家庭心电远程监护系统的研究及应用

吴一川 揭阳市慈云医院 （广东 揭阳 522031）

家庭心电远程监护系统的研究及应用

吴一川 揭阳市慈云医院 （广东 揭阳 522031）

心脏病作为危害人体健康的主要疾病之一，具有突发性、偶然性等特点，目前，观测潜在患者的心电图用于诊断和预防心脏疾病的主要手段，鉴于此，各种与心电有关的监护系统，尤其是远程监护系统被不断研发出来投入使用，以保障生命健康。本文的目的在于对现有的家庭心电远程监护系统进行研究，并介绍不同种类的家庭心电远程监护系统的应用现状，最后总结并展望未来心电监护在家庭中的应用趋势。

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1.前言

心脏病是现代常见疾病，其发作具有偶然性和突发性等特点，若发病时没有专业人员进行急救，或者没有及时送往医院进行救治，很容易致残甚至猝死。如果能对心脏病患者进行实时的心电监测，及时发现可疑的心电图变化，并采取相应措施，就能防患于未然，从而降低突发性心脏病的死亡率。

为了实现上述目标，心电远程监护系统应运而生。早期的心电监护系统，如Holter系统虽能长时间记录被监护者的心电变化，但无法做到实时分析，难以应对突发情况。随着心电远程监护系统的不断发展，更有必要多研究生产简便易携带的心电远程监护系统，尤其是便携式的家用类型的，以期实现实时监测，异常预警，为心脏病患者的身体健康提供更多保障。

2.对家庭心电远程监护系统的研究

家庭心电远程监护系统主要由五个部分组成，分别是心电检测单元、单片机控制及A/D转换单元、家庭无线传输单元、家庭嵌入式网关及医院数据管理单元。

（1）心电检测单元

心电检测单元用于心电信号的检测和放大，典型的多导心电检测电路主要由电极板、导联线、导联选择开关、滤波电路、灵敏度选择等电路模块组成[1]。这种典型的心检测电路存在诸多缺点，如电子开关转换时会产生噪音影响心电信号的采集、用分立元件构建的三运放电路实际的共模抑制比不高等，实际上并不能满足家庭心电监护系统的要求。考虑到要运用于家庭，在设计电路时主要考虑了低功耗、高集成、便携性、抗干扰及可靠性，具体电路结构如图1所示。

上述电路在连接导联时利用单片机的二个A/D通道，直接进行采样转换，有效避免引入电子开关的噪声；前置放大器采用B-B公司的INAll8芯片，高精度、低功耗，能充分降低低频噪音，且电压增益多，供电电压范围宽；针对由信号线与屏蔽层之间存在的分布电容引入的工频干扰，同时利用屏蔽驱动及浮地跟踪，理论上消除能90%以上的工频干扰。此外，该电路还能有效降低功耗，节约成本。常用的家庭心电远程监护系统的心电检测单元多采用此种心电检测电路。

（2）单片机控制及A/D转换单元

该单元的功能是将心电数据进行A/D转换，同时利用其内带的硬件乘法器进行数据滤波。该单元主要选用高精度、低功耗，且自带储存功能的单片机。

美国TI公司推出的超低功耗微处理器MSP430F149芯片，有60KB+256字节FLASH，2KBRAM，低频晶振达到1M以上的主频。[2]该芯片用于心电数据的储存和数字滤波，具有高速、通用、功耗低的等特点。同时，由于心电信号太小可能产生的信噪比降低的问题，此类型单片机也能通过调节参考电压或采用电子模拟开关得到解决，非常适合应用于便携式的家庭心电远程监护系统。

图1.

（3）家庭无线传输单元

家庭无线传输单元，也可以称为家庭无线通讯单元，其功能是将心电信号从单片机传送至家庭网关。该单元以高可靠性，调试简单性，模块化设计为目标，采用PTR2000无线MODEM，数据接收发射合一、抗干扰能力强、频率稳定性极好、灵敏度高、发射功率大、低功耗、超小体积，此外，其使用无需申请许可证，很方便。PTR2000在一般开阔地的传输距离在能达到300～400米。

（4）家庭嵌入式网关单元

家庭嵌入式网关单元的功能是为家庭的信息化提供平台，此外通过扩展，可以与其他网关相连，从而将多个家庭监护单元联系起来。通常应用于家庭心电远程监护系统的家庭网关是嵌入式Linux，该系统的核心是32位CPU MCF5307，由Motorola公司制造。其电路工作原理是先由PTR2000接收心电信号，随后将信号送入MCF5307中，MCF5307将心电信号进行校验并进行简单处理，再将数据通过网络传入远程监护端，即医院或远程医疗中心。此外，MCF5307还能连接其他信息终端、移动通讯设备等，功能强大，其对家庭心电远程监护系统有很大的帮助。[3]

（5）医院数据管理单元

医院数据管理单元是整个系统的数据输出终端，用户的心电数据最终将传入该单元，位于该端的医院将对数据进行处理，数据的显示形式以扫描式为主。由于并非所有用户均存在异常的心电信号，因此并不需要把所有的数据都上传，可通过管理软件进行智能筛选，将异常心电图上传到医院终端，协助医生远程会诊。

3.家庭心电远程监护系统的应用现状

随着科技的进步，不同类型的家庭心电远程监护系统被开发出来并投入使用，以下是查阅总结的家庭心电远程监护系统种类（包括但不限于以下几种）和应用现状。

（1）基于计算机网络的家庭心电远程监护系统

该系统首先由PC机控制心电信号采集器采集患者的心电信号，然后将患者的心电信号经过A/D数字接口转换为数字信号传送给前端PC机，在PC机上进行存储的同时，由前端PC机上各式与心电有关的软硬件对传入的数据进行波形显示和波形分析，进行简单的初步诊断，如遇复杂或危急的心电图情况，系统可向患者提出预警同时通过计算机网络将心电数据传输给医疗中心进行分析处理，从而做出相应诊断服务，以便随时通过网络将诊断结果、治疗建议等信息及时发送到患者的监护仪上，进行双向的数据互动[4]。

（2）无线心电远程监护系统

无线心电远程监护系统主要利用的是无线通信技术，先在患者身上安装一个小型的心电监护仪实时获取患者的心电信号，然后再利用无线通信技术将患者的心电数据实时传输给医院等监护中心，进行数据通讯。目前运用于此系统的无线通讯技术主要有GSM、GPRS、蓝牙等。

该类型的无线心电远程监护系统优点较多，比如使用该系统时无须借助信号电缆，使整个监护过程、系统结构得以简化，从而也降低了成本；在数据传输方面，它可通过双蓝牙传输实现移动端及PC端的存储和回放功能；此外还有具有实时分享功能，可实现实时监护。和上一类型相比，此类设备性价比更高，但从使用者反馈上看，使用该类型产品进行监测时，身上必须佩戴电极等相应的设备，在动态监护和便携上仍有改进的空间。

（3）基于Android系统智能手机的心电远程监护系统

在基于Android系统智能手机的心电远程监护系统中，首先由具备蓝牙发送功能的心电监护仪对患者心电信号数据进行采集，然后发送到用户的智能手机端，由心电监护类软件接收并分析，从而得到心电波形、心率等信息，同时将信息进行存储，放入数据中心。随后通过部署ijetty嵌入式web服务器，位于远程监护端的医疗监护中心通过浏览器可以访问用户数据中心，查看心电数据。同时可以通过浏览器访问用户的智能手机上的心电监护软件，直接查看特定患者保存的心电数据，及时作出诊断并将诊断结构发送给用户[5]。

该类型的心电远程监护系统优点更加明显，不仅提高了监护效率，节约了成本，也加强了患者与医生的双向沟通，目前其开发还处于初级阶段，暂未广泛运用，但可以预见，该类型的心电远程监护系统一旦成熟并大量生产，无疑将具有广阔的发展前景。

4.小结与展望

通过对家庭心电远程监护系统进行研究，不难发现心电远程监护系统已然有了基本的结构框架，系统的各个部分功能突出，彼此联系，随着心电远程监护技术的不断进步，其未来必将朝着便携式、网络化、人性化等方向发展。另外，从其应用现状来看，易于携带、实时监护、操作简单、价格实惠的家庭心电远程监护产品将是未来市场的主流。相信随着计算机、网络、移动设备的不断进步，更加完善便捷的系统将会被研发出来，从而更加方便可靠的心电监护产品也将诞生，给广大患者带来福音。

[1] 李艳峥. 基于嵌入式web服务器的远程心电监护系统的研制[D]. 北京工业大学, 2014.

[2] 石涛. 基于Android系统智能手机的心电远程监护系统软件设计[D]. 北京工业大学, 2013.

[3] 徐立新, 陈震, 李庆亮. 无线数传技术在远程心电监护系统中的应用[J]. 微计算机信息, 2015,21(7):7-9.

[4] 刘尚辉, 马瑾. 家庭远程医疗监护系统的发展及应用[J]. 中国全科医学, 2015,15(13):1542.

[5] 徐红兵, 周典, 马端骏, 等. 家庭远程医疗监护系统的发展及应用分析[J]. 电子技术与软件工程, 2015,4(13):27.

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