心电图数字化诊断管理系统的分析与设计(完整版)Word格式文档下载.doc
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摘要
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
Abstract
WiththedevelopmentoftheInternetandhospitalsHISsystemwideapplication,betweenclinicalandmedicaltechnologylinkagesisnotlimitedtoasinglereportoranalysisofthetextualdescriptions.Today,ECGhasadvancedelectronictechnologyandtheintroductionofthecomputer,withautomaticidentificationanddiagnosticcapabilities,butautomaticerrorandthediagnosisandclassificationofthelimitationsremainunresolved.ECGprintmustgothroughanalysisanddescriptionofartificial.
Thepurposeofthisresearchistheuseofmultimediaandnetworktechnology,theestablishmentofaWeb-basedplatforminlinewiththerequirementsofmodernmedicaldiagnosticdigitalECGmanagementsystem,andthelargenumberofECGdatacollection,analysis,processingandpreservation,andimprovetheworkoftheECGefficiencyandachievedigitalECGdatamanagement.Forremoteenquiries,suchaseditingandstorage,readytoprovidecliniciansECGanalysisanddiagnosisreporting,addressingthelimitationsofpaperpreservationelectrocardiogram,graphicsandtexttodescribetheoverallstandardization.Allpatientswillbeattendinganalysis,treatmentstatisticsshowthatinformationfordoctorssavepatientswintime.
Thetopicofthesoftwareusingobject-orientedthinking,useofUnifiedModelingLanguage(UML)ofthesoftwaresystem,throughusecasediagram,sequencediagram,suchasacompleteexpressionoffunctionalmodules,andthensolveusedintheprocessofdevelopingthekeytechnologiesandapplications,andonthebasisoftheseanalysesontheoverallsystemdesign,thelastofthesoftwarefortesting.Currently,thesystemhasbeenputintooperation,andmadegoodsocialandeconomicbenefits.
Thissystemisusefulandisworthofpopularizing.
KeyWords:
ECGDigital,Diagnosis,System,DesignandImplementation
目录
第一章绪论 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
第二章系统的需求与分析 11
2.1UML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
2.5.1C/S软件体系结构 29
2.5.2PowerBuilder介绍 30
2.5.3WindowsAPI技术 31
2.6本章小结 33
第三章系统的设计与实现 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
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
4.3R、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
第六章总结与展望 71
6.1工作总结 71
6.2系统展望 71
致谢 73
参考文献 74
附录 76
第一章绪论
1.1系统概述
1.1.1医院信息系统(HIS)
对于医院信息系统(HospitalinformationSystem,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。
图1医院信息系统总体结构图
1.1.2医学影像系统(PACS)
PACS(PictureAchivingandCommmunicationSystem),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—DICOM3.0。
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-NEMA1.0标准,随后在1988
年完成了ACR-NEMA2.0。
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-NEMA2.0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DICOM3.0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(DigitalImagingCommunicationsinMedicine)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。
1.1.3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;
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。
1.2课题研究背景
1.2.1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,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(ExerciseECG)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)。
1.2.2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。
●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2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
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