CN1540566A - 掌上型移动远程心电监护系统 - Google Patents

掌上型移动远程心电监护系统 Download PDF

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CN1540566A
CN1540566A CNA031165397A CN03116539A CN1540566A CN 1540566 A CN1540566 A CN 1540566A CN A031165397 A CNA031165397 A CN A031165397A CN 03116539 A CN03116539 A CN 03116539A CN 1540566 A CN1540566 A CN 1540566A
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CN
China
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palmtop computer
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electrocardiogram
bluetooth
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Application number
CNA031165397A
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Inventor
鲁巍峰
董军
黄建
Original Assignee
上海吉量软件科技有限公司
鲁巍峰
董军
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Abstract

本发明属于医疗电子器械,特别涉及一种对人体心电信号进行检测、存储、分析以及无线传输的基于掌上计算机的移动远程心电监护系统。其特征在于:包括心电采集模块、掌上计算机和远程监护服务器三个部分;心电采集模块采集心电信号经数字化后通过蓝牙无线通信或者USB接口传送给掌上计算机,掌上计算机通过移动通信网络与远程监护服务器进行通信;掌上计算机和远程监护服务器均能对心电信号进行实时分析、报警、存储、回放以及打印等;掌上型心电监护仪既可独立使用,同时也是移动远程心电监护系统的终端。本发明具有支持移动应用、便携、全数字化、易于联网、开放性好等特点,可供医生、医院、急救中心/救护车以及广大患者等使用。

Description

掌上型移动远程心电监护系统
技术领域
本发明属于医疗电子器械,特别涉及一种移动远程心电监护系统和一种基于蓝牙的掌上型心电监护仪。
技术背景    当前,医院已经广泛使用各种监护设备,用于监测心脏病、危重病等患者的病情及其变化。
医用心电监护设备主要分成二大类。
一类是床旁监护仪,医院的ICU、CCU等监护病房使用的大多就是这种监护仪。患者的心电信号经心电电极接收后通过心电导联线传输给床旁监护仪,床旁监护仪实时显示、分析心电信号,并在异常时提供报警。由于导联电缆的存在、需要交流电源供电以及体积笨重等因素,患者在监护过程中不能自由活动,甚至连吃饭、大小便这样的日常活动也只能在病床上进行,造成患者很大的不便。
另一类是动态心电图系统(Holter),临床上应用于对心脏病等患者作较长时间的心电记录。患者随身配带一个心电记录盒,记录盒可以通过磁带或者更先进的Flash存储介质记录24小时甚至更长时间的心电数据,结束后需要将记录盒带回医院,通过专用的Holter心电回放分析系统读取记录盒中的心电图数据,利用软件对记录的心电数据作回放分析,作出事后性的动态心电报告。Holter的缺陷在于:(1)心电记录盒不具有实时监护功能。若患者在进行心电记录的过程中发生心脏病发作,就难以得到及时的发现和进一步的救治,而只能在记录盒中记录下异常的心电信号供事后分析,这有可能导致严重的后果。(2)心电记录盒不具有网络通讯功能。患者必须将记录盒送回医院进行回放分析,这对于体弱多病的心脏病等患者以及老年人,将造成很大不便;而且,在心脏病发作的危急时刻,由于缺乏网络通讯功能,无法及时与医院、急救中心、医生取得联系,导致患者失去第一时间获得远程救助指导的机会,而在第一时间进行及时救治常常关系到疾病的转归和预后。
除上面提及的各自缺陷之外,上面这二类心电监护设备还有以下的共同缺陷:操作复杂、价格昂贵、缺乏网络通信功能等。这些缺陷的存在使得这二类心电监护设备只限于在医院内使用,广大的患者无法自己购买并使用这类心电监护设备,医护人员、急救车等专业人士也难以在出诊、急救、事故现场或者对休养在家的患者作上门服务的时候随身携带这类心电监护设备为患者提供心电监护服务。
随着我国步入老龄化社会,各种老年性疾病,包括高血压、心脏病、脑中风等慢性病已成为我国的常见病、多发病。对这些慢性病进行有效的防治,是当前我国医疗保健服务要解决的主要问题。然而,这类问题的解决不是单纯依靠传统的中心医院投入就能奏效的,需要把传统的以中心医院为轴心的医疗模式,转换成以病人/家庭为中心、以社区服务为基础的新的全民保健模式。为此,要求对慢性病的病情进行“家庭监测、社区监测”。这种“家庭监测、社区监测”常常关系到慢性病能否得到良好的控制,关系到患者生活质量的高低,关系到患者寿命的长短。而所需的这种病情监测仪器,必须具有易于携带、操作简单、安全可靠、智能化、易于联网、价廉等特点。广大的患者以及保健医生、家庭医生、社区医生、全科医生等专业人士能够利用这类便携式监护仪器对患者的病情进行自我监测或者监测,帮助患者自己或医生准确地判断病情,提高慢性病治疗、康复的效果。
为解决便携式设计问题,目前国内外已开发出一些便携式心电监护仪器,供广大患者和医务人员随身携带使用。这些产品大致可分成以下两类。
第一类是封闭式的便携式心电监护仪。生产厂商采用自己的专有硬件和软件,并将硬件和软件固化在一个固定仪器中,提供简单的心电信号实时分析和报警功能,有些还具有记录心电信号的功能。但是,该类监护仪的缺陷在于:(1)由于不同厂商采用的专有技术和设计有很大的不同,这样就造成系统的开放性、兼容性较差,发生故障时进行维修也相当困难。(2)这类监护仪不能有效、方便地与计算机进行数据通信,因而难以利用日益普及的计算机的强大的信息处理能力;而且,由于监护数据不能被有效地读入计算机作长时间的保存,为进行一次新的监护,只能将原先保存在监护仪中的心电数据删除或者覆盖掉,这些宝贵的心电信息不能被用作进一步的深入分析以及作历史比较。(3)由于这类监护仪的存储空间十分有限,仅能保存几分钟到几十分钟的心电数据,有些甚至没有存储空间,因而,难以满足实践应用中对较长时间保存心电记录的需要。(4)这类仪器的专业性较差,大多只能监护一个导联的心电信号,而且,所提供的实时分析功能比较单一,只能对少数的几种异常事件作出识别和报警,也没有提供很好的历史数据回放、统计、报告等功能,部分监护仪甚至没有提供显示心电波形这样的基本功能,这就难以满足医务人员对心电信息作全面、深入分析的要求。
第二类是开放性的便携式心电监护仪,多采用掌上计算机作为信息处理的平台。相比于封闭式系统,基于掌上计算机的心电监护系统是一种开放性系统。掌上计算机具有强大的处理器、高分辨率的显示屏、较多的存储空间等,并且具有操作简便、价廉、易于与PC同步数据等优点。因而,掌上计算机能够对较多种类的异常事件作出实时分析,并在异常时提供报警。掌上计算机上保存的监护数据,可以通过与PC的同步长久保存到PC上作深入分析和历史比较,充分挖掘心电数据的价值。而且,掌上计算机的存储空间较大,能够保存几小时到十几小时的心电数据,并能方便地根据实际需要进行空间扩充。
但是,除了上面提及的缺陷之外,这两类设备还普遍存在以下缺陷:(1)心电采集模块和心电分析处理模块采用电缆连接方式。在监护过程中,被监护对象被多条导联电缆所缠绕,既影响活动自由,也给部分日常生活带来不便;而且,由于采用有线连接方式,就不可避免有电缆暴露在外面,这样就会导致病人隐私的暴露,而疾病是病人的重要隐私。(2)这类监护仪缺乏实时网络连接和通讯功能,因而,广大患者不能通过通信网络获得医院、医生的医疗帮助,特别是病人在危及生命的时刻;而医护人员、急救人员也难以获得医院、急救中心专家的远程业务指导。
为解决心电图的远程传输问题,实现心电监护由院内向院外、家庭、个人的延伸。20世纪70年代以后,国外开始将“电话心电图”应用于临床实践,在医学上称为“经电话传送心电图监测”(Transtelephonic electrocardiographicmonitoring,TTM)。TTM的基本原理是:患者配带一个心电监护终端(又称为“心脏BP机”,大多是一个封闭式的便携式心电监护仪),终端采集体表的心电波形,使用外置式或者内置式电话传送装置(即调制解调器)将心电信号调制成电话信号,通过公用电话网络将信号实时传送至医院的监测中心,监测中心再通过调制解调器解调出心电信号,24小时值班医生根据心电图改变和患者主诉,30分钟内即可向患者提供病情的诊断以及治疗建议。通过电话心电图系统,大大缩短了医院、医生和广大患者、家庭之间的距离,为长期对心脏病患者作院外心电监护提供了方便的手段,使心电监护走向家庭、个人成为现实。我国在TTM应用方面起步较晚,90年代开始在一些大中城市推广使用。
但是,电话心电图系统存在以下的缺陷:(1)电话心电图系统必须通过公用电话网络才能传输心电信号。为实现远程心电监护,患者必须在家里或者办公室等有电话的固定场所才能实行经电话的实时信号传送,因而不能应用于急救车、飞机等移动场合。(2)由于电话心电图系统的监护终端和电话之间的连接采用有线方式,以及监护终端与人体之间通过电缆有线连接,在经电话实时远程传输的过程中,患者必须守在电话机旁,这就明显限制了患者的活动自由,也会导致患者病情隐私的暴露。(3)部分监护终端也能记录、保存心电信号,但其存储空间十分有限,只能保存几分钟到几十分钟的心电图数据,难以满足医生对大容量、长时间保存心电记录的要求。(4)传统的电话心电图多采用模拟调频电话传输技术。这是一种早期的信号传输方式,其缺点是抗干扰性能差,信号易受发送和接收环境以及线路噪声的干扰,而且传输速率较慢。若接收端配备有计算机信息管理系统,必须将接收到的模拟信号转换为数字信号才能进行处理。而且,不少系统一次只能接收一个患者的心电监护信号,明显限制了电话心电图的应用价值。(5)部分经电话传输远程心电监护系统,采用PC(包括台式机和笔记本电脑)作为心电信息处理的终端并通过PC实现心电信号经电话线路的远程传输。这样的系统虽然能够充分利用PC强大的处理能力,并使系统具有良好的开放性,但是,由于PC体积大、机动性差、能耗大、操作复杂、需要交流电供电等,不适合进行长时间的远程监护,也不适合在移动场合使用。
近年来,为提高心电信号经电话传输的质量,消除模拟调频电话传输方式存在的各种干扰,国内外开发出了心电信号经电话数字传输技术。采用数字编码技术,在远程传输的过程中,心电信号不易受多种环境和线路噪声的干扰,失真小、差错率低,计算机对接收到的数字心电信号可以直接进行分析处理。
在信号经电话远程传输的过程中,为提高患者的活动自由度,有产品将心电监护终端和电话发送端两者分立开来,两者之间通过RF无线电方式实现信号传输。心电监护终端可把心电信号通过RF无线电方式发送给电话发送端的RF接收器,然后,监护信号通过电话网络远程传输出去。通过这种方式,在一定程度上拓展了患者在远程监护时的活动自由度,患者可以在RF覆盖的几米-几十米的范围内进行自由行动。但是,患者仍然受到有无电话、电话的位置、RF的空间覆盖范围以及各种干扰的影响,只能在固定电话附近的有限活动空间范围内进行远程心电监护,仍然不能实现在任何时间、任何地点进行远程心电监护的目标。
总之,在本发明出现之前,多种形式的电话心电图系统已经问世。但是,它们共同的缺点就是需要通过电话网络进行心电信号的远程传输,患者只能在家里或者在办公室等有电话的固定场合才能进行远程心电监护,不可能在移动场合进行远程监护。因而,也极大地限制了电话心电图系统的应用空间和使用价值。医生也难以在急救现场、抢险救灾、野外科考等移动场合获得中心医院、急救中心、心电专家的专业指导。而且,目前的电话传输速率并不够快,信号传输质量也有待进一步的提高。
发明内容
因而,本发明所要解决的首要技术问题是:提供一种易于接入移动通信网络、数字化传输、便携式、开放性好、支持实时分析报警的移动远程心电监护系统。这种系统具有支持移动应用、抗干扰性强、自动分析、便于携带、能耗低、开放性/兼容性好等优点,能够真正实现无论何时、无论何地进行远程监护的目标,以更好地满足移动监护、远程监护、个人/家庭监护的需求。
本发明所要解决的第二个技术问题是:提供一种利用掌上型高性能计算设备和短距离无线通信技术的便携式无线数字化心电监护仪,既可单独使用,也可作为移动远程心电监护系统的接入终端。这种监护仪能够实现心电采集模块和掌上型高性能计算设备之间的短距离无线连接,使心电数据的传输无线化,具有携带方便、使用自由、保护使用者隐私,并提供比较强大的实时自动分析和报警功能,能够较长时间地保存异常事件,并能与PC同步在PC上长久保存监护数据,以及对监护数据作进一步的深入分析等优点。
本发明解决所述第一个技术问题所采用的技术方案是这样的:一种对人体心电信号进行检测、存储、分析以及无线传输的基于掌上计算机的移动远程心电监护系统。其特征在于:包括心电采集模块、掌上计算机和远程监护服务器三个部分;心电采集模块采集的心电信号经放大、滤波、数字化后通过蓝牙无线通信或者USB接口传送给掌上计算机;掌上计算机通过移动通信网络与远程监护服务器进行通信,通过内置的移动通信模块直接传输数据,或者通过蓝牙手机传输数据;远程监护服务器接收到被监护对象的心电信号后,显示、保存心电图,实时分析监护数据并在异常时提供报警,给出相应的监护结论和救治意见,并把诊治建议通过移动通信网络传送回远程的掌上计算机;远程监护服务器及其客户机系统可对监护数据作进一步回放、统计分析、报告、打印等。
为解决第二个技术问题,本发明提供一种基于蓝牙的掌上型心电监护仪。包括心电采集模块、掌上计算机、PC应用程序三个部分,掌上计算机由中央处理器、显示屏、总线控制器、存储器、数据接口组成。其特征在于:心电采集模块和掌上计算机分立设计,分别具有一个蓝牙通信模块和/或者USB模块,心电采集模块采集的信号经数字化后通过蓝牙无线通信或者USB接口传送给掌上计算机,掌上计算机显示心电图,并进行实时分析,在异常时提供报警,并保存异常事件,保存的数据能够同步到PC,PC应用程序能对监护记录进行回放、进一步分析统计、报告、打印等,PC还能通过Internet远程传输监护数据给远程监护服务器。本掌上型心电监护仪既可独立使用,同时也是移动远程心电监护系统的监护终端。
与现有技术相比,本发明具有下列优点:(1)能够实现移动远程心电监护。广大患者能够通过本系统,采集心电信号,并通过移动通信网络实时发送监护信号给医院或者急救中心的远程监护服务器,从而获得及时、专业的医疗救助。广大的医务人员,特别是农村、偏远地区的医护人员通过本系统,能够得到大、中医院医学专家的指导和帮助,从而提高自身的业务能力,降低误诊误治的几率。救护车、抢险救灾等移动场合的医务人员也能通过本系统,获得急救中心、医院专家的救治指导,特别是指导对一些疑难、危重疾病的诊断和治疗,从而提高急救的成功率。本系统能够真正实现无论何时、无论何地进行远程监护的目标。
(2)信号传输的质量、保密性和速率得到进一步的提高。由于目前的GPRS/GSM、CDMA移动通信网络使用的是数字信号传输技术,心电信号通过数字传输方式进行远程传输,较之于模拟传输方式,其抗干扰性大大提高,能够保证信号高度保真,而且,由于采用数字传输方式,也较大地提高了心电信号传输的速率和保密性。
(3)使用自由度大,保护患者的疾病隐私。心电采集模块与掌上计算机之间通过蓝牙通信实现监护信号的无线数字化传输,而无需再使用传输电缆。这将极大地方便个人随身携带、随时使用,而不会对个人的日常生活造成影响,并有助于保护个人的疾病隐私。蓝牙技术作为一种新兴的短距离无线通信技术,具有成本低、耗电省、抗干扰性强、保密性好、体积小、数据传输速率较高等优点,非常适合应用于便携式的嵌入式系统。在现场急救、事故抢险、出诊、搬动患者等场合,医务人员能够在蓝牙所覆盖的空间范围内对患者作比较自由的病情监护。
(4)分析处理能力强大、开放性好。掌上计算机具有心电图分析处理所需的主要特征,包括高性能的CPU、高分辨率的显示屏、较多的存储空间、易操作性、便携、易于联网(包括移动通信网络和Internet网络)、高度的开放性和兼容性等。强大的计算能力,使掌上计算机能对多种异常心电事件作出实时自动分析,并在异常时提供报警,心电波形的显示也更加逼真。由于掌上计算机具有较多和易于扩充的存储空间,因而能够较长时间地记录心电数据,并可对此作进一步的回顾性分析和历史比较。掌上计算机开放性和兼容性良好,易于进行多种监护参数的扩充和组合,并易于与PC同步数据,进一步可与医院信息系统(HIS)、其他计算机系统以及Internet联网。在PC端,应用程序可对监护数据作出深入分析,获得心电异常事件和心电数据的趋势,作出监护结论和报告,也能通过Internet实现远程诊断。另外,开放式的系统也易于升级软硬件以进一步提高系统的功能、修正存在的缺陷。
(5)实现了监护仪的微型化、低功耗、便携式设计。本监护仪使用具有高度集成度的心电芯片、A/D转换芯片、处理器以及蓝牙通信模块,并使用贴片元件,使得心电采集模块的结构高度紧凑,体积小、重量轻,使用的掌上计算机是集成有蓝牙通信模块和/或者USB接口和/或者移动通信模块的手持智能设备,便于个人携带长时间使用。
(6)高度的电气安全性、可靠性。由于掌上计算机和心电采集模块使用电池供电,监护仪的电气安全性很高,没有交流电可能导致的电击危险。由于采用开放和成熟的技术,以此为基础的基于蓝牙的掌上型心电监护仪和移动远程监护系统具有较高的可靠性,而高可靠性是医疗仪器的重要要求。
附图说明
图1为掌上型移动远程心电监护系统的物理组成框图。
图2为掌上型移动远程心电监护系统的原理框图。
图3为掌上型移动远程心电监护系统远程监护服务器及其客户机系统的原理框图。
图4为图1和2中,心电采集模块的硬件(图4A)和软件(图4B)原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明。
本发明的工作原理是这样的:参照图1和图2。本发明由心电采集模块、掌上计算机、移动通信网络、Internet、PC、个人打印机、远程监护服务器、客户机以及局域网打印机等部分组成。心电采集模块负责采集、放大、滤波、数字化心电信号,并通过蓝牙通信或者USB接口发送给掌上计算机。掌上计算机由中央处理器、显示器、总线控制器、存储器、数据接口组成,其数据接口具有一个内置的蓝牙通信模块和/或者USB模块。掌上计算机接收到数字化心电数据后,进行实时的波形显示和自动分析(包括心律失常和ST段监护),在异常时提供报警,并保存异常事件,通过内置的移动通信模块或者通过蓝牙手机把监护信号通过移动通信网络发送出去。远程监护服务器对接收到的监护信号进行分析,并把分析结论和诊治建议通过移动通信网络发送回掌上计算机。保存在掌上计算机中的数据能够通过USB接口同步到PC,PC应用程序提供对监护事件的回放、进一步分析统计、报告、打印等功能,PC能够通过Internet传输监护数据给远程监护服务器实现心电监护信息的远程诊断。
下面说明具体的工作流程:(1)心电采集模块:硬件框图参见图4A。由心电电极、心电导联线、射频滤波电路、心电信号放大芯片、A/D转换芯片、电源、信号发生器、处理器、蓝牙和/或者USB芯片及其电路、报警指示等部分组成。导联系统采用标准5-电极组心电导联系统,可产生7个导联的信号,其中3个导联(I或II、III、V)的信号是原始信号,其余4个导联(II或I、aVR、aVL、aVF)的信号通过导联运算得出。采用电阻和电容组成的二级阻容滤波网络作为空间射频滤波的主要手段,滤除频率大于100Hz的空间射频干扰。放大芯片对3个原始导联的心电信号进行共模抑制放大,并具有导联运算、起搏信号检测、导联脱落检测以及滤波等功能。A/D转换器采用22-bit高精度的基于sigma-delt技术的A/D转换芯片,对3个原始导联的信号进行同步A/D转换。处理器是一个单片机(MCU),MCU包含ROM和RAM,而且支持ISP(在系统编程)和IAP(在应用编程)方式,具有体积小、能耗低、运算速度高等优点。处理器是整个心电采集模块的控制中心,负责控制心电芯片、A/D芯片以及数据的接收、处理,同时负责蓝牙模块的控制和数据收发。蓝牙通信模块包括基带电路、射频电路、双工器、蓝牙天线以及封装在其中的主机控制接口(HCI)的蓝牙通讯协议等。蓝牙模块和处理器之间通过交叉连接RXD和TXD引脚建立数据连接。USB接口采用通用的USB接口模块。整个模块采用电池供电,所有的模块电路都支持低功耗工作方式,在不进行监护的时候自动进入睡眠模式。电池电压经由高效率的电压管理单元升压至5V、3.3V,并反向产生-5V的工作电压。信号发生器负责提供基准电压,报警指示负责提供各种硬件故障的报警信息。另外,在导联连接处采用了耐压1000V的元件,以保证工作电路的安全。
加电后,心电采集模块首先进行自检,并配置有关的参数。自检包括心电信号放大芯片、A/D转换芯片是否工作正常,心电导联线是否连接良好,检测电池电量的多少,对蓝牙地址进行认证、确认蓝牙传送速率,配置采样频率、采样精度和采样通道带宽等工作参数。自检通过后,系统进入待机模式;若自检出现故障,则提供相应的硬件故障的报警信息,并通过蓝牙或者USB接口传送给掌上计算机。
在接收成功掌上计算机发送的开始进行心电监护的请求以后,心电采集模块开始采集心电信号。信号经由心电导联线传输至前级滤波电路,滤除频率远大于100Hz的空间射频干扰。然后,信号送入心电信号放大芯片进行放大,放大倍数固定为8倍,产生I(或II)、III、V三个原始导联的同步放大信号。放大芯片会输出AVG3O的共模信号,提供给各放大通道,用以抑制共模干扰信号。3个原始导联的放大信号经过后级滤波网络电路,传送给A/D转换芯片进行同步A/D转换,产生22位的数字化心电信号。数字化心电数据通过串行方式传送给处理器。在2次数据刷新时间间隔内,处理器完成数据的采集,并且经由蓝牙模块或者USB接口把心电数据传送给掌上计算机。在心电信号的采集过程中,本模块能够实时检测导联线有无脱落以及具体脱落的电极号,有无强干扰导致不能检测ECG的情况,电压状况并提供低电压、基准电压波动报警等。
心电采集模块的软件框图参见图4B。主控部分(主控模块)是整个软件的核心,它控制所有硬件资源,包括系统时钟、中断资源(外部中断和时钟中断)、端口资源(串口和并口)。主控模块分配处理器各端口资源给心电信号放大芯片和A/D转换芯片,用于数据传输并对其进行控制。分配增强型串口给蓝牙模块,并在内存开辟一个串口输出缓冲区和一个串口输入缓冲区,通过串行方式和蓝牙模块通讯。所有要通过蓝牙进行传送的数据都必须通过蓝牙控制模块进行数据编码,然后交由主控模块通过串口发送出去;同样,所有接收到的数据也先由蓝牙控制模块进行解码,然后再交由主控模块处理后送给控制命令栈进行命令解析,再由主控模块把解析后的结果分配给硬件控制模块处理。由于掌上计算机的蓝牙接口工作于蓝牙协议的L2CAP(逻辑链路控制与适配协议)层,而心电采集模块的蓝牙模块工作于蓝牙协议的HCI层,所以蓝牙控制模块的主要功能就是完成L2CAP层指令和HCI层指令的相互转换,在MCU中的软件把协议栈封装到相应的L2CAP层。心电采集模块开始工作后,通过主控模块调用硬件控制模块进行数据的采集处理和发送。
这里有2个和掌上计算机通讯的过程不经过蓝牙控制模块,而由主控模块处理后直接发送到蓝牙模块,不遵循标准数据传送协议(所谓标准数据传送协议是指掌上计算机和处理器之间传输数据和命令的标准格式规范)。一个是硬件报警信息,当一个硬件报警信息产生后以最高的优先级中断所有正常工作,系统让出资源对相关信息进行处理并直接发送;另一个是初始化时的身份认证过程。在这2种情况下,由主控模块直接完成协议的封装和传输,以体现最高优先级和最高可靠性的要求。
另外,独立于蓝牙传输协议之外,对通过蓝牙传输的心电监护数据也有一套数据传输格式,这一套标准规定了通过蓝牙传输的心电数据和控制指令,以及其他一些通讯命令的传输格式,有关这一格式的处理在控制命令栈中完成解析,在主控模块中完成封装。
心电采集模块软件的设计语言是C语言,并使之具有可移植性,能够运行于多种处理器平台。
(2)基于蓝牙的掌上型心电监护仪:参见图2。掌上计算机上的应用软件具有以下主要功能:控制心电信号采集模块,接收心电数据,显示心电波形,自动分析心电数据并在异常情况下提供报警,存储心电数据,把心电数据通过USB接口同步到PC上,通过内置的移动通信模块或者蓝牙手机经移动通信网络与远程监护服务器进行通讯。
首先,掌上计算机对心电采集模块的蓝牙地址或者USB接口进行认证。然后,掌上计算机通过蓝牙接口或者USB接口向心电采集模块发送开始进行信号采集的请求,并发送采集时的工作参数。接着,掌上计算机开始接收心电采集模块传送过来的监护数据,并把它存储在临时的数据缓冲区内。然后,由监护分析软件实时对监护信号中的一个或者多个导联进行同步波形显示,并进行数字滤波(可以设置是否需要数字滤波),判断有无起搏信号,并自动进行心律失常和ST段分析,在异常时提供报警,保存异常事件。系统提供自动保存和手动保存二种保存异常事件的方式。如果是因为由某报警事件触发而导致的自动保存,则系统存储从当前时刻5秒钟前,直到当前时刻5秒钟之后的3个原始导联的心电数据,以及事件发生的日期/时间、事件类型、事件发生时的心率、ST参数值;对于手动保存方式,用户点击“保存”按钮后保存心电图直至用户点击“停止保存”按钮或者已经记录到30秒的心电图为止。在监护过程中,掌上计算机定时记录心率和ST等参数值。根据预先设定的条件,系统可以自动向远程监护服务器通过移动通信网络发送监护数据,或者通过手动方式发送监护数据给远程监护服务器。
数字滤波采用带通滤波器,由一个低通滤波器和一个高通滤波器级联而成,用以滤除高频肌电、工频干扰以及低频的基线漂移等干扰。
在进行心律失常分析之前,系统首先通过检测有无起搏脉冲信号判断有无起搏器。若有起搏器,系统启动起搏脉冲排斥功能,即系统自动把起搏脉冲信号从心电信号中区分开来,避免发生由于把起搏脉冲信号当作QRS波群而错误计算心率以及无法检出心搏停止与某些心律失常的情况。
心律失常监护算法是建立在R波识别和RR间期测量的基础上。R波识别算法采用自适应的幅度、斜率、时限阈值法。通过R波时限、R波振幅以及RR间期3个参数实现对常见的16多种心律失常做出自动分类,它们是:停搏、室颤/室速、室性节律、成对室早、R on T室早、室性二联律、室性三联律、频繁室早(室早>X个/分)、室早、室上速、室上早、极端心动过速、极端心动过缓、心动过速、心动过缓、漏搏。
依据危及生命的严重程度的不同,这些心律失常事件被分成红色报警事件和黄色报警事件二大类,并按照优先(严重)程度把这些报警事件分级并放入报警事件“链”中,使得系统通告的总是当前最严重(或者优先度最高)的报警事件。报警优先度策略设定如下,从左到右报警优先度逐级降低。
红色报警事件链:停搏→室颤/室速→极端心动过速→极端心动过缓;黄色报警事件链:分为以下面2条支链,室早报警链:室性节律→成对室早→R on T室早→室性二联律→室性三联律→室早>X个/分→室早;心率报警链:室上速→心动过速→心动过缓。
在正常情况下,检出一个报警事件就会产生一个报警指示。但是,在有些情况下,即使检出了报警状态,报警指示也会被禁止掉。这些情况包括:(1)一个更严重(优先度更高)的报警状态产生了;(2)在本报警链中,某一个优先度更高的报警正经历一个禁止期;(3)此报警状态正经历一个禁止期。当产生一个黄色报警事件时,系统自动启动一个禁止期,红色报警事件没有禁止期。在此禁止期内,同样的报警状态或者同一个报警优先度链中较低的报警状态被禁止产生报警。当禁止期到时,系统复位,如果报警状态仍存在,报警又产生了。一个事件的报警状态不影响以后报警状态的检出,但会使同一链上优先度较低的报警不能动作。
ST监护算法采用的是R+X法,即在R波以后的X毫秒的时间内测量ST段的幅度,在R波之前P波之后的PR段作为测量ST段测量的参考水平,二者的幅度之差就是ST段值。系统根据预先设定的ST报警极限(包括上限和下限)产生ST报警。ST监护仅仅用于正常和房性起搏的心搏波形,在使用ST监护之前,首先需要调用心律失常监护算法判断有无起搏信号以及QRS波形是否基本正常。
系统提供对是否需要报警以及需要报警的事件、报警条件、报警事件的禁止期、是否在报警时保存异常事件等进行设置的功能。
系统具有数据库功能,提供对病人信息、心电信息、操作员信息等进行管理的功能。操作者能够浏览、新建、打开、删除、编辑、选择、查找病人信息以及进一步的监护记录、异常事件、心电波形等。病人资料包括一般资料、病情介绍资料,以及监护数据和结论。在每次开机使用本监护仪或者更换操作员,需要从操作员库中选择操作员的姓名,并输入密码后方可使用。
掌上计算机还提供对监护记录进行回放分析的功能。可对心率、ST值以及室早、房早、停搏个数/小时进行趋势分析,提供趋势图和趋势表二种方式,并能够调整时间分辨率。在进行异常事件回放时,程序将会显示心电波形,以及该异常事件发生时的心率、ST值和事件名、发生日期/时间等,用户可以进一步对此记录作分析测量和编辑、删除、更改异常类型等操作。用户还可以对系统自动分析的结论进行进一步的修改、补充,写出最后的监护报告。
系统的开发语言为C/C++,并使之具有可移植性。软件可运行在Palm OS、Windows CE/Pocket PC、Linux、Windows等主流操作系统之上。掌上计算机可以是基于Palm OS、Windows CE/Pocket PC、Linux等操作系统的PDA、Palm、Pocket PC、智能手机(smartphone)或者智能手持设备(Smart Handheld Device,SHD)。
(3)掌上计算机的移动传输模块:
掌上计算机通过内置的移动通信模块或者通过蓝牙手机,将监护信号通过移动通信网络发送给远程监护计算机,也能通过该模块接收来自远程监护服务器的监护报告和诊治建议。
数据发送方式包括:(1)手动发送:由用户手动按下发送按钮,把监护信号通过移动通信网络无线传输给远程监护服务器;(2)自动发送:掌上型计算机的软件能够判断监护信号有无异常,并根据预先设定的发送条件,自动发送数据给远程监护服务器。
本发明支持GPRS/GSM、CDMA移动通信网络。
(4)远程监护服务器的信号传输模块:在远程监护服务器,通过移动通信网络接收来自掌上计算机的监护信号,或通过Internet接收来自PC的监护数据;并能通过移动通信网络或者Internet向掌上计算机或者PC发送心电监护结论和诊治建议。
信号传输模块能够同时接收几个-几十个监护对象的监护信号。
(5)远程监护服务器及其客户机系统:参见图3。包括远程监护服务器、客户机以及打印机组成的一个局域网。
远程监护服务器负责实时接收、分析、报警、保存监护信号,并发送监护报告;服务器和客户机能对服务器保存的监护数据进行深入分析,包括进行心电参数的测量、按照类别对异常事件进行分类统计、对事件以及心率、ST值等进行趋势分析,并撰写监护结论和诊治建议;打印机提供对心电图片断和监护报告的打印功能。
远程监护服务器通过信号传输模块接收监护数据,并按照一定的格式自动存入数据库,同时激活该患者的实时监护状态。远程监护服务器对接收到的监护信号进行实时分析,包括数字滤波(可以进行设置)、起搏信号分析、心律失常和ST段分析,并在发现异常情况时自动报警,自动提供监护结论,经专业人员进一步修改后把监护结论和指导建议通过网络发送回掌上计算机或者PC。
服务器具有强大的数据库功能,包括管理员、医生库和病人库,具有新建、修改、删除、检索/排序等功能。并能进行监护和报警参数等的设置对心电信号的显示参数,包括滤波种类、增益、显示速率、背景的网格等可以进行设置。若同时监护的患者超过一个显示器的显示个数,则自动切换到另一个显示器上进行显示。
客户机对保存的心电数据进行回放分析,提供趋势图和趋势表、心电图测量、撰写报告、打印等功能,并具有系统维护、计费、转发、远程会诊等功能。
(6)掌上计算机与PC的同步模块以及PC的分析处理和远程传输模块:保存在掌上计算机中的数据,包括患者数据、心电数据、操作员数据、监护报告等,能够通过USB接口使用同步程序和管道程序同步到PC,PC端的信息也能同步到掌上计算机。
PC端应用程序提供对保存的异常事件和心率、ST值进行回放、统计、趋势分析、报告、打印等功能,PC能够通过有线Internet远程传输监护数据给远程监护服务器,并能接收远程监护服务器的监护结论和诊治建议。
今后,还可以在掌上计算机上配置全球卫星定位系统(GPS)和电子地图(GIS),以便在患者出现危及生命的突发情况而又没有其他人在场时,医院、医生、急救中心能够通过GPS和GIS提供的位置信息,及时赶到发病地点对患者实施院外抢救,挽救患者的生命。救护车也能通过GPS和GIS信息,选择最近的路线和医院输送急救病人。

Claims (2)

1.一种对人体心电信号进行检测、存储、分析以及无线传输的基于掌上计算机的移动远程心电监护系统。其特征在于:包括心电采集模块、掌上计算机和远程监护服务器三个部分;心电采集模块采集的心电信号经放大、滤波、数字化后通过蓝牙无线通信或者USB接口传送给掌上计算机;掌上计算机通过移动通信网络与远程监护服务器进行通信,通过内置的移动通信模块直接传输数据,或者通过蓝牙手机传输数据;远程监护服务器接收到被监护对象的心电信号后,显示、保存心电图,实时分析监护数据并在异常时提供报警,给出相应的监护结论和救治意见,并把诊治建议通过移动通信网络传送回远程的掌上计算机;远程监护服务器及其客户机系统可对监护数据作进一步回放、统计分析、报告、打印等。
2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙的掌上型心电监护仪,包括心电采集模块、掌上计算机、PC应用程序三个部分,掌上计算机由中央处理器、显示屏、总线控制器、存储器、数据接口组成。其特征在于:心电采集模块和掌上计算机分立设计,分别具有一个蓝牙通信模块和/或者USB模块,心电采集模块采集的信号经数字化后通过蓝牙无线通信或者USB接口传送给掌上计算机,掌上计算机显示心电图,并进行实时分析,在异常时提供报警,并保存异常事件,保存的数据能够同步到PC,PC应用程序能对监护记录进行回放、进一步分析统计、报告、打印等,PC还能通过Internet远程传输监护数据给远程监护服务器。本掌上型心电监护仪既可独立使用,同时也是移动远程心电监护系统的监护终端。
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