醫(yī)學(xué)信息學(xué)chapter9-遠程監(jiān)護第一頁，共66頁。主要內(nèi)容遠程監(jiān)護的概念遠程監(jiān)護的意義遠程監(jiān)護的應(yīng)用領(lǐng)域心電圖遠程監(jiān)護清華大學(xué)心電、血壓遠程監(jiān)護網(wǎng)系統(tǒng)血液透析遠程監(jiān)護胎心監(jiān)護第二頁，共66頁。(一)遠程監(jiān)護的概念遠程監(jiān)護可以定義為通過通信網(wǎng)絡(luò)將遠端的生理信息和醫(yī)學(xué)信號傳送到監(jiān)護中心進行分析，并給出診斷意見的一種技術(shù)手段，由監(jiān)護中心、遠端監(jiān)測設(shè)備和聯(lián)系兩者的通信網(wǎng)絡(luò)組成。遠程監(jiān)護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遠端監(jiān)測設(shè)備監(jiān)護中心生理信息、醫(yī)學(xué)信號診斷意見第三頁，共66頁。(二)遠程監(jiān)護的意義縮短醫(yī)生和患者之間的距離適合自理能力較差的老年人和殘疾人改變就醫(yī)環(huán)境減少患者的心理壓力正常人的遠程監(jiān)護可以預(yù)防疾病孕婦和新生兒監(jiān)護極端情況下健康監(jiān)護美國自由潛水冠軍尼古拉斯挑戰(zhàn)最深的海水天坑——巴哈馬藍洞第四頁，共66頁。(三)遠程監(jiān)護的主要應(yīng)用領(lǐng)域早期工作用于空間計劃用于邊遠地區(qū)、極地和急救患者的日常健康監(jiān)護心電圖遠程監(jiān)護清華大學(xué)心電、血壓遠程監(jiān)護網(wǎng)系統(tǒng)血液透析遠程監(jiān)護胎心監(jiān)護第五頁，共66頁。

心電圖遠程監(jiān)護1.必要性：

心率失常監(jiān)護是重要生命參數(shù)遠程監(jiān)護的主要應(yīng)用。心臟病發(fā)病特點是突發(fā)性、危險性，僅通過醫(yī)院常規(guī)心電圖檢查、發(fā)病入院后的重癥監(jiān)護和冠心病監(jiān)護是遠不能滿足心臟病人的監(jiān)護要求的。麥當勞董事長坎塔盧波侯耀文第六頁，共66頁。3GISDN網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)GSM網(wǎng)絡(luò)病人端心電圖監(jiān)測設(shè)備遠程醫(yī)療監(jiān)護中心通信連接智能化心電圖發(fā)射機心電圖短時記錄儀智能化心電監(jiān)護設(shè)備社區(qū)醫(yī)院急救中心診所2.常用心電圖遠程監(jiān)護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：系統(tǒng)由病人端心電圖監(jiān)測設(shè)備、遠程醫(yī)療監(jiān)護中心以及兩者之間的通信連接構(gòu)成。第七頁，共66頁。（1）病人端心電圖監(jiān)測設(shè)備可以分為三種：A.早期的心電圖發(fā)射機僅有一個心電電極放大，可以實現(xiàn)心電圖連續(xù)長期檢測，并在異常心電圖時自動發(fā)射心電圖，遙測距離有限，限于一幢樓內(nèi)使用；第八頁，共66頁。B.心電圖短時記錄儀當檢測到異常心電或者患者按下記錄按鈕時能記錄較短時間的心電圖，然后通過網(wǎng)絡(luò)送往監(jiān)護中心，可以適合外出人員使用利用覆蓋全球的移動通訊網(wǎng)絡(luò),以3G通訊技術(shù)為全球用戶提供實時心臟監(jiān)護服務(wù)第九頁，共66頁。C.智能化心電監(jiān)護設(shè)備

采用無線電實現(xiàn)心電圖長時間實時監(jiān)護，具有心電圖長時間記錄及自動傳送等功能。當檢測的異常心電圖超過報警閾值或病人不適都可以自動將當時的心電圖實時傳送給醫(yī)療中心報警，適合心臟病患者在家中使用。24小時12導(dǎo)聯(lián)同步動態(tài)HOLTER康保智能心電檢測手機(Android)2012第十頁，共66頁。（2）通信連接遠程心電監(jiān)護系統(tǒng)所用通信連接主要采用的網(wǎng)絡(luò)可以有以下幾種:A.普通程控電話網(wǎng)絡(luò)B.ISDN網(wǎng)絡(luò)C.計算機網(wǎng)絡(luò)D.GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)第十一頁，共66頁。（3）監(jiān)護中心監(jiān)護中心接收來自患者的心電圖，并具有數(shù)據(jù)歸檔、信號處理和病案管理等功能?？梢栽O(shè)在診所、社區(qū)醫(yī)院、急救中心等，并能與?？漆t(yī)院進行遠程會診。

第十二頁，共66頁。清華大學(xué)

心電、血壓遠程監(jiān)護網(wǎng)系統(tǒng)系統(tǒng)總體思路系統(tǒng)主要組成實現(xiàn)方案——前端系統(tǒng)實現(xiàn)方案——監(jiān)護中心站系統(tǒng)第十三頁，共66頁。一、系統(tǒng)總體思路該系統(tǒng)采用了普遍使用的電話和個人計算機作基礎(chǔ)，形成以心電、血壓等重要生理參數(shù)為主的監(jiān)護網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)眾多病人在家中就能即使得到的中心醫(yī)院的監(jiān)護和急救處理、病情分析、統(tǒng)計、病案管理等多項醫(yī)療功能。家庭用戶N家庭用戶1家庭用戶2……PSTN監(jiān)護中心站第十四頁，共66頁。二、系統(tǒng)主要組成系統(tǒng)包括了三個部分：1、家庭監(jiān)護前端系統(tǒng)這部分位于多個用戶家中，其功能是

監(jiān)測心電和血壓信號實時地傳送數(shù)據(jù)到監(jiān)護中心站接收醫(yī)生的診斷結(jié)果和治療意見

這部分設(shè)備采用家用PC機作為家庭端監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備的基礎(chǔ)。第十五頁，共66頁。2、通信網(wǎng)絡(luò)

連接家庭監(jiān)護前端系統(tǒng)和監(jiān)護中心站。該系統(tǒng)是基于程控電話網(wǎng)進行開發(fā)運行的，因系統(tǒng)開發(fā)時我國電話普及率比光纖網(wǎng)或其他形式的通信網(wǎng)絡(luò)高，所以采用了程控電話網(wǎng)作為監(jiān)護患者與醫(yī)療中心的連接方式，使得醫(yī)療中心可以隨時掌握家庭用戶患者的病情發(fā)展，并給出相應(yīng)的治療意見和及時的救助措施。第十六頁，共66頁。3、監(jiān)護中心鑒于醫(yī)療中心的監(jiān)護站系統(tǒng)需要滿足以下2個條件：

(1)系統(tǒng)信息管理

(2)多用戶同時共享與實時監(jiān)護因此中心站系統(tǒng)由以下2部分構(gòu)成：

(1)總監(jiān)控臺

(2)信息管理系統(tǒng)

第十七頁，共66頁。（1）總監(jiān)控臺為整個系統(tǒng)的核心，主要作用：處理心電和血壓信號顯示心電和血壓數(shù)據(jù)供醫(yī)生參考對心電數(shù)據(jù)進行自動病類分析、瀏覽及統(tǒng)計與家中使用者進行對話（2）信息管理系統(tǒng)通過計算機局域網(wǎng)與總監(jiān)控臺進行連接，主要功能是管理家庭監(jiān)護用戶的病歷信息，以供醫(yī)生對于用戶請求做出診斷和處理意見時參考。第十八頁，共66頁。三、實現(xiàn)方案——前端系統(tǒng)1、家庭監(jiān)護前端系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖用于監(jiān)測和傳送家庭患者用戶的心電和血壓信號。由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成家庭用戶血壓計心電發(fā)射機心電接收機供電電源數(shù)據(jù)接口家庭監(jiān)護儀家用PC波形顯示波形分析通信modem程控電話網(wǎng)ADC第十九頁，共66頁。2、家庭監(jiān)護前端系統(tǒng)組成：（1）硬件系統(tǒng)

A.家庭監(jiān)護儀心電發(fā)射機心電接收機血壓計數(shù)據(jù)接口供電電源

B.個人計算機

C.調(diào)制解調(diào)器（modem）

D.程控電話第二十頁，共66頁。（2）軟件系統(tǒng)：A.家庭監(jiān)護儀軟件血壓數(shù)據(jù)讀取心電數(shù)據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換與PC通信B.PC機軟件通信（包括與監(jiān)護儀、監(jiān)護中心站）波形顯示波形存儲波形分析第二十一頁，共66頁。3、硬件設(shè)計（1）心電監(jiān)測心電監(jiān)測方法采取了家庭內(nèi)近距離遙測的方法（遙測距離為20米），可以不打擾家庭患者的日常生活，包括心電發(fā)射機和心電接收機。通過無線方式由患者身上的心電發(fā)射機傳送到心電接收機接收。心電發(fā)射接收裝置設(shè)有多種頻率，可以有效防止多個用戶的互相干擾。第二十二頁，共66頁。（2）心電數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換心電接收機接收到的心電信號是模擬的，必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號才能進入計算機處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）精度設(shè)置為8位二進制，轉(zhuǎn)換時間為100μS，輸入電壓范圍0-5V。第二十三頁，共66頁。（3）血壓信號檢測患者的血壓信號是由血壓計獲得的，血壓計采用的是日本National公司的腕式血壓計，它具有記憶功能，可以隨時測量并保存，可以測量舒張壓、收縮壓、心率以及測量時間等血壓數(shù)據(jù)。第二十四頁，共66頁。（4）數(shù)據(jù)接口讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換的心電數(shù)據(jù)和血壓計的血壓數(shù)據(jù)，通過與計算機通信將上述數(shù)據(jù)傳給計算機相關(guān)部分進行處理。（5）供電電源給監(jiān)護儀各個部分（包括心電接收機、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)接口板等）供電。第二十五頁，共66頁。4、軟件設(shè)計（1）心電模塊

A.家用監(jiān)護儀部分模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)模塊

B.PC機部分心電顯示模塊心電分析模塊實時傳輸模塊實時存儲模塊A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)心電數(shù)據(jù)PC軟件操作顯示模塊分析模塊傳輸模塊存儲模塊模擬信號數(shù)字信號第二十六頁，共66頁。心電監(jiān)護軟件控制流程圖系統(tǒng)啟動初始化過程交互式等待消息優(yōu)先選擇等待退出波形顯示過程波形分析過程實時傳輸過程實時存儲過程內(nèi)部消息外部消息控制GUI過程程序功能選擇結(jié)束第二十七頁，共66頁。心電顯示、實時存儲與實時傳輸:心電接收機接收到的心電信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后進入PC機，心電數(shù)據(jù)被存入顯示緩沖區(qū)、存儲緩沖區(qū)和傳輸緩沖區(qū)進行實時顯示、存儲和傳輸。第二十八頁，共66頁。心電分析——心電監(jiān)護:心電模塊有兩種控制方式：手動方式和自動方式

手動方式下，患者自己可以在任何需要的時候?qū)⑿碾娦盘柊l(fā)送給監(jiān)護中心站。在選擇了自動方式后，家庭監(jiān)護儀會自動分析患者的心電信號（主要進行心率失常分析），若發(fā)現(xiàn)異常心電則系統(tǒng)自動與監(jiān)護中心站連接，并將患者當前心電圖發(fā)送給醫(yī)生。第二十九頁，共66頁。（2）血壓模塊

A.家用監(jiān)護儀部分血壓數(shù)據(jù)讀取

B.PC機部分血壓顯示模塊血壓傳輸模塊趨勢分析模塊數(shù)據(jù)接口血壓數(shù)據(jù)PC軟件操作顯示模塊趨勢分析傳輸模塊第三十頁，共66頁。（3）通信模塊

A.家用監(jiān)護儀與PC通信負責(zé)將經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換的心電數(shù)據(jù)和血壓計中的血壓數(shù)據(jù)傳送給PC機，進入下一步處理。

B.家用PC機與監(jiān)護中心站通信

負責(zé)與監(jiān)護中心站連網(wǎng)進行雙向通信，將心電數(shù)據(jù)和血壓數(shù)據(jù)傳送給中心站，將醫(yī)生的診斷意見反饋回來。第三十一頁，共66頁。數(shù)據(jù)接口PC機監(jiān)護中心血壓計ADC心電數(shù)據(jù)血壓數(shù)據(jù)診斷意見心電、血壓通信模塊數(shù)據(jù)流圖第三十二頁，共66頁。5、詳細設(shè)計——心電監(jiān)護功能模塊（1）長時間心電圖紀錄

用戶可以手動啟動心電長時間紀錄控制功能，家用PC能紀錄用戶長達24小時的心電圖，然后自動發(fā)往監(jiān)護中心站進行診斷分析。

第三十三頁，共66頁。（2）心電圖實時分析監(jiān)護開始讀取數(shù)據(jù)預(yù)處理R波檢測是否噪聲心電分類是否報警報警是否是心電圖分析流程圖否第三十四頁，共66頁。A.讀入心電數(shù)據(jù)

從心電分析緩沖區(qū)中讀取B.信號預(yù)處理

消除50Hz工頻干擾以及其他高頻干擾C.R波檢測

采用差分閾值檢測算法檢測R波，以確定心電異常，以消除偽跡（活動幅度過大、電極脫落或者接觸不良、不在遙測區(qū)域等原因造成的心電異常）第三十五頁，共66頁。D.心電分類自動檢測的心電異常包括以下六類：竇性心動過速竇性心動過緩室性期前收縮PVC房性期前收縮APC心室撲動VT漏搏和停搏APYSTO第三十六頁，共66頁。（3）心電異常自動報警當心電實時監(jiān)護模塊檢測到異常心電圖并超過預(yù)先設(shè)定的報警門限的時候，將自動與監(jiān)護中心站監(jiān)控臺進行聯(lián)網(wǎng)，自動實時傳送心電圖。根據(jù)患者病情，由醫(yī)生設(shè)置4類報警級別：1類報警：心率超過心率報警上下限2類報警：每分鐘室性早搏PVC或房性早搏APC超過閾值3類報警：出現(xiàn)RonT波或心室撲動VT波4類報警：出現(xiàn)停搏APYSTO波，最高報警級別第三十七頁，共66頁。（4）手動緊急報警當患者在家中感到不適時，可以手動啟動報警功能，此時家庭監(jiān)護儀將自動與監(jiān)護中心站監(jiān)控臺進行聯(lián)網(wǎng)，自動實時傳送心電圖。第三十八頁，共66頁。6、詳細設(shè)計——血壓監(jiān)護功能模塊（1）血壓動態(tài)測量采用便攜腕式血壓計，具有存儲功能，可以由用戶隨身攜帶，隨時測量，隨時存儲。（2）用戶血壓長期趨勢分析可以根據(jù)血壓波動情況，提供給用戶血壓長期趨勢分析圖。第三十九頁，共66頁。四、實現(xiàn)方案——監(jiān)護中心站系統(tǒng)1、監(jiān)護中心站系統(tǒng)設(shè)計的功能接收、處理、存儲來自多個家庭用戶的生理參數(shù)信息實時顯示當前連接用戶的心電波形和血壓數(shù)據(jù)心率失常自動分析心電波形瀏覽病歷統(tǒng)計功能數(shù)據(jù)分類存儲管理第四十頁，共66頁。2、監(jiān)護中心站系統(tǒng)設(shè)計（1）監(jiān)護中心站硬件系統(tǒng)框圖監(jiān)護中心站硬件系統(tǒng)框圖PSTNmodemmodem??????modem串行擴展接口總控臺工作站病歷庫計算機??????第四十一頁，共66頁。總控臺工作站病歷庫計算機實時監(jiān)護系統(tǒng)心電圖自動分析信息管理系統(tǒng)系統(tǒng)信息管理醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)管理基本病歷管理監(jiān)護中心站登錄信息出錯信息數(shù)據(jù)存儲波形回顧用戶管理監(jiān)護中心站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）監(jiān)護中心站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第四十二頁，共66頁。3、詳細設(shè)計——實時監(jiān)護系統(tǒng)（1）實時監(jiān)護系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能：A.接收客戶請求并建立連接B.根據(jù)不同客戶的需求進行相應(yīng)服務(wù)C.自動啟動或者出發(fā)相關(guān)模塊第四十三頁，共66頁。（2）實時監(jiān)護系統(tǒng)實現(xiàn)方案：

采用客戶-服務(wù)器模式，服務(wù)器設(shè)置成并發(fā)響應(yīng)方式和主從服務(wù)器結(jié)構(gòu)，主服務(wù)器隨系統(tǒng)啟動自動運行，是一個守護進程，一旦有客戶機請求，主服務(wù)器立即產(chǎn)生一個從服務(wù)器響應(yīng)客戶請求，然后回到等待狀態(tài)，等待下一個請求的到來。客戶1客戶2……客戶n監(jiān)聽心電從服務(wù)器血壓從服務(wù)器心電數(shù)據(jù)庫血壓數(shù)據(jù)庫請求響應(yīng)存儲客戶主服務(wù)器從服務(wù)器數(shù)據(jù)庫請求響應(yīng)存儲第四十四頁，共66頁。4、詳細設(shè)計——心電圖自動分析開始讀取數(shù)據(jù)濾波處理差分閾值提取參數(shù)心律失常分析消除基線漂移提取ST段參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)束否病類統(tǒng)計結(jié)束否是圖6.15心電圖自動分析流程圖第四十五頁，共66頁。（1）心律失常分析該算法先使用差分閾值法正確檢測R波，然后再使用分支邏輯法和模糊算法兩種方法進行心律失常分。主要對停搏、漏搏、心動過速、心動過緩、室性早搏、房性早搏等六種病類進行判斷。（2）S-T段分析該算法關(guān)鍵在于特征點的定位，本系統(tǒng)中采用了R+X算法，并根據(jù)心率自適應(yīng)調(diào)整特征點的位置，提取ST電平、斜率等參數(shù)。第四十六頁，共66頁。（3）心率變異分析系統(tǒng)采用了時域統(tǒng)計法和RR間期散點圖分析法。A.時域方法 應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計指標對HRV做時域測量B.散點圖 意義直觀，方法簡單，能包容更多的信息第四十七頁，共66頁。5、詳細設(shè)計——信息管理系統(tǒng)登錄信息對用戶登錄信息以及系統(tǒng)工作狀態(tài)進行監(jiān)控，登錄信息包括用戶登錄信息和系統(tǒng)登錄數(shù)據(jù)存儲

硬盤：臨時存儲介質(zhì)。磁帶：海量存儲介質(zhì)存儲管理列出硬盤上需要備份的數(shù)據(jù)文件；將選擇好的文件由硬盤拷貝到磁帶，并刪除已備份的本地數(shù)據(jù)文件；優(yōu)化文件訪問，設(shè)置備份文件索引和磁帶文件索引第四十八頁，共66頁。數(shù)據(jù)回顧這是醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)管理的主要功能，能將監(jiān)護中心接收的當前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)以圖形方式顯示。主要是心電數(shù)據(jù)回顧和血壓數(shù)據(jù)回顧。心電數(shù)據(jù)回顧心電波形瀏覽、心律失常分析結(jié)果顯示、ST段分析結(jié)果顯示、HRV分析結(jié)果顯示血壓數(shù)據(jù)回顧顯示當前病人24小時血壓動態(tài)趨勢圖第四十九頁，共66頁。用戶管理該模塊主要進行系統(tǒng)資源管理，為了適應(yīng)監(jiān)護中心滿足多用戶服務(wù)而進行的，主要功能模塊有：管理用戶注冊信息增加用戶注銷用戶更改用戶第五十頁，共66頁。基本病歷管理 該模塊是一種電子化病歷管理系統(tǒng)，運行于病案管理室的計算機上，與總控臺工作站以局域網(wǎng)方式連接，方便醫(yī)生查詢，將病案進行模塊化劃分

基本表 門診表 病史表 體檢表第五十一頁，共66頁。

血液透析遠程監(jiān)護網(wǎng)絡(luò)血液透析（hemodialysis，HD）是急慢性腎功能衰竭患者腎臟替代治療方式之一。通過將體內(nèi)血液引流至體外，經(jīng)一個由無數(shù)根空心纖維組成的透析器中，血液與含機體濃度相似的電解質(zhì)溶液（透析液）在一根根空心纖維內(nèi)外，通過彌散/對流進行物質(zhì)交換，清除體內(nèi)的代謝廢物、維持電解質(zhì)和酸堿平衡；同時清除體內(nèi)過多的水分。截至2010年12月31日,除西藏外,全國31個省市自治區(qū)登記注冊的血液透析病人為221,628人第五十二頁，共66頁。1.必要性(人工腎、洗腎)：

腎臟病人需要得到長期的密切監(jiān)護，透析劑量會直接影響到透析病人的死亡率。病人需要每周做2-4次透析，每次幾個小時，若病人沒有按時透析或者透析時間不夠時，極有可能產(chǎn)生并發(fā)癥而導(dǎo)致死亡。有必要建立透析病人遠程監(jiān)護網(wǎng)絡(luò)進行遠程監(jiān)護，減少并發(fā)癥的發(fā)生。第五十三頁，共66頁。第五十四頁，共66頁。家庭血透家庭血透有很多優(yōu)點。它可以讓透析治療更自由，時間安排更靈活，完全可以按照工作和生活時間表來安排透析時間，對工作和生活影響更小。家庭血透的病人也不需要頻繁地到醫(yī)院治療，每月或更長時間門診復(fù)查就可以了。由于家庭血透治療操作的復(fù)雜性，需要專業(yè)醫(yī)生的監(jiān)控和指導(dǎo)。第五十五頁，共66頁。2.透析遠程監(jiān)護網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：由病人家和醫(yī)學(xué)中心、透析中心、醫(yī)生家等兩端站點以及他們之間的通信連接構(gòu)成.

病人的圖像和數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)連接送到透析中心醫(yī)生辦公室或家中，病人的相關(guān)醫(yī)學(xué)信息、X線數(shù)字圖像和實驗數(shù)據(jù)保存在病人電子文件夾中。每個站點配備了高質(zhì)量的電視會議系統(tǒng)，可以捕捉靜止圖像和視頻圖像，記錄電子聽診音，獲取本地或遠地數(shù)據(jù)（試驗數(shù)據(jù)及透析機參數(shù)），并修改醫(yī)學(xué)紀錄。第五十六頁，共66頁。血液透析遠程監(jiān)護網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)中心透析中心醫(yī)生家或辦公室網(wǎng)絡(luò)連接電視會議系統(tǒng)病人第五十七頁，共66頁。

病人每次透析或發(fā)生緊急情況時，醫(yī)生可以在辦公室或家中通過電視會議系統(tǒng)與病人見面，通過遠端的聽診器聽診心臟、肺部和瘺管，獲取圖像，并在遠地監(jiān)測透析參數(shù)（包括自動血壓、靜脈壓和動脈壓、跨膜壓、血流速度、傳導(dǎo)率和體溫、透析速度和鈉補充量），檢查病人的測試結(jié)果、心電圖和X線報告，并將數(shù)據(jù)存儲到病人多媒體文件夾中。第五十八頁，共66頁。臍帶受壓，臍帶繞頸（25%以上孕婦有此癥狀）宮