多種生理參數(shù)的無線集散醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)
多參數(shù)監(jiān)護儀是臨床護理中的重要設備,該設備可以監(jiān)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(shù)。目前,國內普遍使用帶有CRT或LCD 顯示屏有便攜式監(jiān)護儀,該儀器能夠進行實時的數(shù)據和波形顯示,并且操作比較靈活,因此主要用于協(xié)助醫(yī)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,更無法同時對多個病人進行監(jiān)護。本文設計的無線集散醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)坷以彌補上述之不足。該系統(tǒng)由于采用三個獨立的OEM模塊進行生理參數(shù)測量,每個模塊分別和一個具有無線收發(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,每個模塊上的LCD顯示屏可以實現(xiàn)顯示測量信號是否正常。所有這些模塊都跟上位機進行無線信息交互,PC機可以給每個模塊注冊一個唯一的序列號,并可以訪問每個模塊的信息,對該信息進行存儲、分析、顯示、報擎等,這樣就非常方便地實現(xiàn)了許多模塊的擴展,即實現(xiàn)對這多個病人的實時監(jiān)護。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/199044.htm1 系統(tǒng)結構及工作原理
該系統(tǒng)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。心電模塊主要用來測量心電、呼吸率、體溫等參數(shù);血氧模塊主要用來測量血氧飽和脈率等參數(shù);血氧模塊主要用來測量血氧飽和度和脈率等參數(shù);血壓模塊用來測量血壓參數(shù)。軟件部分主要是上位機的中央監(jiān)護軟件,包括數(shù)據庫部分和用戶界面。圖1是無線集散醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的結構框圖。
圖1中,各OEM模塊都和PC機通過無線傳輸模塊進行串口通訊來交換信息。各OEM模塊采集的數(shù)據在PC機上進行處理后被存儲。用戶可以在中央監(jiān)護軟件界面上選擇任意模塊查看實時采集來的數(shù)據或波形,軟件可對數(shù)據自動作出分析,發(fā)現(xiàn)異常及時發(fā)出報警信號。
2 各模塊功能與特點
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無線收發(fā)模塊。其電路結構如圖2所示。
Atmega161 是Atmel公司生產的一款低功耗CMOS RISC的8位單片機,其具有1MIPS/MHz的性能,16K字節(jié)的FLASH,512字節(jié)的EEPROM,1K字節(jié)的存儲器,35個通用I/O口, 32個通用工作寄存器,三個定時器,內外中斷源,兩個可編程的UART、SPI口以及三種可以通過軟件選擇的節(jié)電模式。
WGM -12864B模塊是單色圖形點陣液晶顯示模塊,點陣數(shù)為64×128。其8位數(shù)據線與Atmega161的PA口相連,D/I表示數(shù)據總線上的信號是點陣數(shù)還是控制命令字,R/W表示當前操作是讀或寫操作,E是使能控制端,RST是復位端,CS1、CS2是左右點陣區(qū)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模塊獲取的相關數(shù)據信息。
NRF903 模塊是無線收發(fā)模塊。NRF903是NORDIC公司推出的單片無線收/發(fā)一體芯片,它采用Bluetooth(藍牙)核心技術設計,在一個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(配置寄存器時鐘)、 CFG_DATA(配置寄存器數(shù)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、輸出功率和輸出時鐘頻率等參數(shù)進行編程設置。設置CS為高電平,來自單片機的14位控制字,在每個CFG_CLK編程模式時鐘信號的上升沿,將CFG_DATA端上的邏輯值寫入組態(tài)寄存器,編程信息被裝入,參數(shù)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(shù)據接口DATA和Atmega161的一個UART1口相連,用來接收和發(fā)送數(shù)據。TXEN腳和PD7 相連,用來控制數(shù)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能夠自動測量人體的心電波、呼吸波、心率、呼吸等、體溫等參數(shù),具有如下特點: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(jiān)護方式、手術方式),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,可以通過跳線選擇。同步三通道心電協(xié)議的特點為:19200波特率,8位數(shù)據,1個起始位,一個停止位,無奇偶校驗位;同步七通道心電協(xié)議的特點為:28800波特率,8位數(shù)據,1個起始位,一個停止位,無奇偶校驗位??梢酝ㄟ^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(shù)據,以1個字節(jié)數(shù)據頭加若干字節(jié)數(shù)據為一組,成組發(fā)送,其中數(shù)據頭為251~254,數(shù)字字節(jié)為0~250。MCU可以對這些數(shù)據進行歸類存儲、分析、顯示并實時傳送給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TTL電平的UART口與MCU進行通訊。它可以提供如下數(shù)據:動脈血氧飽和度、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(shù)據傳送波特率為4800bps,傳送格式為:8位數(shù)據+奇偶傳送波特率為4800bps,傳送格式為:8位數(shù)據+奇偶校驗位+1個停止位。每秒鐘向MCU發(fā)送60個數(shù)據包,每個數(shù)據包為5個字節(jié)。
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無創(chuàng)血壓測量模塊。該模塊也通過TTL電平的UART口與UCM進行通訊。其接收外部命令后,完成相應操作,返回系統(tǒng)狀態(tài)和相應數(shù)據。數(shù)據格式為:起始位+8位數(shù)據位+1位停止位,無奇偶校驗位,波特率為4800bps。
3 軟件系統(tǒng)的設計——中央監(jiān)護軟件
該軟件采用VC語言進行設計。在同醫(yī)院以往管理系統(tǒng)結合的前提下,按照統(tǒng)一規(guī)范的原則,實現(xiàn)了新老系統(tǒng)的有機結合,充分保證了原有系統(tǒng)的獨立可靠性,實現(xiàn)了軟件結構的模塊化和重構性。該系統(tǒng)首先需要管理員將入院病人信息手工錄入到計算機系統(tǒng),其中關鍵信息保存到中央數(shù)據庫服務器中;然后對數(shù)據庫中的關鍵數(shù)據進行排序、統(tǒng)計、分類。按照類別把數(shù)據復制到各個部門的監(jiān)護中心數(shù)據庫中,當啟動監(jiān)護需求時,開始對病人進行監(jiān)護并記錄。病人的監(jiān)護數(shù)據報警級別可根據監(jiān)護需要進行調節(jié)。查詢時,可分別顯示關鍵數(shù)據和圖像,并中對查詢的關鍵數(shù)據進行備注,對圖像進行批注,還可批量打印輸出關鍵數(shù)據和圖像文件。其軟件系統(tǒng)結構如圖3所示。
系統(tǒng)的安全控制主要從三方面來保證:數(shù)據庫的安全性、圖像文件的安全性、用戶權限的安全性。建立在NT Server上的數(shù)據庫服務器SQL Server使用戶和數(shù)據庫操作人員登陸時都需要身份驗證。只有用數(shù)據庫用戶的帳號和密碼登陸的用戶才能管理和維護數(shù)據庫,用戶對不同的表有不同級別的權限。文件服務器采用端口控制訪問,保證了文件服務器的安全性。
系統(tǒng)軟件通過無線收發(fā)模塊,采用輪詢的方式采集低端各模塊數(shù)據,如果系統(tǒng)在查詢病人信息時超時,則跳過本模塊查詢,進入其它模塊的查詢,軟件會記錄查詢失敗次數(shù),當查詢失敗次數(shù)超過一定的閾值后,系統(tǒng)會發(fā)出報警信號。
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