CN205041399U - 智能心电监护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种智能心电监护系统，包括：用于采集用户的心电信号并进行滤波放大处理的智能心电远程监护终端、用于对所述心电信号进行分析以判断所述用户的心率状态的云服务器、用于接收所述用户的心电数据以实时监控所述用户的心电状态的移动终端，所述云服务器分别与所述智能心电远程监护终端和所述移动终端相连。本实用新型综合应用无线互联网传输技术和嵌入式系统设计，可以给患者以较大的活动自由获取患者在正常活动情况下的动态心电信号。

Description

智能心电监护系统

技术领域

本实用新型涉及智能控制和医疗设备技术领域，特别涉及一种智能心电监护系统。

背景技术

当前，心脑血管病患病人总数呈增长态势。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，历时仅为几秒到1分钟，只能获取少量有关心脏状态的信息，所以在有限时间内即使发生心率失常，被发现的概率也是很低的。因此有必要通过相应的监护装置对患者进行长时间的实时跟踪监护，记录患者的心电数据。又由于心脏病的发生具有突发性的特点，患者不可能长时间地静卧在医院，但又需实时得到医护人员的监护，所以研发相应的便携式心电远程电监测产品就显得更加重要。

心脏病的发作具有随机性和危险性，心脏病患者需长期关注自己的心脏状况，定期或随时请求医生的帮助。因此，建立有效地延伸到医院以外的远程监护及救护体系，是提高心血管疾病防治水平的有效途径。我国远程监护所依赖的硬件条件正逐步的得到改善，移动通信技术、公用计算机通信网络的普及为监护从医院走向家庭提供了有力的技术支撑、展示了广阔的前景。心电实时监护系统虽然较好地解决了心电信号的实时监测问题，但它通常不具备移动性，其应用范围和推广都受到很大限制。为了保证受试者所检测的心电信号的准确性和科学性，远程心电监护系统要求用户在日常生活中保持一定的活动。在远程心电监测领域能够真正推广成家用普及型产品的成果仍然没有。究其原因，主要是用户操作不变，系统体系设计不完善，相关医院也没有一个综合数据平台作为支撑。政府层面也没有投入大的资金建立一个综合信息服务平台，造成了今天本实用新型每个人的心脏健康数据档案仍然为空白。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种智能心电监护系统，可以综合应用无线互联网传输技术和嵌入式系统设计，可以给患者以较大的活动自由获取患者在正常活动情况下的动态心电信号。

为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种智能心电监护系统，包括：智能心电远程监护终端、云服务器和移动终端，其中，所述智能心电远程监护终端用于采集用户的心电信号，并对所述心电信号进行滤波及放大处理，将处理后的心电信号通过互联网发送至所述云服务器，以及显示所述处理后的心电信号对应的心电波形；所述云服务器与所述智能心电远程监护终端无线通信，用于存储多个用户的监护资料，接收所述处理后的心电信号，并对所述心电信号进行分析以计算所述用户的心率，将所述心率与多个预设心率状态条件进行比对以判断所述用户的心率状态，向与所述用户绑定的移动终端发送所述该用户的心电数据，并在判断所述用户的心率出现失常时，向所述智能心电远程终端和与所述用户绑定的移动终端发送报警信息；所述智能心电远程监护终端用于在收到所述报警信息后，向所述用户发出报警提示以通知所述用户及时采取处理措施；所述移动终端用于接收所述用户的心电数据以实时监控所述用户的心电状态，以及在接收到所述报警信息后及时采取处理措施。

进一步，所述智能心电远程监护终端包括：传感器模块、主控模块、无线通信模块、显示模块和电源模块，其中，所述传感器模块用于采集所述用户的心电信号，其中，所述传感器模块包括：电极片，所述电极片贴于所述用户的胸部以采集所述用户的心电模拟信号，并对所述心电模拟信号转换为数字信号以生成心电信号；导联线，所述导联线的一端与所述电极片相连，另一端与所述主控模块相连以将所述电极片采集的心电信号发送至所述主控模块；所述主控模块用于对所述心电信号进行滤波及放大处理，生成处理后的心电信号；所述无线通信模块与所述主控模块相连，用于将所述处理后的心电信号发送至所述云服务器以及将所述云服务器发送来的报警信息转发至所述主控模块；所述显示模块与所述主控模块相连，用于显示所述处理后的心电信号对应的心电波形和所述报警提示；电源模块，所述电源模块与所述主控模块相连，用于向所述主控模块供电。

进一步，所述传感器模块还包括感应器脱落检测模块，所述感应器脱落检测模块与所述主控模块和所述导联线相连，用于检测是否接收到来自所述导联线的心电信号，如果没有则判断所述导联线脱落，向所述主控模块发出报警提示。

进一步，所述智能心电远程监护终端还包括：定位模块，所述定位模块与所述主控模块相连，用于获取所述智能心电远程监护终端的当前位置信息，进而获取所述用户的当前位置信息，并且将所述当前位置信息发送至所述主控模块，由所述主控模块通过所述无线通信模块将所述当前位置信息转发至所述云服务器和所述移动终端。

进一步，所述定位模块为GPS定位芯片或北斗定位芯片。所述智能心电远程监护终端还包括：后备电池系统、蓝牙模块和WiFi模块，所述后备电池系统、蓝牙模块和WiFi模块分别与所述主控模块相连。所述主控模块为ARM处理芯片，所述无线通信模块为3G/4G通信芯片，所述显示模块为液晶显示屏。

进一步，所述多个预设心率状态条件包括：心动过缓、心动过速、停搏和漏搏，当所述云服务器判断所述心率符合其中一个预设心率状态条件时，则判断所述用户心率失常，向所述智能心电远程监护终端和与所述用户绑定的移动终端发送心率失常的报警信息和对应的心率状态。

进一步，所述云服务器还用于对来自所述智能心电远程监护终端的处理后的心电信号进行低通滤波处理，以滤除所述处理后的心电信号中的高频信号。

本实用新型实施例的智能心电监护系统，具有以下有益效果：

(1)综合应用了无线互联网传输技术和嵌入式系统设计，可以给患者以较大的活动自由获取患者在正常活动情况下的动态心电信号。采用嵌入式技术以较低的成本通过无线互联网技术传送心电数据实现了远程心电监护，对病人所在的位置不再有苛刻的要求，有效克服现有遥测监护系统普遍存在的监护距离短的缺点。同时，在危急情况下的医嘱短信回送服务使得现场救治的医护人员快速了解病人既往病史及治疗注意事项，可以大大提高现场抢救的成功率。

(2)实现家庭、病人通过移动互联网构建了一个大数据心电监护平台，该平台通过授权终端和相关医院链接，实现了病人心电数据的历史性存储及危急情况时心电信息的实时传输和随后由主治医师医嘱信息的发布，并在液晶屏上显示医嘱信息内容，方便现场医护人员处理病人病情。该系统理论上实现了心电24小时监控终端所需要的数据发送与接受以及触屏显示的功能需求，云服务平台可以建立用户大数据心电档案，对于患者人群和健康人群的群体健康监测具有重大战略意义。

(3)为用户提供时间更长、活动空间更大、方式更灵活的心脏功能监控服务，提高了心电监护的便利性。针对心脏疾病的发作具有随机性和危险性的特点，该系统通过互联网消息服务为用户提供了紧急医嘱、心电信号数据现场显示等多种服务，以保证心电监控的质量。由于近年来移动网络和微电子技术的迅猛发展，嵌入式技术应用的条件日趋成熟使得远程心电监控有了更好的解决方案。嵌入式技术的突出优点在于成本低、体积小、应用灵活方便。

(4)通过移动互联网+云数据库平台实现大量的高危人群的心电数据的长期存储和积累，对于我国建立一个通用的互联网心电基础大数据平台起到一个良好的开端。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的智能心电监护系统的示意图；

图2为根据本实用新型实施例的智能心电远程监护终端的结构图；

图3为根据本实用新型实施例的传感器模块的结构图；

图4为根据本实用新型实施例的主控模块的电路图；

图5为根据本实用新型实施例的SDRAM内存的电路图；

图6为根据本实用新型实施例的FLASH闪存的电路图；

图7为根据本实用新型实施例的3G/4G通信芯片的电路图；

图8为根据本实用新型实施例的3G/4G稳压电源的电路图；

图9为根据本实用新型实施例的电极片的电路图；

图10为根据本实用新型实施例的锂电池充电芯片的电路图；

图11为根据本实用新型实施例的CPU电源的电路图；

图12为根据本实用新型实施例的实时时钟供电电路图；

图13为根据本实用新型实施例的液晶接口电路的电路图；

图14为根据本实用新型实施例的蜂鸣器的电路图；

图15为根据本实用新型实施例的蓝牙模块的电路图；

图16为根据本实用新型实施例的GPS定位模块的电路图；

图17为根据本实用新型实施例的Wifi模块的电路图；

图18为根据本实用新型实施例的智能心电远程监护终端的工作流程图；

图19为根据本实用新型实施例的云服务器的工作流程图；

图20为根据本实用新型实施例的云数据平台用户管理界面的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型提出一种智能心电监护系统，该系统是利用移动互联网技术、传感器技术、嵌入式技术以及大数据云存储及计算技术相结合而设计出的一套远程医疗监护系统。该智能心电监护系统可以通过移动互联网和云数据平台进行数据存储及交换，达到对用户心电数据的实时存储、监护及初期心脏疾病预防及诊断的目的，并且便于用户携带。本实用新型既适用于医院又适用于家庭和个人的小型穿戴式心电监测系统具有生理信号检测和处理、信号特征提取和数据传输等功能，可以实现对人体的无创监测、诊断和治疗，具有可移动操作、使用简便、支持长时间连续工作、智能显示诊断结果、异常生理状况报警和无线数据传输等特点。

本实用新型的智能心电监护系统具有便携式特点，是穿戴式医疗的发展方向，是基于生物医疗、计算机科学、通讯技术等多学科将移动计算、医学传感以及通信技术等密切结合的一种新兴医疗保健模式。

无线通讯技术及网络技术的发展，使得穿戴式医疗仪器向远程医疗的发展成为可能。同时，微处理器技术的快速发展为穿戴式医疗实时性控制、系统优化、使用寿命、以及系统安全与可靠性提高等研究方向提供了支持。与传统8/16位单片机为控制核心相比，嵌入式微处理器具有低功耗、片上资源丰富、应用广泛和性价比高等特点，能更好地满足现今医疗仪器高性能、低功耗等要求，其操作系统平台的支持能为穿戴式医疗向远程医疗发展提供最好的保障。无线网络技术及嵌入式技术的突破性进展刺激了远程医疗示范性项目的开展，采用嵌入式技术与无线网络技术结合的远程医疗解决方案将成为继HIS(医院信息系统)与CIS(临床信息系统)之后医疗信息化产业的又一个建设高潮。

本实用新型的智能心电监护系统正是在上述技术基础上设计完成。

如图1所示，本实用新型实施例的智能心电监护系统，包括：智能心电远程监护终端1、云服务器2和移动终端3。

智能心电远程监护终端1佩戴在被监护者身上，被监护者心电信号通过移动互联网存储到云服务器2及数据中心。被授权的用户可以通过电脑或移动终端3实时监测被监护者的心电信号或读取心电信号的历史记录，通过云服务器2的分析处理数学模型达到对被监护者心脏疾病早起预防及对症治疗的目的。

具体地，智能心电远程监护终端1用于采集用户的心电信号，并对心电信号进行滤波及放大处理，将处理后的心电信号通过互联网发送至云服务器，以及显示处理后的心电信号对应的心电波形。

如图2所示，智能心电远程监护终端1包括：传感器模块11、主控模块12、无线通信模块13、显示模块14和电源模块15。

传感器模块11采集用户的心电信号。如图3所示，传感器模块11包括：电极片111和导联线112。

电极片111贴于用户的胸部以采集用户的心电模拟信号，并对心电模拟信号转换为数字信号以生成心电信号。导联线112的一端与电极片111相连，另一端与主控模块12相连以将电极片111采集的心电信号发送至主控模块12。

在本实用新型的一个实施例中，传感器模块11还包括感应器脱落检测模块113。该感应器脱落检测模块113与主控模块12和导联线112相连，用于检测是否接收到来自导联线112的心电信号，如果没有则判断导联线112脱落，向主控模块12发出报警提示。

图9为根据本实用新型实施例的电极片的电路图。电极片111由BMD101芯片完成。BMDl01是NeuroSky的第三代生物信号检测和处理片上设备。它具有先进的模拟前端电路和灵活强大的数字信号处理结构模拟前端电路由低噪音放大器、感应器脱落电路以及模数转换器ADC组成。BMDl01具有极低的系统噪声和高增益，可以采集微伏到毫伏的心电信号，然后经NeuroSky的专利算法处理后通过ADC转化为数字信号，以方便用户存储，处理BMDl01需极少外围电路，但为了达到最好的采集效果，本实用新型对供电部分设计了额外的PI型滤波电路，使得电源纹波减小以抑制共模干扰。

主控模块12对心电信号进行滤波及放大处理，生成处理后的心电信号。其中，主控模块12可以为ARM处理芯片，例如型号为LPC3250的ARM处理芯片。ARM处理芯片主机操作由电源开关及触摸屏完成操作。图4为根据本实用新型实施例的主控模块的电路图。

ARM内核系统是整个监护终端的核心，包括CPU、RAM、ROM及输入输出接口。在处理器的选择上，需要综合考虑其体积、功耗、性能等方面的因素。便携式监护终端需要植入嵌入式操作系统，实现数据传输和人机交互，要求处理器具备强大的处理和运算能力，为减少外围元件数量和体积尽量选择具有A/D转换功能的处理器。综合以上因素，选择S3C2440芯片作为CPU，该处理器基于ARM9内核，具备27位的地址总线和32位的数据总线，具有UART、GPIO、USB等接口，方便与其他各个模块相连接。CPU核心供电电压为1.25V，I/O端口供电电压为3.3V，采用了20MHz的无源晶振，通过CPU内部的锁相环电路可以达到533MHz的工作频率。

在嵌入式系统的硬件设计中，需要在RAM中运行程序，在ROM中存储软件系统和数据文件。如图5所示，本实用新型采用两片型号为K4S5616的SDRAM作为内存，片选信号为nGCS6，地址范围0x3000_0000-0x33FF_FFFF，数据总线为32位。

嵌入式操作系统通常采用闪存作为存储介质，从容量、功耗和使用寿命的角度来讲，NandFlash更为可取，完全可以存储整个嵌入式操作系统。

本实用新型采用K9F8G08U1M大页NandFlash模块，总容量为2GB，K9F8G08U1M有专门的时序控制总线，不需要占用系统的总线资源，但是需要驱动程序的支持，供电电压为3.3V，与CPU的连接如图6所示。CLE为命令锁存使能，ALE为地址锁存使能，nFCE为Flash芯片使能，nFWE为写使能，FRnB为判忙信号，8位的数据总线用于数据通信。

无线通信模块13与主控模块12相连，用于将处理后的心电信号发送至云服务器2以及将云服务器2发送来的报警信息转发至主控模块12。即，主控模块12将毫伏(mv)级微弱心电信号滤波放大后，通过无线通信模块13传输到云服务器2。云服务器2发送文字信息至无线通信模块13，由无线通信模块13转发给主控模块12。主控模块12通过触摸屏对用户进行显示。其中，无线通信模块13可以为3G/4G通信芯片。

本实用新型的无线通信模块13采用WCDMA网络，这是由于WCDMA网络商用时间最长，技术最成熟，覆盖范围最广，并且全面支持HSDPA和HSUPA业务。本实用新型使用SIM5216及后续SIM5218系列模块作为无线通信模块13，如图7所示。此模块支持USB、UART、GPIO、I2C等多种接口，提供语音、短信、数据。本实用新型只研究其无线数据传输功能，模块嵌入了TCP/IP协议栈，可以方便地建立网络连接。供电电压为3.3-4.2V，发射功率低，工作在UMTS模式下的发射功率低于250MW。

无线通信模块13的硬件电路设计涉及以下几个方面：供电电源、模块与CPU的连接、USIM电路、上电后自动启动，此外还需要充分考虑抗干扰、静电防护和低功耗等因素。SIM5216模块的供电引脚为6个VBAT引脚，为射频和基带系统供电。突发信号传输会引起电压波动，导致工作电流峰值达到2A，供电电路必须能够提供幅度为2A的电流，同时供电电压不能低于3.3V，否则模块将不能正常工作。如果直接使用电池为通信模块供电，电量的损耗会引起电池电压逐渐降低从而影响系统的正常工作。本实用新型采用MAX1688芯片为系统提供稳定的供电电压。图8为根据本实用新型实施例的3G/4G稳压电源的电路图。此外，在电路设计上还要充分考虑到系统的射频表现、稳定性和电磁兼容性的要求。

显示模块14与主控模块12相连，用于显示处理后的心电信号对应的心电波形和报警提示。其中，显示模块14可以为液晶显示屏。

本实用新型采用的人机交互单元，除液晶屏外，还包括触摸屏、蜂鸣器和LED。采用4.0英寸，TFT材质的液晶屏显示程序的运行界面，电容式触摸屏用于控制操作，蜂鸣器和LED作为辅助提示设备。

图13为根据本实用新型实施例的液晶接口电路的电路图。如图13所示，液晶屏型号为KD035G3-320240-A1，通过40针的接口连接到主控模块12的CPU上。本实用新型选用的触摸屏为KD035G3，CPU上A/D转换的4到7通道为触摸屏的接口。

如图14所示，蜂鸣器和LED用于辅助性的声光提示。

电源模块15与主控模块12相连，用于向主控模块12供电。本实用新型采用TP4057芯片作为可充电锂电池充电芯片。图10为根据本实用新型实施例的锂电池充电芯片的电路图。TP4057是一款完整的单节锂离子电池带电池正负极反接保护采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其SOT封装与较少的外部元件数目使得TP4057成为便携式应用的理想选择。TP4057可以适合USB电源和适配器电源工作。

由于采用了内部PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以不需要外部检测电阻器和隔离二极管。热反馈可对充电电流进行调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。

图11为根据本实用新型实施例的CPU电源的电路图。CPU的核心工作电压为1.25V，可以由3.3V电压经MAX8860芯片转换以后得到。图12为根据本实用新型实施例的实时时钟供电电路图。

进一步，智能心电远程监护终端1还包括：定位模块16。该定位模块16与主控模块12相连，用于获取智能心电远程监护终端1的当前位置信息，进而获取用户的当前位置信息，并且将当前位置信息发送至主控模块12。由主控模块12通过无线通信模块13将当前位置信息转发至云服务器2和移动终端3。

在本实用新型的一个实施例中，定位模块16可以为GPS定位芯片或北斗定位芯片。

图16为根据本实用新型实施例的GPS定位模块的电路图。GPS功能使得佩戴终端的用户可以随时把地理位置信息上传到云服务器2，使得授权用户可以随时掌握用户的位置。

此外，智能心电远程监护终端1还包括：后备电池系统17、蓝牙模块18和WiFi模块19。其中，后备电池系统17、蓝牙模块18和WiFi模块19分别与主控模块12相连。

图15为根据本实用新型实施例的蓝牙模块18的电路图。蓝牙模块18主要用于智能心电远程监护终端1和其他计算机或手机的链接，采用HC-06模块。

图17为根据本实用新型实施例的Wifi模块的电路图。智能心电远程监护终端1通过WiFi模块19可以实现有WIFI接入点的地方，自动接入有线互联网，在无WIFI接入点的地方，自动转换到移动互联网接入方式。

综上，智能心电远程监护终端1为便携式监护终端的硬件结构，合理的硬件电路设计是监护终端稳定运行的基础。根据监护系统的功能需求，分别设计心电信号的预处理系统和嵌入式的硬件电路系统。前期处理系统采用低功耗的高性能芯片结合分立元件，构成心电信号的放大和滤波网络，并实现导联脱落检测的功能。嵌入式硬件电路以高性能的S3C2440芯片作为CPU，结合必要的外围硬件电路如SDRAM、NandFlash、LCD、RTC等，共同实现采样、数据交互等功能。硬件电路设计的特点在于使用3G/4G通信芯片作为无线通信模块，围绕智能心电远程监护终端1的供电、通信、防静电和抗干扰等方面设计相关的外围电路。

在供电电路方面，针对SIM5216或者SIM5218模块高瞬时电流，设计供电网络以满足其功耗需求。在数据通信方面，3G/4G通信模块和CPU的通信采用成熟的串口连接方式，保证在命令和数据两种模式下顺利工作。为增强智能心电远程监护终端1的抗干扰和防静电能力，增加了LC滤波电路。合理的电路设计保证智能心电远程监护终端1的稳定运行，为嵌入式软件系统的移植和运行打下了坚实的基础。

下面对智能心电远程监护终端1功能进行描述。

如图18所示，智能心电远程监护终端1具备采集心电数据、显示心电波形、发送心电数据、发送紧急报警信息、查看并管理医嘱信息等功能。在程序设计上，需要植入嵌入式Linux操作系统，配置3G/4G拨号程序和数据交互程序。从软件结构的角度分析，Linux系统和大多数嵌入式操作系统结构类似，分为四个层次，分别是启动引导程序、内核、文件系统、用户应用程序。

参考表1，本实用新型采用U-boot作为启动引导程序，该程序在操作系统内核运行之前运行，用于初始化硬件设备，将系统的软硬件运行环境带到合适的状态，随后加载内核程序，并加载驱动和yaffs2文件系统。通过配置bootloader，将系统的分频比设定为1:4:8。

配置系统的内核使其支持PPP通信协议、yaffs2文件系统、硬件设备驱动。根文件系统需要植入3G/4G无线通信模块拨号程序以及相关的脚本文件。

为了增强人机交互功能，设计友好的图形用户界面，采用开源的Qt4.3软件作为开发工具。Qt程序不但能够生成界面，还能实现对硬件的控制，并且通过QProcess类调用Linux系统程序和脚本程序。Qt编程的基础是信号和槽机制，将不同的对象绑定在一起。当发射信号的时候，自动调用对应的槽，形式如下：

"connect(sender,SIGNAL(signal),receiver,SLOT(slot))；

这里的sender和receiver是指向QObject的指针，signal和slot是不带参数的函数名。"

表1

下面分别对智能心电远程监护终端1的各个具体功能进行说明。

(1)数据采集

数据采集是软件功能中的关键，主控模块12通过应用程序调用SPI程序实现，硬件驱动程序是操作系统内核和硬件电路之间的接口，应用程序通过调用驱动程序实现对硬件的控制。驱动程序编写完成以后，需要使用交叉编译器arm-linux-gcc来编译驱动程序。执行makeM＝drivers/char/modules编译后生成ko类型的文件，下载到智能心电远程监护终端1的文件系统lib/modules/2.6.31/文件夹下，在使用的时候加载。

(2)数据预处理

由零漂、温漂、接触电阻变化等原因导致的基线漂移会使心电信号产生失真，但是心电信号中的ST、PT段能量集中在低频，在去除基线漂移的同时，需要尽量避免ST段等区段的波形明显失真。

去除基线漂移常用的方法有：中值滤波、高通滤波、移动平均滤波、插值拟合、自适应滤波等，在处理效果方面，中值滤波法效果较好并且计算简单。

(3)数据存储

采样得到的心电数据经过预处理以后降低了干扰，首先需要存储到NandFlash中的临时文件中然后再发送。存储的意义不仅在于防止网络信号不稳定、网间切换等原因导致的数据丢失。采用连续采集、间断发送的方式还能够降低3G/4G通信模块的功耗，从而降低整个嵌入式硬件系统的功耗。考虑到系统对于实时性的要求，每次发送时长为5s的采样信号。

(4)波形显示

为方便用户实时观察心电波形，需要绘制曲线表示患者的心电波形变化，还需要绘制网格，方便定量判别心电信息。Qt的二维绘图引擎基于QPainter类，它既可以绘制几何形状，还可以绘制像素映射、图像和文字。

通过Qpainter定义Painter对象和QpainterPath对象，来保存患者的心电波形。使用moveTo函数来定义绘制的起始位置，每次绘制2.4s的数据，以时间为横坐标，以幅度为纵坐标，通过lineTo函数，绘制各个点的连线，得到连续的心电波形。通过设置线条的颜色，每五个小格为一个大格。将波形和网格保存成位图的格式，加载到窗口上。

(5)无线数据通信

网络通信方式是基于3G/4G网络便携式监护系统和其他便携式监护设备的最大区别，除了硬件电路采用3G或4G通信模块以外，在软件程序的配置上也有诸多不同.如通信速率设置、接入点设置、网络配置等。3G、4G网络模块接入Internet的网络层次一般分为7层或者5层。其中5层协议的层次结构为：物理层、链路层、网络层、传输层、应用层。本实用新型以PPP协议作为链路层协议，以IP协议作为网络层协议，以TCP协议作为传输层协议。

WCDMA业务分为电路业务和分组业务，在分组业务中，用户终端设备通过拨号建立一个到IP网络的链路连接，之后与外部IP网络进行通信，PPP协议是建立该链路最常用的协议。WCDMA系统的网络构成由USIM卡和3G通信模块通过Uu接口连接到UTRAN网络，即基站和无线网络控制器，UTRAN网络通过lu接口连接到核心网，核心网连接到外部互联网。其中核心网的SGSN相当于路由器，GGSN相当于网关。

3G/4G线数据终端与GGSN之间建立的PPP连接分为两个阶段，分别为物理过程和数据过程。在物理连接过程中，CPU向3G模块发送AT拨号指令，得到正确反馈和应答以后，在3G网络终端和WCDMA无线网络间建立一条物理通道。数据过程中，PP协议将其改造成数据链路，智能心电远程监护终端1登录到Internet，且得到WCDMA并网关分配的IP地址。

实现嵌入式Linux的PPP拨号，需要使用pppd程序，该程序由PPP工具包编译产生，本实用新型采用2.4.4版本的工具包。PPP套件的移植包括配置内核和交叉编译PPP工具包两步。

配置内核：PPP协议必须得到内核的支持，才能使拨号程序生效。进入Linux内核目录，执行makemenuconfig命令，进入内核配置界面。在->DeviceDrivers->Networkdevicesupport->PPP(point-to-pointprotocol)中，选中所有PPP选项，配置内核有编入内核或者模块加载两种方式，本实用新型使用编入内核的方式。

配置根文件系统：嵌入式Linux实现PPP拨号，所需要的pppd进程需要由PPP-2.4.4工具包来交叉编译产生。下载并解压PPP2.4.4工具包，进入源码目录。执行./configure命令，在目录中分别交叉编译pppd、chat、pppdump、pppstats，将生成的可执行文件复制到文件系统的/usr/bin目录下。pppd程序完成连接建立、连接质量控制、网络层协议配置、连接终止，chat程序完成明文验证。除了内核支持和所需要的可执行文件外，还需要拨号脚本才能实现拨号的整个过程。

在/etc/ppp/peers/目录下是每个pppd连接所需要的选项文件，每个文件对应着一个连接，彼此互不干涉。在/etc/ppp/peers目录下建立wcdma文件，用来为pppd进程配置参数，如指定连接的控制台设备、设定通信速率等。在/etc/ppp/目录下建立AT拨号脚本和AT断开脚本，分别命名为connect-chat-wcdma和disconnect-chat-wcdma。其中connect-chat-wcdma用于向3G模块发送AT命令，期待返回OK，并设置中国联通3G4G网络的接入点为3gnet，拨号*99#登录到WCDMA的GGSN，返回CONNECT，建立连接。disconnect-chat-wcdma通过发出挂机命令ATH断开网络。

在/etc/ppp/目录下建立chap和pap密码认证文件。到目前为止，中国联通WCDMA用户拨号上网尚未使用用户账户和密码登陆的形式，因此密码认证文件的内容全部为"*"。

为保证系统启动以后自动拨号上网，需要修改Linux启动时的环境配置文件rcS，添加自动拨号命令，并且禁用以太网端口。

Linux网络通信通常使用套接字的形式传输数据，套接字有很多种类型，最常用的两种类型为流式套接字和数据报套接字。其中，流式套接字使用TCP协议，数据报套接字使用UDP协议。TCP是一种面向连接的、可靠的双向通信数据流。

它使用三次握手协议传输数据，并且在传输时使用"重传肯定确认"机制保证数据的正确发送，接收端收到数据以后要发出一个肯定确认，而发送端必须要能够收到这个肯定信号，否则要重新发送数据。心电信号是一种重要的生理数据，如果在传输的过程中发生数据丢失可能会影响诊断。因此，监护终端和云服务器系统平台之间的通讯采用TCP协议。

Qt4.3提供了QTcpSocket类实现TCP类型的网络套接字。本实用新型需要发送的信息包括以下几种类型：心电数据信息、紧急报警信息、导联脱落报警信息。分别通过EcgSocket、EmergencySocket、LeadoffScoket来实现，全部派生自QTcpSocket类。TCP套接字对象需要首先发送数据的大小，然后是设备编码、信息类型、信息内容，所有信息构成完整的数据协议，云服务器系统平台重新实现TCP套接字，根据协议解析数据并进行后续操作。

EcgSocket类用于管理心电数据的发送和信息的接收。为了实现它的功能，需要定义具体的槽，分别是：connetToServer()槽，建立一个到云服务器系统平台网络连接；sendEcg()槽，向平台发送数据；readFromServer()槽，读取来自平台的信息。

开机后用户点击"发送数据"按键，该按键的clicked()信号连接到EcgSocket的

connectToServer()槽上，向平台发送连接请求。建立连接后触发connected()信号，该信号连接到sendEcg()槽上，读取临时文件中存储的心电数据，发送到监护中心。sendEcg()函数首先发送数据的大小信息，而后发送设备编码，再发送数据类型，最后发送采样数据。设备编码固定，心电数据类型用数字1来表示，数据结构如表2所示。

数据大小

设备编码

数据类型

数据内容

表2

智能心电远程监护终端1在开机时自动拨号上网，一旦由于某种原因导致网络中断，将导致数据交互中断，需要在掉线时自动拨号上网。Qt4.3提供了QProcess类，用于在运行Qt应用程序过程中执行其他程序和脚本。首先在文件系统中植入脚本文件，命名为recall，文件内容为pppdcallwcdma，通过执行pppd程序实现3G模块重新拨号上网。其次需要在应用程序中定义QProcess类型的对象，命名为redail：QProcess*redial＝newQProcess；一旦系统掉线，执行redail->start(recall)程序，使系统重现连接到互联网。

(6)导联脱落检测

智能心电远程监护终端1采用窗口比较器作为导联脱落检测电路，系统每1s检测一次输入信号，检测到电平变化则认为导联已经脱落，触发蜂鸣器和LED报警，提示患者注意并将导联脱落报警发送到云服务器2，由LeadoffSocket套接字实现。该套接字包括两个槽，分别是connectToServer()和sendLeadoff()，监测到导联脱落时，触发LeadoffScoket套接字的connectToServer()函数，建立到监护平台的网络连接，连接建立以后触发connected()信号，连接到sendLeadoff()槽上，向监护平台发出报警信息，其中，设备编码固定，数据类型定义为2。表3为导联脱落数据结构。

数据大小

设备编码

数据类型

当前时间

表3

LED和蜂鸣器两种硬件设备作为辅助提示，需要在内核中增加对这两个硬件的支持，修改dirvers/char目录下Kconfig文件，以模块的形式加载LED和蜂鸣器驱动。LED和蜂鸣器都是字符型设备，驱动程序内容和结构相对来说比较简单。

LED驱动程序主要内容如下：

#defineDEVICE_NAME"ECG-led"//设备名称

staticintLED_Major＝0；//动态分配主设备号

staticunsignedlongled_table[]＝

{

S3C2410_GPF(0),

}；//指定LED所用到的GPIO引脚

定义fileoperation文件结构体，重点是ioctl函数，它是命令传送的控制信息，必须从用户空间写入数据，通过cmd参数将控制信息送到GPIO端口实现LED的亮灭控制。应用程序中需要定义LED类用来实现LED对象，包括两个成员函数，分别为off()和on()，用来控制LED的亮灭。蜂鸣器的驱动程序和应用程序与LED类似。

(7)紧急报警

EmergencySocket套接字类用以实现紧急报警信息的发送，包括以下几个槽：connectToServer()，sendEmergency()。当患者感到身体不适时，点击紧急报警按钮，按钮的clicked()信号连接EmergencySocket套接字的connectToServer()槽上，建立到云服务器的网络连接，连接建立后触发connected()信号，该信号连接到sendEmergency()槽上，向云服务器系统发出紧急报警信息。数据类型定义为3，紧急报警信息数据结构如表4所示。

数据大小

设备编码

数据类型

当前时间

表4

(8)医嘱接收

医嘱信息的接收以TCP数据通信的方式实现，医院WEB登录系统每次接收完心电数据以后都会做出应答，如果有未发送的医嘱信息，则将其发送到便携式监护终端，没有则直接关闭连接。监护终端收到医嘱信息以后，蜂鸣器发出提示音，LED开始闪烁，提示患者收到新的医嘱。点击查看医嘱按钮以后，进入医嘱管理对话框。

具体的程序实现为：监护终端在收到云服务器系统的应答以后会触发EcgSocket对象的readyRead()信号，该信号连接到readFromServer()槽，读取云服务器发送来的信息，由于读取的数据可能是一个完整的块，也可能是一个块的一部分，或者是若干个块。首先读取的是块的大小信息，使用bytesAvailable()判断读取的数据大小，只有与块的大小信息一致时，读取整个信息。

(9)低功耗设计

嵌入式系统硬件电路采用电池供电，待机时间是一个重要指标。功耗和设备的运行情况相关，嵌入式硬件系统中功耗比较大的器件是3G/4G通信模块和液晶屏，采用了连续采集、间断发送的方式来降低3G4G模块的功耗。对于液晶屏，在不需要显示功能时需关闭其背光灯以降低功耗。通过软件定时器，如果30s内用户没有操作，系统关闭液晶背光，如果出现紧急情况或者触摸屏操作，则开启液晶屏背光灯。监护终端已经植入了液晶屏的驱动程序，通过命令行的方式可以实现背光灯的亮灭控制。在应用程序运行以后，通过QProcess类的对象来执行相关的控制程序。首先需要在文件系统中植入2个脚本文件，分别命名为backlighton和backlightoff，

内容分别为：

echol>/dev/monitor-backlight和echo0>/dev/monitor-backlight，通过执行这两个脚本可以实现对液晶屏背光灯的控制。其次定义QProcess类的对象：

QProcess*lighton＝newQProcess；

QProcess*lightoff＝newQProcess；

需要打开背光灯时调用lighton->start(backlighton)，需要关闭背光灯时调用

lightoff->start(backlightoff)。

智能心电远程监护终端1的软件设计，从结构层次的角度将嵌入式操作系统分为启动引导程序、内核程序、根文件系统以及应用程序。本实用新型的启动引导程序采用广泛使用的Uboot，内核程序采用嵌入式的Linux操作系统，根文件系统为简单文件系统，应用程序采用Qt设计师工具制作友好的界面，通过具体代码实现相关功能。从功能的角度讲，软件系统实现信号采集、硬件管理、网络通信、数据存储、低功耗等方面的功能。

3G/4G网络需要使用PPP软件包来编译拨号程序，但是要指定其特有的网络接入点、网关支持节点等。通过完善具体的脚本文件，完成整个拨号系统，实现3G/4G无线移动通信模块的拨号上网以及掉线后的自动重拨。应用程序通过3G通信模块建立到互联网的连接，以TCP套接字的形式和云数据库平台实现数据交互。

现实环境中有大量的干扰存在，为了避免信号干扰，选择了抗干扰能力较强的SIM5216模块，并且在硬件设计上增加了抗干扰电路，在软件设计上增加了掉线后自动拨号上网程序，由于3G系统本身提供了高达5M的带宽和较高的接收灵敏度，加上监护终端合理的软硬件设计，在程序运行过程中网络通信基本不受外界干扰的影响，整个系统的实时性和稳定性有着很好的表现，在实验过程中系统很少掉线，信号良好的情况下掉线后在数秒内能重新拨号上网。

下面对云服务器2的结构和功能进行说明。

云服务器2与智能心电远程监护终端1进行无线通信，用于存储多个用户的监护资料，接收处理后的心电信号，并对心电信号进行分析以计算用户的心率。云服务器2平台上搭建嵌入式Linux操作系统。

在本实用新型的一个实施例中，云服务器2还用于对来自智能心电远程监护终端1的处理后的心电信号进行低通滤波处理，以滤除处理后的心电信号中的高频信号。

云服务器2进一步将心率与多个预设心率状态条件进行比对以判断用户的心率状态，向与用户绑定的移动终端3发送该用户的心电数据，并在判断用户的心率出现失常时，向智能心电远程终端1和与用户绑定的移动终端3发送报警信息。在本实用新型的一个实施例中，多个预设心率状态条件包括：心动过缓、心动过速、停搏和漏搏。当云服务器2判断心率符合其中一个预设心率状态条件时，则判断用户心率失常，向智能心电远程监护终端1和与用户绑定的移动终端3发送心率失常的报警信息和对应的心率状态。

具体地，如图19所示，云服务器2在设定的网络端口上监听来自智能心电远程监护终端1的连接请求，收到请求后建立连接、接收数据，并实现信号分析、波形显示、数据存储、波形回放、信息发送等功能。

云服务器2采用C/S模型结构，包括应用程序和后台数据库，Client端包括AndoridAPP，IOSAPP，WindowsAPP。后台数据库采用阿里云服务器平台，阿里云服务器平台由于采用ORACLE数据库。操作系统采用UNIX，并且云服务器2的硬件采用多重热备份方案，具有优越的可靠性及安全性。

为了提高云服务器和智能心电远程监护终端1的兼容性，云服务器2的应用程序设计采用Qt软件开发工具。系统调用TCP服务器类和TCP套接字类，实现和监护终端的数据交互。调用绘图工具绘制患者的心电波形，采用高效的二阶差分阈值算法分析心电数据，判断患者的病情。

云服务器2的数据信息以数据库的形式来组织，数据库系统具备以下基本功能：患者个人资料信息的输入、查询、修改和删除功能；心电信号的存储、回放功能；医嘱信息的新建、发送和删除功能；报警信息的查看、管理功能。通过对所有信息进行综合、归纳、抽象为信息结构，确定监护数据库系统包含以下实体：患者信息、心电数据、医嘱信息、报警信息，需要采用关系数据库模型。后台数据库系统采用SqlServer驱动，建立patient、data、advice和warning四个数据表。其中patient表用以存储患者个人信息，对其他表起着约束作用，data用以存储患者的心电数据信息，advice用以存储医嘱信息，warning数据表存储报警信息。

云服务器2实现与智能心电远程监护终端1的数据交互，需要调用TCP服务器类和套接字类。分别定义doctorServer类和patientScoket类，其中，doctorServer类派生自QTcpServer，用于监听来自智能心电远程监护终端1的连接请求。patientScoket类派生自QTcpSocket类，用于重新实现套接字，处理一个单独的连接。接收程序采用多线程的方式为每一个连接启动一个单独的线程。定义patientThread类，派生自QThread线程类，当收到智能心电远程监护终端1的连接请求时，启动一个新的线程，管理套接字，连接终止时关闭该线程。

下面对云服务器2的各个具体功能进行描述。

(1)数据接收

云服务器2在网络端口上监听来自智能心电远程监护终端1端的连接请求，当收到连接请求时启动一个单独的线程并建立TCP套接字，读取智能心电远程监护终端1发送的信息。首先读入字段的大小，再依次读入智能心电远程监护终端1的设备编码、信息类型、信息内容。通过设备编码来确定患者，随后读入的信息类型分为心电数据信息、导联脱落报警信息、紧急报警信息。整个系统使用数字1、2、3来表示这三种类型的数据，云服务器2通过switch-case语句来判别对应的数据类型，进行相应的后续操作。

(2)信号分析与处理

心率是心脏状况的一项重要生理指标，通常由RR间期来分析计算。二阶差分算法计算心律，具有准确性高、计算量小的特点，适合于云服务系统，该算法包括信号预处理、阈值计算、检测策略三部分。检测到了R波以后，不仅能够准确计算心率，还可以根据时间窗来定位P波、QRS波群以及ST区段，对心电信息进行全面分析。针对本实用新型的数据特点，该算法需要进行一定的改进。

(3)信号处理

虽然智能心电远程监护终端1已经采用了大量的电路来降低干扰，为了有利于信号分析，还需要进行数字滤波。此外，由于差分算法对高频信号特别敏感[40]，需要采用低通滤波器去除高频信号。最后，需要按公式(1)进行二阶差分运算。

Y(n)＝X(n)-2X(n-1)+X(n-2)(1)

(4)阈值计算

以二阶差分运算作为判别R波的依据，需要在内存中建立3个缓冲区，分别是原始数据缓冲区、二阶差分缓冲区和R波峰值缓冲区。缓冲区中的数据按照"先进先出"的顺序运行。原始数据和二阶差分缓冲区含5s时间长度的信息，R波峰值缓冲区中保存10个左右已检出R波的位置和对应的二阶差分极小值。

原始数据缓冲区中，以1s时长的信号作为1个单位，对初始的5个单位时长的数据进行自学，计算每个单位的二阶差分极小值点的幅度，然后将5个极小值中的中位数的0.7倍作为检测初始值。

每当检测到1个R波，刷新R波数据缓冲，将该R波和其对应的极小值压入缓冲区。检测到10个R波波峰以后，以缓冲区中对应的二阶差分值取中位数的0.7倍作为新的检测阈值。算法进入回扫进程时，检测阈值降低到当前值的0.4倍，如果检测到R波则重新恢复到之前大小，继续进行检测。以中位数作为检测标准主要是为了防止干扰对差分值的影响。

如果1个二阶差分极小值满足以下条件，就可以认为其对应于1个R波：幅度小于检测阈值；与前一个R波对应的极小值上超过200ms的时间；证明不是由于伪迹引起。检测到极小值以后，就可以确定其对应的心电信号中R波的波峰位置。通过R波峰值检测结果，可以方便地推算出RR间期，判断心率情况。

典型的心率失常描述如下：

心动过缓：平均心率小于40次/分；

心动过速：平均心率大于120次/分；

停搏：3s内没有出现R波；

漏搏：当前R波与上一个R波的间距超过1.5倍的正常RR间期。

(5)波形显示

云服务器2使用Qt提供的tabWidget设计多页面窗体。主窗体命名为mainWidget，分别命名实时观察、患者管理、波形回放、医嘱管理、报警管理。

考虑到窗口的尺寸和需要显示的患者人数，每次绘制10s的波形，加载到窗口上，绘制方法与便携式监护终端的绘制方法类似。网格用来辅助医生定量判断心电数据，横向的一个小格表示的时间为0.04秒，纵向的每一小格表示0.1mV的电压幅度，每5个小格构成一个大格，与临床心电图表示方法一致。

(6)数据存储

心电信息表data数据表，通过外键dataid与patient表建立联系，存储患者的心电信息。由于心电信息的数据量大，不适合直接作为数据库的内容，虽然BLOBbinary(largeobject)二进制大对象可以用来存储较大的数据量，但是关系数据库需要对整条数据进行处理，导致效率低下，读取和编辑较为缓慢。本实用新型采用数据库与文件系统相结合的形式来存储心电数据，data表来存储心电数据的基本信息，心电数据文件存储心电信息的具体内容，每位患者的心电信息保存为一个或者一组文件，读取或者存储数据时通过数据库对文件进行直接操作，通过移动文件指针的方式对数据直接进行访问，避免了操作整个数据带来的麻烦。

当云服务器2收到来自智能心电远程监护终端1的心电数据信息时，查找数据库patient表中的code字段，通过设备编码字段确定患者，更新对应的data数据表，并将后续收到的采样数据存储在与患者信息对应的文件中。data表的主要内容如下：

ID作为主键由系统自动生成，dataid作为外键用于建立和patient表的连接，filename是存储心电数据的文件名，starttime作为心电数据的起始时间。datanumber是一个计数器，每次写入新的数据以后自动加1，存储心电数据的文件不宜过大，否则不利于访问，当一个文件的持续时间达到1小时以后，将接收到的数据写入下一个文件，心电数据文件的命名以设备编码和编号的方式来实现。

(7)数据回放

数据回放的意义在于查看患者的心电信息记录，特别是发出报警时的区段。首先选择患者，然后输入需要回顾的具体时间，程序建立查询事务，在data数据表中找到对应的心电文件，通过移动指针的方式指向需要显示的时间段对应的数据。也可选择下拉列表中的报警信息，直接定位到该报警发生时的心电区段。

(8)患者管理

患者信息存储在患者信息数据表中，命名为patient表。patient表以ID作为主键，包括name、gender、age、code、phonenumber、history等字段，分别存储患者的姓名、性别、年龄、设备编码、联系方式、既往病史等信息。其中ID由系统自动生成，以整数的形式递增。

患者信息编辑界面如前图所示，点击编辑患者按钮即可打开编辑患者对话框，功能主要是添加、浏览和删除。其中添加功能需要通过在患者信息数据模型中插入一行即可实现，删除功能不仅要删除患者信息，还要删除该患者名下的心电数据、医嘱信息和报警信息。

(9)报警管理

报警信息由数据库中的报警信息表来管理，命名为warning表。包括以下字段：ID，warndate，warntime，content，warnid。其中ID作为唯一编码，由系统自动生成，warndate为报警日期，warntime为报警时间，warnid作为外键，用于建立和患者数据表patinet表的连接，content用于存储患者的报警类型，分别是导联脱落报警、感觉不适时触发的紧急报警和心率报警。通过选择患者的方式建立查询事务，将该患者相关的报警信息显示到视图中。

图20为根据本实用新型实施例的云数据平台用户管理界面的示意图。

智能心电远程监护终端1在收到报警信息后，向用户发出报警提示以通知用户及时采取处理措施。

移动终端3接收用户的心电数据以实时监控用户的心电状态，并在接收到报警信息后及时采取处理措施。

当智能心电远程监护终端1连接到云服务器之后，用户或者医疗监护人员在任何地方都可以随时利用移动终端或者电脑端的浏览器网页对用户端的监护设备进行管理和查看及分析，动态网页显示出的生理特征信号可以作为医生诊断的依据。该系统把远程医疗监护与嵌入式系统相结合，设计出数据采集准确、运行安全可靠、功能丰富的无线远程医疗监控系统。

(10)医嘱发送和管理

医嘱信息由数据库中的医嘱信息表来管理，命名为advice表，包括以下字段：ID、time、content、flag、adviceid，其中ID为医嘱信息的唯一性编码，由系统自动生成，content为医嘱信息的内容，time为发送时间，flag为标志位，表示该医嘱信息是否已经发送，adviceid为外键，用于建立和患者信息表的连接。

云平台采用数据通信的方式向监护终端发送医嘱信息，由于监护终端通过动态方式获得IP地址，每次接入互联网分配得到的IP地址不尽相同，云服务器系统通过IP地址查找患者并且发送信息较为困难。一种有效的方法是每次监护终端向云服务器平台发送心电数据以后，云服务器系统都需要做出应答，通过在patientSocket类定义sendToPatient()函数向advice数据表查询一次医嘱信息，发现有该患者新的医嘱信息时，读取并发送该医嘱，并且将该医嘱的状态改为已发送，之后发出命令关闭连接。如果没有该患者对应的医嘱信息，则关闭连接。

(11)医嘱管理界面

医嘱管理界面用于发送和管理医嘱信息，映射到advice表中相应的字段上，通过查询患者的姓名，建立查询事务，定位到需要查询的advice数据表。"发送医嘱"按钮用于向advice表写入数据，"查看医嘱"按钮用于打开医嘱管理对话框。

综上所述，WCDMA网络在传输速率和稳定性方面的出色表现保证了网络传输层的实时性和可靠性，云服务器2采用静态IP地址在设定的网络端口上监听来自智能心电远程监护终端1的连接请求，收到请求后建立连接并接收数据。

智能心电远程监护终端1和云服务器2统之间的通信采用TCP协议，云服务器2建立TCP服务器进程监听来自智能心电远程监护终端1的连接请求，并且为每一个连接启动一个单独的线程。具体的数据通信通过TCP套接字来实现，充分利用Qt提供的信号和槽机制实现智能心电远程监护终端1和云服务器2的各种数据交互。

为了存储智能心电远程监护终端1发送的大量信息，采用数据库驱动程序建立关系数据库模型，创建多个表来存储数据，形成完善的数据库系统。系统通过对RR间期的分析来计算患者心率，计算量小，准确率高。

本实用新型已经完成II导联心电信号监护终端硬件电路、嵌入式软件程序以及云服务器系统软件的设计与实现。其中，智能心电远程监护终端1的信号预处理电路通过放大、滤波等方法提取出频率范围在0.05-106Hz的心电信号，放大1000倍并抬升后送入采样电路。嵌入式硬件系统包括处理器、外围电路、人机交互模块和3G无线网络通信模块。嵌入式软件程序完成采样、发送心电信号和接受医嘱信息等功能。

云服务器2的网络服务程序和监护终端的数据收发程序有很好的兼容性，网络延时一般小于1.5s，基本上可以满足实时性的要求。由于采样信息具备1000Hz采样频率和0.05-106Hz频率范围，心电波形的显示效果远胜过普通的商用监护系统，几乎可以达到心电图一样精细的水平，为医生的诊断提供了有效的依据。云服务器2的自动诊断程序采用了二阶差分算法，不受基线漂移等干扰因素的影响，准确判断患者的心率。由于云服务器2统配置了强大的ORACLE数据库及IBM刀片式并行服务器，管理患者信息、心电数据、报警信息和医嘱信息。针对心电信息的特点采用数据库和文件系统相结合的方式存储数据，通过建立查询事务的方式迅速访问数据。

本实用新型将3G/4G移动通信网络引入到了远程监护系统，3G/4G移动通信网络的技术优势保证了信号的稳定高速传输，解决了在远程监护领域2G网络难以克服的传输速率低、延迟大、稳定性差等问题。

此外，3G模块工作在WCDMA模式下的发射功率最高不超过250mW。在人们日益关注辐射对健康影响的当今时代，相对于GSM模块动辄2W的发射功率而言，具有明显的优势。

为了提高便携式终端的续航时间，本实用新型在软件层面采用多种方式来降低功耗，如控制3G/4G通信模块间断工作、自动调节液晶显示屏电源。整套系统的协调运行充分验证了3G/4G移动通信网络在心电传输过程中的可行性和先进性，只要在软硬件系统上稍微加以扩展，就可以实现全面的12导联监护，达到医疗机构ICU监护水平。

本实用新型在实现II导联心电信号的传输的基础上，进一步实现12导联监护，12导联包含的信息更加全面，需要在后续产品中加入全面的导联信息。此外，3G/4G移动通信网络在速度方面的巨大优势以及ARM9系列芯片强大的处理功能还需要进一步发挥，云平台数据结构需要进一步优化。

本实用新型进一步集成12导联心电信号以及血氧饱和度、血压等模块的加入，进一步丰富软件的功能，充分发挥3G/4G移动通信网络出色的TCP性能，实现3G/4G移动监护终端的广泛的应用，帮助广大患者。

本实用新型实施例的智能心电监护系统，具有以下有益效果：

(1)综合应用了无线互联网传输技术和嵌入式系统设计，可以给患者以较大的活动自由获取患者在正常活动情况下的动态心电信号。采用嵌入式技术以较低的成本通过无线互联网技术传送心电数据实现了远程心电监护，对病人所在的位置不再有苛刻的要求，有效克服现有遥测监护系统普遍存在的监护距离短的缺点。同时，在危急情况下的医嘱短信回送服务使得现场救治的医护人员快速了解病人既往病史及治疗注意事项，可以大大提高现场抢救的成功率。

(2)实现家庭、病人通过移动互联网构建了一个大数据心电监护平台，该平台通过授权终端和相关医院链接，实现了病人心电数据的历史性存储及危急情况时心电信息的实时传输和随后由主治医师医嘱信息的发布，并在液晶屏上显示医嘱信息内容，方便现场医护人员处理病人病情。该系统理论上实现了心电24小时监控终端所需要的数据发送与接受以及触屏显示的功能需求，云服务平台可以建立用户大数据心电档案，对于患者人群和健康人群的群体健康监测具有重大战略意义。

(3)为用户提供时间更长、活动空间更大、方式更灵活的心脏功能监控服务，提高了心电监护的便利性。针对心脏疾病的发作具有随机性和危险性的特点，该系统通过互联网消息服务为用户提供了紧急医嘱、心电信号数据现场显示等多种服务，以保证心电监控的质量。由于近年来移动网络和微电子技术的迅猛发展，嵌入式技术应用的条件日趋成熟使得远程心电监控有了更好的解决方案。嵌入式技术的突出优点在于成本低、体积小、应用灵活方便。

(4)通过移动互联网+云数据库平台实现大量的高危人群的心电数据的长期存储和积累，对于我国建立一个通用的互联网心电基础大数据平台起到一个良好的开端。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (6)

1.一种智能心电监护系统，其特征在于，包括：用于采集用户的心电信号并进行滤波放大处理的智能心电远程监护终端、用于对所述心电信号进行分析以判断所述用户的心率状态的云服务器、用于接收所述用户的心电数据以实时监控所述用户的心电状态的移动终端，所述云服务器分别与所述智能心电远程监护终端和所述移动终端相连，

其中，所述智能心电远程监护终端包括：传感器模块、主控模块、无线通信模块、显示模块和电源模块，其中，所述传感器模块包括：电极片和导联线，所述电极片贴于所述用户的胸部以采集所述用户的心电信号，所述导联线的一端与所述电极片相连，另一端与所述主控模块相连以将所述电极片采集的心电信号发送至所述主控模块，所述主控模块与所述无线通信模块、显示模块和电源模块相连。

2.如权利要求1所述的智能心电监护系统，其特征在于，所述传感器模块还包括感应器脱落检测模块，所述感应器脱落检测模块与所述电极片主控模块和所述导联线相连以检测所述导联线是否脱落。

3.如权利要求1所述的智能心电监护系统，其特征在于，所述智能心电远程监护终端还包括：用于获取所述智能心电远程监护终端的当前位置信息的定位模块，所述定位模块与所述主控模块相连。

4.如权利要求3所述的智能心电监护系统，其特征在于，所述定位模块为GPS定位芯片或北斗定位芯片。

5.如权利要求1或3所述的智能心电监护系统，其特征在于，所述智能心电远程监护终端还包括：后备电池系统、蓝牙模块和WiFi模块，所述后备电池系统、蓝牙模块和WiFi模块分别与所述主控模块相连。

6.如权利要求1所述的智能心电监护系统，其特征在于，所述主控模块为ARM处理芯片，所述无线通信模块为3G/4G通信芯片，所述显示模块为液晶显示屏。