基於嵌入式Web伺服器的心電遠程監護裝置的製作方法

2023-05-09 22:36:46

專利名稱：：基於嵌入式Web伺服器的心電遠程監護裝置的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及心電遠程監護領域，實現了一種基於瀏覽器/伺服器模式的心電遠程監護。技術背景近些年來，心電遠程監護在社區醫療和家庭醫療保健中發揮越來越重要的作用。社區醫療和家庭監護設備目前正朝著可攜式、智能化、網絡化方向發展。社區或家庭通過網絡向醫院監護中心傳送生理數據，醫院回送診斷結果及治療方案，使病人在家中得到監護。計算機網絡在單位、社區、家庭中逐漸普及，各種新的、更高帶寬的接入方式不斷進入日常生活，所需費用也逐漸低廉，這就使基於Internet進行遠程監護成為社區醫療的重要發展方向。基於Internet網的遠程監護系統大多採用客戶機/伺服器模式進行數據通信，整個系統主要由客戶機、Internet和監護中心伺服器三部分組成。客戶機通常位於家庭、社區，完成患者生理數據的採集、簡單數據處理和將數據傳送到Internet等功能。家庭端可以採用個人電腦、專用可攜式監護儀、PDA等設備採集發送生理信號。客戶端設備通過MODEM撥號、ISDN、ADSL、乙太網、移動Internet等幾種方式接入Internet。伺服器一般是位於監護中心的高性能的PC、工作站或伺服器。中心站的功能主要是存儲並分析處理數據，管理用戶的基本信息，對已有數據回顧以及對監護端檔案和使用記錄的管理、智能診斷等。這種基於客戶機/伺服器模式的遠程監護系統除了需要家庭端的心電記錄器外，在醫療中心還需要建立大型伺服器，系統構成複雜，成本較高，不易與推廣。且大部分監護中心的伺服器是負責存儲並回放、分析心電數據的，實時性較差。
實用新型內容本實用新型的目的在於，利用嵌入式Web伺服器技術，實現一種基於瀏覽器/伺服器模式的心電遠程監護方法，並設計了一種基於嵌入式Web伺服器的心電遠程監護裝置。本實用新型提供一種基於嵌入式Web伺服器的心電遠程監護裝置，其特徵在於由心電記錄器、Internet和瀏覽器組成，所述的心電記錄器包括心電電極201、放大濾波處理模塊202、微處理器203、顯示模塊204、電源模塊205、存儲器206、網絡接口207、用於與PC機通信的串口208;放大濾波處理模塊202將心電電極201採集到的心電信號放大、濾波、電壓提升後送入微處理器203進行分析處理，並在顯示模塊204上顯示波形及分析結果。記錄器通過網絡接口207連接到Internet並傳送心電監護網頁到瀏覽器上進行顯不。應用上述的基於嵌入式Web伺服器的心電遠程監護裝置的方法，包括以下步驟1)在微處理器203上移植支持TCP/IP協議的嵌入式實時作業系統101;儘量選用具有網絡功能，支持TCP/IP協議的嵌入式實時作業系統。若所選作業系統不支持TCP/IP，則需再移植嵌入式TCP/IP協議，如lwip。2)在微處理器203上移植並配置嵌入式Web伺服器102，使嵌入式Web伺服器支持CGI程序；3)在HTML頁面上嵌入Applet程序104，置於嵌入式Web伺服器上，用支持Applet的瀏覽器訪問伺服器端的HTML網頁；4)Applet程序104進行遠程監護時，瀏覽器發送請求給嵌入式Web伺服器，請求連接伺服器端的CGI程序103。5)嵌入式Web伺服器102運行CGI程序103，建立Applet程序104與CGI程序103的連接；CGI程序分為三個部分CGI1負責讀取記錄器上存儲的病人基本信息，並將信息以網頁的形式在瀏覽器上顯示；CGI2負責從AD讀取心電信號，進行QRS波檢測、心率計算及五種心律失常分析，將心電數據及分析結果編碼後發送給Applet程序；CGI3負責接收由瀏覽器上設置的病人基本信息，將病人的基本信息存儲在心電記錄器上；6)瀏覽器上顯示的Applet程序通過嵌入式Web伺服器從CGI2上讀取數據，在瀏覽器上顯示心電波形以及心電信號分析結果。嵌入式Web伺服器102負責監聽瀏覽器請求。當Web伺服器監聽到瀏覽器請求後，如果是靜態網頁請求，它將發送靜態HTML網頁給瀏覽器進行顯示。如果是動態監護請求，它將請求提交給CGI程序進行處理，並將CGI程序返回的網頁或數據提交給瀏覽器進行顯示。心電記錄器位於家庭端，負責採集、分析病人的心電信號，並實現嵌入式Web伺服器功能。當心電記錄器連接到Internet之後，醫學專家在任何地方都可以通過瀏覽器訪問心電記錄器上的嵌入式Web伺服器，通過瀏覽器上的動態網頁進行心電遠程實時監護與診斷。該方法克服了以往心電遠程監護中系統結構複雜、成本高等缺點，具有便攜、智能化、實時性以及結構簡單等特點。圖l本實用新型的結構示意圖；101、嵌入式實時作業系統，102、嵌入式Web伺服器，103、伺服器端的CGI程序，104、HTML網頁上的Applet程序；圖2本實用新型的心電記錄器系統結構圖；201、心電電極,202、放大濾波處理模塊，203、微處理器，204、顯示模塊，205、電源模塊，206、存儲器，207、網絡接口，208、串口；圖3嵌入式Web伺服器功能示意圖；301、病人基本信息，302、Applet程序，303、用戶登錄及基本信息設置，304、BOA伺服器，305、嵌入式Linux作業系統，306、CGIl，307、CGI2,308、CGI3，A、瀏覽器端監護網頁，B、瀏覽器端，C、伺服器端；圖4CGI2整體流程圖；圖5CGI2中多線程通信流程圖；圖6JavaApplet程序流程圖；具體實施方式本實用新型採用前述的基於嵌入式Web伺服器的心電遠程監護裝置進行設計。如圖2所示，本實用新型的實施例的系統結構包括心電電極201、放大濾波處理模塊202、微處理器203、顯示模塊204、電源模塊205、存儲器206、網絡接口207、用於與PC機通信的串口208等。放大濾波處理模塊202將心電電極201採集到的心電信號放大、濾波、電壓提升後送入微處理器203進行分析處理，並在顯示模塊204上顯示波形及分析結果。顯示模塊204具有為帶觸摸的液晶屏，因此可通過顯示模塊204中功能菜單控制心電信號的採集、存儲、分析等功能。記錄器通過網絡接口207連接到Internet並傳送心電監護網頁到瀏覽器上進行顯示。本實用新型的實施例中採用了32位低功耗ARM9微處理器S3C2410，利用其內置的8路10位AD進行心電信號的採集。本實用新型的實施例中採用了嵌入式Linux作業系統，它成本低，可移植性強，支持TCP/IP協議，安全性高，穩定性強。通過簡單的功能剪裁和定製，本實用新型移植了Linux內核，並以cramfs文件系統作為根文件系統。本實用新型的實施例中，採用了MiniGUI來進行顯示屏上的界面及監護功能設計。用戶可以通過界面上的控制項對記錄器進行控制，包括心電信號的採集、顯示、存儲及基本信息設置等功能，實現人機互動。如圖3所示，本實用新型的實施例中利用BOA伺服器實現了嵌入式Web伺服器功能。該伺服器代碼空間小，原始碼公開，性能高，響應速度快。在本實用新型中，BOA伺服器負責監聽並響應瀏覽器請求，運行CGI程序實現心電動態監護等功能。瀏覽器提交請求給BOA伺服器，伺服器監聽到瀏覽器請求後首先發送監護網頁給瀏覽器進行顯示，在瀏覽器上顯示Applet程序。當瀏覽器向伺服器請求顯示病人基本信息時，伺服器將請求提交給負責顯示病人基本信息的CGIl306進行處理，並返還處理結果的網頁給瀏覽器。當要在網頁上進行心電監護時，Applet程序通過瀏覽器發送連接請求給BOA伺服器，伺服器將請求提交到負責監護的CGI2307，由CGI2307對心電數據進行採集與分析，產生分析結果提交給BOA伺服器，由伺服器發送給瀏覽器上的Applet控制項進行顯示。當瀏覽器提交設置的基本信息給BOA伺服器時，伺服器把提交的數據交給CGI3308，由CGI3308將數據存儲到心電記錄器中。本實用新型的實施例中，Web伺服器上運行的CGI程序分為三個部分:CGI1負責讀取記錄器上存儲的病人基本信息，並將信息以網頁的形式在瀏覽器上顯示；CGI2負責從AD讀取心電信號，進行QRS波檢測、心率計算及五種心律失常分析心律不齊、心動過速、心動過緩、漏搏、停搏，將心電數據及分析結果編碼後發送給Applet程序；CGI3負責接收由瀏覽器上設置的病人基本信息，將病人的基本信息存儲在心電記錄器上。為了保證採集、分析的實時性和準確性，節省嵌入式系統資源，CGI2程序中採用了多線程機制由定時器響應函數來進行心電信號的採集，R波檢測線程進行QRS波群檢測、心率計算及心律失常分析，分析結果輸出線程負責將數據輸出給Web伺服器。如圖4，當伺服器調用CGI2時，程序首先向Web伺服器輸出數據頭，指定CGI2程序的輸出結果為數據型；接著初始化條件變量，用於多線程間通信，包括阻塞、喚醒線程；然後創建並阻塞QRS波檢測線程和分析結果輸出線程；然後初始化微處理器203中的AD設備；設置定時器，由定時器實現心電數據的採集。定時器響應函數中，程序從AD讀取心電數據，利用海寧平滑濾波器濾除幹擾。採集一定時間的心電數據後，程序將發送信號喚醒被阻塞的R波檢測線程，對採集到的心電數據進行QRS波群檢測、心率計算及心律失常分析。為了進行QRS波群檢測和心律失常分析，進行分析的心電數據至少要包含四五個心電周期。本實施例中用6秒的心電數據進行分析，對於正常人，至少出現5個心電周期，可進行心律失常分析。R波檢測線程中採用差分閾值法檢測QRS波，在檢測出RR間期後，計算心率。同時，對5種心律失常進行檢測心動過速、心動過緩、心律不齊、停搏和漏搏。分析完成後，該線程發送信號喚醒分析結果輸出線程。在分析結果輸出線程中，程序首先在心電數據及分析結果前添加一個特定的數據頭，以區別傳輸的數據類型，然後將數據發送到Web伺服器上，最後R波檢測線程和結果輸出線程被阻塞直到下一次被喚醒。線程間通信軟體流程如圖5所示。本實用新型的實施例中，HTML網頁上的Applet程序實現了與伺服器端的CGI2建立連接，從遠程連接讀取心電數據及分析結果，解碼後在Applet上繪製波形，顯示分析結果，流程圖如圖6所示。Applet程序中，程序首先與伺服器端的CGI2建立連接，獲取遠程數據流，即從遠程連接讀取數據。然後設置定時器，用來定時從遠程CGI2程序中讀取心電數據並在網頁上畫出波形。接收到數據後，程序會通過數據頭進行分類，在網頁上繪製心電波形，顯示分析結果。利用本實用新型的實施例裝置與Internet相連構成基於嵌入式Web伺服器的遠程心電監護裝置。使用美國福祿克公司生產的心電信號模擬發生MPS450產生各種類型的心電信號，用本實用新型實施例裝置進行採集。在一臺聯網計算機的瀏覽器地址欄輸入本實施例的IP位址。瀏覽器上將顯示心電遠程監護頁面，頁面的左邊將顯示本實施例中存儲的病人的基本信息。頁面右半部分為Applet程序，點擊Applet上的採集按鈕，頁面上將動態顯示心電波形、心率和心律失常分析結果。改變心電信號發生器的波形幅度和心率，監護網頁上的波形也隨之迅速發生變化，這表明該裝置可以保證數據傳輸的實時性。實驗完成後，將檢測結果與心電信號發生器所產生的心電波形的實際參數進行對比，其結果如表l所示。可見檢測結果的心率參數基本上與實際產生的心電信號參數一致，這反映了裝置的準確性。計算機網絡在單位、社區、家庭中逐漸普及，各種新的、更高帶寬的接入方式不斷進入日常生活，為基於Internet的遠程心電監護帶來了便利。本實用新型所述的心電遠程監護方法僅須本實用新型實施例中的心電記錄器與Internet相連即可構成，系統結構簡單，大大節省了建立大型伺服器所需的費用。這種基於瀏覽器/伺服器模式的心電監護方法，不必在PC機上安裝軟體，給病人和醫生的操作帶來了便利，是一種簡單、便於推廣的心電監護方法。表l檢測結果比3tableseeoriginaldocumentpage8權利要求1、一種基於嵌入式Web伺服器的心電遠程監護裝置，其特徵在於由心電記錄器、Internet和瀏覽器組成，所述的心電記錄器包括心電電極(201)、放大濾波處理模塊(202)、微處理器(203)、顯示模塊(204)、電源模塊(205)、存儲器(206)、網絡接(207)、用於與PC機通信的串口(208)；放大濾波處理模塊(202)將心電電極(201)採集到的心電信號放大、濾波、電壓提升後送入微處理器(203)進行分析處理，並在顯示模塊(204)上顯示波形及分析結果；記錄器通過網絡接(207)連接到Internet並傳送心電監護網頁到瀏覽器上進行顯示。專利摘要一種基於嵌入式Web伺服器的心電遠程監護裝置，其特徵在於由心電記錄器、Internet和瀏覽器組成，所述的心電記錄器包括心電電極(201)、放大濾波處理模塊(202)、微處理器(203)、顯示模塊(204)、電源模塊(205)、存儲器(206)、網絡接口(207)、用於與PC機通信的串口(208)；放大濾波處理模塊(202)將心電電極(201)採集到的心電信號放大、濾波、電壓提升後送入微處理器(203)進行分析處理，並在顯示模塊(204)上顯示波形及分析結果；記錄器通過網絡接口(207)連接到Internet並傳送心電監護網頁到瀏覽器上進行顯示。文檔編號A61B5/0402GK201104878SQ20072018737公開日2008年8月27日申請日期2007年12月21日優先權日2007年12月21日發明者吳水才,佳李,李豔崢,楊春蘭,白燕萍申請人:北京工業大學