心电图数据分析综合系统设计和实现 医疗管理专业

1、摘 要随着医疗信息化的发展，以网络为基础的信息管理系统的开发技术已经很成熟地应用到了医疗信息化领域。但是，患者就医问题依然严峻，如心电患者就医流程优化、心电信息的科学管理还有待进一步完善，因此研究开发医院心电图数据分析综合系统来改善患者就医水平具有十分重要的意义。本论文在描述医院心电信息管理需求分析和可行性分析基础上，给出系统设计以及系统实现方案。首先，分析目前医院心电检查流程现状，总结其中存在的问题与患者希望改进的地方。结合当前系统开发技术和软硬件条件给出系统的可行性分析与需求分析。其次，在需求分析的基础上，构建系统整体架构和数据模型。给出总体设计方案，规划心电图数据分析综合系统的功能模块，

2、包括预约叫号、心电图采集、心电图分析、临床Web浏览、查询统计等模块，并进行数据库的总体设计。再次，在总体设计的基础上给出具体的工作流程，采用J2EE框架进行系统开发。利用My SQL数据库工具，设计了患者信息表、科室信息表、心电采集设备信息表等。最后，给出系统的实施方案与设计方案，分析归纳并总结系统存在的不足与需要改进的地方。 关键词： 心电图；数据分析；JAVA;My SQL前 言随着计算机的普及以及国家信息化发展战略的提出，现代医院的工作离不开信息化手段的指导。在医院的各项业务中，心电检查项目是许多来院病人都要做的一个检查项目，传统意义的心电检查工作以纸质检查单为主，需要患者自行打印并携

3、带至挂号医生处进行查看对比，十分不便。在存储手段上也是以纸质存储为主，伴随着心电图数据的日益增多，对储存科室来说也面临着巨大的压力，因此设计一款针对心电信息网络化管理的信息系统，解决心电检查工作的流程优化和心电资料的存储和共享及其在科研、随访中的再利用等问题，对医院信息化建设的深入发展及完善具有十分现实的促进意义。我国信息化现在仍处于初始阶段，由政府部门带头开始的信息化改革，正是我们党对我国未来的发展战略进行的重要的指导，在政府部门的示范下，医院作为公众服务属性相当高的一个服务性部门，开展信息化手段的管理特别是专业科室的信息化管理，着手解决医院相关部门及患者头疼的一些问题正是顺应时代发展潮流的

4、一项措施，本文拟着手设计一套心电图数据分析综合系统，为医院建设心血管信息管理系统提供理论上的参考与技术支持。文献综述心脏对人体来说极其重要，在对心脏方面的疾病检测上有着特殊的意义。心电图作为心脏疾病检测的主要依赖途径，在近110年的光辉历程中不断发展、派生，使得心电图得到了更加广泛的应用，其功能也变得完善。医院的医生一般都是依靠心电图来进行临床医学上对心脏的诊断，随着心脏监测技术的发展，在心电图检查技术方面的医疗科技也得到不断的发展。一般情况下，是以对心脏的听诊为基础实现检测，依照心脏的电位的变化情况，通过墨笔记录，打印得出心电图，由心电图中的波形来进行病人身体的初步诊断，医生会再根据病例和病

5、人的一些症状来完成诊断，此方法被认为是较为准确的诊断方法。目前，心脏的远程针对性智能诊断越来越得到关注，其快捷、方便等特性为患者所依赖，主要是借助对心电图的图像处理技术完成疾病诊断。其图像获取一般通过摄像机获得，借助对摄像机标定完成也电圏像的校正，获取心电图。王志顿等学者在基于对高斯模糊处理的技术基础上，探究出对私电图曲线的提取方法，采用高斯模糊、类别差分门限法（OTUS法）二值化算法分离背景网格和原始心电记录曲线，这一探索给心电图在其信息上的提取打下了非常好的基础。郭伟峰研究人员选择MATLAB语言尝试对心电图进行曲线追踪从而获得心电曲线，在对心电图曲线提取上利用图像处理的知识进行研究，为后

6、续对心电曲线提取做贡献，但在预处理过程中曲线出现断点、干扰等现象，在对曲线的修复与提取上并不能保证不失真，最主要的是不能将私电曲线中的有效信息转化为数字的形式进行储存。1 绪论1.1选题背景心电图是临床上非常实用的一种无创伤检查手段，是记录心脏活动简单实用的方法，而心电网络是医院最重要的检查组成部分，它包括了心电图类各种检查项目不在 DICCM 标准以内，与放射检査、核医学检查、超声检查、内镜内检查、病理检査共同组成了医院医疗检查体系，一直以来，是医院不可或缺的重要组成科室。 随着医疗信息化进程的不断深入，医院对信息化建设的需求也越来越强烈，医疗信息共享成为信息化的首要目标，而在这一进程当中，

7、放射、超声、内镜、核医学等影像检查走在了前列，率先实现了医疗影像的数字化集中存储与发布共享，为临床提供了快速有效的辅助工具。但不足的是，作为医学检查中较为基础的心电及电生理检查，却与此信息化进程不相适应，对于心电信息的采集、存储、处理还在沿用单机工作，单机输出的工作模式。没能用信息化手段提升电生理检查的作业品质与工作效率。 1.2系统研究意义心电图数据分析综合系统是由移动心电检查仪与心电工作站结合在一起，心电检查病历集中存储，实现数据的全院共享，并通过自有的传输技术，实现远程的数据共享与会诊。医院使用心电图数据分析系统有以下几点积极意义：首先是提升对病人的服务质量。实施心电图网络系统后，能够提

8、高病人检查服务的质量，每次进行心电图检查后都能得到最专业的心电医生给出的诊断结论，改变了原有病区医生自己诊断的现状，提高诊断质量与效率。同时，所有病人的心电图都实现了永久存储，方便多次检查的对比分析，更好地为病人服务。第二是提高医院整体效率。以前心电报告由人工传递，时间长、效率低，建立心电网络系统后，心电数据采集后，临床医生立刻经网络得到患者的波形信息图文一体的诊断报告，及时作出诊断，从而极大限度地缩短了患者的就诊时间，提高了整个医院的运转效率。第三是使医院信息化程度提高，能实现医生在网络上协同工作的能力。实现院内网络会诊，实现医院心电检查的网络化和无纸化。医生在网络上会诊，减少医生在院内奔波

9、。大大节省了医生诊疗的时间，使患者得到更好的服务。1.3国内外研究状况医院数字化在国外已经使用多年，心电图网络技术早已运用。国外医院网络化虑比较早，在心电图设备购买的时候就考虑到网络连接问题，所以通常使用的是一家厂商的心电图设备，较早的实现心电检查的网络化工作模式。但是在我国，心电检查作为医院常规的检查之一，其信息化建设没有引起人们足够的重视。通常，医院在信息化以前就已经购买了多个品牌的心电图机，而各个厂家的心电图机传输和存储模式不同，有的心电图机并没有数字化接口。接口问题成为心电图采集数字化的一大难题。我省乃至我国的大多数医院，心电图检查仍然是单机采集、单机打印模式。 信息化医疗的今天，心电

10、电生理类检查不能实现网络共享、不能获取患者申请信息，不能进入 PACS、不能连接进入电子病例，不能使用电子签章、不能实现电子扣费、不能网络査询，医院需要改变这种模式。1.4主要研究内容第 1 章，绪论部分。主要介绍了课题的选题背景，国内外研究现状以及本文主要内容和研究方法等。第 2 章，相关技术介绍。是对完成此课题，开发相应系统所用的相关开发工具及开发语言和数据库类型的简要介绍。 第 3 章，系统需求分析。此阶段对系统的功能需求与系统设计要求做了详细分析。 第 4 章，系统设计。此阶段设计了系统的结构框架，完成了系统的 E-R 图、数据库信息表及数据库的设计。 第 5 章，系统实现。是对系统相

11、应模块流程实现的介绍与各模块实现的展示界面。 第 6 章，系统测试。是系统的调试、实施阶段，介绍了系统开发完成之后的调试过程以及调试成功的介绍。 2 相关技术介绍2.1 J2EE介绍J2EE 是一套全然不同于传统应用开发的技术架构，包含许多组件，主要可简化且规范应用系统的开发与部署，进而提高可移植性、安全与再用价值。 J2EE 核心是一组技术规范与指南，其中所包含的各类组件、服务架构及技术层次，均有共同的标准及规格，让各种依循 J2EE 架构的不同平台之间，存在良好的兼容性，解决过去企业后端使用的信息产品彼此之间无法兼容，企业内部或外部难以互通的窘境。2.2 My SQL数据库技术MySQL是

12、一种关系型数据库管理系统，它的应用极其普遍，是业界目前所开发的中小型Web软件系统的第一选择。MySQL数据库是瑞典公司MySQLAB开发的一个可用于各种流行操作系统平台的关系型数据库系统，它底层使用C和C+编写，可以工作在许多平台上，如Unix、Windows和Linux等。MySQL提供了针对不同编程语言的函数，能够很好的支持多CPU。提供事物和非事物的存储机制；使用快速的基于线程的内存分配系统；采用双重许可，用户可以在GNU许可条件下一免费软件或幵放源代码软件的方式使用MySQL数据库，也可以从MySQL公司获得正式的商业许可。由于MySQL具有以上特性，并且具有功能强大、使用简单、管理

13、方便、运行速度快、可靠性高、安全保密性强等优点，所以完全适用于网络，用其建立的数据库可在互联网上的任何地方访问。MySQL各层的主要功能如下：一、查询优化和执行。Mysql需要对用户的命令进行语句解析，解析的方式为分析树的形式，分析树是MySQL的一个内部数据结构。然后MySQL对语句解析进行多种优化。优化操作主要通过优化器进行。优化器提供诸如查询重写、读取表选择、索引选择等功能。具体通过一些参数、执行代价以及一些统计信息的综合分析进行优化。例如，当用户的一个查询结果在缓存中，那么，服务器就不需要在对存储区进行访问，直接从缓存中得到结果，可以大幅度提高系统性能。二、并发控制。MySQL中，用户

14、可以通过两个级别的并发控制进行系统性能的提升。这两个级别的并发控制分别为服务器级和存储引擎级。而要实现这两个级别的并发控制需要采取一定手段。MySQL主要采用加锁的方式实现并发控制。MySQL主要包括两种锁，分别为表级锁和行级锁。1、表级锁：表级锁由服务器提供。特别对某些MySQL语句，服务器会提供相应的表级锁。2、行级锁：行级锁是由InnoDB和Falcon提供的。除了以上这两种锁，MySQL也使用其他的机制进行并发控制的执行。MySQL结合MVCC机制实现事务的并发控制，这样操作的好处是可以使只读的事务不需要等待。本次心电图数据分析综合系统数据库选取MySQL的主要原因有：跨平台可移植性，

15、MySQL数据库软件能够兼容多数常见内核的操作系统，如在Window、Linux等内核系统上都可以稳定运行，具有较高的平台兼容性，软件开发人员在进行数据库设计时不用考虑操作系统的可用性及跨多操作系统的可移植性。低成本，作为一个开源的数据库，MySQL对于任何个人和组织都是免费的，这也是本次课题设计采用它来充当系统数据库首要原因；若是为了保证数据库的售后服务，即便购买企业版的MySQL成本也比较低廉。再考虑到其完备强大的功能和稳定性，因而倍受青睐。高兼容性，通过MySQL数据库自带的数据连接驱动接口，不论软件开发者使用哪种编程语言都能够对其进行操作。高效的运行性能，轻量级的MySQL体积小，并且

16、经过多重的SQL查询优化，从而大幅的提升了数据库的运行效率。2.3 XML 概述 XML的前身是标准通用标记语言，是自IBM从60年代就开始发展的通用标记语言。同HTML一样，可扩展标记语言是标准通用标记语言的一个子集，它是描述网络上的数据内容和结构的标准。尽管如此，XML不象HTML，HTML仅仅提供了在页面上显示信息的通用方法(没有上下文相关和动态功能)，XML则对数据赋予上下文相关功能，它继承了标准通用标记语言的大部分功能，却使用了不太复杂的技术。XML的简单使其易于在任何应用程序中读写数据，这使XML很快成为数据交换的唯一公共语言，虽然不同的应用软件也支持其它的数据交换格式，但不久之后

17、他们都将支持XML，那就意味着程序可以更容易的与Windows、MacOS,Linux以及其他平台下产生的信息结合，然后可以很容易加载XML数据到程序中并分析他，并以XML格式输出结果。与其它标记语言相比，具有如下一些特点：（1）自描述性。允许用户自定义标记来描述内容及其显示格式。数据语义描述和数据内容都包含于文档中，并且内容和显示格式的分离使数据处理具有很大灵活性。（2）可扩展性。允许用户使用标记来定义和扩展不同的数据属性，可用于描述文档结构或定制数据格式。（3）易用性。与通用标记语言相比，简单易用，便于掌握，适于推广。由于具有自描述性、可扩展性和易用性等特征，XML在互联网上迅速起，成为数

18、据表达和交换的标准。相关的标准也不断涌现，如模式语言Schema查询语言XPath、XQuery，Web服务描述WSDL，消息对象SOAP等。这些相关标准和语言本身共同组成了一个内容丰富的标准集合，为网上信息处理提供巨大支持。己有许多应用把用于数据表达或信息发布，如电子商务、服务、数字图书馆等。从本质上讲，数据是一种序列化的字符串，为了从中得到有用的信息，必须对其进行解析，从而得到符合某种数据模型如层次或树型的表达。目的常见的解析技术主要有：基于树模型（Tree Model）：将XML文档在内存中解析成一个树的形式，树的节点由文档中的元素及属性成构成。这种处理方式的特点应用程序控制解析过程和支

19、持对节点树的随机访问与修改。被解析的文档规模受限于内存的大小，此类方法不适合处理大的XML文档。文档对象模型DOM(Document Object Model）是W3C组织提出的基于树模型解析技术的典型代表。基于推模型(Push Model）：解析器首先在应用程序中注册，在对XML文件进行循序解析的过程中不断产生一系列的解析事件，通过回调函数将这些事件推送给应用程序，由应用程序对这些事件进行处理。这种处理方式的特点是解析事件驱动应用程序的运行和文档解析所需的空间较小，不必将整个文档载入内存中，而只需要将正在处理的相关元素载入内存，因而可以处理很大的XML文档。基于拉模型（Pull Model）

20、：此类技术结合了基于树模型的应用主动控制性和基于推模型解析前向性，除非对己经解析过的元素进行缓冲，否则不能进行回溯处理。XML Pull Parsing是此类技术的一个代表。3 系统需求分析软件需求包括三个不同的层次，业务需求、用户需求和功能需求(也包括非功能需求)。 业务需求(business requirement)反映了客户对系统、产品高层次的目标要求，它们在项目视图与范围文档中予以说明。用户需求(user requirement)。文档描述了用户使用产品必须要完成的任务，这在使用实例(user case)文档或方案脚本说明中予以说明。功能需求(functional requiremen

21、t)。定义了开发人员必须实现的软件功能，使得用户能完成他们的任务，从而满足了业务需求。 3.1 用户需求根据医院心电检查需求，该系统的主要使用用户包括：医生用户、系统管理员用户，两个用户需求分析如下： 医生：为了保证病人合法权益，医生必须注册，经过审核注册信息属实后，才能使用本系统。 查看病人信息。为了给医生提供丰富的医疗信息，医生可以通过本系统查看病人健康信息、往日心电数据等。 系统管理员：管理员需要登录才能进入系统。审核医生信息功能。当医生提供注册信息后，管理员需要审核其身份，决定是否确认医生注册。当系统受到攻击，管理员可以恢复数据库，使用户数据免受损害。 3.2 功能需求3.2.1网络基

22、本需求(1) 在医院的计算机中心设立心电服务器，建立医院的心电图数据管理库。安装数据库服务模块、存储管理器模块。 (2) 门诊安装心电图预约、登记系统。患者有秩序候诊。心电检查网络系统与HIS 系统无缝连接，信息交互。3.2.2检查系统功能需求(1) 心电服务器：用于存储长期心电数据，提供全医院电脑临床 WEB 浏览先点图的功能。 (2) 预约登记模块。心电患者可选预约心电图、动态心电图、运动心电图，并实现分诊。录入患者相关信息。(3) 临床 WEB 预览模块。模块应用于各临床科室，实现在临床科室内任意一台联入网络的计算机浏览。(4) 统计管理模块。该模块作用于心电管理与科研。对医生工作量、检

23、査工作量、设备工作量等数据进行管理统计。(5) 系统管理。为管理与科研设计系统开放式设计医院管理者可以稀有设置需要统计的数据。鉴于上述描述，设计系统使用流程图如下图3-1所示：图3-1 系统使用流程图4 系统设计4.1系统总体设计通过完成对系统需求分析，详细总结了用户需求、业务需求、并进行细分完善，最终得到系统的总体设计，此系统的总体设计主要是根据患者进院进行心电检查流程而设计的，首先登陆系统后进行预约登记，其次电子叫号，再次分析诊断，再次，临床 Web 浏览，每个流程都自成一个功能模块，相互独立又相互承接，最后，再加上系统的辅助功能和系统管理功能，如图 4-1 所示。图4-1心电图数据分析系

24、统总体功能结构设计4.2 系统功能设计根据调研医院的实际需求，并综合考虑了现代医院信息管理的理论、心电检查管理水平，心电检查管理的实际工作，对此进行了功能需求模块划分，完成了心电图数据分析综合系统的功能设计。可以将心电图数据分析综合系统划分为以下功能模块，预约登记、排队叫号、检查数据采集、专业医生诊断并生成上传报告、统计检索、病人信息管理、科室管理、临床 WEB 浏览、其它系统接口等：4.2.1 预约叫号 预约心电图、动态心电、运动心电的待检查患者，并实现分诊。完成患者信息的录入工作。需要门诊检查的患者，缴费后可前往终端或相关检查科室进行预约，经系统提取个人检查项目，按照相应流程处理打印出预约

25、单。4.2.2心电图采集 医院心电图采集地点一般为门急诊采集、住院病房采集、体检采集等。医生根据不同的检查申请单选择不同的采集方式。当患者开始检查时，其信息会自动调入，作为检查的医生，根据预约单提取患者预约信息，然后为患者检查，检查时系统会自动填充病人的检查信息并显示出检查结果。4.2.3 心电图分析报告心电图分析报告模块主要参与人员为心电图室专家诊断医生，诊断医生通过客户端调取心电数据库服务器心电图数据，通过系统提供的分析工具，如依据历史心电数据对比、放大波形、电子分规测量及依据已有心电数据进行二次分析构图，对常规、动态、运动心电图进行分析。4.2.4 临床WEB浏览应用于各临床科室，实现临

26、床科室快速调阅查看心电图报告与波形。对于心电图室发出的报告，临床医生直接在办公室或护士站电脑上即可实时浏览到。审核后的报告内容，可以在 CIS 系统的医生工作站中调阅，也可以用 Web 方式供临床医生查阅，同时也支持心电图在线波形分析、处理、测量等。5 系统实现系统程序流程是依据系统各功能模块划分的子流程，主要包括，心电数据采集流程、心电数据处理流程、临床 WEB 浏览程序流程。 各流程功能设计如下。 (1) 心电数据采集流程如图 5-1 所示。 图 5-2 心电数据采集流程心电采集设备通过申请单，调取患者基本信息，给患者进行心电图采集，系统将采集的心电图信息，生成相应的 ECO 和 ECG

27、文件，此文件既可以进行打印，又可以进行数字化存储，将文件自动解析生成序列化 XML 文件，经过手动上传通过院内无线网络把 XML 文件，发送到心电数据处理流程，另外，对于移动式手持心电采集设备，可通过 3G 发送。 (2) 心电数据处理流程如图 5-2 所示。图 5-2 心电数据处理流程系统通过 Web 服务接收心电采集流程发送到数据处理流程的 XML 文件，然后将 XML 文件入库，一方面将 XML 转换成相应的 ECO 文件和 EGG 文件，最后入库；另一方面，系统后台自动将 XML 文件通过 3G 网络或局域网发送到 HIS 医生站供医生浏览。 (3)临床 WEB 浏览程序流程。由心电数

28、据处理流程，ECO 和 ECG 文件已入库，对于 WEB 端浏览只需要通过网络服务协议从数据库中取出，传到 WEB 浏览工作站，用于专家医生诊断并生成诊断报告，并将报告通知临床医生查看心电图报告结果。流程如图 5-3 所示。 图 5-3 临床 WEB 浏览程序流程5.1普通用户登录管理功能实现在进入主页前将初始化登录页面，在这里将会根据用户输入的信息来判断信息的正确性，并记录登录用户的相应信息。页面如下图5-1所示。图5-1 普通用户登录界面系统用户名和密码输入正确后，成功登入系统，如下图5-2所示。图5-2 系统登录成功界面5.2 心电图预约管理模块功能实现心电图预约管理模块，下面包含有四个

29、小的模块，即新增心电图预约、预约查询管理以及预约修改，查看检查报告。新增界面如下图5-3所示。图5-3 心电图预约界面预约列表界面如下图5-4所示，用户可以在此功能下进行心电图预约。图5-4 心电图预约列表界面5.3管理员用户登录管理功能实现图5-5 管理员登陆界面系统用户名和密码输入正确后，成功登入系统，如下图5-6所示。图5-6 管理员登陆界面管理员账号还有管理普通用户账号的功能，也有三个功能模块，新增普通用户，普通用户列表，修改普通用户。普通用户列表如下图5-7所示：图5-7 普通用户列表界面新增普通用户界面如下图5-8所示：图5-8 新增普通用户界面5.4 心电图录入检查结果模块功能实

30、现心电图录入检查结果管理模块，下面包含有三个小的模块，即查看心电图预约列表、录入检查结果，查看检查报告。查看心电图预约列表界面如下图5-9所示。图5-9查看预约列表界面图5-10 录入检查结果界面6 系统测试系统测试有三大目的：首先，检查软件开发有没有实现客户的需求。软件的界面是否友好，是否符合用户的操作习惯，使用是否便捷等等，这是系统测试的第一个目的。第二个目的是检查当系统运行时，客户端有没有报错，用户有没有反馈错误信息，反馈上来的信息能否快速解决。第三个目的是保障软件质量。在软件开发的过程中应该多次进行测试，发现错误及时改正，而不是等开发完成后才测试。 心电图数据分析综合系统的测试过程包括有如下几部分： 单元测试。针对每个单元的测试，以确保每个模块能正常工作为目标。分别对预约挂号模块、心电图采集模块、心电图报告分析模块和临床 WEB 浏览模块进行测试。集成测试。对已测试过的模块进行组装，进行集成测试。目的在于检验与软件设计相关的程序结构问题。有效性测试。是检验所开发的软件能否满足所有功