基于TI OMAP3平臺的多參數監護儀設計與實(shí)現

　　引言

　　在現代醫學(xué)中，使用多參數監護儀對危重病人進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，可以及時(shí)地了解其心肺功能、血壓以及氧合能力等綜合因素，對病人的治療起著(zhù)非常重要的作用。多參數監護儀已經(jīng)在病房護理和急救系統中得到了廣泛的應用。

　　基于傳統PC平臺的多參數監護儀成本高、體積大、操作復雜，使用范圍具有局限性。而采用單片機為核心的便攜式多參數監護儀運算能力低，功能單一，界面簡(jiǎn)陋，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的信號顯示和存儲。本文以德州儀器公司(TI)ARM+DSP的雙核處理器OMAP3530為核心，擴展參數采集前端、觸摸屏、SD卡存儲電路和網(wǎng)絡(luò )接入電路等模塊，設計及實(shí)現了一個(gè)具有實(shí)時(shí)檢測、顯示、存儲和網(wǎng)絡(luò )傳輸等功能的新型多參數監護儀?；陔p核芯片的優(yōu)異性能，系統可采用高效復雜的算法對各生命參數進(jìn)行快速準確的檢測、除噪和優(yōu)化等處理，而Google Android豐富的應用支持，則為監護儀提供了良好的監護界面、網(wǎng)絡(luò )功能以及應用擴展性。醫生可使用該監護儀實(shí)時(shí)或遠程掌握病人的信息，使用者也可以家中自行測量，這將是新一代“數字醫療社區/醫院”的重要發(fā)展方向。

　　系統架構

　　處理核心

　　OMAP3530處理器采用65nm低功耗工藝制造，內部集成了600MHz的Cortex-A8彈性?xún)群艘约?30MHz的TMS320C64x+ DSP內核[1]。ARM+DSP的雙核結構使操作系統效率和代碼的執行更加優(yōu)化，ARM端負責系統控制工作，DSP端則承擔繁重的實(shí)時(shí)信號處理任務(wù)，從而成功地解決了性能與功耗的最佳組合問(wèn)題。具有雙核結構的OMAP3530非常適合新型多參數監護儀的設計。低功耗可以更好地實(shí)現監護儀的便攜性，滿(mǎn)足野外救護等特殊需要;ARM對多種操作系統的支持，可以保證系統的穩定和良好的監護界面;DSP強大的運算能力可以確保對各生命參數進(jìn)行快速、準確和復雜的分析處理。

　　硬件架構

　　系統框圖如圖1所示，監護儀的設計采用經(jīng)典C/S(Client/Server，客戶(hù)機/服務(wù)器)架構，既可以離線(xiàn)使用，也可以通過(guò)以太網(wǎng)或者Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )傳送數據到遠程PC服務(wù)端。人體各個(gè)生命特征信號通過(guò)導聯(lián)電極、血氧探頭、袖套等傳感器獲得后，在參數采集前端進(jìn)行除噪、放大和A/D轉換后，通過(guò)串行口送到OMAP3530進(jìn)行檢測、顯示、存儲和網(wǎng)絡(luò ) 傳送等處理。

　　軟件架構

　　Android是Google與開(kāi)發(fā)手機聯(lián)盟(Open Handset Alliance，OHA)推出的以L(fǎng)inux為內核，真正意義上的開(kāi)放性移動(dòng)設備綜合平臺。從軟件結構的角度上，Android系統分成4個(gè)層次： Linux操作系統及驅動(dòng)、本地代碼框架、Java框架和Java應用程序。圖2為本系統的軟件架構圖。多參數采集前端通過(guò)異步串行口與OMAP3530通信，由于Java本身未提供串口的類(lèi)庫，必須使用JNI(Java Native Interface)實(shí)現應用層與串口硬件的數據傳送。數據采集、處理、顯示及網(wǎng)絡(luò )傳輸使用多線(xiàn)程和隊列緩沖機制來(lái)保證數據的實(shí)時(shí)性和完整性。網(wǎng)絡(luò )使用C/S架構，充分發(fā)揮服務(wù)器上的硬件優(yōu)勢，完成更多監護信息的顯示和分析。