遠程便攜多參數監護系統的研究

商洪濤 張 麗△ 劉宇靜 唐 輝 袁鐘清

[文章編號] 1672-8270(2015)09-0062-03 [中圖分類號] R197.324 [文獻標識碼] A

遠程便攜多參數監護系統的研究

商洪濤①張 麗①△劉宇靜①唐 輝①袁鐘清①

[文章編號] 1672-8270(2015)09-0062-03 [中圖分類號] R197.324 [文獻標識碼] A

目的：利用無線網絡技術和電子技術與醫療相結合，開發基于嵌入式系統的多生理參數便攜監護系統，以實現對社區內特定患者或醫院住院患者等人群的遠程醫療監護。方法：系統采用多終端的客戶機/服務器(C/S)結構和多進程并發方式來實現對多個患者的不同參數數據的發送、接收、實時顯示、存儲以及報警等功能。結果：終端的嵌入式控制與傳輸平臺基于Z-Word公司的RCM3000 Rabbit Core模塊。結論：監護系統實現了對體溫、血氧飽和度及脈搏等參數的監控，具有一定的實用性和市場前景，符合數字化醫療的需求。

嵌入式系統；多參數監護；遠程監護；生理參數；傳感器

[First-author’s address] Medical Engineering Department, General Hospital Under Beijing Area Command, Beijing 100700, China.

目前，在現代醫療體系中社區醫療保健數字化醫院的嶄新模式正在蓬勃興起，借助遠程監護這一新型醫療模式較好地解決了患者在正常的生活狀態下以較低費用獲得在醫院病房同樣的監護服務的問題，而基于數字化醫療的研究已納入國家“863”計劃之中，數字化醫療在社區醫療保健中具有極其重要的意義[1]。

隨著計算機與電子設備的發展，市場上出現了一些簡單的便攜式生理參數監護設備，如心電BB機、心電/血壓遠程監護系統等，但其大多數依靠PC機和總線技術，靈活性差，功能單一[2]。此外，生理參數監護站目前應用較廣，多數醫院的ICU和CCU均已普遍采用，但監護站通常采用專用的軟件設備，價格昂貴且不易集成，不適合應用于社區或病房的無線遠程監護[3]。隨著嵌入式操作系統采用嵌入式技術的發展與成熟，利用該技術可將無線Internet延伸到應用廣泛的微處理機上，可實現基于無線網絡的遠程數據采集、遠程控制、遠程監護及報警等功能[4-5]。為此，本研究設計的監護系統正是采用嵌入式技術開發的遠程監護系統，該系統與基于PC機的多參數監護系統和基于現場總線的中央監護系統相比，靈活性高，功能更強，更適合社區醫療保健和病房監護使用[6]。

1 遠程便攜多參數監護系統架構

1.1 系統構成

患者端應用于社區或醫院病房，中心監護位于醫院或社區醫療保健中心，系統架構如圖1所示。

1.2 系統模塊

該系統由患者端和監護站兩個部分組成。其中，患者端由生理參數檢測、模擬/數字(analog/digital，A/D)轉換嵌入式系統及無線網卡等組成。監護站由無線集線器和服務程序構成。

1.3 工作流程

多生理參數檢測部分對患者的心電、血壓、血氧、體溫、脈搏及呼吸等重要生理參數進行實時采集，并對信號進行放大濾波等處理，由A/D采集嵌入系統中。嵌入式系統可對數據進行必要的處理，提取出所需的特征參數，并驅動液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)實時顯示便攜儀的工作狀態和生理參數的變化情況[7]。此外，可選擇存儲有價值的生理信息，無線網卡與嵌入式系統十分方便地連在一起，可將數據通過無線網絡直接傳輸到監護站[8]。監護站對遠程終端進行實時監測與控制，并結合數據庫技術，實現數據的存儲、打印、查詢報警和顯示功能[9]。

圖1 遠程便攜多參數監護系統架構示意圖

2 遠程便攜多參數監護系統結構

2.1 體溫測量

體溫測量模式使用紅外式的檢測方式，與傳統的溫度檢測系統相比紅外溫度檢測的最大特點是非接觸式測量，而這種測量具有較好的電氣安全性和測量精度(如圖2所示)。圖2是一種常用的紅外溫度傳感器(Irt/c.u-k—98.6 F/37 ℃)，且具有良好的線性，在實際應用當中與k型熱電偶一致，可通過單片集成放大器進行接口[10-11](如圖3所示)。

圖2 紅外溫度傳感器示圖

圖3 單片集成放大器電路圖

2.2 血氧飽和度檢測

血氧飽和度的檢測方法與傳統的指夾法無區別， LED1與LED2的波長分別為660 nm和940 nm，當不同波長的光透射過手指后，由差分放大器對其進行處理，消除背景光的影響后從Vo1和Vo2輸出(如圖4所示)[12]。

圖4 血氧飽和電路原理框圖

2.3 血壓檢測

血壓檢測部分可與血氧飽和度檢測相結合，使用光電方法檢測血容量進而計算出血壓，給環形指套充氣對手指加壓后進入壓力傳感器對壓力進行測量，并由CPU判斷充氣和放氣時機[13]。

2.4 嵌入式系統功能

嵌入式平臺采用美國Z-Word公司的RCM3000 Rabbit Core作為核心處理和控制單元。RCM3000可實現完全以太網接入功能，易實現與網卡等網絡設備的連接。同時，Rabbit Core由高性能的8位Rabbit微處理器驅動，使用Dynamic C這種友好的指令集進行程序設計。RCM3000共有6個串口，7個并口，并帶有一個Base-T的以太網口，集成的以太網口使得設計者可以脫離串口通信和控制的限制，使用廉價的網絡設計可實現本地與Internet實時連接[14]；使用以太網Rabbit Core模塊的嵌入式系統可通過任何局域網和互連網實現控制和數據傳輸功能[15]。

2.5 嵌入式系統編程

程序的開發使用工業級的DynamicCSE開發平臺，其專為Z—Word產品創建的集成開發環境，與標準C相比，更好地涵蓋了多任務的構造[16]。在本系統中程序的功能是控制生理參數采集電路工作，對信號進行處理后通過無線網卡發送出去，同時，LCD和按鍵可以增強系統的實用性和可視性[17]。

3 結論

遠程便攜多參數監護系統基于嵌入式系統，具有功能強大、接口豐富、輕便靈活、擴展性強以及交互性好等特點，可廣泛運用于社會醫療保健與醫院病房等場合，具有良好的社會前景。數字化醫療服務是未來醫療行業發展的趨勢，也是當今技術應用研究的一個熱點領域。本系統利用嵌入式構建多生理參數監護，能夠較好地提高醫療服務層次，有望成為數字化醫療的重要組成部分，以滿足社區內特定患者或醫院住院患者等人群的遠程醫療監護需求[18]。

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Remote portable multi-parameter monitoring system research/SHANG Hong-tao, ZHANG Li, LIU Yu-jing, et al// China Medical Equipment,2015,12(9)∶62-64.

Objective∶ This article demonstrated the implement of portable multi-parameter physiological monitoring system. The system is build on embedded system, and combines wireless network, electronic, and medical technologies, it provides remote medical care for specific patients or inpatients. Methods∶ The system uses multi-terminal client/server architecture and multithread concurrency technology to implement the asynchronous sending, transmission, display, storage and alert of parameters for different patients. The system uses RCM3000 Rabbit Core of Z-Word as embedded core. Results∶ The system can monitor multi physiologic parameters, such as body temperature, saturated pulse oxygenmetry(SpO2),pulse rate, respiratory wave, ECG. Conclusion∶ The system not only fulfills the requirement of digital medical care, but also has great practicability and vendibility.

Embedded system; Multi-parameter minitoring; Telecare; Physiological parameters; Sensor

商洪濤,女,(1977- ),本科學歷，主管技師。北京軍區總醫院醫學工程科，從事醫學計量工作。

2015-02-02

①北京軍區總醫院醫學工程科 北京 100700

△共同第一作者：張麗

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.09.019