基于LabVIEW的遠程心電監護系統設計

摘要 基于LabVIEW平臺開(kāi)發(fā)出應用于遠程心電監護系統監護中心的軟件，包括服務(wù)器和醫生客戶(hù)端程序。服務(wù)器實(shí)現的功能有心電數據接收和存儲、發(fā)送心電數據給醫生客戶(hù)端、反饋醫生客戶(hù)端診斷結果等;醫生客戶(hù)端實(shí)現的功能有接收服務(wù)器心電數據、心電數據顯示、發(fā)送診斷結果、調用地圖顯示位置等。經(jīng)過(guò)測試，軟件操作平臺界面友好，各個(gè)功能均得以實(shí)現，較好地完成了預期的設計需求。

遠程心電監護在心臟病的診斷和救治方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。其獲得的動(dòng)態(tài)心電圖可提高對非持續性異位心律，尤其是對一過(guò)性心律失常及短暫的心肌缺血發(fā)作的檢出率，是診斷心肌缺血、心律失常，評估起搏器功和藥物療效的有效指標。同時(shí)24 h連續能監測，可快速發(fā)現異常信號，給予病人及時(shí)的救治。

監護中心軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境采用LabVIEW 2010。LabVIEW由美國國家儀器(NI)公司研制開(kāi)發(fā)，是一種用圖標代替文本行創(chuàng )建應用程序的圖形化編程語(yǔ)言，廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗室所接受。其不僅局限在測試測量領(lǐng)域的應用，且具備了開(kāi)發(fā)應用軟件能力，集成了大量常用控件，可方便地創(chuàng )建用戶(hù)界面，同時(shí)，提供眾多不同模塊的開(kāi)發(fā)工具包，大幅節省了軟件開(kāi)發(fā)周期。本文即以此為平臺進(jìn)行監護中心的開(kāi)發(fā)。

1 系統整體方案

動(dòng)態(tài)心電監護系統包括動(dòng)態(tài)心電采集系統(Holter)和監護中心軟件平臺兩個(gè)部分，如圖1所示。

動(dòng)態(tài)心電采集系統采用型號為T(mén)MS320C5515的DSP(Digital Signal Processor)作為主處理器，包括的主要模塊有：心電采集模塊、數據存儲模塊、LCD顯示模塊、實(shí)時(shí)數據檢測模塊、無(wú)線(xiàn)通訊模塊、電源管理模塊等。LCD屏同時(shí)顯示3個(gè)不同導聯(lián)的心電數據，通過(guò)按鈕切換，可以任意選擇當前顯示導聯(lián)。當前時(shí)間、收到的醫生診斷信息、心電檢測模塊檢測的心率均會(huì )實(shí)時(shí)顯示在屏幕上。為了節省用電量，每隔2 min按鈕沒(méi)有響應，LCD屏即進(jìn)入休眠狀態(tài)。實(shí)時(shí)心電數據檢測模塊檢測出異常數據時(shí)，無(wú)線(xiàn)通訊模塊將異常點(diǎn)附

近一段時(shí)間的心電數據通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給遠程監護中心服務(wù)器，醫護人員根據接收到的心電數據進(jìn)行診斷，并反饋用戶(hù)相應的指導意見(jiàn)。同時(shí)，若檢測沒(méi)有異常，無(wú)線(xiàn)通訊模塊也會(huì )每隔15 min將一段時(shí)間的心電數據發(fā)送至監護中心服務(wù)器。SD卡(Secure Digital Memory Card)進(jìn)行24 h連續不斷的心電信號存儲，以供醫生進(jìn)行心電數據分析。

2 監護中心軟件實(shí)現

監護中心軟件在LabVIEW 2010開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行開(kāi)發(fā)，同時(shí)建立SQL Server數據庫，數據庫中創(chuàng )建多個(gè)表，包含醫院信息、Holter信息、患者信息、接收數據信息、醫生信息、用戶(hù)密碼信息等。在程序中調用相應的函數來(lái)進(jìn)行查詢(xún)、插入、修改等操作。

2.1 服務(wù)器程序設計

服務(wù)器程序是整個(gè)監護中心的最重要部分，其完成的功能有GPRS數據接收、心電數據發(fā)送給醫生客戶(hù)端、醫生客戶(hù)端診斷意見(jiàn)發(fā)送給相應的Holter。服務(wù)器與Holter、醫生客戶(hù)端、數據庫的連接關(guān)系如圖2所示。

為了保證數據傳輸的完整性和可靠性，服務(wù)器與Holter以及服務(wù)器和醫生客戶(hù)端之間的通訊均采用TCP/IP協(xié)議。同時(shí)為使通訊過(guò)程相對簡(jiǎn)潔，在服務(wù)器端使用3個(gè)TCP通訊端口。服務(wù)器與Holter通訊接口負責接收Holter的GPRS數據，并將醫生診斷信息發(fā)送給Holter。服務(wù)器與醫生客戶(hù)端的命令傳輸端口收發(fā)醫生客戶(hù)端登陸、患者登記以及其他命令狀態(tài)信息。服務(wù)器與醫生客戶(hù)端數據傳輸端口進(jìn)行GPRS和24 h動(dòng)態(tài)心電數據的傳輸。

2.1.1 GPRS數據接收

GPRS數據接收模塊負責接收Holter發(fā)送來(lái)的數據，并將數據保存至文件，填寫(xiě)數據庫中相應的表，并告知客戶(hù)端有新數據需要處理。為了提高數據處理的速度，數據接收采用LabVIEW的生產(chǎn)者消費者循環(huán)模式(見(jiàn)圖3)。

首先創(chuàng )建一空的隊列和兩個(gè)線(xiàn)程，生產(chǎn)者線(xiàn)程循環(huán)接收Holter發(fā)來(lái)的數據，并將數據和TCP連接信息放入隊列。同時(shí)，消費者線(xiàn)程循環(huán)讀取隊列中的信息，進(jìn)行解碼處理。G PRS心電數據在被Holter發(fā)送之前已被編碼為統一格式，消費者線(xiàn)程接收到GPRS心電數據后可解碼出該Holter的編號，由此編號便可從數據庫中的患者信息表中查詢(xún)到該佩戴者的詳細信息。解碼出的心電數據存入數據庫相應位置，數據接收完畢后，更新數據庫Holter使用信息，同時(shí)觸發(fā)轉發(fā)數據給醫生客戶(hù)端的線(xiàn)程。

2.1.2 數據分發(fā)模塊

服務(wù)器數據分發(fā)模塊將接收到的心電數據轉發(fā)給醫生客戶(hù)端進(jìn)行處理，程序流程圖見(jiàn)圖4。服務(wù)器上實(shí)時(shí)儲存著(zhù)所有與該服務(wù)器連接的醫生客戶(hù)端TCP連接信息，數據分發(fā)線(xiàn)程觸發(fā)時(shí)，服務(wù)器會(huì )將消息發(fā)送給每個(gè)正在連接的客戶(hù)端，并將數據發(fā)送給最先回應的客戶(hù)端。同時(shí)，對其他客戶(hù)端發(fā)送取消數據發(fā)送的信息。

2.2 醫生客戶(hù)端模塊

醫生客戶(hù)端完成患者信息登記、心電數據處理等功能。程序啟動(dòng)界面為一登陸界面，只有獲得用戶(hù)名和密碼的醫生才有權限進(jìn)入數據接收處理的界面。進(jìn)入軟件后，醫生便可進(jìn)行患者登記、修改登記信息、實(shí)時(shí)接收服務(wù)器轉發(fā)數據等。醫生客戶(hù)端接收到心電數據后進(jìn)入顯示操作界面，圖5所示為程序運行時(shí)心電數據顯示效果，其中白色背景部分心電為接收到的心電的全覽圖，紅格背景部分數據為全覽圖中選擇的藍色部分的心電信號。同時(shí)提供時(shí)間測量、幅值測量、放大等工具按鈕，允許用戶(hù)改變走紙速度、幅值放大、顯示導聯(lián)。根據文件中保存的從Holter模塊中的SIM900獲取的經(jīng)緯度信息，調用百度地圖API，即可實(shí)現地圖定位，獲取佩戴者的位置信息，方便對突發(fā)病人的緊急救治。醫生可將診斷結果或意見(jiàn)建議等信息經(jīng)服務(wù)器發(fā)送給Holter?？蛻?hù)端還提供歷史數據查詢(xún)功能，只需提供病人登記號，即可向服務(wù)器查詢(xún)該使用者一段時(shí)間內所有無(wú)線(xiàn)發(fā)送的心電數據。

3 結束語(yǔ)

本文在LabVIEW 2010開(kāi)發(fā)環(huán)境下設計完成了遠程心電監護系統中監護中心平臺的軟件設計。經(jīng)過(guò)測試，較好地實(shí)現了預期的設計需求。同時(shí)，將LabVIEW應用于大型軟件開(kāi)發(fā)，縮短了開(kāi)發(fā)周期，并提升了軟件設計效率。