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研究生:鄭郁儐
研究生(外文):Yu-Ping Cheng
論文名稱:建構Android平台之DICOM ECG擷取及管理系統
論文名稱(外文):An Android based DICOM ECG acquisition and management system
指導教授:蔡育秀蔡育秀引用關係
指導教授(外文):Yuh-Show Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:生物醫學工程研究所
學門:工程學門
學類:生醫工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:心電圖DICOMAndroid
外文關鍵詞:DICOMAndroidECG
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心電圖是醫生用來診斷心血管疾病最普遍的方式,但是心電圖機的數位輸出格式卻是隨著製造商的不同,而有不同的格式,使心電圖等的生理訊號無法整合至醫療資訊系統中,或者必須購買昂貴的專用軟體,方能使用。對這些生理訊號的分析、儲存以及交換造成了相當大的困擾。即便國際間對心電圖儀的數位輸出格式制定了標準,各家廠商的心電圖儀在醫院中仍舊無法整合至一個心電圖工作站,造成一個醫院必須使用同一家公司的心電圖儀或是多家廠商的心電圖工作站並存的狀況。
本研究主旨在於建構一套Android平台上的心電圖量測與管理系統,並將原始的心電訊號以DICOM的格式儲存,進而在未來能夠與醫院的PACS系統做結合,使心電訊號可以透過PACS實現擷取、儲存、傳輸、顯示,且同時也能降低醫院建構心電圖管理系統所需之成本。且透過與PACS系統的整合,醫生便可以在同一個工作站上同時瀏覽心電圖與其他相關的醫學影像,而不需要再分成兩個工作站,一個看心電圖,一個看PACS影像。
整個系統主要由三個區塊所組成:ECG front-end、Android平台及伺服器。ECG front-end為訊號擷取部分,擷取人體表面各個電極的電訊號,經由放大器以及濾波器取得各個導程的原始心電訊號,最後透過微處理器將訊號做數位類比轉換及數位濾波,最後再經由藍牙模組將心電訊號傳送至Android平台上。Android平台為系統的核心部分,能即時顯示藍牙模組收到的心電訊號,同時也將此訊號以DICOM的格式儲存於此平台的SD卡中。此平台同時具有心電圖管理系統及DICOM ECG Viewer,可提供使用者管理心電圖檔案與檢視心電訊號。伺服器的部分使用Apache Tomcat網頁伺服器,使用者可以將儲存於Android平台中的心電圖檔案透過無線網路傳送至此伺服器,供醫生或其他使用者透過瀏覽器直接檢視,或是做一個長時間的追蹤分析。
而本系統所開發的Android程式,經實際測試可成功的運行於HTC Desire HD及ASUS EeePad Transformer等兩種不同Android版本及螢幕尺寸的Android平台之上,且本研究所建立的DICOM心電圖檔案,則是透過使用LEADTOOLS公司的DICOM Data Set及DICOM Waveform等兩套軟體來做驗證,確保DICOM格式無誤。


Electrocardiography is one of the most important noninvasive diagnostic methods, which can be performed at a low cost and allows the early recognition of coronary heart disease. But there are many proprietary formats defined by various ECG manufactures to store the ECG data for their devices. This situation results in difficult of communication and integration. Even if there are many standards about the format of electrocardiography, but the ECG machine still can’t integrate into one workstation in the hospital. That cause the hospital should use the ECG machine of the same company or to build up different workstations for different manufactures.
Therefore, the purpose of this research is to build up an Android based DICOM ECG acquisition and management system. The waveform is saved as DICOM format in order to link with the PACS system of the hospital in the future. And the ECG waveform can be viewed on DICOM workstations in conjunction with typical DICOM images like cardiovascular angiography x-ray, cardiac MRI and nuclear images.
The system is composed of three parts. The first one is the ECG front-end that handles analog and digital signal processing and finally transmitted the signal to the second part, the Android platform, via Bluetooth. The Android platform will display the waveform in real-time on the screen and saved the signal as DICOM format. The third part is the apache tomcat server which is connected to a MySQL database. The DICOM file which stored in the Android platform can be transmitted to the server via wireless networks while others can use the browser to view the ECG waveform.
The Android program can be successfully executed on “HTC Desire HD” and “ASUS EeePad Transformer” where the Android version and the screen size are different. And the DICOM file that generated by the system has been confirmed by using the software of “DICOM Data Set” and “DICOM Waveform” which are developed by the LEDATOOLS corporation.


目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VIII
第一章 序論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 3
1.3 研究目的 4
第二章 文獻回顧與研究背景知識 5
2.1. 文獻回顧 5
2.2. 研究背景知識 10
2.2.1. 心電圖原理 10
2.2.2. 12導程心電圖 12
2.2.3. 心電圖紙 16
2.2.4. DICOM資料結構 17
第三章 系統架構與研究方法 23
3.1. ECG Front-End 24
3.1.1. 硬體架構 24
3.1.2. 韌體架構 27
3.2. Android Platform 33
3.2.1. Android平台 33
3.2.2. 軟體架構 34
3.3. Server 41
3.3.1. 伺服器架構 41
第四章 研究結果與討論 43
4.1. 系統方塊驗證 43
4.1.1. 藍牙連線 43
4.1.2. 數位濾波器 44
4.1.3. DICOM ECG 46
4.2. 使用者介面 48
4.2.1. Android平台 48
4.2.2. Web Page 53
4.3. 討論 56
第五章 結論與未來展望 57
5.1. 結論 57
5.2. 未來展望 57
參考文獻 58

圖目錄
圖 1、2009年主要死因死亡人數 1
圖 2、DICOM ECG與醫院PACS系統整合架構圖 4
圖 3、DICOM在醫院中的角色與ECG管理系統[4] 5
圖 4、SCPECG轉換DICOM的Gateway[6] 6
圖 5、PACS系統與ECG整合架構圖[4] 7
圖 6、Mortara 12-lead electrocardiography ELI350(左) and ELI250(右)[10] 8
圖 7、實際心電圖量測[12] 8
圖 8、The LifeSync Wireless ECG System 9
圖 9、Accurate alarms vs. Motion artifact alarms 9
圖 10、心臟收縮電訊號傳遞圖 10
圖 11、典型的心電訊號波形[15] 11
圖 12、Einthoven三角形[17] 13
圖 13、Ⅰ導程,Ⅱ導程和Ⅲ導程訊號擷取示意圖 13
圖 14、Einthoven三角形與其對應的角度 13
圖 15、六軸參考系統 14
圖 16、胸前導程示意圖[18] 15
圖 17、胸前導程剖面示意圖[19] 15
圖 18、1秒時長的心電圖紙[2] 16
圖 19、DICOM 3.0檔案格式圖 17
圖 20、資料元素的架構 17
圖 21、The sample of nested data element 22
圖 22、系統架構圖 23
圖 23、ECG Front-End架構圖 24
圖 24、INA118內部電路方塊圖 25
圖 25、儀表放大電路 25
圖 26、LPF電路圖 25
圖 27、MSP430F5529功能方塊圖 26
圖 28、BlueMod+B20功能方塊圖 26
圖 29、鋰電池充電電路 27
圖 30、ECG Front-End韌體流程圖 28
圖 31、initMSP430()流程圖 29
圖 32、UART ISR流程圖 30
圖 33、decodeRX()程式流程圖 30
圖 34、decodeRXFlag()程式流程圖 31
圖 35、connectToHost()程式流程圖 31
圖 36、ADC ISR程式流程圖 32
圖 37、封包格式圖 32
圖 38、Lead I 封包格式 32
圖 39、數位濾波器頻率及相位響應圖 33
圖 40、Android軟體架構圖 34
圖 41、Login畫面 35
圖 42、User Management介面 36
圖 43、使用者資料畫面 36
圖 44、Record Management介面 37
圖 45、DICOM ECG Viewer 38
圖 46、New Record介面 39
圖 47、So and Chan演算法流程圖 39
圖 48、Patient Info介面 40
圖 49、Apache Server系統架構圖 41
圖 50、伺服器架構圖 42
圖 51、藍牙連線測試架構圖 43
圖 52、查詢b01對應的裝置位置 44
圖 53、藍牙模組建立連線成功 44
圖 54、藍牙模組建立連線失敗 44
圖 55、心電訊號(左)與其頻譜(右) 45
圖 56、濾波後心電訊號(左)及其頻譜(右) 45
圖 57、心電訊號濾波前後比較圖 45
圖 58、MSP430對心電圖濾波後的頻譜 46
圖 59、LEADTOOLS DICOM Data Set 47
圖 60、LEADTOOLS DICOM Waveform 47
圖 61、Login畫面 48
圖 62、User Management介面 48
圖 63、新增使用者介面 49
圖 64、User Management(左:新增使用者0000,右:Context Menu) 49
圖 65、Record Management介面 50
圖 66、DICOM ECG Viewer 50
圖 67、藍牙權限要求 51
圖 68、Patient Info介面(左)、條碼掃瞄器(中)與掃描結果(右) 51
圖 69、New Record介面 52
圖 70、建立藍牙連線與即時波形顯示 52
圖 71、擷取心電訊號畫面 52
圖 72、左圖為擷取心電訊號畫面,右圖為DICOM ECG Viewer 53
圖 73、心電圖管理系統首頁 54
圖 74、心電圖資料庫頁面 54
圖 75、心電圖波形檢視畫面 55
圖 76、資料庫查詢畫面 55
圖 77、查詢資料庫結果 56

表目錄
表 1、12導程電極放置位置 12
表 2、Mandatory tags for waveform contents 18
表 3、DICOM Value Representation 19
表 4、DICOM Value Representation(續) 20
表 5、Explicit VR為OB,OW,OF,SQ,UT或UN時的資料元素結構 20
表 6、Explicit VR為表 5以外時的資料元素結構 20
表 7、Implicit VR 的資料元素結構 21
表 8、ECG Front-End規格 24
表 9、Desire HD規格 33
表 10、Transformer規格 34
表 11、UserDb欄位規劃 35
表 12、ECGDb欄位規劃 35
表 13、MySQL欄位定義 42

[1]行政院衛生署, “98年死因統計統計表,” in http://www.doh.gov.tw.
[2]“心電圖,” in http://zh.wikipedia.org/zh-tw/ECG.
[3]萬永亮, “影像擷取及傳輸系統(PACS)之基本認識,” in http://sumroc.org.tw/book/e007-2.htm.
[4]T. Hilbel, B.D. Brown, J. de Bie, R.L. Lux, and H.A. Katus, “Innovation and advantage of the DICOM ECG standard for viewing, interchange and permanent archiving of the diagnostic electrocardiogram,” in Book Innovation and advantage of the DICOM ECG standard for viewing, interchange and permanent archiving of the diagnostic electrocardiogram, Series Innovation and advantage of the DICOM ECG standard for viewing, interchange and permanent archiving of the diagnostic electrocardiogram, Editor ed.^eds., City: IEEE, 2009, pp. 633-636.
[5]J.C. Hsieh and H.C. Lo, “The Clinical Application of a PACS-Dependent 12-Lead ECG and Image Information System in E-Medicine and Telemedicine,” Journal of Digital Imaging, pp. 1-13.
[6]V. Sakkalis, F. Chiarugi, S. Kostomanolakis, C.E. Chronaki, M. Tsiknakis, and S.C. Orphanoudakis, “A Gateway between the SCP-ECG and the DICOM Supplement 30 Waveform Standard,” in Book A Gateway between the SCP-ECG and the DICOM Supplement 30 Waveform Standard, Series A Gateway between the SCP-ECG and the DICOM Supplement 30 Waveform Standard, Editor ed.^eds., City: IEEE, 2004, pp. 25-28.
[7]W. Ling-ling, R. Ni-ni, P. Li-xi, and W. Gang, “Developing a DICOM Middleware to Implement ECG conversion and Viewing,” in Book Developing a DICOM Middleware to Implement ECG conversion and Viewing, Series Developing a DICOM Middleware to Implement ECG conversion and Viewing, Editor ed.^eds., City: IEEE, 2006, pp. 6953-6956.
[8]林欣怡, “發展標準DICOM心電圖儲存與診斷系統,”陽明大學醫學工程研究所碩士論文, 2003.
[9]趙怡軒, “開發SCP轉換DICOM 12導程心電圖閘道伺服器,”中華大學資訊工程學系碩士論文, 2005.
[10]“Mortara,” in www.mortara.com.
[11]LEADTOOLS Coporation, “Wireless ECG System,” in http://www.lifesynccorp.com/products/wireless-system.html.
[12]署立台東醫院成功分院, “十二導程心電圖檢查,” in http://www.tait.doh.gov.tw/ck/main_sec.php?index=public_se&page_name=detail&pageNo_p=1&iid=6&title=%C0%CB%ACd%B6%B5%A5%D8&pid=13&sid=06&bsid=checknu&pname=%C0%CB%ACd%B6%B5%A5%D8.
[13]“LifeSync® Wireless ECG System with LeadWear® Disposable Cable Replacement System Reduces Artifact and Increases ECG Alarm Accuracy,” in http://www.lifesynccorp.com/assets/pdfs/Studies/Alarm%20Study.pdf.
[14]“Cardiac Physiology,” in http://www.pharmacology2000.com/Cardio/Cardio_risk/adult_cardiac_procedures/physiol1.htm.
[15]“怎麼看心電圖,” in http://www.yodak.net/article/2007-09-37/29911897450402283.html.
[16]黃天守 and 陳清輝, “基本心電圖判讀,”1997.
[17]R. MacLeod and B. Birchler, “ECG Measurement and Analysis,” in http://www.cvrti.utah.edu/~macleod/bioen/be6000/labnotes/ecg/descrip.html.
[18]“心電圖之歌,” in http://smallfly7206.pixnet.net/blog/post/17453132.
[19]“慈愛中風資訊網,” in http://stroke.tw/page/3-4-6-a.html.
[20]“DICOM 3.0 PS3.6 Section 6, Registry of DICOM Data Elements, Nat. Elect. Manufacturers Assoc.: ACR-NEMA, Digital Imaging and Communications in Medicine, NEMA, Washington D.C., 2004..”
[21]“DICOM 3.0 PS3.5 Section 6.2, Value Representation, Nat. Elect. Manufacturers Assoc.: ACR-NEMA, Digital Imaging and Communications in Medicine, NEMA, Washington D.C., 2004..”
[22]“DICOM 3.0 PS3.5 Section 9, Unique Identifiers (UIDs), Nat. Elect. Manufacturers Assoc.: ACR-NEMA, Digital Imaging and Communications in Medicine, NEMA, Washington D.C., 2004..”
[23]“DICOM 3.0 PS3.5 Section 7.5, Nesting of data Sets, Nat. Elect. Manufacturers Assoc.: ACR-NEMA, Digital Imaging and Communications in Medicine, NEMA, Washington D.C., 2004..”
[24]“LifeSync Corp.,” in http://www.lifesynccorp.com/index.html.
[25]“Apache Tomcat,” in http://tomcat.apache.org/index.html.
[26]H.H. So and K.L. Chan, “Development of QRS detection method for real-time ambulatory cardiac monitor,” in Book Development of QRS detection method for real-time ambulatory cardiac monitor, vol. 1, Series Development of QRS detection method for real-time ambulatory cardiac monitor, Editor ed.^eds., City: IEEE, 1997, pp. 289-292.
[27]“ZXing,” in http://code.google.com/p/zxing/.
[28]“LEADTOOLS,” in http://www.leadtools.com/.

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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