基于A(yíng)RM設計的多生理參數嵌入式監護系統

1、引言

多生理參數監護系統用來(lái)對病人的生理或生化參數進(jìn)行連續、長(cháng)時(shí)間、自動(dòng)、實(shí)時(shí)監測，并經(jīng)分析、處理后實(shí)現多類(lèi)別自動(dòng)報警、自動(dòng)記錄，并具有對結果的綜合判斷能力，便于醫護人員及時(shí)發(fā)現病人的病情變化，隨時(shí)采取必要的護理與急救措施，從而大幅度減少危重病人的死亡率。

國外的人體生理監護儀發(fā)展趨勢是采用移動(dòng)式監護技術(shù)。在歐洲，借助現在小巧、價(jià)低的嵌入式計算機和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，開(kāi)發(fā)各種能穿在身上的監護系統的研究工作已經(jīng)開(kāi)展得非常之好，愛(ài)立信、諾基亞和飛利浦等公司都在進(jìn)行相應的研究開(kāi)發(fā)工作。在國內，目前普遍采用的人體生理監護系統中，大致可分為三種：1）基于PC機平臺的監護系統，功能強大且完善，但其體積龐大，不便于移動(dòng)。2）微型和便攜式監護儀，大多采用低檔單片機實(shí)現，功能簡(jiǎn)單，只能進(jìn)行信號的采集和顯示，不便于醫務(wù)人員監視。3）采用嵌入式系統的監護系統，其體積小、可靠性高、功耗低，但大多采用工業(yè)用PC104主板，普遍成本比較高。

本文研究的多生理參數監護系統包括心電（ECG）、呼吸（REST）、無(wú)創(chuàng )血壓（NIBP）、血氧飽和度（SPO2）、體溫五個(gè)參數的實(shí)時(shí)監護。由這些參數的二次數據還可提取心率、心律失常、呼吸率、收縮壓、舒張壓、平均壓及脈率等參數；可以較全面地評估循環(huán)系統和呼吸系統的功能。由于ARM的嵌入式系統設備通常具有體積小、功耗低、功能集中、網(wǎng)絡(luò )功能強大和穩定性好等優(yōu)點(diǎn)，因此作者所在課題組利用ARM研制了一種生理參數監護系統，以滿(mǎn)足多生理參數監護系統不斷發(fā)展的要求。

2、嵌入式多生理參數監護系統的構建

為搭建更加理想的嵌入式控制系統，綜合考慮了本監護系統的實(shí)際應用，采用嵌入式Linux控制系統作為主控系統，圖1是系統整體結構圖，系統在ARM9的硬件平臺上搭建了一個(gè)嵌入式Linux系統，其中Linux內核采用的是2.4.18穩定內核。

2.1定制Linux系統

依據所選擇的CPU類(lèi)型即ARM9，以公開(kāi)的嵌入式Linux源代碼為基礎，根據設計的嵌入式目標板情況編寫(xiě)相應的Bootloader程序（啟動(dòng)裝載程序）。然后根據標準Linux裁剪出適合的內核和文件系統，采用的嵌入式Linux在其內核內部實(shí)現了TCP/IP和相應的驅動(dòng)，并裁剪掉了不需要的模塊，在Redhat9.0的宿主機上對Bootloader和2.4.18版本的Linux內核進(jìn)行交叉編譯[5]。再對其文件系統進(jìn)行精簡(jiǎn)，將Bootloader程序、內核和文件系統固化到目標板的Flash（閃存）中，便定制好了合適的嵌入式Linux系統。

2.2嵌入式多生理參數監護系統的硬件構成

如圖2所示為嵌入式多生理參數監護系統的硬件結構圖，主控制模塊采用的是ARM體系的處理器，即是Samsung公司的 S3C2410芯片，該芯片采用ARM920T微處理器作為控制器內核。硬件各種接口以及擴展，都是可定制的[1]。本系統是專(zhuān)用于人體生理參數的監護，故接口設計主要考慮各種人體生理參數的傳感器。由于系統中的各生理參數監護模塊，都采用了OEM模塊，這些模塊采用單一的串口通訊，通過(guò)串口/USB口轉換模塊，就可以通過(guò)USB接口接入主控系統中。

3、核心功能的實(shí)現

系統的核心功能是要實(shí)現對各心理參數的實(shí)時(shí)監護，同時(shí)能及時(shí)計算和分析數據，并能準確快速地發(fā)現超標的數據，實(shí)現超標報警功能。其中超標報警接口和可擴展的接口還需要編寫(xiě)相應的驅動(dòng)程序。

3.1驅動(dòng)程序的編寫(xiě)與調試

超標報警接口以及可擴展的接口，都應編寫(xiě)相應的驅動(dòng)程序，其中超標報警接口的驅動(dòng)程序的基本流程如下：

1）定義主設備號； 2）驅動(dòng)初始化（或者是模塊的初始化）； 3）實(shí)現文件操作，定義file_operations結構； 4）實(shí)現中斷服務(wù)（不是必須的）；5）編譯該驅動(dòng)到內核（或用insmod命令加載）；6）測試設備。

超標報警接口作為外接的一個(gè)設備，先定義以下設備號，

#difine DEVICE_NAME “alarms” /*定義alarm設備的名字*/

#difine ALARM_MAJOR 254 /*定義alarm設備的主設備號*/