基于GPRS的遠程心電實(shí)時(shí)監護終端
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在現代醫學(xué)中，心電信號是診斷心血管疾病的重要依據。傳統的心電監護設備在心血管疾病的診斷與治療中起到了很重要的作用，但這一類(lèi)監護設備一般只能在醫院里使用．而可以隨身攜帶的Holter又只能實(shí)現心電信號的回放而不是實(shí)時(shí)監護?；跓o(wú)線(xiàn)通信的遠程心電監護系統給了患者較大的活動(dòng)自由，用戶(hù)可以不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，隨時(shí)隨地得到醫院監護中心的監護，在出現緊急情況時(shí)可以被及時(shí)發(fā)現并救治。美國、澳大利亞和歐洲一些國家進(jìn)行了遠程心電監護的研究，部分公司還推出了相應的監護儀，國內也有部分高校和研究單位進(jìn)行了相關(guān)的研究工作，取得了一定成果，但并未開(kāi)發(fā)出成熟、實(shí)用的系統。
這里利用業(yè)已成熟的GPRS技術(shù)設計了一種便攜式遠程心電實(shí)時(shí)監護終端，克服了Holter只能用于回放分析的缺點(diǎn)，可以對患者心電信號進(jìn)行實(shí)時(shí)監護。下面詳細介紹該監護終端的設計與實(shí)現。
1 監護系統設計概述
基于GPRS的遠程心電實(shí)時(shí)監護系統示意圖如圖1所示。它主要包括兩部分：心電監護終端和醫院監護中心?；颊唠S身攜帶的監護終端由它上面的無(wú)線(xiàn)模塊通過(guò) GPRS無(wú)線(xiàn)基站接入GPRS網(wǎng)絡(luò )，再通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )連接因特網(wǎng)上的監護中心服務(wù)器。監護終端采集并處理患者的心電信號，所得到的心電數據通過(guò)該鏈路傳輸到監護中心服務(wù)器上，并由服務(wù)器上的心電分析軟件進(jìn)行分析，醫生則根據軟件分析結果及自己的判斷來(lái)給患者適當的醫囑，必要時(shí)采取相應的救治措施。
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2 監護終端硬件設計
監護終端硬件系統框圖如圖2所示，它主要由以下幾部分組成：心電采集模塊、主控單片機模塊、GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊和電源模塊。
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2．1 心電采集模塊
人體心電信號的主要頻率范圍為0.05～100Hz，幅值范圍為0.5～5mV。心電信號中通?；祀s有其他生物電信號，還容易受到以50Hz工頻干擾為主的電磁信號干擾，因此對心電信號的檢測屬于強噪聲背景下低頻微弱信號的檢測。為得到適合于臨床應用的干凈心電信號，必須對心電信號進(jìn)行合理的放大和濾波處理，其原理框圖如圖3所示。
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由于人體皮膚阻抗比較大，而心電信號十分微弱，且存在許多干擾信號，因此前置放大器采用了具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低輸入偏置電流、低失調電壓和漂移、在低增益條件下具有穩定性的儀表放大器IN—A326。人體皮膚和電極之間存在原電池效應，使電極之間存在連續的電位差，為避免該電位差經(jīng)過(guò)放大后造成后級電路飽和，前置放大器的增益設置為5。信號需放大至數伏量級才能滿(mǎn)足A／D轉換的要求，因此設置次級放大的增益為200。這里采用了具有寬增益、低失調電壓和漂移、低噪聲的運算放大器OPA335。兩級放大后的總增益為1000，符合要求。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201706/355209.htm
心電信號中?；煊械皖l和直流干擾，其中，由于金屬電極、導電介質(zhì)和皮膚之問(wèn)的化學(xué)反應而產(chǎn)生的直流偏壓是主要干擾成分，因此設計了截止頻率為0.1Hz的二階高通濾波器來(lái)濾除這部分干擾。相應地，高頻干擾信號通過(guò)一個(gè)截止頻率為100Hz的二階低通濾波器予以濾除。此外，采用由輔助運算放大器生成的共模電壓使共模信號反相，經(jīng)限流電阻回送至人體來(lái)抑制50Hz工頻干擾。反相共模信號通過(guò)右腿驅動(dòng)電極回送至人體，這對50Hz工頻干擾而言是一種深度負反饋，因而可以有效加以抑制。
實(shí)驗表明，該采集方案所得到的心電波形毛刺少，基線(xiàn)漂移很小，具有良好的效果。
為防止導聯(lián)脫落或松動(dòng)而造成誤判，還設計了導聯(lián)脫落檢測及報警電路。運算放大器LAl358采用單電源供電時(shí)可接成跟隨器，當其同相端處于懸空狀態(tài)時(shí)會(huì )輸出穩定的高電平。導聯(lián)脫落檢測電路就是利用LM358的這一特性而設計的。
2．2 主控單片機模塊
主控單片機采用PICl6F877A單片機。該單片機可在線(xiàn)調試和編程，便于開(kāi)發(fā)，而且功耗很低，適合應用于對功耗敏感的場(chǎng)合。主控單片機主要完成心電信號A／D轉換并與GPRS模塊進(jìn)行通信，還負責外擴Flash存儲器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的管理。
PICl6F877A單片機具有10位片內A／D轉換器，其工作方式和轉換結果存放格式通過(guò)寄存器ADCON0和ADCON1進(jìn)行設置，A/D轉換結果則存于寄存器ADRESH和ADRESL中。在本設計中，選擇系統時(shí)鐘作為A/D轉換時(shí)鐘，RA0作為模擬輸入通道。轉換結果格式為左對齊，即高8位存于 ADRESH中，低2位存于A(yíng)DRESL中?？紤]到A/D轉換本身存在的誤差以及壓縮無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送數據量的要求，在設計中忽略ADRESL寄存器中的數據，即只采用轉換結果的高8位。系統中心電信號的采樣頻率為500Hz，采用定時(shí)器TMRO完成2ms定時(shí)。
單片機片外擴展了4MB Nand Flash存儲器，用于暫存心電數據，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后由無(wú)線(xiàn)模塊集中發(fā)送，用戶(hù)也可以選擇在A(yíng)／D轉換后不經(jīng)存儲就直接發(fā)送。在心電監護中，醫生常要求知道心電信號出現異常的時(shí)間，因此使用DSl302設計了實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。
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GPRS無(wú)線(xiàn)模塊采用Wavecom公司的WISMO QuikQ2406B。該模塊工作頻帶為雙頻EGSM 900／GSM1800MHz或GSM 850／GSM 1900MHz，支持GPRS多時(shí)隙class 10，可提供語(yǔ)音、數據、傳真和短信息服務(wù)功能。模塊射頻部分和基帶部分可共用一個(gè)電源，電壓范圍為3.3v～4.5V。模塊基帶部分內嵌了 GSM／GPRS協(xié)議棧，是否嵌入TCP／IP協(xié)議?？捎捎脩?hù)選擇。根據系統需要，這里選擇了內嵌TCP/IP協(xié)議棧的模塊。
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3 監護終端軟件設計
系統中單片機的主要任務(wù)是完成心電信號的A/D轉換并與GPRS無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行通信以完成數據傳輸。本文只對這部分的軟件設計進(jìn)行介紹。系統軟件流程圖如圖5所示。
串口工作于異步串行方式，RC6設置為串口輸出，RC7設置為串口輸入，波特率設置為9600bps，這足以滿(mǎn)足系統需求。ADC模塊的初始化主要是選擇 A/D轉換的時(shí)鐘及其頻率、模擬輸入通道、轉換結果的對齊方式等，定時(shí)器0的初始化主要是選擇定時(shí)器的分頻比。然后單片機發(fā)送相應的AT命令給GPRS無(wú)線(xiàn)模塊，使其進(jìn)入數據狀態(tài)(具體AT命令從略)。完成單片機和GPRS無(wú)線(xiàn)模塊初始化后，單片機即以500Hz采樣頻率對心電信號進(jìn)行采樣，并通過(guò) GPRS無(wú)線(xiàn)模塊向外發(fā)送心電數據，該過(guò)程不斷地循環(huán)。當監護結束時(shí)可以通過(guò)發(fā)送Ctrl+z(0xla)使GPRS無(wú)線(xiàn)模塊退出數據狀態(tài)．然后通過(guò)AT 命令將其關(guān)閉。
監護終端在深圳、北京、長(cháng)沙等地已進(jìn)行了約兩個(gè)月的測試，整個(gè)系統工作穩定、可靠，并結合軟件組同學(xué)開(kāi)發(fā)的心電綜合分析軟件完成了心電信號的采集、發(fā)送、接收、分析、診斷，其效果得到了深堋市部分三甲醫院心內科主任醫師的好評。但測試中發(fā)現在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )較為繁忙的時(shí)段，心電數據的傳輸速度會(huì )有所下降，導致心電綜合分析軟件中顯示的心電波形有時(shí)會(huì )不連續．可以考慮在數據發(fā)送策略、波形顯示方式等方面做進(jìn)一步的改進(jìn)。
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