廈門軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院 羅文星

嵌入式智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

廈門軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院 羅文星

現(xiàn)今絕大數(shù)醫(yī)院的病人在病房點(diǎn)滴輸液時，通常需要護(hù)士或家人專人現(xiàn)場看護(hù)。當(dāng)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(yī)護(hù)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(hù)人員是極大的浪費(fèi)。本研究擬開發(fā)一套嵌入式智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，利用智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的人工監(jiān)護(hù)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約醫(yī)院人工成本及降低醫(yī)療事故發(fā)生率。

嵌入式；傳感器；無線傳輸

一、系統(tǒng)總體設(shè)計

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)整個工作架構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)的檢測裝置利用光電非接觸式探測藥滴的動態(tài)，觸發(fā)電路工作。本系統(tǒng)設(shè)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(shè)備，沒有液體時會產(chǎn)生電信號。第二次報警，在滴管緩沖瓶處裝上光電設(shè)備，對輸液時運(yùn)動的水滴進(jìn)行監(jiān)測，如未檢測到水滴則報警。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊利用zigbee無線通信技術(shù)對輸液實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并通過中央處理器（服務(wù)器）把病房病人輸液的實(shí)時狀態(tài)顯示在護(hù)士站的大屏幕上，同時把信息同步到監(jiān)護(hù)護(hù)士的移動終端上（包括智能手機(jī)、平板等），當(dāng)藥液達(dá)到一次下限時，報警器向護(hù)士站的主機(jī)和責(zé)任護(hù)士智能手機(jī)終端發(fā)送該病床輸液預(yù)警信號。主機(jī)有LED大屏顯示，同時語音播報“XX號輸液即將完畢”。藥液達(dá)到二次下限時責(zé)任護(hù)士還未前來處理時，再次發(fā)送警報信號，同時病房的語音提示裝置發(fā)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(xiàng)目還增加了APP接口，親人可通過APP遠(yuǎn)程查看病人的輸液狀況及基本信息的查詢。本項(xiàng)目在硬件方面采用雙重監(jiān)測裝置解決了誤報率高，可靠性不強(qiáng)的缺點(diǎn) ，通過遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控提高了工作效率，解決了護(hù)士人手不夠的情況。

本系統(tǒng)設(shè)計難點(diǎn)如下：

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

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

（3）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)，ZigBee可具備支持星型網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對點(diǎn)等網(wǎng)絡(luò)，在彼此通信范圍內(nèi)，只要滿足通信要求，都可以進(jìn)行直接通信。

（4）嵌入式系統(tǒng)主機(jī)監(jiān)控平臺，采用英國ARM公司設(shè)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(shù)據(jù)信息的處理需求。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)組成：傳感器模塊、無線組網(wǎng)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(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

（1）傳感器模塊

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

（2）無線組網(wǎng)模塊

數(shù)據(jù)傳輸采用zigbee無線通信技術(shù)進(jìn)行傳輸，它作為一種傳感器網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)，非常適合傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常為小量的突發(fā)信號而要求進(jìn)行實(shí)時傳送的場合。遠(yuǎn)程輸液監(jiān)控中的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括輸液狀態(tài)和控制報警等信息，這些數(shù)據(jù)具有突發(fā)性、數(shù)據(jù)量小的特點(diǎn)，zigbee技術(shù)應(yīng)用于此是個不錯的選擇。采用Atmel公司生產(chǎn)的AT86RF230芯片，工作頻率2.4GHz的收發(fā)器，具有完整的微控制器和天線接口。信號發(fā)送采用偏移四相鍵控調(diào)制方式，調(diào)制信號由發(fā)送基帶處理器（TXBBP）產(chǎn)生，該信號被施加到頻率合成器上，以產(chǎn)生相同相位的解調(diào)信號，合成器輸出的信號進(jìn)行功率放大后，通過天線發(fā)送出去。

（3）聲光報警模塊

采用發(fā)光二極管，ISD2560語音錄放芯片。ISD2560片內(nèi)E2PROM容量為480K，錄放時間為60s，具有斷電保護(hù)、音質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。可以實(shí)現(xiàn)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大屏幕信息顯示。

（5）移動終端模塊

利用智能手機(jī)或者平板電腦，實(shí)現(xiàn)跟主機(jī)相互通信，完成遠(yuǎn)程控制。醫(yī)護(hù)人員可以隨時隨地監(jiān)控患者輸液狀態(tài)，保證輸液安全。

（6）MCU模塊

嵌入式系統(tǒng)主機(jī)監(jiān)控平臺，采用英國ARM公司設(shè)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(shù)據(jù)信息的處理需求。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)開始工作的時候先進(jìn)行初始化，檢測數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，認(rèn)證通過的進(jìn)行連接通信，將數(shù)據(jù)傳到MCU主機(jī)進(jìn)行處理并做出相應(yīng)的處理驅(qū)動各個響應(yīng)模塊。設(shè)計語言采用C語言，利用其移植性強(qiáng)的特點(diǎn)，便于后端應(yīng)用擴(kuò)展。

圖3 主程序流程

四、技術(shù)指標(biāo)

正常運(yùn)行時環(huán)境溫度：5℃-50℃；

運(yùn)輸儲存環(huán)境溫度：-10℃-55℃；

正常運(yùn)行時環(huán)境相對濕度：≤80%；

運(yùn)輸儲存環(huán)境相對濕度：≤95%；

設(shè)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(fā)射距離：100米。

五、結(jié)束語

靜脈輸液是現(xiàn)今臨床醫(yī)學(xué)重要的醫(yī)療手段，通過現(xiàn)代化電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控可以最大限度的減輕醫(yī)護(hù)人員的工作量，市場應(yīng)用空間極大。該設(shè)備可以基于醫(yī)院現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)高可靠、高效率的醫(yī)療系統(tǒng)智能化。進(jìn)一步提高監(jiān)護(hù)質(zhì)量，降低醫(yī)療事故。

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

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

[3]李平等.單片機(jī)入門與開發(fā)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[4]周立功. ARM嵌入式系統(tǒng)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(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2011.