重癥救護車(chē)急救智能輔助系統的設計與實(shí)現

急救輔助系統基于EC5-1719CLDNA高性能單板電腦,添加人體生命征監測傳感、音視頻模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、數據庫及應用軟件,以及心電監測設備,實(shí)現了人體生命征實(shí)時(shí)采集監測、病史采集、病情快速診斷、疑似病例查詢(xún)、遠程專(zhuān)家急診、心電分析等功能。利用本系統在院前急救環(huán)節對患者進(jìn)行快速病情診斷及指導急救,有效地降低病人死亡率和傷殘率。

0 引 言

對于意外事故、突發(fā)疾病等疾病,都存在急救“時(shí)間窗”,如果能夠在院前急救環(huán)節快速診斷并施予有效急救,在很大程度上能降低其死亡率和致殘率。但是,由于客觀(guān)條件的限制,醫療救護車(chē)上的流動(dòng)醫療小組很難配備經(jīng)驗豐富的專(zhuān)科醫生,從而沒(méi)有采取最及時(shí)有效的措施,或錯過(guò)了最佳的救助時(shí)機。

針對以上問(wèn)題,本文利用EC5-1719CLDNA(嵌入之星)為系統內核,結合人體生命征監測傳感、音視頻模塊、TD-SCDMA無(wú)線(xiàn)傳輸模塊、GPS模塊所實(shí)現的救護車(chē)急救智能輔助系統為此提供了一個(gè)有效的解決方案。

1 系統設計與實(shí)現

系統由救護車(chē)端和急救中心端兩部分組成,雙方通過(guò)TD-SCDMA 無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行數據通信。救護車(chē)端主要完成對病人的生理特征(體溫、脈搏、呼吸、血壓)的采集,病人心電圖的分析,并將采集的數據實(shí)時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊傳送到救護中心端,用以方便中心對病人做出全面的遠程診斷。

急救中心端負責管理和調配救護車(chē),接收各救護車(chē)發(fā)送的實(shí)時(shí)生命征數據和初步診斷結果,并通過(guò)實(shí)時(shí)音視頻通信,為急救中心專(zhuān)家提供數據、圖像等診斷參考,以指導救護車(chē)實(shí)施更有效的救治方案。

整個(gè)系統總體框圖如圖1所示。

圖1 重癥救護車(chē)輔助系統總體框架

救護車(chē)端采用EC5-1719CLDNA(嵌入之星)高性能單板電腦,利用集成化的傳感器對脈搏、體溫、呼吸信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集處理和傳輸。設計框圖如圖2所示。

圖2 救護車(chē)端功能系統結構

整個(gè)救護車(chē)端可以分為四個(gè)模塊:完成對病人生理特征采集的數據采集模塊;完成對病人數據分析結果顯示的人機交互模塊;完成與中心聯(lián)系的無(wú)線(xiàn)模塊;完成與中心進(jìn)行視頻對話(huà)的聲音圖像處理模塊。

其中數據采集模塊為整個(gè)系統的關(guān)鍵部分,采集所得到的信號由16位∑-Δ模/數轉換器AD7705實(shí)現,該芯片內含數字濾波器,因此省去了單獨的濾波電路,同時(shí)達到了很好的濾波效果。采用的控制由兩片單片機進(jìn)行控制,采集得到的信號送到主控系統進(jìn)行分析處理。

由于本系統中救護車(chē)是在移動(dòng)中與中心端進(jìn)行交互的,在中心端配置了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡來(lái)接收救護車(chē)終端的數據外,本系統在救護車(chē)終端還采用科瑞特公司的GPS模塊(標稱(chēng)定位精度10 m),通過(guò)GPS終端從衛星獲得本地的GPS坐標,根據定位的信息,幫助救護車(chē)端和急救中心端了解救護車(chē)的當前位置。

同樣,在移動(dòng)中傳送音視頻也比靜止中提出了更高的要求,本系統采用了套接字(Socket)技術(shù),通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行音視頻數據傳輸。同時(shí)為了緩解在網(wǎng)絡(luò )通信不好的情況下導致的數據積壓,數據不能發(fā)送出去的情況,系統發(fā)送端采用停等策略,即每次發(fā)送完數據后對接收端進(jìn)行監聽(tīng),設置標志位,以判斷是否停止視頻幀的壓縮。在接收端,接收到視頻幀以后,向發(fā)送端發(fā)送標志位,使接收端開(kāi)始壓縮,傳送下一幀數據。這樣,當網(wǎng)絡(luò )異常時(shí),由于停止壓縮,這樣就不會(huì )造成數據積壓。

2 系統測試

2.1 脈搏模塊測試

針對同一被測者,同時(shí)用示波器測量脈搏傳感器HK-2000B信號的波形,與本系統系統輸出波形進(jìn)行比較。波形如圖3,圖4所示。

圖3 示波器輸出脈搏波形

圖4 本系統輸出波形

對不同年齡、性別及不同狀態(tài)下的被測者進(jìn)行脈搏的測量,結果有差別。

測試結論:通過(guò)與常規測量搏的方法進(jìn)行比較,發(fā)現系統測量脈搏更加準確,且利于存儲及處理。

2.2 呼吸模塊測試

針對同一被測者,同時(shí)用示波器測量HXH-2型呼吸波傳感器信號的波形,與本系統輸出波形進(jìn)行比較。波形如圖5,圖6所示。

圖5 示波器輸出呼吸波形

圖6 本系統輸出波形

測試結論:測試波形與示波器輸出波形相同,并且通過(guò)濾波,很好地去除了干擾。通過(guò)對不同人的測量,發(fā)現呼吸的頻率和醫學(xué)理論值相符。

2.3 體溫血壓模塊測試

針對不同被測者,分別用標準體溫計與本系統進(jìn)行測量,部分測量數據如表1所示。

表1 部分測量數據

測試結論:用體溫計和該系統的測溫模塊對于多個(gè)被測者在不同情況下進(jìn)行體溫測試對比,由于電子元件本身存在誤差,以及電路自身的干擾,使測量結果存在一定的誤差,但由于誤差很小,其測量結果可以用于醫學(xué)診斷。

對不同年齡、性別及不同狀態(tài)下的被測者進(jìn)行血壓測量。如表2所示。

表2 測量結果

測試結論:用常規血壓計和該系統的血壓測量模塊對于多個(gè)被測者在不同情況下進(jìn)行血壓測試對比,兩者結果基本一致。

2.4 心電模塊測試

通過(guò)心電儀獲取數據,存儲到數據庫中,然后從顯示界面得到十二導聯(lián)的波形圖及數據處理結果和病情診斷的結果。實(shí)驗選擇一位二十多歲的正常青年進(jìn)行心電檢測,以第一導聯(lián)為例:

第一導聯(lián)對應的波形及診斷結果顯示如圖7所示。

圖7 心電圖測試診斷結果

本軟件功能:可以對十二導聯(lián)心電波形同時(shí)顯示,對十二導聯(lián)波形數據都進(jìn)行了處理,通過(guò)選擇和打開(kāi)不同的窗口可以觀(guān)察病情診斷結果、數據處理結果等。實(shí)時(shí)監測總界面見(jiàn)圖8。

圖8為某一被測者的總體測量結果圖。

圖8 實(shí)時(shí)監測界面

3 結 語(yǔ)

重癥救護車(chē)急救智能輔助系統是以急救為中心,集成了實(shí)時(shí)監控、病情診斷、遠程醫療等功能的系統。該系統依據急救急診學(xué)并融合無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、數據庫、傳感、音視頻、GPS等多項技術(shù),功能強大、穩定性好,對降低病人死亡率和傷殘率提供了有效保障,具有很高的實(shí)用價(jià)值。

在此基礎上,系統還能進(jìn)一步完善和擴展。比如在急救中心端增加生理參數數據記錄和分析功能,還可添加腦電分析,進(jìn)而形成一個(gè)全方位的醫療監測和診斷輔助系統。另外,可把急救中心端設計成一個(gè)專(zhuān)家網(wǎng)絡(luò ),使專(zhuān)家遠程診斷不受地域限制。

本系統的設計方案在應用領(lǐng)域也有很大的可擴展性,例如,可將其設計為便攜式的設備,用于野外探險等特殊環(huán)境,因此其有著(zhù)廣闊的應用前景。