工控机下的移动网络心电工作站应用

摘要：目的：本文研制了一种基于工控机的新型移动式心电工作站，来满足临床医护的实际需求。方法：采用工控机作为核心主机与工业触控显示器、有线心电采集器、UPS电源、无线网、专用台车构成一台智能心电工作站系统。并详细介绍了该系统的软硬件构成。结果：在临床应用中，充分体现了该机超强的稳定性、适应长时间工作的特点，取得了显著效果。结论：以工控机为核心的心电工作站很好地解决了临床工作中问题，优势明显，值得开发利用。

关键词：心电图；工控机；心电工作站；心电网络

近年来，随着数字化技术发展及网络技术日趋完善，医院网络信息化建设得到迅速发展[1]，特别是无线网络（WIFI）技术的深入应用，使心电图发展进入到“高速公路”时代，同步、精准、快速地传递心电资料，体现了“时间就是生命”的真谛。而现用的心电工作站越来越不适应实际工作要求，尤其在急诊科与心内科表现最明显，伴随着工控机在医疗设备领域的广泛应用，研制一种新型实用的移动心电工作站来满足临床的需要就显得十分必要。

1.背景材料

本院心电网络使用已六年多，深刻体会到硬件与软件的兼容性非常重要，尤其是硬件的选取。现用工作站采用联想家用或商用平板电脑作为平台，虽然实现了移动和网络智能的功能，但不是专为心电网络系统配套设计用的，随着应用的发展，需要外接身份证刷卡器、有线放大器采集器、鼠标等设备。而设备只有一个USB2.0接口，无法功能扩展，只能采用集线器方式解决，但实际使用中经常烧毁集线器，故障频发。该平板电脑适应病房频繁移动的环境能力较差，抗干扰不强、稳定性也不好，长期运行存在“卡、慢、死机”等现象；电池存电量少，待机续航时间短，触控操作不便，体现不了时效性。而工控机近年来在医疗设备领域的应用越来越成熟（所谓工控机，就是工业控制计算机，具备电脑的一切功能和属性）由于具有环境适应性好、抗干扰能力强、可靠性高、稳定性强、功耗低、可视化强，开放性、兼容性好，易于联网等优势和特点[2]，已在医疗设备领域得到了长足发展。鉴于此我们研制了一种基于工控机的移动互联网技术的心电工作站。

2.该工作站系统构成和特点

2.1工作站系统硬件组成

工控机主机、工业触控显示器、有线式心电采集器、无线网、电源模块、附件（四肢电极、夹胸电极、导联线）、专用台车构成，结构图见图1。

2.1.1工控主机主要参数①CPUIntel四核四线程J190022NM处理器，主频2.0GHz，睿频2.4GHz，TAP功耗10W；②视频输出HDMI1.4接口1个VGA；音频1×SPK+1×MIC，HDMI支持5.1声道；③硬盘60GSSD固态硬盘；内存4GDDR3；④USB接口1×USB3.04×USB2.0；WIFI2.4G/5G双频WIFI300M；1个千兆网口；⑤电源12V3ADC；⑥大小175mm×125mm×37mm；重量约500g；该机支持win10/win7系统，开机时间<10s，通过安装还原软件，保证每一次开机都恢复到预设状态，保护硬盘数据及文件安全，同时避免主机因长时间运行产生缓存文件过多而造成系统的卡顿问题。

2.1.2触控一体工业显示器①尺寸10.4寸；屏幕比例4:3；分辨率800×600；触摸屏电容屏；②工作温度-15˚C~60˚C；功率约35W；供电方式12V4ADC；该显示器支持10点电容触摸功能，电容触摸>5000万次，支持7×24h运行。

2.1.3有线式心电采集器型号DMS300-BTTO2电源5.0VDC。

2.1.4电源模块①容量1000VA/600W峰值功率600W；②输入电压165~176V，频率50Hz输出（市电模式195~255VC±1%），电池模式220VAC±10%；③使用环境：湿度0%~90%，温度0~40˚C，噪音<40db，重量5.7kg；④电池12V9AH充电时间6h；电源UPS为工控主机和显示器提供工作电源。

2.2工作站系统软件组成

操作系统采用windows10；心电软件采用DMS4.0版与心电网络系统相一致；有线放大器驱动程序采用DMS3.4版。

2.3本工作站具备的特点

操作系统Windows10易学易用，拥有多个USB接口，便于功能扩展。该系统功耗低，散热性能好，稳定可靠，具有防尘、防振、抗电磁、耐高低温特征。数据采集精准，波形清晰。支持7×24h不间断运行，续航能力强大。适应无线网WIFI数据传输，易于网络化。显示界面友好，可视化强，适合一人独立操作。

3.系统调试与检测

3.1经过软硬件的设计和选材，完成了整体构架，但是还需经过必要的调试和分析才能进一步完善该系统。为检验各模块是否按要求进行正常工作，借助万用表、函数信号发生器以及示波器来进行检测，通过测试结果完成对各个模块完成功能的评估[3]，结果完全符合设计要求。对整体系统测试，使用SKX-2000型心电信号模拟器进行多项目、多参数校准测试。该模拟器12导联输出，可输入校准波形、方波、尖角波形、正弦波、心电波形等5种测试波形，同时显示信号的幅度、频率、心率或周期等参数[4]。输入的具体参数如下：（1）校准波形：心率60bpm幅度1.00mv宽度100ms；（2）方波：频率1.0Hz幅度1.00mv；（3）尖角波形：心率75bpm幅度1.00mv方向上；（4）正弦波：频率10Hz幅度1.00mv偏置电压10mv；（5）心电波形：普通心电60bpm；经过以上参数测试该系统各项技术指标完全符合国家标准，为进一步临床试验打下了良好基础，确保了采集数据的准确性。

3.2利用本文设计的心电图工作站分别对不同年龄性别的人群进行了测试，均能显示清晰的ECG波形，并能够准确地显示心率，抗干扰能力强.为了更好地验证系统的准确性，还利用了MIT/BIH数据库中的ECG数据作为输入，进行验证[5]，结果如表1所示。经过模拟和实践两方面测试，验证了本系统硬件的选择与软件应用的完美融合，兼容性好，心电数据采集精准，抗干扰能力强，与标准12导联心电图机检测的心电图对比无明显差异[6]，数据通过WIFI传递流畅，完全满足临床诊断的要求，达到了设计目标。

4.结论

本文研制的基于工控机的移动工作站，充分发挥了工控机的优点，使工作站成为医生的好帮手，解决了原工作站故障率高的问题。该工作站结构简单、操作方便、移动稳重、功耗低、低噪声及抗干扰强[7]，适应长时间工作的特点。达到了设计要求。

参考文献

[1]杨春丽,杨兴艳.心电图院内网络系统在心电图临床教学中的应用体会[J].中国继续医学教育,2018,32(3):85-87.

[2]陈爽,姜帅臣,张晨.基于STM32便携式心电图仪的设计[J].物联网技术,2016,6(9):26-28.

[3]武利珍.基于STM32的便携式心电图仪设计与实现[D].杭州电子科技大学,2009.

[4]辛胜昌.探讨网络心电质量控制的方法与措施[J].中国医疗器械信息,2019,25(5):172-173.

[5]曹柏荣,曹琪.基于单片机的便携式心电图仪的研究[J].微计算机信息,2006,22(5):38-40.

[6]龚雪容.基于M•CORE微控制器的便携式心电图仪的硬件设计与实现[D].中国人民解放军信息工程大学,2003.

[7]何超文,冯智毅.基于ADS1298的便携式心电采集卡的设计[J].中国医疗设备,2019,34(10):49-52.

作者：辛胜昌 单位：德州市人民医院器械科