基于CDMA無線網(wǎng)絡(luò)的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究

1、基于CDMA無線網(wǎng)絡(luò)的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究【摘要】介紹了基于DA無線網(wǎng)絡(luò)的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)造，并說明了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的各功能模塊的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)驗(yàn)說明，該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)采集、處理、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程心電數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，極大進(jìn)步了醫(yī)院對(duì)心血管病人的監(jiān)護(hù)程度?！娟P(guān)鍵詞】Internet;DA;心電監(jiān)護(hù)1引言鑒于心血管疾病防預(yù)和治療的重要性，世界各國、各大企業(yè)紛紛開展了心臟病監(jiān)測(cè)設(shè)備的開發(fā)與消費(fèi)。然而早期的心電監(jiān)護(hù)設(shè)備，多采用有線方式，導(dǎo)致其應(yīng)用受到空間的限制，后來逐漸開展到基于GS網(wǎng)等的無線方式的監(jiān)護(hù)1，但由于受到無線傳輸頻率的制約，一直未能形成可靠的遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)產(chǎn)品。隨著通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益

2、完善，數(shù)據(jù)傳輸率、數(shù)據(jù)傳輸可靠性的大幅度進(jìn)步，完全能滿足心電數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆AdeDivisnultipleAess技術(shù)是基于擴(kuò)頻通信技術(shù)開展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。它可將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)展調(diào)制，使原始數(shù)據(jù)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全一樣的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原始信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信，這樣大大進(jìn)步了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。我們提出的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)方案能在患者不影響正常生活、工作的前提下，實(shí)時(shí)承受醫(yī)護(hù)人員的監(jiān)護(hù)、指導(dǎo)。其監(jiān)護(hù)的有效率要高出現(xiàn)有設(shè)備幾十倍，甚至

3、上百倍。可以隨時(shí)隨地的將心電信號(hào)發(fā)給指定醫(yī)院承受醫(yī)護(hù)人員的監(jiān)護(hù)是人們一直以來夢(mèng)寐以求的技術(shù)。而且該心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)還可以緩存最近幾非常鐘心電圖數(shù)據(jù)，當(dāng)患者感到不適時(shí)，它可以把最近幾非常鐘和當(dāng)前最新心電數(shù)據(jù)同時(shí)傳送給監(jiān)護(hù)中心，有利于醫(yī)護(hù)人員的診斷。本文主要介紹系統(tǒng)的組成以及主要模塊的關(guān)鍵技術(shù)。圖1監(jiān)護(hù)系統(tǒng)總體構(gòu)造框圖略2系統(tǒng)總統(tǒng)構(gòu)造如圖1所示，挪動(dòng)終端即心電數(shù)據(jù)采集與發(fā)送系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將心電模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，利用DA1X專用芯片把信號(hào)通過DA無線網(wǎng)和Internet網(wǎng)絡(luò)傳送到設(shè)在醫(yī)療效勞中心的心電數(shù)據(jù)專用效勞器上，醫(yī)生通過工作站可隨時(shí)調(diào)出病人的心電數(shù)據(jù)，經(jīng)過對(duì)心電數(shù)據(jù)的分析和處理，通過網(wǎng)絡(luò)將處理意

4、見及建議反應(yīng)給患者，可遠(yuǎn)程指導(dǎo)患者的就醫(yī)、用藥及采取必要的搶救措施。2.1心電數(shù)據(jù)采集與發(fā)送系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖2所示為心電數(shù)據(jù)采集終端組成框圖。本設(shè)計(jì)兼顧心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性及高性能實(shí)時(shí)顯示、網(wǎng)絡(luò)傳輸及現(xiàn)場(chǎng)分析等諸多情況，采用雙PU并行工作方式，一個(gè)PU采用美國i-rship公司消費(fèi)的PI16F877單片機(jī)2，它采用S構(gòu)造，工作時(shí)電流幾A。它具有內(nèi)置10位A/D轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、串口及I/口，采用匯編語言編程。主要功能有定時(shí)5s采集一次心電數(shù)據(jù)，存入緩沖區(qū)，通過自學(xué)習(xí)方式判斷心電信號(hào)強(qiáng)弱，并通過I/口控制放大器的放大倍數(shù);另一個(gè)PU采用irrusLgi公司消費(fèi)的基于AR720T內(nèi)核的嵌入式微處理器3EP731

5、2，它運(yùn)行在74Hz時(shí)性能與100Hz時(shí)IntelPentiu芯片根本相等，功耗僅90。它可用in-dsE做操作系統(tǒng)，采用雙PU構(gòu)造的最大特點(diǎn)是可以解決心電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性與indsE的軟實(shí)時(shí)之間的矛盾。AR微處理器具有Ris精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)、接口齊全等特點(diǎn)，是32位嵌入式微處理器的主流產(chǎn)品。它可運(yùn)行多個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)。微軟的indsE操作系統(tǒng)由于有微軟的強(qiáng)大支持及inds系列產(chǎn)品根本一樣或相近的操作界面，易于學(xué)習(xí)和應(yīng)用。本系統(tǒng)AR微處理器、監(jiān)護(hù)中心效勞器及工作站均采用Visual+編程，我們認(rèn)為它是用于底層最好的編程語言，通過指針直接訪問硬件，還可以通過函數(shù)調(diào)用訪問操作系統(tǒng)。Visual+是一種構(gòu)造性

6、語言它層次明晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)，具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，便于實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)構(gòu)造。由于indsE及Visual+語言提供了大量的庫函數(shù)及軟件接口，編程可直接針對(duì)功能及邏輯，可節(jié)省大量時(shí)間，防止和硬件打交道。由于心電信號(hào)很微弱，最大為v數(shù)量級(jí)，并且人體的阻抗很大，具有幾百K。故前置放大器采用儀表放大器，為減少工頻干擾，加上50Hz陷波電路。模擬電路采用雙通道12導(dǎo)聯(lián)心電放大系統(tǒng)，導(dǎo)聯(lián)及放大倍數(shù)選擇由PI單片機(jī)控制，PI單片機(jī)的功能及任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單，但它是保證整個(gè)系統(tǒng)心電原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的關(guān)鍵，必須嚴(yán)格保證其采集時(shí)間間隔的準(zhǔn)確性，故采用定時(shí)中斷的方式采集數(shù)據(jù)并將定時(shí)中斷

7、設(shè)在最高的中斷優(yōu)先級(jí)。PI與AR的通信采用串行方式，PI采用雙緩沖區(qū)方式，待第一緩沖區(qū)存滿時(shí)，將第一緩沖區(qū)數(shù)據(jù)移至第二緩沖區(qū)，并將第二緩沖區(qū)數(shù)據(jù)加上報(bào)頭發(fā)往AR微處理器。它與AR通信采用全雙工方式，PI單片機(jī)以串口中斷方式接收來自AR微處理器的命令。AR微處理器內(nèi)部的主要功能模塊有鍵盤處理模塊、顯示模塊。外接電路主要有flash閃存、E2PR、顯示器和鍵盤等，并通過串口與PI及D-A模塊連接。indsE嵌入式操作系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是模塊可以裁剪，可最大限度地設(shè)計(jì)硬件，較少的flash閃存和E2PR及RA可節(jié)省硬件資源。DA1X模塊編程采用AT指令集。先登錄上網(wǎng)，然后采用TP/IP協(xié)議與效勞器交換信

8、息，為防止復(fù)雜繁瑣的TP/IP協(xié)議棧，用indsE提供的Sket套接字，簡(jiǎn)化了通信編程。根本模塊有QRS波檢出模塊、心電波形顯示模塊、心率計(jì)算與顯示模塊、ST段分析及顯示模塊、效勞器通信模塊、與PI數(shù)據(jù)交換模塊及鍵盤處理模塊等。圖2心電數(shù)據(jù)采集終端構(gòu)造框圖略本系統(tǒng)通信單元采用DA無線模塊來實(shí)現(xiàn)，DA無線模塊作為終端的無線收發(fā)模塊，把單片機(jī)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)展編碼發(fā)送出去。DA的無線模塊采用ZTEiT的G801A模塊，G801A-DA模塊是內(nèi)置軟件支持DA1X標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)應(yīng)用模塊，工作頻率為800Hz，能完成語音數(shù)據(jù)、 等功能。G801A模塊提供串行異步通信接口UART。因此可與嵌入式系統(tǒng)的串口

9、點(diǎn)接相連。SI卡是DA網(wǎng)運(yùn)用的一種智能卡，它提供個(gè)人認(rèn)證信息，可以允許終端連接DA網(wǎng)。2.2監(jiān)護(hù)中心效勞器及工作站設(shè)計(jì)心電數(shù)據(jù)采集終端與監(jiān)護(hù)中心通過Internet進(jìn)展數(shù)據(jù)通信，利用TP/IP作為底層通信協(xié)議。監(jiān)護(hù)中心的效勞器實(shí)際上是一臺(tái)連接到Internet上帶有固定IP地址的P機(jī)，該P(yáng)機(jī)上運(yùn)行效勞器端監(jiān)護(hù)軟件，主要任務(wù)包括接收心電數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，監(jiān)護(hù)界面的顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。由于整個(gè)系統(tǒng)中含有許多挪動(dòng)用戶，中心數(shù)據(jù)庫必須具備對(duì)挪動(dòng)數(shù)據(jù)設(shè)備的支持才能，本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用了Sinds2000Server作為操作系統(tǒng)，它提供了易于管理的網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用程序、通信以及eb效勞。監(jiān)護(hù)中心軟件接收多個(gè)

10、心電數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，必須采用多任務(wù)并行設(shè)計(jì)。一個(gè)任務(wù)專門負(fù)責(zé)在指定的端口偵聽TI/IP連接，當(dāng)有連接建立時(shí)將連接ID放入緩沖區(qū)。另一個(gè)任務(wù)從建立的連接ID讀取數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀中包含了病人編號(hào)等信息。一旦病人被連接到監(jiān)護(hù)系統(tǒng)上，信息就開場(chǎng)在心電數(shù)據(jù)采集終端和遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心工作站之間不斷進(jìn)展交流。所有的診斷數(shù)據(jù)和病人電子表格都會(huì)被該系統(tǒng)存檔，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)的開發(fā)采用了Sinds2000Server上最正確數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)irsftSQLServer作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，前臺(tái)采用Visual+6.0進(jìn)展開發(fā)設(shè)計(jì)4，具有非常便捷的數(shù)據(jù)庫訪問功能。3完畢語本研究開發(fā)設(shè)計(jì)的基于DA無線網(wǎng)絡(luò)的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是一種新型遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)采集終端采用雙PU構(gòu)造，并充分利用DA通信容量大、網(wǎng)絡(luò)分布廣、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)心臟病患者真正意義上的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。同時(shí)對(duì)于臨床心臟疾病救治程度的進(jìn)步，降低死亡率等具有非常重要的意義?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1KengSiau.Healthareinfatis.IEEETransatinsn