长途医疗是网络科技与医疗技能相结合的产品，跟着我国经济的开展、科技的前进以及进入老龄化社会的需求，开展长途医疗已成为一种必然趋势。长途医疗从运用方针上可分为：面向医院的长途医疗体系和面向家庭的长途医疗体系。面向家庭的长途医疗体系的功用包含：长途“看医师”、长途监护、长途医学信息查询 /咨询等。
国外的长途家庭医疗愈加重视长途“看医师”，个人/ 患者在家中就可与医师进行实时语音、图画信息沟通，可完结在线检测人体生理信号并给出确诊。这种体系是以视频会议体系为中心，但现在还难以在我国遍及，原因一是该体系的价格太贵，一般家庭接受不起;原因二是遭到通讯信道带宽的约束，国外一般运用归纳事务数字网(ISDN)，而我国现在遍及到家庭的是一般电话体系(POTS)，尽管经过这也可完结双向视频传输，但在图画分辩率、每秒传输图画桢数等方面，难以到达长途医疗的要求。作为长途医疗的重要内容之一的长途监护，其传输的仅仅人体生理信号，其所需的通讯速度经过一般电话线就能够满意。因而，考虑到我国互联网用户呈逐年增加趋势，开展长途监护愈加契合我国国情。
体系结构与功用
体系选用B/S(Browser/Server，浏览器/服务器)形式规划，运用该形式的最大长处是削减开发作业量、运转保护比较简洁。将B/S形式引进嵌入式网络规划，改动了曩昔需求一起开发上位机和下位机软硬件的做法，现在只需求在下位机(服务器端)的嵌入式设备中集成一个微型服务器，运用 HTML(超文本符号言语)规划网页模块，就可在上位机(浏览器端)运用IE等浏览器接纳和解析此模板，然后为用户供应一个视觉作用好、操作便利的作业界面。
首要依据ARM9处理器S3C2410A和嵌入式Linux操作体系，规划出支撑嵌入式Web Server的开发渠道，再经过移植嵌入式Web Server-boa，合作数据搜集和处理等模块，结构一套适用于家庭的便携式长途医疗监护终端。在监护终端，运用生物电引导电极选用规范三导联办法将人体心电信号拾取出，经导联线传输到信号调度模块，经该模块的滤波、扩大后得到初级的生物电信号，再经由S3C2410自带的ADC引脚送入Web服务器模块，心电信号在此模块中经过各种运算剖析后得到反映心脏特征的信号， LCD上实时的显现心电波形和患者的个人信息，一起将心电信号存储于片外Flash ROM中，终端经过以太网口接入以太网，以完结与监控中心的长途交互。体系框图如图1所示。
图1 体系框图
硬件电路规划
信号调度电路模块
心电信号的检测是归于强噪声布景下的弱小信号检测，信号具有弱小、低频、高阻抗、不稳定和随机等特色。此信号的首要频率规模为0.05~100Hz， 幅值规模为0.5~5mV。弱小的心电信号还遭到多种搅扰，其特征被淹没在杂乱的信号之中。又因为生物电引导电极在拾取人体电信号时与人体触摸会发生极化电压。因而，为了满意检测要求，信号调度电路必需求较好的按捺各种搅扰、不失真的扩大心电信号。本规划中，信号调度电路模块首要包含前端电路、信号扩大电路和陷波电路。电路框图如图2。
图2 信号调度电路框图
前端电路
前端电路作为信号调度电路的榜首级，其功用首要是为了按捺环境中的搅扰噪声、进步前置扩大器的共模按捺才能。缓冲扩大器一般选用电压跟从器完结，其缓冲阻隔作用减小了生物信号源对扩大器的过高要求，进步了电路的输入阻抗，削减心电信号衰减和匹配失真。运用屏蔽层驱动电路能够较好的去除导联线屏蔽层分布电容的不等量衰减造成对扩大器总CMRR(共模按捺比)的影响。因为人体自身可经过各种渠道从环境中拾取工频50Hz沟通电压，在心电丈量中构成沟通共模搅扰，这种搅扰常在几伏以上，选用右腿驱动电路后能够使50Hz共模搅扰电压降到1%以下。电路图如图3。
图3 前端电路
信号扩大电路
信号扩大电路选用两级扩大，如图4，差动扩大U805为前置级，同相扩大U809构成第二级。依据心电信号检测的特色，一般要求扩大器具有高输入阻抗、高共模按捺比、低噪声、低漂移、非线性度小、适宜的频带和动态规模的功用。前置扩大器的输入电阻一般要求>2兆欧，输入电阻越大，因电极触摸电阻不同而引起的波形失真越小，共模按捺比就越高。因为极化电压的存在， 为避免前置扩大器作业于饱满或截止区，前置级的增益不能太高，试验标明扩大10倍左右作用较好。因而选用外表扩大器MAX4196，该芯片可选用单电源供电，其功耗最低到达8mA，共模按捺比为115dB，输入偏移电压为50mV，-3dB带宽可达250kHz，输入阻抗为1000MW，增益固定为 10(V/V)。
图4 南北极扩大和滤波电路
前置扩大器部分总的共模按捺比为：
其间：
公式扩大器闭环差模增益，Ac：共模增益，CMRRD：运放自身的值;CMRRR：外电路电阻匹配精度限制的CMRR，d：电阻精度。因而在电路中，要准确匹配外电路电阻R812=R813，以使共模输出变得更小。
主扩大器选用MAX4197(特性与MAX4196相同)，其增益固定为100(V/V)。信号调度电路的总扩大倍数为1000倍。在图4中，电容C805具有去除极化电压功用，并与电阻R820构成高通滤波电路，用于按捺直流漂移和扩大器通带外的低频噪声。
陷波电路
工频搅扰是心电信号的首要搅扰，尽管前端电路和前置扩大器已对共模搅扰具有较强的按捺作用，但有部分工频于扰是以差模信号进入电路的，且频率处于心电信号频带之内，加上电极和输入回路不稳定等因数，前级电路输出的心电信号依然存在较强的工频搅扰，因而有必要将其滤除。本规划选用的是无限增益多路反应型二阶陷波器，电路如图5。
图5 陷波电路
嵌入式Web服务器模块
考虑本体系定坐落家庭运用，且体系需求接连长期作业，又因为体系需求杰出的人机交互环境、存储很多数据以及支撑网络通讯，所以要求处理器具有功耗低、本钱低、丰厚的接口和支撑操作体系。本规划选用ARM9处理器S3C2410A，S3C2410A首要面向手持设备以及高性价比、低功耗的运用上。其 CPU内核选用的是ARM公司的16/32位ARM920T RISC处理器。ARM920T完结了MMU、AMBA总线和Harvard高速缓存体系结构，该结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据 Cache。S3C2410A集成的片上功用首要包含：1.8V/2.0V内核供电，3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电;外部存储器操控器;LCD操控器供应1通道LCD专用DMA; 8通道10位ADC接口，转化速率最大为500KSPS(Kilo Sample Per Second，千采样点每秒);117位通用I/O口和24通道外部中止源;电源操控形式包含正常、慢速、闲暇和掉电4种形式;支撑NAND Flash的发动装载。
对心电信号采样精度的考虑首要出于对ST段反常剖析处理的要求，ST段电平改动约为0.05mV，因而采样精度至少为0.025mV。当选用10位 A/D转化器作业在正极性、满刻度电压为2.5V时，可分辩的最小输入电压为2.5mV，而信号调度电路扩大倍数为1000倍，则输入端的最小分辩率约为 0.0025mV，故S3C2410A具有的10位A/D的精度彻底满意体系需求。
为了运用户能够直观的调查心电和便于操控设备，规划选用东华公司的TFT彩屏YL-LCD35套件用于人机交互界面。为满意移植操作体系以及存储心电信号、网页等数据的要求，体系外扩了64M的NAND Flash(运用一片K9F1208UOB)和64M的SDRAM(运用两片HY57V561620)。为满意终端联网的需求，选用CS8900A用于规划网络适配器，CS8900A是一个真实的单芯片、全双工的以太网解决方案产品，更便利的是在Linux内核中供应有CS8900A适配器的驱动程序。
电源部分
为增加安全性、下降功耗、节约本钱，规划选用9V碱性电池供电，经过电源转化芯片AS1117-3.3将9V转化为3.3V可供应扩大器芯片和S3C2410运用。
软件规划
软件规划首要包含Linux的移植，嵌入式Web Server-Boa的移植，CGI(通用网关接口)程序的规划，功用程序的规划。
图6 体系软件框图
Linux的移植
本规划选用linux-2.4.18内核。正确进行Linux移植的条件是具有一个与Linux配套、易于运用的BootLoader，它能够正确完结硬件体系的初始化和Linux的引导。本体系中选用vivi，它是由韩国MIZI公司供应的一款针对S3C2410芯片的BootLoader。
Linux内核的目录/arch中包含了一切与硬件体系结构相关的内核移植代码，目录/arch中的每个子目录代表了一种Linux支撑的处理器。移植Linux到S3C2410渠道首要是修正/arch/arm目录及其子目录下相关的makefile文件和装备文件。例如：修正内核根目录下的 Makefile文件，指明要移植的硬件渠道为ARM：ARCH：=arm，指明运用的穿插编译器CROSS_COMPILE=/opt/host /armv41/bin/armv41-unknown-linux-;修正arm/arm目录下的config.in文件，装备S3C2410的相关信息;为初始化处理器，还需在arch/arm/boot/compressed目录下增加head-s3c2410.s文件。内核修正完结后，用指令 make menuconfig装备Linux，再用make zImage指令编译内核，编译经往后则在目录arch/arm/boot下生成zImage内核文件，还需运用工具软件MKCRAMFS制造 cramfs文件体系。最终，在minicom终端的vivi指令行下运用load指令将内核和文件体系下载到方针体系，至此移植完结。
Boa的移植和CGI程序规划
因为嵌入式设备资源有限，而且不需求一起呼应多用户恳求，因而一般运用一些专门的Web服务器用于嵌入式运用规划。Boa是单任务web服务器，源代码敞开，功用高，支撑CGI，能为CGI程序fork出一个进程来履行，其规划方针是速度和安全，可履行代码只有约60KB。移植Boa的进程如下：从 sourceforge.net上下载 boa-0.94.13，在其解压目录下生成并修正makefile文件，然后运转make得到可履行程序，运用指令armv4l-unknown- linux-strip将调试信息剥去，然后修正Boa的装备文件boa.conf，使其能支撑CGI程序的运转。最终将生成的可履行程序Boa挂载到方针体系，若能成功拜访静态HTML网页和运转测试用的CGI程序，则标明装备成功。
通用网关接口CGI可将Web服务器衔接到外部运用程序，它首要完结两件工作：一是搜集从Web浏览器发送给Web服务器的信息，并将这些信息供应给外部程序运用;二是对提出恳求的Web浏览器发送程序的输出。CGI具有渠道独立性、言语独立性和层次感等长处。运用CGI程序则能够实时履行并输出动态信息，且其占用资源少。CGI程序的履行进程为：浏览器将表单数据以POST办法提交给Web服务器，服务器依据收到的数据设置环境变量，并新开一子进程来履行CGI程序，CGI程序从环境变量中读取所需求的数据，经过调用用户自定义的外部功用函数完结数据处理后，再读取相应的HTML模板文件，依据注释符号将对应的数据填充到HTML文件中，生成新的HTML页面经Web服务器回来给浏览器。
为快速开发契合运用要求的CGI程序，在规划时增加了CGIC库和gd库。CGIC是一个功用强大的支撑CGI开发的敞开源码的规范C库。 Thomas Boutell编写的gd库是规范的C言语库，具有根本的绘图等功用。为完结在网页上动态显现心电波形，将每次搜集的数据经过功用程序处理后存储的一起送给CGI程序，运用gd库供应的函数来创立图画。经过在网页模块上设定改写时刻(运用HTML言语的META符号)，然后完结在网页上心电波形的动态显现。
主程序规划
主程序首要完结对体系的初始化，然后堵塞监听网络接口是否有衔接恳求，一旦客户端宣布衔接恳求，则在服务器端发生中止;读取网络数据，然后对网络数据进行解析，这一步首要是解析HTTP协议，需求判别衔接恳求是否契合服务器规则的恳求格局，判别是衔接恳求的恳求办法，判别恳求的文件是否存在服务器上，判别认证信息是否正确等等;在处理A/D搜集的数据这一进程中，首要要将搜集后的心电信号进行滤波处理，首要是按捺心电信号中的50Hz工频搅扰，再完结滤波后，将数据送到本地的LCD上显现，一起将当时的数据以网页数据的格局发送到网口。
结语
本体系的规划定坐落家庭医疗监护，经过在用于生理特征信息监测的嵌入式体系中集成Web服务器完结Internet的接入，然后完结用于长途家庭医疗的监护体系。其含义在于：规划出一套价格低且易于推行的长途家庭医疗监护体系，改动现在我国家庭医疗监护落后的情况;有用进步中老年人群心血管等缓慢疾病的监护水平，有利于进步中老年人群突发疾病患者的全体救治率;为医疗机构供应很多有价值的我国中老年人群疾病的原始数据进行科研作业。
