高危心臟病人遠程實(shí)時(shí)監護系統設計

1 引言

心血管疾病發(fā)病往往十分危急，且病情嚴重、變化迅速，一旦發(fā)作就可能給病人帶來(lái)巨大痛苦、甚至導致暈厥或猝死。尤以冠心病、心肌病、有心律失常病史、心臟性猝死家族史、心臟移植史等病況，具有病發(fā)突然、隨機、高猝死率特點(diǎn)，通常在急性癥狀出現后1小時(shí)內就可能引起死亡，惡性的室性纖顫甚至在12分鐘內引起病人猝死，患有上述嚴重心臟病的患者即為高危心臟病人[1]。因此，如何對高危心臟病人，尤其是占絕大多數的院外患者在病發(fā)前能做出早期診斷，在發(fā)病時(shí)能及時(shí)指導救助人員第一時(shí)間趕到現場(chǎng)實(shí)施救助，是降低院外高危心臟病人群因得不到及時(shí)搶救而導致死亡的發(fā)生率的關(guān)鍵。心電圖是診斷心臟病的常規而有效的手段，高危心臟病患者在暈厥或猝死時(shí)伴隨存在多種高危心電圖表現[2]；利用心電圖的連續動(dòng)態(tài)監護、分析，有助于早期發(fā)現和及時(shí)診斷這類(lèi)疾病。

遠程心電監護在心臟疾病的預防和救治中具有十分重要的作用，目前已引起國內外學(xué)者的高度重視，已先后研制成功了基于PSTN的遠程心電監護系統、院內遙測心電監護系統，以及最新的基于嵌入式移動(dòng)計算設備的遠程移動(dòng)監護系統[3,4]；滿(mǎn)足了對心臟病人進(jìn)行連續動(dòng)態(tài)的遠程心電監護的基本要求。但是，現有的遠程心電監護系統或遠程移動(dòng)心電監護系統在實(shí)際臨床推廣中，尤其是對院外高危心臟病人的監護，仍然存在諸如病人活動(dòng)范圍受限、不具備同時(shí)多人監護功能、不具備病人地理定位功能等不足。

本文針對高危心臟病患者在醫療監護方面的特殊背景及臨床救助要求，研制了一套基于GSM/GPRS無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統及GPS全球衛星定位系統的功能原型，以實(shí)現對院外高危心臟病患者的心電信號進(jìn)行實(shí)時(shí)監測、分析、早期診斷，最大限度防止患者發(fā)生猝死，增強患者的安全感和生活舒適感。

2 工作原理

本文給出的高危心臟病人的遠程實(shí)時(shí)監護系統由遠程移動(dòng)終端和醫院監護中心兩部分組成，一個(gè)醫院監護中心可以同時(shí)監護多個(gè)病人。遠程移動(dòng)終端由患者攜帶在身上，隨時(shí)隨地監護患者的心電信號，并實(shí)時(shí)地將心電數據通過(guò)GSM/GPRS無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )傳送給醫院監護中心，以便醫生及時(shí)診斷。當患者心電出現異常時(shí)，醫院監護中心將自動(dòng)報警并提示值班醫生；同時(shí)，監護中心的GIS系統根據移動(dòng)終端上傳的GPS信息自動(dòng)指示病人目前所處的地理位置。對具有高危心電圖表現和病發(fā)征兆的患者，由值班醫生做出早期診斷并發(fā)出求助指令；救助人員根據指令提供的患者地理位置迅速到達現場(chǎng)實(shí)施救助，最大限度防止患者發(fā)生猝死。
本系統的嵌入式移動(dòng)終端主要功能是實(shí)時(shí)采集患者的三導聯(lián)心電信號，一方面經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單分析在移動(dòng)終端上顯示一些基本信息提供本地預警功能；另一方面采用分批傳送方式，將患者的壓縮后的心電信息和GPS經(jīng)緯度信息通過(guò)GPRS通信網(wǎng)絡(luò )上傳給醫院中心監護系統的數據庫中。

醫院監護中心是整個(gè)遠程實(shí)時(shí)監護系統的中樞，其主要功能是實(shí)現遠程各移動(dòng)監護終端用戶(hù)ECG信號的遠程集中監護、存儲、分析和早期診斷、以及回放、打印功能，并對各終端參數、狀態(tài)的遠程監控；結合GIS平臺的強大空間位置分析功能實(shí)現對移動(dòng)用戶(hù)的地理位置跟蹤、定位、顯示。

3 系統研制

3.1 嵌入式移動(dòng)終端設計

（1）嵌入式移動(dòng)終端的硬件設計

嵌入式移動(dòng)終端的硬件設計是在A(yíng)RM 7架構的32位微處理器Philips LPC2200的基礎上，以廣州至遠電子公司的EasyARM2200處理器模塊為核心，擴展一些外圍模塊，實(shí)現了患者心電數據采集模塊、人機接口模塊、GPS模塊以及與醫院監護中心通信的GPRS模塊，系統接口資源得到非常充分的利用。圖1是整個(gè)設計的硬件系統架構圖。

（2）嵌入式移動(dòng)終端的軟件設計

嵌入式移動(dòng)終端的軟件設計采用了當前流行的嵌入式系統開(kāi)發(fā)技術(shù)。首先將實(shí)時(shí)操作系統uCOS-II移植到Philips LPC2200嵌入式微處理上，將終端所要完成的功能細化為幾個(gè)核心的任務(wù)，由uCOS-II實(shí)時(shí)內核進(jìn)行統一調度，宏觀(guān)上實(shí)現了多任務(wù)的并行執行，系統的可靠性和實(shí)時(shí)性得到了大幅度提升。

搶占式操作系統對任務(wù)的調度是按優(yōu)先級的高低進(jìn)行的，按照系統所要實(shí)現的功能，整個(gè)軟件系統按優(yōu)先級從高到低的順序被劃分為：ECG采集任務(wù)、GPRS通信任務(wù)、數據分析和LCD顯示任務(wù)、GPS任務(wù)。系統運行時(shí)，首先進(jìn)行系統的初始化操作，初始化所有數據結構，分配堆?？臻g，然后建立任務(wù)間通信的消息隊列，進(jìn)行任務(wù)建立和分配任務(wù)優(yōu)先級。所有新建任務(wù)被置為就緒態(tài)，系統程序從優(yōu)先級高的任務(wù)開(kāi)始執行。

3.2 醫院監護中心設計

監護中心系統是基于Windows NT局域網(wǎng)建成，主要包括GPRS網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、ECG中心監護工作站和GIS定位管理工作站。

本文應用C/S體系架構設計思路，采用多任務(wù)方式保證對多個(gè)遠程用戶(hù)的同時(shí)監護。整個(gè)ECG中心監護系統和GIS定位管理系統的功能原型采用Microsoft Visual C++6.0工具開(kāi)發(fā)完成，后臺數據庫采用Microsoft SQL SERVER 2000關(guān)系數據庫系統。

3.3 系統原型

最后，研制完成的高危心臟病人的遠程實(shí)時(shí)監護系統的原型包括，如圖2 所示的遠程嵌入式移動(dòng)終端原型和圖3所示的醫院監護中心顯示界面。利用該原型，對一受試者（位于上海閘北公園）的3導聯(lián)ECG信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，由GPS模塊接收受試者所在的閘北公園經(jīng)緯度信息，經(jīng)過(guò)終端的信號分析處理后，由GPRS網(wǎng)絡(luò )傳送至遠端（復旦大學(xué)）的實(shí)驗室監護中心（具有實(shí)IP地址），進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和顯示，其監護中心顯示結果如圖4所示，受試者心率正常為87次/分鐘，經(jīng)緯度分別為E 121.4525、N 31.25793，GIS地圖指示為上海閘北公園附近。

4 結束語(yǔ)

本文針對高危心臟病患者在醫療監護方面的特殊背景及臨床救助需求，研制了一套用于遠程實(shí)時(shí)監護高危心臟病人的系統原型，該系統基于GSM/GPRS無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信系統及GPS全球衛星定位系統的系統，包括一套基于A(yíng)RM 7處理器和uCos-II微系統的嵌入式移動(dòng)單元和一套VC++開(kāi)發(fā)的醫院監護中心軟件系統。對一受試者的初步實(shí)驗測試，結果表明該原型系統能實(shí)時(shí)監護患者的動(dòng)態(tài)心電圖，準確定位患者地理位置。

目前，本系統的研究工作的僅僅處于初始階段，無(wú)論在理論研究方面還是具體設計實(shí)現方面，距離最終的臨床應用目標前面還有大量的工作需要完成?？梢灶A見(jiàn)，本系統最終的成功實(shí)現，將彌補國內外現有遠程移動(dòng)監護系統在實(shí)際臨床應用上的一些不足，較好的解決日常工作、學(xué)習、生活活動(dòng)條件下院外高危心臟病人這一特殊人群的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監護。