基于Linux的嵌入式心电监护仪.doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要心脏类疾病具有突发性和高危险性，为了及时发现病情，需要对心脏类疾病患者进行有效监护。目前国内的心电监护倾向于在医院进行实时监护，这种监护手段价格昂贵，普通患者难以负担，同时也限制了病人的活动范围。心电监护仪作为一种新型的远程医疗监护设备，实时性强，方便灵活，为心脏病人的诊断和治疗提供了一个有效的手段。本文的目的是设计一套基于Linux的嵌入式心电监护仪。它可以推广到家庭或社区医疗中，并能在任何时间、任何范围内对患者的多项生理参数(包括心电、呼吸、脉博、体动等)进行实时监测，从而对心脏病患者或者有潜在心血管疾病的亚健康人群起到预防和保健作用。本文设计的基于GPRS的

2、嵌入式心电监护仪，综合嵌入式系统技术和GPRS无线传输通信技术的优势，利用串口编程、多线程技术、Socket技术实现心电数据的采集、显示、远程传输，然后经交叉编译后移植到所设计的嵌入式硬件平台上，成功实现对患者的实时监测。该监护仪采用嵌入式系统技术,不仅能对病人现场实时监护,而且能进行数据分析计算,具有成本低,体积小,重量轻,功耗低,性能稳定,网络功能强大等优点;通过GPRS通信,它还能上传数据到监护中心以实现远程监护,具有速度快、成本低、可扩展性好的优点。该监护仪为医疗仪器的构建和网络化提供了新的解决方案,具有一定的应用价值。在心电监护系统中引入嵌入式Linux操作系统，将操作系统作为嵌入式

3、系统软硬件协同开发的核心，合理管理和调度资源，为智能化应用提供软件应用平台，针对通用Linux在实时性能方面的不足，提出以中断线程化、改进实时调度模块等技术为基础的实时性改造方案；以GPRS（通用分组无线业务）网络作为数据通信手段，使监护仪既能作为现场心电图像信号分析、判断，提供完整的信息，又能及时将数据发送到任意指定的中央服务器，给专家会诊提供有效的依据。关键词:心电监护,嵌入式系统,GPRS无线传输通信技术目录89999专心-专注-专业第1章 绪论 远程监护(Telemonitor)是一种通过对人体生理参数进行远程监测来研究远端监护对象健康状况的方法。它是实现远程医疗的基础，近年来远程监护

4、技术在世界范围内已成为一个非常重要的研究领域1。11 课题背景及研究意义 伴随着人们生活水平的提高，营养过剩和运动减少，生活和工作节奏的加快，社会老龄化的加剧，心脏病等心血管疾病的发病率明显上升。目前心脏病的死亡率远远高于其他疾病，是威胁人类生命安全的主要疾病，心脏病己成为威胁人类生命安全的“第一杀手”。由于心脏病具有病情隐蔽、发展缓慢、发病危险性高等特点，因此它对心脏病患者、特别是中老年心脏病患者的危害性极大，因此心脏系统疾病的防治和诊断己成为当今医学界面临的首要问题。 另外，一些特殊的心脏病患者，在正常工作生活时发病，而到医院检查时症状消失，导致在医院无法检测到异常心电图，无法对病情做出诊

5、断，耽误了治疗的最佳时机，所以心电监护是有重要意义的。随着社会老龄化的加剧，解决长期慢性病的监护目前已经是重要的社会问题。怎样才能使病人在家庭中得到更好医疗保健，同时又减少病人家属及社会的负担，是现在摆在有关研究人员及医生面前的一个重要课题。 心电信号是人类最早研究并应用于临床医学的生物电信号之一，与其它生物电信号相比心电信号更易于检测并具有较直观的规律性。在医学发达的今天，心电信号的监测与处理仍是生物医学领域重要的研究对象之一，是医学上诊断心脏系统疾病十分重要的检测依据。因此及时通过心电信号来发现并预防心脏病的发生是减少心脏病人发病和死亡率的一个有效途径。心电学自上世纪初到现在已经发展了一百

6、多年。在这期间心电图检测技术本身不断发展完善，各种心电检测方法不断问世，到目前可以说心电检测已趋于成熟。以往的检测手段基本上都需要到医院在庞大的心电图仪器上进行检测，而心脏病人不可能每次发病时都具备到医院检测的条件，还有一点就是一些患者在发病时感到不适，而到医院检查时症状消失，进行心电图检查时得不到明显异常的心电信号，这将影响对患者的诊断和治疗。因此导致了许多心脏病人病情不能得到及时诊断和治疗，延误了病情甚至导致死亡等严重后果2。因此，开发一套携带方便、低成本的远程心电监护系统具有深远的理论研究意义和实践应用价值。 其具体意义如下： (1)使患者或医护人员减少了路途奔波，节省了时间和社会的医疗

7、资源； (2)把患者的监护在家中完成，即为患者节省了开支，又为医院节省了床位； (3)使患者在熟悉的环境中进行检测，减少了患者的心理压力，提高诊断的准确性； (4)对于自理能力较差的老年人和行动不便的病人的实施远程监护，可以随时了解监护对象的健康状况在患者病情突变恶化时报警，为患者提供及时的救助。12 国内外研究现状和发展趋势 心电监护技术的发展经历3了从最初的Holter、TTM心电监护、遥测心电监护、基于计算机网络的远程心电监护、基于移动通信的远程心电监护五个阶段。随着医疗技术、无线技术和微电子技术的发展，对于心电信号等的生物遥感技术有了长足的进步和提高。随着微电子技术和通讯技术的发展，无

8、线心电监护仪发展呈现出多样化。国外先进国家己经取得心电监护临床应用的实际效果，并且还在以更高的速度进行实质性的改进和提高。美国和欧洲各国都己经设立了专项基金，用来资助心电远程监护系统的发展。国外无线心电监护仪突出家用为主，以小型化、智能化为特色，一方面加强了PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)和PC(Personal Computer，个人电脑)在家庭环境中的数据处理功能；另一方面专注于智能生物传感器的应用，使电极从植入式到可佩带式，更加灵活方便；数据传输方式多种多样，几乎涵盖了现今流行的各种无线方式。国内不少研究单位和企业也非常重视心电监护系统的研究，

9、并已研制出了心电Holter、心电BP机和心电实时监护系统等设备。国内无线心电监护仪以中央集中监护系统和家用两方面并重，但更侧重于家用系统；均采用表面粘贴式电极；通讯方式由RF无线射频（公共频段433MHz）逐渐向蓝牙和GPRS（通用分组无线业务）发展；采用多种多样的嵌入式芯片，从低端的8位单片机（例如8051系列）到利用专用DSP芯片的数据处理功能，到高端的ARM系列芯片，适应不同的成本要求4。随着嵌入式技术与无线通讯技术的迅猛发展，各国对心电监护的不断研究，心电信息高速公路的发展和开通，未来的心电监护将会有如下特点5：1.随时随地。不论是在工作或是休息，室内或是室外，只要需要，都可以监测心

10、电信息，获取的心电信息将会更加全面。2.方便。对被监测者来说，监护仪会像如今的手机一样使用方便，轻轻的按一个按扭，自身的心电信息就己经传送到医生处。3.更加智能化。很多时候，并不需要医生的指导，监护仪会告诉您自身心脏的一些情况，以及是否需要医生的进一步诊断；在情况紧急的时候，还会提供相应的急救措施。13 论文主要工作综合上述分析，本文基于传统的客户端/服务器模式建立了一套面向社区或家庭的远程心电监护系统，并采用无线传输平台将客户端和服务器相连接。客户端心电监护仪对病人进行现场实时监测，包括对病人心电信号的采集、显示、分析和保存，无线传输平台将生理信号实时传输到服务器端中央监护中心，进而完成心电

11、数据的接收、集中监护、信息管理等，并通过专业医生诊断把诊断结果实时反馈给病人，从而使病人在院外也可得到专业、及时的诊断和治疗。第2章 心电监护仪的总体设计方案2.1 系统总体架构系统采用C/S模式，由心电监护仪(客户端)和中央监护中心(服务器端)组成，如图2.1所示。图2.1 远程心电监护的总体架构 客户端心电监护由监测患者和心电监护仪组成，心电监护仪由采集模块和嵌入式模块组成。采集模块通过内部的传感器完成病人生理信号的采集，嵌入式模块控制完成心电信号的显示、分析和远程传输;无线传输平台利用GPRS无线传输技术将心电数据传送到服务器端监护中心;中央监护中心可以同时监测多个病人的心电数据，并对接

12、收到的心电数据加以分析和管理，一旦有异常情况，可将诊断报告和分析结果通过GPRS远程提示被测者。2.2 嵌入式系统的搭建嵌入式系统由嵌入式硬件平台、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件三部分组成。其结构图如图2.2所示。要构建一个嵌入式系统，就要根据系统实际的需求，选择所需的硬件和软件。图2.2 嵌入式系统结构图2.2.1 嵌入式模块的选择 嵌入式操作系统专门负责存储器分配、中断处理、任务调度等功能，通常包括系统内核、底层驱动程序、设备驱动接口、图形用户界面(GuD)等。目前常用的嵌入式操作系统有6windowseE、EmbeddedWinXp、EmbeddedLinux、Vxwbrks等。Wind

13、owsCE适用范围广;EmbeddedWINdowsXP和Embedded Linux主要用在工业控制和手机中;而VxWOrks主要用于工业控制领域。 嵌入式系统的核心是嵌入式处理器，嵌入式处理器是将通用处理器中许多由独立板卡完成的任务集成到嵌入式芯片内部。和通用处理器相比，它具有体积小、可裁剪、成本低、可靠性高7等优点，更加适用于为特定用户专门设计的系统中。目前嵌入式处理器以ARM、PowerPC、MC68000、MIPS等体系结构使用得最为广泛，其中ARM系列嵌入式处理器具有低电压、低功耗和高集成度等优点，并具有开放性和可扩性，已成为嵌入式系统首选的处理器架构8。 外围设备通常指具备存储、

14、通信、显示等辅助功能的其它设备，按设备功能划分包括存储设备、通信设备和显示设备10三类。存储设备包括易失型存储器(SRAM、DRAM)和非易失型存储器(ROM、EpROM、EEPRoM、FLASH)两种。其中FLASH存储器可擦写次数多、存储速度快、存储容量大、价格便宜，在嵌入式存储设备中的应用最为广泛。通信设备常用的接口有RS232接口、USB(通用串行总线接口)、以太网接口等。显示设备包括LED显示器、液晶显示器(LCD)、CRT显示器和触摸屏等。 系统总体方案设计根据以上分析，综合考虑在嵌入式操作系统、嵌入式处理器、外围设备这3方面的特性之后，本系统选用广州友善之臂科技有限公司提供的mi

15、ni244o嵌入式模块取代传统的单片机作为中央控制模块。mini2440采用核心板一开发板结构，并且开发底板的电路原理图、PCB板图公开，在它的结构上进行研制开发心电系统，只需根据系统需求对开发底板进行裁剪。另外，mini244o可支持WinCE操作系统，实时性高，系统开发速度较快，满足系统各方面需求11。2.2.2 嵌入式软件的构建 嵌入式系统在硬件选型完成之后，可以根据功能和应用的要求，开始软件的功能和结构设计。嵌入式软件的开发与传统的软件开发有许多共同点，它继承了许多传统软件的开发习惯，但由于嵌入式软件运行于特定的应用环境，注定了嵌入式应用软件的开发具有其自身的特点。嵌入式软件一种典型的

16、开发模式是宿主机一目标机(Host一Target)模式12，如图2.3所示。图2.3 宿主机目标机模式 宿主机大多为通用的PC机，其操作系统大多为WindowS系列或Linux，用于完成应用软件的编码和操作系统的裁剪。而目标机是指待开发的硬件平台，通常目标机上的软硬件是可以裁剪和配置的。这种开发模式首先要在宿主机上建立一个交叉开发环境，完成目标机相应的软件功能，然后通过串口或网络口将交叉编译好的代码传输并装载到目标机上，并在编译环境或者操作系统的支持下进行调试和分析，最后目标机在特定环境下脱离宿主机能够单独运行。2.3 网络通信方式的选择 目前，常见的无线广域通信网络主要有GPRS、CDMA等

17、网络制式类型13。 GPRS网络制式 GPRS是GeneralPaeketRadioServiee的英文简称，中文是通用无线分组业务，是一种基于GSM的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以分组的形式发送数据，每个用户只在有业务数据传送时，才动态地申请和占用无线资源。GPRS特别适用于间断的、突发性的和频繁少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信过渡的技术，但它在很多方面具有一定的优势和潜力。 CDMA网络制式 CDMA是码分多址(eodeoivisionMultipleAee

18、ess)的英文缩写，是在扩频技术上发展起来的崭新成熟的无线通信技术。CDMA允许所有的使用者同时使用全部频带，并且把其他使用者发出的信号视为杂信号，完全不必考虑信号碰撞的问题。CDMA在通话质量、掉话率、抗辐射等方面具有明显优势。 由于GPRS网具有以下优势脚14:接入范围广，可充分利用覆盖全国的电信网络;高速传输，数据传输最高可达到171kbPs;实时在线，病人一旦联网，将始终处于在线状态，这将使用户端数据传输变得十分方便;登陆快捷，只需一个激活的过程，一般只需15一35的时间马上就能接入GPRS网;按量计费，病人可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的流量来收取费用。综合考虑各方面因素，本

19、文无线传输采用GPRS网络制式进行传输。第3章 客户端硬件和软件的设计与实现3.1 客户端功能和体系结构 根据本系统的设计，客户端应完成以下功能: 数据采集 通过监护仪内部的A/D采样卡，实时采集病人的生理数据。本文心电数据的采样频率为200HZ，即每5ms采集一次心电数据。 波形显示 作为一台可以独立工作的监护仪，实现对病人生理信号的实时监护，并完成波形和相关生理参数的显示。 信号分析 在心电波形显示的同时应对心电信号进行相应的分析处理，包括波形检测、参数计算等，以便医生进行病情的诊断。 远程传输 当需要进行中央监护时，可通过GPRS无线传输以Socket通信方式同服务器端中央监护中心通信。

20、报警和存储当监护仪判断出病人的心电有异常时进行报警，并对报警前后的心电数据、某段重要波形进行存储。其体系结构如图3.1所示。图3.1病人端心电监护体系结构 心电监护仪由硬件和软件两部分组成。硬件部分由心电信号采集模块、嵌入式模块、GPRS模块组成，软件部分由显示模块、分析模块、存储和辅助模块组成。采集模块完成病人心电数据的采集、滤波、A/D转换;嵌入式模块通过RS232串口接收采集模块采集到的心电数据，并控制显示、分析、存储和GPRS模块的远程传输等功能。3.2客户端硬件设计 客户端硬件包括实时心电采集模块、嵌入式模块、GPRS远程传输模块三部分构成，系统硬件总体设计框图如图3.2所示。图3.

21、2系统硬件框图3.2.1实时心电采集模块 实时心电采集模块外部接口包括心电、血压、体温、脉搏、体动信号的输入口，以及两个网络口和一个电源接口。为了使系统的运行更加可靠，必须使硬件满足一定的条件。系统的性能参数如下: 1.采样频率:20OHZ 2.A/D采样精度:8位 3.导联方式:I，II，III，aVR，aVL，aVF，Vx 4.分辨率:800x600 5.今频率:0.05一IOoHz，能量主要集中在17Hz附近 6.幅值:0.05-100HZ 7.共模抑制比:80dB 8.ECG导联导通状态:用ECGLEAD监示导联是否脱落 9.心电控制命令:可进行主导联选择、增益选择 (00:*0.5;

22、01:*l;02:*2)、方式选择(00手术;01监护;02诊断)、滤波选择(强滤波;弱滤波) 10.工作电压:3.3V 11.工作温度:5-303.2.2嵌入式模块 根据客户端的设计需求，嵌入式模块应满足如下功能: 能够实时进行数据分析和计算。 能够显示并保存病人的信息和心电数据。 传输速度快，通信质量和抗干扰能力强。 操作简单，界面友好。 嵌入式微处理器和嵌入式操作系统为核心的嵌入式技术是最近一个新的技术发展方向。以ARM公司的32位IP核为基础的ARM嵌入式微处理器，因其低成本、小体积、高性能、低功耗、高可靠性以及完整的产业链支持15，成为嵌入式系统设计的理想选择。本文选用的是广州友善之

23、臂科技有限公司提供的mini2440开发板，如图 3.3所示，在它的基础上进行研制开发心电系统。图3.3 mini2440嵌入式模块 mini2440是一款低价实用的ARM9开发板，它采用 samsungs3e2440微处理器，并采用专业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行的稳定性。在医疗电子设备、视频会议、楼宇的对讲系统、网络监控、GPS定位/导航仪、多媒体终端产品等应用领域都有广泛应用，其开发板硬件资源特性如下所示16: 1.CPU处理器 samsungS3C2330A，主频300MHz，最高533MHz。 2.SDRAM内存 63MSDRAM，32bit数据总线，SDRAM时

24、钟频率高达100MHZ。 3.FLASH存储 128MNandFlash，掉电非易失 ;ZMNorFlash，掉电非易失，已经安装BIOS。 4.LCD显示 支持黑白、3级灰度、16级灰度、256色、3096色SIN/TFT液晶屏，尺寸从3.5寸到12.1寸，屏幕分辨率可以达到1024x768像素;标准配置为NEC256K色230x320/3.5英寸TFT真彩液晶屏，带触摸屏。 5.USB接口 1个 USB Host，1个 USB Slave B型接口。 6.网络接口 l个100M以太网RJ-45接口。 7.串行口 3个串口，分别为COM1、COM2和COM3。 8.SD卡接口 1个SD卡存储

25、接口。 9.音频接口 1路立体声音频输出接口，一路麦克风接口。 10.JIAG接口 1个2.0mm间距10针标准JTAG接口。 11.摄像头接口 1个2.0mm间距20Pin摄像头接口 12.系统时钟源 12M无源晶振。 13.实时时钟 板载实时时钟(带后备铿电池)。 14.电源接口 电源接口(5V)，带电源开关和指示灯。 15.扩展接口 l个33pin2.0mmGPIO接口，l个30pin2.0mm系统总线接口。 16.操作系统 可支持 WindowsCE.NET5.0， Linux2.6.29.3+QtoPia-2.2.0。 17.网络连接方式 内置GPRS扩展接口，支持GPRS网络连接方

26、式。3.2.3无线传输模块 本系统的关键问题之一是解决客户端心电监护仪与中央监护中心的数据通信。心电监护仪实现心电信号现场实时的监护和相应的分析处理，当需要在监护中心进行集中监护时，心电监护仪只需打开无线传输功能，即可通过GPRS无线网络将病人的心电信号上传到中央监护中心，进而完成对病人的远程实时监护和相应的分析处理17。图 3.4 GPRS模块Q2686 本文选用的是与mini2440嵌入式模块相配套的法国wavecom公司的Q2686GPRS模块，如图 3.4所示。Q2686是市场上最小的可编程无线CPU，采用ARM9核心处理器，拥有128Mb闪存和16Mb的RAM，可支持 GPS/GPR

27、S无线网络传输网络制式，此外还有2个模数转换器，2个RS232串口，1个并口和1个USB 2.0。3.3客户端软件设计与实现 由第2章可知，客户端软件程序开发采用宿主机一目标机模式，首先是宿主机在Windows XP操作系统下采用VB6.0开发并初步调试，然后经交叉编译后下载到目标机上的WinCE环境下独立运行。 根据要实现的功能，在软件的设计时采用了模块化思想18，把整个系统划分为实时任务模块、显示模块、网络通讯模块和辅助功能共四个模块，各功能模块结构如图3.5所示。各模块分别完成确定的任务，模块之间既相对独立又相互协作共同实现系统任务。图3.5客户端软件功能模块结构图3.3.1实时任务模块

28、根据系统任务和功能划分，实时任务模块需要完成两个功能:一个是实时采集心电数据，一个是对心电信号进行实时分析。因此将实时任务模块划分为两个线程，一个是实时数据采集线程，另一个是实时分析线程。本系统使用串口通讯方式需要不断地从刀D卡读取采集到的心电信号数据，否则会被后来的数据覆客户端软件的设计与实现掉，从而造成数据丢失。因此利用多线程编程技术，开辟一个实时采集线程专处理读取数据。客户端各线程工作流程图3.6所示。图3.6客户端各线程工作流程 当病人需要进行监护时，系统首先初始化串口，通过设置串口名称、波特率接收上下限并打开串口，然后启动实时数据采集线程，进入串口查询读取状态，实时读取心电信号数据。

29、 线程每次读取一次采样的数据，读取到采样数据后，进行以下处理: 将读取到的数据解包提取，存入缓冲区的一维数组inByte()中。 判断是否累积到25个数据包，如果到25个数据包，则通知显示线程绘制波形。 若累积到50个包，并且网络标志为真，则通知实时传输线程向服务器端传输心电数据。 判断是否累积到100个数据包，如果到100个数据包，则启动分析线程进行心电信号的波形检测和特征值提取。 当病人需要结束监护时，向系统发送消息，关闭串口并结束实时数据采集线程。3.3.2显示模块显示模块主要包括心电信号波形显示、心电数据分析结果显示以及趋势图显示三部分。心电数据显示模块利用定时器进行显示，定时器使用S

30、ctTime创建，创建时需要指定定时时间和定时器标识号，当达到定时时间时，定时器将会产生TimerlTick中断，从而进入相应的中断处理程序绘制波形。心电波形的显示方法最常见的医学心电显示仪器中有两种方式:移屏式与扫描式。移屏式是新点从屏幕右边进来，同时旧的点从左边消失，波形呈平稳左移，这种方法的实时性更明显，但对刷新率要求高，并且显示时要在内存中开辟一个专门的缓冲区来存放已画出的但还要在屏幕上移动的数据，因此资源占用率大，计算处理耗时。故本文采用的是后一种方式即扫描式。扫描式是用新的点覆盖原来的点，新数据和旧数据的显示不连续，中间有一段空白区，这种方式虽然实时感不明显，每次实时更新时只需更新

31、一小块即可，因此资源耗费较小，便于进行控制19。3.3.3网络通讯模块网络通讯模块是系统软件设计中非常重要的一个部分，正是由于网络通讯模块的支持，才使得病人端心电监护仪与中央监护中心的实时通讯成为可能，使之成为一个有机整体。网络通讯模块的主要功能是通过GPRS无线传输，将心电数据准确、快速地传送到监护中心，以便监护中心能够同时监视多个病人的心电变化，并对网络上出现的各种事件做出准确、快速的响应，保证无线传输的可靠性。远程传输线程该线程调用WindowSSockets的API函数以实现相互之间的通讯，WindowsSocketS规范定义并记录了如何使用API与Internet协议族。在网络模块的

32、软件编写过程中，为了提高远程传输的效率，远程传输线程将50个数据包作为远程传输的数据内容，生成一个1KB的数据包发送到服务器端。 考虑到在发送过程中，数据包可能会被分割成几批传送，为了确保数据在传输过程中不会丢包，保证准确性和可靠性。在此，本文封装了数据包的发送函数SendPacket()，sendPacket()函数是在发送前先将数据包大小发送到服务器端，从而使对方能根据数据包的大小来判断接收过程是否有丢包现象，防止数据包被部分丢失。sendpaeket()函数定义如下: BOOLSendPaeket(intsoekfd，eonstehar*bu仁intdwBufLen); 参数Sockfd

33、指定己建立连接的套接字，将在此套接字发送数据。 参数*bu玲旨定要发送的数据的缓冲区。 参数dwBu几en指定要发送的数据长度。 返回值:True:发送数据成功;False:发送数据失败。远程传输线程工作流程图如图3.7所示。图3.7 远程传输线程工作流程网络通信线程 当病人需要进行集中监护时，创建一个Socket套接字并与中央监护中心建立网络连接，接着发送一个请求信息，等待监护中心的应答。若接收到允许消息，“SOK”，则开始上传病人数据;若接收到拒绝消息“SNO”，则退出处理，进入下一次消息循环。当病人需要退出网络时，向监护中心上传退出网络的消息“CQT”，然后关闭套接口，进入消息循环，等待

34、下一次启动网络。网络通信线程流程图如图3.8所示。图3.8 网络通信线程流程图3.4小结 本章首先介绍了病人端的功能和体系结构，在此基础上，分别从硬件和软件角度出发进行了相应的模块划分，介绍了搭建系统硬件平台所需的硬件设备，包括心电采集、信号处理和远程传输，然后针对上层应用程序的功能设计进行了模块划分，实现了集采集、分析、显示和远程传输为一体的功能强大、操作简便、性能稳定的客户端心电监护仪的设计。第4章 服务器端中央监护系统软件设计与实现4.1中央监护系统软件功能 经过前面的讨论，病人的心电数据通过GPRS无线传输网传送到了服务器端，中央监护中心同客户端的心电监护仪功能基本类似，只是服务器端可

35、以实现多个病人心电数据的集中监护并对每个病人的心电数据进行管理。具体所包含的功能如下: 从多个病人端监护仪接收心电数据，并能同各个心电监护仪通信。 对每个病人的心电波形进行回放和实时分析计算，得到相关的生理参数值，以便医务人员进行病情的分析和诊断。 对患者的基本信息进行管理并将病人的重要波形存储。4.2中央监护系统软件实现 本系统采用PC机作为监护中心服务器，服务器端的软件开发是在 VisualBasic6.0和 WindowSXP环境下完成的。软件实现采用模块化思想，包括远程接收模块、波形回放分析模块、波形存储和信息管理模块。4.2.1远程接收模块 服务器端通过winsock AP20机制响

36、应接收到的数据包。winsock的工作方式为C/S模式，是面向WindowS进行网络通讯应用程序设计的支持多种协议的编程接口。本文采用的是流式套接字和面向连接的TCP传输协议，流式套接字可将传递的数据视为一个连续的字节流，并且没有长度限制，可保证数据传输的可靠性;TCP协议传输的特点是提供了面向连接的、可靠的数据传送服务。本论文中使用 winsockAPI编写服务器端的远程接收模块的步骤为: 在监听线程中，创建套接口，使用到的函数是socket(); 将套接口捆绑到本地地址，使用到的函数是bind(); 侦听套接口，等待客户连接，使用到的函数是listen(); 接收客户连接，使用到的函数是a

37、ccePt(); 建立一个新的套接口用于处理客户机/服务器对话，主要用到的函数有send()、reev(); 关闭套接口，使用到的函数是close();4.2.2波形回放分析模块 服务器端可接收并集中监护多个通道病人的波形和心电数据，包括4通道、8通道、16通道等模式，并显示各个通道病人的波形和数据分析结果，包括心率（HR）、血氧（SP02）、呼吸率（RR）、血压（NIBP）、体温（T1、T2）等参数值。功能按钮栏位于中央监护系统主界面底部，包括波形回放、趋势图显示、波形冻结、系统设置等功能。当双击图中任意一个通道，即可对该通道数据放大显示。4.2.3波形存储和信息管理模块当医务人员对病人某段

38、重要的心电波形感兴趣时可以保存此段波形以备事后分析，包括存储文件名、文件目录和文件类型。病人的基本信息管理包括添加、修改、查询患者基本信息，包括病人的姓名，床位号，ID号，性别，年龄，体重，身高，出生日期，联系方式、地址、单位、监护医生等信息21。4.3小结本章主要阐述了监护中心服务器端软件的设计，在客户端己有功能的基础上，针对服务器端的特殊功能需求，增加了集中监护和心电信息管理功能，并从远程接收模块、波形回放分析模块、存储和信息管理三个模块出发，实现了对多个病人心电数据的接收、监护和集中管理功能。第五章 总结与展望5.1全文总结 社区病人远程心电监护仪是一种基于GPRS网络的、面向社区病人的

39、新型远程医疗监护设备，它能为用户提供时间更长、监护方式更灵活、患者的活动范围不受限的远程监护服务，弥补了常规心电图检查和Holter系统的不足。针对心脏疾病的发作具有随机性和危险性的特点，本文将GPRS无线传输通信技术和嵌入式系统技术相结合，不仅可以实现病人端成本低、体积小、重量轻、功耗低和稳定性好的心电监护仪，还为医疗仪器的小型化和网络化提供了新的解决方案。 本文所做的工作归纳如下: 基于嵌入式系统技术，提出了社区病人远程心电监护仪的总体方案设计。 利用多线程、Socket技术和串口编程等技术完成了病人端心电监护仪软件的总体设计，既能做出简要的判断和分析，供医生诊断和处置病人;又能传输到服务

40、器端完成通信，实现中央集中监护。 参与了服务器端中央监护中心软件设计，完成了心电信号的接收和心电数据管理，实现了对多个病人的集中监护，该软件界面友好、实时性高、诊断准确、功能全面、性能稳定。 5.2应用前景分析 本系统的监测对象是患有心脏疾病以及有潜在心血管病风险的人群或手术后需要进行长时间监护的老年人，用户数量巨大，无论在医院或者社区，该系统都能发挥巨大的作用，甚至能够改变医生对一些特殊疾病的诊断标准和诊断方法，因此具有广阔的市场前景和社会效益。本系统还可在急救领域、家庭监护以及养老院方面发挥重要作用。急救领域方面:利用先进的无线传输技术，在紧急情况下可以第一时间为患者提供远程救助和诊断方案

41、，避免患者因挽救不及时而丧失生命的危险。家庭监护方面:可以为长期卧床患者提供简易、方便、无(低)负荷的生理参数监测手段，可以大大缓解患者的生理心理压力，减少患者的经济负担，提高医疗机构的效率。养老院方面:有利于养老院实时监控老人的身体状况，建立一长期有效的老人健康档案，并且在老人的生命体征参数发生异常时，可做出及时有效的处理，这对于提高养老院的服务水平起到积极的作用。5.3展望 本系统初步实现了社区病人远程心电监护仪的功能，包括实时心电采集、显示、保存、分析和传输，但与实际应用和生产还有很大差距，有待今后进一步完善和改进，具体表现在以下几个方面22: 心电信号的自动检测和分析方法目前还存在很多

42、不足，例如QRS波的检测、心电特征值的提取受人体运动的干扰较大，还需进一步的研究提高心电检测的准确率。 对病情自动分析的功能值得深入研究，以完善中央监护系统的功能。 在测试阶段，系统总体运行情况良好，但准确性测试中真实心电数据传输的准确率有待提高，并且稳定性测试中数据传输受网络负载的影响较为明显，传输时延较大，性能不稳定。这有待日后研究更好的传输策略，并且移动运营商有待于提供更好的移动增值服务，从而为心电数据的无线传输提供更稳定的传输性能。 此外，本系统目前只是进行了初步测试，在正式投入医院临床试用之前，进行下一步更严格的测试，例如在社区和医院进行测试，以及第三方的检测等。参考文献l杨雪等.家

43、庭心电远程监护系统的应用现状及发展.2007，vol.10，No.22:1-102l王鸿鹏等.基于CDMAlx的远程心电监护系统的研制.北京生物医学工程.2006，vol.25，No.5:513一5153许海燕.嵌入式系统技术与应用.北京.机械工业出版社.2002:17卜1764梁小容.基于嵌入式limix的嵌入式心电中央监护系统的研制.学位论文.重庆大学.2005:4-65http:/secunty.it168.eon/a20l0/0329/866/000000866638.shtml6张梅奎等.远程医疗在新型社区卫生服务体系中建设策略和模式探讨.2008，vol.6，No.10:1281-

44、12827吴宝明.远程心电监护系统及动态心电信号自动分析的研究进展.2006，vol.30，No.5:352-3538周玉彬等.基于CDMA的患者无线远程监护系统的研制.医疗卫生装备.2008，Vol.29，No.10:21-39冯娟.家用便携式远程医疗监护系统.中国科技信息.2009.4期10张迪.吴水才.社区医疗远程实时心电监护仪的研制.中国医疗设备.2008，Vol.23，No.ll:1-31l丁明石，吕扬生.采用移动通信技术的远程医疗研究进展.2003，Vol.18，No.12:29-32l2林新，黄怡红.无线远程会诊系统的研制医疗设备信息.2000，(4):16.13马忠梅等.ARM

45、嵌入式处理器结构与应用基础.北京:北京航空航天大学出版社.2002.14王卫峰.基于windows CE的嵌入式人体心电监护系统设计学位论文.西北工业大学.200715万相奎等.嵌入式系统及其典型开发模式.重庆大学学报.2004，Vol.27，No.2:16一1916冯海新.临床心电学及图谱详解.北京.人民军医出版社.2004.17纪承寅.临床心电图快速解读.北京:军事医学科学出版社.200118龚惠红.基于ARMg的远程心电监护系统研究与设计.学位论文.中南民族大学.2009:419郑捷文.可穿戴实时诊断、报警、移动健康监护系统.学位论文.军事医学科学院卫生装备研究所.2008:620朱凌云.移动心电监护系统ECG信号的智能检测与分析方法研究.学位论文.重庆大学.200321曾松伟等.GPRS在远程医疗监护系统中的应用研究m.计算机程序与设计2007，vol.6.28:1948一194922赵静.基于GPRS的远程心电信号检测装置的研究学位论文.吉林大学.2005