遠程心電醫療信號監測系統設計

1 引言

HHCE(Home Health Care Engineering)這門學科正隨著人類對健康的重視和遠程醫療的發展而逐漸走進人們的生活，它提倡的是一種“在家就醫，自我保健，遠程診斷”的理念，把高科技與醫療結合起來。HHCE的出現符合21世紀社會老齡化、醫療費用日益高漲以及人們生活健康質量高要求的趨勢，同時可實現醫療資源共享，提高邊遠地區的醫療水平，因此具有特別旺盛的生命力。

HHCE系統提供一種對于家庭、社區醫療、出診醫生有效便捷的醫療監測解決方案，具有心電信號監測功能的監測器是HHCE系統的重要組成部分。就國內而言，該類產品的研究也屬于剛起步階段，遠程網絡也只是簡單的完成數據庫醫療數據的存儲和傳輸，還沒有真正完成將網絡與醫療器械相結合。在國際方面，世界各國在此的研究均投入大量資金，但依然主要是使用價格昂貴的儀器完成醫療數據采集，然后依托PC／internet網絡完成數據采集以及網絡診斷。

本設計采用了Altera公司的NiosⅡ軟核處理器作為CPU，并移植了當今主流的μClinux操作系統。該系統具有系統穩定、便攜式、功能可升級擴展、面向用戶、遠程控制等特點。一方面，它將家庭保健和遠程醫療結合起來，主要面向用戶終端設計，使個人能夠方便的對自身心電信號的進行自我檢測與分析，實時了解自己的身體健康狀況；另一方面，采集到的數據還可以通過存儲卡存儲，以便對數據進行長期分析處理和診斷；除此之外，系統還可以通過網絡等遠端通訊設施與醫療保健服務端(如醫院、私人醫師、監護中心、保健中心等)快速建立連接，將測量數據傳遞給遠程數據庫或醫生。有利于醫療信息的數據庫管理和遠程實時監護、診斷，使用戶不用出門就能得到最及時有效的診斷。

2 系統介紹

遠程心電醫療信號監測系統主要由心電信號的前端采集與調理模塊、心電信號處理與存儲模塊、數據顯示模塊和遠程傳輸控制模塊等4個關鍵模塊組成，系統功能結構如圖1所示。

該監測系統的硬件平臺采用Altera公司CycloneⅡ2C35 FPGA芯片，采用SOPC(片上可編程系統)技術將NiosⅡ軟核處理器、存儲器、功能接口和擴展I／O口等集成在一塊FPGA芯片上，外圍擴展心電數據采集板、網絡、LCD屏、觸摸屏／鍵盤、SD存儲卡等硬件來實現系統的硬件架構，且帶有可擴展的I／O接口，便于以后系統功能升級與擴展。

3 系統關鍵模塊的設計

3.1 NiosⅡ嵌入式軟核處理器簡介

NiosⅡ系列嵌入式處理器是Altera公司推出的軟核處理器。用戶可以獲得超過200 DMIPS的性能，而只需花費不到35美分的FPGA邏輯資源。NiosⅡ支持MicroC／OS-Ⅱ、μClinux等多種實時操作系統，支持輕量級TCP／IP協議棧，允許用戶增加自定義指令和自定義硬件加速單元，無縫移植自定義外設和接口邏輯，在性能提升的同時，方便了用戶的設計。