家用移动智能心电监护系统设计

徐钦桂 陈李冠

(东莞理工学院 计算机学院，广东东莞 523808)

国家权威统计数据显示，我国心血管病现患人数已高达2.9亿，估计每天心血管病死亡9 590人，即每10 s就有1人死于心血管病。可是心血管病的诊治情况却不容乐观，由于很多心脏疾病非常需要心电图数据来指导诊断，并且在疾病发作时才可以收集到相关性高的心电图数据，如果没有能随时随地进行收集处理的设备，将会给心电异常诊断带来极大的困难。在传统的心电监护模式中，住院治疗通常会让患者佩戴“holter”［1］来收集24h的心电图数据，提供较为全面的诊断依据。由于这种模式造价昂贵，以及需要专业医生进行操作与诊断，因此只能在医院使用。另外，“holter”等传统医疗方式的心电图是一种回顾性的被动检查，在平时体检时或病人发病后用来检测当前心电状态。正是因为这种设备无法捕捉到病人发病时的情形，从而无法做到实时监测。

国内不少人对基于Android移动终端的心电监护开展了研究，毛中亮等［2］开发了基于“Android平台的移动医疗应用系统”，主要介绍移动医疗应用系统的前景与应用技术，并没有实现对心电的检测诊断;赵志强等［3］开发了“智能手机上心电信号R波的检测”，主要实现对R波和倒置R波的检测，并没有对T波、P波、Q波等健康参数分析，无法实现心电异常诊断;王峰等［4］开发了“基于Android的家庭移动医疗监护系统的设计”，在心电检测方面，只能检测心率，不能对其他心电异常诊断，在实际的应用中效果不佳。

针对这个问题，推出一种基于Android平台的“家用移动智能心电监护系统”，让患者配备相应供应商提供的心电传感器，即可让其在家便携实时地进行体检，及时了解自己的身体状况。在这种技术的帮助下，许多还没有自觉症状、但心电显示已经发生心脏异常的患者，就可以得到及时救助，从而避免危险发生。

1 家用移动心电监护系统构成

本系统采用3层架构的设计原理，系统结构如图1所示，分为心电传感器、Android客户端和健康云服务中心。心电传感器包括核心处理器和相应的匹配电路;Android客户端包括java实现的核心算法和Android客户端应用程序;云服务中心包括云服务器和医师管理前端。

心电传感器采用合肥华科电子研究所生产的HKD－10L蓝牙心电传感器。该产品是一款单导联心电图信号采集传感器，采样频率为200 Hz，波特率为57 600，支持蓝牙2.0接口，可与计算机、手机等蓝牙终端设备连接。它通过监护人体每次心跳时心脏起博产生的电流，转换成固定格式的字节数组，形成心电数据。接着对心电数据进行预处理，再通过蓝牙传输到Android客户端。

图1 家用移动心电监护系统结构图

Android客户端将用户心电数据进行健康参数分析、心电异常诊断，实时显示心电图并自动生成诊断报告，使用户及时了解自己的身体状况。如果发现异常，系统会及时通过短信通知监护人。另外，诊断报告会自动上传至云服务中心，方便日后查询和管理。

云服务中心主要实现家庭、医师信息管理、诊断报告管理、医师在线复诊，以及与Android客户端信息交互等。用户注册个人信息后，通过用户名和密码登录到Android客户端，即可管理家庭信息，也可以从云服务中心获取到全家人的历史诊断报告并在客户端显示。同时，医生可通过医师管理前端对患者情况进行实时在线复诊，如果发现患者确有生命危险，就通过云服务中心实时短信通知监护人。

2 Android客户端设计

Android客户端主要起到4个方面的作用:1)开发蓝牙通信模块，手机通过蓝牙与心电传感器连接，控制传感器实现心电数据的传输;2)采用java语言实现核心算法，主要包括基于Android心电波形分析算法和基于Android异常心电诊断算法，对用户心电数据进行健康参数分析、心电异常诊断，并在界面实时显示诊断报告;3)手机通过网络与云服务中心信息交互，将诊断报告上传到云服务中心，方便日后查询和管理;4)人性化的用户体验、便携易用、充分地满足中老年人的使用需求。

Android客户端的功能结构，主要分为8个部分，如图2所示。用户首先从注册登陆进入客户端，连接蓝牙与传感器通信;接着，开始测量，自动进行心电波形分析与诊断，1 m后自动的显示并语音播报诊断报告;最后，在“看结果”页面查看全家人的历史诊断报告，并可对结报告果关心、评论、语音留言。另外，还可对家庭信息管理。

图2 Android客户端功能结构图

心电波形分析与诊断功能数据流图，如图3所示。Android客户端，首先，通过蓝牙从心电传感器获取到心电数据;接着，采用中值滤波算法分析心电数据，排除心电数据存在的各种干扰;然后，分别对R波、T波、P波、Q波、QS波进行健康参数分析、心电异常诊断;最后，得到监测分析结果并生成诊断报告。

图3 心电波形分析与诊断功能数据流图

3 健康云服务中心

云服务中心采用Tomact、MySql+MyEclipse搭建，基于J2EE框架开发，更好地满足用户对产品的性能与功能的需求。云服务中心由心电数据库、云服务器和医师管理前端构成。云服务中心功能分为7个部分，如图4所示，分别是:与Android客户端信息交互、家庭信息管理和诊断报告的存储，以及患者管理、任务管理、医师管理和数据库管理。

医师管理前端，如图5所示，采用Html+CSS+JavaScript开发，实现医师在线患者管理、任务管理、医师管理和数据库管理等功能。医生操作医师管理前端时，通过用户名和密码登陆到云服务中心，浏览所有任务情况、患者情况等;接着点击某个患者，查看患者的诊断报告，以及在线对患者复诊。

4 实验结果与分析

Android客户端发送控制命令启动监护工作，接收来自传感器的心电数据，动态显示心电图，实时更新平均心率，如图6所示。

经过心电波形分析与诊断生成病症诊断报告，如图7所示。用MIT心电数据库［5］为输入，对系统功能和性能进行了测试，对一些基础病症进行诊断，如:心率、心率节奏、心动过速、心动过缓、窦性停搏、室上性期前收缩、室性期前收缩、左右心房增重等病症，准确率达95.5%，实验结果准确率超过多篇硕士论文给出的准确率［6－7］。

5 结语

研究了基于Android平台的家用移动智能心电监护系统，优化了心电数据自动分析诊断算法，设计出Android客户端、云服务中心。只需要配备相应供应商提供的心电传感器，即可让用户在家便携实时进行体检，及时了解自己的身体状况。医生通过医师前端对患者情况进行实时在线复诊，如果发现患者确有危险，通过云服务中心实时短信通知监护人。在这种技术的帮助下，许多还没有明显症状但心电显示已经发生心脏异常的患者，就可以得到及时救助，从而避免危险的发生。测试结果表明，系统使用方便，运行稳定可靠，波形分析准确率达95.5%，是一种方便易用的移动医疗应用。

图4 健康云服务中心模块关系图

图5 医师管理前端

图6 心电波形图界面

图7 诊断报告界面

［1］张焱．心律失常检测及十二导联心电Holter系统的研究［D］．重庆:重庆大学，2009．

［2］毛中亮，史鸿飞，应俊．基于Android平台的移动医疗应用系统［J］．中国医疗设备，2013(03):73－76．

［3］赵志强，沈巍．智能手机上心电信号R波的检测［J］．电子测量技术，2012(10):99－101．

［4］王峰，宣伯凯．基于Android的家庭移动医疗监护系统的设计［J］．计算机测量与控制，2015，50:1586－1588．

［5］朱泽煌，胡广书，郭恒．MIT—BIH心电数据库的开发及用作检测标准［J］．中国生物医学工程学报，1993(4):244－249+243．

［6］曾爱林．基于Android的心电实时监护系统设计与实现［J］．计算机测量与控制，2013(11):2997－3000．

［7］张美慧．心电信号自动分析算法的研究［D］．成都:西南交通大学，2007．