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        心電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆椒ㄑ芯?/h1>
        2012-11-27 03:08:42王勝軍艾育華鄭峰候明揚(yáng)沈增貴劉曼芳耿仁文
        中國醫(yī)療設(shè)備 2012年12期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)格式心電監(jiān)護(hù)心電

        王勝軍,艾育華,鄭峰,候明揚(yáng),沈增貴,劉曼芳,耿仁文

        南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院,a.設(shè)備器材科;b.信息科;c.院辦,廣東 廣州 510515

        1 研究背景

        隨著人類社會健康觀念更新、疾病譜改變、老齡化社會到來及醫(yī)學(xué)模式的轉(zhuǎn)變,以醫(yī)院為中心的模式必然會回歸到以預(yù)防為主、以社區(qū)醫(yī)療(含家庭和個人保?。橹行牡哪J缴蟻韀1]。這對醫(yī)療儀器的研究和設(shè)計者提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

        近年來,心臟病的發(fā)病率和死亡率不斷上升,已成為威脅人類生命健康的主要疾病。心電圖(ECG)檢查是與心臟病作斗爭的重要手段?;鶎俞t(yī)院由于醫(yī)療水平所限,難以滿足當(dāng)?shù)夭』紝τ谛呐K病診療的需求。而大型醫(yī)院的資源有限,無法做到對眾多可疑的心臟病人同時實(shí)行有效的監(jiān)護(hù),且一般病人也無法承擔(dān)在院長期監(jiān)護(hù)的高額費(fèi)用。因此,建立可有效延伸到鄉(xiāng)鎮(zhèn)、社區(qū)等基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)和家庭的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)與救治體系,是提高心血管疾病防治水平的有效途徑。

        對于社區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)與中小市縣醫(yī)療機(jī)構(gòu),無論從國內(nèi)外成功案例、研究成果以及未來發(fā)展趨勢看,毫無疑問將在整個醫(yī)療體系中發(fā)揮越來越大的作用。這主要體現(xiàn)在四個方面:一是隨著社區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)與中小市縣醫(yī)護(hù)人員和網(wǎng)點(diǎn)的增多,使老百姓易于就近獲得醫(yī)療服務(wù);二是隨著社區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)與中小市縣醫(yī)護(hù)人員的醫(yī)療水平得到穩(wěn)步提高,使老百姓信任并自愿選擇就近醫(yī)療;三是對術(shù)后患者的康復(fù)護(hù)理治療,社區(qū)醫(yī)護(hù)具有天然優(yōu)勢,可使老百姓主動接受社區(qū)醫(yī)護(hù)服務(wù);四是隨著我國老齡社會的來臨,越來越多的老年人必然依靠社區(qū)醫(yī)護(hù)服務(wù)。這對心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)提出了新的要求。

        許多研究者對遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)進(jìn)行了研究[2-6],其主要內(nèi)容是采集心電數(shù)據(jù)、通過GPRS或CDMA發(fā)送到心電監(jiān)護(hù)中心,監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行診斷后再將反饋信息發(fā)送回采集終端。劉星等人[4]的研究還用到了PDA,心電采集終端把數(shù)據(jù)以藍(lán)牙方式發(fā)送到PDA,PDA再通過GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。這些研究所用到的心電數(shù)據(jù)格式是自定義的,數(shù)據(jù)格式的不同使心電終端與其他監(jiān)護(hù)中心、各個監(jiān)護(hù)中心之間的數(shù)據(jù)交換成為一個問題。

        為了解決基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)與大型醫(yī)院之間遠(yuǎn)程醫(yī)療中ECG數(shù)據(jù)的傳輸問題,我們的方案是從心電圖機(jī)提取病人的ECG數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式,通過醫(yī)院的圖片存檔及通信系統(tǒng)(PACS)和遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)服務(wù)器,發(fā)送到大型醫(yī)院的監(jiān)護(hù)中心;監(jiān)護(hù)中心建有數(shù)據(jù)庫,可以存貯病人的數(shù)據(jù),醫(yī)生可通過網(wǎng)頁瀏覽、注釋,病人可通過網(wǎng)頁查詢。

        2 主流ECG數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的對比

        目前,主流心電圖機(jī)采用的數(shù)據(jù)格式主要有SCPECG、HL7 aECG和DICOM。DICOM可實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像信息的處理、保存和傳輸?shù)裙δ?,并且?3.0 版起支持 ECG、血液動力學(xué)和電生理學(xué)波形數(shù)據(jù)的管理,但沒有一個具有普遍性的波形數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn),如還未實(shí)現(xiàn)對 ECG 的標(biāo)準(zhǔn)操作程序,因此使系統(tǒng)的擴(kuò)展復(fù)雜化[7]。

        SCP-ECG是一種專為傳輸存儲標(biāo)準(zhǔn)ECG數(shù)據(jù)而制定的協(xié)議,其目的是使得不同廠家生產(chǎn)的心電圖機(jī)之間以及數(shù)字心電圖機(jī)和心電數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)ECG數(shù)據(jù)交換和傳輸。2002年歐盟正式批準(zhǔn)SCP-ECG成為醫(yī)療設(shè)備通訊的國際標(biāo)準(zhǔn)(EN ISO 11073)的一部分[8]。

        SCP-ECG 定義了用于交換的心電數(shù)據(jù)的內(nèi)容和格式,用于控制不同工作站和用戶間的數(shù)據(jù)流的查詢;用于控制消息以及在數(shù)字心電圖機(jī)和 ECG 管理系統(tǒng)間的低層傳輸協(xié)議,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的大比例壓縮(無損、有損均可),對于心電的處理和傳輸非常成功,但它不具備對其他信息的標(biāo)準(zhǔn)化功能。SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)立為心電信息的交流奠定了基礎(chǔ),由于心電信息種類十分繁雜龐大,SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)到目前為止并不完善,因為它只支持靜態(tài)心電信息,不支持信號平均心電即晚電位信息,不支持動態(tài)心電信息(HOLTER)和運(yùn)動心電信息(Exercise ECG)等。

        HL7 的主要目的是要發(fā)展各型醫(yī)療信息系統(tǒng)間的通訊,是臨床、銀行、保險、管理、行政及檢驗等各項電子資料的通訊標(biāo)準(zhǔn)。HL7 通信協(xié)議匯集了不同廠商用來設(shè)計應(yīng)用軟件之間界面的標(biāo)準(zhǔn)格式,它允許各個醫(yī)療機(jī)構(gòu)不同的系統(tǒng)之間進(jìn)行重要資料的通信。HL7心電圖注釋標(biāo)準(zhǔn)(HL7 Annotation ECG,HL7 aECG)是HL7工作組響應(yīng)美國FDA對于ECG波形和注釋信息交流標(biāo)準(zhǔn)的要求,在2004年1月通過的ECG通信標(biāo)準(zhǔn),也叫FDA XML格式。

        HL7 aECG采用XML作為數(shù)據(jù)存儲格式,提供了包括心電圖波形和注釋信息在內(nèi)的心電信息表達(dá)、存儲標(biāo)準(zhǔn)。XML是可擴(kuò)展的標(biāo)記語言,是一套定義語義標(biāo)記的規(guī)則。用戶可以根據(jù)需要定義自己的標(biāo)記。雖然這些標(biāo)記在意義上具有相當(dāng)?shù)撵`活性,但這些標(biāo)記必須根據(jù)某些通用或特定的原理來創(chuàng)建,HL7 aECG標(biāo)準(zhǔn)正是規(guī)定了創(chuàng)建用于存儲ECG數(shù)據(jù)的XML標(biāo)記的原理,并且詳細(xì)說明了這些標(biāo)記的意義。HL7 aECG標(biāo)準(zhǔn)通過提供XML schema文件來規(guī)定數(shù)據(jù)文件中元素的組織結(jié)構(gòu),并在使用說明文檔中詳細(xì)介紹了各元素代表的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

        HL7 aECG XML schema文件定義了元素組織結(jié)構(gòu)參見相關(guān)文獻(xiàn)[9]。

        通過對以上幾種主要醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中 ECG 信號標(biāo)準(zhǔn)的比較分析,綜合考慮其可拓展性和可行性及DICOM標(biāo)準(zhǔn)在醫(yī)院PACS系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,為了與其對接并最大限度地利用已有資源,選用DICOM標(biāo)準(zhǔn)作為遠(yuǎn)程ECG數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

        3 ECGToolkit簡介

        ECGToolkit是開源的軟件工具,可以完成ECG數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、查看、打印,并具有與醫(yī)院PACS通信的功能。它是使用C# net 1.1和2.0開發(fā)的,支持的ECG數(shù)據(jù)格式包括SCP-ECG、DICOM和HL7 aECG等。

        在上述功能中,都用到項目ECGConversion,它的功能是完成不同ECG數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。在ECGConversion中,有IECGReader抽象類,用于讀取某種ECG,它定義了Read()方法,返回格式為IECGFormat。對于不同的數(shù)據(jù)格式,重寫了相應(yīng)的類和方法(圖 1)。如SCPReader、RawECGReader、UnknownECGReader(讀取所支持格式的類),都重寫了Read()方法。

        類似地,不同的數(shù)據(jù)格式也重寫了抽象類IECGFormat,得到了 SCPFormat 、RawECGFormat、 CSVFormat等類(圖2),用來存貯讀取的ECG數(shù)據(jù),并將其解析為標(biāo)準(zhǔn)格式。這些Format類要選擇如下接口:ISignal, IDemographic,IDiagnostic, IGlobalMeasurement,分別用來完成ECG波形數(shù)據(jù)、病人/醫(yī)療機(jī)構(gòu)相關(guān)信息、診斷信息、ECG測量信息的標(biāo)準(zhǔn)解析。

        在進(jìn)行ECG數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換時,先將源文件讀入,成為一個Format對象(如SCP-ECG文件讀入為SCPFormat對象),由Convert類將其轉(zhuǎn)換為目標(biāo)Format對象,再生成對應(yīng)的文件。

        在項目ECGConversion中,可完成RAW(原始數(shù)據(jù))、CSV(Excel數(shù)據(jù))和SCP-ECG數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。ECGToolkit中,擴(kuò)展了3個項目:將HL7 aECG、DICOM和PDF也擴(kuò)展為可轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)格式。

        如 上 所 述,ECGToolkit可 將 RAW、CSV、SCP-ECG、aECG、DICOM和PDF等格式的ECG數(shù)據(jù)互相轉(zhuǎn)換。對于不在上述格式范圍內(nèi)的特定廠家的心電數(shù)據(jù),需開發(fā)專用的項目,來完成這個功能。

        4 將MAC5500心電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為HL7 aECG格式的方法

        MAC5500的數(shù)據(jù)采用XML文件存貯,其格式不屬于上述6種格式,要將其轉(zhuǎn)換為DICOM格式,我們開發(fā)了專用的項目MAC。

        4.1 從MAC5500心電圖機(jī)獲取ECG數(shù)據(jù)

        (1)建立心電圖機(jī)與PC機(jī)之間的串口連接,PC機(jī)做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。

        (2)在MAC5500上選擇串口傳輸方法后,選擇要傳輸?shù)牟∪说奈募?,然后發(fā)送。

        (3)PC機(jī)即可接收到ECG數(shù)據(jù)文件。

        4.2 ECG數(shù)據(jù)文件的解析與轉(zhuǎn)換

        為了以DICOM格式發(fā)送文件,需對得到的ECG數(shù)據(jù)文件進(jìn)行解析和轉(zhuǎn)換。

        MAC5500有 restecg.dtd、restecgfield.dtd、I2.dtd和I2FIELD.dtd等文件,用于規(guī)定XML數(shù)據(jù)文件的格式。DTD文件實(shí)際上可以看作一個或多個XML文件的模板,這些XML文件中的元素、元素的屬性、元素的排列方式/順序、元素能夠包含的內(nèi)容等,都必須符合DTD中的定義。XML文件中的元素,是根據(jù)我們應(yīng)用的實(shí)際情況來創(chuàng)建的。ECG數(shù)據(jù)文件的解析和轉(zhuǎn)換過程,實(shí)際就是在MAC5500 XML文件中找到標(biāo)記,提取出被標(biāo)記的內(nèi)容,生成MACFormat對象(MACFormat類是IFormat抽象類的子類),然后由Convert類將其轉(zhuǎn)換為DICOM格式(實(shí)際上可以與上述6種格式任意互相轉(zhuǎn)換)。

        值得注意的是,MAC5500的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行了BASE64的編碼,在完成ISignal接口對心電數(shù)據(jù)進(jìn)行解析時需對其進(jìn)行相應(yīng)的解碼,再將兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)按照低字節(jié)、高字節(jié)的順序合成一個數(shù)據(jù)。把BASE64編碼的心電字符串string解碼為數(shù)組的流程如下:

        (1)查找并去除string中的 “ ”“ ”“s” ;

        (2)獲取string中“=”之前的部分;

        (3)依次取出string中的單個字符,查BASE64編碼表,得到6位二進(jìn)制數(shù),轉(zhuǎn)換為布爾數(shù)組,并將其反向;

        (4)將上述布爾數(shù)組拼接在一起;

        (5)每次取出8個布爾值,反向,轉(zhuǎn)換成整數(shù),形成U8數(shù)組;

        (6)每次取出兩個整數(shù),按低8位,高8位形成一個I16整數(shù),形成I16數(shù)組。

        經(jīng)過上述的解析和轉(zhuǎn)換后,得到的DICOM格式的心電數(shù)據(jù)可以用來進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸和心電波形再現(xiàn)。

        5 結(jié)束語

        遠(yuǎn)程心電傳輸是目前的研究熱點(diǎn),為了便于不同系統(tǒng)的對接、交流,選擇并且兼容標(biāo)準(zhǔn)的心電數(shù)據(jù)格式非常重要。本研究綜合了各標(biāo)準(zhǔn)本身的性能及其應(yīng)用的廣泛程度,選擇了DICOM作為標(biāo)準(zhǔn)。開源軟件ECGToolkit具有開放的架構(gòu),適宜作為相關(guān)開發(fā)的平臺,我們在這個平臺上開發(fā)了針對MAC5500心電圖機(jī)的MAC項目,完成了心電的提取、轉(zhuǎn)換和傳輸,達(dá)到了預(yù)期的效果。

        [1]鄧親愷.現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計原理[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

        [2]焦騰,董秀珍,張坤,等.基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[J].電子工程師,2008,34(11):78-80.

        [3]李婧,劉知貴,李彬.遠(yuǎn)程心電監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2008,31(15):107-110.

        [4]劉星,陳希超,汪覺民,等.遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2007,28(11):55-56.

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        [6]王美霞,李章勇.基于GPRS的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研制[J].中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,2006,23(6):434-436.

        [7]曹玉珍,劉挺,余輝.應(yīng)用 HL7 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)交互[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用,2009,45(9):74-76.

        [8]邱四海,曾永華.心電數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式的分析[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)進(jìn)展,2010,31(2):63-67.

        [9]Brown B D,Badilini F.HL7 aECG implementation suide[EB/OL](2005-09-26)[2012-07-31].Http://www.amps-lie.com/UsefulDocs/aECG_Implementation_Gmde.pdf.

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