多種生理參數的無(wú)線(xiàn)集散醫療監護系統

多參數監護儀是臨床護理中的重要設備，該設備可以監測病人的心電、血壓、血氧飽和度、呼吸率、脈率和全溫等生理參數。目前，國內普遍使用帶有CRT或LCD 顯示屏有便攜式監護儀，該儀器能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的數據和波形顯示，并且操作比較靈活，因此主要用于協(xié)助醫生診斷和分析病人的病情。然而由于其體積較大、耗電量高（接220V交流電或內置電流），因此不便于病人隨身攜帶，更無(wú)法同時(shí)對多個(gè)病人進(jìn)行監護。本文設計的無(wú)線(xiàn)集散醫療監護系統坷以彌補上述之不足。該系統由于采用三個(gè)獨立的OEM模塊進(jìn)行生理參數測量，每個(gè)模塊分別和一個(gè)具有無(wú)線(xiàn)收發(fā)功能的控制顯示模塊相連構成獨立的裝置，因此每個(gè)模塊的耗電量大為減少，何種也相應減少。病人可以根據不同的需求選擇不同的模塊使用，每個(gè)模塊上的LCD顯示屏可以實(shí)現顯示測量信號是否正常。所有這些模塊都跟上位機進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信息交互，PC機可以給每個(gè)模塊注冊一個(gè)唯一的序列號，并可以訪(fǎng)問(wèn)每個(gè)模塊的信息，對該信息進(jìn)行存儲、分析、顯示、報擎等，這樣就非常方便地實(shí)現了許多模塊的擴展，即實(shí)現對這多個(gè)病人的實(shí)時(shí)監護。

1 系統結構及工作原理

該系統主要由硬件和軟件兩部分構成。硬件主要包括PC機和三種獨立的模塊，即心電模塊、血氧模塊和血壓模塊，這三種模塊都是由OEM模塊和控制顯示傳輸模塊組成。心電模塊主要用來(lái)測量心電、呼吸率、體溫等參數；血氧模塊主要用來(lái)測量血氧飽和脈率等參數；血氧模塊主要用來(lái)測量血氧飽和度和脈率等參數；血壓模塊用來(lái)測量血壓參數。軟件部分主要是上位機的中央監護軟件，包括數據庫部分和用戶(hù)界面。圖1是無(wú)線(xiàn)集散醫療監護系統的結構框圖。

圖1中，各OEM模塊都和PC機通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊進(jìn)行串口通訊來(lái)交換信息。各OEM模塊采集的數據在PC機上進(jìn)行處理后被存儲。用戶(hù)可以在中央監護軟件界面上選擇任意模塊查看實(shí)時(shí)采集來(lái)的數據或波形，軟件可對數據自動(dòng)作出分析，發(fā)現異常及時(shí)發(fā)出報警信號。

2 各模塊功能與特點(diǎn)

2．1 控制顯示傳輸模塊

控制顯示傳輸模塊以Atmega161單片機為核心，外接WGM-12864圖形LCD模塊、按鍵和NRF903無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。其電路結構如圖2所示。

Atmega161 是Atmel公司生產(chǎn)的一款低功耗CMOS RISC的8位單片機，其具有1MIPS/MHz的性能，16K字節的FLASH，512字節的EEPROM，1K字節的存儲器，35個(gè)通用I/O口， 32個(gè)通用工作寄存器，三個(gè)定時(shí)器，內外中斷源，兩個(gè)可編程的UART、SPI口以及三種可以通過(guò)軟件選擇的節電模式。

WGM -12864B模塊是單色圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，點(diǎn)陣數為64×128。其8位數據線(xiàn)與Atmega161的PA口相連，D/I表示數據總線(xiàn)上的信號是點(diǎn)陣數還是控制命令字，R/W表示當前操作是讀或寫(xiě)操作，E是使能控制端，RST是復位端，CS1、CS2是左右點(diǎn)陣區選端。PC1、PC2、PB1、 PB0為功能選擇鍵，可以和LCD一起形成菜單方式的人機交互界面，控制相應的OEM模塊。在工作模式下LCD可以顯示從OEM模塊獲取的相關(guān)數據信息。

NRF903 模塊是無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊。NRF903是NORDIC公司推出的單片無(wú)線(xiàn)收/發(fā)一體芯片，它采用Bluetooth（藍牙）核心技術(shù)設計，在一個(gè)32腳的芯片中包括了三段高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、I/Q調制、I/Q解調、多頻道切換、異步通訊接口等，其編程接口CFG_CLK（配置寄存器時(shí)鐘）、 CFG_DATA（配置寄存器數據）、CS（配置寄存器片選）分別和Atmega161的SPI口PB7（SCK）、PB5（MOSI）、PB4（SS）相連，可對工作頻率、通道、輸出功率和輸出時(shí)鐘頻率等參數進(jìn)行編程設置。設置CS為高電平，來(lái)自單片機的14位控制字，在每個(gè)CFG_CLK編程模式時(shí)鐘信號的上升沿，將CFG_DATA端上的邏輯值寫(xiě)入組態(tài)寄存器，編程信息被裝入，參數設置完成。STBY、PWR_DWN分別和Atmega161的 PD6、PD5相連，可以設置為待機或掉電模式。數據接口DATA和Atmega161的一個(gè)UART1口相連，用來(lái)接收和發(fā)送數據。TXEN腳和PD7 相連，用來(lái)控制數據的收發(fā)。

2.2 心電OEM模塊

心電OEM模塊采用北京邁創(chuàng )通元電子儀器有限公司的BT007七通道心電板。BT007能夠自動(dòng)測量人體的心電波、呼吸波、心率、呼吸等、體溫等參數，具有如下特點(diǎn)：同步七通道心電波，四級程控增益，三級濾波方式（診斷方式、監護方式、手術(shù)方式），起博脈沖抑制功能，導聯(lián)脫落報警，心率范圍 20～250BPM，抗除顫及電刀干擾，阻抗呼吸，呼吸率范圍5～99BPM；采用雙體溫測量，測量范圍為0～50℃，顯示精度0.1℃,測量精度 0.2℃。與用戶(hù)的通訊接口與UART串口通訊方式，內部有兩種通訊協(xié)議：同步三通道心電協(xié)議與同步七通道心電協(xié)議，可以通過(guò)跳線(xiàn)選擇。同步三通道心電協(xié)議的特點(diǎn)為：19200波特率，8位數據，1個(gè)起始位，一個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗位；同步七通道心電協(xié)議的特點(diǎn)為：28800波特率，8位數據，1個(gè)起始位，一個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗位?？梢酝ㄟ^(guò)MCU向該模塊發(fā)送控制字，控制心電增益、濾波方式等；心電板向MCU傳送的數據，以1個(gè)字節數據頭加若干字節數據為一組，成組發(fā)送，其中數據頭為251～254，數字字節為0～250。MCU可以對這些數據進(jìn)行歸類(lèi)存儲、分析、顯示并實(shí)時(shí)傳送給PC機。

2.3 血氧OEM模塊

血氧OEM模塊采用北京邁創(chuàng )通元電子儀器有限公司的DIGISAT脈搏血氧模塊。該模塊通過(guò)TTL電平的UART口與MCU進(jìn)行通訊。它可以提供如下數據：動(dòng)脈血氧飽和度、脈率、體積掃描圖、棒圖、信號強度和狀態(tài)信息。它的通訊協(xié)議和BCI通訊協(xié)議兼容，數據傳送波特率為4800bps，傳送格式為：8位數據+奇偶傳送波特率為4800bps，傳送格式為：8位數據+奇偶校驗位+1個(gè)停止位。每秒鐘向MCU發(fā)送60個(gè)數據包，每個(gè)數據包為5個(gè)字節。

2.4 血壓OEM模塊

血壓OEM模塊采用北京邁創(chuàng )通元電子儀器有限公司的BTN602無(wú)創(chuàng )血壓測量模塊。該模塊也通過(guò)TTL電平的UART口與UCM進(jìn)行通訊。其接收外部命令后，完成相應操作，返回系統狀態(tài)和相應數據。數據格式為：起始位+8位數據位+1位停止位，無(wú)奇偶校驗位，波特率為4800bps。

3 軟件系統的設計——中央監護軟件

該軟件采用VC語(yǔ)言進(jìn)行設計。在同醫院以往管理系統結合的前提下，按照統一規范的原則，實(shí)現了新老系統的有機結合，充分保證了原有系統的獨立可靠性，實(shí)現了軟件結構的模塊化和重構性。該系統首先需要管理員將入院病人信息手工錄入到計算機系統，其中關(guān)鍵信息保存到中央數據庫服務(wù)器中；然后對數據庫中的關(guān)鍵數據進(jìn)行排序、統計、分類(lèi)。按照類(lèi)別把數據復制到各個(gè)部門(mén)的監護中心數據庫中，當啟動(dòng)監護需求時(shí)，開(kāi)始對病人進(jìn)行監護并記錄。病人的監護數據報警級別可根據監護需要進(jìn)行調節。查詢(xún)時(shí)，可分別顯示關(guān)鍵數據和圖像，并中對查詢(xún)的關(guān)鍵數據進(jìn)行備注，對圖像進(jìn)行批注，還可批量打印輸出關(guān)鍵數據和圖像文件。其軟件系統結構如圖3所示。

系統的安全控制主要從三方面來(lái)保證：數據庫的安全性、圖像文件的安全性、用戶(hù)權限的安全性。建立在NT Server上的數據庫服務(wù)器SQL Server使用戶(hù)和數據庫操作人員登陸時(shí)都需要身份驗證。只有用數據庫用戶(hù)的帳號和密碼登陸的用戶(hù)才能管理和維護數據庫，用戶(hù)對不同的表有不同級別的權限。文件服務(wù)器采用端口控制訪(fǎng)問(wèn)，保證了文件服務(wù)器的安全性。

系統軟件通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，采用輪詢(xún)的方式采集低端各模塊數據，如果系統在查詢(xún)病人信息時(shí)超時(shí)，則跳過(guò)本模塊查詢(xún)，進(jìn)入其它模塊的查詢(xún)，軟件會(huì )記錄查詢(xún)失敗次數，當查詢(xún)失敗次數超過(guò)一定的閾值后，系統會(huì )發(fā)出報警信號。

更多醫療電子信息請關(guān)注：21ic醫療電子頻道