高危心臟病人遠程實時監(jiān)護系統(tǒng)設計

1 引言

心血管疾病發(fā)病往往十分危急，且病情嚴重、變化迅速，一旦發(fā)作就可能給病人帶來巨大痛苦、甚至導致暈厥或猝死。尤以冠心病、心肌病、有心律失常病史、心臟性猝死家族史、心臟移植史等病況，具有病發(fā)突然、隨機、高猝死率特點，通常在急性癥狀出現后1小時內就可能引起死亡，惡性的室性纖顫甚至在12分鐘內引起病人猝死，患有上述嚴重心臟病的患者即為高危心臟病人[1]。因此，如何對高危心臟病人，尤其是占絕大多數的院外患者在病發(fā)前能做出早期診斷，在發(fā)病時能及時指導救助人員第一時間趕到現場實施救助，是降低院外高危心臟病人群因得不到及時搶救而導致死亡的發(fā)生率的關鍵。心電圖是診斷心臟病的常規(guī)而有效的手段，高危心臟病患者在暈厥或猝死時伴隨存在多種高危心電圖表現[2]；利用心電圖的連續(xù)動態(tài)監(jiān)護、分析，有助于早期發(fā)現和及時診斷這類疾病。

遠程心電監(jiān)護在心臟疾病的預防和救治中具有十分重要的作用，目前已引起國內外學者的高度重視，已先后研制成功了基于PSTN的遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)、院內遙測心電監(jiān)護系統(tǒng)，以及最新的基于嵌入式移動計算設備的遠程移動監(jiān)護系統(tǒng)[3,4]；滿足了對心臟病人進行連續(xù)動態(tài)的遠程心電監(jiān)護的基本要求。但是，現有的遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)或遠程移動心電監(jiān)護系統(tǒng)在實際臨床推廣中，尤其是對院外高危心臟病人的監(jiān)護，仍然存在諸如病人活動范圍受限、不具備同時多人監(jiān)護功能、不具備病人地理定位功能等不足。

本文針對高危心臟病患者在醫(yī)療監(jiān)護方面的特殊背景及臨床救助要求，研制了一套基于GSM/GPRS無線移動通信系統(tǒng)及GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的功能原型，以實現對院外高危心臟病患者的心電信號進行實時監(jiān)測、分析、早期診斷，最大限度防止患者發(fā)生猝死，增強患者的安全感和生活舒適感。

2 工作原理

本文給出的高危心臟病人的遠程實時監(jiān)護系統(tǒng)由遠程移動終端和醫(yī)院監(jiān)護中心兩部分組成，一個醫(yī)院監(jiān)護中心可以同時監(jiān)護多個病人。遠程移動終端由患者攜帶在身上，隨時隨地監(jiān)護患者的心電信號，并實時地將心電數據通過GSM/GPRS無線移動網絡傳送給醫(yī)院監(jiān)護中心，以便醫(yī)生及時診斷。當患者心電出現異常時，醫(yī)院監(jiān)護中心將自動報警并提示值班醫(yī)生；同時，監(jiān)護中心的GIS系統(tǒng)根據移動終端上傳的GPS信息自動指示病人目前所處的地理位置。對具有高危心電圖表現和病發(fā)征兆的患者，由值班醫(yī)生做出早期診斷并發(fā)出求助指令；救助人員根據指令提供的患者地理位置迅速到達現場實施救助，最大限度防止患者發(fā)生猝死。
本系統(tǒng)的嵌入式移動終端主要功能是實時采集患者的三導聯心電信號，一方面經過簡單分析在移動終端上顯示一些基本信息提供本地預警功能；另一方面采用分批傳送方式，將患者的壓縮后的心電信息和GPS經緯度信息通過GPRS通信網絡上傳給醫(yī)院中心監(jiān)護系統(tǒng)的數據庫中。

醫(yī)院監(jiān)護中心是整個遠程實時監(jiān)護系統(tǒng)的中樞，其主要功能是實現遠程各移動監(jiān)護終端用戶ECG信號的遠程集中監(jiān)護、存儲、分析和早期診斷、以及回放、打印功能，并對各終端參數、狀態(tài)的遠程監(jiān)控；結合GIS平臺的強大空間位置分析功能實現對移動用戶的地理位置跟蹤、定位、顯示。

3 系統(tǒng)研制

3.1 嵌入式移動終端設計

（1）嵌入式移動終端的硬件設計

嵌入式移動終端的硬件設計是在ARM 7架構的32位微處理器Philips LPC2200的基礎上，以廣州至遠電子公司的EasyARM2200處理器模塊為核心，擴展一些外圍模塊，實現了患者心電數據采集模塊、人機接口模塊、GPS模塊以及與醫(yī)院監(jiān)護中心通信的GPRS模塊，系統(tǒng)接口資源得到非常充分的利用。圖1是整個設計的硬件系統(tǒng)架構圖。

（2）嵌入式移動終端的軟件設計

嵌入式移動終端的軟件設計采用了當前流行的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術。首先將實時操作系統(tǒng)uCOS-II移植到Philips LPC2200嵌入式微處理上，將終端所要完成的功能細化為幾個核心的任務，由uCOS-II實時內核進行統(tǒng)一調度，宏觀上實現了多任務的并行執(zhí)行，系統(tǒng)的可靠性和實時性得到了大幅度提升。

搶占式操作系統(tǒng)對任務的調度是按優(yōu)先級的高低進行的，按照系統(tǒng)所要實現的功能，整個軟件系統(tǒng)按優(yōu)先級從高到低的順序被劃分為：ECG采集任務、GPRS通信任務、數據分析和LCD顯示任務、GPS任務。系統(tǒng)運行時，首先進行系統(tǒng)的初始化操作，初始化所有數據結構，分配堆?？臻g，然后建立任務間通信的消息隊列，進行任務建立和分配任務優(yōu)先級。所有新建任務被置為就緒態(tài)，系統(tǒng)程序從優(yōu)先級高的任務開始執(zhí)行。

3.2 醫(yī)院監(jiān)護中心設計

監(jiān)護中心系統(tǒng)是基于Windows NT局域網建成，主要包括GPRS網絡服務器、數據庫服務器、ECG中心監(jiān)護工作站和GIS定位管理工作站。

本文應用C/S體系架構設計思路，采用多任務方式保證對多個遠程用戶的同時監(jiān)護。整個ECG中心監(jiān)護系統(tǒng)和GIS定位管理系統(tǒng)的功能原型采用Microsoft Visual C++6.0工具開發(fā)完成，后臺數據庫采用Microsoft SQL SERVER 2000關系數據庫系統(tǒng)。

3.3 系統(tǒng)原型

最后，研制完成的高危心臟病人的遠程實時監(jiān)護系統(tǒng)的原型包括，如圖2 所示的遠程嵌入式移動終端原型和圖3所示的醫(yī)院監(jiān)護中心顯示界面。利用該原型，對一受試者（位于上海閘北公園）的3導聯ECG信號進行實時采集，由GPS模塊接收受試者所在的閘北公園經緯度信息，經過終端的信號分析處理后，由GPRS網絡傳送至遠端（復旦大學）的實驗室監(jiān)護中心（具有實IP地址），進行動態(tài)分析和顯示，其監(jiān)護中心顯示結果如圖4所示，受試者心率正常為87次/分鐘，經緯度分別為E 121.4525、N 31.25793，GIS地圖指示為上海閘北公園附近。

4 結束語

本文針對高危心臟病患者在醫(yī)療監(jiān)護方面的特殊背景及臨床救助需求，研制了一套用于遠程實時監(jiān)護高危心臟病人的系統(tǒng)原型，該系統(tǒng)基于GSM/GPRS無線移動通信系統(tǒng)及GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的系統(tǒng)，包括一套基于ARM 7處理器和uCos-II微系統(tǒng)的嵌入式移動單元和一套VC++開發(fā)的醫(yī)院監(jiān)護中心軟件系統(tǒng)。對一受試者的初步實驗測試，結果表明該原型系統(tǒng)能實時監(jiān)護患者的動態(tài)心電圖，準確定位患者地理位置。

目前，本系統(tǒng)的研究工作的僅僅處于初始階段，無論在理論研究方面還是具體設計實現方面，距離最終的臨床應用目標前面還有大量的工作需要完成。可以預見，本系統(tǒng)最終的成功實現，將彌補國內外現有遠程移動監(jiān)護系統(tǒng)在實際臨床應用上的一些不足，較好的解決日常工作、學習、生活活動條件下院外高危心臟病人這一特殊人群的實時動態(tài)監(jiān)護。