基于移动平台的网络数字化动态心电应用与研究

武庆博

沧州市中心医院信息化建设办公室，河北沧州 061000

心脏常规监察中应用心电图，监测心脏内部活动的电位运动信息，可以反映出心律失常、房室肥大、心肌受损、心肌梗死等疾病，对这些疾病的诊断有指导意义，另外还可以辅助观测心脏瓣膜、心肌功能等[1-2]。 传统医疗多采用心电图机反映心电图，当今多数医院多便携式、多参数监测仪，医生需要在一定计算后才能得到准确心电参数，从而做出分析、诊断[3]。 传统设备及医疗方式费时费力，且存在对心绞痛等短时检测不足的问题。 动态心电图能实现24 h 实时监测，且便携性较好，解决了传统设备的部分问题。但面对动态监测庞大的数据量和医护人员繁重的工作而言，需要有更便捷、信息处理能力强的动态心电监测设备。 基于此，近几年国内许多学者开始研究可穿戴式的监护仪，并研发了手机等移动终端应用，以简单操作[4]。但目前该领域的研究尚不能真正适应临床环境。基于此，需要广大研究者进一步深入研究和实现移动化、网络化强的心电监测设备。

1 国内外研究关于动态心电应用的研究现状

国外关于便携式的心电仪的研究，多是在有基于掌上电脑为终端设备开展的，如日本欧姆龙医疗公司、德国TMS 医学公司的网络移动心电监护设备。而国内对此项心电应用的监测设备和终端设备的研究较为多元，已在临床应用的有迈瑞TMS.6016、北京超思MD100A1、宝莱特M800 等远程移动监护仪，一些是针对医院设计的，一些则是偏向于家庭监测方向。

近年来，移动通信、网络技术、微电子技术相结合的研究和实践，为精密医疗电子设备实现远程监护创造了更多的可能性，掌上电脑、手机等便携设备都能作为终端设备，监测前端的设备也更多元和人性化，如利用织物电极技术打造舒适的穿戴式设备，为患者提供了更人性化的服务和更准确高效的远程数据监测。整个系统结合基于生理参数设计的传感器、网络技术以及终端信息系统、数据库等技术，能实现动态心电图的实时移动监测和管理。

国内许多高科研所在移动医疗背景下，积极投入人力、资金进行相关医疗参数设备的研究，张元亭教授利用特殊服饰实现了生理信息的采集，并利用网络传输至手机等移动终端和医疗服务器中，可穿戴医疗监测设备在我国首次实现，推动了医疗监测设备向便携穿戴、移动化发展。华中理工大教师邹雪城等人也研发了以智能手机为终端的监测设备。

纵观国内的研究和目前相关设备的市场，发现基于手机移动系统的穿戴监护产品多用于家庭护理，如迈瑞Mr.Wear、泰控心仪，能够为患者实现准确性较高的生理监测，提供数据计算、存储等功能，还能进行异常报警，帮助患者合理管理自身生活。近年来此类产品实现商业化的速度较快、种类增多，性能也更趋于个性化、智能化，能根据用户需求提供更智能、准确的生理监测服务。

2 基于移动平台的网络数字化动态心电应用的总体设计方案研究

整个心电监测系统，由监测终端、移动设备、应用平台组成，监测终端与用户“连结”，医生通过移动设备端的应用进行实时心电监测和分析。可穿戴针织设备为当下热门的研究方向，通过针织电极导联，与人体体表接触接收心电信号，设备前端采样后，数据传输到监测设备的主控模块，其对心电信号记录、分析和诊断，并写卡存储， 医生根据需求可从移动终端接收相应监测数据，数据链接方式多为蓝牙传输。以上即是移动动态应用的常见工作流程，在设计监测终端、移动终端、数据连接等子系统时，需要根据子系统工作要求进行整体设计。

监测终端的设计与实现，需要考虑其高噪的工作环境、用户穿戴体验等因素，因此需要采用低干扰抗干扰的集成信号采用芯片，并进行嵌入式处理。连接方面，为了保障连接的质量并考虑实时监测的要求，可采用低功耗但速率高的蓝牙4.0 通信技术。 此外，监测终端中要重视主控模块、存储模块、传输模块的选择和设计，主控模块控制整个系统，系统存储可选用高容量、写卡速度快的TF 卡，以存储实时、庞大的心电数据，电源管理可采用锂电池为系统提供持续稳定的电力。

3 基于移动平台的网络数字化动态心电应用的监测前端设计研究

穿戴式的监测前端通过织物传感等实现对心电运动的信息采集，相比其他设备，使用时更便捷、舒适，但噪声、稳定性、功耗等问题更为明显，因此该节主要就该系统的主要硬件模块进行研究[5]。

3.1 采集模块的设计研究

为降低能耗、稳定采集，可选用美国ADS1298 等芯片，该芯片集成8 个24 位的 DAC 转换部件,可实现导联式的心电检测，与常用芯片比较，该芯片的集成化更高，且体积更小、精度更高等优点，有利于缩小主控前端检查的体积。 芯片内部右腿驱动电路、电极脱落检测等,能减小信号干扰，实现脱落报警。

3.2 阻抗信号采集模块研究

穿戴式监测前端在实际运用时，会因用户运动、劳动等活动产生运动伪迹，影响心电信号的采集质量。 目前多用软件滤波抹去运动伪迹，其中卡尔曼滤波的效果较好，但存在计算复杂、耗时长等问题。因此可采用自适应的滤波器，虽然该项技术尚在研究和发展中，但设计便捷、计算量小等特点，应用在穿戴式的心电监测前端中能实现更好的实时性。

3.3 微处理模块和传输模块的研究

穿戴式的检测前端需要满足长时佩戴及舒适性的使用要求，因此处理器需要体积小、信号处理快、低功耗、多种通信连接的特点，可以采用MSP430F5529 微控制器。

心电、阻抗信号数据量大，普通串口通信无法实现快速传输速。 因此可以选择使用简单、集成性高、含有USB 固件的传输模块,在使用时只需安装相关驱动即可实现监测端和移动端的数据传输。

4 基于移动平台的网络数字化动态心电应用移动终端研究

4.1 移动端软件需求分析

移动终端的设计主要集中在软件设计方面。目前安卓手机在我国较为普遍，因此软件设计时可首先考虑基于Android 系统的平板、手机等移动设备，以实现对穿戴式监护前端提供的心电等信息进行高效、智能的分析。

根据行业标准和实际需求设计软件，心电应用移动端需求包含功能性、非功能性两类。功能性需求包括：①传输通信功能，多采用蓝牙技术与穿戴设备进行连接，将前端采集的数据快速传递给软件系统。②异常信息分析，窦性心律、房性早搏、心肌缺血等均为异常的心脏运动，需要医护人员快速分析、及时处理，通过数据分析可为用户提供用药指导或习惯引导。③异常报警，心脏骤停、心肌梗死等为异常情况，需要医护人员快速赶赴现场采取相应处理，因此需要具有相应情况的报警功能。④管理系统，按用户帐号，进行信息整理和管理，用户可登录软件浏览个人信息等。

非功能需求包括：①用户体验，尽量考虑用户使用的舒适性及特殊的心理、生理、喜好需求。 ②辅助功能，医疗设备逐渐趋于“互联网+”模式，为了丰富用户的体验，需在应用中设计与医疗咨询人员的交互功能，如健康资讯、反馈等功能[6]。

4.2 移动端软件的总体结构

基于Android 应用的心电监护程序，需要包括蓝牙通信、心电分析、管理、辅助功能等需求。因此界面设计时需首先考虑相应的4 个模块：①通信模块，要求与监测端完成顺畅的蓝牙配对，稳定快速地传输心电数据，并在查阅的同时实时存储。②分析模块，要求从反馈数据中快速分析，首先监测突发异常情况，并与报警功能相连。③管理模块，将信息氛围用户信息、既往病史、实时监测等多个子模块，便于查阅分析和进一步管理。④辅助模块，设计有心血管疾病相关的网页资讯和自动反馈功能，帮助用户科学认识疾病，掌握相关健康知识[7-9]。

综上所述，现代医疗设备急需要向信息化、网络化、智能化方向发展，以降低医疗行业的压力，为个人用户提高准确、便捷的医疗辅助。 该文主要研究了基于穿戴式监测前端和Android 移动端软件实现移动监测功能的动态心电系统，但许多硬件尚在开发中，该文也缺乏深入的设计研究，因此还有很大改良空间，在后续研究中，应当继续深入细化研究系统设计方案，并加强对监测前端的研究。