基于GPRS的遠程心電實時監護儀軟件系統設計

　　當今社會，心臟疾病已嚴重影響了人們的生命安全，許多突發患者因得不到及時救治而使生命受到威脅。傳統的心電監護設備限制了患者的自由，動態心電記錄儀（Holter）雖能便攜地記錄患者日常活動時的心電數據，但是沒有實時監護功能，對于危及生命的突發心臟病變幫助不大。

　　無線通信技術的日漸成熟使便攜式心電實時監護成為可能。利用GPRS無線數據通信技術，可將實時監護功能與Holter結合起來。患者可以配戴監護儀自由活動，同時可隨時隨地得到心電監護。緊急情況發生時，患者掌握著可靠的求生路徑；而醫生可根據全面的心電數據分析患者心臟狀況，使患者的心臟疾病及時得到預防和救治。

　　400Hz或500Hz采樣的心電數據是一種帶寬較大的數據源，同時心電監護也有實時性要求。本文主要闡述在特定硬件平臺和整體系統設計下的遠程心電實時監護儀軟件系統的設計。

　　1 遠程心電實時監護系統概述

　　遠程心電實時監護系統包括四個部分：監護儀（病人終端）、PDA（醫生終端）、監護服務器以及心電數據服務器。系統結構如圖1所示。

　　監護儀由患者隨身佩帶，以400Hz或500Hz的采樣頻率對患者心電信號采樣，并把心電數據通過GSM/GPRS網絡發送給監護服務器，數據的實時性由監護服務器和監護儀之間的控制信息控制。PDA接收來自監護服務器的數據，并根據心電分析的結果通過數據服務（GPRS數據服務）和短消息（SMS）通知監護儀。監護服務器負責接收轉存病人端全部心電數據，實時分析及回放分析；同時向PDA轉發實時心電數據，利用控制信息來協調實時心電數據的收發。心電數據服務器存儲所有心電數據、患者信息以及設備信息，除了在監護過程中存儲心電數據外，心電數據服務器還負責注冊患者和設備信息及管理數據庫遠程訪問等任務。

　　2 監護儀硬件平臺簡介

　　監護儀硬件主要由單片機、電源模塊、心電信號采集放大模塊、擴展NAND Flash、LCD驅動模塊及GSM/GPRS無線通信模塊組成。

　　(1)單片機：PIC18系列單片機，低功耗，通過PLL倍頻指令頻率可達10MHz，自帶ADC采樣頻率最高可達幾十kHz。

　　(2)電源模塊：為各模塊提供4V和3.3V兩種直流電壓源。

　　(3)心電信號采集放大模塊：微弱心電信號采集并放大800倍，同時可檢測導聯脫落。

　　(4)擴展NAND Flash：32M NAND Flash，最多可存儲長達23小時的原始心電數據。

　　(5)LCD驅動模塊：驅動80×160點陣的LCD。

　　(6)GSM/GPRS無線通信模塊：內嵌TCP（UDP）/IP協議棧，利用Socket建立網絡連接，在應用GPRS發送數據的同時，仍可以提供GSM語音、短信（SMS）服務。

　　3 軟件系統關鍵技術

　　監護儀軟件系統的核心是管理Flash、GPRS網絡、無線模塊的GSM功能及LCD。

　　3.1 Flash管理

　　Flash存儲器用于存儲心電數據和控制信息，以保證心電數據在斷電時不遺失及日后查看監護過程的相關控制信息。

　　內存映射(Memory Map)模型把Flash作為一個整體，各種不同數據按照類別預先分配存儲空間。操作Flash數據時，首先把內部索引（譬如數據索引或者消息索引）映射到分區地址，剔除無效存儲單元，再通過Flash操作函數讀取或寫入相應的數據。

　　3.1.1 Flash分區結構

　　(1)Head Seg：大小為1個塊（Block），用于存儲分區版本號、壞塊表及其余分區的基本信息，包括分區起始地址（BaseAdd）、分區跨度（以塊為單位）、分區最高地址、數據區（Data Seg）中的數據范圍、數據區中數據的格式（FMT）、消息區（SMS Seg）所有消息的聯系人列表等，每個分區的基本信息占一頁（Page）。本分區占Flash存儲器的第一個塊。根據Flash的技術資料可知，第一塊正常使用時不會出現無效存儲單元，因此許多關鍵數據保存于此。

　　(2)Data Seg：大小為1000個塊，即1000個連續的有效塊，用于存儲心電數據。如果采樣頻率為400Hz，采樣位數為8位，數據區可存儲11.37小時的原始心電數據，所有的心電數據從采樣起始點0開始依次編號即心電數據索引，利用該索引尋址。

　　(3)SMS Seg：大小為20個塊，即20個連續的有效塊。每個塊存儲一條消息的位圖，消息的到達時間、發送者存儲在該Block的第一頁（該塊中相對地址為0的頁）。消息存滿則從頭開始覆蓋已有消息，利用消息的索引號來尋址。

　　Flash分區結構示意圖如圖2所示。