基于GPRS的遠程心電實(shí)時(shí)監護儀軟件系統設計

　　當今社會(huì )，心臟疾病已嚴重影響了人們的生命安全，許多突發(fā)患者因得不到及時(shí)救治而使生命受到威脅。傳統的心電監護設備限制了患者的自由，動(dòng)態(tài)心電記錄儀（Holter）雖能便攜地記錄患者日?；顒?dòng)時(shí)的心電數據，但是沒(méi)有實(shí)時(shí)監護功能，對于危及生命的突發(fā)心臟病變幫助不大。

　　無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的日漸成熟使便攜式心電實(shí)時(shí)監護成為可能。利用GPRS無(wú)線(xiàn)數據通信技術(shù)，可將實(shí)時(shí)監護功能與Holter結合起來(lái)?；颊呖梢耘浯?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/監護儀">監護儀自由活動(dòng)，同時(shí)可隨時(shí)隨地得到心電監護。緊急情況發(fā)生時(shí)，患者掌握著(zhù)可靠的求生路徑；而醫生可根據全面的心電數據分析患者心臟狀況，使患者的心臟疾病及時(shí)得到預防和救治。

　　400Hz或500Hz采樣的心電數據是一種帶寬較大的數據源，同時(shí)心電監護也有實(shí)時(shí)性要求。本文主要闡述在特定硬件平臺和整體系統設計下的遠程心電實(shí)時(shí)監護儀軟件系統的設計。

　　1 遠程心電實(shí)時(shí)監護系統概述

　　遠程心電實(shí)時(shí)監護系統包括四個(gè)部分：監護儀（病人終端）、PDA（醫生終端）、監護服務(wù)器以及心電數據服務(wù)器。系統結構如圖1所示。

　　監護儀由患者隨身佩帶，以400Hz或500Hz的采樣頻率對患者心電信號采樣，并把心電數據通過(guò)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給監護服務(wù)器，數據的實(shí)時(shí)性由監護服務(wù)器和監護儀之間的控制信息控制。PDA接收來(lái)自監護服務(wù)器的數據，并根據心電分析的結果通過(guò)數據服務(wù)（GPRS數據服務(wù)）和短消息（SMS）通知監護儀。監護服務(wù)器負責接收轉存病人端全部心電數據，實(shí)時(shí)分析及回放分析；同時(shí)向PDA轉發(fā)實(shí)時(shí)心電數據，利用控制信息來(lái)協(xié)調實(shí)時(shí)心電數據的收發(fā)。心電數據服務(wù)器存儲所有心電數據、患者信息以及設備信息，除了在監護過(guò)程中存儲心電數據外，心電數據服務(wù)器還負責注冊患者和設備信息及管理數據庫遠程訪(fǎng)問(wèn)等任務(wù)。

　　2 監護儀硬件平臺簡(jiǎn)介

　　監護儀硬件主要由單片機、電源模塊、心電信號采集放大模塊、擴展NAND Flash、LCD驅動(dòng)模塊及GSM/GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊組成。

　　(1)單片機：PIC18系列單片機，低功耗，通過(guò)PLL倍頻指令頻率可達10MHz，自帶ADC采樣頻率最高可達幾十kHz。

　　(2)電源模塊：為各模塊提供4V和3.3V兩種直流電壓源。

　　(3)心電信號采集放大模塊：微弱心電信號采集并放大800倍，同時(shí)可檢測導聯(lián)脫落。

　　(4)擴展NAND Flash：32M NAND Flash，最多可存儲長(cháng)達23小時(shí)的原始心電數據。

　　(5)LCD驅動(dòng)模塊：驅動(dòng)80×160點(diǎn)陣的LCD。

　　(6)GSM/GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊：內嵌TCP（UDP）/IP協(xié)議棧，利用Socket建立網(wǎng)絡(luò )連接，在應用GPRS發(fā)送數據的同時(shí)，仍可以提供GSM語(yǔ)音、短信（SMS）服務(wù)。

　　3 軟件系統關(guān)鍵技術(shù)

　　監護儀軟件系統的核心是管理Flash、GPRS網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)模塊的GSM功能及LCD。

　　3.1 Flash管理

　　Flash存儲器用于存儲心電數據和控制信息，以保證心電數據在斷電時(shí)不遺失及日后查看監護過(guò)程的相關(guān)控制信息。

　　內存映射(Memory Map)模型把Flash作為一個(gè)整體，各種不同數據按照類(lèi)別預先分配存儲空間。操作Flash數據時(shí)，首先把內部索引（譬如數據索引或者消息索引）映射到分區地址，剔除無(wú)效存儲單元，再通過(guò)Flash操作函數讀取或寫(xiě)入相應的數據。

　　3.1.1 Flash分區結構

　　(1)Head Seg：大小為1個(gè)塊（Block），用于存儲分區版本號、壞塊表及其余分區的基本信息，包括分區起始地址（BaseAdd）、分區跨度（以塊為單位）、分區最高地址、數據區（Data Seg）中的數據范圍、數據區中數據的格式（FMT）、消息區（SMS Seg）所有消息的聯(lián)系人列表等，每個(gè)分區的基本信息占一頁(yè)（Page）。本分區占Flash存儲器的第一個(gè)塊。根據Flash的技術(shù)資料可知，第一塊正常使用時(shí)不會(huì )出現無(wú)效存儲單元，因此許多關(guān)鍵數據保存于此。

　　(2)Data Seg：大小為1000個(gè)塊，即1000個(gè)連續的有效塊，用于存儲心電數據。如果采樣頻率為400Hz，采樣位數為8位，數據區可存儲11.37小時(shí)的原始心電數據，所有的心電數據從采樣起始點(diǎn)0開(kāi)始依次編號即心電數據索引，利用該索引尋址。

　　(3)SMS Seg：大小為20個(gè)塊，即20個(gè)連續的有效塊。每個(gè)塊存儲一條消息的位圖，消息的到達時(shí)間、發(fā)送者存儲在該Block的第一頁(yè)（該塊中相對地址為0的頁(yè)）。消息存滿(mǎn)則從頭開(kāi)始覆蓋已有消息，利用消息的索引號來(lái)尋址。

　　Flash分區結構示意圖如圖2所示。