目的：介紹一種能適用于中小醫(yī)院,、社區(qū)及家庭的新型的便攜式無線多參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及其臨床實(shí)現(xiàn),。方法：系統(tǒng)采用集成度高,、功能強(qiáng)大的PTR 5000作為無線通信模塊，降低了成本與功耗；數(shù)據(jù)接收機(jī)和計(jì)算機(jī)連接采用全速USB接口，使用靈活方便；實(shí)時監(jiān)護(hù)軟件采用win 32多線程程序設(shè)計(jì),，能保證多床位數(shù)據(jù)的及時讀取、處理及顯示,。臨床實(shí)驗(yàn)選擇心臟病住院患者20例,，男12例，女8例,，年齡53歲～78歲,，同時監(jiān)測心電圖波型及心率、呼吸頻率,、體溫波型,，并將心率自動計(jì)算與人工手動計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析；體溫檢測結(jié)果與高精度電子體溫計(jì)體表測量值對比分析,。結(jié)果：能同時監(jiān)護(hù)4個床位患者,，實(shí)時顯示心電波形及心電參數(shù)計(jì)算、心律失常分析結(jié)果,，且波形清晰,、平滑，很容易的分辨出P,、Q,、R、S,、T波,，符合醫(yī)生的視覺要求及美觀感,。心率、呼吸頻率,、體溫等參數(shù)計(jì)算與人工手動計(jì)算結(jié)果比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差別（P＞0.05）,。結(jié)論：該儀器可應(yīng)用于中、小醫(yī)院,、社區(qū)及家庭高危人群監(jiān)護(hù),。
【關(guān)鍵詞】 無線傳輸；多功能監(jiān)護(hù),；臨床實(shí)驗(yàn),；家庭監(jiān)護(hù)
心血管病死亡的發(fā)生主要并不是在醫(yī)院院內(nèi)，大部分心血管的突發(fā)事件是發(fā)生在院外,，發(fā)生在沒有心血管醫(yī)生監(jiān)護(hù)的地方。由于心血管病的發(fā)病具有突發(fā)性,、短暫性和危險性的特點(diǎn),，要防治心血管疾病就必須對患者的心電進(jìn)行長時間實(shí)時檢測，而遠(yuǎn)程醫(yī)療,、社區(qū)及家庭護(hù)理正是解決這一問題的有效辦法［1～2］,。目前遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和家庭及社區(qū)健康監(jiān)護(hù)主要以常見病、老年病和孕婦為主［3］,現(xiàn)今一些大型醫(yī)院的無線監(jiān)護(hù)儀價格昂貴,，廣大中小醫(yī)院和社區(qū)保健網(wǎng)點(diǎn)無力購買,，僅有極少數(shù)患者有條件得到監(jiān)護(hù)。因此,，國內(nèi)許多研究者在提高無線監(jiān)護(hù)儀的性價比以及將無線監(jiān)護(hù)擴(kuò)展到社區(qū),、家庭方面做了大量努力，開發(fā)了適用于家庭和社區(qū)的儀器,，以緩解醫(yī)療資源與患者需求之間的矛盾［4～5］,。據(jù)報道［6～8］，他們多采用需要支付認(rèn)證費(fèi)用的藍(lán)牙技術(shù),，采用單片機(jī)對無線模塊進(jìn)行控制,，心電信號采樣率均不高，僅能顯示波形,、分析簡單的心律失常,。面對中國中央監(jiān)護(hù)市場的發(fā)展，擴(kuò)大中央監(jiān)護(hù)產(chǎn)品種類,，同時進(jìn)一步降低成本,、縮小體積、擴(kuò)展功能,，我們設(shè)計(jì)了一種低價位,、高性能的便攜式無線遙測心電監(jiān)護(hù)儀,。該監(jiān)護(hù)儀采用了集成單片機(jī)的無線收發(fā)模塊，體積小,，功耗低,，簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本,；應(yīng)用USB技術(shù)與計(jì)算機(jī)相連,，提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，使用靈活,、方便,；借助于改進(jìn)的基于一階微分零領(lǐng)域的特征點(diǎn)識別算法提高了識別準(zhǔn)確度，使其能實(shí)時計(jì)算心電圖各參數(shù),，并對研制的無線多功能監(jiān)護(hù)儀的穩(wěn)定性,、參數(shù)準(zhǔn)確性進(jìn)行臨床測試，并將心率自動計(jì)算與人工手動計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析,；體溫檢測結(jié)果與高精度電子體溫計(jì)體表測量值對比分析,現(xiàn)報告如下,。
1 系統(tǒng)特點(diǎn)
本系統(tǒng)采用集成度高、功能強(qiáng)大的PTR5000作為無線通信模塊,，降低了成本與功耗,；數(shù)據(jù)接收機(jī)和計(jì)算機(jī)連接采用全速USB接口，使用靈活方便,；實(shí)時監(jiān)護(hù)軟件采用win 32多線程程序設(shè)計(jì),，能保證多床位數(shù)據(jù)的及時讀取、處理及顯示,。根據(jù)心電波形的形態(tài)特點(diǎn)在一階差分過零點(diǎn)識別算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),，提出了對應(yīng)于心電波形邊界特征點(diǎn)的一階差分近零點(diǎn)。該算法能檢測出大部分心電波形的R波波峰,、P波起點(diǎn),、QRS復(fù)波起點(diǎn)和終點(diǎn)、T波終點(diǎn),。為了算法可用于臨床實(shí)踐,，對監(jiān)護(hù)時產(chǎn)生的多種形態(tài)的噪聲、干擾進(jìn)行總結(jié)和分析,，并給出應(yīng)對方法,；算法充分利用多導(dǎo)聯(lián)信息計(jì)算出心率、R?R間期,、P?R間期,、QRS時限、Q?T間期/QTc,、ST段等參數(shù),。根據(jù)R?R間期,、平均R?R間期、早搏提前量,、QRS寬度的值使算法能檢出10種心律失常分析,。通過系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)可知本系統(tǒng)人機(jī)界面友好、波形顯示無失真,、連續(xù)監(jiān)護(hù)時間超過24 h,；通過算法的臨床實(shí)驗(yàn)可知本文算法具有較強(qiáng)的抗干擾能力和學(xué)習(xí)能力，計(jì)算分析結(jié)果準(zhǔn)確,；通過系統(tǒng)軟件監(jiān)護(hù)容量和算法實(shí)時性實(shí)驗(yàn),，可知本文算法計(jì)算量小，系統(tǒng)監(jiān)護(hù)容量大,。
2 系統(tǒng)組成
2.1 硬件系統(tǒng) 該儀器的硬件部分由數(shù)據(jù)采集發(fā)射盒,、數(shù)據(jù)接收機(jī)和中央工作站三部分構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖1所示,。數(shù)據(jù)采集發(fā)射盒由患者攜帶,，它將患者的生理數(shù)據(jù)采集后編碼發(fā)射出去，數(shù)據(jù)接收機(jī)完成數(shù)據(jù)接收解碼后經(jīng)USB接口傳送至中央工作站進(jìn)行進(jìn)一步處理和顯示,。由于中央工作站計(jì)算機(jī)USB接口有限我們使用USB HUB對接口進(jìn)行擴(kuò)展以連接更多的數(shù)據(jù)接收機(jī),，從而實(shí)現(xiàn)多床位同時監(jiān)護(hù),。
2.1.1 數(shù)據(jù)采集發(fā)射盒的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集發(fā)射盒包括心電,、體溫、呼吸信號采集電路和射頻發(fā)射電路,。采用2節(jié)5號電池供電,，可直接對nRF24E1、體溫測量電路和呼吸檢測電路進(jìn)行供電,，對于心電檢測電路將電源的1.5 V設(shè)置為心電檢測電路的地,，那么電源將變?yōu)?plusmn;1.5 V對其供電。另外由于檢測電路在低電壓條件下工作,，因此放大器最好選擇低電壓,、滿擺幅的放大器以保證微弱信號的放大幅度。Max 4194是maxim公司生產(chǎn)的一款低電壓,、滿擺幅精密儀表放大器,，其共模抑制比在增益為1時仍高達(dá)95 db，我們將其用于心電的前置差分放大電路中,。Max494是maxim公司生產(chǎn)的一款低電壓,、滿擺幅運(yùn)算放大器，我們將它用于濾波,、放大和電壓跟隨等電路中,。體溫和呼吸信號通過使用溫度傳感器實(shí)現(xiàn)檢測,。
圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖（略）
2.1.2 數(shù)據(jù)接收機(jī)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)接收機(jī)包括射頻接收電路和USB接口電路。由于系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)量較大,，傳統(tǒng)的RS 232串口無法滿足應(yīng)用要求,，因此在接收機(jī)端我們采用USB口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，另外USB的易擴(kuò)展性也使得實(shí)現(xiàn)多床位同時監(jiān)護(hù)變的簡單,。USB接口電路的設(shè)計(jì)我們采用了USB 100模塊,，使用該模塊無需編寫fireware和windows操作系統(tǒng)下的驅(qū)動程序，其驅(qū)動程序?qū)SB口虛擬成一個計(jì)算機(jī)串口,，所以在windows環(huán)境下可以很方便的調(diào)用API函數(shù)對其進(jìn)行讀寫,，大大節(jié)省了開發(fā)時間。
2.2 軟件系統(tǒng) 中央工作站端的軟件主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取,、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示這么幾個功能,。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求如下：Windows平臺下同時監(jiān)護(hù)1～4床位；實(shí)時顯示心電波形,、計(jì)算心電參數(shù),、分析心律失常；能保存24 h以上的數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)回放分析,。
2.2.1 數(shù)據(jù)讀取 由于要讀取和處理的數(shù)據(jù)量很大將占用大量的CPU時間容易造成程序的不響應(yīng)會影響數(shù)據(jù)的顯示和人機(jī)交互，甚至造成數(shù)據(jù)丟失,，這需要采用多線程編程來解決,。在主線程下為每個USB口分別建立兩個子線程：數(shù)據(jù)讀取子線程和數(shù)據(jù)處理、顯示子線程,，并且為了保證不丟失數(shù)據(jù)要將數(shù)據(jù)讀取子線程的優(yōu)先級設(shè)置為最高,，而主線程則主要完成控制和人機(jī)交互等功能。程序結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。在windows操作系統(tǒng)中不允許對硬件直接操作而是要將其當(dāng)成文件進(jìn)行處理,。讀取USB設(shè)備的數(shù)據(jù)可通過API函數(shù)將USB設(shè)備以文件形式打開然后采用異步讀取方式進(jìn)行讀取，所得數(shù)據(jù)存入一個全局變量數(shù)組供處理,、顯示線程進(jìn)行進(jìn)一步操作,。
圖2 軟件線程結(jié)構(gòu)示意圖（略）
2.2.2 數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示 數(shù)據(jù)處理,、顯示線程中最主要的任務(wù)就是完成對心電數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波和相關(guān)參數(shù)計(jì)算,。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集發(fā)射盒時為滿足便攜式要求不可能將心電檢測電路設(shè)計(jì)的很復(fù)雜，僅對心電波形做了簡單的帶通濾波,，波形仍可能存在著較嚴(yán)重基線漂移和工頻干擾,，所以在中央工作站需對其進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)字濾波才能滿足應(yīng)用要求。采用了NOTCH濾波器,，對心電的基線漂移和工頻干擾有明顯的抑制作用,，且該濾波器算法簡單很適合應(yīng)用于對實(shí)時性要求較高的監(jiān)護(hù)類產(chǎn)品,。
3 臨床實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
任何一種儀器在研究和制成之后，要想能夠真正實(shí)用,，都必須經(jīng)過嚴(yán)格的測試,，對于醫(yī)療儀器此項(xiàng)工作尤為重要。因此我們在武漢陸軍總醫(yī)院的老年二科,、孝感市中心醫(yī)院心內(nèi)科,、華中科技大學(xué)校醫(yī)院等醫(yī)院，隨機(jī)抽取住院心血管患者20例,，其中男12例,，女8例，年齡53歲～72歲,，對系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,、可靠性及各參數(shù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)，得到了患者和醫(yī)生的好評也為本系統(tǒng)的改進(jìn)收集了第一手資料,。所有數(shù)據(jù)均以±s,，采用t檢查，P＜0.05認(rèn)為差別有顯著意義,。
3.1 儀器運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性 讓該系統(tǒng)在三個不同醫(yī)院同時對兩個床位進(jìn)行監(jiān)護(hù),，系統(tǒng)連續(xù)不間斷的運(yùn)行24 h后，觀察程序沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失,，程序異常出錯等現(xiàn)象,，并對健康自愿者10例進(jìn)行連續(xù)測試數(shù)小時，無心電波不穩(wěn)定或突然中斷現(xiàn)象,。
3.2 心電圖波型及心率 左上胸,、右上胸,、左下腹,、右下腹及心前區(qū)粘貼一次性心電電極，聯(lián)接監(jiān)護(hù)儀的導(dǎo)聯(lián)線,，連續(xù)觀察Ⅱ?qū)?lián)的心電圖波型如圖3,，并將波型回放分析。
圖3 一段異常心電波形回放界面（略）
3.2.1 心電圖波形 圖3顯示了一段時長為6 s的心律失常心電圖單通道回放結(jié)果,，其中每格橫向表示0.4 s,，縱向表示1 mV。由心電波形可知這段心電有心動過速及4次早搏現(xiàn)象,，其中有2次早搏連續(xù)出現(xiàn)成為成對早搏,，成對早搏相比單次早搏危險性更高；由波形右邊的分析結(jié)果可知本軟件所使用的算法能夠較準(zhǔn)確的計(jì)算出心電參數(shù),，PR間期和QT間期能自動以正常心搏為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算,；能正確識別出心動過速,、成對早搏，并且能判別早搏的嚴(yán)重程度,；波形顯示的左上角還標(biāo)明了該段心電圖的起始時間,。
3.2.2 心率 20例住院患者在監(jiān)護(hù)儀連續(xù)工作24 h后測量并記錄心率值，其結(jié)果顯示監(jiān)護(hù)儀測得心率與人工手動計(jì)算心率值比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）（表1）,，同法比較PR間期,、QR寬度、QT/QTc,、ST段兩結(jié)果也無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P均＞0.05),。
表1 20例患者心率測量值結(jié)果比較（略）
3.3 呼吸 熱敏電阻置于病患鼻孔處感受呼吸氣流的溫度變化，當(dāng)鼻腔中的氣流周期性地通過熱敏元件時,，熱敏元件的阻值也周期性的改變,，經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換、濾波,、放大后可得到呼吸波形,。呼吸波形同樣清晰、平滑,，正確的反映了被測者實(shí)際呼吸狀況,。監(jiān)護(hù)儀測得呼吸頻率結(jié)果為(14.72±1.63)次/min，人工測量20例患者呼吸頻率平均為(14.73±1.65)次/min,。兩者比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）,。
3.4 體溫 將監(jiān)護(hù)儀體表體溫探頭置于患者腋下，同時用高精度電子溫度計(jì)測量另一側(cè)腋下體溫,。具體結(jié)果見表2,。兩者比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。
表2 20例患者體溫測量結(jié)果比較（略）
4 討論
由于醫(yī)療技術(shù)和工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可能性,，特別是傳感技術(shù),、通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，監(jiān)護(hù)設(shè)備不斷更新?lián)Q代,，其內(nèi)部結(jié)構(gòu),、外型設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)有了極大變化；監(jiān)護(hù)方式也在飛速進(jìn)步,，已逐步從特殊病房過渡到普通病房,，從單參數(shù)床邊監(jiān)護(hù)過渡到多參數(shù)多床位集中監(jiān)護(hù)，從臥床患者監(jiān)護(hù)擴(kuò)展到行走患者監(jiān)護(hù),；計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的高速發(fā)展又為監(jiān)護(hù)從院內(nèi)到院外,，從中央到遠(yuǎn)程乃至全球展示了廣闊前景［9］，然而一臺儀器質(zhì)量優(yōu)劣評價，除儀器外觀,、重量價格外,，重要是儀器穩(wěn)定性、參數(shù)準(zhǔn)確性,、計(jì)算精確性及操作的難易等綜合性能評價［10］,。由以上測試及實(shí)驗(yàn)可以看出該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠性較高；能夠準(zhǔn)確獲得人體心電,、呼吸波形,；體溫測量精度高與電子溫度計(jì)所測溫度進(jìn)行比較誤差在±0.2 ℃以內(nèi)，達(dá)到了應(yīng)用要求,；各參數(shù)計(jì)算機(jī)判別結(jié)果與人工判別結(jié)果的偏差進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)二者無明顯差異,，且小巧輕便，患者方便隨身攜帶,，成本低廉,，操作簡單，可在臨床,、社區(qū)及家庭廣泛推廣應(yīng)用,。今后可根據(jù)臨床使用的需要增加導(dǎo)聯(lián)數(shù)，根據(jù)計(jì)算出的多種心電參數(shù)實(shí)現(xiàn)更多心律失常分析及監(jiān)護(hù)功能,。通過增加發(fā)射功率提高無線傳輸距離,。進(jìn)一步完善外型設(shè)計(jì)，提高數(shù)據(jù)處理速度方面做工作,。
