遠程心電醫療信號監測系統設計

1 引言

HHCE(Home Health Care Engineering)這門(mén)學(xué)科正隨著(zhù)人類(lèi)對健康的重視和遠程醫療的發(fā)展而逐漸走進(jìn)人們的生活，它提倡的是一種“在家就醫，自我保健，遠程診斷”的理念，把高科技與醫療結合起來(lái)。HHCE的出現符合21世紀社會(huì )老齡化、醫療費用日益高漲以及人們生活健康質(zhì)量高要求的趨勢，同時(shí)可實(shí)現醫療資源共享，提高邊遠地區的醫療水平，因此具有特別旺盛的生命力。

HHCE系統提供一種對于家庭、社區醫療、出診醫生有效便捷的醫療監測解決方案，具有心電信號監測功能的監測器是HHCE系統的重要組成部分。就國內而言，該類(lèi)產(chǎn)品的研究也屬于剛起步階段，遠程網(wǎng)絡(luò )也只是簡(jiǎn)單的完成數據庫醫療數據的存儲和傳輸，還沒(méi)有真正完成將網(wǎng)絡(luò )與醫療器械相結合。在國際方面，世界各國在此的研究均投入大量資金，但依然主要是使用價(jià)格昂貴的儀器完成醫療數據采集，然后依托PC／internet網(wǎng)絡(luò )完成數據采集以及網(wǎng)絡(luò )診斷。

本設計采用了Altera公司的NiosⅡ軟核處理器作為CPU，并移植了當今主流的μClinux操作系統。該系統具有系統穩定、便攜式、功能可升級擴展、面向用戶(hù)、遠程控制等特點(diǎn)。一方面，它將家庭保健和遠程醫療結合起來(lái)，主要面向用戶(hù)終端設計，使個(gè)人能夠方便的對自身心電信號的進(jìn)行自我檢測與分析，實(shí)時(shí)了解自己的身體健康狀況；另一方面，采集到的數據還可以通過(guò)存儲卡存儲，以便對數據進(jìn)行長(cháng)期分析處理和診斷；除此之外，系統還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )等遠端通訊設施與醫療保健服務(wù)端(如醫院、私人醫師、監護中心、保健中心等)快速建立連接，將測量數據傳遞給遠程數據庫或醫生。有利于醫療信息的數據庫管理和遠程實(shí)時(shí)監護、診斷，使用戶(hù)不用出門(mén)就能得到最及時(shí)有效的診斷。

2 系統介紹

遠程心電醫療信號監測系統主要由心電信號的前端采集與調理模塊、心電信號處理與存儲模塊、數據顯示模塊和遠程傳輸控制模塊等4個(gè)關(guān)鍵模塊組成，系統功能結構如圖1所示。

該監測系統的硬件平臺采用Altera公司CycloneⅡ2C35 FPGA芯片，采用SOPC(片上可編程系統)技術(shù)將NiosⅡ軟核處理器、存儲器、功能接口和擴展I／O口等集成在一塊FPGA芯片上，外圍擴展心電數據采集板、網(wǎng)絡(luò )、LCD屏、觸摸屏／鍵盤(pán)、SD存儲卡等硬件來(lái)實(shí)現系統的硬件架構，且帶有可擴展的I／O接口，便于以后系統功能升級與擴展。

3 系統關(guān)鍵模塊的設計

3.1 NiosⅡ嵌入式軟核處理器簡(jiǎn)介

NiosⅡ系列嵌入式處理器是Altera公司推出的軟核處理器。用戶(hù)可以獲得超過(guò)200 DMIPS的性能，而只需花費不到35美分的FPGA邏輯資源。NiosⅡ支持MicroC／OS-Ⅱ、μClinux等多種實(shí)時(shí)操作系統，支持輕量級TCP／IP協(xié)議棧，允許用戶(hù)增加自定義指令和自定義硬件加速單元，無(wú)縫移植自定義外設和接口邏輯，在性能提升的同時(shí)，方便了用戶(hù)的設計。