一種新型無線多參數(shù)心電監(jiān)護系統(tǒng)及其臨床實驗

1、    一種新型無線多參數(shù)心電監(jiān)護系統(tǒng)及其臨床實驗【摘要】  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(jìn)行對比分析；體溫檢測結(jié)

2、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(xué)差別（P0.05）。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(jìn)

3、行長時間實時檢測，而遠(yuǎn)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12。目前遠(yuǎn)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45。據(jù)報道68，他們多采用需要支付認(rèn)證費用的藍(lán)牙技術(shù)，采用單片機對無線模塊進(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)護市場的發(fā)展，擴大中央監(jiān)護產(chǎn)品種類，同時進(jìn)

4、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(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)確性進(jìn)行臨床測試，并將心率自動計算與人工手動計算結(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

5、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(jìn)行了改進(jìn)，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(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)信息計算出心率、RR間期、PR間期、QRS時限、QT間期/QTc、ST段等參數(shù)。根據(jù)RR間期、平均RR間期、早搏提前量、QRS寬度的值使算法能檢出10種

6、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(xué)習(xí)能力，計算分析結(jié)果準(zhǔn)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(jìn)行進(jìn)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 H

7、UB對接口進(jìn)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。圖1  硬件結(jié)構(gòu)框圖（略）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14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。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）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(yán)格的測試，對于醫(yī)療儀器此項工作尤為重要。因此我們在

8、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(zhǔn)確性進(jìn)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(jìn)收集了第一手資料。所有數(shù)據(jù)均以±s，采用t檢查，P0.05認(rèn)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(jìn)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(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

9、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(dǎo)聯(lián)線，連續(xù)觀察導(dǎo)聯(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）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

10、率平均為(14.73±1.65)次/min。兩者比較無統(tǒng)計學(xué)差異（P0.05）。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(xué)差異（P0.05）。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(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

11、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(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(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)計算機判別結(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)計算出的多種心電參數(shù)實

12、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(jìn)一步完善外型設(shè)計，提高數(shù)據(jù)處理速度方面做工作。【參考文獻(xiàn)】  1 張永紅,白凈.遠(yuǎn)程醫(yī)療J.世界醫(yī)療器械，1998,1:4244.2 張永紅,白凈.遠(yuǎn)程醫(yī)療概論M.北京:青華大學(xué)出版社,2000.3 巫琦.監(jiān)護儀和臨床應(yīng)用和發(fā)展J.醫(yī)療裝備，2004,17(3):1012.4 胡敏露,李開元,王衛(wèi)東.醫(yī)用數(shù)字無線遙測系統(tǒng)的設(shè)計J.醫(yī)療設(shè)備信息,2004,12:810.5 徐立新,陳震,李慶亮.無線數(shù)傳技術(shù)在遠(yuǎn)程心電監(jiān)護系統(tǒng)中的應(yīng)用J.微型計算機信息,2005,73（21）:79.6 蔣貴龍,王哈力,趙巖.基于藍(lán)牙技術(shù)的動態(tài)心電圖監(jiān)護系統(tǒng)的開發(fā)J.電子技術(shù),2006,12:6973.7 吳杰,詹聰明.基于Tungsten T 5便攜式心電監(jiān)護儀