CN107456229A - 一种远程心电智能监护系统 - Google Patents

一种远程心电智能监护系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种远程心电智能监护系统，包括心电监测感知模块、用户终端和心电监测管理终端，所述的用户终端与心电监测管理终端远程通信连接，心电监测感知模块用于基于无线传感器网络采集监护对象的心电感知数据，并将监护对象的心电感知数据发送至心电监测管理终端。本发明基于无线传感器网络实现了远程心电的智能监护，系统成本低、使用方便且适用于大规模应用。

Description

一种远程心电智能监护系统
技术领域
本发明涉及医疗领域，具体涉及一种远程心电智能监护系统。
背景技术
目前医院具有的常规心电图监护仪或心电工作站普遍存在着体积庞大、功能单一、使用不方便和不便携带等缺点。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种远程心电智能监护系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种远程心电智能监护系统，包括心电监测感知模块、用户终端和心电监测管理终端，所述的用户终端与心电监测管理终端远程通信连接，心电监测感知模块用于基于无线传感器网络采集监护对象的心电感知数据，并将监护对象的心电感知数据发送至心电监测管理终端。
优选地，所述的心电监测感知模块包括心电监测节点、簇头节点、基站设备，心电监测节点用于采集监护对象的心电感知数据，并将采集的监护对象的心电感知数据发送至所在簇内的簇头节点，簇头节点用于接收簇内的心电监测节点发送的心电感知数据，并将心电感知数据发送至基站设备；基站设备用于收集和融合心电感知数据，通过以太网将心电感知数据上传至心电监测管理终端。
优选地，所述心电监测管理终端包括：数据存储模块，用于保存监护对象的心电感知数据，还用于查询监护对象的心电感知数据；数据分析显示模块，用于对监护对象的心电感知数据进行分析处理，以及显示监护对象的心电波形和相关心电感知数据。
优选地，所述基站设备包括电源管理模块、以太网接口、无线通信模块和信息处理模块，电源管理模块用于提供所需电源；以太网接口用于实现基站设备接入公网；无线通信模块30用于实现与所述心电监测节点或基站设备的无线通信；信息处理模块，用于处理接收到的数据信息，存放各种变量以及缓存心电感知数据。
本发明的有益效果为：基于无线传感器网络实现了远程心电的智能监护，系统成本低、使用方便且适用于大规模应用。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明的结构框图；
图2是本发明心电监测管理终端的连接框图。
附图标记：
心电监测感知模块1、用户终端2、心电监测管理终端3、数据存储模块10、数据分析显示模块20。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，本实施例提供的一种远程心电智能监护系统，包括心电监测感知模块1、用户终端2和心电监测管理终端3，所述的用户终端2与心电监测管理终端3远程通信连接，心电监测感知模块1用于基于无线传感器网络采集监护对象的心电感知数据，并将监护对象的心电感知数据发送至心电监测管理终端3。
优选地，所述的心电监测感知模块1包括心电监测节点、簇头节点、基站设备，心电监测节点用于采集监护对象的心电感知数据，并将采集的监护对象的心电感知数据发送至所在簇内的簇头节点，簇头节点用于接收簇内的心电监测节点发送的心电感知数据，并将心电感知数据发送至基站设备；基站设备用于收集和融合心电感知数据，通过以太网将心电感知数据上传至心电监测管理终端3。
优选地，所述心电监测管理终端3包括：数据存储模块10，用于保存监护对象的心电感知数据，还用于查询监护对象的心电感知数据；数据分析显示模块20，用于对监护对象的心电感知数据进行分析处理，以及显示监护对象的心电波形和相关心电感知数据。
优选地，所述基站设备包括电源管理模块、以太网接口、无线通信模块和信息处理模块，电源管理模块用于提供所需电源；以太网接口用于实现基站设备接入公网；无线通信模块30用于实现与所述心电监测节点或基站设备的无线通信；信息处理模块，用于处理接收到的数据信息，存放各种变量以及缓存心电感知数据。
优选地，所述的用户终端2为手机或电脑。
本发明上述实施例基于无线传感器网络实现了远程心电的智能监护，系统成本低、使用方便且适用于大规模应用。
在一个实施例中，簇头节点通过分簇确定，心电监测节点进行分簇时，具体执行：
(1)心电监测节点进行初始化群落划分，得到初始化的群落结构，具体为：为无线传感器网络中的每个心电监测节点分配一个群落，则共有N个群落，对于每个心电监测节点，计算其与各邻居心电监测节点之间的连接强度，确定最大连接强度，若最大连接强度为0，则心电监测节点不动，若最大连接强度为正值，则将心电监测节点从所在群落移除，并将其加入到最大连接强度对应的邻居心电监测节点的群落中，重复该过程，直至群落不再变化，其中连接强度的计算公式定义为：
式中，Gij表示心电监测节点i与其邻居心电监测节点j之间的连接强度，Lij表示心电监测节点i与其邻居心电监测节点j之间距离，ni为心电监测节点i的邻居心电监测节点数目，f(i,j)为设定的群落判定函数，若i,j属于同个群落，则f(i,j)＝0，若i,j属于不同的群落，则f(i,j)＝1；
(2)对于初始化的群落结构中的每个群落，计算群落与其邻居群落之间的相关程度，确定最大相关程度，若最大相关程度为负值，则该群落不动，若最大相关程度为正值，则将该群落加入到最大相关程度对应的群落中，重复该过程，直至群落中心电监测节点的组成不再变化，从而完成心电监测节点的分簇，其中相关程度的计算公式为：
式中，GAB表示群落A与其邻居群落B之间的相关程度，Lab表示群落A的心电监测节点与其邻居群落B的心电监测节点之间的距离，％T为设定的相关程度阈值。
本实施例利用心电监测节点之间的连通关系进行群落划分，进而利用群落之间的相关程度进行群落重组，从而形成多个簇，其中，最终得到的群落数目即为簇的数目，且簇内心电监测节点联系紧密，簇间心电监测节点联系稀疏，利用上述方式进行分簇，使得簇成员的数目更加合理，能够进一步平衡簇内和簇间通信。
优选地，簇内心电监测节点轮流当选为簇头节点，具体为：
(1)确定簇内心电监测节点当选为簇头节点的概率：
式中，Ur表示簇内心电监测节点r当选为簇头节点的概率，Wr和Mr分别为r的当前剩余能量和在通信距离内的邻居心电监测节点数目，p为r所在簇内的其他心电监测节点，Nr为r所在簇内的心电监测节点数目，Wp和Mp分别为p的当前剩余能量和在通信距离内的邻居心电监测节点数目；
(2)概率最大的心电监测节点当选为簇头节点。
按照上述公式确定簇内心电监测节点当选为簇头节点的概率，能够使得能量更高、在簇内所处的位置较为中心的心电监测节点更容易成为簇头节点，且根据一定的概率轮流当选为簇头节点，能够平衡簇内心电监测节点的能耗，有利于保证簇的稳定性，保障心电感知数据的可靠收集。
在一个实施例中，设Hq表示心电监测节点q所设置的通信距离，Hq按照下列公式进行设置：
式中，e为设定的调节系数，Lmax和Lmin分别为传感器监测网络中心电监测节点离汇聚节点sink的最大距离和最小距离，L(q,sink)表示心电监测节点q离汇聚节点sink的距离，表示心电监测节点q能够设置的最大通信距离。
本实施例通过上述方式设置心电监测节点的通信距离，能够使得距离汇聚节点越近的心电监测节点，其通信距离越小，有利于减小靠近汇聚节点的簇的规模，从而有益于节省靠近汇聚节点的簇头节点在处理簇内监测数据通信时消耗的能量，保留更多的能量来承担转发任务，降低远程心电智能监护系统的通信成本。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种远程心电智能监护系统，其特征是，包括心电监测感知模块、用户终端和心电监测管理终端，所述的用户终端与心电监测管理终端远程通信连接，心电监测感知模块用于基于无线传感器网络采集监护对象的心电感知数据，并将监护对象的心电感知数据发送至心电监测管理终端。
2.根据权利要求1所述的一种远程心电智能监护系统，其特征是，所述心电监测管理终端包括数据存储模块和数据分析显示模块；所述的数据存储模块，用于保存监护对象的心电感知数据，还用于查询监护对象的心电感知数据；所述的数据分析显示模块，用于对监护对象的心电感知数据进行分析处理，以及显示监护对象的心电波形和相关心电感知数据。
3.根据权利要求1所述的一种远程心电智能监护系统，其特征是，所述的心电监测感知模块包括心电监测节点、簇头节点、基站设备，心电监测节点用于采集监护对象的心电感知数据，并将采集的监护对象的心电感知数据发送至所在簇内的簇头节点，簇头节点用于接收簇内的心电监测节点发送的心电感知数据，并将心电感知数据发送至基站设备；基站设备用于收集和融合心电感知数据，通过以太网将心电感知数据上传至心电监测管理终端。
4.根据权利要求3所述的一种远程心电智能监护系统，其特征是，所述基站设备包括电源管理模块、以太网接口、无线通信模块和信息处理模块，电源管理模块用于提供所需电源；以太网接口用于实现基站设备接入公网；无线通信模块用于实现与所述心电监测节点或基站设备的无线通信；信息处理模块，用于处理接收到的数据信息，存放各种变量以及缓存心电感知数据。
5.根据权利要求3所述的一种远程心电智能监护系统，其特征是，簇头节点通过分簇确定，心电监测节点进行分簇时，具体执行：
(1)心电监测节点进行初始化群落划分，得到初始化的群落结构，具体为：为无线传感器网络中的每个心电监测节点分配一个群落，则共有N个群落，对于每个心电监测节点，计算其与各邻居心电监测节点之间的连接强度，确定最大连接强度，若最大连接强度为0，则心电监测节点不动，若最大连接强度为正值，则将心电监测节点从所在群落移除，并将其加入到最大连接强度对应的邻居心电监测节点的群落中，重复该过程，直至群落不再变化，其中连接强度的计算公式定义为：
<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi> </msub> </msubsup> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中，Gij表示心电监测节点i与其邻居心电监测节点j之间的连接强度，Lij表示心电监测节点i与其邻居心电监测节点j之间距离，ni为心电监测节点i的邻居心电监测节点数目，f(i,j)为设定的群落判定函数，若i,j属于同个群落，则f(i,j)＝0，若i,j属于不同的群落，则f(i,j)＝1；
(2)对于初始化的群落结构中的每个群落，计算群落与其邻居群落之间的相关程度，确定最大相关程度，若最大相关程度为负值，则该群落不动，若最大相关程度为正值，则将该群落加入到最大相关程度对应的群落中，重复该过程，直至群落中心电监测节点的组成不再变化，从而完成心电监测节点的分簇，其中相关程度的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>A</mi> <mi>B</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <munder> <mi>max</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>B</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <munder> <mi>min</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>B</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <munder> <mi>max</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>B</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <munder> <mi>min</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>B</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>w</mi> <mi>T</mi> </msub> </mrow>
式中，GAB表示群落A与其邻居群落B之间的相关程度，Lab表示群落A的心电监测节点与其邻居群落B的心电监测节点之间的距离，％T为设定的相关程度阈值。
6.根据权利要求5所述的一种远程心电智能监护系统，其特征是，设Hq表示心电监测节点q所设置的通信距离，Hq按照下列公式进行设置：
<mrow> <msub> <mi>H</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>e</mi> <msqrt> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <msup> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mi>L</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>q</mi> <mo>,</mo> <mi>sin</mi> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> </msqrt> <mo>&amp;rsqb;</mo> <msubsup> <mi>H</mi> <mi>q</mi> <mi>max</mi> </msubsup> </mrow>
式中，e为设定的调节系数，Lmax和Lmin分别为传感器监测网络中心电监测节点离汇聚节点sink的最大距离和最小距离，L(q,sink)表示心电监测节点q离汇聚节点sink的距离，表示心电监测节点q能够设置的最大通信距离。
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