基于SIP传输协议的移动心电采集会诊系统--说明书.docx

申请人：全体发明人： 第一发明人身份证号码：说明书摘要本发明属于物联网技术领域，具体为一种基于SIP传输协议的移动心电采集会诊系统。 本发明系统包括心电采集工作站、心电会诊工作站、心电数据服务模块、心电信息管理系统。是基于通讯SIP传输协议的集心电图采集、查看、会诊及管理为一体的平台；通过业务系统事件触发集成整个过程，系统可与HIS系统及其他第三方系统对接，实现数据交换。心电数据的传输使用SIP会话初始协议，用于建立、控制和释放会话，该协议采用询问、应答机制的方式实现实时心电数据的传输，包括：在移动心电采集工作站、心电会诊工作站、心电服务器之间的数据传输。本发明可用于医疗物联网，系统技术成熟、安全可信、部署快速便捷、有助于推动移动医疗的发展，拥有广阔的应用前景。权利要求书（由我们撰写）说 明 书基于SIP传输协议的移动心电采集会诊系统技术领域本发明属于物联网技术领域，具体涉及基于SIP通讯协议传输数据的移动心电采集会诊系统。背景技术SIP（Session Initiation Protocol会话初始协议）是一个在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，它被用来创建、控制、结束一个或多个参加者参加的会话进程。这些会话包括文本、视频、语音、远程医疗等。即所有的因特网上交互式两方或多方多媒体通信活动，统称为多媒体会话。SIP 协议是Internet制定设计的协议，采用UTF-8 字符集来进行编码的文本协议，采用询问与应答机制，参加会话的成员可以通过组播方式、单播联网方式或者两者结合的方式进行通信。它是一种应用层协议，独立于传输层协议，可以承载在不同的传输协议上。如图1所示。1、SIP协议支持终端用户能够在任何地方、任何时间请求和获得服务会话启动协议， SIP协议功能实体，如下几种，定位服务（Location Service）：SIP重定位服务器或代理服务器用来获得被叫位置的一种服务，可由定位服务器提供，但SIP协议不规定SIP服务器如何请求定位服务。代理，代理服务器（Proxy、Proxy sever）：用于代表其他用户发出请求的中间程序。它既是客户机也是服务器。用户请求可以直接被代理服务器处理或被转发给别的代理服务器。代理服务器在转发之前要对消息进行解析 ，必要时还会改写请求。重定向服务器（Redirect server）：用来接收SIP请求，将其地址映射成零个或多个新地址，并把结果返回给客户。与代理服务器（Proxy Server）不同，它不发出自己的SIP请求；与用户助理服务器（User Agent Server）不同，它不接受呼叫。注册员（Registrar）：用来接收 REGISTER 请求消息的服务器，常与代理或重定向服务器在同一位置，可以提供定位服务。用户助理客户（User Agent Client）：用来发起SIP请求的客户程序。用户助理服务器（User Agent Server): 收到SIP请求后负责与用户联系并代表用户回送响应的服务程序。该响应可以表示接受、拒绝或重定向请求消息。SIP 设计采用客户端/服务器架构，如图2所示2、SIP协议其结构化的层次关系，如图3所示。SIP 消息采用文本方式编码，消息包括两类：请求消息和响应消息。消息（Message）是SIP协议的基本单位，客户端和服务器端的基本交互单元，如图4所示。请求消息：用于客户端为了激活按特定操作而发给服务器的SIP 消息。请求消息类型包括： INVITE，ACK，OPTIONS，BYE，CANCEL 和 REGISTER 消息等，见表1。表1请求消息消息含义INVITE发起会话请求，邀请用户加入一个会话，会话描述含于消息体中。对于两方呼叫来说，主叫方在会话描述中指示其能够接受的媒体类型及其参数。被叫方必需在成功响应消息的消息体中指明其希望接受哪些媒体，还可以指示其行将发送的媒体。如果收到的是关于参加会议的邀请，被叫方可以根据Call-ID或者会话描述中的标识确定用户已经加入该会议，并返回成功响应消息。ACK证实已收到对于INVITE请求的最终响应。该消息仅和INVITE消息配套使用。BYE结束会话CANCEL取消尚未完成的请求，对于已完成的请求（即已收到最终响应的请求）则没有影响REGISTER注册OPTIONS查询服务器的能力响应消息：用于对请求消息进行响应，指示呼叫的成功或失败状态。响应消息由状态码来区分,状态码包含三位整数，状态码的第一位用于定义响应类型，另外两位用于进一步对响应进行更加详细的说明，包括：1xx,2xx,3xx,4xx,5xx,6xx，见表2。 表2序号状态码消息功能1xx信息响应（呼叫进展响应）表示已经接收到请求消息，正在对其进行处理100试呼叫180振铃181呼叫正在前转182排队2xx成功响应表示请求已经被成功接受、处理200OK3xx重定向响应表示需要采取进一步动作，以完成该请求300多重选择301永久迁移302临时迁移303见其它305使用代理380代换服务4xx客户出错表示请求消息中包含语法错误或者SIP服务器不能完成对该请求消息的处理400错误请求401无权402要求付款403禁止404没有发现405不允许的方法406不接受407要求代理权408请求超时410消失413请求实体太大414请求URI太大415 不支持的媒体类型416不支持的URI方案420分机无人接听421要求转机423间隔太短480暂时无人接听481呼叫腿/事务不存在482相环探测483跳频太高484地址不完整485不清楚486线路忙487终止请求488此处不接受491代处理请求493难以辨认5xx服务器出错表示SIP服务器故障不能完成对正确消息的处理500内部服务器错误501没实现的502无效网关503不提供此服务504服务器超时505SIP版本不支持513消息太长6xx全局故障表示请求不能在任何SIP服务器上实现600全忙603拒绝604都不存在606不接受3、SIP消息：SIP消息（Message）采用文本方式编码，任一SIP消息都由起始行、头域和消息体组成，头域都必须以CRLF（回车换行）结尾。如图5所示。（1）SIP起始行分请求行（Request-Line）和状态行（Status-Line）两种，其中请求行是请求消息的起始行，状态行是响应消息的起始行。如：请求行：REGISTER sip： SIP/2.0状态行：SIP/2.0 200 OK （2）头域(SIP Header)携带SIP实体的属性、消息体的属性等。头域必须以CRLF结尾，头域的基本结构，如：头域名：头域值；头域参数说明：头域参数不是必备的，有些头域不存在头域参数举例：From: sip:；tag=1234567890To: sip:test ;Call-ID: 头域单值与多值:单值：消息里面只能出现一次，如From，To等多值：消息里面可以多次出现，如Via，Route等头域域值的顺序顺序有关的： Via， Route，Record-Route顺序无关的： Allow，Require重要的头域: 如下的5个头域必须包含在每个SIP消息中。Via ：用于表示请求经过的SIP实体和路由响应；例如：Via：SIP/2.0/UDP ;branch=z9hG4bKkjshdyff From：用于标识请求的发起者；以呼叫为例，可能是主叫也可能是被叫；格式为：From：显示名 ;tag= To：用于表示请求的接收者；格式为：To：显示名 ;tag=Call-ID ：用于唯一标识一次邀请或者一次注册；格式为：Call-ID：本地标识主机 CSeq：用于表示请求的顺序号；例如：CSeq：4711 INVITE（3）消息体(SIP Body)MIME类型的消息体，可以支持任何类型的消息体（文本/二进制）和复合消息体（包含多个单消息体）消息体的属性通过Content头域来描述：Content-Type：消息体的类型，可以是SDP/Text或者其他Content-Length ：消息体的长度，对于UDP不是必须，对于TCP则是必须Content-Language：消息体的语言类型Content-Encoding：消息体的编码类型，如是否进行了zip压缩Content-Disposition：对于消息体的处理方法。发明内容本发明的目的在于提供一种基于SIP传输协议的集心电实时采集、传输、显示、远程会诊为一体的移动心电采集会诊系统。本发明提供的移动心电采集会诊系统，使用SIP协议传输数据，通过业务系统事件触发集成过程，将采集系统的心电图数据实时传输至心电会诊工作站，在采集端和会诊端实时查看心电图，进行心电诊断，并统一将业务数据存储至数据库。一、SIP事务定义一个SIP事务（ Transaction ）包含：一个请求消息， 零个或者多个临时响应，一个最终响应 ACK（非必须）；一个事务由唯一的 branch （Via头域的一个参数）来标识，事务可以分为两大类：1、INVITE事务：三次握手，对于INVITE的成功响应，ACK不属于INVITE事务，而是单独的事务。如图6所示。 2、非INVITE事务：两次握手 （如BYE）对于非INVITE事务，一般不存在临时响应，对于最终响应的处理也是一样的。如图7所示。 3、特殊的事务ACK事务：对于200 of INVITE的确认（ACK）事务，是一个单独的事务。也就是说一个消息就是一个事务。CANCEL事务：CANEL事务只能用于CANCEL INVITE事务，而不能用于CANCEL 非INVITE事务；CANCEL事务的 branch 参数和 INVITE是相同的，CANCEL事务只能在收到INVITE的临时响应后（包括100），最终响应之前发送。如图8所示。4、事务的可靠性消息重传可靠传输上的请求/响应消息不会重传。SIP协议可以承载在非可靠的UDP传输协议之上，所以在SIP协议中引入了超时重传机制来保证可靠性，对于INVITE事务和非INVITE事务，定义了不同的重传方法：INVITE事务：默认以500ms、1s、2s、4s、8s、16s的时间间隔重传。非INVITE事务：默认以500ms、1s、2s、4s、4s、4s的时间间隔重传。二、通信流程1、SIP注册用户每次开机时都需要向服务器注册，当SIP Client的地址发生改变时需要重新注册，注册信息必须定期刷新，通常Register将注册信息保存到Location Server中，作用是将AOR地址绑定到某个Contact地址上，便于Proxy在呼叫时查找被叫的地址。如图9所示。（注意：应有图9所示内容的完整描述）2、心电数据传输，当心电工作站向服务器请求发送心电图数据时， 心电工作站SIP模块发送数据时即触发系统整个流程：首先，心电采集工作站采集心电图数据，并将心电图数据传输给服务器，服务器SIP模块接收数据，并对接收的心电图数据拆包并进行解析，然后将数据发送给心电会诊工作站发送，再向移动心电工作站发送响应消息。另外服务器同时将接收的心电图数据转储至数据库。心电会诊工作站SIP模块通过SIP协议接收服务器发送的数据，对数据进行解析后在心电会诊工作站实时显示移动心电采集的心电图，医生可以在会诊工作站进行会诊相关操作。如图10所示。（注意：应有图10所示内容的完整描述） 3、心电采集，如图11所示。（注意：应有图11所示内容的完整描述）4、心电发送，如图12所示。（注意：应有图12所示内容的完整描述）5、心电接收，如图13所示。（注意：应有图13所示内容的完整描述）6、心电诊断，如图14所示。 （注意：应有图14所示内容的完整描述）三、移动心电采集会诊系统的设计本发明设计的移动心电采集会诊系统，包括：移动心电采集工作站、心电数据传输与控制模块、心电数据库、心电信息管理系统、医生心电会诊工作站，通过心电采集事件触发集成整个业务过程，并将相关业务数据（如心电图、诊断报告等）存储至数据库。所述移动心电采集工作站，使用心电采集设备和平板电脑等，通过心电采集系统，主要为养老院、社区服务中心等采集心电图，以及救护车现场急救人员采集心电图使用，可进行病人信息添加、心电采集、存储，并可将信息数据发送到心电数据库、心电信息管理系统、医生心电会诊工作站，还可查询病人相关信息及历史记录（如心电图、急救记录等信息）。可提供刷医保卡，通过接口调用HIS系统获取病人的基本资料，如无法刷医保卡，可在系统中手动输入病人基本资料，既往病史等信息；通过心电采集盒采集心电数据，在移动设备上显示12导心电图信号。 所述心电数据传输与控制模块，用于移动心电采集工作站、心电服务服务器（？前面未提及过）、医生心电会诊工作站之间的数据传输。该模块主要使用SIP协议，用来传输移动心电采集工作站、心电会诊工作站的数据传输与控制，确保各个系统之间信息数据的传递，另外该模块还负责将采集的心电数据存储至数据库。所述心电数据库，用于存储病人基本信息、心电图数据、诊断报告、图片等等信息，并为移动心电采集工作站和医生心电会诊工作站提供数据对接，还有为心电信息管理系统提供统计、查询功能。所述医生心电会诊工作站，用于接收来自各移动心电采集工作站采集的心电采集信息，提供院内医生查看心电图信息，进行诊断，包括做出相应的测量、会诊，撰写诊断结论等；并将相关数据（包括诊断结论等）存储至心电数据库。可以通过电脑、平板、手机进行相关操作。所述心电信息管理系统，提供对医院、医生、病人的人员信息管理，具有系统使用权限、心电图查看、会诊、撰写诊断报告、统计分析报表、历史记录查询及诊断报告打印等功能。可提供WEB服务，供全院相关医生浏览各种心电检查报告，实现远程会诊等。（以上介绍了系统的各个组成部分的功能、作用。请进一步描述各个各个组成部分所包含的装置、设备、仪器或软件模块等，以实现所述的各项功能-这样，才能与下面流程中提及的一些装置、设备、模块等对应起来）系统部署结构如图15所示。可以在急救中心/社区服务中心部署心电采集工作站，在医院部署心电会诊工作站，在云平台或者具在IDC部署服务器（在上述组成部分中，服务器属于哪部分？），实现数据的传输。心电图数据通过移动网络将心电图数据传送至心服务器，服务器将获取的数据写至数据库，并根据选择将数据发送到选择的的医院，在医院内部医生登录心电会诊工作站，选择直播间进入即实时查看到病人的心电图信息，医生能对该心电图信息及时作出诊断意见。另外在心电采集工作站可以查看历史的诊断信息等。本发明提供的移动心电采集会诊系统，其集成流程见图16所示，具体如下：（1）移动设备（平板、手机）通过蓝牙或者USB的方式与心电采集设备连接，使用移动心电采集工作站采集心电图；（2）移动设备（平板）通过USB的方式与（采集盒，统一用心电采集设备）心电采集设备连接，采集心电图采用数字采集接口，从（采集盒）心电采集设备中获取心电数据。注：蓝牙（采集盒）心电采集设备每次传输出来的数组总共18个元素，经过算法解析后转换成绘图所需要的16个元素。（3）实时显示心电采集设备采集来的心电数据；系统通过读取、解析采集来的数据，在移动设备上装有心电采集工作站中可实时查看心电图，并可实现3*4导联、12*1导联、2*6导联、2*6+1导联、3*4+2导联、1导联、60秒导联图形切换显示。系统可选择将心电数据发送至哪一家医院，由该医院给出心电诊断。（4）心电数据传输心电采集工作站的传输模块将采集的心电数据写入数组，当满足一定数量后（可配置16的倍数）通过SIP协议将数据发送至服务器；心电采集工作站的传输模块将采集的心电数据写入数组，当达到指定数据大小后，将采集的数据通过SIP协议传输至服务器。数据发送的过程，设置连接地址，指定的端口号。将连接信息发送给服务器，其包含消息头（包含消息总长度，命令或响应类型，命令执行状态），消息主体（包括姓名，年龄，性别）。服务器验证正确性，进行连接。连接成功后，采集端的设备开始获取蓝牙采集盒发送过来的数组，调用绘图工具进行波形图的绘制，在页面显示波形。与此同时为保证数据的正确性和及时性，将每次采集的16个元素装载到定制好的容器数组当中。当容器装满时，进行处理，添加消息头，而消息的主体就是此容器中的数据。最后通过SIP传输协议将数据发送到服务器。（5）服务器SIP协议模块接收移动心电采集工作站SIP模块传输的心电数据；服务器SIP模块接收移动心电工作站传输过来的心电数据，主要分为两类：请求消息和响应消息。其中向心电会诊工作站发送请求，向移动心电工作站发送响应消息。（6）服务器对接收的心电图数据进行解析；服务器对接收的心电图数据拆包并进行解析（7）服务器SIP模块将接收的心电图数据转发给心电会诊工作站并将数据存储至数据库；服务器对拆包解析的心电图数据同步存储至数据库，另外当使用心电会诊工作站时服务器会通过其SIP模块将数据发送至心电会诊工作站。（8）心电会诊工作站SIP模块通过SIP协议接收服务器发送的数据；医生选择需要查看的直播间即心电会诊工作站SIP模块开始接收心电数据。 数据接收的过程需要设置连接地址和指定的端口号。将信息发送给服务器，其包含消息头（包含消息总长度，命令或响应类型，命令执行状态），消息主体（用户登陆ID、消息类型、消息长度、消息内容（直播间编号）等信息）。服务器接收消息后验证正确性，验证成功后再发送连接响应。会诊端接收连接响应后判断消息头部，如果该消息是连接消息，则连接成功，否则，连接失败，下次重新连接。连接成功后，会诊端的设备开始接收心电采集工作站发送过来的数据，调用绘图工具进行波形图的绘制，在页面显示波形。为保证数据的正确性和及时性，会诊端每次接收数据后判断消息头部，如果该消息为数据消息，则接收它，否则重新接收。接收的缓冲区大小也设置为16（8个导联，每个2字节）的倍数，一般为1600（系统可配置），从而确保每组数据的完整。（8）心电会诊工作站实时显示移动心电采集的心电图，医生可以通过软件进行查看、测量、诊断操作。心电会诊工作站实时显示移动心电采集的心电图，医生可以通过软件进行查看、测量、诊断操作。（在流程介绍中提到的一些设备、装置、模块等，都应与系统组成部分介绍的设备、装置、模块，前后对应）本发明为心电采集工作站和医生心电诊断工作站之间进行异步集成，具备以下特点：（1）具有良好的信息数据接口可通过“数据接口”无缝连接到相关的系统，实现多系统之间的数据交换，融合医院信息资源，消除信息孤岛，支撑医院构架网络化的医院信息管理体系。（2）实现心电图的信息化管理，优化急救中心与医院拯救工作流程 心电信息综合管理系统已日益完善成熟，借助信息技术（IT）的强大功能实现心电信息的数字化存档、高速网络通讯、病历及报告相关数据库检索、管理等，真正实现有病历、有据可查的管理模式，通过与HIS融合，可实现心电图资源共享。此外，还可实现工作流程优化，改变和完善医院的管理水平，优化人员结构。（3）电子档案全程控制管理从建立基本信息到各种心电图报告输出，涉及数据信息与业务流程全程系统管理，规避第三方软件对数据信息的加工处理，分检、辅助设备检查、由系统驱动岗位责任人通过系统采集与处理，保证数据资料的真实性、可靠性和安全性。（4）检查与诊断分开可由