本地和遠程雙監(jiān)護的動態(tài)心電監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計

引 言

心血管疾病已成為危害人類健康的主要疾病之一，心電圖（Electrocardiography，ECG）能夠反映心臟的健康狀況，是用于診斷和預(yù)防心血管疾病的有效手段[1,2]。

常規(guī)的診斷用心電圖機 [3] 只能獲得短時間的心電圖，而對于偶發(fā)性的心血管疾病則無能為力；床邊用的心電監(jiān)護儀 [4] 可以對患者進行較長時間的心電圖檢測，但是要求患者在安靜狀態(tài)下測量，故限制了患者活動；動態(tài)心電圖機（Holter）[5,6]能夠連續(xù)記錄患者在日?；顒訝顟B(tài)下 24～72小時的動態(tài)心電圖，但無法對信號進行實時分析，當患者誘發(fā)心血管疾病時， 無法得到及時救治 ；目前流行的便攜式實時心電監(jiān)護儀 [7-11]， 方便用戶隨身攜帶，可以實時采集并顯示患者在安靜和日?；顒訝顟B(tài)下的心電波形，但是患者難以讀懂心電圖，由于缺乏醫(yī)生的參與，現(xiàn)有的便攜式實時心電監(jiān)護儀無法起到真正的心電監(jiān)護作用。

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文提出了一種動態(tài)心電監(jiān)護系統(tǒng)，可用于對患者在安靜和日?；顒訝顟B(tài)下的心電圖實施監(jiān)護。該系統(tǒng)通過便攜式心電監(jiān)護儀實時采集患者的動態(tài)心電圖，通過移動設(shè)備對患者的呼吸頻率、心率進行本地實時監(jiān)護，通過遠程心電監(jiān)護平臺實施遠程醫(yī)療診斷。與現(xiàn)有心電監(jiān)護系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具備本地和遠程雙監(jiān)護功能，可實現(xiàn)對患者心臟的雙重保護。

1 本地和遠程雙監(jiān)護的動態(tài)心電監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本地和遠程雙監(jiān)護的動態(tài)心電監(jiān)護系統(tǒng)由胸導(dǎo)聯(lián)、便攜式心電監(jiān)護儀、患者移動設(shè)備、患者家用電腦、遠程心電監(jiān)護服務(wù)器和醫(yī)生工作電腦六個部分組成。圖 1 所示是其動態(tài)心電監(jiān)護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。其中，便攜式心電監(jiān)護儀通過胸導(dǎo)聯(lián)采集患者心電信號 ；患者移動設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，采用藍牙接口與便攜式心電監(jiān)護儀進行實時通信，獲取患者實時心率和呼吸頻率 ；患者家用電腦接入互聯(lián)網(wǎng)，通過USB接口與便攜式心電監(jiān)護儀通信，獲取患者動態(tài)心電圖， 并發(fā)送至遠程心電監(jiān)護服務(wù)器 ；醫(yī)生工作電腦通過互聯(lián)網(wǎng)與遠程心電監(jiān)護服務(wù)器通信，查看心電波形和特征，做出診斷結(jié)果和醫(yī)囑建議?；颊咭苿釉O(shè)備對患者的心率和呼吸頻率進行實時檢測并預(yù)警，實現(xiàn)本地實時監(jiān)護，由遠程心電監(jiān)護服務(wù)器和醫(yī)生構(gòu)成的遠程心電監(jiān)護平臺實現(xiàn)心血管疾病專家對患者心臟的遠程監(jiān)護。

1.2 胸導(dǎo)聯(lián)

常用的胸部導(dǎo)聯(lián)有CM5、CM1、CM3 和 CMf 導(dǎo)聯(lián)，可分別模擬 V5、V1、V3、avf 導(dǎo)聯(lián)， 其中 CM5、CM3、CMf 分別對前壁、前間壁、下壁心肌缺血檢出率較高，CM1、CMf 的P 波顯示清晰，對心律失常的定位、定性診斷有幫助。系統(tǒng)可根據(jù)患者病情，選擇上述任意導(dǎo)聯(lián)。

1.3 便攜式心電監(jiān)護儀

圖 2 所示是便攜式心電監(jiān)護儀的結(jié)構(gòu)框圖。該監(jiān)護儀由模擬前端 AFE、微處理器、可充電電源、電源電壓檢測、調(diào)壓電路、Micro USB 接口、充電電路、藍牙和Micro SD 卡這九個部分組成。

模擬前端AFE 用于將導(dǎo)聯(lián)線輸出的模擬心電信號數(shù)字化并放大 ；運行在微處理器上的嵌入式軟件由通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊組成，該模塊能夠?qū)π碾娦盘栠M行濾波、特征提取等處理，并通過藍牙接口將心電特征發(fā)送給患者移動設(shè)備，通過USB 接口將完整心電數(shù)據(jù)上傳至患者家用電腦 ；可充電電源為各部分電路供電 ；電源電壓檢測對電源電量進行檢測，微處理器依據(jù)電源電壓檢測的結(jié)果判斷電量是否不足、充電是否完成，并根據(jù)需要將電池電量狀態(tài)通過藍牙接口發(fā)送至患者移動設(shè)備 ；調(diào)壓電路負責將電源電壓調(diào)節(jié)至各個芯片需要的工作電壓 ；MicroUSB接口完成便攜式心電監(jiān)護儀與患者家用電腦的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)心電圖上傳，并提供對可充電電源進行充電的接口；充電電路實現(xiàn)便攜式心電監(jiān)護儀通過MicroUSB對可充電電源充電； 藍牙接口實現(xiàn)便攜式心電監(jiān)護儀與患者移動設(shè)備的雙向通訊； Micro SD 卡供微處理器存儲心電信號。

1.4 患者移動設(shè)備 

患者移動設(shè)備采用具備藍牙接口的移動終端，可采用安卓 智能手機或 iPhone 手機。圖 3 所示是運行在患者移動設(shè)備上 的軟件結(jié)構(gòu)示意圖。圖 3 所示的系統(tǒng)軟件主要包括手機 UI 界 面、應(yīng)用模塊和數(shù)據(jù)通信模塊。

患者移動設(shè)備具備實時顯示患者的心率和呼吸頻率、心 電信號采集控制、心率異常判斷與報警、異常心電上傳至遠程 心電監(jiān)護服務(wù)器等功能。 

1.5 患者家用電腦 

患者家用電腦，一方面通過 USB 接口獲得便攜式心電監(jiān) 護儀 Micro SD 卡中存儲的完整動態(tài)心電圖 ；另一方面，通過 瀏覽器訪問部署在遠程心電監(jiān)護服務(wù)器上的遠程醫(yī)療診斷平 臺，能夠?qū)⑿碾姅?shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，并查看醫(yī)生的診斷結(jié)果 和醫(yī)囑建議。

1.6 遠程心電監(jiān)護服務(wù)器 

遠程心電監(jiān)護服務(wù)器也可接入互聯(lián)網(wǎng)，部署在服務(wù)器上 的遠程醫(yī)療診斷平臺采用 B/S 架構(gòu)實現(xiàn)，如圖 4 所示。該平 臺架構(gòu)包括用戶管理、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、波形顯示、數(shù) 據(jù)處理與分析、診斷報告管理模塊。遠程醫(yī)療診斷平臺將來 自患者家用電腦的心電圖保存在數(shù)據(jù)庫中，并具備心電波形顯 示、心電參數(shù)自動提取和存儲功能，為醫(yī)生診斷提供依據(jù)。 

1.7 醫(yī)生工作電腦

醫(yī)生工作電腦接入互聯(lián)網(wǎng)，通過瀏覽器訪問部署在遠程 心電監(jiān)護服務(wù)器上的遠程醫(yī)療診斷平臺，能夠查看患者的心 電波形，以及心電波形分析結(jié)果，并據(jù)此做出診斷、提出醫(yī)囑 建議。

2 結(jié) 語

本文提出了一種動態(tài)心電監(jiān)護系統(tǒng)，由胸導(dǎo)聯(lián)、便攜式 心電監(jiān)護儀、患者移動設(shè)備、患者家用電腦、遠程心電監(jiān)護服 務(wù)器和醫(yī)生工作電腦六個部分組成，用于對患者在安靜和日常 活動狀態(tài)下的心電圖實施監(jiān)護。系統(tǒng)通過便攜式心電監(jiān)護儀 實時采集患者動態(tài)心電圖，通過患者移動設(shè)備對患者的呼吸 頻率、心率進行本地實時監(jiān)護，通過遠程心電監(jiān)護平臺實施 遠程醫(yī)療診斷。與現(xiàn)有心電監(jiān)護系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具備本地和 遠程雙監(jiān)護功能，實現(xiàn)對患者心臟的雙重保護。