心电监护仪应用案例之远程心电实时监护系统设计

目前世界上 有很多心脏疾病患者由于得不到及时的救助，生命常常受到威胁。传统的心电监护仪（什么是心电监护仪）限制了患者的自由，而且不具备实时监护功能，对于那些威胁到患者生命的突发疾病帮助不大。随着无线通信技术的不断发展，现在已经有了便携式监护仪（监护仪原理），这类仪器让实时监护成为可能。本文主要介绍了心电监护仪应用案例之远程心电实时监护系统设计。

本文引用地址：利用GPRS无线数据通信技术，可以将实时监护与Holter相结合，患者佩戴这种便携式监护仪（心电监护仪的维护）可以自由活动，而且还能随时随地得到心电监护。当有紧急情况发生时，医生可以根据全面的心电数据分析患者心脏状况，使患者得到即时的救助。

一、远程心电实时监护系统概述

远程心电实时监护系统包括四个部分：监护仪(病人终端)、PDA(医生终端)、监护服务器以及心电数据服务器。系统结构如图1所示。

监护仪由患者随身佩带，以400Hz或500Hz的采样频率对患者心电信号采样，并把心电数据通过GSM/GPRS网络发送给监护服务器，数据的实时性由监护服务器和监护仪之间的控制信息控制。

PDA接收来自监护服务器的数据，并根据心电分析的结果通过数据服务(GPRS数据服务)和短消息(SMS)通知监护仪。监护服务器负责接收转存病人端全部心电数据，实时分析及回放分析;同时向PDA转发实时心电数据，利用控制信息来协调实时心电数据的收发。

心电数据服务器存储所有心电数据、患者信息以及设备信息，除了在监护过程中存储心电数据外，心电数据服务器还负责注册患者和设备信息及管理数据库远程访问等任务。

二、 监护仪硬件平台简介

监护仪硬件主要由单片机、电源模块、心电信号采集放大模块、扩展NAND Flash、LCD驱动模块及GSM/GPRS无线通信模块组成。

三、软件系统关键技术

监护仪软件系统的核心是管理Flash、GPRS网络、无线模块的GSM功能及LCD。

3.1 Flash管理

Flash存储器用于存储心电数据和控制信息，以保证心电数据在断电时不遗失及日后查看监护过程的相关控制信息。

内存映射(Memory Map)模型把Flash作为一个整体，各种不同数据按照类别预先分配存储空间。操作Flash数据时，首先把内部索引(譬如数据索引或者消息索引)映射到分区地址，剔除无效存储单元，再通过Flash操作函数读取或写入相应的数据。

3.1.1 Flash分区结构

(1)Head Seg：大小为1个块(Block)，用于存储分区版本号、坏块表及其余分区的基本信息，包括分区起始地址(BaseAdd)、分区跨度(以块为单位)、分区最高地址、数据区(Data Seg)中的数据范围、数据区中数据的格式(FMT)、消息区(SMS Seg)所有消息的联系人列表等，每个分区的基本信息占一页(Page)。

本分区占Flash存储器的第一个块。根据Flash的技术资料可知，第一块正常使用时不会出现无效存储单元，因此许多关键数据保存于此。

(2)SMS Seg：大小为20个块，即20个连续的有效块。每个块存储一条消息的位图，消息的到达时间、发送者存储在该Block的第一页(该块中相对地址为0的页)。消息存满则从头开始覆盖已有消息，利用消息的索引号来寻址。

(3)Data Seg：大小为1000个块，即1000个连续的有效块，用于存储心电数据。如果采样频率为400Hz，采样位数为8位，数据区可存储11.37小时的原始心电数据，所有的心电数据从采样起始点0开始依次编号即心电数据索引，利用该索引寻址。

Flash分区结构示意图如图2所示。

3.1.2 Flash接口函数

Flash的读操作，首先从存储单元中以页(page)为单位把数据读入Flash内部的寄存器中，然后再把数据导入处理器的存储器。读操作的操作耗时为几十微秒，与单片机的指令周期大致匹配。读操作以页为基本单元，以读取整页数据效率最高。Flash页读取操作一般不会产生错误，Flash文件系统会有纠错操作，最简单的纠错码可以把非连续的单个位错误改正。而对于当前处理器上的内存映射模型，纠错码的引入将大大降低运行效率，因此不做纠错处理。

(1)FlashPageRead()：首先锁存起始操作字节的行列地址，送入Read指令，随后的每个读操作时序把当前字节读出，当前地址指针加1并把数据存储到读操作缓冲区中，同时调用函数时须给出读出字节的总数。

Flash的写操作，又称为对Flash的编程，即把数据存储到Flash存储单元中。存储单元事先必须已擦除(Erase)过才能写入数据。写操作耗时为几百微秒，擦除操作耗时最多为几毫秒，在数量级上已大大超过了RAM的写操作。

利用内存映射模型操作Flash的难点在于合理调度使Flash存储单个字节的耗时与处理器的指令周期相匹配。每次写操作要尽可能多地写入数据，一般每页(512B)写入一次。写操作与擦除操作可能产生坏块，因此须通知主程序是否产生坏块。

(2)FlashProgram()：首先锁存写入数据起始字节的行列地址，随后按照函数调用时给定的写入数据总数，每个写操作时序向Flash寄存器存储一个字节的数据。当寄存器满，送入Program操作指令即可把寄存器中的数据存储进入物理存储单元中。

(3)FlashECGDMap()：根据分区内页索引和坏块列表检索出实际的操作页地址。首先把分区内页地址换算为理想实际地址，即不考虑坏块，然后检索坏块列表及剔除无效地址并给出实际操作地址。

(4)FlashStoreECGData()：在数据分区中存储心电数据，首先检查Flash是否处于繁忙状态，若空闲则立即占用Flash，把采样数据导入Flash写缓冲。

如果写缓冲达到存储操作条件，则调用FlashECGDMap()获取实际的操作地址并检查是否Flash的该操作块需要擦除。若需要擦除，则调用FlashErase()函数，擦除状况检查完毕即调用FlashProgram()保存数据。若所有操作完毕，则释放Flash的控制权。

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