心電圖是診斷心臟疾病的重要工具之一，傳統(tǒng)的心電儀雖能有效地監(jiān)測心電、降低心臟病患者的死亡率，但不能對患者進行長時間的實時監(jiān)護，且存在體積大、功耗高、攜帶不便等缺點。本文設計了一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定可靠的便攜式遠程心電監(jiān)測儀，能夠在家庭、戶外等場所對心電進行實時監(jiān)測，具有十分廣泛的應用前景。

1 系統(tǒng)概述
    遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)由心電采集電路、控制芯片、顯示模塊、射頻模塊、無線通信網(wǎng)絡、醫(yī)院監(jiān)護中心的計算機組成[1-2]，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

    本文設計的心電監(jiān)護終端主要用來完成對病人心電信號的采集、處理、顯示并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過GPRS無線網(wǎng)絡傳輸?shù)结t(yī)院監(jiān)護中心的遠程計算機上，實現(xiàn)對病人的遠程監(jiān)測。醫(yī)生根據(jù)傳輸回來的數(shù)據(jù)進行診斷并及時對病人提供診斷結(jié)果。
2 系統(tǒng)硬件設計
    為了實現(xiàn)體積小、處理速度快、滿足嵌入式系統(tǒng)Linux對硬件要求的心電監(jiān)測終端，該系統(tǒng)采用三星公司生產(chǎn)的S3C2440單片機作為微處理器。該單片機為32 bit RISC微處理器，具有低價格、低功耗、體積小、精簡指令集、高性能、驅(qū)動能力強等優(yōu)點。而且S3C2440片內(nèi)資源十分豐富，片內(nèi)含有A/D轉(zhuǎn)換通道，從而可以省去專門的A/D芯片，因此簡化了外圍電路，為電路設計節(jié)省了空間，滿足設計要求。
2.1 心電采集電路設計
    心電信號的采集電路是該系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一，其功能主要包括前置放大、50 Hz陷波、高通濾波、低通濾波和后級放大，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。因為體表ECG信號一般在0.05 mV～5 mV之間，信號非常微弱，并且易受到肌電、呼吸、電磁等干擾。所以采用高輸入阻抗、高共模抑制比的差分放大電路進行前置放大，以增大輸入阻抗、減少共模信號干擾。50 Hz陷波電路的作用是濾除50 Hz工頻對心電信號的干擾。前置放大電路與50 Hz陷波電路如圖3所示(放大器型號為TLC2254CD)。帶通濾波電路主要由高通濾波器和低通濾波器組成，通頻帶為0.5 Hz~100 Hz，用于濾除心電頻率范圍以外的干擾信號。后級放大器將ECG信號進一步放大100倍左右(0 V~3.3 V之間)后，將采集信號輸入到控制芯片S3C2440的A/D轉(zhuǎn)換模塊中。

2.2 GPRS模塊的外圍接口電路
    控制芯片S3C2440通過控制GPRS模塊實現(xiàn)心電數(shù)據(jù)的無線傳輸，通過串口對GPRS模塊發(fā)送控制指令，使其完成對心電數(shù)據(jù)的無線傳輸。GPRS模塊的功能：實現(xiàn)與S3C2440之間的數(shù)據(jù)交換和通過GPRS無線網(wǎng)絡與醫(yī)院監(jiān)護中心的遠程計算機進行數(shù)據(jù)交換。GPRS模塊選擇索尼愛立信公司生產(chǎn)的GM47。GM47具有性價比高、使用簡便、模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧、有很好的技術支持等優(yōu)點。GM47串口采用2.75 V的CMOS電平，而S3C2440串口是TTL電平，因此兩者互相連接時需要電平轉(zhuǎn)換。GM47的外圍接口電路如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

    遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大部分。系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)啟動代碼Bootloader、Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核、yaffs2根文件系統(tǒng)和ADC、GPRS的驅(qū)動程序組成。應用軟件主要由心電數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、LCD顯示和GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送5部分組成，應用軟件流程圖如圖5所示。
    系統(tǒng)軟件的組建過程：
    (1)制作Bootloader、Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)。其中，Linux內(nèi)核中要添加ADC和GPRS的驅(qū)動文件，并在.config文件中進行相應的配置,最后make生成Linux內(nèi)核；向Nand Flash中依次燒寫制作好的Bootloader、Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)[3]。
    (2)移植Web服務器Boa。通過修改boa.conf文件，設定默認網(wǎng)頁名稱和網(wǎng)頁文件、cgi-bin文件的存放路徑。通過修改rcS文件，使Linux啟動后自動設置IP地址并啟動Boa服務器。
    (3)用HTML語言編寫登錄頁面[4]并將其存放到boa.conf文件設定的/home/boa/www文件夾中。
    (4)把用C語言編寫的腳本文件login.c、main.c、adc.c、gprs.c和.h頭文件放到Linux系統(tǒng)中，用交叉編譯器arm-linux-gcc編譯成login.cgi和main.cgi文件。把login.cgi、main.cgi兩個腳本文件和心電監(jiān)測頁面內(nèi)容文件main_html一起存放到/home/boa/www/cgi-bin文件夾中。
    (5)打開遠程計算機，輸入在rcS文件中設置的IP地址就可以進入遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)的登錄界面，輸入合法的用戶名和密碼就可以進入遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測頁面，如圖6所示。在監(jiān)測頁面上，醫(yī)生可以看見心電監(jiān)測終端傳送來的心電波形、心率、QRS波振幅和時限、P波振幅和時限、T波振幅和時限、P-R間期和Q-T間期等指標。

4 實驗結(jié)果
    為了驗證系統(tǒng)采集處理心電信號的準確性，采用遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)和傳統(tǒng)的心電監(jiān)測儀進行比對試驗。用心電信號模擬發(fā)生器產(chǎn)生各種監(jiān)測信號，把相同的監(jiān)測信號輸入到遠程心電監(jiān)測系統(tǒng)和傳統(tǒng)的心電監(jiān)測儀，統(tǒng)計并對比兩個儀器分析的QRS波振幅和時限、P波振幅和時限、T波振幅和時限、P-R間期和Q-T間期等指標，對比結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，該系統(tǒng)能夠保證心電監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，滿足設計要求。

參考文獻
[1] 張亞群，于龍飛，王坤林.網(wǎng)絡控制中心的遠程智能監(jiān)控系統(tǒng).計算機系統(tǒng)應用[J].2011，20(4)：1-5.
[2] 張石，董建威，王軍輝，等.便攜式無線心電監(jiān)護儀的低功耗設計[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2006(7).
[3] 王曉寧，王振臣，張少兵，等.Linux操作系統(tǒng)在ARM9處理器上的移植[J].化工自動化及儀表，2010，37(02)：67-69.
[4] 強鋒科技.HTML+CSS網(wǎng)頁設計指南[M].趙輝譯.北京：清華大學出版社，2010.