掌上型移動遠程心電監護系統的製作方法
2023-12-07 05:19:51 4
專利名稱：掌上型移動遠程心電監護系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於醫療電子器械，特別涉及一種移動遠程心電監護系統和一種基於藍牙的掌上型心電監護儀。
背景技術：
當前，醫院已經廣泛使用各種監護設備，用於監測心臟病、危重病等患者的病情及其變化。
醫用心電監護設備主要分成二大類。
一類是床旁監護儀，醫院的ICU、CCU等監護病房使用的大多就是這種監護儀。患者的心電信號經心電電極接收後通過心電導聯線傳輸給床旁監護儀，床旁監護儀實時顯示、分析心電信號，並在異常時提供報警。由於導聯電纜的存在、需要交流電源供電以及體積笨重等因素，患者在監護過程中不能自由活動，甚至連吃飯、大小便這樣的日常活動也只能在病床上進行，造成患者很大的不便。
另一類是動態心電圖系統(Holter)，臨床上應用於對心臟病等患者作較長時間的心電記錄。患者隨身配帶一個心電記錄盒，記錄盒可以通過磁帶或者更先進的Flash存儲介質記錄24小時甚至更長時間的心電數據，結束後需要將記錄盒帶回醫院，通過專用的Holter心電回放分析系統讀取記錄盒中的心電圖數據，利用軟體對記錄的心電數據作回放分析，作出事後性的動態心電報告。Holter的缺陷在於(1)心電記錄盒不具有實時監護功能。若患者在進行心電記錄的過程中發生心臟病發作，就難以得到及時的發現和進一步的救治，而只能在記錄盒中記錄下異常的心電信號供事後分析，這有可能導致嚴重的後果。(2)心電記錄盒不具有網絡通訊功能。患者必須將記錄盒送回醫院進行回放分析，這對於體弱多病的心臟病等患者以及老年人，將造成很大不便；而且，在心臟病發作的危急時刻，由於缺乏網絡通訊功能，無法及時與醫院、急救中心、醫生取得聯繫，導致患者失去第一時間獲得遠程救助指導的機會，而在第一時間進行及時救治常常關係到疾病的轉歸和預後。
除上面提及的各自缺陷之外，上面這二類心電監護設備還有以下的共同缺陷操作複雜、價格昂貴、缺乏網絡通信功能等。這些缺陷的存在使得這二類心電監護設備只限於在醫院內使用，廣大的患者無法自己購買並使用這類心電監護設備，醫護人員、急救車等專業人士也難以在出診、急救、事故現場或者對休養在家的患者作上門服務的時候隨身攜帶這類心電監護設備為患者提供心電監護服務。
隨著我國步入老齡化社會，各種老年性疾病，包括高血壓、心臟病、腦中風等慢性病已成為我國的常見病、多發病。對這些慢性病進行有效的防治，是當前我國醫療保健服務要解決的主要問題。然而，這類問題的解決不是單純依靠傳統的中心醫院投入就能奏效的，需要把傳統的以中心醫院為軸心的醫療模式，轉換成以病人/家庭為中心、以社區服務為基礎的新的全民保健模式。為此，要求對慢性病的病情進行「家庭監測、社區監測」。這種「家庭監測、社區監測」常常關係到慢性病能否得到良好的控制，關係到患者生活質量的高低，關係到患者壽命的長短。而所需的這種病情監測儀器，必須具有易於攜帶、操作簡單、安全可靠、智能化、易於聯網、價廉等特點。廣大的患者以及保健醫生、家庭醫生、社區醫生、全科醫生等專業人士能夠利用這類可攜式監護儀器對患者的病情進行自我監測或者監測，幫助患者自己或醫生準確地判斷病情，提高慢性病治療、康復的效果。
為解決可攜式設計問題，目前國內外已開發出一些可攜式心電監護儀器，供廣大患者和醫務人員隨身攜帶使用。這些產品大致可分成以下兩類。
第一類是封閉式的可攜式心電監護儀。生產廠商採用自己的專有硬體和軟體，並將硬體和軟體固化在一個固定儀器中，提供簡單的心電信號實時分析和報警功能，有些還具有記錄心電信號的功能。但是，該類監護儀的缺陷在於(1)由於不同廠商採用的專有技術和設計有很大的不同，這樣就造成系統的開放性、兼容性較差，發生故障時進行維修也相當困難。(2)這類監護儀不能有效、方便地與計算機進行數據通信，因而難以利用日益普及的計算機的強大的信息處理能力；而且，由於監護數據不能被有效地讀入計算機作長時間的保存，為進行一次新的監護，只能將原先保存在監護儀中的心電數據刪除或者覆蓋掉，這些寶貴的心電信息不能被用作進一步的深入分析以及作歷史比較。(3)由於這類監護儀的存儲空間十分有限，僅能保存幾分鐘到幾十分鐘的心電數據，有些甚至沒有存儲空間，因而，難以滿足實踐應用中對較長時間保存心電記錄的需要。(4)這類儀器的專業性較差，大多只能監護一個導聯的心電信號，而且，所提供的實時分析功能比較單一，只能對少數的幾種異常事件作出識別和報警，也沒有提供很好的歷史數據回放、統計、報告等功能，部分監護儀甚至沒有提供顯示心電波形這樣的基本功能，這就難以滿足醫務人員對心電信息作全面、深入分析的要求。
第二類是開放性的可攜式心電監護儀，多採用掌上計算機作為信息處理的平臺。相比於封閉式系統，基於掌上計算機的心電監護系統是一種開放性系統。掌上計算機具有強大的處理器、高解析度的顯示屏、較多的存儲空間等，並且具有操作簡便、價廉、易於與PC同步數據等優點。因而，掌上計算機能夠對較多種類的異常事件作出實時分析，並在異常時提供報警。掌上計算機上保存的監護數據，可以通過與PC的同步長久保存到PC上作深入分析和歷史比較，充分挖掘心電數據的價值。而且，掌上計算機的存儲空間較大，能夠保存幾小時到十幾小時的心電數據，並能方便地根據實際需要進行空間擴充。
但是，除了上面提及的缺陷之外，這兩類設備還普遍存在以下缺陷(1)心電採集模塊和心電分析處理模塊採用電纜連接方式。在監護過程中，被監護對象被多條導聯電纜所纏繞，既影響活動自由，也給部分日常生活帶來不便；而且，由於採用有線連接方式，就不可避免有電纜暴露在外面，這樣就會導致病人隱私的暴露，而疾病是病人的重要隱私。(2)這類監護儀缺乏實時網絡連接和通訊功能，因而，廣大患者不能通過通信網絡獲得醫院、醫生的醫療幫助，特別是病人在危及生命的時刻；而醫護人員、急救人員也難以獲得醫院、急救中心專家的遠程業務指導。
為解決心電圖的遠程傳輸問題，實現心電監護由院內向院外、家庭、個人的延伸。20世紀70年代以後，國外開始將「電話心電圖」應用於臨床實踐，在醫學上稱為「經電話傳送心電圖監測」(Transtelephonic electrocardiographicmonitoring，TTM)。TTM的基本原理是患者配帶一個心電監護終端(又稱為「心臟BP機」，大多是一個封閉式的可攜式心電監護儀)，終端採集體表的心電波形，使用外置式或者內置式電話傳送裝置(即數據機)將心電信號調製成電話信號，通過公用電話網絡將信號實時傳送至醫院的監測中心，監測中心再通過數據機解調出心電信號，24小時值班醫生根據心電圖改變和患者主訴，30分鐘內即可向患者提供病情的診斷以及治療建議。通過電話心電圖系統，大大縮短了醫院、醫生和廣大患者、家庭之間的距離，為長期對心臟病患者作院外心電監護提供了方便的手段，使心電監護走向家庭、個人成為現實。我國在TTM應用方面起步較晚，90年代開始在一些大中城市推廣使用。
但是，電話心電圖系統存在以下的缺陷(1)電話心電圖系統必須通過公用電話網絡才能傳輸心電信號。為實現遠程心電監護，患者必須在家裡或者辦公室等有電話的固定場所才能實行經電話的實時信號傳送，因而不能應用於急救車、飛機等移動場合。(2)由於電話心電圖系統的監護終端和電話之間的連接採用有線方式，以及監護終端與人體之間通過電纜有線連接，在經電話實時遠程傳輸的過程中，患者必須守在電話機旁，這就明顯限制了患者的活動自由，也會導致患者病情隱私的暴露。(3)部分監護終端也能記錄、保存心電信號，但其存儲空間十分有限，只能保存幾分鐘到幾十分鐘的心電圖數據，難以滿足醫生對大容量、長時間保存心電記錄的要求。(4)傳統的電話心電圖多採用模擬調頻電話傳輸技術。這是一種早期的信號傳輸方式，其缺點是抗幹擾性能差，信號易受發送和接收環境以及線路噪聲的幹擾，而且傳輸速率較慢。若接收端配備有計算機信息管理系統，必須將接收到的模擬信號轉換為數位訊號才能進行處理。而且，不少系統一次只能接收一個患者的心電監護信號，明顯限制了電話心電圖的應用價值。(5)部分經電話傳輸遠程心電監護系統，採用PC(包括臺式機和筆記本電腦)作為心電信息處理的終端並通過PC實現心電信號經電話線路的遠程傳輸。這樣的系統雖然能夠充分利用PC強大的處理能力，並使系統具有良好的開放性，但是，由於PC體積大、機動性差、能耗大、操作複雜、需要交流電供電等，不適合進行長時間的遠程監護，也不適合在移動場合使用。
近年來，為提高心電信號經電話傳輸的質量，消除模擬調頻電話傳輸方式存在的各種幹擾，國內外開發出了心電信號經電話數字傳輸技術。採用數字編碼技術，在遠程傳輸的過程中，心電信號不易受多種環境和線路噪聲的幹擾，失真小、差錯率低，計算機對接收到的數字心電信號可以直接進行分析處理。
在信號經電話遠程傳輸的過程中，為提高患者的活動自由度，有產品將心電監護終端和電話發送端兩者分立開來，兩者之間通過RF無線電方式實現信號傳輸。心電監護終端可把心電信號通過RF無線電方式發送給電話發送端的RF接收器，然後，監護信號通過電話網絡遠程傳輸出去。通過這種方式，在一定程度上拓展了患者在遠程監護時的活動自由度，患者可以在RF覆蓋的幾米-幾十米的範圍內進行自由行動。但是，患者仍然受到有無電話、電話的位置、RF的空間覆蓋範圍以及各種幹擾的影響，只能在固定電話附近的有限活動空間範圍內進行遠程心電監護，仍然不能實現在任何時間、任何地點進行遠程心電監護的目標。
總之，在本發明出現之前，多種形式的電話心電圖系統已經問世。但是，它們共同的缺點就是需要通過電話網絡進行心電信號的遠程傳輸，患者只能在家裡或者在辦公室等有電話的固定場合才能進行遠程心電監護，不可能在移動場合進行遠程監護。因而，也極大地限制了電話心電圖系統的應用空間和使用價值。醫生也難以在急救現場、搶險救災、野外科考等移動場合獲得中心醫院、急救中心、心電專家的專業指導。而且，目前的電話傳輸速率並不夠快，信號傳輸質量也有待進一步的提高。
發明內容
因而，本發明所要解決的首要技術問題是提供一種易於接入移動通信網絡、數位化傳輸、可攜式、開放性好、支持實時分析報警的移動遠程心電監護系統。這種系統具有支持移動應用、抗幹擾性強、自動分析、便於攜帶、能耗低、開放性/兼容性好等優點，能夠真正實現無論何時、無論何地進行遠程監護的目標，以更好地滿足移動監護、遠程監護、個人/家庭監護的需求。
本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種利用掌上型高性能計算設備和短距離無線通信技術的可攜式無線數位化心電監護儀，既可單獨使用，也可作為移動遠程心電監護系統的接入終端。這種監護儀能夠實現心電採集模塊和掌上型高性能計算設備之間的短距離無線連接，使心電數據的傳輸無線化，具有攜帶方便、使用自由、保護使用者隱私，並提供比較強大的實時自動分析和報警功能，能夠較長時間地保存異常事件，並能與PC同步在PC上長久保存監護數據，以及對監護數據作進一步的深入分析等優點。
本發明解決所述第一個技術問題所採用的技術方案是這樣的一種對人體心電信號進行檢測、存儲、分析以及無線傳輸的基於掌上計算機的移動遠程心電監護系統。其特徵在於包括心電採集模塊、掌上計算機和遠程監護伺服器三個部分；心電採集模塊採集的心電信號經放大、濾波、數位化後通過藍牙無線通信或者USB接口傳送給掌上計算機；掌上計算機通過移動通信網絡與遠程監護伺服器進行通信，通過內置的移動通信模塊直接傳輸數據，或者通過藍牙手機傳輸數據；遠程監護伺服器接收到被監護對象的心電信號後，顯示、保存心電圖，實時分析監護數據並在異常時提供報警，給出相應的監護結論和救治意見，並把診治建議通過移動通信網絡傳送回遠程的掌上計算機；遠程監護伺服器及其客戶機系統可對監護數據作進一步回放、統計分析、報告、列印等。
為解決第二個技術問題，本發明提供一種基於藍牙的掌上型心電監護儀。包括心電採集模塊、掌上計算機、PC應用程式三個部分，掌上計算機由中央處理器、顯示屏、總線控制器、存儲器、數據接口組成。其特徵在於心電採集模塊和掌上計算機分立設計，分別具有一個藍牙通信模塊和/或者USB模塊，心電採集模塊採集的信號經數位化後通過藍牙無線通信或者USB接口傳送給掌上計算機，掌上計算機顯示心電圖，並進行實時分析，在異常時提供報警，並保存異常事件，保存的數據能夠同步到PC，PC應用程式能對監護記錄進行回放、進一步分析統計、報告、列印等，PC還能通過Internet遠程傳輸監護數據給遠程監護伺服器。本掌上型心電監護儀既可獨立使用，同時也是移動遠程心電監護系統的監護終端。
與現有技術相比，本發明具有下列優點(1)能夠實現移動遠程心電監護。廣大患者能夠通過本系統，採集心電信號，並通過移動通信網絡實時發送監護信號給醫院或者急救中心的遠程監護伺服器，從而獲得及時、專業的醫療救助。廣大的醫務人員，特別是農村、偏遠地區的醫護人員通過本系統，能夠得到大、中醫院醫學專家的指導和幫助，從而提高自身的業務能力，降低誤診誤治的機率。救護車、搶險救災等移動場合的醫務人員也能通過本系統，獲得急救中心、醫院專家的救治指導，特別是指導對一些疑難、危重疾病的診斷和治療，從而提高急救的成功率。本系統能夠真正實現無論何時、無論何地進行遠程監護的目標。
(2)信號傳輸的質量、保密性和速率得到進一步的提高。由於目前的GPRS/GSM、CDMA移動通信網絡使用的是數位訊號傳輸技術，心電信號通過數字傳輸方式進行遠程傳輸，較之於模擬傳輸方式，其抗幹擾性大大提高，能夠保證信號高度保真，而且，由於採用數字傳輸方式，也較大地提高了心電信號傳輸的速率和保密性。
(3)使用自由度大，保護患者的疾病隱私。心電採集模塊與掌上計算機之間通過藍牙通信實現監護信號的無線數位化傳輸，而無需再使用傳輸電纜。這將極大地方便個人隨身攜帶、隨時使用，而不會對個人的日常生活造成影響，並有助於保護個人的疾病隱私。藍牙技術作為一種新興的短距離無線通信技術，具有成本低、耗電省、抗幹擾性強、保密性好、體積小、數據傳輸速率較高等優點，非常適合應用於可攜式的嵌入式系統。在現場急救、事故搶險、出診、搬動患者等場合，醫務人員能夠在藍牙所覆蓋的空間範圍內對患者作比較自由的病情監護。
(4)分析處理能力強大、開放性好。掌上計算機具有心電圖分析處理所需的主要特徵，包括高性能的CPU、高解析度的顯示屏、較多的存儲空間、易操作性、便攜、易於聯網(包括移動通信網絡和Internet網絡)、高度的開放性和兼容性等。強大的計算能力，使掌上計算機能對多種異常心電事件作出實時自動分析，並在異常時提供報警，心電波形的顯示也更加逼真。由於掌上計算機具有較多和易於擴充的存儲空間，因而能夠較長時間地記錄心電數據，並可對此作進一步的回顧性分析和歷史比較。掌上計算機開放性和兼容性良好，易於進行多種監護參數的擴充和組合，並易於與PC同步數據，進一步可與醫院信息系統(HIS)、其他計算機系統以及Internet聯網。在PC端，應用程式可對監護數據作出深入分析，獲得心電異常事件和心電數據的趨勢，作出監護結論和報告，也能通過Internet實現遠程診斷。另外，開放式的系統也易於升級軟硬體以進一步提高系統的功能、修正存在的缺陷。
(5)實現了監護儀的微型化、低功耗、可攜式設計。本監護儀使用具有高度集成度的心電晶片、A/D轉換晶片、處理器以及藍牙通信模塊，並使用貼片元件，使得心電採集模塊的結構高度緊湊，體積小、重量輕，使用的掌上計算機是集成有藍牙通信模塊和/或者USB接口和/或者移動通信模塊的手持智能設備，便於個人攜帶長時間使用。
(6)高度的電氣安全性、可靠性。由於掌上計算機和心電採集模塊使用電池供電，監護儀的電氣安全性很高，沒有交流電可能導致的電擊危險。由於採用開放和成熟的技術，以此為基礎的基於藍牙的掌上型心電監護儀和移動遠程監護系統具有較高的可靠性，而高可靠性是醫療儀器的重要要求。
圖1為掌上型移動遠程心電監護系統的物理組成框圖。
圖2為掌上型移動遠程心電監護系統的原理框圖。
圖3為掌上型移動遠程心電監護系統遠程監護伺服器及其客戶機系統的原理框圖。
圖4為圖1和2中，心電採集模塊的硬體(圖4A)和軟體(圖4B)原理框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實例對本發明作進一步的說明。
本發明的工作原理是這樣的參照圖1和圖2。本發明由心電採集模塊、掌上計算機、移動通信網絡、Internet、PC、個人印表機、遠程監護伺服器、客戶機以及區域網印表機等部分組成。心電採集模塊負責採集、放大、濾波、數位化心電信號，並通過藍牙通信或者USB接口發送給掌上計算機。掌上計算機由中央處理器、顯示器、總線控制器、存儲器、數據接口組成，其數據接口具有一個內置的藍牙通信模塊和/或者USB模塊。掌上計算機接收到數位化心電數據後，進行實時的波形顯示和自動分析(包括心律失常和ST段監護)，在異常時提供報警，並保存異常事件，通過內置的移動通信模塊或者通過藍牙手機把監護信號通過移動通信網絡發送出去。遠程監護伺服器對接收到的監護信號進行分析，並把分析結論和診治建議通過移動通信網絡發送回掌上計算機。保存在掌上計算機中的數據能夠通過USB接口同步到PC，PC應用程式提供對監護事件的回放、進一步分析統計、報告、列印等功能，PC能夠通過Internet傳輸監護數據給遠程監護伺服器實現心電監護信息的遠程診斷。
下面說明具體的工作流程(1)心電採集模塊硬體框圖參見圖4A。由心電電極、心電導聯線、射頻濾波電路、心電信號放大晶片、A/D轉換晶片、電源、信號發生器、處理器、藍牙和/或者USB晶片及其電路、報警指示等部分組成。導聯繫統採用標準5-電極組心電導聯繫統，可產生7個導聯的信號，其中3個導聯(I或II、III、V)的信號是原始信號，其餘4個導聯(II或I、aVR、aVL、aVF)的信號通過導聯運算得出。採用電阻和電容組成的二級阻容濾波網絡作為空間射頻濾波的主要手段，濾除頻率大於100Hz的空間射頻幹擾。放大晶片對3個原始導聯的心電信號進行共模抑制放大，並具有導聯運算、起搏信號檢測、導聯脫落檢測以及濾波等功能。A/D轉換器採用22-bit高精度的基於sigma-delt技術的A/D轉換晶片，對3個原始導聯的信號進行同步A/D轉換。處理器是一個單片機(MCU)，MCU包含ROM和RAM，而且支持ISP(在系統編程)和IAP(在應用編程)方式，具有體積小、能耗低、運算速度高等優點。處理器是整個心電採集模塊的控制中心，負責控制心電晶片、A/D晶片以及數據的接收、處理，同時負責藍牙模塊的控制和數據收發。藍牙通信模塊包括基帶電路、射頻電路、雙工器、藍牙天線以及封裝在其中的主機控制接口(HCI)的藍牙通訊協議等。藍牙模塊和處理器之間通過交叉連接RXD和TXD引腳建立數據連接。USB接口採用通用的USB接口模塊。整個模塊採用電池供電，所有的模塊電路都支持低功耗工作方式，在不進行監護的時候自動進入睡眠模式。電池電壓經由高效率的電壓管理單元升壓至5V、3.3V，並反向產生-5V的工作電壓。信號發生器負責提供基準電壓，報警指示負責提供各種硬體故障的報警信息。另外，在導聯連接處採用了耐壓1000V的元件，以保證工作電路的安全。
加電後，心電採集模塊首先進行自檢，並配置有關的參數。自檢包括心電信號放大晶片、A/D轉換晶片是否工作正常，心電導聯線是否連接良好，檢測電池電量的多少，對藍牙地址進行認證、確認藍牙傳送速率，配置採樣頻率、採樣精度和採樣通道帶寬等工作參數。自檢通過後，系統進入待機模式；若自檢出現故障，則提供相應的硬體故障的報警信息，並通過藍牙或者USB接口傳送給掌上計算機。
在接收成功掌上計算機發送的開始進行心電監護的請求以後，心電採集模塊開始採集心電信號。信號經由心電導聯線傳輸至前級濾波電路，濾除頻率遠大於100Hz的空間射頻幹擾。然後，信號送入心電信號放大晶片進行放大，放大倍數固定為8倍，產生I(或II)、III、V三個原始導聯的同步放大信號。放大晶片會輸出AVG3O的共模信號，提供給各放大通道，用以抑制共模幹擾信號。3個原始導聯的放大信號經過後級濾波網絡電路，傳送給A/D轉換晶片進行同步A/D轉換，產生22位的數位化心電信號。數位化心電數據通過串行方式傳送給處理器。在2次數據刷新時間間隔內，處理器完成數據的採集，並且經由藍牙模塊或者USB接口把心電數據傳送給掌上計算機。在心電信號的採集過程中，本模塊能夠實時檢測導聯線有無脫落以及具體脫落的電極號，有無強幹擾導致不能檢測ECG的情況，電壓狀況並提供低電壓、基準電壓波動報警等。
心電採集模塊的軟體框圖參見圖4B。主控部分(主控模塊)是整個軟體的核心，它控制所有硬體資源，包括系統時鐘、中斷資源(外部中斷和時鐘中斷)、埠資源(串口和並口)。主控模塊分配處理器各埠資源給心電信號放大晶片和A/D轉換晶片，用於數據傳輸並對其進行控制。分配增強型串口給藍牙模塊，並在內存開闢一個串口輸出緩衝區和一個串口輸入緩衝區，通過串行方式和藍牙模塊通訊。所有要通過藍牙進行傳送的數據都必須通過藍牙控制模塊進行數據編碼，然後交由主控模塊通過串口發送出去；同樣，所有接收到的數據也先由藍牙控制模塊進行解碼，然後再交由主控模塊處理後送給控制命令棧進行命令解析，再由主控模塊把解析後的結果分配給硬體控制模塊處理。由於掌上計算機的藍牙接口工作於藍牙協議的L2CAP(邏輯鏈路控制與適配協議)層，而心電採集模塊的藍牙模塊工作於藍牙協議的HCI層，所以藍牙控制模塊的主要功能就是完成L2CAP層指令和HCI層指令的相互轉換，在MCU中的軟體把協議棧封裝到相應的L2CAP層。心電採集模塊開始工作後，通過主控模塊調用硬體控制模塊進行數據的採集處理和發送。
這裡有2個和掌上計算機通訊的過程不經過藍牙控制模塊，而由主控模塊處理後直接發送到藍牙模塊，不遵循標準數據傳送協議(所謂標準數據傳送協議是指掌上計算機和處理器之間傳輸數據和命令的標準格式規範)。一個是硬體報警信息，當一個硬體報警信息產生後以最高的優先級中斷所有正常工作，系統讓出資源對相關信息進行處理並直接發送；另一個是初始化時的身份認證過程。在這2種情況下，由主控模塊直接完成協議的封裝和傳輸，以體現最高優先級和最高可靠性的要求。
另外，獨立於藍牙傳輸協議之外，對通過藍牙傳輸的心電監護數據也有一套數據傳輸格式，這一套標準規定了通過藍牙傳輸的心電數據和控制指令，以及其他一些通訊命令的傳輸格式，有關這一格式的處理在控制命令棧中完成解析，在主控模塊中完成封裝。
心電採集模塊軟體的設計語言是C語言，並使之具有可移植性，能夠運行於多種處理器平臺。
(2)基於藍牙的掌上型心電監護儀參見圖2。掌上計算機上的應用軟體具有以下主要功能控制心電信號採集模塊，接收心電數據，顯示心電波形，自動分析心電數據並在異常情況下提供報警，存儲心電數據，把心電數據通過USB接口同步到PC上，通過內置的移動通信模塊或者藍牙手機經移動通信網絡與遠程監護伺服器進行通訊。
首先，掌上計算機對心電採集模塊的藍牙地址或者USB接口進行認證。然後，掌上計算機通過藍牙接口或者USB接口向心電採集模塊發送開始進行信號採集的請求，並發送採集時的工作參數。接著，掌上計算機開始接收心電採集模塊傳送過來的監護數據，並把它存儲在臨時的數據緩衝區內。然後，由監護分析軟體實時對監護信號中的一個或者多個導聯進行同步波形顯示，並進行數字濾波(可以設置是否需要數字濾波)，判斷有無起搏信號，並自動進行心律失常和ST段分析，在異常時提供報警，保存異常事件。系統提供自動保存和手動保存二種保存異常事件的方式。如果是因為由某報警事件觸發而導致的自動保存，則系統存儲從當前時刻5秒鐘前，直到當前時刻5秒鐘之後的3個原始導聯的心電數據，以及事件發生的日期/時間、事件類型、事件發生時的心率、ST參數值；對於手動保存方式，用戶點擊「保存」按鈕後保存心電圖直至用戶點擊「停止保存」按鈕或者已經記錄到30秒的心電圖為止。在監護過程中，掌上計算機定時記錄心率和ST等參數值。根據預先設定的條件，系統可以自動向遠程監護伺服器通過移動通信網絡發送監護數據，或者通過手動方式發送監護數據給遠程監護伺服器。
數字濾波採用帶通濾波器，由一個低通濾波器和一個高通濾波器級聯而成，用以濾除高頻肌電、工頻幹擾以及低頻的基線漂移等幹擾。
在進行心律失常分析之前，系統首先通過檢測有無起搏脈衝信號判斷有無起搏器。若有起搏器，系統啟動起搏脈衝排斥功能，即系統自動把起搏脈衝信號從心電信號中區分開來，避免發生由於把起搏脈衝信號當作QRS波群而錯誤計算心率以及無法檢出心搏停止與某些心律失常的情況。
心律失常監護算法是建立在R波識別和RR間期測量的基礎上。R波識別算法採用自適應的幅度、斜率、時限閾值法。通過R波時限、R波振幅以及RR間期3個參數實現對常見的16多種心律失常做出自動分類，它們是停搏、室顫/室速、室性節律、成對室早、R on T室早、室性二聯律、室性三聯律、頻繁室早(室早＞X個/分)、室早、室上速、室上早、極端心動過速、極端心動過緩、心動過速、心動過緩、漏搏。
依據危及生命的嚴重程度的不同，這些心律失常事件被分成紅色報警事件和黃色報警事件二大類，並按照優先(嚴重)程度把這些報警事件分級並放入報警事件「鏈」中，使得系統通告的總是當前最嚴重(或者優先度最高)的報警事件。報警優先度策略設定如下，從左到右報警優先度逐級降低。
紅色報警事件鏈停搏→室顫/室速→極端心動過速→極端心動過緩；黃色報警事件鏈分為以下面2條支鏈，室早報警鏈室性節律→成對室早→R on T室早→室性二聯律→室性三聯律→室早＞X個/分→室早；心率報警鏈室上速→心動過速→心動過緩。
在正常情況下，檢出一個報警事件就會產生一個報警指示。但是，在有些情況下，即使檢出了報警狀態，報警指示也會被禁止掉。這些情況包括(1)一個更嚴重(優先度更高)的報警狀態產生了；(2)在本報警鏈中，某一個優先度更高的報警正經歷一個禁止期；(3)此報警狀態正經歷一個禁止期。當產生一個黃色報警事件時，系統自動啟動一個禁止期，紅色報警事件沒有禁止期。在此禁止期內，同樣的報警狀態或者同一個報警優先度鏈中較低的報警狀態被禁止產生報警。當禁止期到時，系統復位，如果報警狀態仍存在，報警又產生了。一個事件的報警狀態不影響以後報警狀態的檢出，但會使同一鏈上優先度較低的報警不能動作。
ST監護算法採用的是R+X法，即在R波以後的X毫秒的時間內測量ST段的幅度，在R波之前P波之後的PR段作為測量ST段測量的參考水平，二者的幅度之差就是ST段值。系統根據預先設定的ST報警極限(包括上限和下限)產生ST報警。ST監護僅僅用於正常和房性起搏的心搏波形，在使用ST監護之前，首先需要調用心律失常監護算法判斷有無起搏信號以及QRS波形是否基本正常。
系統提供對是否需要報警以及需要報警的事件、報警條件、報警事件的禁止期、是否在報警時保存異常事件等進行設置的功能。
系統具有資料庫功能，提供對病人信息、心電信息、操作員信息等進行管理的功能。操作者能夠瀏覽、新建、打開、刪除、編輯、選擇、查找病人信息以及進一步的監護記錄、異常事件、心電波形等。病人資料包括一般資料、病情介紹資料，以及監護數據和結論。在每次開機使用本監護儀或者更換操作員，需要從操作員庫中選擇操作員的姓名，並輸入密碼後方可使用。
掌上計算機還提供對監護記錄進行回放分析的功能。可對心率、ST值以及室早、房早、停搏個數/小時進行趨勢分析，提供趨勢圖和趨勢表二種方式，並能夠調整時間解析度。在進行異常事件回放時，程序將會顯示心電波形，以及該異常事件發生時的心率、ST值和事件名、發生日期/時間等，用戶可以進一步對此記錄作分析測量和編輯、刪除、更改異常類型等操作。用戶還可以對系統自動分析的結論進行進一步的修改、補充，寫出最後的監護報告。
系統的開發語言為C/C++，並使之具有可移植性。軟體可運行在Palm OS、Windows CE/Pocket PC、Linux、Windows等主流作業系統之上。掌上計算機可以是基於Palm OS、Windows CE/Pocket PC、Linux等作業系統的PDA、Palm、Pocket PC、智慧型手機(smartphone)或者智能手持設備(Smart Handheld Device，SHD)。
(3)掌上計算機的移動傳輸模塊
掌上計算機通過內置的移動通信模塊或者通過藍牙手機，將監護信號通過移動通信網絡發送給遠程監護計算機，也能通過該模塊接收來自遠程監護伺服器的監護報告和診治建議。
數據發送方式包括(1)手動發送由用戶手動按下發送按鈕，把監護信號通過移動通信網絡無線傳輸給遠程監護伺服器；(2)自動發送掌上型計算機的軟體能夠判斷監護信號有無異常，並根據預先設定的發送條件，自動發送數據給遠程監護伺服器。
本發明支持GPRS/GSM、CDMA移動通信網絡。
(4)遠程監護伺服器的信號傳輸模塊在遠程監護伺服器，通過移動通信網絡接收來自掌上計算機的監護信號，或通過Internet接收來自PC的監護數據；並能通過移動通信網絡或者Internet向掌上計算機或者PC發送心電監護結論和診治建議。
信號傳輸模塊能夠同時接收幾個-幾十個監護對象的監護信號。
(5)遠程監護伺服器及其客戶機系統參見圖3。包括遠程監護伺服器、客戶機以及印表機組成的一個區域網。
遠程監護伺服器負責實時接收、分析、報警、保存監護信號，並發送監護報告；伺服器和客戶機能對伺服器保存的監護數據進行深入分析，包括進行心電參數的測量、按照類別對異常事件進行分類統計、對事件以及心率、ST值等進行趨勢分析，並撰寫監護結論和診治建議；印表機提供對心電圖片斷和監護報告的列印功能。
遠程監護伺服器通過信號傳輸模塊接收監護數據，並按照一定的格式自動存入資料庫，同時激活該患者的實時監護狀態。遠程監護伺服器對接收到的監護信號進行實時分析，包括數字濾波(可以進行設置)、起搏信號分析、心律失常和ST段分析，並在發現異常情況時自動報警，自動提供監護結論，經專業人員進一步修改後把監護結論和指導建議通過網絡發送回掌上計算機或者PC。
伺服器具有強大的資料庫功能，包括管理員、醫生庫和病人庫，具有新建、修改、刪除、檢索/排序等功能。並能進行監護和報警參數等的設置對心電信號的顯示參數，包括濾波種類、增益、顯示速率、背景的網格等可以進行設置。若同時監護的患者超過一個顯示器的顯示個數，則自動切換到另一個顯示器上進行顯示。
客戶機對保存的心電數據進行回放分析，提供趨勢圖和趨勢表、心電圖測量、撰寫報告、列印等功能，並具有系統維護、計費、轉發、遠程會診等功能。
(6)掌上計算機與PC的同步模塊以及PC的分析處理和遠程傳輸模塊保存在掌上計算機中的數據，包括患者數據、心電數據、操作員數據、監護報告等，能夠通過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計算機。
PC端應用程式提供對保存的異常事件和心率、ST值進行回放、統計、趨勢分析、報告、列印等功能，PC能夠通過有線Internet遠程傳輸監護數據給遠程監護伺服器，並能接收遠程監護伺服器的監護結論和診治建議。
今後，還可以在掌上計算機上配置全球衛星定位系統(GPS)和電子地圖(GIS)，以便在患者出現危及生命的突發情況而又沒有其他人在場時，醫院、醫生、急救中心能夠通過GPS和GIS提供的位置信息，及時趕到發病地點對患者實施院外搶救，挽救患者的生命。救護車也能通過GPS和GIS信息，選擇最近的路線和醫院輸送急救病人。
權利要求
1.一種對人體心電信號進行檢測、存儲、分析以及無線傳輸的基於掌上計算機的移動遠程心電監護系統。其特徵在於包括心電採集模塊、掌上計算機和遠程監護伺服器三個部分；心電採集模塊採集的心電信號經放大、濾波、數位化後通過藍牙無線通信或者USB接口傳送給掌上計算機；掌上計算機通過移動通信網絡與遠程監護伺服器進行通信，通過內置的移動通信模塊直接傳輸數據，或者通過藍牙手機傳輸數據；遠程監護伺服器接收到被監護對象的心電信號後，顯示、保存心電圖，實時分析監護數據並在異常時提供報警，給出相應的監護結論和救治意見，並把診治建議通過移動通信網絡傳送回遠程的掌上計算機；遠程監護伺服器及其客戶機系統可對監護數據作進一步回放、統計分析、報告、列印等。
2.根據權利要求1所述的一種基於藍牙的掌上型心電監護儀，包括心電採集模塊、掌上計算機、PC應用程式三個部分，掌上計算機由中央處理器、顯示屏、總線控制器、存儲器、數據接口組成。其特徵在於心電採集模塊和掌上計算機分立設計，分別具有一個藍牙通信模塊和/或者USB模塊，心電採集模塊採集的信號經數位化後通過藍牙無線通信或者USB接口傳送給掌上計算機，掌上計算機顯示心電圖，並進行實時分析，在異常時提供報警，並保存異常事件，保存的數據能夠同步到PC，PC應用程式能對監護記錄進行回放、進一步分析統計、報告、列印等，PC還能通過Internet遠程傳輸監護數據給遠程監護伺服器。本掌上型心電監護儀既可獨立使用，同時也是移動遠程心電監護系統的監護終端。
全文摘要
本發明屬於醫療電子器械，特別涉及一種對人體心電信號進行檢測、存儲、分析以及無線傳輸的基於掌上計算機的移動遠程心電監護系統。其特徵在於包括心電採集模塊、掌上計算機和遠程監護伺服器三個部分；心電採集模塊採集心電信號經數位化後通過藍牙無線通信或者USB接口傳送給掌上計算機，掌上計算機通過移動通信網絡與遠程監護伺服器進行通信；掌上計算機和遠程監護伺服器均能對心電信號進行實時分析、報警、存儲、回放以及列印等；掌上型心電監護儀既可獨立使用，同時也是移動遠程心電監護系統的終端。本發明具有支持移動應用、便攜、全數位化、易於聯網、開放性好等特點，可供醫生、醫院、急救中心/救護車以及廣大患者等使用。
文檔編號G06F19/00GK1540566SQ03116539
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月22日 優先權日2003年4月22日
發明者魯巍峰, 董軍, 黃建 申請人:上海吉量軟體科技有限公司, 魯巍峰, 董軍