基于移動平臺的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化動態(tài)心電應(yīng)用與研究

武慶博

滄州市中心醫(yī)院信息化建設(shè)辦公室，河北滄州 061000

心臟常規(guī)監(jiān)察中應(yīng)用心電圖，監(jiān)測心臟內(nèi)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(dǎo)意義，另外還可以輔助觀測心臟瓣膜、心肌功能等[1-2]。 傳統(tǒng)醫(yī)療多采用心電圖機反映心電圖，當(dāng)今多數(shù)醫(yī)院多便攜式、多參數(shù)監(jiān)測儀，醫(yī)生需要在一定計算后才能得到準(zhǔn)確心電參數(shù)，從而做出分析、診斷[3]。 傳統(tǒng)設(shè)備及醫(yī)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(tài)心電圖能實現(xiàn)24 h 實時監(jiān)測，且便攜性較好，解決了傳統(tǒng)設(shè)備的部分問題。但面對動態(tài)監(jiān)測龐大的數(shù)據(jù)量和醫(yī)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(tài)心電監(jiān)測設(shè)備。 基于此，近幾年國內(nèi)許多學(xué)者開始研究可穿戴式的監(jiān)護儀，并研發(fā)了手機等移動終端應(yīng)用，以簡單操作[4]。但目前該領(lǐng)域的研究尚不能真正適應(yīng)臨床環(huán)境。基于此，需要廣大研究者進一步深入研究和實現(xiàn)移動化、網(wǎng)絡(luò)化強的心電監(jiān)測設(shè)備。

1 國內(nèi)外研究關(guān)于動態(tài)心電應(yīng)用的研究現(xiàn)狀

國外關(guān)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(shè)備開展的，如日本歐姆龍醫(yī)療公司、德國TMS 醫(yī)學(xué)公司的網(wǎng)絡(luò)移動心電監(jiān)護設(shè)備。而國內(nèi)對此項心電應(yīng)用的監(jiān)測設(shè)備和終端設(shè)備的研究較為多元，已在臨床應(yīng)用的有邁瑞TMS.6016、北京超思MD100A1、寶萊特M800 等遠(yuǎn)程移動監(jiān)護儀，一些是針對醫(yī)院設(shè)計的，一些則是偏向于家庭監(jiān)測方向。

近年來，移動通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)相結(jié)合的研究和實踐，為精密醫(yī)療電子設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護創(chuàng)造了更多的可能性，掌上電腦、手機等便攜設(shè)備都能作為終端設(shè)備，監(jiān)測前端的設(shè)備也更多元和人性化，如利用織物電極技術(shù)打造舒適的穿戴式設(shè)備，為患者提供了更人性化的服務(wù)和更準(zhǔn)確高效的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測。整個系統(tǒng)結(jié)合基于生理參數(shù)設(shè)計的傳感器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及終端信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，能實現(xiàn)動態(tài)心電圖的實時移動監(jiān)測和管理。

國內(nèi)許多高科研所在移動醫(yī)療背景下，積極投入人力、資金進行相關(guān)醫(yī)療參數(shù)設(shè)備的研究，張元亭教授利用特殊服飾實現(xiàn)了生理信息的采集，并利用網(wǎng)絡(luò)傳輸至手機等移動終端和醫(yī)療服務(wù)器中，可穿戴醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備在我國首次實現(xiàn)，推動了醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備向便攜穿戴、移動化發(fā)展。華中理工大教師鄒雪城等人也研發(fā)了以智能手機為終端的監(jiān)測設(shè)備。

縱觀國內(nèi)的研究和目前相關(guān)設(shè)備的市場，發(fā)現(xiàn)基于手機移動系統(tǒng)的穿戴監(jiān)護產(chǎn)品多用于家庭護理，如邁瑞Mr.Wear、泰控心儀，能夠為患者實現(xiàn)準(zhǔn)確性較高的生理監(jiān)測，提供數(shù)據(jù)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(chǎn)品實現(xiàn)商業(yè)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(jù)用戶需求提供更智能、準(zhǔn)確的生理監(jiān)測服務(wù)。

2 基于移動平臺的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化動態(tài)心電應(yīng)用的總體設(shè)計方案研究

整個心電監(jiān)測系統(tǒng)，由監(jiān)測終端、移動設(shè)備、應(yīng)用平臺組成，監(jiān)測終端與用戶“連結(jié)”，醫(yī)生通過移動設(shè)備端的應(yīng)用進行實時心電監(jiān)測和分析。可穿戴針織設(shè)備為當(dāng)下熱門的研究方向，通過針織電極導(dǎo)聯(lián)，與人體體表接觸接收心電信號，設(shè)備前端采樣后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測設(shè)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(yī)生根據(jù)需求可從移動終端接收相應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)鏈接方式多為藍(lán)牙傳輸。以上即是移動動態(tài)應(yīng)用的常見工作流程，在設(shè)計監(jiān)測終端、移動終端、數(shù)據(jù)連接等子系統(tǒng)時，需要根據(jù)子系統(tǒng)工作要求進行整體設(shè)計。

監(jiān)測終端的設(shè)計與實現(xiàn)，需要考慮其高噪的工作環(huán)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(zhì)量并考慮實時監(jiān)測的要求，可采用低功耗但速率高的藍(lán)牙4.0 通信技術(shù)。 此外，監(jiān)測終端中要重視主控模塊、存儲模塊、傳輸模塊的選擇和設(shè)計，主控模塊控制整個系統(tǒng)，系統(tǒng)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(shù)據(jù)，電源管理可采用鋰電池為系統(tǒng)提供持續(xù)穩(wěn)定的電力。

3 基于移動平臺的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化動態(tài)心電應(yīng)用的監(jiān)測前端設(shè)計研究

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

3.1 采集模塊的設(shè)計研究

為降低能耗、穩(wěn)定采集，可選用美國ADS1298 等芯片，該芯片集成8 個24 位的 DAC 轉(zhuǎn)換部件,可實現(xiàn)導(dǎo)聯(lián)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(yōu)點，有利于縮小主控前端檢查的體積。 芯片內(nèi)部右腿驅(qū)動電路、電極脫落檢測等,能減小信號干擾，實現(xiàn)脫落報警。

3.2 阻抗信號采集模塊研究

穿戴式監(jiān)測前端在實際運用時，會因用戶運動、勞動等活動產(chǎn)生運動偽跡，影響心電信號的采集質(zhì)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(fù)雜、耗時長等問題。因此可采用自適應(yīng)的濾波器，雖然該項技術(shù)尚在研究和發(fā)展中，但設(shè)計便捷、計算量小等特點，應(yīng)用在穿戴式的心電監(jiān)測前端中能實現(xiàn)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(shù)據(jù)量大，普通串口通信無法實現(xiàn)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(guān)驅(qū)動即可實現(xiàn)監(jiān)測端和移動端的數(shù)據(jù)傳輸。

4 基于移動平臺的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化動態(tài)心電應(yīng)用移動終端研究

4.1 移動端軟件需求分析

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

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和實際需求設(shè)計軟件，心電應(yīng)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(lán)牙技術(shù)與穿戴設(shè)備進行連接，將前端采集的數(shù)據(jù)快速傳遞給軟件系統(tǒng)。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(yī)護人員快速分析、及時處理，通過數(shù)據(jù)分析可為用戶提供用藥指導(dǎo)或習(xí)慣引導(dǎo)。③異常報警，心臟驟停、心肌梗死等為異常情況，需要醫(yī)護人員快速趕赴現(xiàn)場采取相應(yīng)處理，因此需要具有相應(yīng)情況的報警功能。④管理系統(tǒng)，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(yī)療設(shè)備逐漸趨于“互聯(lián)網(wǎng)+”模式，為了豐富用戶的體驗，需在應(yīng)用中設(shè)計與醫(yī)療咨詢?nèi)藛T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(jié)構(gòu)

基于Android 應(yīng)用的心電監(jiān)護程序，需要包括藍(lán)牙通信、心電分析、管理、輔助功能等需求。因此界面設(shè)計時需首先考慮相應(yīng)的4 個模塊：①通信模塊，要求與監(jiān)測端完成順暢的藍(lán)牙配對，穩(wěn)定快速地傳輸心電數(shù)據(jù)，并在查閱的同時實時存儲。②分析模塊，要求從反饋數(shù)據(jù)中快速分析，首先監(jiān)測突發(fā)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(jiān)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(shè)計有心血管疾病相關(guān)的網(wǎng)頁資訊和自動反饋功能，幫助用戶科學(xué)認(rèn)識疾病，掌握相關(guān)健康知識[7-9]。

綜上所述，現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備急需要向信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，以降低醫(yī)療行業(yè)的壓力，為個人用戶提高準(zhǔn)確、便捷的醫(yī)療輔助。 該文主要研究了基于穿戴式監(jiān)測前端和Android 移動端軟件實現(xiàn)移動監(jiān)測功能的動態(tài)心電系統(tǒng)，但許多硬件尚在開發(fā)中，該文也缺乏深入的設(shè)計研究，因此還有很大改良空間，在后續(xù)研究中，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)深入細(xì)化研究系統(tǒng)設(shè)計方案，并加強對監(jiān)測前端的研究。