基于CDMA移動終端的遠程ECG診斷系統(tǒng)研究

林金忠

（莆田學院 電子信息工程系，福建 莆田 351100）

基于CDMA移動終端的遠程ECG診斷系統(tǒng)研究

林金忠

（莆田學院 電子信息工程系，福建 莆田 351100）

從實時性、高質量低成本和患者的活動范圍受限等需求出發(fā)，本文提出一種基于CDMA移動終端的遠程ECG診斷系統(tǒng)，給出了移動便攜終端和醫(yī)院工作站的軟件設計.該系統(tǒng)內部采用帶有TCP/IP棧的CDMA無線通信模塊作為通信設備，通過CDMA網(wǎng)絡傳輸病人的ECG、體溫、血壓等生理指標并存儲在醫(yī)院監(jiān)護中心.結果測試表明該系統(tǒng)具有較好的方便性和靈活性，能滿足病人隨時隨地監(jiān)護的需求.

ECG；CDMA移動終端；醫(yī)院監(jiān)護中心;TCP/IP

1 引言

遠程醫(yī)療是醫(yī)療技術與網(wǎng)絡科技相結合的產(chǎn)物，隨著我國經(jīng)濟的訊速發(fā)展、科技的進步以及進入老齡化社會的需要，發(fā)展遠程醫(yī)療已經(jīng)成為一種必然趨勢.國內現(xiàn)有的心電監(jiān)護終端(基于Internet的遠程心電監(jiān)護)存在實時性差、患者的活動空間受限，不能做到實時遠程監(jiān)護[1,2].基于以上分析，本文提出了一種基于CDMA移動終端的遠程ECG診斷系統(tǒng).

該系統(tǒng)是充分利用Internet網(wǎng)絡的普及性和CDMA網(wǎng)絡覆蓋的廣泛性，實時地從便攜終端監(jiān)護儀獲取遠程ECG數(shù)據(jù)，其實現(xiàn)原理是當病人需要監(jiān)測他的心電信號時，打開CDMA移動便攜端監(jiān)護儀就可以實時獲取ECG數(shù)據(jù).通過CDMA網(wǎng)絡，遠程ECG信號被傳送到醫(yī)院現(xiàn)有Internet網(wǎng)絡上，然后通過Internet網(wǎng)絡傳送到醫(yī)院中心站.醫(yī)生就能夠查看到病人的ECG參數(shù)特征等，并下達相應醫(yī)生，醫(yī)生能夠實時回傳到CDMA便攜端移動監(jiān)護儀的LCD上，為病人提供治療信息.醫(yī)生也可以通過訪問醫(yī)院中心數(shù)據(jù)庫查找病人ECG相關信息，進行綜合診斷，給出診斷結果，獲得醫(yī)生的專業(yè)指導.它即可用于遠程急救，也可用于家庭遠程監(jiān)護，具有重要的社會價值和經(jīng)濟論價[3,4].

2 CDMA無線網(wǎng)絡概述

基于CDMA網(wǎng)絡的遠程ECG診斷系統(tǒng)由便攜式終端系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、醫(yī)院監(jiān)控中心等組成.為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群蛯崟r性，選擇CDMA模塊實現(xiàn)無線上網(wǎng).當病人需要傳輸信號時，首先通過CDMA模塊撥號上網(wǎng)，然后登錄遠程醫(yī)院監(jiān)護中心服務器，在通過身份認證后即可以上傳文件的方式將病人的ECG信號傳輸給監(jiān)護中心進行詳細的診斷.

無線網(wǎng)絡硬件系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集端和CDMA DTU（Data Terminal Unit，數(shù)據(jù)傳輸終端）組成.首先，數(shù)據(jù)采集終端通過CDMA DTU與當?shù)谻DMA基站中的CDMA 1x業(yè)務節(jié)點進行無線通信,并進CDMA網(wǎng)絡,然后通過CDMA網(wǎng)關與互聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互.

首先心電信號通過導聯(lián)線送入緩沖放大器，通過導聯(lián)選擇器切換導聯(lián).傳感器輸出信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊處理后，由無線傳輸傳感器輸出信號經(jīng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊處理后，由無線傳輸模塊CDMA模塊依次進行TCP封裝→IP封裝→PPP封裝，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到CDMA網(wǎng)絡，通過網(wǎng)關和路由，最后經(jīng)由Internet網(wǎng)絡以TCP/IP傳輸協(xié)議送到監(jiān)控中心綁定公網(wǎng)固定IP的路由服務器上，醫(yī)院中心工作站通過對發(fā)送過來的數(shù)據(jù)實行統(tǒng)一的控制管理.

圖1 總系統(tǒng)組成框圖

3 ECG監(jiān)護系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)

ECG監(jiān)護系統(tǒng)主要由兩部分構成：（1）CDMA移動便攜式終端系統(tǒng)，該監(jiān)護儀表放在病人口袋中來獲取患者的遠程ECG數(shù)據(jù).（2）醫(yī)院監(jiān)護中心系統(tǒng)，該系統(tǒng)使醫(yī)生能對病人的心電數(shù)據(jù)進行遠程實時監(jiān)護.

3.1 串行通信協(xié)議設計

在本系統(tǒng)中，心電模塊與主控模塊采用了主/從機的模型，它們之間的通信是通過串行口進行的，串行端口在該系統(tǒng)下屬于流接口設備，它是串行設備接口的常規(guī)I/O驅動程序調用和與通信相關的具體函數(shù)的結合.通信協(xié)議是多臺相同或者不同類型的計算機進行信息交換時需遵守的一套規(guī)定.協(xié)議是通信雙方一致同意并嚴格遵守的規(guī)程，它規(guī)定計算機怎樣通信，并給出連接網(wǎng)絡和通過這些連接進行路由選擇和信息傳輸?shù)募s定.為確保通信順暢、容錯和抗干擾的需要，本文規(guī)定了主從控模塊的通信協(xié)議.通信協(xié)議包括同步碼、地址碼、信息碼、有效數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)四部分.串口通信主要包括串口初始化，串口配置，串口的讀寫操作以及關閉串口四個部分.

主代碼如下：

m_ctrlComm.SetSettings("9600,n,8,1"); //波特率9600，無校驗，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位

m_ctrlComm.SetInputMode(1);//1：表示以二進制方式檢取數(shù)據(jù)

m_ctrlComm.SetRThreshold(1);//串口接收緩沖區(qū)中有1個字符就引發(fā)接收OnComm事件

m_ctrlComm.SetInputLen(0);//設置當前接收區(qū)數(shù)據(jù)長度為0

m_ctrlComm.GetInput();//先預讀緩沖區(qū)以清除殘留數(shù)據(jù)

圖2 心電模塊與主控模塊串口通信

3.2 Winsock網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸

網(wǎng)絡傳輸部分用于傳送遠程用戶發(fā)送的數(shù)據(jù).包括遠程用戶的連接、ECG數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?對于遠程診斷系統(tǒng)，傳輸數(shù)據(jù)的正確性是非常重要的.FTP數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢是可以可靠高效地傳送數(shù)據(jù)，尤其是大數(shù)據(jù)量的網(wǎng)絡傳輸，F(xiàn)TP數(shù)據(jù)傳輸方式更加顯出其優(yōu)勢，可以充分利用網(wǎng)絡帶寬，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸.但對于ECG遠程診斷來說，F(xiàn)TP方式也存在一定缺點.主要是FTP方式實時性不好，無法實現(xiàn)ECG波形的實時顯示.FTP方式是基于文件的數(shù)據(jù)傳輸方式，所以ECG數(shù)據(jù)首先要保存到一個文件中，再把這個文件傳輸?shù)竭h端服務器上.必須等文件傳輸完畢，才能在服務器顯示出ECG波形[5].

圖3 醫(yī)院遠程心電工作站服務器

圖4 移動便攜端客戶端

為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性.采用了基于Winsock的客戶機/服務器數(shù)據(jù)傳輸方式.Winsock數(shù)據(jù)傳輸方式的優(yōu)勢是實時性好，這樣采集的ECG數(shù)據(jù)可實時傳輸?shù)椒掌魃希瑴y試結果表明這種方法數(shù)據(jù)傳輸可靠，效果良好.

3.3 人機界面

3.3.1 移動便攜終端

病人只要輕輕點擊按鈕即可，導聯(lián)選擇用于選擇心電導聯(lián)，有I,II,III，C,avR,avL,avF.通常情況下，默認的導聯(lián)選擇為I導聯(lián).使用時，只需點擊“ECG采集”按鍵即可，ECG波形就顯示在LCD上；點擊“遠程傳輸”，ECG數(shù)據(jù)就會自動傳輸?shù)竭h端服器上，由醫(yī)院工作站醫(yī)生負責診斷.

圖5 移動便攜終端界面

3.3.2 醫(yī)院工作站

醫(yī)院工作站采用數(shù)據(jù)庫存儲病歷，便于調閱病人心電數(shù)據(jù)，方便會診，積累病人資料.遠程心電實時傳輸系統(tǒng).本程序一開始，系統(tǒng)便自動處于監(jiān)聽狀態(tài).當病人向醫(yī)院監(jiān)護中心發(fā)送心電數(shù)據(jù)時，程序將實時顯示病人ECG波形和病人基本信息（如姓名，性別，年齡，ECG參數(shù)等）.此傳輸系統(tǒng)是基于TCP/IP網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，實現(xiàn)了可靠的網(wǎng)絡傳輸，不會出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)現(xiàn)象.

圖6 醫(yī)院工作站界面

圖7 病人基本信息

圖8 醫(yī)院工作站病人的ECG信號顯示

4 結束語

本文提出的系統(tǒng)是把傳統(tǒng)的心電監(jiān)護設備和現(xiàn)代3G網(wǎng)絡無線通信技術結合起來.實現(xiàn)了心電數(shù)據(jù)采集和中心監(jiān)護站的無線通信.實現(xiàn)了就地采集，無線傳輸?shù)裙δ?測試結果表明，通過CDMA網(wǎng)絡傳輸能把病人的ECG、體溫、血壓等生理指標并存儲在醫(yī)院監(jiān)護中心，數(shù)據(jù)采集質量、網(wǎng)絡傳輸速度和穩(wěn)定性較好，能滿足病人隨時隨地監(jiān)護的需求.

〔1〕S.Mahapatra,B.Lin,P.J.Wang,N.Estes,M.K.Hammond,M.S.Link,A,AL-Ahmad,Extracting Concealed Atrial Premature Contractions from Ambulatory Holter Data Using a PC-Based System [J],Computersin Cardiology,31(2004)409-411.

〔2〕R.S.H.Istepanian,B.Woodward and C.I.Richards,Advances in Telemedicine using mobile communications[J],EMBS2001,3556-3558.

〔3〕王鴻鵬，閆曉偉，楊孝宗.基于CDMA1X的遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)的研究與設計[J].計算機工程與設計.2006（18）：3324-3327.

〔4〕王運鑫，和衛(wèi)星，薛海濤等.基于ARM7的新型嵌入式心電監(jiān)護儀的研制 [J].微計算機信息.2006（35）：97-99.

〔5〕胡賓.基于無線通訊網(wǎng)絡的遠程心電遠程監(jiān)護系統(tǒng)研究[D].天津大學，2003.

TH772

A

1673-260X（2012）08-0070-03

福建省科技廳重大項目（2011H6022）