專利名稱：一種基于edge網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，是一種遠(yuǎn)程心電信號(hào)采集、傳輸和智能診斷、 監(jiān)控的系統(tǒng)，具體為一種基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
心電信號(hào)是最早研究并應(yīng)用于臨床的生物信號(hào)之一，它比其他生物信號(hào)更易于檢 測(cè)，并具有較直觀的規(guī)律性，目前仍然是生物醫(yī)學(xué)工程界的重要研究對(duì)象之一 。短時(shí) 間的心電檢測(cè)并不能反映病人的所有心臟異常狀況，例如，1小時(shí)的心電圖(ECG)數(shù)據(jù) 只能反映10% 15%的心臟狀態(tài)信息，然而24小時(shí)的ECG數(shù)據(jù)可以反映出85% 90% 的心臟狀態(tài)信息。所以常規(guī)的ECG檢測(cè)往往無(wú)法發(fā)現(xiàn)心臟的潛在問(wèn)題。
由于心臟病發(fā)病時(shí)一般具有突發(fā)性、短暫性和危險(xiǎn)性的特點(diǎn)，所以有必要對(duì)患者的 ECG信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)時(shí)檢測(cè)，以便達(dá)到疾病預(yù)報(bào)和及時(shí)搶救的目的。目前我國(guó)優(yōu) 質(zhì)醫(yī)療資源比較緊張，遠(yuǎn)程醫(yī)療和社區(qū)醫(yī)療是很好地解決這一矛盾的重要途徑。
如今國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上比較先進(jìn)的便攜式心電儀大致有以下幾種
1. 帶有自動(dòng)診斷功能的便攜式心電儀。如力康集團(tuán)(HealForce)研發(fā)的prince180 系列心電儀。它用感應(yīng)電極替代了導(dǎo)聯(lián)，避免了導(dǎo)聯(lián)檢測(cè)時(shí)脫落的問(wèn)題，并且可以對(duì)采 集到的心電信號(hào)進(jìn)行智能診斷，但是它沒(méi)有與外界通信的模塊，所以當(dāng)患者突發(fā)心臟病 時(shí)，無(wú)法及時(shí)自動(dòng)地向外界發(fā)出求救信息，從而耽誤了最佳的救治時(shí)間。而且它的存儲(chǔ) 空間有限，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間對(duì)心臟進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
2. 帶有遠(yuǎn)程傳輸模塊的便攜式心電儀?，F(xiàn)今國(guó)外的研究人員做出的便攜式心電儀 一般都帶有遠(yuǎn)程通信的功能，可以進(jìn)行ECG發(fā)送和報(bào)警功能。如澳大利亞RMIT大學(xué) 研發(fā)的手機(jī)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)公網(wǎng)將心電信息上傳到監(jiān)護(hù)中心。這樣做的好處是可以 實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)患者；
3. 可穿戴的便攜式心電儀。如印度Sathyabama大學(xué)的Thulasi和BaiS.K. Srivatsa
研制的可穿戴式心電儀，檢測(cè)的時(shí)候可以穿在身上，不影響人們的日?；顒?dòng)，而且具有 將ECG以及病人資料通過(guò)短信發(fā)送給醫(yī)療中心的功能；
雖然后兩種心電儀在易用性上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，然而它們忽略了實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)和報(bào)警 的重要性在它們的系統(tǒng)中，如果患者突發(fā)嚴(yán)重的心臟病，并沒(méi)有即時(shí)的報(bào)警信號(hào)給出，
4而且當(dāng)ECG信號(hào)上傳到中心后，必須要有醫(yī)護(hù)人員登錄系統(tǒng)，方能對(duì)心電信號(hào)做出診 斷，接著將信息反饋給患者。同時(shí)，由于缺少第一時(shí)間內(nèi)獲知病人發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)所處位置 的有效措施，從而貽誤了患者的治療，并且在患者數(shù)量增多后還會(huì)出現(xiàn)醫(yī)護(hù)人員短缺的 問(wèn)題。EDGE是英文Enhanced Data Rate for GSM Evolution的縮寫，即增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率 GSM演進(jìn)技術(shù)。EDGE是一種從GSM到第三代移動(dòng)通信3G的過(guò)渡技術(shù)，它主要是在 GSM系統(tǒng)中采用了一種新的調(diào)制方法，即多時(shí)隙操作和8PSK調(diào)制技術(shù)。由于8PSK可 將現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)采用的GMSK調(diào)制技術(shù)的信號(hào)空間從2擴(kuò)展到8，從而使每個(gè)符號(hào)所 包含的信息是原來(lái)的4倍。EDGE可使無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)帶寬得到明顯提高，為精準(zhǔn)的網(wǎng) 絡(luò)層提供位置服務(wù)；EDGE的空中信道分配方式、TDMA的幀結(jié)構(gòu)等空中接口特性與 GSM相同，不改變GSM或GPRS網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，也不引入新的網(wǎng)絡(luò)單元，只是對(duì)BTS進(jìn) 行升級(jí)。EDGE同時(shí)支持分組交換和電路交換兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，它支持的分組數(shù)據(jù)服 務(wù)可以實(shí)現(xiàn)每時(shí)隙高達(dá)11.2kbit/s-69.2kbit/s的速率，EDGE可以用28.8kbit/s的速率支 持電路交換服務(wù)，它支持對(duì)稱和非對(duì)稱兩種數(shù)據(jù)傳輸，這對(duì)于移動(dòng)設(shè)備接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是 非常重要的，比如在EDGE系統(tǒng)中，用戶可以在下行鏈路中獲得比上行鏈路更高的速 率。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題是現(xiàn)有的便攜式心電儀在遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)、心電信號(hào)分析處理、用 戶狀態(tài)報(bào)警等方面不能滿足使用需求。本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括便攜式心電信號(hào)采集端、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊以及服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端，便攜式心電信號(hào)采集端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊與服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端相連，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括EDGE傳輸模塊和GPS模塊， EDGE指增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)技術(shù)，服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端設(shè)有網(wǎng)絡(luò)傳輸守護(hù)進(jìn)程和心 電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)；其中，便攜式心電信號(hào)釆集端將采集的心電信號(hào)進(jìn)行本地存儲(chǔ) 或通過(guò)EDGE傳輸模塊發(fā)送給服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端，服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診 斷系統(tǒng)對(duì)接收到的心電信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)分析和診斷，并及時(shí)反饋診斷信息給便攜式心電信 號(hào)采集端，當(dāng)分析的心電信號(hào)結(jié)果顯示出現(xiàn)緊急情況時(shí)，心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)通過(guò) GPS模塊把相應(yīng)病人的方位信息發(fā)送到監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行報(bào)警。便攜式心電信號(hào)采集端包括心電信號(hào)放大采樣電路、嵌入式處理器、顯示模塊、觸5摸屏輸入模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊及USB接口模塊，心電信號(hào)放大采樣電路、顯示模塊、 觸摸屏輸入模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊及USB接口模塊分別連接嵌入式處理器，嵌入式處理 器設(shè)有嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式圖形用戶界面；便攜式心電信號(hào)采集端采用基于 iCoupler技術(shù)的信號(hào)隔離方法實(shí)現(xiàn)電路模擬部分與數(shù)字部分的電氣隔離，采用基于 DC/DC技術(shù)的電源隔離方法實(shí)現(xiàn)電源的電氣隔離。
本發(fā)明便攜式心電信號(hào)采集端和服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的網(wǎng)絡(luò)傳輸守護(hù)進(jìn)程對(duì)心電信號(hào) 分別進(jìn)行壓縮和解壓縮，從而降低網(wǎng)絡(luò)傳輸流量。
心電信號(hào)壓縮為利用心電信號(hào)具有準(zhǔn)周期性的特征，將每個(gè)心動(dòng)周期的R波進(jìn)行 線性插值，將心電信號(hào)的數(shù)據(jù)序列的能量向低頻搬移，再利用適合于嵌入式環(huán)境的基2 離散余弦變換DCT遞歸分解算法，將數(shù)據(jù)的DCT有效分量更為集中在低頻段，最后根 據(jù)數(shù)據(jù)序列保留能量保真度的要求，動(dòng)態(tài)的保留最少的有效DCT數(shù)據(jù)，在嵌入式系統(tǒng) 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)壓縮。
本發(fā)明服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)的基于波形參數(shù)的線 性分析，還進(jìn)行基于混沌的非線性動(dòng)力學(xué)分析，包括關(guān)聯(lián)維和李雅普諾夫指數(shù)分析，更 加全面客觀地評(píng)價(jià)心電ECG信號(hào)和心臟的功能狀態(tài)。
本發(fā)明中的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)
1) 、心電信號(hào)的采集、顯示和本地存儲(chǔ)
便攜式心電信號(hào)采集端對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行采集，采集的信號(hào)經(jīng)處理后通過(guò)便攜式心電 信號(hào)采集端的顯示模塊顯示，使用者可以將采集到的ECG信號(hào)存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)設(shè)備中， 如本發(fā)明的SD卡存儲(chǔ)模塊，便攜式心電信號(hào)采集端帶有TFT顯示和觸摸屏輸入功能， 基于嵌入式操作系統(tǒng)和圖形窗口 GUI,操作方便；
2) 、快速有效的遠(yuǎn)程發(fā)送與接收
當(dāng)使用者選擇將便攜式心電信號(hào)采集端采集的數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊 的EDGE傳輸模塊實(shí)時(shí)發(fā)送到服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端，服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理 后，將把最后的診斷結(jié)果反饋給使用者，其中EDGE傳輸模塊的傳輸速度是GPRS的 3~4倍，滿足了大數(shù)量傳輸?shù)囊蟆?br> 同時(shí)，針對(duì)心電信號(hào)的特征，采用心電信號(hào)自動(dòng)壓縮算法，可以對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行有 效壓縮，從而降低網(wǎng)絡(luò)傳輸流量，本發(fā)明的心電信號(hào)壓縮算法對(duì)常用的心電數(shù)據(jù)壓縮算 法進(jìn)行了改進(jìn)，使其適應(yīng)嵌入式的環(huán)境，并得到較高數(shù)據(jù)壓縮比，較好重構(gòu)的ECG波 形保真度，可以得到壓縮比高。算法中使用的基2 DCT快速算法，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)數(shù)域
6到實(shí)數(shù)域的變換，規(guī)避了普通DCT復(fù)數(shù)運(yùn)算計(jì)算量大的問(wèn)題，可以在嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)， 如AT91SAM7SE512實(shí)現(xiàn)較快的壓縮速度；3) 、緊急情況下的報(bào)警及GPS定位當(dāng)服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端分析的心電信號(hào)結(jié)果顯示出現(xiàn)緊急情況時(shí)，心電自動(dòng)分析和診斷 系統(tǒng)通過(guò)GPS模塊把相應(yīng)病人的方位信息發(fā)送到監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行報(bào)警，加快急救的進(jìn)程;4) 、更加精確的服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)接收到心電ECG數(shù)據(jù)后，服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)可以自主的 分析和診斷病情并及時(shí)反饋診斷信息，從而大大的減輕了醫(yī)護(hù)人員的負(fù)擔(dān)；新采用的基 于混沌的非線性動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析增加了診斷的全面性和可靠性。


圖1為本發(fā)明遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的組成框圖。 圖2為本發(fā)明的實(shí)施流程圖。圖3為本發(fā)明服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)流程圖。圖4為本發(fā)明采用的混沌動(dòng)力學(xué)分析示意圖，(a)為心電圖V2導(dǎo)聯(lián)的ECG信號(hào)，(b)為V2導(dǎo)聯(lián)ECG信號(hào)的相空間重構(gòu)，(c)為白噪聲、正常人和冠心病人的關(guān)聯(lián)維D2在不同嵌入維m下的比較。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明包括便攜式心電信號(hào)采集端、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊以及服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端，便攜式心 電信號(hào)采集端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊與服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端相連，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括EDGE傳輸模塊和GPS模塊，EDGE傳輸模塊由公共網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)服務(wù)器連接Internet,進(jìn)而連接 服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端，服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端設(shè)有網(wǎng)絡(luò)傳輸守護(hù)進(jìn)程和心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)； 其中，便攜式心電信號(hào)采集端將采集的心電信號(hào)進(jìn)行本地存儲(chǔ)或通過(guò)EDGE傳輸模塊 發(fā)送給服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端，服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)對(duì)接收到的心電信 號(hào)進(jìn)行自動(dòng)分析和診斷，并及時(shí)反饋診斷信息給便攜式心電信號(hào)采集端，當(dāng)分析的心電 信號(hào)結(jié)果顯示出現(xiàn)緊急情況時(shí)，心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)通過(guò)GPS模塊把相應(yīng)病人的 方位信息發(fā)送到監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行報(bào)警。便攜式心電信號(hào)采集端包括心電信號(hào)放大采樣電路、嵌入式處理器、顯示模塊、觸 摸屏輸入模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊及USB接口模塊，心電信號(hào)放大采樣電路、顯示模塊、7觸摸屏輸入模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊及USB接口模塊分別連接嵌入式處理器，嵌入式處理 器設(shè)有嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式圖形用戶界面，嵌入式處理器還可連接警報(bào)器實(shí)現(xiàn)本地 報(bào)警；便攜式心電信號(hào)采集端采用基于iCoupler技術(shù)的信號(hào)隔離方法實(shí)現(xiàn)電路模擬部分 與數(shù)字部分的電氣隔離，釆用基于DC/DC技術(shù)的電源隔離方法實(shí)現(xiàn)電源的電氣隔離， iCoupler技術(shù)是一個(gè)以基于變壓器的隔離方法，DC/DC表示直流一直流電源轉(zhuǎn)換，這兩 種隔離技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述。
心電電極與心電信號(hào)放大采樣電路相連，心電信號(hào)放大采樣電路包括心電信號(hào)放大 電路和AD轉(zhuǎn)換電路，AD轉(zhuǎn)換電路的輸出為心電信號(hào)放大采樣電路的輸出，輸出端與 嵌入式處理器相連，顯示模塊為液晶顯示器，嵌入式處理器連接EDGE傳輸模塊和GPS 模塊，便攜式心電信號(hào)采集端與服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)通過(guò)公網(wǎng)實(shí) 現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。使用基于iCoupler技術(shù)的隔離芯片ADUM2402，能有效地隔離模擬部分 和數(shù)字部分，減少噪聲干擾，提高系統(tǒng)的信噪比；隔離電壓相對(duì)于傳統(tǒng)的光耦隔離技術(shù) 更高，與DC/DC電源隔離方案相結(jié)合后，可有效保護(hù)應(yīng)用對(duì)象的安全。
本發(fā)明遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。
本發(fā)明便攜式心電信號(hào)采集端和服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的網(wǎng)絡(luò)傳輸守護(hù)進(jìn)程針對(duì)信號(hào)的 特征，進(jìn)行壓縮，從而降低網(wǎng)絡(luò)傳輸流量。心電信號(hào)壓縮為利用心電信號(hào)具有準(zhǔn)周期 性的特征，將每個(gè)心動(dòng)周期的R波進(jìn)行線性插值， 一個(gè)心動(dòng)周期稱為一幀，將心電信號(hào) 的數(shù)據(jù)序列的能量向低頻搬移，再利用適合于嵌入式環(huán)境的基2離散余弦變換DCT遞 歸分解算法，將數(shù)據(jù)的DCT有效分量更為集中在低頻段，最后根據(jù)數(shù)據(jù)序列保留能量 保真度的要求，動(dòng)態(tài)的保留最少的有效DCT數(shù)據(jù)，在AT91SAM7SE512嵌入式系統(tǒng)平 臺(tái)實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)壓縮。本發(fā)明服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)的基 于波形參數(shù)的線性分析，還進(jìn)行基于混沌的非線性動(dòng)力學(xué)分析，包括關(guān)聯(lián)維和李雅普諾 夫指數(shù)分析，更加全面客觀地評(píng)價(jià)心電ECG信號(hào)和心臟的功能狀態(tài)。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下用戶攜帶便攜式心電信號(hào)采集端，其體表ECG信號(hào)通過(guò)導(dǎo) 聯(lián)，進(jìn)入心電信號(hào)放大采樣電路放大、濾波、采樣后送入嵌入式處理器，嵌入式處理器 可以把ECG信號(hào)存在本地存儲(chǔ)系統(tǒng)中，也可以把它通過(guò)EDGE傳輸模塊發(fā)送給服務(wù)器 監(jiān)護(hù)終端，服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)對(duì)接收到的ECG信號(hào)進(jìn)行自動(dòng) 分析和診斷，并及時(shí)反饋診斷信息給用戶，當(dāng)分析的心電信號(hào)結(jié)果顯示出現(xiàn)緊急情況時(shí)， 心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)通過(guò)GPS模塊把相應(yīng)病人的方位信息發(fā)送到監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行報(bào) 警，其流程圖如圖2所示，心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)的流程圖如圖3。
8本發(fā)明的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)采用了基于混沌的非線性動(dòng)力學(xué)分析。世界的本 質(zhì)是非線性的，人體的生命過(guò)程也是非線性的。對(duì)于大多數(shù)生理系統(tǒng)不能進(jìn)行線性近似， 否則不可能認(rèn)識(shí)到生理活動(dòng)中與非線性有關(guān)的現(xiàn)象。心臟就是一個(gè)極端復(fù)雜的非線性系 統(tǒng)，其活動(dòng)產(chǎn)生混沌。人們通常借助相空間重構(gòu)的直觀方法來(lái)觀察混沌吸引子隨時(shí)間演 變的動(dòng)力學(xué)行為。常用的刻畫混沌系統(tǒng)狀態(tài)的特征量有關(guān)聯(lián)維D2和李雅普諾夫 (Lyapunov)指數(shù)。研究表明，人的心臟活動(dòng)的復(fù)雜性隨著健康狀態(tài)的變壞，如疾病或年 老而愈來(lái)愈降低，因此表征混沌復(fù)雜性的這些特征量可作為心臟健康程度的標(biāo)志，而且 非線性動(dòng)力學(xué)參數(shù)的特異性好，區(qū)分疾病種類，可作早期診斷。圖4為本發(fā)明采用的 混沌動(dòng)力學(xué)分析示意圖，(a)為心電圖V2導(dǎo)聯(lián)的ECG信號(hào)，(b)為V2導(dǎo)聯(lián)ECG信 號(hào)的相空間重構(gòu)，(c)為白噪聲、正常人和冠心病人的關(guān)聯(lián)維D2在不同嵌入維m下的 比較。1)、關(guān)聯(lián)維D2:大多數(shù)情況下， 一個(gè)確定性的混沌動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間演化之后，在相空間圖中的 軌跡被吸引到一個(gè)非整數(shù)維的奇異吸引子上。奇異吸引子具有分形的幾何特征，即部分 與整體或部分與部分之間的相似。維數(shù)是刻劃吸引子的最基本的指標(biāo)之一。它可以定量 地刻畫系統(tǒng)的復(fù)雜程度。維數(shù)越大，系統(tǒng)就越復(fù)雜。在眾多的維數(shù)定義中，關(guān)聯(lián)維以其 相對(duì)的簡(jiǎn)單性、數(shù)值計(jì)算中快速的收斂性、描述復(fù)雜系統(tǒng)上的有效性而在實(shí)踐中獲得廣 泛的應(yīng)用。本發(fā)明中采用了 Parkard等人提出的時(shí)間延遲法來(lái)重構(gòu)系統(tǒng)的相空間。然后， 利用Gmssberger和Procaccia提出來(lái)的算法來(lái)計(jì)算關(guān)聯(lián)維數(shù)。關(guān)聯(lián)維D2可以通過(guò)計(jì)算關(guān)聯(lián)積分求得IW —00c(r,m)= ;)m」"t|>H"-局其中N為有限長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)序列的長(zhǎng)度，S(x)是單位階躍函數(shù)(Heaviside函數(shù))，且 P(x)= ， r為給定的臨界距離，符號(hào)||義-《ll表示點(diǎn)Xi和點(diǎn)Xj的范數(shù)。關(guān)聯(lián)積分C(r,m)表示相空間中吸引子上兩點(diǎn)間距小于r的概率，當(dāng)r取值較小時(shí)，C(r，m)=0; 當(dāng)r取值過(guò)大時(shí)，C(r,m)=l;當(dāng)r取值適中時(shí)，ln(C(r,m))和ln(r)呈近似的線性關(guān)系， 經(jīng)過(guò)直線擬合后可得到ln(C(r,m) ) / ln(r)直線段的斜率，并將此斜率定義為關(guān)聯(lián)維D2:D2=lim lim lnC(r,m)。 r—ow^+oo in(。92)、李雅普諾夫(Lyapunov)指數(shù)人
相空間中的一個(gè)點(diǎn)就表征了系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)，一個(gè)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間演化行為常 歸結(jié)到一個(gè)吸引子上。吸引子可以是零維的定常吸引子，兩維或兩維以上的極限環(huán)或高 維環(huán)面吸引子。也可能是具有分形幾何結(jié)構(gòu)的奇怪吸引子。在奇怪吸引子中，相鄰軌道 相互排斥，以指數(shù)形式分離。李雅普諾夫指數(shù)人就是表征和刻畫這一性質(zhì)的定量指標(biāo)。 對(duì)于規(guī)則運(yùn)動(dòng)，X小于零。在周期運(yùn)動(dòng)向混沌運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的分岔點(diǎn)上，人等于零。對(duì)于混沌 運(yùn)動(dòng)，至少有一個(gè)方向上的李雅普諾夫指數(shù)大于零。入越大，混沌程度越高，系統(tǒng)的動(dòng) 力學(xué)行為越復(fù)雜。實(shí)際計(jì)算中我們只計(jì)算M直中最大的一個(gè)，稱之為最大李雅普諾夫指 數(shù)LLE。具體計(jì)算過(guò)程如下
時(shí)刻0開始，根據(jù)下式尋找相空間中吸引子軌道上某一相點(diǎn)Xi的最鄰近相點(diǎn)X」，
《(0卜mi、HI，
最鄰近點(diǎn)至少應(yīng)該按序列的平均周期以指數(shù)形式分離，最大李雅普諾夫指數(shù)LLE 估計(jì)為最鄰近點(diǎn)分離的平均速度，即
，
其中Cj為初始分離量，兩邊取自然對(duì)數(shù)得
ln lnC, + + (/A"，
最后用最小均方擬合出李雅普諾夫指數(shù)
V(") = ^T〈ln《(")〉
研究表明，隨著心臟疾病的產(chǎn)生，如冠心病、心肌缺血、心梗等，體表ECG信號(hào) 的關(guān)聯(lián)維和李雅普諾夫(Lyapunov)指數(shù)都明顯地減小，表明心臟的混沌程度下降，可以 用于心臟疾病的預(yù)測(cè)和診斷。
權(quán)利要求
1、一種基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征是包括便攜式心電信號(hào)采集端、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊以及服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端，便攜式心電信號(hào)采集端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊與服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端相連，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括EDGE傳輸模塊和GPS模塊，EDGE指增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM演進(jìn)技術(shù)，服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端設(shè)有網(wǎng)絡(luò)傳輸守護(hù)進(jìn)程和心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)；其中，便攜式心電信號(hào)采集端將采集的心電信號(hào)進(jìn)行本地存儲(chǔ)或通過(guò)EDGE傳輸模塊發(fā)送給服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端，服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)對(duì)接收到的心電信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)分析和診斷，并及時(shí)反饋診斷信息給便攜式心電信號(hào)采集端，當(dāng)分析的心電信號(hào)結(jié)果顯示出現(xiàn)緊急情況時(shí)，心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)通過(guò)GPS模塊把相應(yīng)病人的方位信息發(fā)送到監(jiān)護(hù)中心進(jìn)行報(bào)警。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征 是便攜式心電信號(hào)采集端包括心電信號(hào)放大采樣電路、嵌入式處理器、顯示模塊、觸摸 屏輸入模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊及USB接口模塊，心電信號(hào)放大采樣電路、顯示模塊、觸 摸屏輸入模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊及USB接口模塊分別連接嵌入式處理器，嵌入式處理器 設(shè)有嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式圖形用戶界面；便攜式心電信號(hào)采集端采用基于iCoupler 技術(shù)的信號(hào)隔離方法實(shí)現(xiàn)電路模擬部分與數(shù)字部分的電氣隔離，采用基于DC/DC技術(shù) 的電源隔離方法實(shí)現(xiàn)電源的電氣隔離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其 特征是便攜式心電信號(hào)采集端和服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的網(wǎng)絡(luò)傳輸守護(hù)進(jìn)程對(duì)心電信號(hào)分別 進(jìn)行壓縮和解壓縮。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征 是心電信號(hào)壓縮為利用心電信號(hào)具有準(zhǔn)周期性的特征，將每個(gè)心動(dòng)周期的R波進(jìn)行線 性插值，將心電信號(hào)的數(shù)據(jù)序列的能量向低頻搬移，再利用適合于嵌入式環(huán)境的基2離 散余弦變換DCT遞歸分解算法，將數(shù)據(jù)的DCT有效分量更為集中在低頻段，最后根據(jù) 數(shù)據(jù)序列保留能量保真度的要求，動(dòng)態(tài)的保留最少的有效DCT數(shù)據(jù)，在嵌入式系統(tǒng)平 臺(tái)實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)壓縮。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其 特征是服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)的基于波形參數(shù)的線性分 析，還進(jìn)行基于混沌的非線性動(dòng)力學(xué)分析，包括關(guān)聯(lián)維和李雅普諾夫指數(shù)分析。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征 是服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)的基于波形參數(shù)的線性分析，還進(jìn)行基于混沌的非線性動(dòng)力學(xué)分析，包括關(guān)聯(lián)維和李雅普諾夫指數(shù)分析。
7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其特征 是服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)的基于波形參數(shù)的線性分析，還 進(jìn)行基于混沌的非線性動(dòng)力學(xué)分析，包括關(guān)聯(lián)維和李雅普諾夫指數(shù)分析。
全文摘要
一種基于EDGE網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程心電智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，包括便攜式心電信號(hào)采集端、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊以及服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端，便攜式心電信號(hào)采集端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊與服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端相連，網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊包括EDGE傳輸模塊和GPS模塊，服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端設(shè)有網(wǎng)絡(luò)傳輸守護(hù)進(jìn)程和心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)。本發(fā)明便攜式心電信號(hào)采集端對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行采集、顯示和本地存儲(chǔ)，操作方便；通過(guò)EDGE傳輸模塊快速有效的將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送與接收；緊急情況下進(jìn)行報(bào)警及GPS定位；服務(wù)器監(jiān)護(hù)終端的心電自動(dòng)分析和診斷系統(tǒng)可以自主的分析和診斷病情并及時(shí)反饋診斷信息，大大的減輕了醫(yī)護(hù)人員的負(fù)擔(dān)；新采用的基于混沌的非線性動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析增加了診斷的全面性和可靠性。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101579235SQ20091002792
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者何愛(ài)軍, 劉學(xué)誠(chéng), 孫成辰, 莊建軍, 張志飛, 研 王, 符懋敬 申請(qǐng)人:南京大學(xué)