陳海軍，陳婷

1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州510520；2.廣東省食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州 510663

一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的心電監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳海軍1，陳婷2

1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州510520；2.廣東省食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州 510663

本文研究設(shè)計(jì)了一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的心電監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)由心電檢測(cè)裝置、控制報(bào)警單元、GPS模塊、通訊模塊、監(jiān)控中心服務(wù)器軟件、家屬手機(jī)以及4G網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)組成。當(dāng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到心電異常后，通過報(bào)警延遲和取消確認(rèn)進(jìn)行報(bào)警判斷，確認(rèn)報(bào)警后進(jìn)行聲音報(bào)警和短信報(bào)警，同時(shí)控制單元獲取GPS模塊數(shù)據(jù)，連同心電信息一起發(fā)送到通訊模塊，進(jìn)而進(jìn)入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和Internet，最后傳遞到監(jiān)控中心，醫(yī)生、家屬及周邊人群可及時(shí)獲取患者心電信息并組織救援。該裝置對(duì)穿戴者的日?；顒?dòng)影響很低，實(shí)現(xiàn)了低生理、心理負(fù)荷下的全天候健康狀況實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；心電監(jiān)測(cè)；健康監(jiān)護(hù)

隨著人們生活水平的提高，健康監(jiān)護(hù)越來越為人們所重視。家庭個(gè)人監(jiān)護(hù)和社區(qū)醫(yī)療呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)，市場(chǎng)對(duì)基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療監(jiān)測(cè)設(shè)備的需求也不斷增加。

在眾多監(jiān)測(cè)標(biāo)中，長(zhǎng)期的心電監(jiān)測(cè)對(duì)健康狀態(tài)評(píng)估、突發(fā)心血管疾病預(yù)警等具有重要意義。然而，醫(yī)用心電圖機(jī)及心電監(jiān)護(hù)儀體積較大，大多為單機(jī)檢測(cè)或通過有線傳輸模式與醫(yī)院中央站相連，不適用于日常健康或活動(dòng)監(jiān)測(cè)。以可穿戴傳感器為基礎(chǔ)的基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的心電監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)穿戴者的日?；顒?dòng)的影響低，可實(shí)現(xiàn)低生理、心理負(fù)荷下的個(gè)人健康管理和對(duì)患者健康狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。其核心是低功耗、微型的智能傳感器技術(shù)及無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、微負(fù)荷監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸與報(bào)警，較好地解決了生理信號(hào)的有效采集與實(shí)時(shí)傳輸問題，且具有便攜、及時(shí)報(bào)警提醒等功能。該設(shè)備以提供全天候低成本的心電健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)而被用戶廣泛認(rèn)可[1-3]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的心電檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)由心電檢測(cè)裝置、控制報(bào)警單元、GPS模塊、通訊模塊、監(jiān)控中心服務(wù)器軟件、家屬手機(jī)以及4G網(wǎng)絡(luò)和INTERNET網(wǎng)絡(luò)組成。系統(tǒng)架構(gòu)，見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

心電檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)用戶心電信息，并傳遞給控制報(bào)警單元；控制報(bào)警單元對(duì)實(shí)時(shí)心電數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和一定算法處理，當(dāng)判斷用戶心電異常時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警功能提醒用戶及周邊人群，以便獲取現(xiàn)場(chǎng)幫助，同時(shí)獲取GPS數(shù)據(jù)，打包發(fā)送到通訊模塊；通訊模塊通過4G網(wǎng)絡(luò)向用戶家屬手機(jī)發(fā)送通知短信，同時(shí)通過INTERNER網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)護(hù)中心發(fā)出求救信息；監(jiān)護(hù)中心獲取報(bào)警信息和位置信息后，結(jié)合地圖信息，派救護(hù)車前往搶救[4-5]。

1.1 心電檢測(cè)裝置

心電檢測(cè)電路，見圖2。電極采集到的心電信號(hào)，先通過前置放大部分將微弱的心電信號(hào)高度放大，并通過低通濾波、高通濾波及50 Hz陷波濾除干擾，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換供控制單元使用。

圖2 心電檢測(cè)電路

1.2 控制報(bào)警單元

控制報(bào)警單元由單片機(jī)和報(bào)警模塊組成，采用STM32 F103處理器作為控制器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備總體控制、心電信號(hào)異常判斷及現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警功能。

心電檢測(cè)裝置獲取的信號(hào)通過自動(dòng)診斷算法進(jìn)行異常判斷?？紤]到用戶心電異常情況的突發(fā)性及實(shí)時(shí)救助的重要性，增加現(xiàn)場(chǎng)緊急報(bào)警功能。由于人體活動(dòng)過程中的一些動(dòng)作可能會(huì)使心電信號(hào)短時(shí)間超出范圍產(chǎn)生誤報(bào)警，為了保證報(bào)警信號(hào)的可靠性，必須采取修正措施。本設(shè)計(jì)采用二級(jí)報(bào)警處理機(jī)制：報(bào)警延遲和取消確認(rèn)。當(dāng)所測(cè)心電信號(hào)異常時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)；啟動(dòng)定時(shí)器進(jìn)行報(bào)警計(jì)時(shí)，5 s后所測(cè)心電仍然異常，啟動(dòng)震動(dòng)報(bào)警；震動(dòng)報(bào)警持續(xù)10 s未被取消，啟動(dòng)正式報(bào)警。正式報(bào)警包括：① 通過喇叭發(fā)出報(bào)警音，以獲取周邊人員及時(shí)的幫助；② 發(fā)送短信給親屬，通知用戶心電異常信息；③ 獲取用戶位置信息，連同心電數(shù)據(jù)一起打包發(fā)送到監(jiān)控中心，以便醫(yī)生定位前往施救。報(bào)警裝置邏輯流程圖，見圖3[6-8]。

1.3 傳輸監(jiān)控單元

傳輸監(jiān)控單元由無線傳輸模塊、GPS模塊及監(jiān)控中心組成，實(shí)現(xiàn)用戶位置確定、數(shù)據(jù)的無線傳輸和后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。傳輸模塊主要有華為MU736模塊，Sony Ericsson的GR47/48模，西門子MC35系列模塊，Wavcom M1206B模塊等。

由于GPS模塊采用的芯片組不一樣，性能和價(jià)格也有區(qū)別，SIRFIII系列三代芯片組的GPS模塊性能較高，但價(jià)格也要貴很多。本設(shè)計(jì)采用S-98系列GPS模組整合靈敏度高、功耗低，相較SIRFIII芯片組解決方案整體性價(jià)比較更高。

監(jiān)控中心主要包括聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器程序，按無線傳輸協(xié)議進(jìn)行解析和組包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。同時(shí)對(duì)所獲取用戶心電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若需前往救助，則利用GPS獲取的經(jīng)緯度信息，在地圖上進(jìn)行位置標(biāo)注和施救路徑規(guī)劃。監(jiān)控中心需要與外網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)交互。監(jiān)控中心軟件采用Delphi開發(fā)，Delphi被稱為第四代編程語言，和VC、VC++等編程語言相比，Delphi更簡(jiǎn)單、更易于掌握，而在功能上卻絲毫不遜色，集成了多種語言的特點(diǎn)，容易開發(fā)出靈活強(qiáng)大的程序[9-10]。

圖3 報(bào)警裝置邏輯流程圖

2 性能驗(yàn)證

基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的心電檢測(cè)報(bào)警設(shè)備的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，因此本文對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行性能驗(yàn)證試驗(yàn)。服務(wù)器端采用電信ADSL寬帶連接外網(wǎng)。考慮到資源共享，我們采用IP地址（撥號(hào)時(shí)可獲取）+端口（暫定6080）的方式識(shí)別本地計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)置用戶生理參數(shù)及位置數(shù)據(jù)傳輸目的地（醫(yī)生個(gè)人或醫(yī)院的電腦）為服務(wù)器端，即服務(wù)器端路由器IP地址和6080端口；每100 ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)，最大數(shù)據(jù)包長(zhǎng)為512 Byte，串口波特率為115200。

通過對(duì)服務(wù)器上傳輸?shù)目倐鬏斪止?jié)、總丟包數(shù)、總錯(cuò)包數(shù)以及數(shù)據(jù)包最大延時(shí)時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，顯示在連續(xù)傳輸心電包5 min，總傳輸數(shù)據(jù)量為1200000 Byte的情況下，總丟包數(shù)為3個(gè)，總校驗(yàn)和錯(cuò)包數(shù)為0，最大延時(shí)時(shí)間3 s。性能測(cè)試界面，見圖4。

圖4 性能測(cè)試界面

3 討論

研究通過便攜的心電檢測(cè)裝置，結(jié)合單片機(jī)控制、GPS定位、無線通信、軟件編程等技術(shù)開發(fā)出基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的心電監(jiān)測(cè)報(bào)警設(shè)備，利用當(dāng)前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心能夠?qū)崟r(shí)獲取有效的心電數(shù)據(jù)。以實(shí)時(shí)心電數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合報(bào)警延遲和報(bào)警確認(rèn)進(jìn)行防誤報(bào)警處理，在確保心電異常報(bào)警可靠性的同時(shí)，增加了用戶的可操控性，目前該產(chǎn)品處于試驗(yàn)階段，未來會(huì)進(jìn)行臨床應(yīng)用和推廣。

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Design of an Electrocardiograph Monitoring and Alarming System Based on Mobile Network

CHEN Hai-jun1, Chen Ting2
1. Guangdong Food & Drug Vocational College, Guangzhou Guangdong 510520, China; 2. Guangdong Food & Drug Vocational Technical College, Guangzhou Guangdong 510663, China

An Electrocardiograph (ECG) monitoring and alarming system based on mobile network was designed, which was consisted of an ECG detection device, control alarming module, GPS module, communication module, monitoring center server software, family member’s mobile phone, 4G network and Internet network. When the detection device detected an abnormal ECG, the alarm delay and confirm unit would make a determination of the alarming information; audible and SMS (Short Message Service) alarming would be sent after confirmation of the alarming; the control unit would receive GPS data and ECG information at the same time. The data was transferred to the communication module, gradually the mobile network, Internet, and finally sent to the monitoring center. Doctors, family members and the surrounding people could timely access to patient’s ECG information and organize the rescue. The device had low impact on daily activities of the patient, and could realize the real-time monitoring of the whole condition under low physiological and psychological load, which had great value in clinical application and promotion.

mobile network; electrocardiograph monitoring; health monitoring

R318.6

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.08.030

1674-1633(2016)08-0096-03

2016-01-13

作者郵箱：navychen0107@163.com