基于智能手機APP的重癥患者生命體征監測系統研究與應用

洪范宗，蘇秋玲，陳劍云，黃向東，田君鵬，王偉

1.解放軍第175醫院 醫學工程科，福建漳州 363000；2.解放軍第180醫院 醫學工程科，福建 泉州 362000；3.解放軍第92醫院 藥械科，福建 南平 353000

基于智能手機APP的重癥患者生命體征監測系統研究與應用

洪范宗1，蘇秋玲2，陳劍云3，黃向東1，田君鵬1，王偉2

1.解放軍第175醫院 醫學工程科，福建漳州 363000；2.解放軍第180醫院 醫學工程科，福建 泉州 362000；3.解放軍第92醫院 藥械科，福建 南平 353000

目的設計基于智能手機APP的重癥患者生命體征監測系統，實時監測重癥患者生命體征數據，使醫護人員隨時掌握重癥患者生命體征的變化信息。方法 依據現有智能手機APP的實用性強、適用性廣的特點，設計監測重癥患者生命體征所需的信號處理單元、網絡單元和手機端APP應用軟件。結果系統急救設備信息讀取裝置可實時讀取重癥患者生命體征監測數據，由信號轉換器傳輸到服務器存儲，利用現有的4G網絡顯示于智能手機APP平臺。結論基于手機APP的移動醫療系統，對重癥患者監護監測具有發展前景。

手機APP；重癥監護；網絡數據轉換器；云端服務器

引言

醫院重癥病房（ICU）是危重患者相對集中的場所，通常配備各種先進的診斷、監護和治療設備，如呼吸機、監護儀、輸液泵、注射泵、除顫儀、CRRT（連續性腎臟替代治療）、PICCO（脈搏指示連續心排出量）等，對危重患者實施連續的、動態的監測并采取有效和及時的干預措施，以最大限度保障患者生命安全和有效救治，是醫院綜合救治水平的直接反映。在重癥病房，患者病情變化快，生命體征不穩定，如何能在最短時間內獲取生命體征變化信息并進行有效救治，對于保障患者生命安全顯得尤其重要[1]。

目前，醫護人員獲取重癥患者生命體征變化通常由中央監護系統和床旁巡查相結合的方式[2-3]。中央監護系統一般只監測床旁監護儀的心電、血氧、呼吸、脈率、血壓、體溫等信息，床旁巡查聽到設備報警聲后進行處理或者定期巡查，這兩種方式都不能全面、及時獲取重癥患者生命體征變化信息，而且獲取區域僅限于重癥病房這個區域。隨著移動醫療和智能手機軟件的快速發展，研制智能手機APP用于隨時隨地監測重癥患者生命體征數據成為了可能[4]。因此，本文以重癥患者生命體征變化監測為目的，研究設計基于智能手機APP的重癥患者生命體征監測系統。

1 系統架構

基于智能手機APP的重癥患者生命體征監測系統由監護設備端、數據服務器、信號處理單元、網絡單元和移動APP端應用幾部分組成（見圖1）。其中信號處理單元主要完成數據采集、轉換和處理功能，網絡單元主要完成信號加密和傳輸功能，最終由移動APP端進行數據解碼、顯示，達到實時監護的目的。

圖1 基于智能手機APP的重癥患者生命體征監測系統系統框圖

2 信號處理單元設計

信號處理單元采用嵌入式處理器控制。微控制單元（MCU）選用富士通公司生產的芯片MB9BF210T[5]，該高集成度芯片所采用的架構為目前主流的基于ARM Cortex-M3的32位內核，其主頻速度達到144 MHz，具有實時性強、通信接口豐富、性能可靠穩定等特點。芯片完全采用工業級設計，使其具有超強的抗干擾能力及環境適應性，非常適合對數據實時性和設備長期工作穩定性要求高的場合。

2.1 數據轉換器

重癥監護室醫療設備主要包括呼吸機、監護儀、輸液泵等，這些監護設備均提供RS232或RS485串口接口，以便設備與外界進行數據交互。因此，系統應用需設計串口到網絡的數據轉換器，該轉換器對患者監護過程實時生理數據進行采集與轉換，并將數據重新編譯，然后通過互聯網實時上傳到云端服務器，最終由服務器對數據進行解碼并保存。轉換器還包括專用波特率發生器，只要設置特定波特率和錯誤診斷機制就可減少數據采集誤碼率。數據轉換器的硬件連接示意圖，見圖2。

圖2 數據轉換器硬件連接示意圖

2.2 網絡接口

系統網絡傳輸采用RJ45電磁隔離型網口實現，遵循IEEE802.3協議，支持10 Mbps/100 Mbps傳輸模式及全雙工/半雙工傳輸方式。信號處理單元網絡接口接入正常，則數據傳輸至云端服務器。

2.3 電源模塊設計

信號處理單元采用市面上通用的DC 5V作為設備供電電源，通過DC電源圓形插座從外部接入。設計屏蔽、保護電路，實現防靜電、防浪涌功能。

2.4 信號提示

信號處理單元提供電源指示燈、數據收發指示燈、網絡收發指示燈和報警信號指示燈。電源正常接入則電源綠色指示燈常亮；數據收發指示燈和網絡收發指示燈在數據收發和網絡收發狀態下黃燈閃爍；當信號處理單元發生故障，則紅色指示燈閃爍。

3 網絡單元設計

系統網絡單元的網絡通信采用TCP/IP協議，以應答式實現數據實時傳輸。信號處理單元作為客戶端（Client），云端服務器（Server）發出數據請求，信號轉換器根據請求報文中的地址及功能碼的定義，應答報文（報文協議可自行定義）。

3.1 網絡通信協議定制

網絡通信TCP/IP采用輕型開源的LwIP協議棧實現以適應手機APP資源應用要求，有無操作系統支持都可以運行。重癥患者生命體征監測系統應用中需對LwIP進行優化，在保持TCP協議主要功能的基礎上減少對RAM的占用，要求僅占用十幾KB的RAM和40 K左右的ROM。

3.2 手機APP通信模型

手機APP通信[6]同時采用TCP和UDP方式，從而適應不同網絡狀態數據傳輸需求。TCP模式下通過客戶端和服務器端套接字函數實現，控制OutputStream和InputStream輸入輸出流，通信模型見圖3，通信過程數據以流的方式進行傳送；UDP通信模型見圖4，手機端和服務器端通過端口號互相識別，端口號正確即可相互通信，這種通信模式將數據打包后發送。

圖3 系統TCP通信模型

圖4 系統UDP通信模型

4 應用與討論

系統硬件采用經陽極氧化的鋁合金堅固外殼進行外殼封裝，外殼兩翼分布安裝通孔，方便安裝維護、美觀耐用，且便于在場所固定使用。手機端APP應用程序開發完成后即可與信號處理單元應用網絡單元進行生命體征監測，監測過程中應用IP信道進行數據傳輸，由服務器端和應用程序端socket套接字進行數據通信鏈路鏈接。具體應用實現見圖5。

Research and Application of a Vital Sign Monitoring System for Patients in ICU Based on Smart Phone APP

HONG Fan-zong1, SU Qiu-ling2, CHEN Jian-yun3, HUANG Xiang-dong1, TIAN Jun-peng1, WANG Wei2
1. Department of Medical Engineering, the 175thHospital of PLA, Zhangzhou Fujian 363000, China; 2. Department of Medical Engineering, the 180thHospital of PLA, Quanzhou Fujian 362000, China; 3. Department of Medical Engineering, the 92ndHospital of PLA, Nanping Fujian 353000, China

ObjectiveTo design a vital sign monitoring system for patients in ICU based on smart phone APP so as to perform real-time monitoring of vital signs of patients in ICU and make medical stuff have a real-time command of changes in vital sign information. Methods In terms of the good practical applicability and wide-range adoption of smart phone APP, the required key technologies about signal processing unit, a network element and mobile terminal APP software application were designed.ResultsThe information reading device of the first aid device could read real-time vital sign monitoring data of critical patients, which was transmitted to the server by the signal converter and were displayed on the APP platform of the intelligent mobile phone via the existing 4G network.ConclusionThe mobile medical system based on mobile phone APP had a development prospect for intensive care monitoring.

mobile APP; intensive care unit; network data converter; cloud server

TP277；TP393.17

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.01.028

1674-1633(2017)01-0106-02

2016-04-15

軍事醫學計量科研專項課題（JL3-003）。

作者郵箱：180yyhfz@163.com