远程多生理参数监护系统的设计目标和技术路线ver3.doc

精品文档远程多生理参数监护系统的设计目标和技术路线ver3（ver1完成时间：2011-8-29）（ver2完成时间：2011-9-6）（ver3完成时间：2011-11-7）目 录1 设计目标：22 生理参数的特点23 技术路线：23.1第一阶段，多生理参数的数据提取、解析和再现23.1.1 数据提取23.1.2 数据解析33.1.3 数据再现73.2 第二阶段，构建系统的基本架构73.2.1 HL7消息转换成XML文件73.2.2 通过WIFI传送数据83.3 第三阶段，系统的扩展83.4 第四阶段，数据提取和发送系统的嵌入式系统实现84 任务分解94.1 制定数据标准94.2 建立数据库94.3 数据传送94.3 获取数据91 设计目标：1.1研发数据转换/传输模块，将心电图机、多参数监护仪等的数据通过RS232、LAN采集，并转换成统一的格式，通过互联网传至医院生理参数信息中心。可应用于远程医院，社区医疗中心，救护车等（参见图 1系统的设计目标）。1.2 医院生理参数信息中心数据存贮方案，生理参数诊断工作站方案图 1系统的设计目标2 生理参数的特点人体绝大多数的生物电位幅度在1mV以下，处在10KHz以下的频段。常用的心电图（ECG）的信号范围约0.54mV，频率0.01250Hz；脑电图（EEG）信号范围约0.0050.3mV，频率d.c.150Hz。心电图有标准导联、增广导联和胸导联等12个标准导联组合。监护导联线通常采用三导联线和五导联线两种，接法有MI、MII和MIII。脑电图也有多个导联。监护的常用波形还有呼吸波、脉搏波。呼吸波是通过人体阻抗测量的，脉搏波是由血氧饱和度（SPO2）探头通过光电方法获得的。监护仪上还显示一些数字量，如血压、血氧饱和度、心率、体温等。无创血压定时（如30分钟）测量，而有创血压和血氧饱和度、心率、体温等即时更新。3 技术路线：3.1第一阶段，多生理参数的数据提取、解析和再现时间：2011.08-2011.11从监护仪中提取数据，用SOCKET建立监护仪和计算之间的连接，计划先从输出格式是HL7标准的监护仪（如Mindray T5或T8监护仪）提取数据并解析后，在计算机上再现。3.1.1 数据提取 针对不同类型的设备，使用不同的策略。 以深迈为代表的自有协议监护仪，通过API接口获取数据。 ZOL监护除颤仪、DASH2500等，通过RS232接口获取数据。 HL7标准的监护仪，用HL7 Listener获取数据，并进行分析，以此做为前二者数据转换的标准。所有数据统一为HL7格式后，再转换为XML进行存贮传送。3.1.2 数据解析Health Level Seven(HL7)是美国HL7组织在1987年开始为医疗领域内不同应用系统之间进行电子数据交换而制定的一个医疗信息交换标准。HL7主要规定了患者信息、出入院信息、转院信息、医院服务项目信息、财物信息、检查化验信息、档案信息、病案信息和医疗预约服务信息的交换标准，几乎含盖了医疗卫生领域的所有信息。 HL7把现实世界中各种医疗行为归纳为一些典型事件，如病人登记、检查医嘱、转诊等。所谓医疗资讯，就是这些事件所涉及的医疗应用系统之间互相传递的消息(Message)。在 HL7数据格式的定义中，消息是系统间传递数据的最小数据单元。消息由一组消息段(Segment)组成，消息段又是一系列域(field)按一定顺序的逻辑组合，域之间用“|”分隔；域可以进一步分解为组件(Component)和子组件(SubComponent)，它们之间分别用“”和“&”分隔。多参数监护终端向中心服务器上传实时心电波数据所用的消息类型为：ORUACK(非请求式观察报告传送确认)。ORU消息是 HL7中用于传递实验室结果的消息类型。这个消息设计用于传送几乎所有的检验报告及临床信息。主要分为三层进行检验报告的传送：第一层为 PID，用于记录病人的基本标识信息；OBR为第二层，用于记录观察请求信息，定义了一系列的关于诊断服务或临床观察的信息；第三层为OBX，用于记录病人的观察结果。 由于上传的心电数据是波形数据，所以选择 ORU消息的触发事件 W01主动上传波形数据。用到的消息段有：MsH消息头，用于定义消息类型、来源、目标及一些消息语法规则。 PID定义病人信息，包括病人就诊号、姓名、性别、出生年月等基本信息。 OBR发送检验申请信息。 波形数据由三个OBX消息段联合定义，包括通道定义、时间定义和波形数据。 系统上传心电波数据的具体HL7消息如下：MSH|&|监护终端1 |监护中心服务器|(发送时间)| ORUW01|P| 2.3.1|PID|1|94158|peter OBR |1|8multi-para Moniter|(发送时间)| OBX|1|CD|8&CHNL|1|1 ECG100| F OBX |2|TS|8&TIML | 1 |(发送时间)|F OBX |3|NA|8&WAVL| 1 |(1 S内采样的ECG值，共 100个)| | | | | | F其它生理参数，也可以相应地在ORU消息中找到。以下是HL7文档中关于波形的实例，列于此，供参考。This section gives four example messages of type ORU (unsolicited) that each contain a three-channel waveform recording, with the same waveform in each channel. These examples contain data for one patient. In these example message transmissions, indicates an ASCII carriage return character (ASCII 13).The following is a detailed explanation of each of the segments contained in the example messages:Message Header (MSH) Segment - This specifies the delimiters (|&), sending application (SVL, meaning Sunnyville Laboratory), receiving application (SVC, meaning Sunnyville Clinic), date and time of transmission (March 24, 1990 at 10:12:15), message type (ORU) and trigger event (W01), a message control ID that identifies this message uniquely among all messages transmitted by this sender (19264), processing ID (P, meaning production), and specification version ID (2.3).Patient ID (PID) Segment - This contains a sequence number (1), external and internal patient IDs (both 4567890), and a patient name (Mr. John Q Doe, Jr).Order (OBR) Segment - This contains a sequence number (1), placer order number (5678) and placer ID (SVC, meaning Sunnyville Clinic), filler order number (1234) and filler ID (SVL, meaning Sunnyville Laboratory), and test/observation ID (5, using a local coding system that is known to the intended receiver, meaning a three-channel waveform recording).CHN Category Result (OBX) Segments - Using a value type of CD (channel definition), these define each of the three data channels by number and specify a label (waveform source) for each. The channel sensitivity (0.5 mV), sampling frequency (200), and minimum and maximum data values (-2048 to 2047) are specified for each channel in examples 1 and 2 and 4. In example 3, these are specified only for channel 1, but apply by default to all subsequent channels. No baseline or calibration parameters are specified, so defaults are used for all channels.TIM Category Result (OBX) Segments - Using the data type TS (time stamp), these define the start of the waveform data at a time 525 ms past 8:12:37 on March 24, 1990.WAV Category Result (OBX) Segments - The data may be transmitted in either “channel-block” (unmultiplexed) format using the NA data type, or in “channel-multiplexed” format using the MA data type. The three examples demonstrate different ways of transmitting 3 waveform channels, with 25 samples from each waveform channel. Note that in these examples, each waveform channel is identical.ANO Category Result (OBX) Segments - Annotation segments with a single channel definition contain a single annotation string. Annotation segments with multiple channel definitions contain a separate annotation string for each defined channel - successive annotation strings are separated from each other by the repeat delimiter. In the following examples, channel 1 has been annotated at a time 565 ms past 8:12:37 on March 24, 1990; channel 3 has been annotated at a time 605 ms past 8:12:37 on March 24, 1990.Example 1: “channel-block” format, using three separate sets of TIM, CHN, WAV and category OBX segments:MSH|&|SVL|SVC|19900324101215|ORUW01|.PID|1|4567890|DoeJohnQJrMr|.OBR|1|5678SVC|1234SVL|5three-channel waveform recording99SVL|.OBX|1|CD|5&CHN99SVL|1|1ONE0.5&mv200-2048&2047|F|.OBX|2|TS|5&TIM99SVL|1|19900324081237.525|F|.OBX|3|NA|5&WAV99SVL|1|01234567876543210-1-2-3-4-5-6-7-8|F|.OBX|4|CE|5&ANO99SVL|1|Channel passing through maxima|F|19900324081237.565|.OBX|5|CD|5&CHN99SVL|2|2TWO0.5&mv200-2048&2047|F|.OBX|6|TS|5&TIM99SVL|2|19900324081237.525|F|.OBX|7|NA|5&WAV99SVL|2|01234567876543210-1-2-3-4-5-6-7-8|F|.OBX|8|CD|5&CHN99SVL|3|3THREE0.5&mv200-2048&2047|F|.OBX|9|TS|5&TIM99SVL|3|19900324081237.525|F|.OBX|10|NA|5&WAV99SVL|3|01234567876543210-1-2-3-4-5-6-7-8|F|.OBX|11|CE|5&ANO99SVL|3|Channel passing through zero|F|19900324081237.605|.Example 2: “channel-block” format, using a single set of TIM, CHN, WAV and category OBX segments, with multiple channels within the one WAV category result segment:MSH|&|SVL|SVC|19900324101215|ORUW01|.PID|1|4567890|DoeJohnQJrMr|.OBR|1|5678SVC|1234SVL|5three-channel waveform recording99SVL|.OBX|1|CD|5&CHN99SVL|1|1ONE0.5&mv200-2048&20472TWO0.5&mv200-2048&20473THREE0.5&mv200-2048&2047|F|.OBX|2|TS|5&TIM99SVL|1|19900324081237.525|F|.OBX|3|NA|5&WAV99SVL|1|01234567876543210-1-2-3-4-5-6-7-801234567876543210-1-2-3-4-5-6-7-801234567876543210-1-2-3-4-5-6-7-8|F|.OBX|4|CE|5&ANO99SVL|1|Channel passing through maxima|F|19900324081237.565|.OBX|5|CE|5&ANO99SVL|1|Channel passing through zero|F|19900324081237.605|.Note: This is an illegal construct per the message construction rules from chapter 1: the repetition separator is used only if more than one occurrence is transmitted. There is only one occurrence being sent here. .Example 3: “channel-multiplexed” format, with multiple channels within the one WAV category result segment:MSH|&|SVL|SVC|19900324101215|ORUW01|.PID|1|4567890|DoeJohnQJrMr|.OBR|1|5678SVC|1234SVL|5three-channel waveform recording99SVL|.OBX|1|CD|5&CHN99SVL|1|1ONE0.5&mv200-2048&20472TWO3THREE|F|.OBX|2|TS|5&TIM99SVL|1|19900324081237.525|F|.OBX|3|MA|5&WAV99SVL|1|000111222333444555666777888777666555444333222111000-1-1-1-2-2-2-3-3-3-4-4-4-5-5-5-6-6-6-7-7-7-8-8-8|F|.OBX|4|CE|5&ANO99SVL|1|Channel passing through maxima|F|19900324081237.565|.OBX|5|CE|5&ANO99SVL|1|Channel passing through zero|F|19900324081237.605|.Note: This is an illegal construct per the message construction rules from chapter 1: “the repetition separator is used only if more than one occurrence is transmitted.” There is only one occurrence being sent here. .Example 4: “channel-block” format, using three separate sets of TIM, CHN, WAV and category OBX segments with a break in waveform data used to pinpoint waveform annotations for channels one and three:MSH|&|SVL|SVC|19900324101215|ORUW01|.PID|1|4567890|DoeJohnQJrMr|.OBR|1|5678SVC|1234SVL|5three-channel waveform recording99SVL|.OBX|1|CD|5&CHN99SVL|1|1ONE0.5&mv200-2048&2047|F|.OBX|2|TS|5&TIM99SVL|1|19900324081237.525|F|.OBX|3|NA|5&WAV99SVL|1|012345678|F|.OBX|4|CE|5&ANO99SVL|1|Channel passing through maxima|F|19900324081237.565|.OBX|5|NA|5&WAV99SVL|1|76543210-1-2-3-4-5-6-7-8|F|.OBX|6|CD|5&CHN99SVL|2|2TWO0.5&mv200-2048&2047|F|.OBX|7|TS|5&TIM99SVL|2|19900324081237.525|F|.OBX|8|NA|5&WAV99SVL|2|01234567876543210-1-2-3-4-5-6-7-8|F|.OBX|9|CD|5&CHN99SVL|3|3THREE0.5&mv200-2048&2047|F|.OBX|10|TS|5&TIM99SVL|3|19900324081237.525|F|.OBX|11|NA|5&WAV99SVL|3|01234567876543210|F|.OBX|12|CE|5&ANO99SVL|3|Channel passing through zero|F|19900324081237.605|.OBX|13|NA|5&WAV99SVL|3|-1-2-3-4-5-6-7-8|F|.3.1.3 数据再现获取监护仪的多生理参数数据后，数据再现的工作即是在计算机上再现监护仪的波形和参数。拟用Labview实现这个任务。在Labview前面板中建立多生理参数显示界面。在其程序框图中建立两个循环，一个用于接收来自监护仪数据并对其进行解析；另一个把已经解析的数据进行动态的显示，特别是ECG、呼吸等波形。这两个循环并行工作，并通过queue传递数据。3.2 第二阶段，构建系统的基本架构时间：2011.12-2012.02如图 2所示，基于虚拟仪器的数据提取和发送系统从监护仪提取数据，通过WIFI模块（医院内使用）或3G模块（救护车等远程应用）发送；医院信息中心接收到数据后，将生理参数在计算机上重现。第二阶段是在第一阶段成果的基础上加入数据的发送和接收。3.2.1 HL7消息转换成XML文件 数据发送前，需将HL7消息转换成XML文件。数据接收后，再进行解析和再现。原因有以下两点： (1)可扩展标记语言 XML(Extensible Markup Language)是一种精简的 SGML(Standard Generalized Markup Language)语言。由于XML数据是以纯文本格式存储的，因此XML提供了一种与软件和硬件无关的共享数据方法。把数据转换为XML格式存储，将大大减少交换数据的复杂性，并且还可以使得这些数据能被不同的程序读取。 (2)HL7消息的构造结构为树形结构，而使用XML存放树形结构记录是最方便的。 转换规则很简单：将 HL7消息段名作为 XML文件的一个节点名，再根据消息段的各个域在消息段中的位置顺序在节点名后添加一个数字后缀作为该节点的子节点。例如： 消息段：PID |1|94158| peter 相应的XML文件为： 1 94158 peter数据提取和发送图 2 系统的基本架构3.2.2 通过WIFI传送数据WiFi 全称 wireless fidelity，是无线局域网联盟(WLANA )的一个商标，符合IEEE802.11 标准。目前广泛应用的WiFi 标准有802.11a/ b/g，其中802.11g 标准向下兼容802.11b标准, 且工作在2. 4G 频段。相比于目前主要的无线技术，如3G、红外、蓝牙、UWB 等，WiFi 在某些方面有突出优势, 表现在: 1) 建设便捷。只需一个或几个A P( access point) 设备即可。可以轻松接入宽带, 实现无缝覆盖；2) 无线电波覆盖范围广，覆盖半径可达100m； 3) 传输速度快。如802.11g 标准速度能达到54M bit/ s； 4) 厂商进入该领域的门槛较低。只需在人口密集的地方设置热点即可轻松联网。鉴于W iFi 的上述特点, 将其应用于该平台便可实现可移动、实时、高速传输、低成本等功能。 在第二阶段，发送和接收都是由计算机完成，建立socket传送XML文件即可，无需考虑WiFi的驱动。3.3 第三阶段，系统的扩展时间：20