《電子技術(shù)應用》
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遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)的研究
來源:電子技術(shù)應用2012年第4期
蘇維嘉1,李 鑫2,阮彬鑫2
1.遼寧工程技術(shù)大學 機械工程學院,遼寧 阜新123000; 2.遼寧工程技術(shù)大學 研究生學院,遼寧 阜新123000
摘要: 提出了一種以S3C2440處理器和嵌入式操作系統(tǒng)Linux為基礎(chǔ)的遠程心電監(jiān)測系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)實現(xiàn)方法和軟硬件設(shè)計。該系統(tǒng)能夠?qū)π碾娦盘栠M行實時采集處理和顯示,而且可以通過GPRS無線傳輸模塊將處理好的心電數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程計算機,適用于醫(yī)院、康復中心和戶外監(jiān)護,幫助醫(yī)生診斷病人病情。
中圖分類號: TP216
文獻標識碼: A
文章編號: 0258-7998(2012)04-0013-03
Research of ECG telemonitoring system
Su Weijia1,Li Xin2,Ruan Binxin2
1.Mechanical Engineering College,Liaoning Project Technology University,Fuxin 123000,China; 2.Graduate School,Liaoning Project Technology University,Fuxin 123000,China
Abstract: The paper puts forward an implementation of the ECG telemonitoring system based on S3C2440 processor and embedded operating system Linux, and introduces the implementation of the system and the design of hardware and software in detail.The system is able to realize functions of real-time acquisition,processing,display of ECG and sending data to remote computer with GPRS wireless transmission module.The system is widely used in hospital, rehabilitation center and outdoor monitoring. It can help doctors diagnose patients.
Key words : ECG telemonitoring;S3C2440;Linux;GPRS

    心電圖是診斷心臟疾病的重要工具之一,傳統(tǒng)的心電儀雖能有效地監(jiān)測心電、降低心臟病患者的死亡率,但不能對患者進行長時間的實時監(jiān)護,且存在體積大、功耗高、攜帶不便等缺點。本文設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定可靠的便攜式遠程心電監(jiān)測儀,能夠在家庭、戶外等場所對心電進行實時監(jiān)測,具有十分廣泛的應用前景。

1 系統(tǒng)概述
    遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)由心電采集電路、控制芯片、顯示模塊、射頻模塊、無線通信網(wǎng)絡、醫(yī)院監(jiān)護中心的計算機組成[1-2],系統(tǒng)框圖如圖1所示。

    本文設(shè)計的心電監(jiān)護終端主要用來完成對病人心電信號的采集、處理、顯示并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過GPRS無線網(wǎng)絡傳輸?shù)结t(yī)院監(jiān)護中心的遠程計算機上,實現(xiàn)對病人的遠程監(jiān)測。醫(yī)生根據(jù)傳輸回來的數(shù)據(jù)進行診斷并及時對病人提供診斷結(jié)果。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    為了實現(xiàn)體積小、處理速度快、滿足嵌入式系統(tǒng)Linux對硬件要求的心電監(jiān)測終端,該系統(tǒng)采用三星公司生產(chǎn)的S3C2440單片機作為微處理器。該單片機為32 bit RISC微處理器,具有低價格、低功耗、體積小、精簡指令集、高性能、驅(qū)動能力強等優(yōu)點。而且S3C2440片內(nèi)資源十分豐富,片內(nèi)含有A/D轉(zhuǎn)換通道,從而可以省去專門的A/D芯片,因此簡化了外圍電路,為電路設(shè)計節(jié)省了空間,滿足設(shè)計要求。
2.1 心電采集電路設(shè)計
    心電信號的采集電路是該系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一,其功能主要包括前置放大、50 Hz陷波、高通濾波、低通濾波和后級放大,其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。因為體表ECG信號一般在0.05 mV~5 mV之間,信號非常微弱,并且易受到肌電、呼吸、電磁等干擾。所以采用高輸入阻抗、高共模抑制比的差分放大電路進行前置放大,以增大輸入阻抗、減少共模信號干擾。50 Hz陷波電路的作用是濾除50 Hz工頻對心電信號的干擾。前置放大電路與50 Hz陷波電路如圖3所示(放大器型號為TLC2254CD)。帶通濾波電路主要由高通濾波器和低通濾波器組成,通頻帶為0.5 Hz~100 Hz,用于濾除心電頻率范圍以外的干擾信號。后級放大器將ECG信號進一步放大100倍左右(0 V~3.3 V之間)后,將采集信號輸入到控制芯片S3C2440的A/D轉(zhuǎn)換模塊中。

2.2 GPRS模塊的外圍接口電路
    控制芯片S3C2440通過控制GPRS模塊實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的無線傳輸,通過串口對GPRS模塊發(fā)送控制指令,使其完成對心電數(shù)據(jù)的無線傳輸。GPRS模塊的功能:實現(xiàn)與S3C2440之間的數(shù)據(jù)交換和通過GPRS無線網(wǎng)絡與醫(yī)院監(jiān)護中心的遠程計算機進行數(shù)據(jù)交換。GPRS模塊選擇索尼愛立信公司生產(chǎn)的GM47。GM47具有性價比高、使用簡便、模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧、有很好的技術(shù)支持等優(yōu)點。GM47串口采用2.75 V的CMOS電平,而S3C2440串口是TTL電平,因此兩者互相連接時需要電平轉(zhuǎn)換。GM47的外圍接口電路如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

 


    遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大部分。系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)啟動代碼Bootloader、Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核、yaffs2根文件系統(tǒng)和ADC、GPRS的驅(qū)動程序組成。應用軟件主要由心電數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、LCD顯示和GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送5部分組成,應用軟件流程圖如圖5所示。
    系統(tǒng)軟件的組建過程:
    (1)制作Bootloader、Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)。其中,Linux內(nèi)核中要添加ADC和GPRS的驅(qū)動文件,并在.config文件中進行相應的配置,最后make生成Linux內(nèi)核;向Nand Flash中依次燒寫制作好的Bootloader、Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)[3]。
    (2)移植Web服務器Boa。通過修改boa.conf文件,設(shè)定默認網(wǎng)頁名稱和網(wǎng)頁文件、cgi-bin文件的存放路徑。通過修改rcS文件,使Linux啟動后自動設(shè)置IP地址并啟動Boa服務器。
    (3)用HTML語言編寫登錄頁面[4]并將其存放到boa.conf文件設(shè)定的/home/boa/www文件夾中。
    (4)把用C語言編寫的腳本文件login.c、main.c、adc.c、gprs.c和.h頭文件放到Linux系統(tǒng)中,用交叉編譯器arm-linux-gcc編譯成login.cgi和main.cgi文件。把login.cgi、main.cgi兩個腳本文件和心電監(jiān)測頁面內(nèi)容文件main_html一起存放到/home/boa/www/cgi-bin文件夾中。
    (5)打開遠程計算機,輸入在rcS文件中設(shè)置的IP地址就可以進入遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)的登錄界面,輸入合法的用戶名和密碼就可以進入遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測頁面,如圖6所示。在監(jiān)測頁面上,醫(yī)生可以看見心電監(jiān)測終端傳送來的心電波形、心率、QRS波振幅和時限、P波振幅和時限、T波振幅和時限、P-R間期和Q-T間期等指標。

4 實驗結(jié)果
    為了驗證系統(tǒng)采集處理心電信號的準確性,采用遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)和傳統(tǒng)的心電監(jiān)測儀進行比對試驗。用心電信號模擬發(fā)生器產(chǎn)生各種監(jiān)測信號,把相同的監(jiān)測信號輸入到遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)和傳統(tǒng)的心電監(jiān)測儀,統(tǒng)計并對比兩個儀器分析的QRS波振幅和時限、P波振幅和時限、T波振幅和時限、P-R間期和Q-T間期等指標,對比結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出,該系統(tǒng)能夠保證心電監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性,滿足設(shè)計要求。


參考文獻
[1] 張亞群,于龍飛,王坤林.網(wǎng)絡控制中心的遠程智能監(jiān)控系統(tǒng).計算機系統(tǒng)應用[J].2011,20(4):1-5.
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[3] 王曉寧,王振臣,張少兵,等.Linux操作系統(tǒng)在ARM9處理器上的移植[J].化工自動化及儀表,2010,37(02):67-69.
[4] 強鋒科技.HTML+CSS網(wǎng)頁設(shè)計指南[M].趙輝譯.北京:清華大學出版社,2010.

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