0 引言

在當今社會，人們的生活水平普遍提高，工作強度越來越大，營養(yǎng)的過剩和運動量的減少，導致心腦血管疾病的發(fā)病率是越來越高。隨著社會老齡化趨勢的加劇，解決長期慢性病的監(jiān)護特別是心腦血管疾病的監(jiān)護已經(jīng)是重要的社會問題。隨著GPRS遠程通信技術和短距離無線網(wǎng)絡通信技術的不斷發(fā)展和成熟，實時遠程監(jiān)控技術也逐步成熟，GPRS網(wǎng)絡通信業(yè)務是通信公司推出的一項數(shù)據(jù)傳輸通信業(yè)務，在GPRS網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內，傳輸距離不受限制，通信費用相對低廉，傳輸速率較快。ZigBee短距離無線通信技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?。但現(xiàn)有的遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)和遠程移動心電監(jiān)護系統(tǒng)在實際臨床推廣中，尤其是對院外高危心臟病人的監(jiān)護，仍然存在諸如病人活動范圍受限、不具備同時多人監(jiān)護功能、不具備病人地理定位功能等不足，并未開發(fā)出成熟、實用的系統(tǒng)。本文解決了嵌入式Linux/QT人機界面、GPRS遠程通信、ZigBee無線通信同步實時監(jiān)護心電、血壓、血氧、體溫等多生理參數(shù)并傳送等相關技術難點，分析了其各自基本特點和所要實現(xiàn)的基本功能，并在此基礎上提出了基于Linux/QT嵌入式系統(tǒng)和ZigBee網(wǎng)絡及GPRS無線通信的心臟病人實時診斷系統(tǒng)的總體解決方案。

1 系統(tǒng)遠程移動終端總體設計方案

本文是把先進的無線通信技術和計算機技術應用于遠程監(jiān)護系統(tǒng)，針對心腦血管疾病患者在醫(yī)療監(jiān)護方面的特殊背景及臨床救助要求，研制基于無線通信網(wǎng)絡技術及GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的遠程集群診斷急救系統(tǒng)，用戶通過各種便攜或手持無線通信設備將病人重要的生理信息通過無線通信方式實時、準確、快速地傳送到遠程醫(yī)療中心，使病人在家庭、社區(qū)隨時可以享受醫(yī)療服務并得到醫(yī)生的專業(yè)指導，從而實現(xiàn)遠程急救、遠程監(jiān)護、遠程會診，最大限度防止患者發(fā)生猝死。這樣不僅可以加強對危重病人和心血管等突發(fā)性疾病的預防監(jiān)護和實施急救，還可以實現(xiàn)醫(yī)院資源共享，提高醫(yī)療服務水平，減小病人的負擔，提高人民的生活質量和健康水平。同時，針對偏遠地區(qū)或者農村的病人，交通不便，醫(yī)療資源有限，看病難、看病貴的問題。

遠程移動終端硬件系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

遠程移動終端的硬件采用模塊化設計，以ARM11S3C6410控制芯片為核心控制器，完成所有心電數(shù)據(jù)的處理，包括數(shù)據(jù)的采集與控制命令的發(fā)出，是整個系統(tǒng)的控制核心，采用Linux嵌入式系統(tǒng)為監(jiān)控系統(tǒng)，能夠自動運行，處理數(shù)據(jù)，同時，控制器還采用Linux/QT完成人機界面的編寫，通過ZigBee無線通信協(xié)議完成患者體征數(shù)據(jù)采集，通過GPS信息采集實現(xiàn)人機接口與信息分析診斷中心的GSM/GPRS/3G通信、電源管理等功能。

2 數(shù)據(jù)的采集、處理與傳輸

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

完成患者生理信號的采集、放大和濾波過程;為ARM11S3C6410系統(tǒng)提供能直接讀取的信號，采集終端生理信息存儲時間為24 h以上;在遠程移動終端中集成GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，能夠實時采集GPS芯片輸出的地理位置信息。將已壓縮的患者心電等信息和GPS經(jīng)緯度及高度等信息通過GPRS/3G通信網(wǎng)絡上傳給信息分析診斷中心的數(shù)據(jù)庫中。當患者心電等出現(xiàn)異常時，信息分析診斷中心的GIS系統(tǒng)根據(jù)移動終端上傳的GPS信息自動指示病人目前所處的地理位置。為信息分析診斷中心實時提供患者的地理信息，使患者能夠得到快捷、準確的救助。

需要采集患者的體征信息如下：

(1)心電：包括心電波形、心率。心電波形采樣率為300 Hz。

(2)血氧：包括血氧波形、脈率。血氧波形采樣率為50 Hz。

(3)血壓：包括收縮壓、舒張壓和平均壓。

(4)體溫、呼吸。

2.2 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊的硬件設計是以ARM/SoPC芯片為核心;在ARM/SoPC中集成了相應的處理器;在處理器上移植了嵌入式操作系統(tǒng)。后臺專家分析診斷急救系統(tǒng)則是運行在操作系統(tǒng)上的應用軟件;軟件中的專家系統(tǒng)根據(jù)采集患者生理信息，對患者的實時狀態(tài)做出判斷，給出相應級別的救治建議。主要功能如下：

(1)心律失常分析，對大量心率數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析;

(2)血壓狀態(tài)監(jiān)護的模糊判斷;

(3)體溫、血氧生理指標的模糊判斷。

結合以上體征指標的統(tǒng)計分析和模糊判斷，智能專家系統(tǒng)推理判斷患者的實時狀態(tài)，提供相應的救治意見。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊

遠程集群實時診斷急救系統(tǒng)由移動終端和信息分析診斷中心兩部分組成，一個信息分析診斷中心可以同時監(jiān)護多個病人，實時的接收、存儲、處理遠程用戶終端通過GSM/GPRs/3G無線移動網(wǎng)絡傳送的數(shù)據(jù)，遠程移動終端數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的整體結構如圖2所示。

BSSG基站系統(tǒng)用以實現(xiàn)BSS和SGSN之間路由和其他信息的傳送。SGSN的主要作用是記錄移動臺的當前位置信息，并且在移動臺和GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN主要是起網(wǎng)關作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡連接，如ISDN，PSPDN和LAN等。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端的TCP/IP或X.25網(wǎng)絡。

3 終端數(shù)據(jù)采集與分析

整個系統(tǒng)在實際工作中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量非常大，可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)堵塞的問題，在終端系統(tǒng)的設計中首先進行前期的數(shù)據(jù)分析與處理，如圖3所示，采用每1 min進行一次基于多權值算法求平均值，然后只需對所求值進行傳輸就可以，減少了傳輸數(shù)據(jù)，增強了數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定性。

4 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)，Linux內核是一種源碼開發(fā)的操作系統(tǒng)，采用模塊化設計。在此只保留了必須的功能模塊，刪除了冗余的功能模塊，并對內核重新編譯，從而使系統(tǒng)運行所需的硬件資源顯著減少。Linux系統(tǒng)內核集成了大量的網(wǎng)絡應用程序，支持全部的標準因特網(wǎng)協(xié)議和技術所有的互聯(lián)網(wǎng)技術，因此將其應用于遠程集群式心臟病人實時診斷系統(tǒng)的設計，具有代碼量小、運行消耗系統(tǒng)資源少、可靠性高，開發(fā)周期短等優(yōu)點，適應實時診斷系統(tǒng)采集控制及傳輸要求。QT作為一種跨平臺的基于C++的GUI系統(tǒng)，能夠提供給用戶構造圖形用戶界面的強大功能。本文選用移植性強的QT軟件設計圖形用戶界面，所設計的GUI實用、簡潔，實現(xiàn)了人機交互，可通過對程序進行輸入、保存、修改和編譯，信息和臨時信息及時輸出顯示達到整合系統(tǒng)的目的。本文采用QT應用進程之間通信機制SignalSlot和FIFO機制。Linux系統(tǒng)不斷偵查本地GUI信息，任何一個QT消息被觸發(fā)，系統(tǒng)都會立即執(zhí)行相應程序，提高整個系統(tǒng)的反應速度和穩(wěn)定性。系統(tǒng)人機界面Linux/QT執(zhí)行程序及相關硬件掛載如下：

5 結語

系統(tǒng)的設計利用ARM11S3C6410的硬件功能及處理速度，移植了以S3C6410為硬件核心的Linux嵌入式系統(tǒng)，完成了基于Linux/QT的人機界面的程序開發(fā)與編寫，解決了包括基于S3C6410的GPRS遠程通信，數(shù)據(jù)傳送等多項技術難點。試驗產(chǎn)品控制效果良好，驗證了本系統(tǒng)的先進性、穩(wěn)定性與實用性，具有推廣與應用的價值。