基于移動平臺的網絡數字化動態心電應用與研究

武慶博

滄州市中心醫院信息化建設辦公室，河北滄州 061000

心臟常規監察中應用心電圖，監測心臟內部活動的電位運動信息，可以反映出心律失常、房室肥大、心肌受損、心肌梗死等疾病，對這些疾病的診斷有指導意義，另外還可以輔助觀測心臟瓣膜、心肌功能等[1-2]。 傳統醫療多采用心電圖機反映心電圖，當今多數醫院多便攜式、多參數監測儀，醫生需要在一定計算后才能得到準確心電參數，從而做出分析、診斷[3]。 傳統設備及醫療方式費時費力，且存在對心絞痛等短時檢測不足的問題。 動態心電圖能實現24 h 實時監測，且便攜性較好，解決了傳統設備的部分問題。但面對動態監測龐大的數據量和醫護人員繁重的工作而言，需要有更便捷、信息處理能力強的動態心電監測設備。 基于此，近幾年國內許多學者開始研究可穿戴式的監護儀，并研發了手機等移動終端應用，以簡單操作[4]。但目前該領域的研究尚不能真正適應臨床環境。基于此，需要廣大研究者進一步深入研究和實現移動化、網絡化強的心電監測設備。

1 國內外研究關于動態心電應用的研究現狀

國外關于便攜式的心電儀的研究，多是在有基于掌上電腦為終端設備開展的，如日本歐姆龍醫療公司、德國TMS 醫學公司的網絡移動心電監護設備。而國內對此項心電應用的監測設備和終端設備的研究較為多元，已在臨床應用的有邁瑞TMS.6016、北京超思MD100A1、寶萊特M800 等遠程移動監護儀，一些是針對醫院設計的，一些則是偏向于家庭監測方向。

近年來，移動通信、網絡技術、微電子技術相結合的研究和實踐，為精密醫療電子設備實現遠程監護創造了更多的可能性，掌上電腦、手機等便攜設備都能作為終端設備，監測前端的設備也更多元和人性化，如利用織物電極技術打造舒適的穿戴式設備，為患者提供了更人性化的服務和更準確高效的遠程數據監測。整個系統結合基于生理參數設計的傳感器、網絡技術以及終端信息系統、數據庫等技術，能實現動態心電圖的實時移動監測和管理。

國內許多高科研所在移動醫療背景下，積極投入人力、資金進行相關醫療參數設備的研究，張元亭教授利用特殊服飾實現了生理信息的采集，并利用網絡傳輸至手機等移動終端和醫療服務器中，可穿戴醫療監測設備在我國首次實現，推動了醫療監測設備向便攜穿戴、移動化發展。華中理工大教師鄒雪城等人也研發了以智能手機為終端的監測設備。

縱觀國內的研究和目前相關設備的市場，發現基于手機移動系統的穿戴監護產品多用于家庭護理，如邁瑞Mr.Wear、泰控心儀，能夠為患者實現準確性較高的生理監測，提供數據計算、存儲等功能，還能進行異常報警，幫助患者合理管理自身生活。近年來此類產品實現商業化的速度較快、種類增多，性能也更趨于個性化、智能化，能根據用戶需求提供更智能、準確的生理監測服務。

2 基于移動平臺的網絡數字化動態心電應用的總體設計方案研究

整個心電監測系統，由監測終端、移動設備、應用平臺組成，監測終端與用戶“連結”，醫生通過移動設備端的應用進行實時心電監測和分析。可穿戴針織設備為當下熱門的研究方向，通過針織電極導聯，與人體體表接觸接收心電信號，設備前端采樣后，數據傳輸到監測設備的主控模塊，其對心電信號記錄、分析和診斷，并寫卡存儲， 醫生根據需求可從移動終端接收相應監測數據，數據鏈接方式多為藍牙傳輸。以上即是移動動態應用的常見工作流程，在設計監測終端、移動終端、數據連接等子系統時，需要根據子系統工作要求進行整體設計。

監測終端的設計與實現，需要考慮其高噪的工作環境、用戶穿戴體驗等因素，因此需要采用低干擾抗干擾的集成信號采用芯片，并進行嵌入式處理。連接方面，為了保障連接的質量并考慮實時監測的要求，可采用低功耗但速率高的藍牙4.0 通信技術。 此外，監測終端中要重視主控模塊、存儲模塊、傳輸模塊的選擇和設計，主控模塊控制整個系統，系統存儲可選用高容量、寫卡速度快的TF 卡，以存儲實時、龐大的心電數據，電源管理可采用鋰電池為系統提供持續穩定的電力。

3 基于移動平臺的網絡數字化動態心電應用的監測前端設計研究

穿戴式的監測前端通過織物傳感等實現對心電運動的信息采集，相比其他設備，使用時更便捷、舒適，但噪聲、穩定性、功耗等問題更為明顯，因此該節主要就該系統的主要硬件模塊進行研究[5]。

3.1 采集模塊的設計研究

為降低能耗、穩定采集，可選用美國ADS1298 等芯片，該芯片集成8 個24 位的 DAC 轉換部件,可實現導聯式的心電檢測，與常用芯片比較，該芯片的集成化更高，且體積更小、精度更高等優點，有利于縮小主控前端檢查的體積。 芯片內部右腿驅動電路、電極脫落檢測等,能減小信號干擾，實現脫落報警。

3.2 阻抗信號采集模塊研究

穿戴式監測前端在實際運用時，會因用戶運動、勞動等活動產生運動偽跡，影響心電信號的采集質量。 目前多用軟件濾波抹去運動偽跡，其中卡爾曼濾波的效果較好，但存在計算復雜、耗時長等問題。因此可采用自適應的濾波器，雖然該項技術尚在研究和發展中，但設計便捷、計算量小等特點，應用在穿戴式的心電監測前端中能實現更好的實時性。

3.3 微處理模塊和傳輸模塊的研究

穿戴式的檢測前端需要滿足長時佩戴及舒適性的使用要求，因此處理器需要體積小、信號處理快、低功耗、多種通信連接的特點，可以采用MSP430F5529 微控制器。

心電、阻抗信號數據量大，普通串口通信無法實現快速傳輸速。 因此可以選擇使用簡單、集成性高、含有USB 固件的傳輸模塊,在使用時只需安裝相關驅動即可實現監測端和移動端的數據傳輸。

4 基于移動平臺的網絡數字化動態心電應用移動終端研究

4.1 移動端軟件需求分析

移動終端的設計主要集中在軟件設計方面。目前安卓手機在我國較為普遍，因此軟件設計時可首先考慮基于Android 系統的平板、手機等移動設備，以實現對穿戴式監護前端提供的心電等信息進行高效、智能的分析。

根據行業標準和實際需求設計軟件，心電應用移動端需求包含功能性、非功能性兩類。功能性需求包括：①傳輸通信功能，多采用藍牙技術與穿戴設備進行連接，將前端采集的數據快速傳遞給軟件系統。②異常信息分析，竇性心律、房性早搏、心肌缺血等均為異常的心臟運動，需要醫護人員快速分析、及時處理，通過數據分析可為用戶提供用藥指導或習慣引導。③異常報警，心臟驟停、心肌梗死等為異常情況，需要醫護人員快速趕赴現場采取相應處理，因此需要具有相應情況的報警功能。④管理系統，按用戶帳號，進行信息整理和管理，用戶可登錄軟件瀏覽個人信息等。

非功能需求包括：①用戶體驗，盡量考慮用戶使用的舒適性及特殊的心理、生理、喜好需求。 ②輔助功能，醫療設備逐漸趨于“互聯網+”模式，為了豐富用戶的體驗，需在應用中設計與醫療咨詢人員的交互功能，如健康資訊、反饋等功能[6]。

4.2 移動端軟件的總體結構

基于Android 應用的心電監護程序，需要包括藍牙通信、心電分析、管理、輔助功能等需求。因此界面設計時需首先考慮相應的4 個模塊：①通信模塊，要求與監測端完成順暢的藍牙配對，穩定快速地傳輸心電數據，并在查閱的同時實時存儲。②分析模塊，要求從反饋數據中快速分析，首先監測突發異常情況，并與報警功能相連。③管理模塊，將信息氛圍用戶信息、既往病史、實時監測等多個子模塊，便于查閱分析和進一步管理。④輔助模塊，設計有心血管疾病相關的網頁資訊和自動反饋功能，幫助用戶科學認識疾病，掌握相關健康知識[7-9]。

綜上所述，現代醫療設備急需要向信息化、網絡化、智能化方向發展，以降低醫療行業的壓力，為個人用戶提高準確、便捷的醫療輔助。 該文主要研究了基于穿戴式監測前端和Android 移動端軟件實現移動監測功能的動態心電系統，但許多硬件尚在開發中，該文也缺乏深入的設計研究，因此還有很大改良空間，在后續研究中，應當繼續深入細化研究系統設計方案，并加強對監測前端的研究。