远程心电监护系统通信协议的研究与设计

　　心电监护作为医疗监护的一项重要内容一直是某些心脏疾病的重要诊断依据。传统的床头监护仪监护距离短, 对病人的自由限制较大, 移动通信技术的应用可以使床头监护走出病房。用户随身携带监护设备进行心电数据采集, 监护仪通过移动通信网络把数据传输至监护服务中心进行分析, 即远程心电监护。远程心电监护允许使用者进行一般的日常活动, 并提供迟滞较小的即时心电监护服务。

　　远程心电监护系统通过通信协议来保证监护仪与服务器的连接以及监护服务的性能。静态心电图的通信协议早在 1993年即已由欧洲标准委员会提出。近年IEEE 也采用最新的欧洲标准提出类似通信标准。

　　1 SCP- ECG(EN 1064: 2005)

　　Health Informatics- Standard Communication Protocol Com-puter- assisted Electrocardiology, 医用信息学———计算机辅助心电图标准通信协议, 第 1064 号欧洲标准, 最新版本发布于 2005年。SCP- ECG 规定了常规静态心电图传输的数据格式以及数据压缩的基本要求。

　　静态心电图为病人处于静止状态下采集的短时心电图, 一般为10 至30 秒, 心电图机可把采集的心电图数据自动存储起来。SCP- ECG 则为心电图机之间或心电图机与其他设备交换静态心电图数据而设计。

　　SCP- ECG 规定心电图记录的所有采样点必须编号索引, 每条心电图记录以整条记录的CRC 校验码起始, 并由数个节区(section)构成, 每个节区包含特定类型的信息。节区0 包含各个节区的指针, 节区1 包含病人信息或 ECG 数据查询消息, 节区2 为用于 ECG 数据压缩的 Huffman 表, 节区3 是 ECG 导联定义, 节区4 包含每条心电图数据中QRS 的位置信息, 节区5 为压缩编码后的参考心搏数据, 节区6 为编码后的心电数据或差分余数, 节区7 为全局测量参数区, 节区8 为文本形式的自动诊断结果, 节区9 为制造商规定的特殊诊断判读数据, 节区 10为各导联的测量参数节区, 节区 11 为通用判读编码。SCP- ECG 还规定了心电图的压缩编码要求, 并在附录中详细给出了“高压缩比”编码过程。附录部分还包括控制查询消息传输过程、底层串口通信协议及一致性检验方法等。

　　2 远程心电监护中的移动通信网络

　　远程心电监护系统应用无线网络进行数据传输, 可选的无线网络传输包括GPRS、CDMA 和WIFI 等。GPRS, General Packet Radio System, 通用数据分组服务。GPRS 为分时传输服务, 如果8 个时隙均被指定为同一用户的同类传输, GPRS 可达到最大传输速度171.2Kbps, 实际应用中传输速度为40- 50Kbps。一般用1 个时隙进行上行传输 4 个时隙进行下行传输, 即 8- 12kbps 上行 32- 48kbps 下行。GPRS 为分组交换系统, 因此特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输, 也适用于偶尔的大数据量传输。心电监护主要为上行传输心电实时数据。假定心电数据采样率为每条导联每秒400 点, 每点1 个字节, 即3.2kbps, 那么单一时隙的GPRS 数据传输服务可以传输两条导联的原始心电数据。CDMA, CodeDivision Multiple Access, 码分多址。CDMA One 标准规定的单一通道传输速率为 14.4kbps, 若八个通道全部用于同类传输, 则达115kbps 的最大传输速度。14.4kbps 的传输速率可以支持三条导联原始心电数据的传输。WIFI, wireless networking basedon IEEE 802.11 standards, 基于 IEEE 802.11 标准的无线网络。WIFI 在数据传输支持上要优于GPRS 和CDMA, 语音服务劣于GSM和 CDMA 网络。由于 WIFI 发展迟于GPRS 和CDMA, WIFI基站的覆盖范围也小于GSM 和CDMA, 因此 WIFI 的网络覆盖不够广泛不能充分地发挥远程心电监护的功能。