基于GPRS的遠程心電實時監(jiān)護儀軟件系統(tǒng)設(shè)計

　　當今社會，心臟疾病已嚴重影響了人們的生命安全，許多突發(fā)患者因得不到及時救治而使生命受到威脅。傳統(tǒng)的心電監(jiān)護設(shè)備限制了患者的自由，動態(tài)心電記錄儀（Holter）雖能便攜地記錄患者日常活動時的心電數(shù)據(jù)，但是沒有實時監(jiān)護功能，對于危及生命的突發(fā)心臟病變幫助不大。

　　無線通信技術(shù)的日漸成熟使便攜式心電實時監(jiān)護成為可能。利用GPRS無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，可將實時監(jiān)護功能與Holter結(jié)合起來。患者可以配戴監(jiān)護儀自由活動，同時可隨時隨地得到心電監(jiān)護。緊急情況發(fā)生時，患者掌握著可靠的求生路徑；而醫(yī)生可根據(jù)全面的心電數(shù)據(jù)分析患者心臟狀況，使患者的心臟疾病及時得到預(yù)防和救治。

　　400Hz或500Hz采樣的心電數(shù)據(jù)是一種帶寬較大的數(shù)據(jù)源，同時心電監(jiān)護也有實時性要求。本文主要闡述在特定硬件平臺和整體系統(tǒng)設(shè)計下的遠程心電實時監(jiān)護儀軟件系統(tǒng)的設(shè)計。

　　1 遠程心電實時監(jiān)護系統(tǒng)概述

　　遠程心電實時監(jiān)護系統(tǒng)包括四個部分：監(jiān)護儀（病人終端）、PDA（醫(yī)生終端）、監(jiān)護服務(wù)器以及心電數(shù)據(jù)服務(wù)器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　監(jiān)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(shù)據(jù)通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)護服務(wù)器，數(shù)據(jù)的實時性由監(jiān)護服務(wù)器和監(jiān)護儀之間的控制信息控制。PDA接收來自監(jiān)護服務(wù)器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)心電分析的結(jié)果通過數(shù)據(jù)服務(wù)（GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)）和短消息（SMS）通知監(jiān)護儀。監(jiān)護服務(wù)器負責接收轉(zhuǎn)存病人端全部心電數(shù)據(jù)，實時分析及回放分析；同時向PDA轉(zhuǎn)發(fā)實時心電數(shù)據(jù)，利用控制信息來協(xié)調(diào)實時心電數(shù)據(jù)的收發(fā)。心電數(shù)據(jù)服務(wù)器存儲所有心電數(shù)據(jù)、患者信息以及設(shè)備信息，除了在監(jiān)護過程中存儲心電數(shù)據(jù)外，心電數(shù)據(jù)服務(wù)器還負責注冊患者和設(shè)備信息及管理數(shù)據(jù)庫遠程訪問等任務(wù)。

　　2 監(jiān)護儀硬件平臺簡介

　　監(jiān)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(qū)動模塊及GSM/GPRS無線通信模塊組成。

　　(1)單片機：PIC18系列單片機，低功耗，通過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，同時可檢測導(dǎo)聯(lián)脫落。

　　(4)擴展NAND Flash：32M NAND Flash，最多可存儲長達23小時的原始心電數(shù)據(jù)。

　　(5)LCD驅(qū)動模塊：驅(qū)動80×160點陣的LCD。

　　(6)GSM/GPRS無線通信模塊：內(nèi)嵌TCP（UDP）/IP協(xié)議棧，利用Socket建立網(wǎng)絡(luò)連接，在應(yīng)用GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，仍可以提供GSM語音、短信（SMS）服務(wù)。

　　3 軟件系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

　　監(jiān)護儀軟件系統(tǒng)的核心是管理Flash、GPRS網(wǎng)絡(luò)、無線模塊的GSM功能及LCD。

　　3.1 Flash管理

　　Flash存儲器用于存儲心電數(shù)據(jù)和控制信息，以保證心電數(shù)據(jù)在斷電時不遺失及日后查看監(jiān)護過程的相關(guān)控制信息。

　　內(nèi)存映射(Memory Map)模型把Flash作為一個整體，各種不同數(shù)據(jù)按照類別預(yù)先分配存儲空間。操作Flash數(shù)據(jù)時，首先把內(nèi)部索引（譬如數(shù)據(jù)索引或者消息索引）映射到分區(qū)地址，剔除無效存儲單元，再通過Flash操作函數(shù)讀取或?qū)懭胂鄳?yīng)的數(shù)據(jù)。

　　3.1.1 Flash分區(qū)結(jié)構(gòu)

　　(1)Head Seg：大小為1個塊（Block），用于存儲分區(qū)版本號、壞塊表及其余分區(qū)的基本信息，包括分區(qū)起始地址（BaseAdd）、分區(qū)跨度（以塊為單位）、分區(qū)最高地址、數(shù)據(jù)區(qū)（Data Seg）中的數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)區(qū)中數(shù)據(jù)的格式（FMT）、消息區(qū)（SMS Seg）所有消息的聯(lián)系人列表等，每個分區(qū)的基本信息占一頁（Page）。本分區(qū)占Flash存儲器的第一個塊。根據(jù)Flash的技術(shù)資料可知，第一塊正常使用時不會出現(xiàn)無效存儲單元，因此許多關(guān)鍵數(shù)據(jù)保存于此。

　　(2)Data Seg：大小為1000個塊，即1000個連續(xù)的有效塊，用于存儲心電數(shù)據(jù)。如果采樣頻率為400Hz，采樣位數(shù)為8位，數(shù)據(jù)區(qū)可存儲11.37小時的原始心電數(shù)據(jù)，所有的心電數(shù)據(jù)從采樣起始點0開始依次編號即心電數(shù)據(jù)索引，利用該索引尋址。

　　(3)SMS Seg：大小為20個塊，即20個連續(xù)的有效塊。每個塊存儲一條消息的位圖，消息的到達時間、發(fā)送者存儲在該Block的第一頁（該塊中相對地址為0的頁）。消息存滿則從頭開始覆蓋已有消息，利用消息的索引號來尋址。

　　Flash分區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。