隨著人們生活節(jié)奏的加快， 需要一種攜帶方便， 又能實(shí)時(shí)供醫(yī)生診斷的便攜式心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。 如文獻(xiàn)[2,3]分別介紹了一種基于智能手機(jī)的心電實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)由測(cè)量節(jié)點(diǎn)、智能手機(jī)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)護(hù)中心端組成，智能手機(jī)節(jié)點(diǎn)通過藍(lán)牙實(shí)時(shí)接收由心電采集節(jié)點(diǎn)傳來的心電數(shù)據(jù)， 并將監(jiān)護(hù)情況通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)中心， 但均未給出具有藍(lán)牙功能心電圖機(jī)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。 文獻(xiàn)[4]提出了一種基于ZigBee 的多功能心電信號(hào)的測(cè)量方法， 可用于連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)病人長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。 文獻(xiàn)[5]中提出了一個(gè)基于Linux 的12 導(dǎo)聯(lián)心電信號(hào)便攜式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 具有交互式液晶觸摸功能，可用于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。

本文以AIKD812-256 心電圖采樣模塊與智能手機(jī)為核心設(shè)計(jì)一種具有藍(lán)牙通信接口的便攜式心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。 該心電圖監(jiān)護(hù)系統(tǒng)將心電圖機(jī)采集到的心電數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙接口傳輸至手機(jī)， 手機(jī)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)心電數(shù)據(jù)， 并能根據(jù)需要將心電數(shù)據(jù)通過GPRS/3G 網(wǎng)絡(luò)傳輸至醫(yī)療中心服務(wù)器， 供專業(yè)人員診斷。 文章安排如下： 第1 部分給出具有藍(lán)牙接口的心電圖機(jī)設(shè)計(jì)方案；第2 部分為手機(jī)軟件設(shè)計(jì)方法， 包括藍(lán)牙通信、心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、心電數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器， 并對(duì)其實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵代碼進(jìn)行分析； 第3 部分為測(cè)試情況與小結(jié)。

1 心電圖機(jī)設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

心電圖是一門較為深?yuàn)W的學(xué)科， 一般情況下， 基層醫(yī)療單位醫(yī)生、心血管患者不可能都是心電圖方面的專家。 本文提出的系統(tǒng)以具有優(yōu)質(zhì)資源的醫(yī)療機(jī)構(gòu)為服務(wù)中心， 通過Internet 網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)或農(nóng)村、重點(diǎn)監(jiān)護(hù)病人的心電圖機(jī)終端互連， 在一定程度上解決"看病難"問題。 本系統(tǒng)主要由如下4 部分組成： 心電圖機(jī)、安裝有專用軟件的手機(jī)、專家診斷終端、1 個(gè)醫(yī)療中心服務(wù)器， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

其中， 心電圖機(jī)與手機(jī)一一對(duì)應(yīng)， 其數(shù)量m 為系統(tǒng)中需要心電監(jiān)測(cè)的用戶數(shù)； 專家診斷終端數(shù)n 是系統(tǒng)中專家為用戶進(jìn)行診斷操作的計(jì)算機(jī)數(shù)。

在該系統(tǒng)中，心電圖機(jī)采集人體的心電數(shù)據(jù)， 并通過藍(lán)牙將測(cè)得的心電圖數(shù)據(jù)傳送至手機(jī)， 實(shí)時(shí)地顯示在手機(jī)屏幕上，根據(jù)用戶設(shè)置可以將心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在手機(jī)中或通過GPRS/3G 網(wǎng)絡(luò)傳輸至醫(yī)療中心服務(wù)器。

專業(yè)人員可以在專家診斷終端上對(duì)上傳的心電數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，并利用電子郵件或短信將診斷完成的消息通知對(duì)應(yīng)用戶， 以便用戶通過手機(jī)軟件提取診斷結(jié)果。

限于文章篇幅， 本文重點(diǎn)介紹系統(tǒng)中心電圖機(jī)與手機(jī)軟件的設(shè)計(jì)方法。

1.2 AIKD812-256 模塊及其應(yīng)用

本文心電圖機(jī)設(shè)計(jì)以AIKD812-256 模塊為核心。

該模塊是專用于心電信號(hào)采樣的產(chǎn)品[6], 采用同步12導(dǎo)聯(lián)采樣， 單5V 電源供電。 它有八個(gè)差分信號(hào)輸入通道， 使用精密運(yùn)算放大器、24 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和高速處理器， 整個(gè)電路被封裝在1.5×1.5×0.381 英寸的模塊內(nèi)， 并在處理器上安裝了有效的數(shù)字濾波器算法， 使得本產(chǎn)品非常容易在強(qiáng)噪聲背景、高輸出阻抗環(huán)境下獲取微小的心電圖信號(hào)。

該模塊以UART 串行方式輸入輸出數(shù)據(jù)， 3.3V 的TTL 電平， 波特率為115200bps, 數(shù)據(jù)格式為8 位數(shù)據(jù)位、1 位停止位、非校驗(yàn)。 對(duì)心電圖采樣模塊的控制操作采用一定格式的命令幀， 命令幀均由20 字節(jié)組成。

如表1 所示， 其中幀頭的4 個(gè)字節(jié)固定為"AIKD"字符串， 校驗(yàn)和為幀前面19 字節(jié)的異或結(jié)果， 具體的命令和附加字節(jié)表示的含義可參考資料[6], 在此只給出本文用到的命令字節(jié)， 如表2 所示， 其中開始命令的附加字節(jié)為1、2 時(shí)， 模塊輸出數(shù)據(jù)類型分別為Wilson導(dǎo)聯(lián)、Frank 導(dǎo)聯(lián)； 模塊收到握手命令后， 會(huì)回送15字節(jié)的應(yīng)答幀。

表1 模塊的控制幀格式

表2 模塊的控制命令字節(jié)

模塊收到開始命令后， 開始每2ms 輸出一個(gè)心電數(shù)據(jù)幀， 每幀16 字節(jié)， 當(dāng)輸出為Wilson 體系時(shí)， 數(shù)據(jù)包內(nèi)包括II、III、V1~V6 導(dǎo)聯(lián)的數(shù)據(jù)（分別記為DII、DIII、DV1~DV6）， 手機(jī)終端接收到數(shù)據(jù)幀后可以計(jì)算出I、avR、avL 和avF 導(dǎo)聯(lián)的數(shù)據(jù)（分別記為DI、DavR、DavL、DavF）， 計(jì)算方法如下：

DI = DII-DIII

DavR = DIII/2-DIII

DavL = DII/2-DIII

DavF = （DII+DIII）/2

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1.3 藍(lán)牙接口設(shè)計(jì)

在模塊的硬件連接上， 心電圖采樣模塊的輸入端串聯(lián)10K 電阻后可直接連接導(dǎo)聯(lián)線， 如圖2 所示。 圖中藍(lán)牙模塊采用HC-06, 該模塊采用CSR 藍(lán)牙芯片，遵循藍(lán)牙V2.0 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)， 模塊尺寸為3.57×1.52cm,利用串口的TXD、RXD 信號(hào)腳與心電圖采樣模塊直接相連， 波特率設(shè)置為115200bps。由于心電圖采樣模塊與藍(lán)牙模塊尺寸小， 因此整個(gè)心電圖機(jī)體積小巧，便于攜帶。

圖2 心電圖機(jī)主要電路的連接圖

2 手機(jī)軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)， 在手機(jī)終端中必須安裝心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與收發(fā)軟件。 該軟件具有如下功能： 通過藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)心電數(shù)據(jù)接收、心電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、通過GPRS/3G 向中心服務(wù)器發(fā)送心電數(shù)據(jù)。

本文手機(jī)終端軟件采用J2ME 進(jìn)行編程， 下面對(duì)這些功能實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵代碼進(jìn)行分析。

2.1 藍(lán)牙通信

（1） 藍(lán)牙查尋連接

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將手機(jī)作為客戶端、藍(lán)牙模塊作為服務(wù)端， 即利用手機(jī)去搜索并連接藍(lán)牙模塊。 需要注意的是， 用手機(jī)與藍(lán)牙模塊連接， 首先得保證手機(jī)具有藍(lán)牙功能。

整個(gè)藍(lán)牙連接過程包括客戶端搜索附近藍(lán)牙設(shè)備、在搜索到的指定藍(lán)牙設(shè)備上搜索藍(lán)牙服務(wù)、連接搜索到的藍(lán)牙服務(wù)， 最后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通，具體的關(guān)鍵代碼如下：

LocalDevicelocalDevice=LocalDevice.getLocalDevice（）； // 取得本地藍(lán)牙設(shè)備

discoveryAgent = localDevice.getDiscoveryAgent（）；// 取得藍(lán)牙代理

上面兩步通過后， 就可以確定本設(shè)備帶有藍(lán)牙接口， 并同時(shí)啟動(dòng)藍(lán)牙功能。 通過上述步驟后， 利用

discoveryAgent.startInquiry（DiscoveryAgent.GIAC,this）；

開始搜索附近藍(lán)牙設(shè)備， 搜索到設(shè)備后自動(dòng)調(diào)用deviceDiscovered（）回調(diào)方法， 在deviceDiscovered（）方法里添加設(shè)備。 本系統(tǒng)中每次只連接一個(gè)設(shè)備，所以一旦搜到一個(gè)設(shè)備后就通過discoveryAgent.

cancelInquiry（） 方法取消設(shè)備搜索， 自動(dòng)調(diào)用inquiryCompleted（）回調(diào)方法， 在inquiryCompleted（）中添加discoveryAgent.searchServices（）程序搜索在設(shè)備上服務(wù)， 每發(fā)現(xiàn)一個(gè)服務(wù)時(shí)都會(huì)自動(dòng)調(diào)用servicesDiscovered（）， 完成全部搜索服務(wù)后自動(dòng)調(diào)用serviceSearchCompleted（）方法。

在搜索到藍(lán)牙設(shè)備， 并在藍(lán)牙設(shè)備上搜索到串口服務(wù)器后， 通過：

url = sr.getConnectionURL（ServiceRecord.NOAUTHENTICATE_NOENCRYPT, false）；

conn = （StreamConnection） Connector.open（url）；

實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的連接。

（2） 手機(jī)與心電圖模塊通信。

藍(lán)牙連接成功后利用conn.openDataInputStream（）打開輸入流、conn.openDataOutputStream（）打開輸出流，通過read（）或write（）方法進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 在通信過程中主要實(shí)現(xiàn)2 個(gè)功能： 手機(jī)控制心電圖模塊、手機(jī)接收來自心電圖模塊的數(shù)據(jù)， 其中手機(jī)控制心電圖模塊主要包括握手信號(hào)的發(fā)送、開始命令和停止命令的發(fā)送。

為了實(shí)現(xiàn)手機(jī)與心電圖機(jī)的數(shù)據(jù)通信連接， 手機(jī)首先發(fā)送握手信號(hào)到藍(lán)牙模塊。 根據(jù)表2, 可以知道發(fā)送握手信號(hào)的格式以及發(fā)送代碼為：

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同樣， 還可以采用上述方法發(fā)送不同控制命令的字節(jié)數(shù)組到心電圖模塊， 控制心電圖機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作， 如開始命令和停止命令， 限于文章篇幅， 在此不作贅述。

手機(jī)接收到應(yīng)答幀后發(fā)送開始傳輸命令幀， 接著開始接收心電圖數(shù)據(jù)。 手機(jī)接收心電圖數(shù)據(jù)的關(guān)鍵程序代碼結(jié)構(gòu)如下：

2.2 心電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

手機(jī)終端一個(gè)重要功能就是心電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。 在J2ME 程序中， RMS（Record Management Store 的縮寫）記錄庫(kù)是一個(gè)小型的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)， 可以用來保存應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)。

RMS 具體的存儲(chǔ)方式由各設(shè)備廠商自己實(shí)現(xiàn)， 存儲(chǔ)的位置也會(huì)因?yàn)樵O(shè)備廠商的不同而不同。 在RMS 中，每一條數(shù)據(jù)被稱為一條記錄， 記錄庫(kù)實(shí)際是記錄的集合。 本文將一個(gè)心電數(shù)據(jù)作為一個(gè)記錄存入記錄庫(kù)。

一個(gè)記錄格式如表3 所示。

表3 心電數(shù)據(jù)記錄格式

其中， 頭部信息包含預(yù)設(shè)的用戶信息以及心電數(shù)據(jù)的保存時(shí)間， 校驗(yàn)和為前面80127 個(gè)字節(jié)的異或和。

從一個(gè)記錄格式可知， 由于心電圖機(jī)每2ms 輸出16 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)， 所以一個(gè)保存的心電圖時(shí)間長(zhǎng)度為（8126-127+1）×2/16=10000ms, 即10s.

記錄中頭部信息的時(shí)間信息為心電數(shù)據(jù)保存時(shí)手機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間， 可以利用如下代碼得到：

Calendar c = Calendar.getInstance（）；

Date d = c.getTime（）；

然后從d 中提取年月日以及時(shí)分的具體數(shù)據(jù)， 并與上述接收到的心電數(shù)據(jù)一起存入記錄庫(kù)中。

對(duì)于記錄庫(kù)的操作， 先要打開記錄庫(kù)， 然后對(duì)記錄庫(kù)進(jìn)行操作， 其中包括記錄的增加、刪除、修改等，最后將記錄庫(kù)關(guān)閉。 具體主要通過以下方法實(shí)現(xiàn)記錄庫(kù)的操作：

penRecordStore（rsName,true）； //打開名為rsName 的記錄庫(kù)

deleteRecordStore（rsName）； //刪除名為rsName 的記錄庫(kù)

addRecord（b, 0, b.length）； //添加數(shù)組b 到記錄庫(kù)

getRecord（id）； //讀取第id 條記錄

setRecord（id,b,0,b.length）； //將第id 條記錄設(shè)置成字節(jié)數(shù)組b

2.3 心電數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器

本設(shè)計(jì)中采用TCP Socket 方式與中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信， MIDP2.0 中定義了SocketConnection 和ServerSocketConnection 接口用于實(shí)現(xiàn)TCP Socket 編程。

由于本系統(tǒng)中手機(jī)端作為客戶端， 所以只用到了SocketConnection 接口。

為了實(shí)現(xiàn)Socket 通信， 必須先建立連接sc=（SocketConnection）Connector.open（url）；

其中url 為服務(wù)器的地址， 本系統(tǒng)中url=Socket://61.

153.1.12:5000, 即服務(wù)器IP 地址為61.153.1.12.

為了防止因服務(wù)器未開而導(dǎo)致的長(zhǎng)時(shí)間連接， 程序中設(shè)置了一個(gè)定時(shí)器， 在經(jīng)過設(shè)定的時(shí)間后仍未連接成功， 給出提示， 并終止連接。 如果成功建立連接，則打開輸出流和輸入流：

dos=new DataOutputStream（sc.openOutputStream（））；

dis=new DataInputStream（sc.openInputStream（））；

同時(shí)， 為了防止傳輸過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)差錯(cuò)， 本設(shè)計(jì)中單幀心電圖數(shù)據(jù)采用固定長(zhǎng)度的格式傳輸， 具體格式參見表3, 實(shí)際傳輸時(shí)在該表的格式前增加一個(gè)幀頭"A1A2A3". 當(dāng)中心服務(wù)器收到此幀頭時(shí)， 就認(rèn)為幀頭后續(xù)的數(shù)據(jù)為表3 格式的心電圖數(shù)據(jù)。 一幀數(shù)據(jù)接收完后對(duì)其中校驗(yàn)和進(jìn)行核查， 如果核查結(jié)果正確， 發(fā)送"OK"字符串至手機(jī)終端； 反之， 發(fā)送"ER"字符串， 以便提示手機(jī)終端重傳心電圖數(shù)據(jù)。

另外， 為了便于中心服務(wù)器存儲(chǔ)心電數(shù)據(jù)， 上傳至服務(wù)器的心電數(shù)據(jù)包括預(yù)設(shè)的用戶信息以及心電記錄的保存時(shí)間。 專家診斷完成后， 根據(jù)用戶信息（如電子郵件或手機(jī)號(hào)碼）通知用戶提取診斷結(jié)論。

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3 測(cè)試與小結(jié)

本文的設(shè)計(jì)調(diào)試包括2 部分： 心電圖機(jī)電路、手機(jī)軟件。 手機(jī)軟件采用JBuilder2006 開發(fā)平臺(tái)， 調(diào)試成功后， 將軟件打包， 并下載到具有藍(lán)牙功能的手機(jī)中進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試。 圖3 是軟件在NOKIA 6300 上運(yùn)行的情況， 其中圖（a）為軟件的主界面， 圖（b）為藍(lán)牙連接過程的界面， 圖（c）為有關(guān)參數(shù)設(shè)置的界面， 圖（d）為心電數(shù)據(jù)接收時(shí)心電圖動(dòng)態(tài)顯示情況， 圖（e）為心電數(shù)據(jù)的記錄庫(kù)列表， 圖（f）為心電數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器時(shí)的界面。

圖3 手機(jī)軟件運(yùn)行界面

經(jīng)測(cè)試， 本文設(shè)計(jì)的心電圖機(jī)達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)，并具有攜帶方便、使用簡(jiǎn)便的特點(diǎn)， 可實(shí)現(xiàn)小型醫(yī)療機(jī)構(gòu)與重點(diǎn)監(jiān)護(hù)病人遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)的功能， 對(duì)提高全民健康水平， 有著積極的意義。