便攜家庭式遠(yuǎn)程定位ECG監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 煒,趙開(kāi)源,陳 宏

(蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,蘭州 730000)

便攜家庭式遠(yuǎn)程定位ECG監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 煒*,趙開(kāi)源,陳 宏

(蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,蘭州 730000)

針對(duì)遠(yuǎn)程定位ECG監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的需求,設(shè)計(jì)了一套家庭式心電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)與移動(dòng)預(yù)警端,遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)采用LabView編寫(xiě)了ECG波形顯示與回放程序,并利用自主開(kāi)發(fā)的心電采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)了心電分析與監(jiān)測(cè)預(yù)警等功能。移動(dòng)預(yù)警端將ECG采集模塊與Android手機(jī)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了ECG信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與遠(yuǎn)程定位等功能。實(shí)測(cè)結(jié)果表明,系統(tǒng)準(zhǔn)確率在94%以上,攜帶方便,在出現(xiàn)心率紊亂等癥狀時(shí),可及時(shí)發(fā)送報(bào)警信息,幫助患者得到醫(yī)療救助。

心電信號(hào);遠(yuǎn)程定位;預(yù)警;實(shí)時(shí)監(jiān)控;便攜式

心血管病已成為人類(lèi)健康的第一大殺手,發(fā)病率與致死率不斷增高,在中國(guó)居民全因死亡構(gòu)成中,心臟心血管病居各疾病之首,農(nóng)村為44.60%,城市為42.51%[1]。由于其具有突發(fā)性、瞬時(shí)性和致命性的特點(diǎn),要及時(shí)早期防治心臟病就必須對(duì)患者進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的心電信號(hào)監(jiān)測(cè),對(duì)心率紊亂進(jìn)行預(yù)警。再一方面,中國(guó)老年人口高齡化及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速,心血管病危險(xiǎn)因素流行趨勢(shì)將更加明顯,今后10年心血管患病人數(shù)仍將快速增長(zhǎng)[1],所以一款家庭式心電監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用是目前迫切需要開(kāi)發(fā)的重要領(lǐng)域。

目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的心電儀大致分為兩類(lèi):一類(lèi)是采用個(gè)人電腦對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行顯示與分析的監(jiān)測(cè)儀,這類(lèi)心電儀體積較大、攜帶不便,不易對(duì)患者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。另一類(lèi)是采用專(zhuān)業(yè)的心電采集芯片,利用藍(lán)牙、GPS、紅外等進(jìn)行手機(jī)通訊的便攜式心電儀,此類(lèi)心電儀具有體積小、易攜帶等特點(diǎn),但其功能型單一,缺乏定位信息、實(shí)時(shí)求助等功能[2-3]。此外市場(chǎng)上大多數(shù)心電儀缺少自動(dòng)預(yù)判與實(shí)時(shí)報(bào)警功能,患者大多數(shù)需要手動(dòng)求助,若患者突發(fā)疾病無(wú)法進(jìn)行自救時(shí),患者的生命安全將不會(huì)得到保證。

針對(duì)上述心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在問(wèn)題與不足,設(shè)計(jì)了一套具有遠(yuǎn)程定位報(bào)警功能的便攜式心電信號(hào)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),分別部署到了PC端和Android智能手機(jī)移動(dòng)端[4]。其中PC端作為遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測(cè)平臺(tái),用于醫(yī)院監(jiān)測(cè)患者心臟病情,在接收到患者心電數(shù)據(jù)時(shí)能第一時(shí)間觀察到患者心電波形。手機(jī)移動(dòng)端作為移動(dòng)預(yù)警端,用于實(shí)時(shí)采集患者心電信息,在出現(xiàn)心率紊亂時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)定位出患者所在位置[5],并通過(guò)E-mail將患者位置信息與發(fā)病時(shí)的心電數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送給求助手機(jī)端與遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測(cè)平臺(tái),達(dá)到雙重報(bào)警的效果。患者也可手動(dòng)保存發(fā)送心電數(shù)據(jù)方便患者更加全面的了解自身心臟狀況。

系統(tǒng)為患者提供一款容易操作且成本低廉的健康心電設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了家居環(huán)境下的心電監(jiān)測(cè),可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者病情,讓患者能隨時(shí)得知自身心電狀況并及時(shí)作出反應(yīng),對(duì)設(shè)計(jì)家庭醫(yī)院外心電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 心電系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)與移動(dòng)預(yù)警端兩部分組成,其中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)由自主開(kāi)發(fā)的心電采集模塊與使用LabView編寫(xiě)的心電顯示分析模塊組成,心電采集模塊主要實(shí)現(xiàn)了心電信號(hào)的放大采集、電平抬升、模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能,便于顯示分析模塊進(jìn)行心電信號(hào)分析。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)心電顯示分析模塊實(shí)現(xiàn)了心電數(shù)據(jù)信號(hào)顯示、回放預(yù)警心電波形等功能,其主要用于醫(yī)院監(jiān)測(cè)患者心臟病情,在接收到患者心電數(shù)據(jù)時(shí)能第一時(shí)間觀察到患者心電波形,方便醫(yī)院更加全面的了解患者心電狀況。

移動(dòng)預(yù)警端將BMD101芯片控制下的心電采集模塊與Android智能手機(jī)相結(jié)合,開(kāi)發(fā)出了一款可以實(shí)現(xiàn)心電監(jiān)控、遠(yuǎn)程患者定位、心率紊亂預(yù)警等功能的人機(jī)交互系統(tǒng)。其中心電采集模塊可以實(shí)時(shí)地采集到患者心電波形[7],并通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)傳送心電數(shù)據(jù)到Android智能平臺(tái)上進(jìn)行心電信號(hào)分析、顯示心電波形。在專(zhuān)為本設(shè)計(jì)編寫(xiě)的Android應(yīng)用APP中還加入了遠(yuǎn)程定位報(bào)警功能,讓患者隨時(shí)得知自身心電狀況的同時(shí),可通過(guò)E-mail將患者位置信息與患者實(shí)時(shí)心電數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)。通過(guò)監(jiān)測(cè)預(yù)警信息,能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)患者發(fā)病位置,便于患者得到醫(yī)療救治。ECG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 ECG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

心電信號(hào)正常的幅值范圍在10 μV～4 mV之間,典型值為1 mV。頻率范圍在0.05 Hz～100 Hz以?xún)?nèi),而90%的ECG頻譜能量集中0.25 Hz～35 Hz之間。根據(jù)心電信號(hào)特征,設(shè)計(jì)了一套適合采集人體心電信號(hào)的硬件系統(tǒng),并將采集到的心電信號(hào)通過(guò)藍(lán)牙或串口接收的形式傳送到手機(jī)移動(dòng)端或PC端進(jìn)行心電信號(hào)分析。

2.1 PC測(cè)試端硬件部分

2.1.1 供電模塊與信號(hào)調(diào)理電路

系統(tǒng)供電模塊由信號(hào)采集芯片的供電范圍決定,PC端選取的心電采集芯片供電范圍較大,在±2.25 V～±18 V之間,因此,實(shí)驗(yàn)綜合考慮芯片供電范圍和電源選擇的普適性,采用兩塊手機(jī)電池通過(guò)反向串接設(shè)計(jì)了一個(gè)正負(fù)5 V電源模塊,實(shí)現(xiàn)供電功能。

信號(hào)調(diào)理電路主要負(fù)責(zé)采集人體心電信號(hào)。電路采用3個(gè)盤(pán)狀金屬電極作為信號(hào)采集點(diǎn)。在圖2中電極1與電極2用于采集人體左右手心電差模信號(hào),共模電極P1用于接收電路反饋的人體共模信號(hào);U1采用儀表放大器INA128實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的初級(jí)放大,基線(xiàn)高頻濾波以及人體共模信號(hào)采樣,其中U1的增益電阻由R1、R2、R3、C1串并連組成,R3和C1組成高頻濾波電路,截止頻率約為0.45 Hz左右。R1、R2的中間點(diǎn)取出人體共模信號(hào),通過(guò)U3反饋到人體實(shí)現(xiàn)共模信號(hào)抑制;U2、U6采用貝塞爾開(kāi)關(guān)電容濾波器MAX7405分別組成截止頻率為45 Hz的低通濾波器。U4和U7分別為INA128與TLC071組成的51倍與1倍～20倍信號(hào)放大電路,通過(guò)本硬件系統(tǒng)可將毫伏級(jí)級(jí)心電信號(hào)放大至伏級(jí)。

電路板上調(diào)通遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)平臺(tái)調(diào)理電路,通過(guò)Protel DXP軟件將信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行了PCB板的繪制,制作PCB板進(jìn)行了元器件的焊接組合,使之成為了一個(gè)整體的心電采集系統(tǒng)。利用得到的PCB板進(jìn)行心電采集實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)在非屏蔽室中進(jìn)行,采集電極使用不帶屏蔽線(xiàn)的鍍金盤(pán)狀電極,皮膚接觸面涂抹生理鹽水,ECG信號(hào)采集時(shí)將兩個(gè)差分輸入電極置于受試者胸前左右兩側(cè),共模抑制電極連接到左耳垂,通過(guò)濾波器觀察信號(hào)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)電路完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體心電波形實(shí)時(shí)采集與放大功能。供電模塊與信號(hào)調(diào)理電路如圖2所示。

2.1.2 電平抬升電路與A/D采集模塊

系統(tǒng)通過(guò)TLC072芯片組成的加法電路,實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集的心電信號(hào)進(jìn)行電平抬升,以便于在PC端可以無(wú)失真的A/D采集。在A/D采集模塊中使用了DFRobot的Arduino開(kāi)發(fā)板,此A/D模塊的采樣精度為10 bit,基準(zhǔn)電壓為5 V,最高采樣率可達(dá)5 kbit/s,系統(tǒng)采樣率設(shè)置為100 Hz,經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,此開(kāi)發(fā)板可以進(jìn)行心電數(shù)據(jù)的有效采集。電平抬升與A/D采集電路如圖3所示。

圖2 供電模塊與信號(hào)調(diào)理電路

圖3 電平抬升與A/D采集電路

2.2 手機(jī)移動(dòng)端硬件部分

2.2.1 供電模塊與BMD101心電模塊

手機(jī)移動(dòng)端心電采集系統(tǒng)中,供電系統(tǒng)采用單電源供電,實(shí)驗(yàn)中采用三節(jié)+1.5 V電池串接設(shè)計(jì)了一個(gè)+4.5 V電源模塊,實(shí)現(xiàn)了供電功能。

手機(jī)移動(dòng)端心電采集部分采用了NeuroSky(神念科技)的片上處理設(shè)備BMD101芯片。此芯片功耗僅為0.8 mA,大小僅為3 mm×3 mm,可以很穩(wěn)定地采集人體心電信號(hào),具有極低的系統(tǒng)噪聲與可控增益,并使用16 bit高精度ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換[10]。通過(guò)手機(jī)監(jiān)測(cè)客戶(hù)端觀察,BMD101心電模塊可以準(zhǔn)確采集人體心電數(shù)據(jù)。

2.2.2 藍(lán)牙2.0模塊

藍(lán)牙模塊是系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)傳輸信號(hào)的核心,承載著數(shù)據(jù)通信的重任,系統(tǒng)所采用的HM-06藍(lán)牙模塊的主控IC為CSR BlueCore的BC417143芯片,通信協(xié)議為藍(lán)牙V2.1+EDR版本。該協(xié)議的理論傳輸速度高達(dá)3 Mb/s,實(shí)際傳輸效率在2.1 Mbit/s左右。模塊供電電壓在3.3 V～4.5 V。該模塊采用全貼片最小封裝形式,核心模塊尺寸大小僅為為:27 mm×13 mm×2 mm,通信距離約在8 m～10 m左右。藍(lán)牙模塊與手機(jī)進(jìn)行配對(duì)將A/D轉(zhuǎn)換后的心電數(shù)據(jù)傳入手機(jī)客戶(hù)端[9],從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)預(yù)警端與Android智能手機(jī)之間的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。

3 軟件結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)方法,使整個(gè)系統(tǒng)軟件層次分明,邏輯清楚,便于軟件的調(diào)試與維護(hù),同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性、靈活性。遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測(cè)平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)波形顯示、判斷心率紊亂等功能,移動(dòng)預(yù)警端系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示心電波形、心率紊亂時(shí)發(fā)送心電數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測(cè)平臺(tái)等功能。主程序流程圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)信號(hào)預(yù)處理及異常報(bào)警

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)可直接通過(guò)PC串口采集心電信號(hào),預(yù)處理時(shí)將字符串類(lèi)型的心電信號(hào)轉(zhuǎn)換兩位一組的數(shù)值數(shù)據(jù),通過(guò)創(chuàng)建數(shù)組、數(shù)組插入等操作,將數(shù)值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LabView波形創(chuàng)建模塊可讀的數(shù)組模式,生成初步波形,其經(jīng)過(guò)低通濾波器濾波后可在波形圖上顯示心電波形。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)也可接收移動(dòng)預(yù)警端發(fā)送的E-mail心電求助信息,通過(guò)由LabView開(kāi)發(fā)工具編寫(xiě)的心電觀測(cè)程序觀測(cè)患者發(fā)病時(shí)的心電波形[8]。

在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)心電程序中,其自動(dòng)獲取最近心電波形的5點(diǎn)波峰值,計(jì)算其平均數(shù)作為判斷R波峰值的閾值。波峰閾值檢測(cè)可測(cè)算出相鄰兩段R波波峰時(shí)間差,其時(shí)間差的倒數(shù)乘以60 s計(jì)算出心率數(shù)值大小。同時(shí),系統(tǒng)設(shè)置了心電報(bào)警程序,若出現(xiàn)心率紊亂時(shí)(心率大于100 bmp或者小于60 bmp)則系統(tǒng)給予心電報(bào)警。LabView心電顯示界面異常報(bào)警框圖如圖5所示。

圖5 LabView心電顯示界面異常報(bào)警框圖

3.2 移動(dòng)預(yù)警端信號(hào)預(yù)處理及異常報(bào)警

移動(dòng)預(yù)警端采用Eclipse工具編寫(xiě)了一款基于Android操作系統(tǒng)的APP心電應(yīng)用軟件,其通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙接口接收心電數(shù)據(jù)。

為保護(hù)心電數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)丟失與信號(hào)紊亂,BMD101芯片將心電信號(hào)由數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送,數(shù)據(jù)包主要由頭信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、校驗(yàn)信號(hào)等組成。手機(jī)移動(dòng)端軟件將心電信號(hào)進(jìn)行解包處理,提取心電數(shù)據(jù)信號(hào),校驗(yàn)信號(hào)在傳輸中未發(fā)生信號(hào)丟失。提取到的心電信號(hào)可直接用于顯示心電波形。在接收顯示心電數(shù)據(jù)的同時(shí),程序測(cè)算相鄰兩段R波波形時(shí)間差,并計(jì)算出心率數(shù)值并顯示心率數(shù)值。

如圖6所示,若心率出現(xiàn)異常時(shí),程序自動(dòng)記錄下心率紊亂時(shí)的心電數(shù)據(jù),并調(diào)用百度地圖API接口定位出患者當(dāng)前位置(百度地圖API為開(kāi)發(fā)者免費(fèi)提供的基于百度地圖的應(yīng)用程序接口,包括提供基本地圖、位置搜索等功能,可及時(shí)方便的定位出患者位置),利用E-mail方便快捷等特點(diǎn)[6]將患者當(dāng)前位置信息與患者實(shí)時(shí)心電數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送給指定聯(lián)系人或遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái),幫助患者及時(shí)得到醫(yī)療救助。患者也可手動(dòng)記錄心電數(shù)據(jù)并發(fā)送給后臺(tái)設(shè)置的手機(jī)端與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái),令患者可以全面的了解自身心電狀況,更加合理的保護(hù)心臟健康安全。

圖6 移動(dòng)預(yù)警端界面及E-mail報(bào)警界面

移動(dòng)預(yù)警端面及E-mail報(bào)警界面如圖6所示。若患者出現(xiàn)其他病情緊急狀況,患者還可按下APP內(nèi)的SOS請(qǐng)求120急救按鈕,程序?qū)⒆詣?dòng)撥打120求助電話(huà),向醫(yī)務(wù)人員尋求幫助。通過(guò)無(wú)線(xiàn)報(bào)警功能,患者不必再為發(fā)病時(shí)得不到救助而擔(dān)心,極大的提升了患者的安全感與舒適度,對(duì)于治療患者的病情有極大的益處。

4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與分析

本系統(tǒng)主要目的是開(kāi)發(fā)出一套可以便利的觀察心電、測(cè)量心率的遠(yuǎn)程心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)以上分析,通過(guò)對(duì)ECG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā),繼而開(kāi)發(fā)出便攜式遠(yuǎn)程定位ECG監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備。在搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中對(duì)該ECG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)主要測(cè)試采集心電信號(hào)的準(zhǔn)確性,心率紊亂報(bào)警,系統(tǒng)的穩(wěn)定性等功能。移動(dòng)預(yù)警端主要測(cè)試Android APP繪制心電波形準(zhǔn)確性,系統(tǒng)穩(wěn)定性,遠(yuǎn)程定位報(bào)警等功能。

移動(dòng)預(yù)警端的供電模塊、心電采集模塊、藍(lán)牙模塊等組合到一起較為雜亂,且攜帶不方便,因此,系統(tǒng)利用3D打印技術(shù)制作了一套適合移動(dòng)預(yù)警端外觀特點(diǎn)的心電盒子,在測(cè)試中還需測(cè)試心電盒子是否可實(shí)現(xiàn)安置器件的無(wú)差性,是否實(shí)現(xiàn)心電設(shè)備攜帶的便利性。

在對(duì)該心電系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試中,利用人體實(shí)際心電數(shù)據(jù)驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和合理性。測(cè)試中利用心電系統(tǒng)對(duì)十名志愿者不同時(shí)間段的心率數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)驗(yàn)證測(cè)試,利用移動(dòng)預(yù)警端測(cè)試記錄志愿者心率數(shù)據(jù),并將測(cè)試后的心電數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送于遠(yuǎn)程醫(yī)療平臺(tái)進(jìn)行心率數(shù)據(jù)測(cè)試,系統(tǒng)得出心率數(shù)據(jù)后與志愿者的標(biāo)準(zhǔn)心率作對(duì)比。在測(cè)試中一共測(cè)試了8組數(shù)據(jù),每組10人,由統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)可知,樣本的標(biāo)準(zhǔn)誤差公式為:

式中:σ為標(biāo)準(zhǔn)誤差,n為測(cè)量數(shù)據(jù)次數(shù),為δ2測(cè)量值誤差的平方和。測(cè)試心率的準(zhǔn)確率為測(cè)試心率數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)心率數(shù)值相互之比。由表1可知測(cè)試中每組樣本心率標(biāo)準(zhǔn)誤差在1.31～3.50之間,測(cè)試心率與標(biāo)準(zhǔn)心率對(duì)比最低準(zhǔn)確率在94%以上。其中2號(hào)、6號(hào)志愿者檢出心率準(zhǔn)確率較低,后期驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)在心率信號(hào)采集時(shí)采集到了噪聲信號(hào),對(duì)R波產(chǎn)生了干擾,導(dǎo)致了系統(tǒng)在檢測(cè)R波的時(shí)候出現(xiàn)誤檢測(cè),從而影響了心率的計(jì)算。這一點(diǎn)通過(guò)改良心電采集電極可得到極大的改善。

由測(cè)試結(jié)果可知,該心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)達(dá)到測(cè)試要求,可在允許誤差范圍內(nèi)準(zhǔn)確檢測(cè)出患者心率數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)心率數(shù)據(jù)/移動(dòng)預(yù)警端檢出心率/遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測(cè)平臺(tái)分別檢出心率數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 ECG監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)心電監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖7 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)物圖

如圖5、圖7所示,遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了心電波形的顯示,其中心電P、Q、R、S、T波波形明顯可見(jiàn),可正常顯示人體心率數(shù)值、保存數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)回放等功能也完全實(shí)現(xiàn),心率紊亂時(shí)可以及時(shí)報(bào)警,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。程醫(yī)療監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)物圖如圖7所示。

由圖6、圖8可知,移動(dòng)預(yù)警端在心電波形顯示、心率計(jì)算、數(shù)據(jù)保存放面完全符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。心電各波段清晰可見(jiàn),R波脈沖明顯,心率實(shí)時(shí)正常顯示。心電盒子在組裝完心電采集器件后基本實(shí)現(xiàn)了器件的無(wú)差安裝,比起傳統(tǒng)的心電設(shè)備具有更強(qiáng)的便攜性。移動(dòng)預(yù)警端系統(tǒng)實(shí)物圖如圖8所示。

圖8 移動(dòng)預(yù)警端系統(tǒng)實(shí)物圖

由圖5、圖6可知,當(dāng)患者出現(xiàn)心率紊亂時(shí)(心率大于100 bpm或者小于60 bpm)移動(dòng)預(yù)警端可準(zhǔn)確無(wú)誤的判斷心率紊亂,并向遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)發(fā)出心率紊亂報(bào)警數(shù)據(jù),遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)測(cè)平臺(tái)LabView心電顯示程序可無(wú)失真的回放患者發(fā)病時(shí)心電波形。在移動(dòng)預(yù)警端還加入了緊急按鈕,當(dāng)按下SOS按鈕后系統(tǒng)自動(dòng)撥打120求助電話(huà),以便患者可及時(shí)獲得醫(yī)療救援。

5 結(jié)論

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)與移動(dòng)預(yù)警端聯(lián)調(diào)后運(yùn)行良好,硬件采集電路工作穩(wěn)定,軟件分析結(jié)構(gòu)可靠,通過(guò)最終的測(cè)試結(jié)果可知,系統(tǒng)對(duì)于心電波形的處理與開(kāi)發(fā)完全符合ECG監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)要求。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)與移動(dòng)預(yù)警端配合良好,兩者都可進(jìn)行完整心電波形顯示,遠(yuǎn)程定位預(yù)警功能健全完善,在患者出現(xiàn)心率紊亂時(shí)可以及時(shí)的發(fā)出預(yù)警信息。

此系統(tǒng)完全適合對(duì)家庭患者心電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),預(yù)防危險(xiǎn)的發(fā)生,在最大程度上保護(hù)患者生命安全。系統(tǒng)具有重量輕、成本少、功耗低、體積小等特點(diǎn),加強(qiáng)了遠(yuǎn)程心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性,降低了心電監(jiān)測(cè)的體積與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)的人力資源壓力,比起傳統(tǒng)的心電設(shè)備具有更強(qiáng)的便攜性,遠(yuǎn)程定位快速準(zhǔn)確,心電波形清晰可見(jiàn),患者出現(xiàn)心率紊亂時(shí)可及時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。對(duì)于開(kāi)發(fā)便攜家庭式遠(yuǎn)程定位ECG監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)具有重要的參考意義和應(yīng)用價(jià)值。

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TheDesignandImplementationofPortableFamilyRemoteECGMonitoringwithEarlyWarningSystem

WANGWei*,ZHAOKaiyuan,CHENHong

(School of Information Science and Engineering,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China)

According to requirements of a remote ECG monitoring warning system,a set of family real-time ECG monitoring early warning system has been designed. The system mainly consists of two parts,the remote monitoring platform and the mobile warning port. The remote monitoring platform uses LabVeiw to implement ECG waveform displayand playback program,and also use the independent development of ECG acquisition device implements the ECG analysis and monitoring early warning function. It realizes the real-time monitoring and remote warning positioning function by combining the mobile warning ECG acquisition module and Android phones. Experiment verifies that the system can be carried around conveniently with the accuracy above 94%. When patients appear abnormal heart rate symptom,the system can timely send emergency alarm information to help patients medicare treatment.

ECG;remote;early warning;real-time monitoring;portable

10.3969/j.issn.1005-9490.2017.06.048

2016-10-08修改日期2017-01-04

TP391

A

1005-9490(2017)06-1582-06

王煒(1956-),男,教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)樯镝t(yī)學(xué)工程人體弱信號(hào)提取分析,93508270@qq.com;

趙開(kāi)源(1990-),男,內(nèi)蒙古,碩士研究生,主要研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理,814410997@qq.com。