基于三层架构的分布式心电采集模式

2018-03-29魏明，罗希

电子设计工程 2018年2期

魏明，罗希

（1.解放军第一七四医院福建厦门361003；2.解放军第九十四医院江西南昌330002）

心电图医疗业务作为医疗机构的基础检查项目，覆盖面极大。在医院临床中，外科手术、心脏超声、内科医疗、各种介入诊疗等方面均离不开最为基础的心电图[1]。几乎每个患者都要进行心电图检查以判定其心功能状态是否正常。心电图对于医学上进行某些疾病的诊断有着密切的关系[2]，心电图检查结果将直接影响临床医师对患者制定的诊疗方案。因此，在众多高端、大型检查设备纷纷投入使用的今天，小型、无创的心电图检查仍然保有一席之地并不断发展壮大，足以证明其自身的价值。通过与现代科技的融合，心电图设备已实现小型化、网络化以及优异的用户体验。而可长时间佩戴于身体上的动态心电记录设备更是中老年、慢性心脏疾病患者的健康卫士。通过无线或有线的方式与手机、电脑等设备连接，将心电图数据发送到医院或健康服务机构[3]，心电图诊断医师可以发现、捕获平时无法掌握、不可重复的信息，为精准诊疗提供了数据支持，使其可操作性大为提高。同时，通过区域医疗卫生服务平台，个体的报告、影像数据得以在医疗机构中共享，使得急难危重患者的远程会诊成为可能。

1 中间层概述

中间层也称作“应用程序服务器层或应用服务层”，是客户端与数据库之间的逻辑层，是构建三层结构必不可少的一部分，也是区别于传统二层结构的标志。业务逻辑的处理置于中间层上，极大降低了客户端负担。并且，由于逻辑处理与客户端不处于同一层，当数据库或者应用服务层的业务逻辑改变时，客户端并不需要改变，大大提高了系统模块的复用性，可升级性、可维护性相较传统二层结构有了巨大的提升。同时，简化的客户端应用也更方便与硬件进行深度定制，用户不必面对客户端繁复的功能，只需专注于业务本身，获取的数据通过有线、无线网络传输至中间层进行处理，极大增强了客户端的稳定性、专业性，同时在硬件性能上也不必过分要求，可以很好的控制成本。

2 传统的中心式心电采集模式

传统的中心式心电采集模式是一种高度集中、与当时医疗水平相适应的模式。所有的患者，门诊、住院都汇聚到心功能诊疗科室进行心电图谱采集并对心功能状态进行评估。这样做的好处是在医疗水平、医疗设备、人员素质、患者总量等情况下，可最大程度的发挥心功能诊疗科室的作用，集中所有的心电采集、诊断方面的资源为临床医疗业务的顺畅运行提供支持。最关键的是，当时的信息技术水平仅能支持中心式的心电采集模式。一方面，心电采集设备移动能力差，并且价格昂贵、体型笨重、不易移动[4]，只能通过与采集工作站相连，固定在诊室对患者进行心电图谱采集；另一方面，心电信息管理系统仍然是单机或独立的系统，无法与HIS、PACS进行数据交互，心电图谱数据仅心电诊断科室自身可以浏览，缺乏数据共享的能力。随着技术的不断创新，现阶段的中心式心电采集模式已经实现了与HIS、PACS的数据交互，临床可通过PACS直接浏览患者的心电图谱。心电采集设备也进一步小型化，具备了移动的能力，可直接置于患者床边进行心电图谱的采集，但在运用模式上仍仅限于无法行动的住院患者。医生搬着心电图仪在医院各个病区做检查，极不方便，而心电诊断报告的发布也不及时[5]。绝大多数的患者仍然要前往心电诊断科室进行检查、诊断。

3 基于中间层服务的分布式采集心电采集模式

传统的中心式心电采集模式通过与HIS、PACS的数据交互，信息化程度有了一定的提高，整个诊疗流程更加高效、快捷，临床医师获取心电报告的时效性更强。如图1所示。

图1 传统的中心式心电采集模式

但由于采集模式的根本仍然是高度集中的中心式，心电诊断医师的工作时间、强度依旧十分巨大。为方便患者诊疗、排号所实施的分诊叫号系统，只能在一定程度上缓解患者排队等待的焦虑情绪，并不能解决大量患者聚集到心电诊断科室的现实。这种高度集中的心电采集模式在当前患者数量大、对诊疗要求高、医患矛盾十分突出的情况下，对医患双方都形成了极大的压力。急需一种技术成熟、架构明确、易实施、易推广、性价比突出的整体解决方案。基于三层架构的分布式心电采集模式，针对传统中心式心电采集模式患者高度集中的情况，力求将其分流。住院患者方面，依托住院病区在患者诊疗、管理方面的优势，以及医师、护士业务水平较高，借助小型化、高移动性能的心电采集终端设备，将心电图谱采集前置于患者床前。例如对手术室、急救室等卧床不起的病人的床旁心电图检查[6]。通过部署完善的无线网络将获取到的心电数据传输至中间服务层。采用无线通信传输数据，可以减少系统的各种连线，缩小设备的体积[7]。中间服务层通过解析获取到的心电数据文件，将数据文件中的患者信息与HIS中的患者信息进行匹配，并对数据文件进行重新打包插入符合DICOM协议标准的信息，生成最终的DICOM文件传输至PACS服务器端。心电诊断科室通过心电信息管理系统即可查看、分析患者的心电波形图，从而进行报告书写、诊断。实现了医生无须下病房，患者无须到检查室[8]。如图2所示。

图2 基于三层架构的分布式心电采集模式

分布于临床的移动心电采集终端可移动性强。采用平板设计，小巧方便，便于携带，支持多导联心电图采集[9]。OS与硬件高度定制，可输入简短的患者信息，如姓名、床号，其自身不具备也不承担与HIS数据交互的任务，采集到的心电数据通过无线网络传输至中间服务层。此时，心电数据文件仅包含十分有限的患者信息，仍然很难完成患者信息的匹配。由于移动终端采用人工输入，差错很难避免。因此，在采集终端上传的心电数据中，增加对移动终端硬件的标识，并在数据库中创建表，记录不同病区对应的移动终端硬件标识。系统将设备信息、病人信息、检查信息、心电测量数据信息以及心电波形信息整合在一个XML文件中进行数据存储与数据交换[10]。中间服务层通过解析移动采集终端上传的心电数据文件中的信息，将多个条件信息传入HIS从而获取与之匹配的患者检查记录，以醒目提示的方式显示于心功能诊断工作站，心电诊断医师即可知道某个病区患者的检查已经完成。同时通过提示信息，诊断医师对于心电图谱匹配正确的患者信息可进行确认并开始书写报告。对于个别有疑问的，诊断医师可取消系统匹配的结果，通过手工模式重新进行匹配，保障患者信息匹配的正确性。最后，把心电波形数据生成DICOM-ECG格式文件，同时通过DICOM STORE服务把心电报告回传到PACS/HIS系统，进行存储归档[11]。系统功能设计如图3所示。

图3 分布式心电采集模式系统功能设计

传统的中心式心电采集模式中心电诊断工作站功能十分繁复，既要完成心电数据采集、图谱存储、书写报告、DICOM格式转换、与PACS、HIS数据交互等功能，安装部署、升级维护难度较大。基于三层架构的分布式心电采集模式将大部分的功能置于中间服务层，心电诊断工作站不再承载过多的功能，安装部署、升级维护易用性极大提升。同时，传统的心电格式是私有的，很难读取及共享。因此，采用标准化的XML-ECG格式。XML-ECG格式的心电数据及其树型结构设计可方便地将心电图信息分开不同层次描述，且能够通过HL7、DICOM等通用的标准协议与电子病历系统或医院信息管理系统实现无缝连接[12]。心电图谱文件存储于中间服务层也极大的提高了数据的安全性。心电图谱文件不再存储于某台心电诊断工作站上，既避免了OS、硬件故障的隐患，也降低了人为误删除带来的数据丢失。如表1。

4 讨论

现阶段，国家制定、实施了很多强化基层、社区医疗机构的政策和举措，希望逐步改善患者大量汇聚于大型医疗机构这一现状，但要显现效果仍需要一定的时间。目前，大型综合性医疗机构规模都十分巨大，楼宇林立，科室众多。即使有提供指引标识，患者对在多个科室之间进行检查、诊疗仍然感到不便。例如无痛胃镜检查前，患者必须进行心电图检查以确定其心脏功能是否正常。患者需要在心功能诊断科室、内镜诊断科室之间奔波、排队，影响患者的就诊体验。而内镜检查科室与病区有很多类似之处，患者相对集中，管控易实现。并且医师、护士年资高，技术水平强，具备实施分布式采集心电模式的各种条件。通过移动心电采集终端，患者无需离开内镜诊断科室。在进行无痛麻醉之前，患者即可接收心电图图谱采集，数据经过中间层处理后反馈到心电图诊断工作站，心电诊断医师通过图谱可迅速对患者当前状态做出判断，实时性很强。检查后的结果由转业的医生集中处理，通过WEB方式将报告发布在全院医生工作站上，实现心电图信息图像全院发布并共享[13]。相比患者提前进行心电图检查，实时数据更加真实、医疗安全性更高。

表1 分布式采集心电模式与中心式心电采集模式对比

5 结束语

基于三层架构的分布式心电采集模式是对传统中心式心电采集模式的改进，充分利用现有信息化系统、网络、移动终端等技术手段，最大程度的使患者可以就近进行心电图图谱采集，减少患者时间、体力的消耗，同时也极大的缓解大量患者聚集于心电诊断科室带来的医疗、安全等各方面的压力。使诊断医师可集中精力进行图谱的诊断、报告的书写，提高整个检查流程的顺畅程度及工作效率。而在更大的领域内，以区域医疗服务平台为基础。远程心电诊断中心能集三级医院的诊断资源，为基层医疗机构提供专业的诊断服务[14]。而智能手机还能将心电测试结果进行保存与管理，可以以曲线的形式直接显示近七天的心电图测试结果[15]。小型医疗仪器将继续沿着便携化方向发展，床边图像诊疗设备将更加普及[16]。更好、更合理的运用心电数据，对于如何应对老龄化时代的医疗保障是一个很有意义的研究方向。而基于三层架构的分布式心电采集模式为医疗业务、患者满意率、系统维护提供了一个有效且性价比突出的方案，进一步提高医疗机构整体服务水平。

[1]韩智红，任学军，王云龙，等.携带式远程实时心电监测仪在心律失常诊断中的应用[J].北京生物医学工程，2013（6）:613-617.

[2]钟健明.心电图数字化诊断管理系统在医院的应用[J].中医药管理杂志，2014（7）:1080-1081.

[3]石波，孔祥勇，马小智，等.一种基于USB接口的数字心电传感器[J].中国医疗器械杂志，2016（1）:41-43.

[4]丁慎平，王应海，等.便携式心电监护仪设计进展[J].生物医学工程杂志，2014（3）:708-713.

[5]卢征.医院网络心电信息管理系统的设计与应用[J].中国医学备，2015（8）:54-56.

[6]杨德龙，褚晶辉.基于Android平台的动态心电图显示终端设计[J].计算机应用，2013（33）:283-285.

[7]刘元建，李红利.基于物联网的社区心电监护系统设计[J].传感器与微系统，2015（8）:112-115.

[8]陈立卫，曹宪宾.心电检查系统的应用研究[J].医疗装备，2014（11）:6-7.

[9]肖静，廖刚，杨栋.基于电子病历的心电网络信息系统升级应用[J].中国数字医学，2015（1）:54-56.

[10]陈卫平，刘喻，刁文凯，等.区域化心电解决方案的探索与研究[J].中国数字医学，2015（8）:92-94.

[11]贺伟，任胜兵，邱四海.基于DICOM的心电工作站集成的实现研究[J].电子设计工程，2015（3）:123-126.

[12]张兆国，张海澄.基于XML技术的数字心电信息管理系统设计与应用[J].中国数字医学，2011（7）:30-32.