遠程心電監護系統研究的發展與展望

李萍 王瑞 鉏振偉 呂曉娟

遠程心電監護系統研究的發展與展望

李萍 王瑞 鉏振偉 呂曉娟

遠程心電監護已成為現代醫療監護發展的一個重要方向。本文從心電監護設備和心電監護系統兩個方向對遠程心電監護系統研究的發展進行了簡要闡述，并展望了遠程心電監護的發展趨勢。

心電監護；遠程監護；系統研究；遠程醫療；心血管疾病

眾所周知，心腦血管疾病是威脅全球人民健康與生命的頭號殺手。在中國，每年大約有260萬人死于心腦血管疾病，每天大約有7千人死于心腦血管疾病，每12秒就有1人死于心腦血管疾病[1]。由此可見，心血管疾病的預防和診斷具有重要的意義。由于心血管疾病具有偶然性和突發性，在日常生活中對患病人群進行心電監護顯得尤為重要。有資料顯示，心血管疾病猝死者在死亡前數周內有癥狀者高達60%上，甚至不少病人還診治過，但因癥狀短暫，或因病人到醫生那里癥狀已消失，缺乏有癥狀時的客觀心電圖證據而被忽視。

1 心電監護設備研究進展

早在上個世紀四十年代，美國人Norman J.Holter就根據其在生物信號遙測技術的研究成果與1949年研制出心電圖遙測設備，后來有進一步完善與六十年代成功研制出集收發功能為一體的心電監護系統，為了紀念他在心電監護設備研究上的貢獻，后人稱之為Holter系統。Holter系統的發明為后續科學監測心律失常、心肌缺血等疾病提供了一條科學有效的診斷方法，這為一些心臟疾病的早期診斷和治療起到了積極的推動作用，為后續的無線遠程心電監護系統的研發打下了堅實的基礎。

對心血管疾病的早期診斷與檢測一直是醫學熱點研究問題。Holter系統可以記錄被監測者一天24h生理狀態下的近10萬次的心電信號，大大提高了對一過性心臟問題的檢出率。但是被監測者不可能隨時隨地的攜帶Holter系統，仍有很多一過性心律失常和偶發嚴重心律失常無法及時捕獲數據。此外，這種監護方式不具有實時性，必須要在監護過程結束后再進行心電資料的分析，病人發病情況緊急時很難得到醫生及時的診斷和救治。而且其容量太小，只能儲存少量的心電數據，不能保證數據的完整性，一部分有價值的數據會丟失，也在一定程度上降低了診斷的準確性。

20世紀60年代，人們開始考慮利用電話作為傳輸工具進行實時遠程心電圖傳輸，但由于當時電話傳輸信號不穩定，干擾噪聲嚴重，所以沒有應用于臨床。

2 遠程心電監護系統研究進展

2.1 心臟BP機

進入20世紀80年代，有人應用新型電子傳輸技術，研制出“心臟BP機”。所謂“心臟BP機”是一個類似BP機大小的心電監護存儲與通信兩個模塊單元的組合。存儲模塊單元的功能是對被監測者的心電圖進行監護，當被監測者感覺心臟不適時按下按鈕，可以快速記錄幾分鐘的心電圖。然后通信模塊單元通過接口轉換至電話線傳輸到醫院的遠端服務器。在醫院的醫生可以通過電腦實時的進行數據接收、顯示、統計等管理功能。顯而易見，這種傳輸方式實時性太差，成本過高，而且信息量極為有限。

后來通過技術改造，心臟BP機改善了發送裝置，實現了以下幾種功能：①數據人工發送，當有癥狀時被監測者可按下按鈕，心電數據將被記錄存儲下來，然后通過電話再發送到監護中心端。②數據實時發送，被監測者有癥狀時通過電話直接向中心發送，這種方式適合病情穩定且有足夠的時間去打電話的病人，但不方便攜帶。③數據記憶發送，有癥狀時被監測者按下按鈕，發送裝置將按動按鈕前后一段時間的心電數據發送，該方式對于診斷具有重要的意義。④數據循環發送，這種裝置是將心電監護的報警功能與電話傳送結合在一起，當有明顯心電異常即使被監測者感覺不到癥狀時也能進行報警并自動記錄。

2.2 基于個人電腦的遠程心電監護系統

隨著電腦的普及和發展，越來越多的個人電腦擁有了較高的處理能力。有人通過研發專門的電腦心電監護軟件與硬件，實現了遠程心電監護研究的新階段。以個人電腦為平臺，將被監測者的心電數據轉換成數字信號導入電腦，再借助心電數據分析軟件，對相關數據進行顯示、分析、通訊、存儲乃至初步診斷，減輕了醫院醫生的負擔。患者通過簡單的一鍵操作，利用軟件對自己的心電圖進行智能分析，癥狀輕微給予初步的預防建議，而對于心臟病征兆乃至癥狀嚴重的數據可以實時發出警告，提醒患者緊急處理或者將具體情況實時傳輸給醫院的醫生處理（如圖1）。

圖1 基于個人電腦的遠程心電監護系統架構

基于個人電腦的遠程心電監護系統具有較高的時效性和強大的數據存儲與分析功能，但也存在一些問題，大量心電信號的分析需要耗費較長時間，個人電腦需要較高的成本投入。

2.3 基于互聯網的遠程心電監護系統

互聯網時代的誕生，徹底地改變了人們的生活習慣和工作方式。在這種變革同時也帶動了醫療信息化蓬勃發展，基于互聯網開展遠程心電監護就是其中最顯著的一個例子。被監測者利用隨身攜帶的心電監護設備采集心電信號，然后通過互聯網將信號直接傳輸至醫院遠端服務器進行處理，醫護人員根據心電圖顯示的問題給與針對性的服務[2]。

根據互聯網接入方式的不同設計了專門的方案，例如MODEM撥號方案、PSTN方案、ISDN方案以及以太網方案等等。通過這些專門的方案，有效實現了心電數據與遠端服務器的高效銜接，實現醫患之間數據交流雙向互動[3]。醫生可以及時分析采集而來的心電數據，而后根據需要隨時將醫囑和服藥指令發送到患者隨身攜帶監護儀上。當然這種簡單基于互聯網的遠程心電監護系統在使用上還存在著一些不方便，比如各種設備的充電線、數據線種類繁多，患者無法隨身攜帶做其他事情等等。

2.4 基于無線傳輸技術的遠程心電監護系統

近幾年來，隨著無線網絡的普及，各種無線傳輸設備的應用也帶動了遠程心電監護系統研究的進一步突破。將目前國內應用成熟的藍牙技術、ZigBee、WIFI、3G等技術應用到遠程心電監護上來實現無線實時傳輸，是目前國內外研究的主流[4]。

我們同清華大學計算機系的聯合研究就已經初步實現并應用到高齡人群保健中，目前已經取得顯著的效果（見圖2）。我們基于android智能手機系統研發了相關APK軟件，利用該軟件通過手機藍牙功能連接已經嵌入藍牙通訊模塊的無線心電、血氧、血壓、血糖等多個監護儀，實現各監測數據實時到達手機。而后通過手機的GSM、CDMA或3G上網功能實現數據快速加密傳輸到遠端服務器，服務器可以通過相應分析智能短信提醒患者注意身體狀況并給與相關飲食建議，也可以提醒值班醫生迅速進行會診。此外，手機軟件還可實現一鍵報警和GPS實時定位，在被監測者出現突發情況時，可以有效縮短救治時間。下一步，我們還計劃開放個人健康管理數據，被監測者通過單獨的用戶名和密碼登陸網站可以查閱、分析所有個人健康分析數據。

圖2 基于無線傳輸技術的遠程心電監護系統

3 展望

幾年來，隨著醫療技術的發展以及人們健康觀念的強化，醫療的重心已經逐步由原來的治療轉移到防范預防上來。互聯網、無線傳輸、單片機、數字通信等新興技術為遠程心電監護系統的實現提供了技術支持，對心血管病高危人群進行必要的監測已經成為現實[5]。未來，針對個人的遠程心電監護系統將朝著多元化、無線化、網絡化、人性化的方向發展，便攜式、模塊式、傻瓜式、高性價的監護設備也將成為未來市場的主流，實時分析軟件也將會更加智能更加實用[6]。在不久的將來，遠程心電監護系統一定會對心血管疾病的預防與救治起到越來越重要的作用。

[1] 王薇，趙冬.我國心血管病及其主要危險因素的流行病學研究[J].首都醫科大學學報，2005，26(2)：143-146.

[2] 鄭捷文,吳太虎,韓皓.基于CDMA網的GPS心電遠程監護系統的研究[J]. 北京生物醫學工程, 2006,10(5):87-90.

[3] 萬里,張躍,張龍飛.遠程無線心電監護儀的心電數據處理機制[J].計算機工程,2010,15(8):42-47.

[4] Dai Shaosheng,Zhang Yue. A Wireless Physiological Multi-parameter Monitoring System Based on Mobile Communication Networks[C] .Proc.of IEEE International Symposium on Computer-based Medical Systems. IEEE Press, 2006.

[5] Marie E C,Ainat B,Kim H,et al. Use of Telemonitoring to Decrease the Rate of Hospitalization in Patients with Severe Congestive Heart Failure[J] .The American Journal of Cardiology, 1999,84, 84 (7) :860-862.

[6] Tamura T，Masuda Y，Sekimoto M，et a1.A mobile—phone based teleca resystern for the eldedy. Conf Proc lEEE Eng Med Biol Soc，2004，5：3260-3263.

Remote ECG monitoring has become the development of modern medical care is an important direction. In this paper, ECG devices and ECG monitoring system in both directions on the remote ECG monitoring system research and development carried out brief y, and the prospect of remote ECG monitoring trends.

ECG monitor; Remote monitor; Systems research; Telemedicine; Cardiovascular disease

10.3969/j.issn.1009-4393.2011.22.010

100820 第二炮兵禮士路門診部（李萍） 100088 第二炮兵總醫院（王瑞 鉏振偉 呂曉娟）

通迅作者：鉏振偉 E-mail:chizhenwei@mirsc.org