王云光+張妍+羅章源+張蕾蕾

摘 要：在臨床與日常保健中，血氧飽和度（SPO2）測(cè)量具有重要意義。傳統(tǒng)采用有線測(cè)量方法，必然會(huì)給病人帶來(lái)行動(dòng)上的不便。提出將血氧飽和度檢測(cè)系統(tǒng)與藍(lán)牙技術(shù)相結(jié)合的測(cè)量方式，可有效克服傳統(tǒng)系統(tǒng)的諸多弊端。此外，還提出了應(yīng)用ARMS嵌入式網(wǎng)關(guān)的設(shè)想，在有效接入Internet的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏血氧飽和度監(jiān)測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

關(guān)鍵詞：藍(lán)牙傳輸；無(wú)線傳輸；脈搏血氧飽和度；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

DOIDOI：10.11907/rjdk.162061

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2016）012-0046-02

0 引言

血氧飽和度（SPO2）指氧合血紅蛋白容量占脈血中全部可結(jié)合的血紅蛋白容量的比例[1]。目前，關(guān)于血氧飽和度的測(cè)量已被廣泛應(yīng)用于臨床中，特別是針對(duì)重癥病人以及手術(shù)中的病人，血氧監(jiān)測(cè)是治療過(guò)程中必不可少的內(nèi)容。導(dǎo)線連接是傳統(tǒng)血氧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的連接方式，臥床監(jiān)護(hù)方式也是在導(dǎo)線連接環(huán)境下形成的，這種監(jiān)護(hù)方式必然會(huì)給病人的行動(dòng)帶來(lái)諸多不便。因此，便攜式、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、多參數(shù)監(jiān)護(hù)以及實(shí)時(shí)信號(hào)處理等已成為目前醫(yī)療監(jiān)護(hù)產(chǎn)品的總體發(fā)展趨勢(shì)。本研究創(chuàng)新性地將低功耗藍(lán)牙傳輸技術(shù)應(yīng)用到血氧飽和度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，利用藍(lán)牙技術(shù)無(wú)線傳輸血氧飽和度信號(hào)。該系統(tǒng)不僅能夠?yàn)椴∪说淖杂尚袆?dòng)帶來(lái)便利，同時(shí)也能夠?yàn)檫h(yuǎn)程醫(yī)療與家庭監(jiān)護(hù)創(chuàng)造更多有利條件。

1 控制器血氧飽和度儀設(shè)計(jì)

單片機(jī)產(chǎn)生控制信號(hào)，使紅光及紅外光二極管交替發(fā)光，光電傳感器對(duì)信號(hào)放大并經(jīng)過(guò)濾波電路處理，即可將信號(hào)送入單片機(jī)的A/D通道內(nèi)，然后由單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行計(jì)算處理，最后通過(guò)串口將獲取的血氧飽和度與脈率發(fā)送到嵌入式網(wǎng)關(guān)中。

嵌入式網(wǎng)關(guān)采用的處理器為Samsung（三星公司）的“S3C2410”微處理器，此處理器的操作系統(tǒng)是在Linux下構(gòu)建而成，主要功能是通過(guò)網(wǎng)口轉(zhuǎn)發(fā)串口接收的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的連接。通過(guò)嵌入式網(wǎng)關(guān)之后，系統(tǒng)設(shè)備即可在近距離范圍內(nèi)訪問(wèn)Internet以及本地網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到與遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心互聯(lián)的效果。

較之于傳統(tǒng)的有線電纜傳輸方式，血氧飽和度儀與嵌入式網(wǎng)關(guān)的連接是通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙傳輸方式實(shí)現(xiàn)的，這里的藍(lán)牙串口適配器與有線電纜連接方式相同，僅需將數(shù)據(jù)寫(xiě)入串口，即可將其傳輸?shù)竭h(yuǎn)端用戶設(shè)備中[2]。有線串口電纜連接方式（即血氧飽和度儀與嵌入式網(wǎng)關(guān)相連）與藍(lán)牙連接方式分別如圖1、圖2所示。

2 脈搏血氧飽和度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3為脈搏式SPO2檢測(cè)儀的原理結(jié)構(gòu)圖。SPO2檢測(cè)儀主要是由單片機(jī)、指套式光電傳感器、光源驅(qū)動(dòng)、A/D轉(zhuǎn)換以及放大器等構(gòu)成。單片機(jī)采用AT89C51；A/D轉(zhuǎn)換采用AD7854L（ADI公司生產(chǎn)的12位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器件），其能夠滿足儀器對(duì)精度及速度的要求；放大器選用AD8603（ADI公司生產(chǎn)）。另外，一般情況下，為方便測(cè)量，基本上會(huì)以手指作為SPO2測(cè)量的部位，所以大多選用套式光電傳感器。

指套式光電傳感器采用紅光與紅外光交替發(fā)光的方式，而相應(yīng)的接收部分則是一個(gè)光電池[3]。相反，放大器電路采用二階低通濾波電路，通過(guò)對(duì)電容、電阻的合理選用，使截止頻率為4Hz，以充分滿足脈搏跳動(dòng)頻率的要求。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，將人體中指插入指套，一旦手指脈搏出現(xiàn)跳動(dòng)，即可透過(guò)手指?jìng)魅胂鄳?yīng)的λ中，λ接收到的二極管光強(qiáng)則會(huì)發(fā)生變化，并轉(zhuǎn)換成電脈沖，經(jīng)放大被送往AD7854L中采樣。AT89C51則根據(jù)采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的R，最終由SPO2=AR+B公式計(jì)算出實(shí)際的血氧飽和度。從整體上看，此儀器無(wú)論是對(duì)λ的接收、放大還是對(duì)AD的采集，都采用同一個(gè)通道。該方式能夠有效克服多通道傳輸中因通道特性差異造成的誤差，使測(cè)量精度得到提升。

3 血氧飽和度數(shù)據(jù)藍(lán)牙傳輸

以藍(lán)牙技術(shù)為傳輸方式的儀器通過(guò)單片機(jī)（基于HCI層）實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)牙模塊的控制，藍(lán)牙主機(jī)的控制器接口（即HCI）同時(shí)也是藍(lán)牙模塊與主機(jī)（如PC、DSP及控制藍(lán)牙模塊的單片機(jī)等）之間的軟硬件接口[4]。一般而言，通信工作都是通過(guò)HCI傳輸層實(shí)現(xiàn)的，具體傳輸框圖如圖4所示。

控制器與主機(jī)之間的信息交換是由HCI收發(fā)封包的工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。HCI傳輸層傳送的封包主要有3種類型，分別為事件封包、指令封包與數(shù)據(jù)封包[5]。其中，數(shù)據(jù)封包又被劃分為SCO與ACL數(shù)據(jù)封包。但一般情況下，主機(jī)與主機(jī)控制器通過(guò)指令應(yīng)答的方式實(shí)現(xiàn)控制，在接收到相應(yīng)的事件封包后，主機(jī)控制器會(huì)將其返回主機(jī)中，從而檢查一些指令是否執(zhí)行，一旦指令實(shí)施過(guò)程中產(chǎn)生了微小錯(cuò)誤，返回的事件封包（主要內(nèi)容為指令狀態(tài)）則會(huì)顯示出相應(yīng)的錯(cuò)誤代碼。

USB協(xié)議、RS232協(xié)議與UART協(xié)議是構(gòu)成HCI傳輸層串行協(xié)議的3大協(xié)議。需要注意的是，除上述協(xié)議外，HCI傳輸層還存在第4個(gè)協(xié)議，即PC卡傳輸層協(xié)議。針對(duì)不同的應(yīng)用需求，4種傳輸協(xié)議均能發(fā)揮一定功效，但其中的UART方式是最容易實(shí)現(xiàn)的。

從整體上看，UART接口中所有數(shù)據(jù)的收發(fā)都經(jīng)過(guò)了TX與RX兩條線，要想判斷接收到的HCI封包類型，具有一定難度[6]。因此，只有對(duì)通過(guò)UART（包含RS232）接口傳送的封包貼上相應(yīng)標(biāo)志，才能有效劃分封包類型，如0x01為指令封包，0x02為ACL數(shù)據(jù)封包，0x03為SCO數(shù)據(jù)封包，0x04為事件封包等。一般情況下，ACL的數(shù)據(jù)通信主要?jiǎng)澐譃?個(gè)步驟，即：藍(lán)牙模塊初始化→HCI流量控制設(shè)置→查詢→建立連接→進(jìn)行數(shù)據(jù)通信→斷開(kāi)連接。

綜上所述，這種通過(guò)HCIUART傳輸層對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行操作的方式，能夠有效完成血氧飽和度設(shè)備藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程。該系統(tǒng)通信波特率為9 600bps，這是受單片機(jī)UART接口速率限制的原因[7]。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的普通條件下，傳輸距離為10m，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠。調(diào)試結(jié)果表明，本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能高效傳輸脈搏血氧飽和度的數(shù)據(jù)信息。具體而言，借助對(duì)外射頻功率放大模板，使藍(lán)牙通信的覆蓋范圍長(zhǎng)期穩(wěn)定在100m以內(nèi)。然而，如果配置具有藍(lán)牙功能的手機(jī)，可在更大范圍內(nèi)擴(kuò)展傳輸距離。同時(shí)，手機(jī)可利用GSM/GPRS將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的控制中心，以便于人們的信息交換。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究重點(diǎn)為一種充分利用嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)血氧飽和度信息傳輸?shù)倪h(yuǎn)程脈搏血氧飽和度監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，此監(jiān)護(hù)系統(tǒng)能夠有效將血氧飽和度信息傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心[8]。與此同時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)于血氧飽和度儀與嵌入式網(wǎng)關(guān)的連接主要采用無(wú)線藍(lán)牙串口適配器的方式實(shí)現(xiàn)，該方式能夠?yàn)椴∪藥?lái)更多行動(dòng)上的便利。隨著以太網(wǎng)的日益普及，諸多常規(guī)的串口通信設(shè)備都可以通過(guò)以太網(wǎng)接入到控制網(wǎng)絡(luò)中，從而更具便捷性。其采用的Linux操作系統(tǒng)利用免費(fèi)開(kāi)發(fā)的工具包，可以在很大程度上降低開(kāi)發(fā)成本，這無(wú)疑代表了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一個(gè)新方向。

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（責(zé)任編輯：黃 ?。?