嵌入式智能醫療監護系統的研究與應用

廈門軟件職業技術學院 羅文星

嵌入式智能醫療監護系統的研究與應用

廈門軟件職業技術學院 羅文星

現今絕大數醫院的病人在病房點滴輸液時，通常需要護士或家人專人現場看護。當液體輸完時，如果沒人將針頭拔掉或者更換藥水，會造成回血給病人帶來很大的麻煩甚至危險。我國是個人口大國，與日俱增的患者給醫護配備帶來巨大壓力。以每次輸液1瓶，每瓶250ml，輸液速度在15滴1ml為例，患者大約需125分鐘滴完。排除一些特殊患者或者特殊藥液輸液需要全程觀察之外，普通患者輸液的近125分鐘對于看護人員是極大的浪費。本研究擬開發一套嵌入式智能醫療監護系統，利用智能監護系統替代傳統的人工監護，以實現節約醫院人工成本及降低醫療事故發生率。

嵌入式；傳感器；無線傳輸

一、系統總體設計

圖1 系統結構

本系統整個工作架構如圖1所示。本系統的檢測裝置利用光電非接觸式探測藥滴的動態，觸發電路工作。本系統設置兩個液面警戒線報警。第一次報警，在輸液瓶或輸液袋的底部裝上光電設備，沒有液體時會產生電信號。第二次報警，在滴管緩沖瓶處裝上光電設備，對輸液時運動的水滴進行監測，如未檢測到水滴則報警。監測數據通過無線傳輸模塊利用zigbee無線通信技術對輸液實時數據進行傳輸，并通過中央處理器（服務器）把病房病人輸液的實時狀態顯示在護士站的大屏幕上，同時把信息同步到監護護士的移動終端上（包括智能手機、平板等），當藥液達到一次下限時，報警器向護士站的主機和責任護士智能手機終端發送該病床輸液預警信號。主機有LED大屏顯示，同時語音播報“XX號輸液即將完畢”。藥液達到二次下限時責任護士還未前來處理時，再次發送警報信號，同時病房的語音提示裝置發出語音提示病人自行切斷輸液閥停止輸液。為了能使親人放心，本項目還增加了APP接口，親人可通過APP遠程查看病人的輸液狀況及基本信息的查詢。本項目在硬件方面采用雙重監測裝置解決了誤報率高，可靠性不強的缺點 ，通過遠程實時監控提高了工作效率，解決了護士人手不夠的情況。

本系統設計難點如下：

（1）流體檢測及液滴檢測，采用槽式光電開關作為液位及液滴檢測的傳感器，將流體及液滴狀態轉化為電信號。

（2）zigbee無線通信技術傳輸，采用Atmel公司的AT86RF230芯片，工作頻率2.4GHz的收發器，提供了完整的微控制器和天線接口。信號發送采用偏移四相鍵控調制方式，調制信號由發送基帶處理器（TXBBP）產生，該信號被施加到頻率合成器上，以產生相同相位的解調信號，合成器輸出的信號進行功率放大后，通過天線發送出去。

（3）系統網絡拓補，ZigBee可具備支持星型網絡和點對點等網絡，在彼此通信范圍內，只要滿足通信要求，都可以進行直接通信。

（4）嵌入式系統主機監控平臺，采用英國ARM公司設計的主流嵌入式處理器ARM9系列處理器。該中央處理器擁有180MHz工作主頻，16K SRAM及128K ROM，完全滿足采集數據信息的處理需求。

二、系統硬件設計

系統組成：傳感器模塊、無線組網模塊、聲光報警止液閥模塊、顯示模塊、移動終端、MCU模塊。

圖2 系統硬件結構

（1）傳感器模塊

本系統采用槽式光電開關作為液體監測的傳感器。槽型光電開關是一款紅外線發射管和接收管組合而成，以光為媒體，由發光體與受光體間的紅外光進行接收與轉換，從而檢測物體的位置，具有靈敏度高，可靠性好等特點，可用于微距離檢測。

（2）無線組網模塊

數據傳輸采用zigbee無線通信技術進行傳輸，它作為一種傳感器網絡支撐技術，非常適合傳輸的數據通常為小量的突發信號而要求進行實時傳送的場合。遠程輸液監控中的傳輸的數據包括輸液狀態和控制報警等信息，這些數據具有突發性、數據量小的特點，zigbee技術應用于此是個不錯的選擇。采用Atmel公司生產的AT86RF230芯片，工作頻率2.4GHz的收發器，具有完整的微控制器和天線接口。信號發送采用偏移四相鍵控調制方式，調制信號由發送基帶處理器（TXBBP）產生，該信號被施加到頻率合成器上，以產生相同相位的解調信號，合成器輸出的信號進行功率放大后，通過天線發送出去。

（3）聲光報警模塊

采用發光二極管，ISD2560語音錄放芯片。ISD2560片內E2PROM容量為480K，錄放時間為60s，具有斷電保護、音質好等優點。可以實現人工錄入開啟止液閥的操作步驟語言提示。

（4）顯示模塊

采用高亮LED雙色屏幕顯示，具有亮度高、可視角度廣，壽命長、接口簡易等特點，廣泛應用于大屏幕信息顯示。

（5）移動終端模塊

利用智能手機或者平板電腦，實現跟主機相互通信，完成遠程控制。醫護人員可以隨時隨地監控患者輸液狀態，保證輸液安全。

（6）MCU模塊

嵌入式系統主機監控平臺，采用英國ARM公司設計的主流嵌入式處理器ARM9系列處理器。該中央處理器擁有180MHz工作主頻，16K SRAM及128K ROM，完全滿足采集數據信息的處理需求。

三、系統軟件設計

系統開始工作的時候先進行初始化，檢測數據采集模塊數據采集狀態，認證通過的進行連接通信，將數據傳到MCU主機進行處理并做出相應的處理驅動各個響應模塊。設計語言采用C語言，利用其移植性強的特點，便于后端應用擴展。

圖3 主程序流程

四、技術指標

正常運行時環境溫度：5℃-50℃；

運輸儲存環境溫度：-10℃-55℃；

正常運行時環境相對濕度：≤80%；

運輸儲存環境相對濕度：≤95%；

設備電源：5V DC，1200mAh；

充電電源：輸入100-240VAC,50/60Hz，300mA；輸出5VDC,500mA；

測速范圍：一般藥液10—250滴/分；

報警及語音提示音量：25-85db，±5%；

無線發射距離：100米。

五、結束語

靜脈輸液是現今臨床醫學重要的醫療手段，通過現代化電子技術實現智能化監控可以最大限度的減輕醫護人員的工作量，市場應用空間極大。該設備可以基于醫院現有基礎設施，實現高可靠、高效率的醫療系統智能化。進一步提高監護質量，降低醫療事故。

[1]郭天祥.新概念51單片機C語言教程:入門、提高、開發、拓展[M].清華大學出版社,2009.

[2]孫更新. Android從入門到精通[M].電子工業出版社,2011.

[3]李平等.單片機入門與開發[M].機械工業出版社,2008.

[4]周立功. ARM嵌入式系統系列教程[M]. 北京航空航天出版社,2008.

[5]柳桂國.傳感器與自動檢測技術[M].電子工業出版社,2011.