目的：介绍一种能适用于中小医院、社区及家庭的新型的便携式无线多参数监护系统及其临床实现。方法：系统采用集成度高、功能强大的PTR 5000作为无线通信模块，降低了成本与功耗；数据接收机和计算机连接采用全速USB接口，使用灵活方便；实时监护软件采用win 32多线程程序设计，能保证多床位数据的及时读取、处理及显示。临床实验选择心脏病住院患者20例，男12例，女8例，年龄53岁～78岁，同时监测心电图波型及心率、呼吸频率、体温波型，并将心率自动计算与人工手动计算结果进行对比分析；体温检测结果与高精度电子体温计体表测量值对比分析。结果：能同时监护4个床位患者，实时显示心电波形及心电参数计算、心律失常分析结果，且波形清晰、平滑，很容易的分辨出P、Q、R、S、T波，符合医生的视觉要求及美观感。心率、呼吸频率、体温等参数计算与人工手动计算结果比较无统计学差别（P＞0.05）。结论：该仪器可应用于中、小医院、社区及家庭高危人群监护。
【关键词】 无线传输；多功能监护；临床实验；家庭监护
心血管病死亡的发生主要并不是在医院院内，大部分心血管的突发事件是发生在院外，发生在没有心血管医生监护的地方。由于心血管病的发病具有突发性、短暂性和危险性的特点，要防治心血管疾病就必须对患者的心电进行长时间实时检测，而远程医疗、社区及家庭护理正是解决这一问题的有效办法［1～2］。目前远程监护和家庭及社区健康监护主要以常见病、老年病和孕妇为主［3］,现今一些大型医院的无线监护仪价格昂贵，广大中小医院和社区保健网点无力购买，仅有极少数患者有条件得到监护。因此，国内许多研究者在提高无线监护仪的性价比以及将无线监护扩展到社区、家庭方面做了大量努力，开发了适用于家庭和社区的仪器，以缓解医疗资源与患者需求之间的矛盾［4～5］。据报道［6～8］，他们多采用需要支付认证费用的蓝牙技术，采用单片机对无线模块进行控制，心电信号采样率均不高，仅能显示波形、分析简单的心律失常。面对中国中央监护市场的发展，扩大中央监护产品种类，同时进一步降低成本、缩小体积、扩展功能，我们设计了一种低价位、高性能的便携式无线遥测心电监护仪。该监护仪采用了集成单片机的无线收发模块，体积小，功耗低，简化了硬件结构，降低了成本；应用USB技术与计算机相连，提高了数据传输速度，使用灵活、方便；借助于改进的基于一阶微分零领域的特征点识别算法提高了识别准确度，使其能实时计算心电图各参数，并对研制的无线多功能监护仪的稳定性、参数准确性进行临床测试，并将心率自动计算与人工手动计算结果进行对比分析；体温检测结果与高精度电子体温计体表测量值对比分析,现报告如下。
1 系统特点
本系统采用集成度高、功能强大的PTR5000作为无线通信模块，降低了成本与功耗；数据接收机和计算机连接采用全速USB接口，使用灵活方便；实时监护软件采用win 32多线程程序设计，能保证多床位数据的及时读取、处理及显示。根据心电波形的形态特点在一阶差分过零点识别算法的基础上进行了改进，提出了对应于心电波形边界特征点的一阶差分近零点。该算法能检测出大部分心电波形的R波波峰、P波起点、QRS复波起点和终点、T波终点。为了算法可用于临床实践，对监护时产生的多种形态的噪声、干扰进行总结和分析，并给出应对方法；算法充分利用多导联信息计算出心率、R?R间期、P?R间期、QRS时限、Q?T间期/QTc、ST段等参数。根据R?R间期、平均R?R间期、早搏提前量、QRS宽度的值使算法能检出10种心律失常分析。通过系统性能实验可知本系统人机界面友好、波形显示无失真、连续监护时间超过24 h；通过算法的临床实验可知本文算法具有较强的抗干扰能力和学习能力，计算分析结果准确；通过系统软件监护容量和算法实时性实验，可知本文算法计算量小，系统监护容量大。
2 系统组成
2.1 硬件系统 该仪器的硬件部分由数据采集发射盒、数据接收机和中央工作站三部分构成。系统框图如图1所示。数据采集发射盒由患者携带，它将患者的生理数据采集后编码发射出去，数据接收机完成数据接收解码后经USB接口传送至中央工作站进行进一步处理和显示。由于中央工作站计算机USB接口有限我们使用USB HUB对接口进行扩展以连接更多的数据接收机，从而实现多床位同时监护。
2.1.1 数据采集发射盒的设计 数据采集发射盒包括心电、体温、呼吸信号采集电路和射频发射电路。采用2节5号电池供电，可直接对nRF24E1、体温测量电路和呼吸检测电路进行供电，对于心电检测电路将电源的1.5 V设置为心电检测电路的地，那么电源将变为±1.5 V对其供电。另外由于检测电路在低电压条件下工作，因此放大器最好选择低电压、满摆幅的放大器以保证微弱信号的放大幅度。Max 4194是maxim公司生产的一款低电压、满摆幅精密仪表放大器，其共模抑制比在增益为1时仍高达95 db，我们将其用于心电的前置差分放大电路中。Max494是maxim公司生产的一款低电压、满摆幅运算放大器，我们将它用于滤波、放大和电压跟随等电路中。体温和呼吸信号通过使用温度传感器实现检测。
图1 硬件结构框图（略）
2.1.2 数据接收机设计 数据接收机包括射频接收电路和USB接口电路。由于系统传输数据量较大，传统的RS 232串口无法满足应用要求，因此在接收机端我们采用USB口与计算机进行通信，另外USB的易扩展性也使得实现多床位同时监护变的简单。USB接口电路的设计我们采用了USB 100模块，使用该模块无需编写fireware和windows操作系统下的驱动程序，其驱动程序将USB口虚拟成一个计算机串口，所以在windows环境下可以很方便的调用API函数对其进行读写，大大节省了开发时间。
2.2 软件系统 中央工作站端的软件主要实现数据读取、数据处理和数据显示这么几个功能。系统软件设计要求如下：Windows平台下同时监护1～4床位；实时显示心电波形、计算心电参数、分析心律失常；能保存24 h以上的数据，实现回放分析。
2.2.1 数据读取 由于要读取和处理的数据量很大将占用大量的CPU时间容易造成程序的不响应会影响数据的显示和人机交互，甚至造成数据丢失，这需要采用多线程编程来解决。在主线程下为每个USB口分别建立两个子线程：数据读取子线程和数据处理、显示子线程，并且为了保证不丢失数据要将数据读取子线程的优先级设置为最高，而主线程则主要完成控制和人机交互等功能。程序结构框图如图2所示。在windows操作系统中不允许对硬件直接操作而是要将其当成文件进行处理。读取USB设备的数据可通过API函数将USB设备以文件形式打开然后采用异步读取方式进行读取，所得数据存入一个全局变量数组供处理、显示线程进行进一步操作。
图2 软件线程结构示意图（略）
2.2.2 数据处理、数据显示 数据处理、显示线程中最主要的任务就是完成对心电数据的数字滤波和相关参数计算。因为在设计数据采集发射盒时为满足便携式要求不可能将心电检测电路设计的很复杂，仅对心电波形做了简单的带通滤波，波形仍可能存在着较严重基线漂移和工频干扰，所以在中央工作站需对其进行进一步的数字滤波才能满足应用要求。采用了NOTCH滤波器，对心电的基线漂移和工频干扰有明显的抑制作用，且该滤波器算法简单很适合应用于对实时性要求较高的监护类产品。
3 临床实验及结果
任何一种仪器在研究和制成之后，要想能够真正实用，都必须经过严格的测试，对于医疗仪器此项工作尤为重要。因此我们在武汉陆军总医院的老年二科、孝感市中心医院心内科、华中科技大学校医院等医院，随机抽取住院心血管患者20例，其中男12例，女8例，年龄53岁～72岁，对系统运行的稳定性、可靠性及各参数的准确性进行临床实验，得到了患者和医生的好评也为本系统的改进收集了第一手资料。所有数据均以±s，采用t检查，P＜0.05认为差别有显著意义。
3.1 仪器运行的稳定性和可靠性 让该系统在三个不同医院同时对两个床位进行监护，系统连续不间断的运行24 h后，观察程序没有出现数据丢失，程序异常出错等现象，并对健康自愿者10例进行连续测试数小时，无心电波不稳定或突然中断现象。
3.2 心电图波型及心率 左上胸、右上胸、左下腹、右下腹及心前区粘贴一次性心电电极，联接监护仪的导联线，连续观察Ⅱ导联的心电图波型如图3，并将波型回放分析。
图3 一段异常心电波形回放界面（略）
3.2.1 心电图波形 图3显示了一段时长为6 s的心律失常心电图单通道回放结果，其中每格横向表示0.4 s，纵向表示1 mV。由心电波形可知这段心电有心动过速及4次早搏现象，其中有2次早搏连续出现成为成对早搏，成对早搏相比单次早搏危险性更高；由波形右边的分析结果可知本软件所使用的算法能够较准确的计算出心电参数，PR间期和QT间期能自动以正常心搏为基础进行计算；能正确识别出心动过速、成对早搏，并且能判别早搏的严重程度；波形显示的左上角还标明了该段心电图的起始时间。
3.2.2 心率 20例住院患者在监护仪连续工作24 h后测量并记录心率值，其结果显示监护仪测得心率与人工手动计算心率值比较无统计学差异（P＞0.05）（表1），同法比较PR间期、QR宽度、QT/QTc、ST段两结果也无统计学差异(P均＞0.05)。
表1 20例患者心率测量值结果比较（略）
3.3 呼吸 热敏电阻置于病患鼻孔处感受呼吸气流的温度变化，当鼻腔中的气流周期性地通过热敏元件时，热敏元件的阻值也周期性的改变，经过能量转换、滤波、放大后可得到呼吸波形。呼吸波形同样清晰、平滑，正确的反映了被测者实际呼吸状况。监护仪测得呼吸频率结果为(14.72±1.63)次/min，人工测量20例患者呼吸频率平均为(14.73±1.65)次/min。两者比较无统计学差异（P＞0.05）。
3.4 体温 将监护仪体表体温探头置于患者腋下，同时用高精度电子温度计测量另一侧腋下体温。具体结果见表2。两者比较无统计学差异（P＞0.05）。
表2 20例患者体温测量结果比较（略）
4 讨论
由于医疗技术和工程技术实现的可能性，特别是传感技术、通信技术及计算机技术的高速发展，监护设备不断更新换代，其内部结构、外型设计及功能实现有了极大变化；监护方式也在飞速进步，已逐步从特殊病房过渡到普通病房，从单参数床边监护过渡到多参数多床位集中监护，从卧床患者监护扩展到行走患者监护；计算机通信技术的高速发展又为监护从院内到院外，从中央到远程乃至全球展示了广阔前景［9］，然而一台仪器质量优劣评价，除仪器外观、重量价格外，重要是仪器稳定性、参数准确性、计算精确性及操作的难易等综合性能评价［10］。由以上测试及实验可以看出该系统运行稳定可靠性较高；能够准确获得人体心电、呼吸波形；体温测量精度高与电子温度计所测温度进行比较误差在±0.2 ℃以内，达到了应用要求；各参数计算机判别结果与人工判别结果的偏差进行比较发现二者无明显差异，且小巧轻便，患者方便随身携带，成本低廉，操作简单，可在临床、社区及家庭广泛推广应用。今后可根据临床使用的需要增加导联数，根据计算出的多种心电参数实现更多心律失常分析及监护功能。通过增加发射功率提高无线传输距离。进一步完善外型设计，提高数据处理速度方面做工作。
