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1、 . . . 摘要随着人们生活水平的提高和人口老龄化的加剧，心脑血管疾病已经成为世界头号健康杀手，并有年轻化的趋势。心电信号是生理参数监测的重要参数，对预防及早期发现心脑血管疾病等慢性疾病具有非常重要的意义。本课题结合远程智能医疗技术，开发一套基于GSM/GPRS的便携式远程心电监护系统，实时监测人体心电信号并通过GPRS模块发送到远端医院服务器上，由医生实时查看并分析远程病人的心电信号，用以对居家的、社区中心的心脑血管疾病患者进行及时有效的监护及普通疾病的筛查和早期诊断。本课题基于STM32和GPRS设计了远程心电监护系统，设计了标准导联3个通道的心电信号调理电路，由STM32自带的AD进行
2、心电信号的采集、存储至SD卡，并通过GPRS模块将实时监测的心电信号数据发送至远程医院服务器和数据库。在远程心电监护终端，设计了触摸屏等人机交互接口，方便用户查看心电信号、进行疾病信息的自我管理等。在远程医院医生端，基于Labview，开发了心电数据的分析和处理软件，对心电信号进行基线漂移等处理，并对心律等进行检测，给出诊断结果。关键词：远程心电；心电监护；信号采集；GPRS；心律检测. . . . AbstractWith the improvement of peoples living standard and the rapid aging of population in many
3、countries, cardiovascular and cerebrovascular diseases have become the worlds first killer, and have a younger trend. ECG is an important parameter to monitor physiological parameters, and it has a very important significance to the prevention and early detection of chronic diseases such as cardiova
4、scular disease. Based on remote intelligent medical technology, a remote portable ECG monitoring system with GSM / GPRS was developed. Humans real-time monitoring ECG data was acquired and sent to the server and database of remote hospital by GPRS, then viewed and analyzed by experts and doctors, wh
5、ich is very useful for early diagnosis of common diseases and ECG monitoring for the patients at home or community health centers.Based on STM32 and GPRS, a remote portable ECG monitoring system was developed. ECG signal conditioning circuit with 3-channel ECG was designed, and the ECG data was acqu
6、ired by the ADC of STM32, saved to SD card, and then the real-time ECG data was sent to the server and database of remote hospital by GPRS. At the remote ECG monitoring terminal, human-computer interaction such as touch screen interfaces was designed, which is convenient for the patients to view the
7、ir ECG data and doctors comments and manage their disease information by themselves. At the remote doctor terminal, a analysis and processing software was designed based on Labview. The ECG baseline drift was removed and some ECG feature such as Rhythm was detected. At last, the diagnosis was obtain
8、ed.Key words: remote ECG；ECG monitoring；signal acquisition；GPRS；Rhythm detection目录摘要I1 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 国外发展现状21.3 本论文的主要研究容42 基于GPRS的远程心电监护系统整体设计52.1 远程心电监护系统概述52.2 基于GPRS的远程心电监护系统整体设计63 基于GPRS的远程心电监护系统电路设计83.1 电源管理电路设计8 3.2 心电信号监测电路14 3.3 嵌入式系统电路设计27 3.4 GPRS电路设计354 系统软件设计38 4.1 嵌入式软件系统流程图38 4
9、.2 嵌入式软件开发环境405 远程数据处理及labview测试实验41 5.1 心电信号远程数据处理41 5.2 Labview心电信号读取46 5.3 心律检测和报警476 结论和展望52参考文献53致551 绪论1.1 课题研究背景及意义随着人们生活水平的提高和许多国家的人口老龄化加剧，心脑血管疾病已经成为世界头号健康杀手，并有年轻化的趋势。根据世界卫生组织的统计，世界围已经有超过15亿人群患有心血管疾病，每年死于心血管疾病死亡的人数已经超过一亿六千万，其中更有80%的死者来自于发展中国家1, 2。另一方面，人们健康意识和保健要求日益增强，这一切推动了医疗模式从以症状治疗为中心的模式向以
10、预防为主、早诊断、早治疗的模式转变。心电信号是生理参数监测的重要参数，对预防及早期发现心脑血管疾病等慢性疾病具有非常重要的意义。大多数的心脏病患者与正常人有所区别，无论在平时还是病发之前都会出现一系列的心电信号异常。根据统计数据，在普遍人群中，半数以上的受检人员可以发现具有低概率偶发的心电信号异常；在患有心脑血管类疾病的人群中，受检人员的心电信号异常的发生率高达80%100%3。因此，及时侦测患者心电信号异常，尽早对患者做出诊断，查明心电异常发生的原因、起源部位，并制定有效的抑制和治疗方案，对于预防和监测心脑血管疾病的发生、以及帮助医生有效提高工作效率都具有很重要的意义。然而，在大多数发展中国
11、家，没有足够多的医疗中心或其他的医疗机构来对心脑血管疾病等慢性疾病进行早期的监测和预诊断，许多家庭也无力支付越来越昂贵的住院和医疗费用。因此，越来越多的最新研究集中于使心脑血管疾病患者在医疗机构外进行居家的远程的智能医疗技术与设备4。远程医疗是目前医学工程领域中的研究热点，能够解决我国以及其他发展中国家地广人多、医疗水平发展不均衡的问题。发展远程医疗必然产生对远程医疗设备的需求。因此，研究开发可方便穿戴、实用化的远程医疗设备具有重要意义。结合嵌入式技术的远程医疗打造的这个医疗环境使使用者在不妨碍日常工作和生活的情况下随时随地地监测生理状况，从而实现疾病的早发现、早诊断和早治疗，不仅能提高医护效
12、率，还让患者享受到更满意的健康服务5。综上所述，远程心电监护系统对于慢性心脑血管疾病管理以及急性心脏病早预警等都具有非常重要的研究意义和实用价值。1.2 国外发展现状目前，国外医疗仪器生产厂家和研究机构竞相投入大量的人力、物力进行远程心电监护系统的开发，主要包括以下几个方面：(1) 由服务器进行分析和处理（Kail, 2004），主要包括远程心电监测系统等，通过无线电、红外遥测、GPRS、Internet等方式将病人心电数据传到医疗中心进行分析和处理，缺点是要在远端分析处理，实时性不高；(2)流动监测车。通过流动监测车对一定围的病人进行心电信息的遥测和分析处理，危急病人采取救援，缺点是监测围受
13、到一定限制，不够灵活机动；(3) 由手持终端或移动设备进行实时的分析和处理(Jimena, 2005; Helfenbein, 2006),可以随时随地在病人身边进行实时分析和处理，缺点是需要有专业的心电知识。同时，大多研究均针对于特定的ECG信号或者心律不齐类别，如Goh et al.(2006)提出的用于家庭心脏病护理的ECG监测仪基于PDA平台，仅监测心跳情况。Leijdekkers and Gay (2006)提出的个人心脏监测系统仅关注心肌纤颤和心动过速。从应用前景的角度来看，第(3)类系统更具有实际意义。相比于(1)类和第(2)类系统，第 (3)类系统具有如下优点：无传输延迟、低传
14、输成本、低功耗。国心电监测系统的科研、生产与国际先进水平相比存在较大差距，高精尖的监测设备大部分依赖进口，近年来，一些科研机构和单位对新型的心电监测系统进行研发工作。总的来说，心电监测系统和设备正向小型化、智能化、集成化、准确化方向发展。目前，存在的主要问题包括两个方面：监测的实时性和准确性，这两个方面与临床医生的要求还存在着一定差距。因此，监测的实时性和准确性，是目前国外研究的热点6。国在远程医疗和远程心电监护方面起步较晚，心脏疾病的监测已引起国不少研究单位和企业的重视，并已研制出了便携式的和无线的心电实时监护系统等设备。心电实时远程监护系统一般由心电检测单元和远程通信单元构成，心电检测单元
15、把检测到的心电信号通过有线或无线方式发送到通信单元。通信单元对心电信号进行处理，一旦发现异常则通过线或网络将心电图上网传给医院。这类设备典型的产品有清华大学研制的心电/血压监护网系统。心电实时监护系统虽然较好地解决了心电信号的实时监测问题，但它通常不具备移动性，其应用围和推广都受到很大限制。为了保证受试者所检测的心电信号的准确性和科学性，远程心电监护系统要求用户在日常生活中保持一定的活动。由于各类远程心电监护的通讯方式不一样。系统要求用户的活动围和运动的剧烈程度也不一样，使得系统采集的信号质量得不到有效的保证。正因为如此，由于移动通信能为用户提供更大的活动围、更为灵活的通讯方式，基于移动通信技术的远程心电监护越来越受到人们的重视，并成为当今远程心电监护系统的研究热点。1.3 本论文的主要研究容 基于以上分析，本课题拟在开发一种基于GSM/GPRS的远程心电监护系统，实时监测人体心电信号并通过GPRS模块发送到远端医院服务器上，由医生实时查看并分析远程病人的心电信号。论文的主要研究容可分为以下几个方面： 1、心电监护系统电路设计，包括标准导联心电信号调理电路、基于ARM的心电信号采集电路、基于
