基于ARM9處理器的家用遠程醫(yī)療監(jiān)護終端結構功能及應用

遠程醫(yī)療是網(wǎng)絡科技與醫(yī)療技術相結合的產(chǎn)物，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展、科技的進步以及進入老齡化社會的需要，發(fā)展遠程醫(yī)療已成為一種必然趨勢。遠程醫(yī)療從使用對象上可分為:面向醫(yī)院的遠程醫(yī)療系統(tǒng)和面向家庭的遠程醫(yī)療系統(tǒng)。面向家庭的遠程醫(yī)療系統(tǒng)的功能包括:遠程“看醫(yī)生”、遠程監(jiān)護、遠程醫(yī)學信息查詢/咨詢等。

　　國外的遠程家庭醫(yī)療更加注重遠程“看醫(yī)生”，個人/ 患者在家中就可與醫(yī)生進行實時語音、圖像信息交流,可實現(xiàn)在線檢測人體生理信號并給出診斷。這種系統(tǒng)是以視頻會議系統(tǒng)為核心，但目前還難以在我國普及，原因一是該系統(tǒng)的價格太貴，一般家庭承受不起；原因二是受到通信信道帶寬的限制，國外一般使用綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)，而我國現(xiàn)在普及到家庭的是普通電話系統(tǒng)(POTS)，盡管通過這也可實現(xiàn)雙向視頻傳輸，但在圖像分辨率、每秒傳輸圖像楨數(shù)等方面，難以達到遠程醫(yī)療的要求。作為遠程醫(yī)療的重要內(nèi)容之一的遠程監(jiān)護，其傳輸?shù)闹皇侨梭w生理信號，其所需的通信速度通過普通電話線就可以滿足。因此，考慮到我國互聯(lián)網(wǎng)用戶呈逐年增長趨勢，發(fā)展遠程監(jiān)護更加符合我國國情。

　　系統(tǒng)結構與功能

　　系統(tǒng)采用B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務器)模式設計，使用該模式的最大好處是減少開發(fā)工作量、運行維護比較簡便。將B/S模式引入嵌入式網(wǎng)絡設計，改變了過去需要同時開發(fā)上位機和下位機軟硬件的做法，現(xiàn)在只需要在下位機(服務器端)的嵌入式設備中集成一個微型服務器，利用HTML(超文本標記語言)設計網(wǎng)頁模塊，就可在上位機(瀏覽器端)使用IE等瀏覽器接收和解析此模板，從而為用戶提供一個視覺效果好、操作方便的工作界面。

　　首先基于ARM9處理器S3C2410A和嵌入式Linux操作系統(tǒng)，設計出支持嵌入式Web Server的開發(fā)平臺，再通過移植嵌入式Web Server—boa，配合數(shù)據(jù)采集和處理等模塊，構造一套適用于家庭的便攜式遠程醫(yī)療監(jiān)護終端。在監(jiān)護終端，利用生物電引導電極采用標準三導聯(lián)方式將人體心電信號拾取出，經(jīng)導聯(lián)線傳輸?shù)叫盘栒{(diào)理模塊，經(jīng)該模塊的濾波、放大后得到初級的生物電信號，再經(jīng)由S3C2410自帶的ADC引腳送入Web服務器模塊，心電信號在此模塊中經(jīng)過各種運算分析后得到反映心臟特征的信號， LCD上實時的顯示心電波形和病人的個人信息，同時將心電信號存儲于片外Flash ROM中，終端通過以太網(wǎng)口接入以太網(wǎng)，以實現(xiàn)與監(jiān)控中心的遠程交互。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

　　硬件電路設計

　　信號調(diào)理電路模塊

　　心電信號的檢測是屬于強噪聲背景下的微弱信號檢測，信號具有微弱、低頻、高阻抗、不穩(wěn)定和隨機等特點。此信號的主要頻率范圍為0.05~100Hz, 幅值范圍為0.5~5mV。微弱的心電信號還受到多種干擾，其特征被淹沒在復雜的信號之中。又由于生物電引導電極在拾取人體電信號時與人體接觸會產(chǎn)生極化電壓。因此，為了滿足檢測要求，信號調(diào)理電路必須要較好的抑制各種干擾、不失真的放大心電信號。本設計中，信號調(diào)理電路模塊主要包括前端電路、信號放大電路和陷波電路。電路框圖如圖2。

圖2 信號調(diào)理電路框圖

　　前端電路

　　前端電路作為信號調(diào)理電路的第一級，其功能主要是為了抑制環(huán)境中的干擾噪聲、提高前置放大器的共模抑制能力。緩沖放大器一般采用電壓跟隨器實現(xiàn)，其緩沖隔離作用減小了生物信號源對放大器的過高要求，提高了電路的輸入阻抗，減少心電信號衰減和匹配失真。使用屏蔽層驅(qū)動電路可以較好的去除導聯(lián)線屏蔽層分布電容的不等量衰減造成對放大器總CMRR(共模抑制比)的影響。由于人體本身可通過各種渠道從環(huán)境中拾取工頻50Hz交流電壓，在心電測量中形成交流共模干擾，這種干擾常在幾伏以上，采用右腿驅(qū)動電路后能夠使50Hz共模干擾電壓降到1%以下。電路圖如圖3。

圖3 前端電路