心电图数字化诊断管理系统的分析与设计(完整版).doc

分类号 密级 U D C 工程硕士学位论文工程硕士学位论文 心电图数字化诊断管理心电图数字化诊断管理 系统的开发与研究系统的开发与研究 研 究 生 姓 名 胡 光 阔 指导教师姓名 职称 王 锋 教授 谢颖夫 高级工程师 学 科 专 业 计算机应用技术 研 究 方 向 心电图信息系统 论 文 工 作 2007 年 10 月 1 日至 起 止 日 期 2008 年 3 月 15 日 论 文 提 交 日 期 2008 年 3 月 8 日 昆明理工大学学位论文原创性声明昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 或我个人 进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引 用的内容外 本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 研究成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意 本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 日 期 年 月 日 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留 送交论文的复印件 允许论文被查阅 学校可 以公布论文的全部或部分内容 可以采用影印或其他复制手段保存 论文 保密论文在解密后应遵守 导 师 签 名 论文作者签名 日 期 年 月 日 昆明理工大学工程硕士学位论文 I 摘摘 要要 随着互联网的发展和医院 HIS 系统的广泛应用 临床与医技各部门之间的 联系不仅仅局限于人工分析报告或单一的文字描述 如今的心电图机虽有先进 的电子技术和计算机的引入 具有自动识别及诊断功能 但是诊断误差及自动 分析与分类的局限性仍不能解决 心电图的打印必须经过人工分析和表述 本课题研究的目的是利用多媒体和网络技术 建立一个基于网络平台的符 合现代医疗要求的数字化心电图诊断管理系统 将与心电图有关的大量数据进 行采集 分析 处理与保存 提高心电工作的效率并实现心电数据的数字化管 理 用于远程查询 编辑及存储等 随时给临床医生提供心电图的分析诊断报 告 解决纸上保存心电图的局限性 达到图形与文字描述的整体规范化 将患 者的所有诊析 治疗信息进行显示统计处理 为医生抢救患者赢得时间 本课题采用面向对象的软件思想 利用统一建模语言 UML 对软件系统进 行分析 通过用例图 顺序图等表达出完整的功能模块 然后解决并应用开发 过程中用到的关键技术 并在这些分析的基础上对系统进行整体设计 最后对 软件进行测试 目前本系统已经投入运行 并且取得良好的社会效益和经济效 益 本系统有较强的使用价值和一定的推广价值 关键词 心电图 数字化 诊断 系统 开发与研究 昆明理工大学工程硕士学位论文 II AbstractAbstract With the development of the Internet and hospitals HIS system wide application between clinical and medical technology linkages is not limited to a single report or analysis of the textual descriptions Today ECG has advanced electronic technology and the introduction of the computer with automatic identification and diagnostic capabilities but automatic error and the diagnosis and classification of the limitations remain unresolved ECG print must go through analysis and description of artificial The purpose of this research is the use of multimedia and network technology the establishment of a Web based platform in line with the requirements of modern medical diagnostic digital ECG management system and the large number of ECG data collection analysis processing and preservation and improve the work of the ECG efficiency and achieve digital ECG data management For remote enquiries such as editing and storage ready to provide clinicians ECG analysis and diagnosis reporting addressing the limitations of paper preservation electrocardiogram graphics and text to describe the overall standardization All patients will be attending analysis treatment statistics show that information for doctors save patients win time The topic of the software using object oriented thinking use of Unified Modeling Language UML of the software system through use case diagram sequence diagram such as a complete expression of functional modules and then solve used in the process of developing the key technologies and applications and on the basis of these analyses on the overall system design the last of the software for testing Currently the system has been put into operation and made good social and economic benefits This system is useful and is worth of popularizing Key Words ECG Digital Diagnosis System Design and Implementation 昆明理工大学工程硕士学位论文 III 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 系统概述 1 1 1 1 医院信息系统 HIS 1 1 1 2 医学影像系统 PACS 2 1 1 3 心电图数字化诊断管理系统 4 1 2 课题研究背景 5 1 2 1 心电信息化的现状 5 1 2 2 传统心电图的弊端 6 1 2 3 选题依据 8 1 2 4 可行性分析 8 1 2 5 研究目标及内容 9 1 3 论文结构 10 第二章第二章 系统的需求与分析系统的需求与分析 11 2 1 UML 语言简介 11 2 2 系统的详细分析 12 2 2 1 系统的角色和用例 12 2 2 2 建立系统静态模型 15 2 2 3 建立系统动态模型 17 2 3 系统建模 19 2 3 1 系统功能需求 19 2 3 2 其他非功能性需求 22 2 4 数据库技术 24 2 4 1 数据库 数据库管理系统与数据库系统 24 2 4 2 数据库恢复概述 25 2 4 3 数据库设计中的问题 25 2 4 4 数据库应用程序的体系结构 26 2 4 5 数据库平台简介 28 2 5 系统架构 29 2 5 1 C S 软件体系结构 29 2 5 2 PowerBuilder 介绍 30 2 5 3 Windows API 技术 31 2 6 本章小结 33 第三章第三章 系统的设计与实现系统的设计与实现 34 3 1 系统应用框架的设计 34 3 1 1 框架的概念 34 3 1 2 框架开发的作用 34 3 1 3 框架设计原则 34 3 1 4 框架的设计与实现 35 3 2 数据库设计 36 昆明理工大学工程硕士学位论文 IV 3 2 1 数据库设计目标 36 3 2 2 数据库设计原则 37 3 2 3 数据库表设计 37 3 2 4 数据库关系图设计 41 3 3 功能设计与实现 42 3 3 1 系统登录及主界面设计 43 3 3 2 主操作界面设计 44 3 3 3 管理功能界面 47 3 3 4 查询功能界面 49 3 4 本章小结 50 第四章第四章 关键技术及应用关键技术及应用 51 4 1 数据访问策略 51 4 2 模 数 A D 转换和采样率 51 4 3 R QRS 波检测 52 4 3 1 斜率比较法检测 R 波 52 4 3 2 窗口识别法检测 QRS 波 54 4 4 样板比较法检测心脏疾病 57 4 5 其它参数测量 60 4 6 标准心电数据交换协议解析 61 4 6 1 记录头 63 4 6 2 字段 Section 63 4 7 本章小结 65 第五章第五章 系统的测试及应用系统的测试及应用 66 5 1 系统测试 66 5 1 1 系统测试的目的及原则 66 5 1 2 系统测试的技术及步骤 67 5 2 系统应用 68 5 2 1 系统的特点 69 5 2 2 创新之处 69 5 2 3 系统的运行环境 70 5 3 本章小结 70 第六章第六章 总结与展望总结与展望 71 6 1 工作总结 71 6 2 系统展望 71 致致 谢谢 73 参考文献参考文献 74 附附 录录 76 昆明理工大学工程硕士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 系统概述系统概述 1 1 11 1 1 医院信息系统 医院信息系统 HISHIS 对于医院信息系统 Hospital information System HIS 美国该领域的 著名教授 Morris Collen 曾作如下定义 利用电子计算机和通讯设备 为医院 所属各部门提供对病人诊疗信息和行政管理信息的收集 存储 处理 提取及 数据交换的能力 并满足所有授权用户的功能需求 发达国家医院信息系统的 开发实现已有三十多年的历史 至今有了长足的进步 美国是全世界医卫信息 系统研发 应用的领跑者 有许多举世公认的成功的系统在医院有效地运转着 像盐湖城 LDS 医院的 HELP 系统 麻省总医院的 COSTAR 系统 退伍军人管理局 的 DHCP 系统 我国医院信息系统的起步也可追述到 20 世纪 70 年代末 以南京军区医院 用 DJS 313 小型机开发的医院信息系统软件为开端 随着信息技术的发展 医 院信息系统在上世纪末 本世纪初获得普及 目前国内研发医疗信息化系统的 厂商有 上海金仕达卫宁 北京天健公司 北京众邦慧智系统集成有限公司 广东巨龙信息科技有限公司 台湾钜仁科技等 医院信息系统属于迄今世界上现存的企业级 Enterprise 信息系统中最复 杂的一类 这是医院本身的目标 任务和性质决定的 它不仅要同其它所有 MIS 系统一样追踪管理伴随人流 财流 物流所产生的管理信息 从而提高整 个医院的运作效率 而且还应该支持以病人医疗信息记录为中心的整个医疗 科学 科研活动 目前 我国已建成的医院信息系统多数属于面向管理的医院信息系统 更 确切的说 是以财务为中心的医院信息系统 2002 年卫生部的调查显示有 85 的医院信息系统是以财务核算为中心 在经过了这一轮的医院信息系统实施应 用之后 现在一些大型医院已经开始考虑对 HIS 系统进行升级和修改 一体化和集成化 目前我国的临床信息系统 CIS 医学影像信息系统 PACS 和检验信息系统 LIS 等与国外发达国家相比还有很大差距 现在我 国一些先期信息化建设基础较好的医院逐渐转向这些系统的建设 预计未来几 年会有较好发展 医院信息系统 HIS 也将与这些系统相集成 实现医疗信息 昆明理工大学工程硕士学位论文 2 资源的共享 使对医疗 教学 科研 预防等多种需求相集成 而并非单纯的 仅仅实现财务的核算功能 网络化和开放化 随着医保工作的推进 医院信息系统逐渐从局域网向广 域网发展 而远程医疗出现和发展 医院信息系统可以面向远程医疗的需求 加速网络化和开放化的发展 医院信息系统 临床诊疗系统 药品管理系统 经济信息系统 综合管理与 统计系统 外接系统 门诊医生系统 住院医生系统 输血管理系统 护士系统 临床检验系统 影像管理系统 心电图管理系统 手术麻醉管理系统 药库管理系统 门诊药房管理系统 住院药房管理系统 门急诊挂号系统 门急诊收费系统 住院管理系统 物资管理系统 设备管理系统 财务与经济核算系统 病人咨询系统 院长综合查询系统 医疗统计系统 病案管理系统 办公自动化系统 医疗保险系统接口 远程医疗系统接口 社区卫生服务系统接口 图图 1 1 医院信息系统总体结构图医院信息系统总体结构图 1 1 1 2 1 2 医学影像系统 医学影像系统 PACS PACS PACS Picture Achiving and Commmunication System 通常称为医学影 像计算机存档与传输系统或医学影像系统 是医院信息系统中的一个重要组成 昆明理工大学工程硕士学位论文 3 部分 是使用计算机和网络技术对医学影像进行数字化处理的系统 其目标是 用来代替现行的模拟医学影像体系 它主要解决医学影像的采集和数字化 图 像的存储和管理 数字化医学图像的高速传输 图像的数字化处理和重现 图 像信息与其它信息的集成五个方面的问题 PACS 遵从的标准是国际医学影像标 准 DICOM 3 0 PACS 的概念提出于 80 年代初 建立 PACS 的想法主要是由两个主要因素 引起的 一是数字化影像设备 如 CT 设备等的产生使得医学影像能够直接从检 查设备中获取 另一个是计算机技术的发展 使得大容量数字信息的存储 通 讯和显示都能够实现 在 80 年代初期 欧洲 美国等发达国家基于大型计算机 的医院管理信息系统已经基本完成了研究阶段而转向实施 研究工作在 80 年代 中就逐步转向为医疗服务的系统 如临床信息系统 PACS 等方面 在欧洲 日 本和美国等相继建立起研究 PACS 的实验室和实验系统 随着技术的发展 到 90 年代初期已经陆续建立起一些实用的 PACS 在 80 年代中后期所研究的医学影像系统主要采用的是专用设备 整个系 统的价格非常昂贵 到 90 年代中期 计算机图形工作站的产生和网络通讯技术 的发展 使得 PACS 的整体价格有所下降 进入 90 年代后期 微机性能的迅速 提高 网络的高速发展 使得 PACS 可以建立在一个能被较多医院接受的水平上 早期的数字化医学影像设备所产生的数字图像格式都是由各个设备生产厂 商自己确定的专有格式 别人无法利用 这个问题极大地影响了 PACS 的发展 这引起广大致力于医学影像研究的学者 厂商和学术及行业团体的重视 1982 年美国放射学会 ACR 和电器制造协会 NEMA 联合组织了一个研究组 1985 年制定出了一套数字化医学影像的格式标准 即 ACR NEMA 1 0 标准 随后在 1988 年完成了 ACR NEMA 2 0 随着网络技术的发展 人们认识到仅有图像格式标准 还不够 通讯标准在 PACS 中也起着非常重要的作用 随即在 1993 年由 ACR 和 NEMA 在 ACR NEMA 2 0 标准的基础上 增加了通讯方面的规范 同时按照影像 学检查信息流特点的 E R 模型重新修改了图像格式中部分信息的定义 制定了 DICOM 3 0 标准 这个标准已经被世界上主要的医学影像设备生产厂商接受 因此已经成为事实上的工业标准 近年来 在每年的北美放射学大会上还专门提供 DICOM 环境 组织各个厂 昆明理工大学工程硕士学位论文 4 商进行影像设备的互联 随着应用的不断发展 DICOM 标准也在不断的更新 它所支持的医学影像种类也不断地增加 已经从原来 ACR NEMA 标准只支持放射 影像扩展到支持内窥镜 病理等其他影像 也有学者在研究处理医学图形 声 音等信息 同时也有人研究 DICOM 与其他医学信息传输标准的沟通 如 HL7 等 人们已经认识到医学影像系统应该是医院信息系统中的一个重要组成部分 PACS 应该与其他系统相互沟通信息 形成一个医院信息的整体 DICOM Digital Imaging Communications in Medicine 是医学影像仪器 和软件间共通的通讯标准 此标准是目前国际通用的医疗影像通讯及储存标 只要是符合此标准的仪器或软件 就可以连入共同的 PACS 网络系统 1 1 31 1 3 心电图数字化诊断管理系统心电图数字化诊断管理系统 心电图检查是各级医院常规的 必要的检查方法之一 在医院的信息化建 设中 心电图的数字化管理是医院建立完整电子病历管理的必要组成部分 与 影像数据的数字化管理和化验数据的数字化管理具有同等重要的地位 心电信 息的数字化是计算机与心电信息之间产生联系的基础 计算机与心电信息之间 的联系体现在数字化心电信息的采集 传输 储存 分析等方面 它融合了包 括传感 信号处理 描记以及逻辑判断等技术 心电图数字化诊断管理系统就是在互联网的技术和医院 HIS 系统的基础上 进行开发 能够客观 科学及规范地描述某种疾病或不同疾病状态下的心电特 征和表现 弥补各类心电图机对图形分析不能解决的诊断误差与分类的局限性 规范了心电图诊断报告 达到图形与文字描述的整体规范化 解决一直困惑在 我们心电工作者中信息采集 图形分析和文字描述不能同时表达与资料保存限 制性 也就是心电图数据化分析诊断报告与心电图机同位一体的标准化管理 以此可使临床快速 真实地了解心电图检测技术对某种疾病所能提供的各类信 息 心电图数字化检查管理系统主要由测量程序和诊断分类程序两部分构成 1 心电图测量程序的主要构成 1 数据采集 心电信号预处理 2 检测 QRS 波和 P 波 3 识别 P QRS T 波分界点 4 参数测量及特征提取 昆明理工大学工程硕士学位论文 5 心电图测量程序的主要任务是准确识别各波段的分界点 P QRS ST T 起点和终点 以此为基础 测量和计算出各种参数 并把这些参数传递给心电 图诊断分类程序 2 心电图诊断分类程序的主要构成 1 节律异常分类 心律失常分析 2 异常波形分类 心肌梗塞 心脏肥大 心肌缺血 预激 束支阻 滞等 3 编号分类 明尼苏达编码等 4 系列心电图比较 心电图诊断分类程序的主要任务是对测量程序传递过来的各种测量参数按 照特定的标准和条件进行逻辑判断 并对心电图作出解释 通过空间曲线的计算对各导联 QRS 波进行识别和分类并决定基础心律的类 型 然后进行平均叠加处理 形成标准 P QRS T 波 用波形测量软件进行更为 细致的形态分类 演绎推理和测量 形成最终的诊断 再通过网络将心电数据 图形传输到服务器存储 医院各科的终端可以共享该信息 以此实现心电数据 无损性和传输快捷性的统一 心电图数字化诊断管理系统应用数字化技术将资料存储在数据库中 然后 进行系统分析 资料管理 检索 统计及维护等 不仅达到图文并茂的整体规 范化 还可以在探讨和建立某种疾病的心电图诊断标准 从而可评估心电图对 某一特定疾病潜在诊断价值 为心血管流行病研究提供重要资料 为建立正常 人群的心电图数据提供一定的样本量 为临床研究 规范未来的心电图 得到 科学合理和有说服力的结论打下基础 1 21 2 课题研究背景课题研究背景 1 2 11 2 1 心电信息化的现状心电信息化的现状 对国内绝大多数医院来说 心电图未实现业务和管理方式的信息化 目前国际上先进的心电设备包括美国 GE 公司的静息心电图机 Mac5K Mac1200 运行平板机 CASE 系列 动态心电图机 MarsPC 等 日本光电 公司的静息心电图机 PEC 系列 美国牛津公司的 Oxford DelMar 公司和惠普公 司的一系列的动态心电图机 这些心电图机的联机系统大多是随机器引进的 昆明理工大学工程硕士学位论文 6 国内的甚至没有提供联机系统 不同仪器厂家有不同的联机系统 硬件配置 采集方式 信 息处理方式以及数据的输出格式都各不相同 而且操作系统 应用系统 操作 手册和报告 图件的输出格式全部采用西文 不适合国内心电业务的使用需要 作为世界上领先的医疗设备供应商 GE 公司的 MUSE 系统实现了心电设备 的集成 但在国内市场 MUSE 系统的致命弱点是设备的不兼容性和西文的操作 界面 MUSE 只兼容 GE 自产的部分心电产品 另外 MUSE 系统在 GE 的众多产品 线中并非主打产品 在国内 美高仪软件技术有限公司专业从事医疗产品的研究 生产 销售 和服务 该公司早在 1997 年开发了 ECG NIS 心电信息系统 但该系统仍然缺乏 设备的兼容性 只能连接美高仪品牌的心电设备 从而限制了该系统的市场推 广 随着计算机网络技术的普及 医院已经可以利用计算机网络进行药品库房 管理 收费管理 床位管理等 也可以实现电子处方 远程会诊 还可以实现 X 光照片 彩超图像的数字化存储和网络化传输 即 PACS 系统 但是 在国 际范围内 临床上最为常用的心电图检查却至今尚无理想的网络化解决方案 问题的症结在于 心电信息分类较为繁杂 心电图设备厂商众多 产品规格不 一 常规静态心电图分为单导 3 导 6 导 12 导同步等不同类型 另外还存 在 3 导及 12 导 24 小时动态心电图 心电向量图 心室晚电位 心电运动负荷 试验等深层次心电分析技术 因此很难用一种数字化技术和网络技术手段涵盖 所有的心电产品型号和所有的心电检测内容 国际上有一个心电信息标准 标 准心电数据交换协议 SCP ECG SCP ECG 标准到目前为止并不完善 目前 只支持静态心电信息 不支持信号平均心电即晚电位信息 不支持动态心电信 息 HOLTER 和运动心电信息 Exercise ECG 等 心电信息作为人类最早实 现数字化转化的生物信息之一 其存储和传输的标准化解决方案却意外的落后 于医学影像信息的存储和传输标准的进展 DICOM 国际标准 1 2 21 2 2 传统心电图的弊端传统心电图的弊端 我们首先对功能科传统的业务流程进行分析发现主要存在如下问题 传统的心电图检查 分析 诊断标准化 规范化程度低 昆明理工大学工程硕士学位论文 7 信息的及时性 准确性差 同门诊 临床之间 没有建立良好的 顺畅 的基于IT技术的联系渠道 传统心电图的基础数据的采集和处理基本靠人工 效率低 速度慢 滞后严重 反馈不及时 在手工方式下 还经常出现信息传 递重复交叉 既不利于医生诊断 也增加了心电图检查者劳动强度和管理成本 信息零散 共享性差 大量的心电图信息资源是分散的 孤立的 造成 实际操作中执行的标准不一致 最终难以保证信息的一致性 准确性 还造成 信息流向混乱 心电图资料以纸张为介质采用 档案式 管理模式 缺乏计划性 科学 性 增加了工作人员的劳动强度 资料易于破损 退变及管理繁 由于大量的 心电图资料信息是手工收集的 因此收集的信息不少 可是没有人力和财力去 分析这些信息 最后不能真正地充分利用心电图信息 查询手段还停留在手工 阶段 在资源共享 资料查询方面都不能满足当前的医疗信息发展的需求 图 2 图图 2 2 原始存档方式原始存档方式 目前无论临床应用的何种心电图机都只能作为采集心电信息 虽对图形 有简单的分析和打出报告的能力 由于心肌细胞的内涵特性 各类心电图图形 都须经过人工加以演绎推理 逐导观察 然后才能进行分析和表述出来 但由 于原始的手工书写分析报告 图 3 表述语言的水平参差不齐 不可避免造成 描述失误 特征表达不清楚 医学术语使用混乱及诊断的不规范 为进一步的 心电图研究与数据的统计造成一定困难 可见手工的心电图分析报告显然不能 适应当前临床 科研的需求 因此更准确 更方便 更快捷的心电图分析方式 及数据库的管理已成为广大医务人员的迫切要求 昆明理工大学工程硕士学位论文 8 图图 3 3 手工书写的报告手工书写的报告 1 2 31 2 3 选题依据选题依据 通过对心电信息化现状 传统心电图弊端分析后 我们归纳出以下选题依 据 1 目前人类每年要记录上千万份心电图 同时也面临各类心电信息数据的 交换 但由于心电信息采集 输出与数字化诊断管理系统是两个独立系统 存 在一定的图形分析和文字描述同时表达与资料保存的限制 解决图形与文字的 整体规范化和提高临床心电图诊断质量和工作效率 并使心电信息在网络上能 及时的传送 已成为当今心电信息工作者非常紧迫的课题 2 弥补各类心电图机对图形分析不能解决的诊断误差与分类的局限性 同 时为心电信息在网络上能及时的传送打下基础 也就是心电图数据化分析诊断 报告与心电图机同位一体的标准化管理 这样不但规范了心电图诊断报告 提 高工作效率 又可使相关科技人员在医院中央监护台 通过电脑网络多媒体系 统 就可将患者各种心电信息的数据 直观的图谱即时反馈给临床 为临床医 师及时作出诊断提供了真实 快捷的信息 为抢救患者迅速选择最佳治疗方案 赢得宝贵时间 并且还支持远距离查询 回放编辑 存储及心电图资料永久保 存 实现真正的多通道 高精度同步数据采集及心电数据管理系统分析心电图 3 心电图检测技术是用以描记分析心脏电活动的主要方法 它是心血管病 诊断中最常用的检测技术 是诊断心律失常的 金标准 而且简便易行 花费 少 迄今尚无其它方法取代 但因心电图图形多变 方位死角 与之相关的又 有心肌电生理特性 其内涵高深而不显露 临床应用的心电图机虽已发展成为 心电信息采集 数字处理 测量储存并自动打出报告的精密仪器 但由于心肌 细胞的内涵特性 各类心电图机对图形产生的诊断误差与分类的局限性不能解 昆明理工大学工程硕士学位论文 9 决 4 随着现代高科枝的进步和计算机网络技术及医院 HIS 系统的发展 为克 服记忆上的遗漏和思维上的失误 规范未来的心电图研究 因此更准确 更方 便 更快捷的心电图分析方式及数据库的管理已成为广大医务人员的迫切要求 该课题应用数字化技术更为能准确 方便 快捷地分析心电图报告 从而提高 了临床心电图诊断质量和工作效率 同时也符合现代信息化时代的医学要求 1 2 41 2 4 可行性分析可行性分析 在基于对功能科实际情况的调研 我们做了可行性研究 简述如下 1 网络基础设施有保障 云南省第一人民医院信息网络体系 信息基础设 施已相当完善 能够满足系统对硬件的需求 2 开发的技术条件已经具备 我们对于编程语言技术 数据库技术都有一 定经验 因此在技术准备 开发经验以及沟通上都能满足需要 1 2 51 2 5 研究目标及内容研究目标及内容 1 论文研究目标 1 建立一个基于网络平台的符合现代医疗要求的数字化心电图检查分析 诊断系统 因心电图数字化分析诊断系统作为心电数据库的一个重要组成部分 开发和利用心电图数据库可使心电图研究及应用进入科学 有序 规范和循证 医学的轨道 能够实现心电图数字化的采集 存储 分析和管理 降低运作成 本 2 该系统实施后必须与医院信息系统 HIS 完全集成 信息能够高度共 享 具体标准是 诊断工作站书写的报告内容在门诊或住院医生工作站能够直 接调阅 在医生工作站中 能够像调阅病历一样直接调阅病人的心电图信息 书写诊断报告后各种检查工作量后台要能自动统计 在综合查询和医务统计中 能够直接调阅 对已出院病人 可以随时查询心电信息 要作为电子病历一部 分进行管理 3 能够动态观察不同心率时 Q T 间期的值 图 4 昆明理工大学工程硕士学位论文 10 图图 4 4 不同心率时不同心率时 Q TQ T 间期的值间期的值 2 论文研究的内容 配合心电仪的发展 利用互联网技术和医院 HIS 系统 建立一套快速 实 时 标准化地心电图数据化分析诊断管理系统 达到图形与文字描述的整体规 范化 提高心电图诊断质量和工作效率 1 31 3 论文结构论文结构 本论文分为六章 第一章是绪论 介绍课题的课题研究背景 介绍与课题相关的技术发展状 况以及国内外研究现状 在项目综述中概括性的介绍了项目的规划 调研以及 可行性分析 还介绍了课题的目标与主要研究内容 第二章是心电图数字化诊断管理系统的需求与分析 本章针对心电图数字 化检查管理系统 运用面向对象技术从需求获取 需求分析 系统建模 形成 需求文档 需求评审等方面详细描述了心电图数字化诊断管理系统的需求与分 析及数据库技术 第三章是心电图数字化诊断管理系统的设计与实现 本章针对心电图数字 化检查管理系统 首先进行了系统架构设计 数据库设计 接口设计 功能设 计与实现 第四章是系统开发过程中的关键技术及应用 如 R 与 QRS 波的检测算 法 标准心电数据交换协议 Standard Communication Protocol for ECG SCP ECG 解析等 第五章是系统的测试与应用 给出系统的部分性能测试的结果及系统的应 用 第六章是总结与展望 对整体项目的工作内容和个人承担的工作内容进行 总结 对系统的进一步开发与应用进行了展望 昆明理工大学工程硕士学位论文 11 第二章第二章 系统的需求与分析系统的需求与分析 系统的分析就是描述系统的需求 主要工作是通过定义系统中的关键域类 来建立模型 即描述心电图数字化诊断系统的功能 确定系统的功能需求 在 分析和设计阶段使用用例是建立这种模型的合适方法 即建立用例模型 用例 提供了一种系统而直观的方法来捕获功能性需求 并特别强调要为每个用户或 外部系统增值 2 12 1 UMLUML 语言简介语言简介 UML Unified Modeling Language 统一建模语言 是一种用来对面向对 象开发系统的产品进行说明 可视化和编制文档的建模语言 它是由信息系统 IS 和面向对象领域的三位著名的方法学家 Grady Booch James Rumbaugh 和 Ivar Jacobson 提出的 这种建模语言得到了 Microsoft Oracle Hp 等多 个著名计算机公司的广泛支持 并且被 OMG Object Management Group 采纳 作为面向对象技术的一种标准建模语言 UML 以面向对象方法为主 集中了其 它软件设计方面的优点 并以图形化的可视化方法来描述系统 可以覆盖从需 求分析到系统测试的整个软件工程处理过程 适用于各种不同类型软件系统的 开发 UML 通过标准的表示方法方便了不同背景人们之间的交流 有效地促进 软件设计 开发和测试人员的相互理解 使用 UML 进行软件系统的分析与设计 能够加速软件的开发过程 提高代码的质量 支持变动的业务需求并使系统的 可维护性也得到很大的改善 UML 的可视化表示主要使用以下 5 类图形表示方法对系统进行描述 昆明理工大学工程硕士学位论文 12 1 用例图 Use Case Diagram 从用户角度来描述系统功能 指出各个 功能的操作者 并定义系统的边界 2 静态图 Static Diagram 描述系统的静态组成结构 包括类图 Class Diagram 对象图 Object Diagram 和包图 Package Diagram 类图用于描述系统中类的结构和类之间的关系 对象图相当于类图的实例 包 图是由包或类组成的 表示包与包之间的关系 3 行为图 Behavior Diagram 用于描述系统的动态模型和组成对象间 的相互关系 4 交互图 Interactive Diagram 用于描述对象之间的交互关系 包括 顺序图 Sequence Diagram 和协作图 Collaboration Diagram 5 实现图 Implementation Diagram 包括构件图 Component Diagram 和配置图 Deployment Diagram 构件图用于显示系统中的组件及 其相互关系 配置图用于显示软硬件的物理体系结构 在实际使用中 使用 UML 进行系统开发的过程分成以下几个阶段 1 分析阶段 通过对需求的分析 使用用例图建立起来系统整体功能的描 述 对每个功能模块通过交互图给出详细的功能需求 并结合静态图和行为图 对功能进行辅助描述 分析阶段的宗旨是尽可能不遗漏系统得的任何微小功能 从而使分析后建立的整个系统最大限度地包含所有的功能 2 设计阶段 对分析阶段得到的模型进行反复筛选提炼 并根据实际环境 把模型扩展和转达为可行的技术实现方案 3 实现阶段 结合实际情况选择编程工具 根据建立的模型进行编程 并 根据编程中出现的问题对建立的模型作出相应的调整 4 配置阶段 使用实现图来描述开发系统的软硬件配置 5 测试阶段 使用前几个阶段构造的模型指导和辅助对系统的测试 并及 时对测试过程中出现的错误进行修正 2 22 2 系统的详细分析系统的详细分析 2 2 12 2 1 系统的角色和用例系统的角色和用例 为了管理需要 系统将用户分成多个角色 同时角色直接决定使用系统的 权限 系统根据用户的角色安排相应的功能 即用户的角色决定了其可以执行 的功能 例如对于心电图报告的查询 普通外部用户是无法查询的 而内部用 昆明理工大学工程硕士学位论文 13 户和管理员等则具有不同程度的查询权限 而对于一些资料 内部用户也只能 浏览 而管理员则可以进行修改 编辑 删除等操作 角色和用例的确定是所有需求工程的工作中最基础的部分 是根据业务模 型和用户的补充性需求说明来确定系统的角色和用例 1 角色 本系统所涉及的角色 最高层抽象 如下 医生 User 病人 Patient 心电设备 ECG Device 管理员 Admin 图图 5 5 角色角色 2 用例 最高层 1 医生 管理员登录系统 修改口令 2 医生利用系统对报告进行管理 包括添加 查询 统计 修改 备份 3 医生利用系统对病人统计分析 4 医生利用系统打印报表 5 系统管理员进行系统维护 包括管理用户即 验证身份 添加 修改 删除用户 6 心电设备进行数据传输 7 病人不直接和系统交互 病人由医务人员代其执行动作 将功能需求赋予角色和用例 为此构造如下表来加强理解 表表 1 1 角色和用例的需求赋值角色和用例的需求赋值 需求号需求角色用例 1 病人可以向医生申请预约User Patient Apply bespeak 2 病人可以向医生申请更换预约User Patient Modify bespeak 3 病人可以向医生申请取消预约User Patient Cancle bespeak 4 打印预约单 UserPrint bespeak 5 医生可以增加病人记录 UserCreate record 6 维护病人基本信息 User Maintenance info 7 确认收费情况 UserVerify payment 昆明理工大学工程硕士学位论文 14 8 做心电图检查 ECG Device User Patient Make examine 9 呼叫病人就诊 UserCall Patient 10 传输数据 User ECG Device Transfer data 11 设置病人归属 公开情况 UserConfig test 12 查询病例 UserQuery test 13 下诊断 UserMake diagnose 14 终审一条病例 UserAuditing test 15 删除一条病例 UserDelete test 16 打印报告 UserPrint report 17 登陆系统User Admin Log in 18 向系统内增加相关科室 AdminAdd dept 19 增加功能组 AdminAdd team 20 增加用户 AdminAdd user 21 给用户分配权限 AdminAssign perview 根据上表可以绘制用例图 这样便提供完整的用例模型 ECG Device PatientUser Admin Make examine Transfer data Apply bespeak Cancle bespeak Verify payment Query testCall patient Auditing test Make diagnose Maintenance info Log in Add user Assign perview 昆明理工大学工程硕士学位论文 15 图图 6 6 系统用例图系统用例图 用例图显示了心电图数字化诊断系统的高层模型 每个用例都由一个角色 启动 并且是一个完整的 外部可见的和正交的功能段 在用例 Make examine 和用例 Cancle bespeak 之间建立了 关系 说明在做检查的用例总 是包括取消预约的用例 每当做完检查总要将该次预约取消 角色 Patient 病人 要申请预约或者检查都要通过 User 系统用户 医生 来执行 不直接与系统打交道 角色 ECG Device 心电设备 同样要依赖于 User 的操 作才能正常工作 建立了系统用例图后 在此基础上开发人员可以继续与用户进行交流对其 中的各个主要需求进行细化 由于有一个具体的用例图作为交流的媒介 开发 人员就可以最大限度的挖掘用户的需求 可以进一步对其细化 需求分析的最 终结果就是产生一个描述系统的用例图集 用例用来获取需求 规划和控制项 目 大部分用例将在项目的需求分析阶段产生 并且随着工作的深入会发现更 多的用例 甚至会发现前面定义的用例存在不够准确或错误的地方 需要重新 修改 2 2 22 2 2 建立系统静态模型建立系统静态模型 静态建模分三步 a 定义类 b 确定类的名字 属性和操作 c 确定 类与类之间的关系 建立类图 面向对象的核心是类和对象 找出这些类和对象是系统分析工作的基础 如何有效的识别问题论域中的类与对象 人们提出了许多解决方法 其中由 Booch 提出的基于词法分析 PFA 的标识对象的方法应用最为广泛 很多设 计方法在识别对象时都是采用这一方法 该方法首先从目标系统的描述开始 以用户提供的系统描述为基础 找出 其中的名词作为候选的对象 找出其中的动词作为候选的方法 即服务 生成 原始的类与方法的分析结果 然后由分析人员根据情况进行筛选 初步确定系 统中的类与对象 遵循前面寻找角色和用例中采取的方法 仍然构造一个表来帮助从功能需 求中找到类 表表 2 2 需求到实体类的赋值需求到实体类的赋值 需求号需求实体类 昆明理工大学工程硕士学位论文 16 1 病人可以向医生申请预约 User Patient Bespeak 2 病人可以向医生申请更换预约 User Patient Bespeak 3 病人可以向医生申请取消预约 User Patient Bespeak 4 打印预约单 User ECG Device 5 医生可以增加病人记录 User Patient 6 维护病人基本信息 User Patient 7 确认收费情况 User Payment 8 做心电图检查 ECG Device User Patient 9 呼叫病人就诊 User ECG Device 10 传输数据 User ECG Device 11 设置病人归属 公开情况 User Test 12 查询病例 User Test Patient 13 下诊断 User Diagnose 14 终审一条病例 User Test 15 删除一条病例 User Test 16 打印报告 User Test ECG Device 17 登陆系统 User Admin 18 向系统内增加相关科室 Admin Dept 19 增加功能组 Admin Team 20 增加用户 Admin 21 给用户分配权限 Admin Perview 从系统需求的描述中可以找到的名词主要有 User Patient Bespeak ECG Device Payment Test Dept Team Perview Admin 这些都是对象图中的 候选对象 进一步分析得到 这些候选对象都是有自己的身份的 同类对象之 间可以彼此区别 并且都拥有自己的行为操作 因此它们都是实体类 都是持 久的 需要存储在数据中 抽象出系统中的类之后 需要确定这些对象的属性和行为 可以根据前述 的需求 用例等来确定并且西化系统中的类 类操作和属性 昆明理工大学工程硕士学位论文 17 图图 7 7 类图类图 上图是心电图数字化诊断系统应用的类图 发掘了 User Patient Bespeak ECG Device Payment Test Dept Team Perview 等实体对象和它们的数据成员 这并不是完全的方案 更多的属性和操作在实用方案不断加入 并且要挖掘出 控制类和边界类来 类图是面向对象方法构建的心电图诊断管理系统的心脏和灵魂 随后的设 计中 当操作最后包含在类中时 类模型就隐式地定义了系统的行为 昆明理工大学工程硕士学位论文 18 2 2 32 2 3 建立系统动态模型建立系统动态模型 动态模型是与时间和变化有关的系统性质 它从对象的事件和状态的角度 出发 表现了对象的相互行为 通常系统的动态行为模型由交互图 状态图 活动图表示 开发人员可以依据用例分析和需求建立系统的动态行为模型 动 态行为分析是为了同用户沟通以对要建立的系统有更好的了解 而不是一个详 细的设计方案 12 在本系统中以心电检查和诊断为例说明动态模型的建立 并 为其建立顺序图 在对心电检查用例分析的时候 不仅要确定边界类 还要确定控制类 在 心电检查用例的顺序图中 没有哪个实体类或者边界类能告诉心电图机的数据 是怎么传输并且存储起来的 这是一个自动化的代理过程 好像有个机器人在 系统里做了这些事情 这个边界类界面和实体类病例之间的粘合剂把它抽象出 来命名为 Robot 显然 这属于控制类 心电图检查用例为系统采集了心电图的原始数据 技师 test检查站界面 ECG Bespeak Patient广播 ECGDevice代理 Robot心电图机 ECGDevice Test 顶层包 参与者 Login CancleBespeak Select 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