

步骤6.启动心电数据记录模块；

步骤7.启动心电数据分析模块；

步骤8.等待并响应用户的按键操作，调用心电数据无线发送模块、心电报告无线发送模块、或紧急呼叫模块；

步骤9.返回步骤8。

4、如权利要求1所述的12导联无线远程心电监护系统，其特征在于所述心电监护仪USB通信模块的运行按下列步骤执行：

步骤1.读取PC机发送的命令；

步骤2.如果不是“配置”命令，跳到步骤4；

步骤3.将“配置信息”写入心电监护仪中，跳到步骤1；

步骤4.如果不是“读数据”命令，跳到步骤6；

步骤5.将“心电数据”传输给PC机，跳到步骤1；

步骤6.如果不是“格式化”命令，跳到步骤1；

步骤7.将心电监护仪中存储器格式化，跳到步骤1。

5、如权利要求1所述的12导联无线远程心电监护系统，其特征在于所述心电监护仪心电数据记录模块的运行按下列步骤执行：

步骤1.采集5秒的心电数据；

步骤2.切换采集缓冲区；

步骤3.调用心电数据分析模块分析心电数据；

步骤4.如果存储空间满则结束记录，跳到步骤6；

步骤5.跳到步骤1；

步骤6.关闭系统。

6、如权利要求1所述的12导联无线远程心电监护系统，其特征在于所述心电监护仪心电数据分析模块的运行按下列步骤执行：

步骤1.对采集到的心电波形进行预处理，消除部分噪声和干扰；

步骤2.利用差分阈值法对预处理后的波形进行R点检测，并对信息进行存储；

步骤3.利用改进的Tompkins差分法进行QRS波群的宽度检测，并存储；

步骤4.利用分支逻辑思想进行心律失常事件判断，并对异常波形分别记录；

步骤5.有选择性的显示异常心电波形片段。

7、如权利要求1所述的12导联无线远程心电监护系统，其特征在于所述心电监护仪心电数据无线发送模块的运行按下列步骤执行：

步骤1.将前10～30秒的心电数据放到发送缓冲区中；

步骤2.再采集10～30秒的心电数据，添加到发送缓冲区中；

步骤3.停止心电数据记录模块和心电数据分析模块；

步骤4.将发送缓冲区中的数据发送到监护中心；

步骤5.重新启动心电数据记录模块和心电数据分析模块。

8、如权利要求1所述的12导联无线远程心电监护系统，其特征在于所述心电监护仪心电报告无线发送模块的运行按下列步骤执行：

步骤1.将心电分析报告放到发送缓冲区中；

步骤2.停止心电数据记录模块和心电数据分析模块；

步骤3.将发送缓冲区中的数据发送到监护中心；

步骤4.重新启动心电数据记录模块和心电数据分析模块。

9、如权利要求1所述的12导联无线远程心电监护系统，其特征在于所述监护中心对心电监护仪无线发送的数据的处理按下列步骤执行：

步骤1.服务器计算机将数据存入数据库；

步骤2.服务器通知工作站计算机处理接收到的心电数据或报告；

步骤3.在工作站计算机的屏幕上显示接收到的心电图；

步骤4.医生根据心电图输入诊断结果；

步骤5.将诊断结果打印，并存入数据库。

10、按权利要求1所述的12导联无线远程心电监护系统，其特征在于所述监护中心对心电监护仪通过USB上传的数据的处理按下列步骤执行：

步骤1.某工作站计算机通过USB读取心电监护仪中的数据，并存入到服务器的数据库；

步骤2.将接收到的数据解压缩；

步骤3.对心电图进行自动分析和分类；

步骤4.显示分类后的心电图；

步骤5.医生填写诊断结果；

步骤6.将诊断结果打印给患者。

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