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)護系統(tǒng)及其臨床實現(xiàn)。方法：系統(tǒng)采用集成度高,、功能強大的PTR 5000作為無線通信模塊,，降低了成本與功耗,；數(shù)據(jù)接收機和計算機連接采用全速USB接口，使用靈活方便；實時監(jiān)護軟件采用win 32多線程程序設(shè)計,，能保證多床位數(shù)據(jù)的及時讀取,、處理及顯示。臨床實驗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,，并將心率自動計算與人工手動計算結(jié)果進行對比分析,；體溫檢測結(jié)果與高精度電子體溫計體表測量值對比分析。結(jié)果：能同時監(jiān)護4個床位患者,，實時顯示心電波形及心電參數(shù)計算,、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)計算與人工手動計算結(jié)果比較無統(tǒng)計學差別（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,。
【關(guān)鍵詞】 無線傳輸；多功能監(jiān)護,；臨床實驗,；家庭監(jiān)護
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,，要防治心血管疾病就必須對患者的心電進行長時間實時檢測,，而遠程醫(yī)療,、社區(qū)及家庭護理正是解決這一問題的有效辦法［1～2］。目前遠程監(jiān)護和家庭及社區(qū)健康監(jiān)護主要以常見病,、老年病和孕婦為主［3］,現(xiàn)今一些大型醫(yī)院的無線監(jiān)護儀價格昂貴,，廣大中小醫(yī)院和社區(qū)保健網(wǎng)點無力購買，僅有極少數(shù)患者有條件得到監(jiān)護,。因此,，國內(nèi)許多研究者在提高無線監(jiān)護儀的性價比以及將無線監(jiān)護擴展到社區(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證費用的藍牙技術(shù),，采用單片機對無線模塊進行控制，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)護市場的發(fā)展,，擴大中央監(jiān)護產(chǎn)品種類,，同時進一步降低成本、縮小體積,、擴展功能,，我們設(shè)計了一種低價位、高性能的便攜式無線遙測心電監(jiān)護儀,。該監(jiān)護儀采用了集成單片機的無線收發(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)與計算機相連,，提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，使用靈活,、方便,；借助于改進的基于一階微分零領(lǐng)域的特征點識別算法提高了識別準確度，使其能實時計算心電圖各參數(shù),，并對研制的無線多功能監(jiān)護儀的穩(wěn)定性,、參數(shù)準確性進行臨床測試，并將心率自動計算與人工手動計算結(jié)果進行對比分析,；體溫檢測結(jié)果與高精度電子體溫計體表測量值對比分析,現(xiàn)報告如下,。
1 系統(tǒng)特點
本系統(tǒng)采用集成度高,、功能強大的PTR5000作為無線通信模塊，降低了成本與功耗,；數(shù)據(jù)接收機和計算機連接采用全速USB接口,，使用靈活方便；實時監(jiān)護軟件采用win 32多線程程序設(shè)計,，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)特點在一階差分過零點識別算法的基礎(chǔ)上進行了改進,，提出了對應(yīng)于心電波形邊界特征點的一階差分近零點,。該算法能檢測出大部分心電波形的R波波峰、P波起點,、QRS復(fù)波起點和終點,、T波終點。為了算法可用于臨床實踐,，對監(jiān)護時產(chǎn)生的多種形態(tài)的噪聲,、干擾進行總結(jié)和分析，并給出應(yīng)對方法,；算法充分利用多導聯(lián)信息計算出心率,、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)性能實驗可知本系統(tǒng)人機界面友好、波形顯示無失真,、連續(xù)監(jiān)護時間超過24 h,；通過算法的臨床實驗可知本文算法具有較強的抗干擾能力和學習能力，計算分析結(jié)果準確,；通過系統(tǒng)軟件監(jiān)護容量和算法實時性實驗,，可知本文算法計算量小，系統(tǒng)監(jiān)護容量大,。
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行進一步處理和顯示。由于中央工作站計算機USB接口有限我們使用USB HUB對接口進行擴展以連接更多的數(shù)據(jù)接收機,，從而實現(xiàn)多床位同時監(jiān)護,。
2.1.1 數(shù)據(jù)采集發(fā)射盒的設(shè)計 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)接收機設(shè)計 數(shù)據(jù)接收機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,，因此在接收機端我們采用USB口與計算機進行通信,，另外USB的易擴展性也使得實現(xiàn)多床位同時監(jiān)護變的簡單。USB接口電路的設(shè)計我們采用了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口虛擬成一個計算機串口，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)計要求如下：Windows平臺下同時監(jiān)護1～4床位；實時顯示心電波形,、計算心電參數(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成文件進行處理,。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、顯示線程進行進一步操作,。
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)計算,。因為在設(shè)計數(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重基線漂移和工頻干擾,，所以在中央工作站需對其進行進一步的數(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)用于對實時性要求較高的監(jiān)護類產(chǎn)品,。
3 臨床實驗及結(jié)果
任何一種儀器在研究和制成之后，要想能夠真正實用,，都必須經(jīng)過嚴格的測試,，對于醫(yī)療儀器此項工作尤為重要。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,、華中科技大學校醫(yī)院等醫(yī)院，隨機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)運行的穩(wěn)定性,、可靠性及各參數(shù)的準確性進行臨床實驗，得到了患者和醫(yī)生的好評也為本系統(tǒng)的改進收集了第一手資料,。所有數(shù)據(jù)均以±s,，采用t檢查,，P＜0.05認為差別有顯著意義。
3.1 儀器運行的穩(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行監(jiān)護,，系統(tǒng)連續(xù)不間斷的運行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)護儀的導聯(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確的計算出心電參數(shù),，PR間期和QT間期能自動以正常心搏為基礎(chǔ)進行計算；能正確識別出心動過速,、成對早搏,，并且能判別早搏的嚴重程度；波形顯示的左上角還標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)護儀測得心率與人工手動計算心率值比較無統(tǒng)計學差異（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)計學差異(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際呼吸狀況。監(jiān)護儀測得呼吸頻率結(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)計學差異（P＞0.05）,。
3.4 體溫 將監(jiān)護儀體表體溫探頭置于患者腋下,，同時用高精度電子溫度計測量另一側(cè)腋下體溫。具體結(jié)果見表2,。兩者比較無統(tǒng)計學差異（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)實現(xiàn)的可能性，特別是傳感技術(shù),、通信技術(shù)及計算機技術(shù)的高速發(fā)展,，監(jiān)護設(shè)備不斷更新?lián)Q代，其內(nèi)部結(jié)構(gòu),、外型設(shè)計及功能實現(xiàn)有了極大變化,；監(jiān)護方式也在飛速進步，已逐步從特殊病房過渡到普通病房,，從單參數(shù)床邊監(jiān)護過渡到多參數(shù)多床位集中監(jiān)護,，從臥床患者監(jiān)護擴展到行走患者監(jiān)護；計算機通信技術(shù)的高速發(fā)展又為監(jiān)護從院內(nèi)到院外,，從中央到遠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)準確性,、計算精確性及操作的難易等綜合性能評價［10］,。由以上測試及實驗可以看出該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠性較高；能夠準確獲得人體心電,、呼吸波形,；體溫測量精度高與電子溫度計所測溫度進行比較誤差在±0.2 ℃以內(nèi)，達到了應(yīng)用要求,；各參數(shù)計算機判別結(jié)果與人工判別結(jié)果的偏差進行比較發(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聯(lián)數(shù),，根據(jù)計算出的多種心電參數(shù)實現(xiàn)更多心律失常分析及監(jiān)護功能。通過增加發(fā)射功率提高無線傳輸距離,。進一步完善外型設(shè)計,，提高數(shù)據(jù)處理速度方面做工作。
