心电无线远程实时监护系统的研制

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北京工业大学

硕士学位论文

心电无线远程实时监护系统的研制

姓名：李佳

申请学位级别：硕士

专业：生物医学工程

指导教师：吴水才

20080401

摘要

摘要

近年来，心脏病的发病率和致死率都有不断增高的趋势，心血管疾病是世界上最为普遍也最危害健康的疾病。由于这类病症都具有偶然性和突发性的特点，因此要防治心脏病就必须对患者进行长时间的跟踪治疗，进行实时监护。目前人们已经成功研制了电话传输心电图（ＢＰ机），基于ＰＣ机的心电监护系统、基于互联网的远程心电监护系统等监护设备，但其大部分只能应用于固定环境或小活动范围，采用有线通信方式，达不到动态监护的目的。因此，本文提出了一种无线心电监护系统，患者可以通过佩戴一个便携式的仪器，达到对心电进行实时采集分析，并在系统检测到有异常心电时能够通过ＧＰＲＳ无线模块发送报警短信，同时将异常心电传输至接收端。该系统操作简单、便于使用，非常适合患者在家中使用。

系统在整体结构上采用基于ＡＲＭ９２０Ｔ内核的处理器￥３Ｃ２４１０Ａ为核心处理器，采用Ｌｉｎｕｘ为实时嵌入式操作系统。本文对监护系统的硬件设计做了详细的描述。整个硬件系统包括一个以处理器为核心、ＳＤＲＡＭ和ＮＡＮＤＦｌａｓｈ作为存储设备的最小系统，采用了适合便携式应用的电源管理，集成了各种外设，如液晶显示器接口、以太网接口、ＵＳＢ接口、串口、ＪＴＡＧ口、ＧＰＲＳ接口等，同时针对心电信号特点设计了模拟信号放大和滤波电路。描述了Ｌｉｎｕｘ操作系统的构建与移植，介绍了Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ的开发与移植及设备驱动程序的定制。最后，介绍了针对系统的功能需求设计的应用软件，达到了不受环境限制、动态监护的目的。

论文最后对全文作了总结，并对系统软硬件性能参数进行了测试，测试结果

●

满足设计要求。该系统能够实现对心电信号的实时监护，且具有实时性好、交互性好、稳定性好、易扩展移植等优点。同时本文也提出了系统的不足之处及其后续工作的日后展望。

关键词：心电监护；￥３Ｃ２４１０Ａ；ＬｉｎｕｘＧＰＲＳ

北京ｔ业大学Ｔ学硕士学位论文

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｒｅｃｅｎｔｙｅａｒ，ｈｅａｒｔｄｉｓｅａｓｅ，ｗｉｔｈｈｉｇｈｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｏｆｉｎｃｉｄｅｎｃｅａｎｄｆａｔａｌｉｔｙ，ｈａｓｂｅｅｎｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｄａｎｇｅｒｏｕｓｄｉｓｅａｓｅｓｔｏｐｅｏｐｌｅｈｅａｌｔｈ．Ａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ

ｔｏｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒｄｉｓｅａｓｅ，ｃｈａｎｃｉｎｅｓｓａｎｄｐａｒｏｘｙｓｍ，ｉｔｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ

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ａｎｄ

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ＥＣＧｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｐａｔｉｅｎｔｓｗｅａｒ

ｓｉｇｎａｌｓ，ａｎｄａｗｉｒｅｌｅｓｓｐｏｒｔａｂｌｅｄｅｖｉｃｅ，ｗｈｉｃｈｃｏｌｌｅｃｔｓＥＣＧｔｏｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｒｖｉａＧＰＲＳｔｒａｎｓｆｅｒａｌａｒｍｍｅｓｓａｇｅａｎｄＥＣＧｗａｖｅｆｏｒｍ

ｍｏｄｕｌｅｗｈｅｎｔｈｅＥＣＧｉｓ

ｐａｔｉｅｎｔｓａｔｈｏｍｅ．ａｂｎｏｒｍａｌ．Ｉｔ’ｓｓｉｍｐｌｅｔｏｏｐｅｒａｔｅａｎｄｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｏｓｅ

Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅ’ＳＣＰＵｉｓｔｈｅ￥３Ｃ２４１０ＡｗｉｔｈａｃｏｒｅｏｆＡＲＭ９２０Ｔ，ａｎｄｔｈｅＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍｉｓＬｉｎｕｘＲＴＯＳ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｉｎｄｅｔａｉｌ．ＴｈｅｈａｒｄｗａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｏｆａｍｉｎｉｍｕｍｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅＣＰＵ，ｔｈｅＳＤＲＡＭａｎｄｔｈｅＮＡＮＤＦｌａｓｈ，ａｎｄＩ／ＯｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅＬＣＤｄｉｓｐｌａｙｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｈｅＬＡＮｐｏｒｔ，ｔｈｅＵＳＢｐｏｒｔ，ｔｈｅｓｅｒｉａｌｐｏｒｔ，ｔｈｅＪＴＡＧｐｏｒｔａｎｄｔｈｅＧＰＲＳｍｏｄｕｌｅｓｏｃｋｅｔ，ａｓｗｅｌｌａｓａｐｏｗｅｒ

ｐａｐｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅｆｏｒｐｏｒｔａｂｌｅｄｅｖｉｃｅ

ｇｉｖｅｓａｌｌａｎｄＥＣＧａｍｐｌｉｆｉｅｒ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇａｎｄｔｒａｎｓｐｌａｎｔｉｎｇｏｆＬｉｎｕｘ。ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＢｏｏｔｌｏａｄｅｒａｎｄｔｈｅｃｕｓｔｏｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｅｖｉｃｅｄｒｉｖｅｒｓａｒｅａｌｓｏｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ

ｒｅａｌｉｚｅｓａｉｍｅｄｔｏｍｅｅｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．

ａｒｅＡｔｔｈｅｅｎｄｏｆｐａｐｅｒ，ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ

ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｔａｒｇｅｔ．Ｔｈｅｔｅｓｔｅｄ．ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｓｙｓｔｅｍｃａｎｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅＥＣＧｓｉｇｎａｌｓｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ，ａｎｄｉｓｒｅｌｉａｂｌｅ，ｉｎｔｅｒｆａｃｅｆｒｉｅｎｄｌｙ，ｅａｓｙｔｏｂｅｅｘｔｅｎｄｅｄ．Ｗｅｇｉｖｅｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｓｏｍｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＣＧｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；￥３Ｃ２４１０Ａ；Ｌｉｎｕｘ；ＧＰＲＳ．ＩＩ．

独创性声明

本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：日期：趟：丞多

关于论文使用授权的说明

本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

（保密的论文在解密后应遵守此规定）

签名：导师签名：

！！！！詈！！！！。一第ｌ章绪论

ＩＩｍｌ詈！曼皇皇！曼！！！！！皇！！曼！曼曼皇皇曼曼皇！曼

第１章绪论

１．１课题研究目的与意义

心电信号当中包含着人体最基本、最重要的生理参数，对这些生理参数进行家庭日常监护与检测对患者的健康以及心血管疾病的治疗有着极其重要的意义。

近年来，心脏病的发病率和致死率都有不断增高的趋势，心血管疾病是世界上最为普遍也最危害健康的疾病。由于这类病症都具有偶然性和突发性的特点，因此要防治心脏病就必须对患者进行长时间的跟踪治疗，进行实时监护。心脏病的病发特点使得心脏病的治疗时机显得尤为重要，如急性心肌梗塞（ＡＭＩ）最佳治疗时间为发病后一小时内，但是研究表明只有１／５的病人在ＡＭＩ发作后一小时内被送往医院接受治疗。从心脏病发到被送往医院接受治疗大概可分为三个延迟时间段：从病人发病到呼叫急救车前来接救、将病人送往医院和医生确诊并决定治疗方案【ｌ】。因此需要寻求一种有效的方法，使得医生在病人病发后能够及时获得病人的ＥＣＧ，从而减少病人从病发后到接受治疗的延误时间，家庭心电监护便是一种很可行的方法。

现在，家庭健康监护越来越为人们所重视。随着传感器技术、无线通信技术和信息技术的发展，远程医疗和家庭健康监护得到了更为广宽的发展空间。家庭健康监护中最常使用的是心电监护。目前老年人的身体健康问题己引起社会越来越广泛的关注。同时根据中国医学协会统计有近６０％的心脏类疾病死亡是发生在家庭和社区范围内的。因此如果能够在早期发现心电异常并及时通知家属，就能为患者争取宝贵的救治时间，提高其生存几率。医学实践表明，对于心脏类疾病如果可以及时发现并作恰当处理，患者则有７０％＂－－８０％的生存率。同时我国逐渐进入老龄化社会，对便携式心电监护设备的需求每年大约要耗费５亿元，并且以每年１２％一－－１５％的速度增长。所以说心电监护仪的便携式设计，己成为现代医学仪器发展的一个必然趋势。

通过研究一种便携式心电监护仪，可以达到对患者进行实时心电监护的目的，同时能够对患者的心电进行自动分析诊断。使用者可以通过Ｉｎｔｅｍｅｔ接入使得医生端可以通过口地址以浏览网页的形式实时查看患者的心电图，如若发生

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