远程心电（精选八篇）
远程心电 篇1
“移动远程心电分析系统”是综合运用动态心电图及常规心电图、频谱心电图检测原理, 移动通信、计算机网络、大容量数据存储、智能分析、系统管理及数据处理应用的一种新型人体心脏功能无线移动监护, 诊断检查设备。
其结构主要由LED液晶显示的袖珍急救移动心电检查仪、动态心电记录仪, 无线公共网络, 监护工作站三部分组成。用这套设备就可构建院内网络化, 院外区域化移动远程心电监护、诊断检查服务平台, 将中心医院有限的医疗设备资源、医疗技术资源进行整合, 将服务能力延伸到社区、乡镇, 具有提升基层医院对心血管疾病的诊治水平, 发现重症病人及时转诊, 建立“母子”互帮, 强医便民的服务关系, 达到资源共享, 优势互补的目的, 降低对心血管疾病的错诊漏诊率, 解决社区、乡镇、边远山区病人“诊断检查难、看病远、转诊不及时”的问题。
我院于2011年5月份开展了移动远程心电分析系统项目, 巳复盖南川全辖区。设备为重庆市新标医疗设备有限公司产品, 总投资贰佰零柒万壹仟陆佰元人民币, 巳与南川辖区内35家社区医院、乡镇卫生院合作经营并签署了合作协议。
院内心电图室设立心电诊断、检查、监护中心系统壹套, 8个结点工作站, 心电检查仪终端9个。院外35个结点工作站, 心电检查仪、动态心电记录仪终端70个。主要包括:常规12导联心电图, 频谱心电图, 12导联动态心电图, 心率变异分析等。
现巳完成我院及南川辖区内35家社区医院、乡镇卫生院全部结点工作站的安装、调试及操作培训, 全部结点能与我院心电图室远程网络连接, 能即时自动上传常规、频谱心电图数据及下载常规、频谱心电图诊断报告打印, 能即时上传24小时动态心电图数据及下载诊断报告打印。截止2011年9月份35家社区医院、乡镇卫生院巳检查病人2030例。该项目医疗收费由医保合作医疗执行代收制, 收入分配我院占总额的45%, 社区医院、乡镇卫生院占总额的55%, 可见该项目具有良好的社会效益和经济效益。
远程心电 篇2
近年来，随着数字化技术的迅猛发展和网络技术的日益成熟，医院信息管理系统（hospitalinformationsystem,HIS）得到飞速的发展，将远程（网络）心电图诊断系统应用于临床已成为可能[1].心电信息平台使社区卫生服务机构得到了优质医疗资源的保证和技术支撑，以前没有条件进行的心电检查项目得以广泛开展[2].目前，临床上应用较多的HIS主要有电子病历系统（electronic medical record,EMR）、图像存储通信系统（picture archiving and communicationsystems,PACS）和实验室信息管理系统（laboratoryinformationsystem,LIS）。一直以来，由于国内医疗信息化技术的发展相对滞后[3],心电学的数字化进程缓慢，许多基层医院甚至规模较大的医院所开展的心电检查仍未实现数字化，单机操作、热敏纸保存和手写报告相结合，构成了心电图室的日常工作模式。建设心电网络信息管理系统是数字化医院发展的必然要求，其终结了以往心电网络的“信息孤岛”状态[4],不仅可为医院节约大量的人力物力，如节省耗材、节能环保，而且因其传输速度快，可及时为临床提供心血管危重症患者的心电学资料。
此外，传统的手工模式常常会出现人为差错，尤其是在进行大批量检查（如体检）时，更无法在规定时间内规范、有效地完成任务，除非依靠信息化手段[5].鉴于上述，心电网络信息管理系统的引进势在必行[6].
远程心电医疗信号监测系统设计 篇3
HHCE(Home Health Care Engineering)这门学科正随着人类对健康的重视和远程医疗的发展而逐渐走进人们的生活,它提倡的是一种“在家就医,自我保健,远程诊断”的理念,把高科技与医疗结合起来。HHCE的出现符合21世纪社会老龄化、医疗费用日益高涨以及人们生活健康质量高要求的趋势,同时可实现医疗资源共享,提高边远地区的医疗水平,因此具有特别旺盛的生命力。
HHCE系统提供一种对于家庭、社区医疗、出诊医生有效便捷的医疗监测解决方案,具有心电信号监测功能的监测器是HHCE系统的重要组成部分。就国内而言,该类产品的研究也属于刚起步阶段,远程网络也只是简单的完成数据库医疗数据的存储和传输,还没有真正完成将网络与医疗器械相结合。在国际方面,世界各国在此的研究均投入大量资金,但依然主要是使用价格昂贵的仪器完成医疗数据采集,然后依托PC/internet网络完成数据采集以及网络诊断。
本设计采用了Altera公司的NiosⅡ软核处理器作为CPU,并移植了当今主流的μClinux操作系统。该系统具有系统稳定、便携式、功能可升级扩展、面向用户、远程控制等特点。一方面,它将家庭保健和远程医疗结合起来,主要面向用户终端设计,使个人能够方便的对自身心电信号的进行自我检测与分析,实时了解自己的身体健康状况;另一方面,采集到的数据还可以通过存储卡存储,以便对数据进行长期分析处理和诊断;除此之外,系统还可以通过网络等远端通讯设施与医疗保健服务端(如医院、私人医师、监护中心、保健中心等)快速建立连接,将测量数据传递给远程数据库或医生。有利于医疗信息的数据库管理和远程实时监护、诊断,使用户不用出门就能得到最及时有效的诊断。
2 系统介绍
远程心电医疗信号监测系统主要由心电信号的前端采集与调理模块、心电信号处理与存储模块、数据显示模块和远程传输控制模块等4个关键模块组成,系统功能结构如图1所示。
该监测系统的硬件平台采用Altera公司CycloneⅡ 2C35 FPGA芯片,采用SOPC(片上可编程系统)技术将NiosⅡ软核处理器、存储器、功能接口和扩展I/O口等集成在一块FPGA芯片上,外围扩展心电数据采集板、网络、LCD屏、触摸屏/键盘、SD存储卡等硬件来实现系统的硬件架构,且带有可扩展的I/O接口,便于以后系统功能升级与扩展。
3 系统关键模块的设计
3.1 NiosⅡ嵌入式软核处理器简介
NiosⅡ系列嵌入式处理器是Altera公司推出的软核处理器。用户可以获得超过200 DMIPS的性能,而只需花费不到35美分的FPGA逻辑资源。NiosⅡ支持MicroC/OS-Ⅱ、μClinux等多种实时操作系统,支持轻量级TCP/IP协议栈,允许用户增加自定义指令和自定义硬件加速单元,无缝移植自定义外设和接口逻辑,在性能提升的同时,方便了用户的设计。
NiosⅡ处理器采用Avalon交换式总线,该总线是Altera开发的一种专用的内部连线技术。Avalon交换式总线由SOPC Builder 自动生成,是一种用于系统处理器、内部模块以及外设之间的内联总线。Avalon交换式总线使用最少的逻辑资源来支持数据总线的复用、地址译码、等待周期的产生、外设的地址对齐、中断优先级的指定以及高级的交换式总线传输[1]。
3.2 心电信号采集调理模块设计
对ECG信号采集采用模块化的设计方式,主要由前端的导联传感器、信号滤波放大调理电路和A/D采样电路组成。人体心电信号的主要频率范围为0.05～100 Hz,幅度约为0～4 mV,信号十分微弱。同时心电信号中通常混杂有其他生物电信号,加之体外以50 Hz工频干扰为主的电磁场干扰,使得心电噪声背景较强,测量条件比较复杂。为了不失真地检测出有临床价值的心电信号,信号滤波与放大调理部分主要由一下几个电路组成:前置放大电路、高低通滤波电路、陷波电路与A/D转换电路,电路原理图如图2所示。
首先心电导联采集过来的微弱心电信号通过前置放大电路进行放大,此部分包括右腿驱动以抑制共模干扰、屏蔽线驱动以消除引线干扰,增益设成10倍左右。设计前置放大采用美国模拟器件公司生产的医用放大器AD620。AD620由传统的三运算放大器发展而成,为同相并联差动放大器的集成。其具有电源范围宽(±2.3～±18 V),设计体积小,功耗低(最大供电电流仅1.3 mA) 的特点,因而适用于低电压、低功耗的应用场合。此外还具有有较高的共模抑制比,温度稳定性好,放大频带宽,噪声系数小等优点。放大后的信号经滤波、50 Hz陷波处理后再进行二次放大,后级增益设成100倍左右。由于ECG信号幅度最大就几mV,而A/D转换中输入信号的幅度要求在1 V以上,所以总增益设成1 000倍左右。其中,滤波采用压控电压源二阶高(低)通滤波电路,用于消除0.05～100 Hz频带以外的肌电等干扰信号,工频中的其余高次谐波也可被滤除掉。同时,采用有源双T带阻滤波电路进一步抑制50 Hz工频干扰。
A/D采样芯片采用TI公司的8位串行芯片TLC549,该芯片采用SPI接口,仅用三条线即可实现采集控制和数据传输;具有4 MHz的片内系统时钟和软、硬件控制电路,转换时间小于17 μs,采样速率达40 kS/s;采用差分基准电压技术这个特性,TLC549可能测量到的最小量值达1 000 mV/256,也就是说0～1 V信号不经放大也可以得到8位的分辨率。
3.3 数据采集控制器设计
为了得到经过前端TLC549芯片转换的心电信号,必须设计一个数据采集控制器,实现对AD芯片的控制与数字化心电数据的获取。该控制器根据TLC549芯片的工作时序[2]与后端数据处理的需要,采用Verilog HDL自行设计。该控制器具有多路采集的特点。
在自TLC549的I/O CLOCK端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作:读入前次A/D转换结果;对本次转换的输入模拟信号采样并保持;启动本次A/D转换。则一路采集时间为:0.5 μs×(3+8×2+1)=10 μs,而芯片转换时间小于17 μs,则整个过程时间花费为27 μs。为了有效的利用该控制器,在一路A/D转换期间,同时进行另外一路A/D采样,这样就可以在40 μs时间内完成对四路信号的采集,大大提高了工作效率。同时,设计中还加入了一个FSM信号来控制采样时间,从而适应不同频率信号的采样频率。AD芯片的时序仿真图如图3所示。
Din为采集数据的串行输入,时钟由系统时钟通过分频系数得到。设计中,设置了fsm作为采样控制时钟,这样可以根据需要来调整采样速率。由于进行一次AD采样的时间很短,无论采用查询还是中断直接读取都是不现实的,这就需要利用缓冲设计,通过把N次转换的数据暂存在缓冲存储器中来降低中断次数。为了取得连续和正确的采集数据,实现无缝缓冲,鉴于FPGA设计的灵活性,本设计采用了双缓冲存储的乒乓操作结构。本设计通过将AD采样时序控制器交替存储在两个512 B的双口RAM(DPRAM)中实现数据的缓存,当其中一个DPRAM1存储满后即转为存储到另一个DPRAM2中并产生一次中断,这样在控制器写数据到DPRAM2中时系统将有非常充足的时间将DPRAM1中的数据取出。
3.4 显示模块设计
为了能够直观地显示出采集的心电波形,需要显示设备的支持。本设计采用的LCD面板是TFT 320*240 LCD。该LCD模块没有显示控制器,因此需要设计显示控制器IP核来驱动LCD面板。本设计实现的显示控制器IP核采用Verilog HDL设计,支持多种颜色模式,包括18bpp,16bpp,8bpp和自定义模式。图像存储器lcdfifo是采用片内FIFO,可以根据需要进行调整。256色的颜色查找表采用片内RAM来存储。图像信息能够通过Avalon总线主端口写入的突发块传输方式进行传输,利用DMA从内存中自动读取,在SDRAM图像存储器imageram与片上图像数据缓存器lcdfifo之间建立了一条专用DMA通道,该控制器结构如图4所示。
该LCD控制器IP核主要由4个模块组成:接口模块、内存模块、颜色转换模块和时序模块。
接口模块 主要是NiosⅡ处理器对LCD控制器进行控制及状态读取。接口模块主要是以寄存器方式存在的,其中寄存器有:控制寄存器、状态寄存器、DMA地址寄存器和中断寄存器。
内存模块 是Avalon总线的主接口部分,在系统启动之后,利用DMA传输模式,通过Avalon总线主端口写入的突发块传输方式,完成图像数据存储器imageram中的图像数据到片上图像数据缓存器lcdfifo的独立读取。采用DAM传输方式是为了把NiosⅡ软核处理器从频繁地进行数据读取操作的工作中解脱出来,这样可以大大提高系统的工作效率。
颜色转换模块 将读取后的数据根据4种颜色模式不同进行数据读取的转换,其中8bpp和自定义模式由于颜色不足,需要接入颜色查询表处理。自定义模式可以手动对调色板的地址进行预设来定义输出的颜色。
时序模块 严格按照LCD的时序编写,其中LCD时钟为5 MHz。通过控制数据使能信号启动lcdfifo数据输出,逐行扫描显示。同时,设计该模块时,在数据有效信号(DE)有效前,须检查lcdfifo中是否存有数据,以确定是否进行数据读取和传输;须进行调色板模式设置,在帧传输过程中需要进行模式锁定,以免出现传输错误;须根据不同bpp模式,确定不同的读取时间段,18bpp每次都读取,16bpp间隔1次读取,8bpp间隔4次读取。
3.5 数据存储模块设计
本设计选用SD卡作为外接存储硬盘。SD存储卡具有大容量、高性能、安全性好等特点的多功能存储卡,被广泛用于数码相机、掌上电脑和手机等便携式设备中。SD卡上所有单元由内部时钟发生器提供时钟,接口驱动单元同步外部时钟的DAT和CMD信号到内部所用时钟。SD卡有两种通信协议,即SD通信协议和SPI通信协议,与SPI通信协议相比,SD通信协议的最大优点是读写速度快,单根数据线理论上可以达到25 MB/s,四线传输可以达到100 MB/s,本设计采用的是四线SD通信协议。
本设计中对SD卡的协议采用软件编写:首先在SOPC Builder里定义了6个I/O口:SDCMD,SDDAT0-DAT3,SDCLK,分别对应SD卡的命令、数据、时钟端口,然后在NiosⅡ IDE上按照SD卡的传输协议编写C程序来对6个I/O口进行操作,以此来实现SD卡的传输协议。在完成SD卡数据块的读写基础上移植了文件系统FAT16,这样在不影响读写速度的条件下节省FPGA的资源。
3.6 数据传输模块设计
为了实现远程的数据交换,本系统采用以太网络进行数据传输。设计采用DM9000A作为以太网控制芯片。DM9000A是DAVICOM公司的一款高速网络控制器,具有通用处理器接口、一个10/100M PHY和4 kB的SRAM。为了实现数据的网络传输,设计需要完成的任务有:在NiosⅡ上移植了μClinux操作系统、完成网络底层驱动程序的设计、基于网络协议的应用程序开发。其中在NiosⅡ上移植了μClinux操作系统的工作已经完成[3],因此本设计的关键任务是完成网络驱动程序设计与应用程序开发。
基于DM9000A的HAL设备驱动设计主要分为两步:首先是DM9000A的Avalon总线接口逻辑设计;其次DM9000A的读写驱动程序设计;最后按照HAL的驱动模式将DM9000A的驱动程序移植进HAL。DM9000A是作为Avalon总线的从外设与NiosⅡ进行通信。DM9000A的Avalon总线接口逻辑主要完成芯片信号与Avalon总线接口信号的对接。
DM9000A不允许直接访问芯片内部的寄存器,需要通过数据端口和索引端口来读写。而这两个端口由CMD管脚控制:当CMD接高电平时为数据端口,CMD接低电平为控制端口。
创建HAL设备驱动包括:创建设备实例和登记设备。设计中针对LWIP的结构,定义一个结构体作为DM9000A设备的altdev结构:
typedef struct
{
altlwipdevlist lwipdevlist;
int baseaddr;
int irq;
uchar hwaddr[6];
int indexoffset;
int dataoffset;
int dm9ktxspace;
int dm9klinked;
syssemt arpsemaphore;
syssemt txsemaphore;
} altavalondm9kif;
在NiosⅡ启动时,将在altsysinit()中对设备初始化,初始化程序如下:
#define ALTERAAVALONDM9KINSTANCE(name,dev)[JY/*对设备实例化*/
altavalondm9kif dev=
{
{
ALTLLISTENTRY,
{
0,
name##NAME,
altavalondm9kinit,
altavalondm9krx,
},
},
name##BASE,
name##IRQ,
{ 0x00,0x90,0x00,0xAE,0x00,0x01},
0,1,2
}
#define ALTERAAVALONDM9KINIT(dev) altlwipdevreg(dev) //初始化设备,注册驱动到HAL中
应用程序设计采用TCP/IP、HTTP协议,把监测器作为Web服务器端,远程PC端作为客户端通过网页显示采集到的心电波形。
4 实验结果
系统对人体心电信号进行了采集,通过LCD面板进行实时显示。通过SD卡存储数据,同时采用以太网网络将数据发送到远程的PC端上,以下是对系统功能的验证与测试结果。
4.1 信号采集调理模块
心电信号采集调理模块是自行设计的采集板,主要测量参数为前置放大器的通道带宽、放大能力和陷波特性。经测试,测试信号在1～1 kHz的频带带宽内放大增益基本稳定在12.1 dB,即其通道带宽能≥1 kHz;在频率为20 Hz和50 Hz时,放大器对40～800 mV信号的放大能力增益并无明显变化,基本稳定在11.7～13.1 dB;同时,陷波器在对50 Hz信号滤波时能将放大增益控制到0.5 dB以下。因此,基于心电信号的特点所设计的采集调理模块能稳定地获得人体的心电信号。
4.2 信号显示模块
图5是采集后的心电信号通过本地的LCD面板实时显示。从显示结果看,心电信号的PQRST五个特征点明显,波形平滑,并且在实际测量中稳定无干扰,能真实反映出采集后的心电信号。
4.3 网络传输模块
在设计中,网络接口功能的实现使采集到的心电信号通过以太网发送到远程PC端,实现数据的远程传输。根据TCP/IP协议与HTTP协议,信号经过打包处理后发送到网络上。在远程PC端,通过网页浏览器就可以观看到服务器端采集到的心电波形。图6是心电信号在远程PC端的网页浏览器上显示结果。该测试结果显示其与本地的LCD面板显示波形基本一致,实现了远程传输功能。
实验表明,该心电监护系统能实时准确的实现数据的采集、显示、存储和传输功能。
5 结 语
本文描述了一种基于NiosⅡ软核处理器的远程心电医疗信号监测系统的设计,该设计已完成了系统平台的搭建,并通过了EDA软件仿真验证和在DE2开发板上板级验证,能够实现对心电信号的采集调理、信号波形和数据的LCD显示、数据的存储、网络传输。
设计中采用了SOPC技术与IP核复用技术,缩短了系统开发周期,同时使系统具有便携式、灵活性、功能可扩展等功能。通过移植μClinux操作系统,使系统具有了强大的网络功能与更加强健的系统稳定性。
摘要：随着HHCE(家庭医疗保健工程)的兴起与远程医疗的不断发展,提出一种面向用户终端使用的远程心电医疗信号监测系统的解决方案。该方案在硬件设计上以SOPC(片上可编程系统)技术为基础,在单片FPGA上实现整个系统构建,系统采用Altera公司的NiosⅡ软核处理器进行开发,平台关键模块使用硬件描述语言和Altera公司的EDA软件Quar-tusⅡV7.0进行设计,最终完成RTL级仿真与板级验证。着重阐述了整个系统关键模块的设计流程,并给出了关键技术的设计思路与重要步骤。
关键词：HHCE,SOPC,FPGA,心电信号
参考文献
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远程无线心电监护系统的软件设计 篇4
利用当前日趋成熟的电子、通信和计算机技术,设计开发一套操作简单、携带方便、价格适宜的远程心电监护系统具有良好的应用价值。患者可以随时随地对自己的心脏状态进行监护,减轻了奔波劳累和经济开支、节省了时间和社会医疗资源;患者在熟悉的环境中实时监测,提高了心电信号的准确性,从而为病情的发现和诊治赢得了时间;对于行动不便或自理能力较差的用户实施远程监护,遇到病情突变时能够迅速报警,为患者提供及时的救助[1]。
1 系统整体结构
选择以GPRS通信技术为平台[2],设计了一套基于飞思卡尔DSC的远程心电信号监护系统。该系统主要包括心电采集、数据传输和远程监护3部分。整体框架如图1所示。
心电信号采集模块负责对患者的心电信号进行长时间实时采集,同时辅以心电信号调理电路,对采集到的微弱心电信号进行放大、滤波,然后由微控制器控制远程通信模块,将心电信号数据发送到医院中心监测站的远程服务器,医护工作人员操作远程服务器上的心电信号监护软件,对接收到的心电信号数据进行进一步的处理和分析,给出诊断意见,为患者的治疗提供实时的远程指导;对一些突发病情,可以赢得宝贵的抢救时间[3]。
2 系统硬件设计与成果
系统的硬件部分包括心电信号采集模块和远程通信模块两部分。心电信号采集模块主要包括电极、心电导联系统、前置放大电路及右腿驱动、高低通滤波电路、50 Hz陷波电路、后置放大及电平抬升电路等部分。远程通信模块主要由MC9S12XS128单片机、GPRS模块、SIM卡电路、电源电路组成[4]。设计的远程无线心电监护系统样机,在强烈的噪声中仍能够采集到准确的心电信号,尽可能地减小了失真,如图2所示。
3 系统软件设计与实现
远程心电监护系统软件包括两部分:监护终端软件和远程服务器监护软件。监护终端软件即为单片机软件,主要是完成心电信号数据的采集控制、A/D转换、发送等功能;远程服务器监护软件则是医院监测中心的计算机软件,主要完成心电信号数据的接收、显示、存储及报警等功能[5]。
3.1 单片机程序
单片机不仅要完成系统初始化设置,还要完成单片机的工作控制、无线传输控制等。为便于程序的调试、连接和修改,设计时分成3个模块:(1)单片机主程序模块:初始化心电信号监护系统终端的各个模块,控制各个模块的工作状态和工作流程,实现远程心电监护系统的总体功能。(2)心电信号采集模块:主要完成心电信号数据的采样工作。(3)心电信号数据无线传输模块:完成无线传输芯片SIM300模块的初始化、传输控制等功能[6]。
3.1.1 单片机主程序模块
单片机主程序模块的流程图如图3所示。
系统初始化:单片机系统初始化包括锁相环的初始化、串口初始化、A/D初始化等。(1)锁相环的初始化。(2)串口初始化。单片机有两个SCI模块,可任选其一。SCI的初始化主要包括波特率设置、通信格式的设置、发送接收数据方式的设置等。(3)GPRS初始化。系统初始化结束后可以进行GPRS初始化,GPRS初始化是通过SCI串口向SIM300模块输入AT指令,然后根据串口接收的返回值来完成,具体流程如图4所示。
其中当“ATrn”的返回值为“OK”时,则表示成功启动SIM300模块,否则表示启动失败;当“AT+CGATT?rn”的返回值为“1”时,则说明GPRS打开成功,否则说明打开失败;“AT+CIPSTART=<mode>,<IP address>,<port>rn”中mode表示通信协议,IP address表示远程服务器IP地址,同时要求该地址为公网IP地址,port表示远程服务器开放的端口号,该指令的返回值为“CONNECT OK”时,表示登陆Internet成功,即GPRS的初始化即结束。
3.1.2 心电信号采集模块
心电信号数据的采集流程如图5所示。其中A/D转换之前应按照要求对转换位数、扫描方式、采样时间、时钟频率及标志检查等方式进行设置,然后通过控制寄存器发出转换命令,即可实现A/D转换。
3.1.3 心电信号数据无线传输模块
心电信号数据的传输是MC9S12XS128单片机通过SCI串口通信控制SIM300 GPRS模块来完成。通过SCI串口向SIM300模块输入“AT+CIPATS=<MODE>,<TIME>”,以此来设定自动发送的时间,其中MODE可以设置为0或者1,0表示不设定时器,1表示设定时器;定时的长度由TIME设置具体的数值,单位s。接着输入指令“AT+CIPSEND”,等待返回“>”后输入要发送的数据,定时一到自动发送输入的数据。当返回值为“SEND OK”时,表示发送结束。具体的数据传输流程如图6所示。
3.2 远程服务器监护软件设计
计算机软件选择LabVIEW设计完成。LabVIEW是由美国NI公司设计的图形化编程软件,专门用于数据采集与仪器控制、数据分析和数据表达,已广泛应用于航空、航天、通信、电力、汽车、电子半导体、生物医学等领域。
3.2.1 数据显示模块
心电信号监护系统的前面板如图7所示,数据显示主要包括心电信号波形显示、检测结果显示以及报警显示。
心电信号波形显示的是从串口接收到的心电信号数据,经过转换后的心电曲线。医院中心监测站的工作人员随时观察、分析患者的心电信号波形,及时给出诊断意见。
检测结果显示的是心电信号的峰值、谷值、峰峰值、R-R间期、频率、心率。设计时选择函数选板【Express】→【信号分析】子选板上幅值和电平测量、信号的时间和瞬态特性参数两个函数分别测量心电信号的峰值、谷值、峰峰值和R-R间期、频率。
报警显示部分是对所采集心电信号的心率判断,然后用布尔指示灯显示报警状态。一般正常人心跳次数是60～100次/min,<60称为心动过缓。成人每分钟心率超过100次,称为心率过速。本设计中的判断方法就是设定心率上限为100次/min,下限为60次/min。当采集的心率低于60次/min时,点亮心动过缓的指示灯;当采集的心率高于100次/min时,点亮心动过速的指示灯显示心率异常报警状态,提示医护工作人员进行适当的处理。
3.2.2 数据保存和回放模块
将采集的心电信号数据一方面在前面板上显示,同时还要求保存,尤其是心电信号波形,医护工作人员以后需要观察和分析时可以随时调用。LabVIEW本身不具备数据库访问功能,程序设计中采用了LabSQL工具包解决LabVIEW房屋内数据库的方法。
如果将波形文件直接存储在数据库中,就会因为每个波形数据的长度都过大而增加数据库的容量,造成系统运行缓慢。因此考虑将波形文件以文本方式统一保存在“波形”的文件夹中,在数据库中只记录保存的路径及文件名。在需要重新打开波形文件时,先从数据库读取它的保存路径及文件名,然后通过它直接打开波形文件。操作时只需点击前面板上的“保存”按钮,调用相关子程序就可以把心电信号波形保存到“波形”文件夹中。
通过回放心电信号波形,医生对病人的病情可以深入了解,全面考虑,做出正确诊断,从而能为患者提供更为准确、有效的治疗方法。操作时,医护工作人员只要点击“回放”按扭,在弹出“波形”文件夹中选择相应的波形数据,就可以看到先前保存的波形数据。
3.2.3 远程服务器监护软件的测试
利用LabVIEW提供的【信号处理】→【信号生成】函数选板上的信号函数作为监护软件测试时的数据源;运行软件,能够将信号波形显示在前面板上,并对相关参数进行了测量和判断,图8为选择了一个周期Sinc信号的做的测试结果。
4 结束语
完成了远程心电信号监护系统的硬件设计,但某些内容的研究不够深入全面,还存在许多不足之处。今后将从以下几个方面继续努力研究:(1)日趋成熟的3G技术将是未来数据传输技术的通讯方式,这样能够大幅度地改善传输速度和精度。(2)远程服务器的监护软件设计上可以更好地借助LabVIEW提供的各种函数,结合心电信号处理算法,对采集到的心电信号数据做更深入的分析处理,优化监护软件的功能,使得远程无线心电监护系统更加人性化、智能化。
摘要：心血管疾病具有突发性和高危险性,为了及时发现病情,需要对患者进行有效监护。文中设计了一套远程心电监护系统软件,通过对MC9S12XS128单片机底层程序的设计,完成了对心电信号数据的采集和GPRS模块的AT指令控制,由此实现心电信号数据的无线传输。操作简单、界面友好的监护系统部分采用了LabVIEW图形化编程环境,对采集到的心电信号进行分析、处理、显示以及存储,操作者可以实时监测被测者的心电情况,便于及时做出诊断,及早治疗,同时设置了自动报警系统。
关键词：心电监护,无线传输,实时监测
参考文献
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[5]张旭.便携式远程实时动态心电监护系统的研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2010.
远程心电 篇5
随着社会经济的快速发展和人们自我保健意识的提高,人们对医疗服务的质量要求也越来越高,希望无论在家中、上班或外出旅游时都能进行疾病的监护和治疗,而移动通信技术的迅猛发展使人们的这种需求变得更加现实。目前出现的移动心电监护设备中,有的需要借助电话线或有线网络进行心电数据的远程传输,严重限制了病人的活动空间[1];有的需要借助PDA(个人数字助理)或移动手机进行无线数据的传输,设备价格昂贵,不能满足大多数病人的消费需求。
本文介绍了所研制的一种基于GPRS(通用分组无线电业务)网络的便携式心电实时监护仪。该监护仪充分利用了GPRS网络覆盖的广泛性,给遍布全球的流动病人远程实时监护提供了极大的方便。
GPRS是一项无线高速数据传输技术,作为GSM(全球移动通信系统)网络向第三代系统过渡的方案,其网络组建具有自身的特点,数据是以“分组”的形式通过GSM系统的空中信道进行传送的;GPRS网络具有快捷登录、永远在线、按量计费的优点。病人在GPRS网络覆盖的范围内,可以随时使用便携式远程心电监护仪,实时监测并上传心电数据到医院监护中心,通过永远在线的GPRS网络及时将医生的建议和诊断结果反馈给病人,以实现疾病的早期预防和治疗。
1 便携式心电实时监护仪的构成及实现原理
便携式心电实时监护仪主要由心电信号的放大和滤波电路、心电信号的采集处理模块、心电数据的存储模块、心电数据的无线发送模块和电源管理模块构成。构成框图见图1。
便携式远程心电实时监护仪的工作原理是:由探测电极感应的人体微弱的心电信号首先送入前端放大、滤波电路,经前端预处理后直接送入信号的采集处理模块进行A/D转换,转换后的心电数据送入外部扩展存储器中进行存储,同时送入微处理器进行实时处理。处理后的心电数据通过串口送入无线发送模块中,借助GPRS移动通信网络将心电数据上传到医院监护中心。医院监护中心对收到的心电数据进行实时处理和分析,并在显示设备上进行心电特征参数和波形的显示,医生根据显示结果对病情进行分析和诊断,诊断结果存储在医院监护中心中,同时通过GPRS网络及时反馈给病人,使病人能够及时了解自己的病情和决定是否采取进一步治疗措施。图2给出了整个远程监护系统的网络图。
1.1 心电信号的放大和滤波电路
心电信号的放大、滤波电路采用TI公司的TLC2264四路运算放大器,具有轨对轨的输出性能。该放大器具有较高的输入阻抗和非常低的噪声,适合于高阻抗源的小信号调节,由于它的微功耗,使该器件非常适合于便携式医疗仪器的研制。
心电信号的放大、滤波电路主要完成微弱心电信号的放大及滤除混入心电信号中的噪声。当微弱的心电信号送入放大电路后,经滤波电路输出的心电信号带宽为0.5 Hz～45 Hz,经放大电路输出的心电信号幅值为A/D转换要求的幅值,输出后的心电信号直接送入后端的A/D转换器进行数字化处理。
1.2 心电信号的采集处理模块
心电信号的采集处理模块选用SAMSUNG公司的S3C2410X 16/32位RISC处理器。S3C2410X微处理器是专为手持设备和一般应用提供的高性价比和高性能的微控制器,它使用ARM9TDMI内核,最高工作频率可达到203 MHz,集成了LCD控制器、外部存储器控制器、4通道PWM定时器、8通道10 bit A/D转换器等外围器件。工作电压为内核电压1.8 V,I/O电压3.3 V。
为了减少监护仪的设计尺寸,采用处理器模块集成的A/D转换器。为了避免GPRS无线网络拥挤和堵塞现象,监护仪扩展了一片32MB的Flash存储器, 它能够连续存储24 h的心电数据,并在GPRS网络畅通或心电数据需要重发时再一次进行上传。为了保证心电数据实时传输的正确性,对每个传输的数据包进行了奇偶校验,在校验码得到核对后再进行下一个数据包的传输,这样能够很好地保证心电数据传输的真实性和可靠性,为病人的正确监护和治疗提供保证。
1.3 心电数据的无线发送模块
心电数据的无线发送模块选用BENQ公司的无线三频带模块M22。该模块集成有基带处理器、Flash存储器、RF接口、普通I/O口、通用异步收发器、SIM卡接口、电池及LED接口。M22支持GSM语音、数据、传真、短消息及GPRS 数据传输业务等,数据传输速率高达115.2 kbit/s。M22模块内嵌有TCP/IP协议,能够自动识别波特率。BENQ支持AT命令,主控处理器通过使用AT命令直接控制M22模块进行GPRS数据无线传输。便携式心电实时监护仪利用GPRS网络建立在移动用户和数据网络之间的一种连接,实现心电数据的无线远程传输。在该监护仪中,采集处理模块与GPRS模块间是通过串行口进行通信的,通信协议是AT指令集;GPRS模块与GSM/GPRS移动通信网络的SGSN通信时遵循PPP(点对点协议);心电数据经采集处理模块送入GPRS模块,再经GPRS无线网接入Internet,实现便携式心电监护仪与远程监护中心的数据传输。
1.4 电源模块
便携式心电实时监护仪需要3种电源电压:心电信号的放大和滤波电路需要5 V电压;无线发送模块需要4 V电压;其他模块需要3.3 V电压。为此,选用RICHTEK公司的RT9278。RT9278封装尺寸小,转换效率高,输出电流高达2 A。便携式心电实时监护仪采用一种输入电压,通过调整RT9278的外围电路可以输出0～20 V之间的多种输出电压,很好地满足多电压混合系统的设计。由于便携式心电实时监护仪要求能够实现24 h的连续心电监护,并且能够便携,所以在电源供电方式上选用可充电的2 200 mA·h锂电池。为了达到系统的低功耗设计,在采集处理模块和无线发送模块中均采用了低功耗设计,即工作状态时上电、休闲状态时掉电模式。通过实验发现,便携式心电实时监护仪正常工作时平均电流小于75 mA,因此选用2 200 mA·h锂电池能够很好地满足监护仪连续24 h的工作需要。
2 便携式心电实时监护仪的软件设计
固化在便携式心电实时监护仪中的软件主要包括:心电数据的采集程序、心电数据的智能分析程序、无线通信模块的控制程序。其中:心电数据的采集程序主要实现A/D的初始化配置、A/D的启停及A/D采样频率的控制;智能分析程序主要完成心电数据的分析、处理、心电特征参数的提取及控制LCD的显示;无线通信模块的控制程序主要用于初始化GPRS模块及读写GPRS内存。
3 实验结果
10名受试者在一天的5个时段分别进行心电信号传输实验,每次实验持续30 min,重复传输10次,每次传输2 min心电数据。心电服务器由一台连接Internet 的装有远程心电服务器软件的计算机模拟,受试者的基本信息已预先设定并存储在模拟心电服务器上。模拟心电服务器同时显示心电波形和受试者的相关信息,医生可对接收到的心电数据进行滤波、打印等操作,数据同时被存人心电数据库中。逐字节比较发送心电数据与服务器接收的数据,统计不同字节的个数并除以数据段总字节数,即为传输误码率,该指标可反映数据传输的准确性,结果如表1 所示。表中的误码率和传输速度均为多次实验的平均值。
多次重复实验的误码率均为0,表明该系统可准确传输心电信号,且性能稳定,但传输速度在不同时段有较大差异。凌晨和中午时段传输速度相当快,而上下午的工作时间及晚间数据传输速度较低。这是因为凌晨和中午为休息时间,用户少、数据流量小,网络运行比较顺畅,因而传输速度较快;工作时间及晚间均为网络运行的高峰期,巨大的数据流量造成传输通道堵塞,因而传输速度明显降低,有时甚至无法登录网络。这表明数据传输速度明显受到GPRS网络运行情况的影响。
便携式远程心电实时监护仪已经研制成功。对整个监护仪进行了功耗测试,仪器的静态工作电流平均为30 mA,动态工作电流平均为70 mA,电池能够连续工作31 h。由于在设计过程中,采用多层PCB设计,尽量选用小体积、低功耗的贴片封装芯片,将无线通信模块重叠安装在采集处理模块上,实现整个监护仪的尺寸为7 cm×5 cm×1.2 cm,重量为210 g,很好地满足了便携式远程心电监护仪小体积,低功耗,低成本的要求。对便携式远程心电监护仪进行了远程数据传输实验,经过多次反复测试,医院监护中心正确无误地接收到心电数据。
便携式远程心电实时监护仪远程监护效果理想,病人佩戴方便,但也存在网络堵塞问题。由于借助GPRS移动通信网络,在白天移动用户较多时会出现心电波形时断时续的现象,但由于在监护仪中扩展有32 MB的Flash存储器,不会造成心电数据的丢失。
参考文献
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心电信息远程监测系统的构建与实现 篇6
心血管疾病是当今世界上威胁人类生命健康最严重的疾病之一,其发病率和死亡率已超过肿瘤性疾病而跃居第一,已经成为人类健康的头号大敌,救治成功的最重要因素在于早期发现和早期抢救。数据显示,71%的心脏病发作在家中或工作场所,其中60%~70%的人因失去有利抢救时间死于院外(其中50%~75%死于家中,8%~12%死于工作岗位,6%死于公共场所)。基于互联网的远程医疗服务系统将院外患者监护、院前急救和院内冠心病监护病房的监测与抢救有机结合起来[1],将过去要在医院才能完成的诊疗工作,提前至院前完成,使危重患者在短时间内得到准确及时的治疗,特别是早期明确诊断和提前实施关键性的治疗措施将明显提高抢救成功率。
心电信息监测是日常保健和生命维护的基本要求,远程监测与医疗将构建家庭、社区医院、综合医院三位一体的、新的医疗模式与平台[2],进而整合医疗资源,降低医疗费用。同时,在不影响患者日常家庭生活的条件下,利用家用急救设备和“120”急救系统提供的专业急救,实现对高危心血管病突发人群的家庭无线远程监测和医疗急救或指导,建立立体化院前心脏性猝死防治网络,做到早发现、早诊断和早治疗,提高院前心血管病急症患者的生存率。
2 方法与路线
融合现代微电子、通信和计算机技术,构建一个由中心站(服务器)和用户机组成的远程医疗与家庭监测网络系统[3](见图1):一个中心站可配置上百个用户机;用户机采集、存储心电信息和波形,通过中继装置、有线或无线通信网路传输到中心站(医疗机构使用的内部服务器和PC终端)的服务器上,中心站的各个PC终端通过内部网络可以准确实时地查看各监护信息,发出针对性操作指令,而且各医疗机构间可以通过Web服务器在Internet上共享和交流。
系统的构建可实现医院中心站(计算机)与患者用户机之间的双向数据通信。医院医生利用中心站,直接接收家庭患者的实时心电信息,实现对院外心血管疾病患者或高危患者的远程、实时监测[4],及时提供医疗诊断、治疗及急救服务,有效降低社区居民心血管疾病的死亡率和致残率,形成全天候的防治体系。
3 设计与实现
系统包括用户机、中继器、有线电话网络和中心站(服务站)(见图2)。当使用者心脏难受或者有不舒服的感觉或出现心率过缓或过速等紧急事件时,用户机会自动通过电话线路与医院的监护中心站建立通信连接,并传输7导联心电图波形,医生利用电话通知患者及监护人,及时对患者进行急救,同时在最短的时间内通知身边的亲人或者附近的医生进行处理。
3.1 用户机
用户机实时采集、显示和发射用户心电信号,并配以LCD液晶显示屏,同时能够接收来自中心站的信息,是系统的核心部件,由信息采集模块、控制模块和存储传输模块等组成[5,6](见图3)。
(1)发送信息模式有人工和自动2种方式。前者实时采集信息并间断性发送,当患者感觉身体不适的时候按下发送按钮,将拾取到的心电信息通过网络发送到医院中心站(服务器),并由服务器程序分析和提供急救指导。后者为连续实时信息传输,在患者静息的情况下,将实时采集的信息不间断地通过网络传输到(中心站)服务器,尤其适合易发生急性心脏病以致丧失自我控制能力的患者使用[7]。
(2)心电信号的采集、处理是用户机的关键所在,见图4,应用了多种先进的数字信号处理技术,包括信号滤波、增益控制、特征提取、传输纠错等[8],在保证信号完整性、真实性和有效性的同时,力求缩小体积。
(3)为提高安全性能和可携带性,采用可充电的锂离子电池供电,并在实现时采用低功耗器件和相关技术。
3.2 中继器
中继器是用户机与有线电话网络的连接装置,起着信号的调制解调作用,同时具有接收用户机信号和发射来自中心站信息的功能。
用户机与中继器之间采用微功率双向无线通信。微功率双向无线通信采用433 MHz的ISM频段,有效地解决了传输距离和无线绕射相矛盾的问题。同时采用了用户可变频点技术,有效地解决了多用户在同一地点同时使用的问题。
3.3 中心站(服务器)
对心电信息自动实时分析、监测,在心脏异常时发出报警,同时可以记录存储24~480 h的心电信号[9]。各中心站可基于互联网形成广域网,实现家庭、社区、医院和地区立体化的互通互助和资源共享,提高实时监测的有效性和针对性,特别适合全民保健和社区医疗的需要。
3.4 主要功能
(1)符合行业标准《YY 91079—1999心电监护仪》的通用要求。
(2)急救报警与指导功能:当患者出现心率过缓、心率过速等紧急事件时,用户机会自动与医院的监护中心站建立通信连接,传输7导联心电波形;医院的值班医生通过分析有关波形,电话通知患者及监护人,给予急救指导,同时根据病情通知医院的救护车前往救护,赢得宝贵的抢救时间。
(3)院外监护功能:中心站可调出患者心电信息,对患者进行监护,给予诊断、治疗和用药指导。
(4)存储功能:能存储24~480 h心电波形数据,兼备长效记录仪(Holter)作用。
4 结果与样品
利用成熟完善的有线电话通讯网络及其简单的接入和收费方式,搭建由用户机(见图5)、中继器(见图6)和中心站(见图7)组成的远程无线传输系统。用户机辐射低、抗干扰能力强、体积小、功耗低,使用者在100 m(无障碍物)范围内可自由活动,不影响正常生活,适合家庭内使用。
产品在相关医院、社区和“120”系统进行了应用,能够满足远程中央监护、术后跟踪、社区医疗和急救等需要。
5 结语
本文构建的医院(社区)与用户双向互通的远程监护系统,为优化配置医院资源、拓展医院或社区服务、降低医疗费用、提高危重患者自救或急救成功率提供了解决途径和手段。
参考文献
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远程心电图检查的临床应用 篇7
关键词：远程,心电图检查,应用
心电图是一种无创、廉价且重要的检测项目, 不仅能检测心脏疾病, 而且能预测发生心源性死亡的可能性[1], 也是心血管疾病及临床科室不可缺少的检查项目。本门诊为我院在外面的一个部门, 2013 年1 月改建后需做心电图检查的患者要自行到总院心电图室进行检查, 取到结果后再返回本门诊找医生诊治。这样患者来回走动增加了患者检查所需的时间和麻烦, 心血管病的患者来回走动存在一定的风险, 也缺乏对突发心血病患者紧急治疗的辅助检查。因此我们使用了远程心电图检查系统功能, 解决了上面的问题, 取得较满意的效果, 现报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
取2013 年1 月至2013 年6 月本门诊需做心电图检查的患者。2013 年1 月至2013 年3 月到总院心电图室检查41 例为对照组, 其中男23 例, 女18 例, 年龄29~82 岁, 平均 (58±8) 岁。将2013 年3 月至2013 年6 月在本门诊使用远程心电图检查52 例为观察组, 其中男31 例, 女21 例, 年龄33~83 岁, 平均 (58±10) 岁。
1.2 操作方法
采用GE公司的mac1200 心电图机及嘉和心电信息管理系统。心电图检查操作由经过专项培训的护士执行, 通过医院内网将检查完成的心电数据上传到心电信息系统数据服务器, 总院心电图室的医生收看到检查数据后, 利用心电分析程序从服务器调阅该心电信息, 做出诊断, 并把诊断结果上传到服务器, 返回到检查操作的科室, 再由护士将心电图检查的诊断结果打印, 交主诊医生。
1.3 观察指标
对两组检查时间、患者满意度进行观察。观察组检查时间为护士接检查开始到患者取到结果的时间, 对照组检查时间为患者离开本门诊到总院检查取回结果的时间, 对两组的时间进行统计。患者满意度调查表采用自制患者心电图检查满意度调查表, 分为满意、较满意、不满意3个等级, 满意度= (满意例数+75%× 较满意例数) ÷ 总例数。
1.4 统计学方法
采用SPSS 19.0 统计软件进行分析, 计量资料的比较采用两独立样本t检验, 计数资料的比较采用 χ2检验, P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组心电图检查时间的比较, 观察组心电图检查时间少于对照组, 差异有统计学意义 (P<0.05) , 见表1。
2.2 两组患者满意度比较, 观察组患者满意度高于对照组, 差异有统计学意义。见表2。
3 讨论
3.1 实现资源共享, 节省了人力
心电图形的分析报告, 是一门专业性非常强的技术, 必须由专业医生完成, 但该操作并不难, 一般临床医生和护士、技师均能承担[2]。对于本门诊, 如果设置专门的心电图检查医生, 会造成工作量不够而浪费人力。而远程心电图检查的应用, 由护士兼并操作, 总院心电图室医生诊断, 实现了医疗资源、医生资源、技术设备资源和医学科技成果信息资源共享, 节省了人力。
3.2 缩短患者的就诊时间, 提升了工作满意度
使用远程心电图检查, 患者在本门诊就可检查, 节省了时间, 避免患者跑去总院检查, 减少了患者的麻烦, 提高了服务满意度。本研究组患者对远程心电图检查方式的满意度明显高于对照组 (P<0.05) 。
3.3 提高了抢救高风险心血管病患者的效率和质量
心血管疾病尤其是恶性心律失常往往具有突发性、短暂性、致死性、发作无规律性等特点[3]。在本门诊使用远程心电图检查, 心血管病患者能就近检查, 操作者实时将心电数据传输至总院心电图室, 心电图室医师接收后作出诊断, 并及时向临床反馈。主诊医生根据心电图的结果作出正确的诊治。与常规心电图检测一样, 远程心电图对于节律诊断准确性高[4], 提高了救治的效率和质量。
3.4 人员培训
心电图检查操作由输液室的护士兼并, 在操作前安排护士轮流到总院心电图室进行专项培训。培训心电图检查的操作流程、检查定位、注意事项、常见波形及高危心电图波形以及心电生理理论知识等。之后每年安排一次到总院心电图室培训, 不断巩固和提高论理知识和操作技能, 对常见异常高危波形能第一时间电话告知与心电图室医师, 心电图室医师优先给予诊断, 以最快的速度反馈检查结果。
参考文献
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心电数据转换与远程传输的方法研究 篇8
关键词：心电图机,心电监护,DICOM3.0,远程医疗,数据转换
1 研究背景
随着人类社会健康观念更新、疾病谱改变、老龄化社会到来及医学模式的转变,以医院为中心的模式必然会回归到以预防为主、以社区医疗(含家庭和个人保健)为中心的模式上来[1]。这对医疗仪器的研究和设计者提出了新的要求和挑战。
近年来,心脏病的发病率和死亡率不断上升,已成为威胁人类生命健康的主要疾病。心电图(ECG)检查是与心脏病作斗争的重要手段。基层医院由于医疗水平所限,难以满足当地病患对于心脏病诊疗的需求。而大型医院的资源有限,无法做到对众多可疑的心脏病人同时实行有效的监护,且一般病人也无法承担在院长期监护的高额费用。因此,建立可有效延伸到乡镇、社区等基层医疗机构和家庭的远程心电监护与救治体系,是提高心血管疾病防治水平的有效途径。
对于社区、乡镇与中小市县医疗机构,无论从国内外成功案例、研究成果以及未来发展趋势看,毫无疑问将在整个医疗体系中发挥越来越大的作用。这主要体现在四个方面:一是随着社区、乡镇与中小市县医护人员和网点的增多,使老百姓易于就近获得医疗服务;二是随着社区、乡镇与中小市县医护人员的医疗水平得到稳步提高,使老百姓信任并自愿选择就近医疗;三是对术后患者的康复护理治疗,社区医护具有天然优势,可使老百姓主动接受社区医护服务;四是随着我国老龄社会的来临,越来越多的老年人必然依靠社区医护服务。这对心电远程监护提出了新的要求。
许多研究者对远程心电监护进行了研究[2,3,4,5,6],其主要内容是采集心电数据、通过GPRS或CDMA发送到心电监护中心,监护中心进行诊断后再将反馈信息发送回采集终端。刘星等人[4]的研究还用到了PDA,心电采集终端把数据以蓝牙方式发送到PDA,PDA再通过GPRS数据发送模块把数据发送出去。这些研究所用到的心电数据格式是自定义的,数据格式的不同使心电终端与其他监护中心、各个监护中心之间的数据交换成为一个问题。
为了解决基层医疗机构与大型医院之间远程医疗中ECG数据的传输问题,我们的方案是从心电图机提取病人的ECG数据,转换为统一的格式,通过医院的图片存档及通信系统(PACS)和远程医学服务器,发送到大型医院的监护中心;监护中心建有数据库,可以存贮病人的数据,医生可通过网页浏览、注释,病人可通过网页查询。
2 主流ECG数据标准的对比
目前,主流心电图机采用的数据格式主要有SCP-ECG、HL7 aECG和DICOM。DICOM可实现医学影像信息的处理、保存和传输等功能,并且从3.0版起支持ECG、血液动力学和电生理学波形数据的管理,但没有一个具有普遍性的波形数据管理标准,如还未实现对ECG的标准操作程序,因此使系统的扩展复杂化[7]。
SCP-ECG是一种专为传输存储标准ECG数据而制定的协议,其目的是使得不同厂家生产的心电图机之间以及数字心电图机和心电数据管理系统之间实现ECG数据交换和传输。2002年欧盟正式批准SCP-ECG成为医疗设备通讯的国际标准(EN ISO 11073)的一部分[8]。
SCP-ECG定义了用于交换的心电数据的内容和格式,用于控制不同工作站和用户间的数据流的查询;用于控制消息以及在数字心电图机和ECG管理系统间的低层传输协议,可实现数据的大比例压缩(无损、有损均可),对于心电的处理和传输非常成功,但它不具备对其他信息的标准化功能。SCP-ECG标准的创立为心电信息的交流奠定了基础,由于心电信息种类十分繁杂庞大,SCP-ECG标准到目前为止并不完善,因为它只支持静态心电信息,不支持信号平均心电即晚电位信息,不支持动态心电信息(HOLTER)和运动心电信息(Exercise ECG)等。
HL7的主要目的是要发展各型医疗信息系统间的通讯,是临床、银行、保险、管理、行政及检验等各项电子资料的通讯标准。HL7通信协议汇集了不同厂商用来设计应用软件之间界面的标准格式,它允许各个医疗机构不同的系统之间进行重要资料的通信。HL7心电图注释标准(HL7Annotation ECG,HL7 aECG)是HL7工作组响应美国FDA对于ECG波形和注释信息交流标准的要求,在2004年1月通过的ECG通信标准,也叫FDA XML格式。
HL7 aECG采用XML作为数据存储格式,提供了包括心电图波形和注释信息在内的心电信息表达、存储标准。XML是可扩展的标记语言,是一套定义语义标记的规则。用户可以根据需要定义自己的标记。虽然这些标记在意义上具有相当的灵活性,但这些标记必须根据某些通用或特定的原理来创建,HL7 aECG标准正是规定了创建用于存储ECG数据的XML标记的原理,并且详细说明了这些标记的意义。HL7 aECG标准通过提供XML schema文件来规定数据文件中元素的组织结构,并在使用说明文档中详细介绍了各元素代表的数据内容。
HL7 aECG XML schema文件定义了元素组织结构参见相关文献[9]。
通过对以上几种主要医学标准中ECG信号标准的比较分析,综合考虑其可拓展性和可行性及DICOM标准在医院PACS系统中的广泛应用,为了与其对接并最大限度地利用已有资源,选用DICOM标准作为远程ECG数据传输的数据标准。
3 ECGToolkit简介
ECGToolkit是开源的软件工具,可以完成ECG数据的转换、查看、打印,并具有与医院PACS通信的功能。它是使用C#net 1.1和2.0开发的,支持的ECG数据格式包括SCP-ECG、DICOM和HL7 aECG等。
在上述功能中,都用到项目ECGConversion,它的功能是完成不同ECG数据格式的转换。在ECGConversion中,有IECGReader抽象类,用于读取某种ECG,它定义了Read()方法,返回格式为IECGFormat。对于不同的数据格式,重写了相应的类和方法(图1)。如SCPReader、RawECGReader、UnknownECGReader(读取所支持格式的类),都重写了Read()方法。
类似地,不同的数据格式也重写了抽象类IECGFormat,得到了SCPFormat、RawECGFormat、CSVFormat等类(图2),用来存贮读取的ECG数据,并将其解析为标准格式。这些Format类要选择如下接口:ISignal,IDemographic,IDiagnostic,IGlobalMeasurement,分别用来完成ECG波形数据、病人/医疗机构相关信息、诊断信息、ECG测量信息的标准解析。
在进行ECG数据格式转换时,先将源文件读入,成为一个Format对象(如SCP-ECG文件读入为SCPFormat对象),由Convert类将其转换为目标Format对象,再生成对应的文件。
在项目ECGConversion中,可完成RAW(原始数据)、CSV(Excel数据)和SCP-ECG数据之间的转换。ECGToolkit中,扩展了3个项目:将HL7 aECG、DICOM和PDF也扩展为可转换的数据格式。
如上所述,ECGToolkit可将RAW、CSV、SCP-ECG、a ECG、DICOM和PDF等格式的ECG数据互相转换。对于不在上述格式范围内的特定厂家的心电数据,需开发专用的项目,来完成这个功能。
4 将MAC5500心电数据转换为HL7 aECG格式的方法
MAC5500的数据采用XML文件存贮,其格式不属于上述6种格式,要将其转换为DICOM格式,我们开发了专用的项目MAC。
4.1 从MAC5500心电图机获取ECG数据
(1)建立心电图机与PC机之间的串口连接,PC机做好接收数据的准备。
(2)在MAC5500上选择串口传输方法后,选择要传输的病人的文件,然后发送。
(3)PC机即可接收到ECG数据文件。
4.2 ECG数据文件的解析与转换
为了以DICOM格式发送文件,需对得到的ECG数据文件进行解析和转换。
MAC5500有restecg.dtd、restecgfield.dtd、I2.dtd和I2FIELD.dtd等文件,用于规定XML数据文件的格式。DTD文件实际上可以看作一个或多个XML文件的模板,这些XML文件中的元素、元素的属性、元素的排列方式/顺序、元素能够包含的内容等,都必须符合DTD中的定义。XML文件中的元素,是根据我们应用的实际情况来创建的。ECG数据文件的解析和转换过程,实际就是在MAC5500 XML文件中找到标记,提取出被标记的内容,生成MACFormat对象(MACFormat类是IFormat抽象类的子类),然后由Convert类将其转换为DICOM格式(实际上可以与上述6种格式任意互相转换)。
值得注意的是,MAC5500的波形数据进行了BASE64的编码,在完成ISignal接口对心电数据进行解析时需对其进行相应的解码,再将两个字节的数据按照低字节、高字节的顺序合成一个数据。把BASE64编码的心电字符串string解码为数组的流程如下:
(1)查找并去除string中的“r”“n”“s”;
(2)获取string中“=”之前的部分;
(3)依次取出string中的单个字符,查BASE64编码表,得到6位二进制数,转换为布尔数组,并将其反向;
(4)将上述布尔数组拼接在一起;
(5)每次取出8个布尔值,反向,转换成整数,形成U8数组;
(6)每次取出两个整数,按低8位,高8位形成一个I16整数,形成I16数组。
经过上述的解析和转换后,得到的DICOM格式的心电数据可以用来进行远程传输和心电波形再现。
5 结束语
远程心电传输是目前的研究热点,为了便于不同系统的对接、交流,选择并且兼容标准的心电数据格式非常重要。本研究综合了各标准本身的性能及其应用的广泛程度,选择了DICOM作为标准。开源软件ECGToolkit具有开放的架构,适宜作为相关开发的平台,我们在这个平台上开发了针对MAC5500心电图机的MAC项目,完成了心电的提取、转换和传输,达到了预期的效果。
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