雷太榮,鄧 霄

(1.太原科技戰(zhàn)略研究院,太原030009;2.太原理工大學(xué)物理與光電工程系,太原030024)

重癥監(jiān)護(hù)室(ICU)是醫(yī)院ΙΙ類環(huán)境中最應(yīng)引起重視的高危易感區(qū),如果室內(nèi)空氣的溫濕度條件不合格,不僅會(huì)增大人體的發(fā)菌量而且會(huì)引發(fā)微生物的二次繁殖,將對(duì)病人造成二次感染,加重病情。相關(guān)研究表明[1]：在溫度26～31℃和相對(duì)濕度77～80%的環(huán)境中病菌最適宜生存,即在此條件下的人群最容易受到感染。同時(shí),如果醫(yī)院的各級(jí)環(huán)境不能保證相互間存在一定壓力梯度,將會(huì)造成病菌的彌散傳播和病人的交叉感染。2004年,我國相關(guān)部門已經(jīng)對(duì)醫(yī)院中不同科室的溫濕度和壓力條件作了規(guī)定[2]。這充分說明了對(duì)病房尤其是重癥監(jiān)護(hù)病房的溫濕度和壓力監(jiān)測(cè)是非常必要的。

目前,醫(yī)院重癥監(jiān)護(hù)室對(duì)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)主要依靠各種手持設(shè)備,監(jiān)測(cè)方式完全依賴人工觀測(cè),其缺點(diǎn)是不能保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、可靠性,不能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合管理、分析以及實(shí)時(shí)報(bào)警等功能,嚴(yán)重制約了醫(yī)院的信息現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。

基于上述原因,筆者提出了基于GPRS技術(shù)的重癥監(jiān)護(hù)病房環(huán)境參數(shù)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建方法,該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)采集病房中的相關(guān)參數(shù)(溫度、濕度、壓力)、自動(dòng)報(bào)警、無線組網(wǎng)以及數(shù)據(jù)庫管理等功能,對(duì)重癥監(jiān)護(hù)室環(huán)境指標(biāo)的智能化控制具有一定的指導(dǎo)作用。

1 系統(tǒng)組成與功能分析

通過實(shí)地考察重癥監(jiān)護(hù)室,并結(jié)合院方對(duì)病房環(huán)境數(shù)據(jù)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體需求,系統(tǒng)組成如圖1所示,其功能如下。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

1.1 病房數(shù)據(jù)采集儀的功能

1)通過信號(hào)電纜實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度、濕度、壓力傳感器信號(hào)的輸入;

2)通過MSP430F149單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣、濾波、計(jì)算、存儲(chǔ)(存儲(chǔ)信息半年)、顯示處理,并具有對(duì)遙測(cè)命令進(jìn)行識(shí)別、執(zhí)行的功能;

3)通過液晶顯示器實(shí)現(xiàn)日期、時(shí)間、溫度值、濕度值、壓力值的實(shí)時(shí)顯示;

4)通過面板鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)日期、時(shí)間、發(fā)送時(shí)間間隔等參數(shù)的預(yù)置;

5)提供標(biāo)準(zhǔn)RS232接口,通過GPRSDTU可實(shí)現(xiàn)與任何一臺(tái)上網(wǎng)微機(jī)的數(shù)據(jù)交互。

1.2 監(jiān)測(cè)中心功能

由設(shè)置于醫(yī)院監(jiān)控室的安裝有通用組態(tài)軟件并且能接入萬維網(wǎng)的PC管理微機(jī)和打印機(jī)組成,具有如下基本功能。

1)在Windows2007/XP環(huán)境下,通過良好的多媒體人機(jī)界面(組態(tài)王)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)中心站與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、命令發(fā)送、以及后期數(shù)據(jù)整理等功能。

2)通過GPRS無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)與重癥監(jiān)護(hù)室數(shù)據(jù)采集儀的雙向數(shù)據(jù)通信、歷史數(shù)據(jù)查詢、存儲(chǔ)和分析等功能。

3)通過數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)的管理,并具有查詢、打印等功能。

2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集儀硬件及軟件設(shè)計(jì)

2.1 采集儀硬件設(shè)計(jì)方案

根據(jù)重癥監(jiān)護(hù)室對(duì)溫度、濕度、壓力數(shù)據(jù)查詢的需要,終端的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)(如圖2所示)原則如下：

1)采集儀的應(yīng)用環(huán)境對(duì)可靠性要求較高,所以硬件電路設(shè)計(jì)需重點(diǎn)圍繞提高外圍工作電路的可靠性進(jìn)行。

2)系統(tǒng)對(duì)中斷的異步響應(yīng)能力是驗(yàn)證系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個(gè)重要方面,本系統(tǒng)需要及時(shí)響應(yīng)數(shù)據(jù)采集中斷以及數(shù)據(jù)通信中斷,因此增加中斷源可以更好的驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性。

3)基于GPRS的通用分組無線技術(shù)是今后一段時(shí)期內(nèi)數(shù)據(jù)自動(dòng)化報(bào)送方式的主流方向,因此采用GPRSDTU作為本系統(tǒng)的無線通訊設(shè)備。

圖2 終端硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

2.2 采集儀軟件設(shè)計(jì)方案

采集儀器的軟件設(shè)計(jì)中,充分考慮到與硬件體系的有機(jī)結(jié)合,利用MSP430F149的優(yōu)異特性實(shí)現(xiàn)對(duì)病房溫濕度及中央空調(diào)入口壓力的準(zhǔn)確測(cè)量。系統(tǒng)軟件采用模塊化形式,通過各模塊間子程序的調(diào)用,使程序更合理,更具有可讀性。

系統(tǒng)軟件主要由主程序、壓力數(shù)據(jù)采集程序、溫濕度采集程序、報(bào)警程序、實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序、鍵盤和LCD液晶顯示程序、SD卡存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)接收與發(fā)送程序等模塊構(gòu)成。

2.2.1 主程序的具體工作流程如圖3所示

圖3 終端軟件設(shè)計(jì)流程示意圖

系統(tǒng)上電對(duì)各個(gè)模塊初始化后,LCD根據(jù)變量screen的當(dāng)前值在屏幕中分別顯示時(shí)間、壓力值和溫濕度值。當(dāng)時(shí)鐘芯片的分鐘中斷程序置位后,主程序進(jìn)行空氣參數(shù)數(shù)據(jù)的采集,然后判斷當(dāng)前時(shí)間是否為上午九時(shí)、中午十二時(shí)或下午十七時(shí),如果是就將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到時(shí)鐘芯片的E2PROM和SD卡內(nèi),并向中心管理微機(jī)發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)值,最后返回顯示。

2.2.2 GPRS方式通信子程序

GPRS方式數(shù)據(jù)通信程序需要完成以下功能。

a.接收管理PC機(jī)調(diào)用命令(包括實(shí)時(shí)查詢和歷史查詢)并根據(jù)不同的命令向PC機(jī)返回現(xiàn)場(chǎng)重癥監(jiān)護(hù)室的環(huán)境數(shù)據(jù)信息。

b.系統(tǒng)每天運(yùn)行到規(guī)定的上報(bào)時(shí)間時(shí),向管理微機(jī)發(fā)送當(dāng)前重癥監(jiān)護(hù)病房的環(huán)境數(shù)據(jù)信息。

3 環(huán)境數(shù)據(jù)的傳輸格式

在信號(hào)的傳輸過程中,噪聲是以隨機(jī)字節(jié)出現(xiàn)的,可能是任意字節(jié)的組合。為了能夠分辨信號(hào)噪聲和有效數(shù)據(jù),本系統(tǒng)采用了Unicode編碼技術(shù),定義的數(shù)據(jù)傳輸格式如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)的傳輸格式

3.1 監(jiān)測(cè)中心命令幀

1)實(shí)時(shí)查詢命令。WXA75C5623F代碼的翻譯：查詢ICU A當(dāng)前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并返回中心站。

表2 監(jiān)測(cè)中心命令幀格式

2)歷史查詢命令。

表3 歷史查詢命令幀格式

WXA538653F2003000395E74003100306708003 1003865E50032003065F6代碼的翻譯：查詢10年10月18日20點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù),并返回中心站。

3.2 數(shù)據(jù)采集儀返回?cái)?shù)據(jù)幀

表4 數(shù)據(jù)采集儀返回?cái)?shù)據(jù)幀格式

WXA30393130323831323235203232393620363 533312D31363333代碼的翻譯：返回ICU A站點(diǎn)10年10月28日12點(diǎn)25分的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),其中溫度為22.96℃,相對(duì)濕度為65.31%,室內(nèi)負(fù)壓為-16.13 Pa.

4 監(jiān)測(cè)中心軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)中心軟件采用的是北京亞控科技開發(fā)的組態(tài)王6.53。該軟件采用了多線程、COM組件等新技術(shù)[3],通用性強(qiáng),完全可以滿足本系統(tǒng)在實(shí)際工作中的需求。

4.1 數(shù)據(jù)通信界面

數(shù)據(jù)通信是本軟件的核心,主要功能是實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集儀的無線通信,并將接收到的包括日期、時(shí)間、溫濕度、壓力等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示到畫面上。

4.2 歷史曲線查詢界面

組態(tài)王的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)除了在畫面中以值輸出的方式和以數(shù)據(jù)庫顯示外,還可以用歷史曲線的形式顯示,如圖4所示。

圖4 重癥監(jiān)護(hù)室數(shù)據(jù)歷史曲線

5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析

筆者利用該系統(tǒng)對(duì)重癥監(jiān)護(hù)室的溫度、濕度以及病房負(fù)壓進(jìn)行了測(cè)量,為了驗(yàn)證系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,同時(shí)采用其他測(cè)試設(shè)備與以上三個(gè)物理參量進(jìn)行了比對(duì)性數(shù)據(jù)分析。

5.1 溫濕度測(cè)試與分析

現(xiàn)場(chǎng)采集儀內(nèi)置瑞士Sensiron公司生產(chǎn)的具有內(nèi)置溫度補(bǔ)償功能的SHT75一體式溫濕度傳感器(精度±0.3℃,±1.8%相對(duì)濕度),比對(duì)實(shí)驗(yàn)使用川儀的便攜式溫濕度計(jì)(精度±0.1℃,±0.1%相對(duì)濕度),由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的局限,采用室內(nèi)加濕器、室內(nèi)空調(diào)分別作為控濕和控溫設(shè)備。

圖5 溫濕度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖

從圖5顯示的溫濕度比對(duì)結(jié)果看,現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集儀讀出的數(shù)值與便攜式溫度計(jì)指示值相差較小,溫度差保持在±0.3℃,濕度差保持在±1.5%相對(duì)濕度,完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用。

5.2 氣壓測(cè)試與分析

現(xiàn)場(chǎng)采集儀對(duì)負(fù)壓的測(cè)量采用美國西特的MODEL268電容式微差壓變送器,實(shí)驗(yàn)方案為：在一臺(tái)溫控箱中分別放置370數(shù)字式標(biāo)準(zhǔn)氣壓計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)采集儀,以國家計(jì)量站檢定標(biāo)準(zhǔn)器的環(huán)境溫度24℃為參考條件[4],并將二者置于同等高度。從基態(tài)開始以每20 min,溫度變化2℃為步長(zhǎng),共讀取8組顯示值。

從圖6所示的壓力比對(duì)結(jié)果看,現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集儀讀出的數(shù)值與370數(shù)字式標(biāo)準(zhǔn)氣壓計(jì)指示值基本相差不大,壓力誤差保持在±1.0 hPa左右,具有很好的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。

由于篇幅所限只列出了一次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),從實(shí)際運(yùn)行來看該系統(tǒng)接收、顯示數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,能夠及時(shí)反映重癥監(jiān)護(hù)室相關(guān)溫度、濕度以及壓力的參數(shù)信息,而且與常規(guī)同類便攜式測(cè)量裝置所測(cè)得數(shù)據(jù)相差較小,數(shù)據(jù)的可靠性高。

圖6 壓力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線圖

6 結(jié)論

介紹了基于GPRS的重癥監(jiān)護(hù)病房環(huán)境參數(shù)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與軟硬件設(shè)計(jì),著重闡述了系統(tǒng)的組成、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信方式以及管理軟件的功能。經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)測(cè)試運(yùn)行,環(huán)境數(shù)據(jù)能夠被準(zhǔn)確的解碼、顯示、傳輸和存儲(chǔ)。系統(tǒng)功能完善、運(yùn)行狀態(tài)良好、具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。

[1] 潘云川,莫成錦,陳彥堃,等.燒傷創(chuàng)面真菌的流行病學(xué)調(diào)查[J].中國燒傷創(chuàng)瘍雜志,1999(2)：12-14.

[2] 陶師魯.《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》簡(jiǎn)介[J].中國醫(yī)院管理,1984(2)：57-59.

[3] 汪志峰.工控組態(tài)軟件[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007.

[4] 羅淇朱,樂坤,高林,等.自動(dòng)氣象站氣壓傳感器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法[J].氣象科技,2008(4)：499-501.