遠程心電監(jiān)護

1、遠程心電監(jiān)護遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)的整體功能是監(jiān)護病人的心率異常情況,如果檢測心率異常則通過 gPsone 獲取病人位置信息并通過 CDMA 傳輸到醫(yī)院監(jiān)護中心,或者連接到個人 PC 機,然后 通過 Internet 網傳輸到醫(yī)院監(jiān)護中心。因此,遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)可以從心電監(jiān)護部分、定 位及數據傳輸部分、監(jiān)護中心服務器三個部分來設計。系統(tǒng)整體結構如圖所示。 (1心電監(jiān)護終端。采集人體心電信號并對信號進行分析 ;(2定位及數據傳輸模塊。實現對病人的準確定位和對數據的遠程傳輸,當心電監(jiān)護終端檢 測心率異常時就把數據傳輸到該模塊。(3 Boa 服務器, 即個人 PC 機, 病人可以將采集到的心電信息由 Bo

2、a 服務器通過 Internet 傳輸到醫(yī)院監(jiān)護中心(4中心服務器。遠程接收心電數據由醫(yī)生或專家進一步分析決定治療方案,并對監(jiān)護終端 進行遠程控制一.心電監(jiān)護終端硬件設計人體心電信號經過采集電路處理后,得到穩(wěn)定且可供 S3C2440采集的信號,并保存、 顯示在終端設備上,通過 CDMA 模塊實現定位并發(fā)送數據,或者家庭 PC 機 (本地服務器 控制終端設備,實現數據回傳,最后醫(yī)院監(jiān)護中心通過瀏覽器模式登陸到家庭 PC 機服務器 后,便可對病人的心電信號進行查看并控制等,實現真正意義上的“遠程現場模擬診斷” 。 心電處理電路 輸入緩沖電路電極從體表采集心電信號, 經導聯線傳到輸入緩沖電路, 該輸

3、入緩沖電路為電壓跟隨器。 該電路的特點是輸入阻抗很高, 而輸出阻抗很低, 便于和后級放大器匹配。 該電路的作用是 將人體與前端放大電路隔離、提高輸入阻抗、 穩(wěn)定輸入信號、 提高實際的共模抑制比、 充分 發(fā)揮 AD620的性能。 電路如圖所示。 電路中電阻 R16的作用是能與人體阻抗匹配, 人體阻抗 大小在 500k 以上,取 R16=I00K。 導聯選擇電路輸入緩沖電路的輸出信號經導聯選擇電路進行導聯選擇。 導聯選擇電路由威爾遜網絡和 多路開關集成電路構成。威爾遜網絡是用 9個電阻組成的平衡電阻網絡。 6個 20K 電阻組成 三角形,如圖中電阻 R24、 R25、 R27、 R34、 R35、

4、 R36。 3個 30K 電阻組成星形,如圖中電阻 R26、 R28、 R29。頂點 LA 、 RA 、 LL 通過輸入緩沖電路分別與左臂、右臂、和左腿電極相連, 頂點 LALL 、 RALL 、 RALL 為加壓肢體導聯的相應參考點,中心 C 為威爾遜網絡中心端,均連 接到多路開關集成電路的輸入端。 中心端 C 的電位與人體電偶中心點的電位相等, 均可視為 零電位。 多路開關集成電路多路開關集成電路的作用是通過微控制器對 A 、 B 、 C 三個引腳輸出高低電平, 使 CD4O51得到不同的真值, 對輸入信號進行選擇, 從而進行導聯切換。 A 、 B 、 C 引腳的真值不同, CD4051的

5、輸入信號就不同。 前置放大電路心電信號經過導聯選擇電路以后開始進行放大。由于人體的心電信號幅值小、頻率低、 不穩(wěn)定、隨機性強、易受干擾,且通過心電電極提取時,信號源的阻抗因人而異,提取的心 電信號中還存在較強的共模干擾信號。因此,在選擇放大器時,必須從增益、頻率響應、輸 入阻抗、 共模抑制比、 噪聲和漂移等幾個方面綜合考慮, 最后選用差分放大器 AD620作為主 放大器。放大倍數位 10倍。 右腿驅動電路去除人體攜帶的交流共模干擾的一種有效方法是采用右腿驅動電路。 該電路的原理是通 過從前置放大電路的增益調節(jié)電阻處提取反饋信號, 并將反饋信號輸入到放大器的負端反相 放大, 并通過限流電阻 R2

6、0輸出。 如果從反饋信號中檢測出共模電壓, 會通過 R20反饋到右 腿。人體的位移電流不是流向地,而是流向 OPI177的輸出。而當病人和地之間出現很高電 壓時,輔助放大器 OP1177飽和,右腿驅動電路不起作用, OPI177等效于接地。右腿驅動電路實際上可以看成以人體為相加點的共模電壓并聯負反饋電壓, 任何流入人 體的位移電流基本等于反饋電阻上的驅動電流。 只要放大器的開環(huán)增益足夠大, 那么即使有較大的位移電流流入人體, 人體的電位也能基本保持零電位。 本設計采用的右腿驅動電路如 圖所示。 濾波電路由于心電信號來自于人體, 信號非常微弱, 這樣在采集的過程中不可避免地引進一些干 擾信一號,

7、尤其是 50HZ 的工頻信號。這些干擾信號如果不進行處理,將會完全淹沒心電信 號。因此, 設計合理的濾波電路是信號采集成功的關鍵。 濾波電路設計了高通濾波電路、低 通濾波電路以及消除 50Hz 工頻干擾的帶阻濾波電路。 心電信號的頻帶范圍主要集中在 0.05一 100HZ ,為了不損失心電信號的高低頻成分,設計低通濾波器的轉折頻率為 100HZ 左右, 高通濾波器的轉折頻率為 0.05Hz 左右。高通濾波電路,轉折頻率為 0.1HZ ,品質因數為0.5 低通濾波電路,轉折頻率為 96.5HZ ,品質因數為0.5 50HZ 陷波濾波電路,陷波頻率為 49.8HZ ,品質因數為1.525 二級放大

8、電路經過一級放大以及濾波電路的處理, 電路的主要干擾己經基本消除。 由于心電信號的幅 值一般在 lmv 左右, 一級放大倍數為 10倍, 而 mini2440的 A/D轉換的輸入范圍為 0一 3.3V , 需要設計放大倍數為 100倍左右二級放大電路,這樣電路的總放大倍數為 1000倍左右,可 以達到 A/D轉換的范圍,因此選擇放大電阻 R53=500。同時心電信號中還有負電壓信號,因 此還需要電平抬升電路把心電信號抬升到正電壓,這樣可以使信號達到 mini2440的處理范 圍之內。二級放大以及電平抬升電路如圖所示。 二. gpsOne 定位與通信模塊當監(jiān)護終端檢測出心率異常時, 就需要把心電

9、數據通過 UARTI 串口發(fā)送給通信模塊, 由 通信模塊對病人定位和進行數據傳輸。通信模塊由主控制器結合 gpsOne 模塊組成,主要功 能是接受心電數據同時對病人定位和數據傳輸。 gpsOne 模塊采用的是 AnyDATA 公司生產的 DTGS 一 800無線通信模塊。 該模塊是 AnyDATA 公司最新推出的新一代融合了 gpsOne 技術的 CDMA 模塊,是世界上最小最薄的 CDMA 無線數據模塊。該模塊的主要特點、基本功能和接口 特性如下主要特點 :工作頻段為 800MHZ ,支持 gpsOne 功能,可以通過 AT 指令遠程控制,內嵌 TCP/IP協議,串口速率高達 153kbPs

10、 ,尺寸小,工作溫度范圍一 30一 60。主要功能 :支持 CDMA2000 1x RTT(QualcommMsM6oso,支持 BREW 技術,提供精確地遙 控監(jiān)測,為 OEM 應用特別優(yōu)化,支持電路型數據業(yè)務和傳真,并提供 2路 SMS ,標準 RS 一 232數據接口,支持 MP3、 UsB 照相機和彩屏功能,并支持多種語言,內嵌 TCP/IP協議,集 射頻電路和基帶于一體,向用戶提供標準的 AT 命令接口,為數據、語音、短消息和傳真提 供快速、可靠、安全的傳輸,還支持外部重啟功能。接口特性 :提供彩色液晶屏 /外接袖珍鍵盤接口, R 一 UIMMIDFMP3接口和接受定制 GPIO 接

11、口。gPsone 通信模塊的外圍單元電路主要有 DTGS 一 800單元和 UIM 卡單元。 DTGs 一 800單元電路的功能是實現數據的收發(fā)和 gpsOne 定位 ;UIM 卡單元電路主要為 UIM 卡提供接口, UIM 卡主要作用是存儲電話號碼、短信息、識別用戶身份及通信加密。電路如圖所示。三家庭 PC 機 Boa 服務器的實現 B/S(Browser/Server結構即瀏覽器和服務器結構。 它是隨著 Internet 技術的發(fā)展對原 來 C/S 結構的一種改進。在這種結構下，用戶工作界面是通過 WWW 瀏覽器來實現，極少部分 事務邏輯在前端(Browser實現，但是主要事務邏輯在服務器

12、端(Server實現。這樣就大大 簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。 B/S 結構中 Web 瀏覽器是客戶端最主要的應用軟件。這種模式統(tǒng)一了客戶端，將系統(tǒng)功 能實現的核心部分集中到服務器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用。 針對 B/S 思想，本次設計采取了類似的方法，對于心電監(jiān)護系統(tǒng)，由于采集終端設備本 身資源有限以及需要存儲多人、 不同時間心電數據， 因此并沒有在 s3C2440 為核心的終端上 搭建 Boa 服務器，而是在個人家庭 PC 機上建立 Boa 服務器，使其充當本地服務器功能，這 樣醫(yī)院監(jiān)護中心系統(tǒng)可以把家庭 PC 機作為服務器直接通過 IP 地址登陸并訪問，同時家庭 PC 機作為本地機可以隨時控制終端獲取實時數據等操作，也可以回放家庭 PC 機上已經存儲 的大量的歷史數據，從而通過不同時間段的心電數據對比來分析病人病情。 當醫(yī)院監(jiān)護中心客戶端在瀏覽器中輸入家庭個人 PC 機的 IP 地址進行訪問時， 瀏覽器會 提交對 Boa 服務器的訪問請求，服務器將保存的 HTML 網頁傳送給瀏覽器顯示。 當瀏覽器要了解病人基本信息時，則需要向 Boa 服務器提交請求，進而運行 CGI 程序， CGI 程序會將病人基本信息從服務器端的數據庫中讀出， 并動態(tài)創(chuàng)建 HTML 格式的頁面給 Boa 服