本地和远程双监护的动态心电监护系统设计

引 言

心血管疾病已成为危害人类健康的主要疾病之一，心电图（Electrocardiography，ECG）能够反映心脏的健康状况，是用于诊断和预防心血管疾病的有效手段[1,2]。

常规的诊断用心电图机 [3] 只能获得短时间的心电图，而对于偶发性的心血管疾病则无能为力；床边用的心电监护仪 [4] 可以对患者进行较长时间的心电图检测，但是要求患者在安静状态下测量，故限制了患者活动；动态心电图机（Holter）[5,6]能够连续记录患者在日常活动状态下 24～72小时的动态心电图，但无法对信号进行实时分析，当患者诱发心血管疾病时， 无法得到及时救治 ；目前流行的便携式实时心电监护仪 [7-11]， 方便用户随身携带，可以实时采集并显示患者在安静和日常活动状态下的心电波形，但是患者难以读懂心电图，由于缺乏医生的参与，现有的便携式实时心电监护仪无法起到真正的心电监护作用。

为了克服上述现有技术的不足，本文提出了一种动态心电监护系统，可用于对患者在安静和日常活动状态下的心电图实施监护。该系统通过便携式心电监护仪实时采集患者的动态心电图，通过移动设备对患者的呼吸频率、心率进行本地实时监护，通过远程心电监护平台实施远程医疗诊断。与现有心电监护系统相比，本系统具备本地和远程双监护功能，可实现对患者心脏的双重保护。

1 本地和远程双监护的动态心电监护系统设计

1.1 系统结构

本地和远程双监护的动态心电监护系统由胸导联、便携式心电监护仪、患者移动设备、患者家用电脑、远程心电监护服务器和医生工作电脑六个部分组成。图 1 所示是其动态心电监护系统的结构框图。其中，便携式心电监护仪通过胸导联采集患者心电信号 ；患者移动设备通过无线网络接入互联网，采用蓝牙接口与便携式心电监护仪进行实时通信，获取患者实时心率和呼吸频率 ；患者家用电脑接入互联网，通过USB接口与便携式心电监护仪通信，获取患者动态心电图， 并发送至远程心电监护服务器 ；医生工作电脑通过互联网与远程心电监护服务器通信，查看心电波形和特征，做出诊断结果和医嘱建议。患者移动设备对患者的心率和呼吸频率进行实时检测并预警，实现本地实时监护，由远程心电监护服务器和医生构成的远程心电监护平台实现心血管疾病专家对患者心脏的远程监护。

1.2 胸导联

常用的胸部导联有CM5、CM1、CM3 和 CMf 导联，可分别模拟 V5、V1、V3、avf 导联， 其中 CM5、CM3、CMf 分别对前壁、前间壁、下壁心肌缺血检出率较高，CM1、CMf 的P 波显示清晰，对心律失常的定位、定性诊断有帮助。系统可根据患者病情，选择上述任意导联。

1.3 便携式心电监护仪

图 2 所示是便携式心电监护仪的结构框图。该监护仪由模拟前端 AFE、微处理器、可充电电源、电源电压检测、调压电路、Micro USB 接口、充电电路、蓝牙和Micro SD 卡这九个部分组成。

模拟前端AFE 用于将导联线输出的模拟心电信号数字化并放大 ；运行在微处理器上的嵌入式软件由通信模块、数据采集模块、数据处理模块和数据存储模块组成，该模块能够对心电信号进行滤波、特征提取等处理，并通过蓝牙接口将心电特征发送给患者移动设备，通过USB 接口将完整心电数据上传至患者家用电脑 ；可充电电源为各部分电路供电 ；电源电压检测对电源电量进行检测，微处理器依据电源电压检测的结果判断电量是否不足、充电是否完成，并根据需要将电池电量状态通过蓝牙接口发送至患者移动设备 ；调压电路负责将电源电压调节至各个芯片需要的工作电压 ；MicroUSB接口完成便携式心电监护仪与患者家用电脑的数据通信，实现心电图上传，并提供对可充电电源进行充电的接口；充电电路实现便携式心电监护仪通过MicroUSB对可充电电源充电； 蓝牙接口实现便携式心电监护仪与患者移动设备的双向通讯； Micro SD 卡供微处理器存储心电信号。

1.4 患者移动设备 

患者移动设备采用具备蓝牙接口的移动终端，可采用安卓 智能手机或 iPhone 手机。图 3 所示是运行在患者移动设备上 的软件结构示意图。图 3 所示的系统软件主要包括手机 UI 界 面、应用模块和数据通信模块。

患者移动设备具备实时显示患者的心率和呼吸频率、心 电信号采集控制、心率异常判断与报警、异常心电上传至远程 心电监护服务器等功能。 

1.5 患者家用电脑 

患者家用电脑，一方面通过 USB 接口获得便携式心电监 护仪 Micro SD 卡中存储的完整动态心电图 ；另一方面，通过 浏览器访问部署在远程心电监护服务器上的远程医疗诊断平 台，能够将心电数据传输至服务器，并查看医生的诊断结果 和医嘱建议。

1.6 远程心电监护服务器 

远程心电监护服务器也可接入互联网，部署在服务器上 的远程医疗诊断平台采用 B/S 架构实现，如图 4 所示。该平 台架构包括用户管理、数据传输、数据存储、波形显示、数 据处理与分析、诊断报告管理模块。远程医疗诊断平台将来 自患者家用电脑的心电图保存在数据库中，并具备心电波形显 示、心电参数自动提取和存储功能，为医生诊断提供依据。 

1.7 医生工作电脑

医生工作电脑接入互联网，通过浏览器访问部署在远程 心电监护服务器上的远程医疗诊断平台，能够查看患者的心 电波形，以及心电波形分析结果，并据此做出诊断、提出医嘱 建议。

2 结 语

本文提出了一种动态心电监护系统，由胸导联、便携式 心电监护仪、患者移动设备、患者家用电脑、远程心电监护服 务器和医生工作电脑六个部分组成，用于对患者在安静和日常 活动状态下的心电图实施监护。系统通过便携式心电监护仪 实时采集患者动态心电图，通过患者移动设备对患者的呼吸 频率、心率进行本地实时监护，通过远程心电监护平台实施 远程医疗诊断。与现有心电监护系统相比，本系统具备本地和 远程双监护功能，实现对患者心脏的双重保护。