林金忠

（莆田學(xué)院 電子信息工程系，福建 莆田 351100）

基于CDMA移動(dòng)終端的遠(yuǎn)程ECG診斷系統(tǒng)研究

林金忠

（莆田學(xué)院 電子信息工程系，福建 莆田 351100）

從實(shí)時(shí)性、高質(zhì)量低成本和患者的活動(dòng)范圍受限等需求出發(fā)，本文提出一種基于CDMA移動(dòng)終端的遠(yuǎn)程ECG診斷系統(tǒng)，給出了移動(dòng)便攜終端和醫(yī)院工作站的軟件設(shè)計(jì).該系統(tǒng)內(nèi)部采用帶有TCP/IP棧的CDMA無線通信模塊作為通信設(shè)備，通過CDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸病人的ECG、體溫、血壓等生理指標(biāo)并存儲(chǔ)在醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心.結(jié)果測(cè)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(shí)隨地監(jiān)護(hù)的需求.

ECG；CDMA移動(dòng)終端；醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心;TCP/IP

1 引言

遠(yuǎn)程醫(yī)療是醫(yī)療技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)科技相結(jié)合的產(chǎn)物，隨著我國經(jīng)濟(jì)的訊速發(fā)展、科技的進(jìn)步以及進(jìn)入老齡化社會(huì)的需要，發(fā)展遠(yuǎn)程醫(yī)療已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì).國內(nèi)現(xiàn)有的心電監(jiān)護(hù)終端(基于Internet的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù))存在實(shí)時(shí)性差、患者的活動(dòng)空間受限，不能做到實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)[1,2].基于以上分析，本文提出了一種基于CDMA移動(dòng)終端的遠(yuǎn)程ECG診斷系統(tǒng).

該系統(tǒng)是充分利用Internet網(wǎng)絡(luò)的普及性和CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋的廣泛性，實(shí)時(shí)地從便攜終端監(jiān)護(hù)儀獲取遠(yuǎn)程ECG數(shù)據(jù)，其實(shí)現(xiàn)原理是當(dāng)病人需要監(jiān)測(cè)他的心電信號(hào)時(shí)，打開CDMA移動(dòng)便攜端監(jiān)護(hù)儀就可以實(shí)時(shí)獲取ECG數(shù)據(jù).通過CDMA網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程ECG信號(hào)被傳送到醫(yī)院現(xiàn)有Internet網(wǎng)絡(luò)上，然后通過Internet網(wǎng)絡(luò)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(dá)相應(yīng)醫(yī)生，醫(yī)生能夠?qū)崟r(shí)回傳到CDMA便攜端移動(dòng)監(jiān)護(hù)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(guān)信息，進(jìn)行綜合診斷，給出診斷結(jié)果，獲得醫(yī)生的專業(yè)指導(dǎo).它即可用于遠(yuǎn)程急救，也可用于家庭遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，具有重要的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)論價(jià)[3,4].

2 CDMA無線網(wǎng)絡(luò)概述

基于CDMA網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程ECG診斷系統(tǒng)由便攜式終端系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)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?shí)時(shí)性，選擇CDMA模塊實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng).當(dāng)病人需要傳輸信號(hào)時(shí)，首先通過CDMA模塊撥號(hào)上網(wǎng)，然后登錄遠(yuǎn)程醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心服務(wù)器，在通過身份認(rèn)證后即可以上傳文件的方式將病人的ECG信號(hào)傳輸給監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行詳細(xì)的診斷.

無線網(wǎng)絡(luò)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(dāng)?shù)谻DMA基站中的CDMA 1x業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信,并進(jìn)CDMA網(wǎng)絡(luò),然后通過CDMA網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互.

首先心電信號(hào)通過導(dǎo)聯(lián)線送入緩沖放大器，通過導(dǎo)聯(lián)選擇器切換導(dǎo)聯(lián).傳感器輸出信號(hào)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(hào)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊處理后，由無線傳輸模塊CDMA模塊依次進(jìn)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(luò)，通過網(wǎng)關(guān)和路由，最后經(jīng)由Internet網(wǎng)絡(luò)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(wù)器上，醫(yī)院中心工作站通過對(duì)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一的控制管理.

圖1 總系統(tǒng)組成框圖

3 ECG監(jiān)護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

ECG監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成：（1）CDMA移動(dòng)便攜式終端系統(tǒng)，該監(jiān)護(hù)儀表放在病人口袋中來獲取患者的遠(yuǎn)程ECG數(shù)據(jù).（2）醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心系統(tǒng)，該系統(tǒng)使醫(yī)生能對(duì)病人的心電數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù).

3.1 串行通信協(xié)議設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，心電模塊與主控模塊采用了主/從機(jī)的模型，它們之間的通信是通過串行口進(jìn)行的，串行端口在該系統(tǒng)下屬于流接口設(shè)備，它是串行設(shè)備接口的常規(guī)I/O驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用和與通信相關(guān)的具體函數(shù)的結(jié)合.通信協(xié)議是多臺(tái)相同或者不同類型的計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交換時(shí)需遵守的一套規(guī)定.協(xié)議是通信雙方一致同意并嚴(yán)格遵守的規(guī)程，它規(guī)定計(jì)算機(jī)怎樣通信，并給出連接網(wǎng)絡(luò)和通過這些連接進(jìn)行路由選擇和信息傳輸?shù)募s定.為確保通信順暢、容錯(cuò)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(yàn)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(guān)閉串口四個(gè)部分.

主代碼如下：

m_ctrlComm.SetSettings("9600,n,8,1"); //波特率9600，無校驗(yàn)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位

m_ctrlComm.SetInputMode(1);//1：表示以二進(jìn)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(gè)字符就引發(fā)接收OnComm事件

m_ctrlComm.SetInputLen(0);//設(shè)置當(dāng)前接收區(qū)數(shù)據(jù)長度為0

m_ctrlComm.GetInput();//先預(yù)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(luò)數(shù)據(jù)傳輸

網(wǎng)絡(luò)傳輸部分用于傳送遠(yuǎn)程用戶發(fā)送的數(shù)據(jù).包括遠(yuǎn)程用戶的連接、ECG數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?對(duì)于遠(yuǎn)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(shì)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(luò)傳輸，F(xiàn)TP數(shù)據(jù)傳輸方式更加顯出其優(yōu)勢(shì)，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸.但對(duì)于ECG遠(yuǎn)程診斷來說，F(xiàn)TP方式也存在一定缺點(diǎn).主要是FTP方式實(shí)時(shí)性不好，無法實(shí)現(xiàn)ECG波形的實(shí)時(shí)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(gè)文件中，再把這個(gè)文件傳輸?shù)竭h(yuǎn)端服務(wù)器上.必須等文件傳輸完畢，才能在服務(wù)器顯示出ECG波形[5].

圖3 醫(yī)院遠(yuǎn)程心電工作站服務(wù)器

圖4 移動(dòng)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(jī)/服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸方式.Winsock數(shù)據(jù)傳輸方式的優(yōu)勢(shì)是實(shí)時(shí)性好，這樣采集的ECG數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器上，測(cè)試結(jié)果表明這種方法數(shù)據(jù)傳輸可靠，效果良好.

3.3 人機(jī)界面

3.3.1 移動(dòng)便攜終端

病人只要輕輕點(diǎn)擊按鈕即可，導(dǎo)聯(lián)選擇用于選擇心電導(dǎo)聯(lián)，有I,II,III，C,avR,avL,avF.通常情況下，默認(rèn)的導(dǎo)聯(lián)選擇為I導(dǎo)聯(lián).使用時(shí)，只需點(diǎn)擊“ECG采集”按鍵即可，ECG波形就顯示在LCD上；點(diǎn)擊“遠(yuǎn)程傳輸”，ECG數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端服器上，由醫(yī)院工作站醫(yī)生負(fù)責(zé)診斷.

圖5 移動(dòng)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(chǔ)病歷，便于調(diào)閱病人心電數(shù)據(jù)，方便會(huì)診，積累病人資料.遠(yuǎn)程心電實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng).本程序一開始，系統(tǒng)便自動(dòng)處于監(jiān)聽狀態(tài).當(dāng)病人向醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心發(fā)送心電數(shù)據(jù)時(shí)，程序?qū)?shí)時(shí)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(luò)傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了可靠的網(wǎng)絡(luò)傳輸，不會(huì)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(hào)顯示

4 結(jié)束語

本文提出的系統(tǒng)是把傳統(tǒng)的心電監(jiān)護(hù)設(shè)備和現(xiàn)代3G網(wǎng)絡(luò)無線通信技術(shù)結(jié)合起來.實(shí)現(xiàn)了心電數(shù)據(jù)采集和中心監(jiān)護(hù)站的無線通信.實(shí)現(xiàn)了就地采集，無線傳輸?shù)裙δ?測(cè)試結(jié)果表明，通過CDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸能把病人的ECG、體溫、血壓等生理指標(biāo)并存儲(chǔ)在醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)傳輸速度和穩(wěn)定性較好，能滿足病人隨時(shí)隨地監(jiān)護(hù)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(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì).2006（18）：3324-3327.

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TH772

A

1673-260X（2012）08-0070-03

福建省科技廳重大項(xiàng)目（2011H6022）