远程便携多参数监护系统的研究

商洪涛 张 丽△ 刘宇静 唐 辉 袁钟清

[文章编号] 1672-8270(2015)09-0062-03 [中图分类号] R197.324 [文献标识码] A

远程便携多参数监护系统的研究

商洪涛①张 丽①△刘宇静①唐 辉①袁钟清①

[文章编号] 1672-8270(2015)09-0062-03 [中图分类号] R197.324 [文献标识码] A

目的：利用无线网络技术和电子技术与医疗相结合，开发基于嵌入式系统的多生理参数便携监护系统，以实现对社区内特定患者或医院住院患者等人群的远程医疗监护。方法：系统采用多终端的客户机/服务器(C/S)结构和多进程并发方式来实现对多个患者的不同参数数据的发送、接收、实时显示、存储以及报警等功能。结果：终端的嵌入式控制与传输平台基于Z-Word公司的RCM3000 Rabbit Core模块。结论：监护系统实现了对体温、血氧饱和度及脉搏等参数的监控，具有一定的实用性和市场前景，符合数字化医疗的需求。

嵌入式系统；多参数监护；远程监护；生理参数；传感器

[First-author’s address] Medical Engineering Department, General Hospital Under Beijing Area Command, Beijing 100700, China.

目前，在现代医疗体系中社区医疗保健数字化医院的崭新模式正在蓬勃兴起，借助远程监护这一新型医疗模式较好地解决了患者在正常的生活状态下以较低费用获得在医院病房同样的监护服务的问题，而基于数字化医疗的研究已纳入国家“863”计划之中，数字化医疗在社区医疗保健中具有极其重要的意义[1]。

随着计算机与电子设备的发展，市场上出现了一些简单的便携式生理参数监护设备，如心电BB机、心电/血压远程监护系统等，但其大多数依靠PC机和总线技术，灵活性差，功能单一[2]。此外，生理参数监护站目前应用较广，多数医院的ICU和CCU均已普遍采用，但监护站通常采用专用的软件设备，价格昂贵且不易集成，不适合应用于社区或病房的无线远程监护[3]。随着嵌入式操作系统采用嵌入式技术的发展与成熟，利用该技术可将无线Internet延伸到应用广泛的微处理机上，可实现基于无线网络的远程数据采集、远程控制、远程监护及报警等功能[4-5]。为此，本研究设计的监护系统正是采用嵌入式技术开发的远程监护系统，该系统与基于PC机的多参数监护系统和基于现场总线的中央监护系统相比，灵活性高，功能更强，更适合社区医疗保健和病房监护使用[6]。

1 远程便携多参数监护系统架构

1.1 系统构成

患者端应用于社区或医院病房，中心监护位于医院或社区医疗保健中心，系统架构如图1所示。

1.2 系统模块

该系统由患者端和监护站两个部分组成。其中，患者端由生理参数检测、模拟/数字(analog/digital，A/D)转换嵌入式系统及无线网卡等组成。监护站由无线集线器和服务程序构成。

1.3 工作流程

多生理参数检测部分对患者的心电、血压、血氧、体温、脉搏及呼吸等重要生理参数进行实时采集，并对信号进行放大滤波等处理，由A/D采集嵌入系统中。嵌入式系统可对数据进行必要的处理，提取出所需的特征参数，并驱动液晶显示器(liquid crystal display，LCD)实时显示便携仪的工作状态和生理参数的变化情况[7]。此外，可选择存储有价值的生理信息，无线网卡与嵌入式系统十分方便地连在一起，可将数据通过无线网络直接传输到监护站[8]。监护站对远程终端进行实时监测与控制，并结合数据库技术，实现数据的存储、打印、查询报警和显示功能[9]。

图1 远程便携多参数监护系统架构示意图

2 远程便携多参数监护系统结构

2.1 体温测量

体温测量模式使用红外式的检测方式，与传统的温度检测系统相比红外温度检测的最大特点是非接触式测量，而这种测量具有较好的电气安全性和测量精度(如图2所示)。图2是一种常用的红外温度传感器(Irt/c.u-k—98.6 F/37 ℃)，且具有良好的线性，在实际应用当中与k型热电偶一致，可通过单片集成放大器进行接口[10-11](如图3所示)。

图2 红外温度传感器示图

图3 单片集成放大器电路图

2.2 血氧饱和度检测

血氧饱和度的检测方法与传统的指夹法无区别， LED1与LED2的波长分别为660 nm和940 nm，当不同波长的光透射过手指后，由差分放大器对其进行处理，消除背景光的影响后从Vo1和Vo2输出(如图4所示)[12]。

图4 血氧饱和电路原理框图

2.3 血压检测

血压检测部分可与血氧饱和度检测相结合，使用光电方法检测血容量进而计算出血压，给环形指套充气对手指加压后进入压力传感器对压力进行测量，并由CPU判断充气和放气时机[13]。

2.4 嵌入式系统功能

嵌入式平台采用美国Z-Word公司的RCM3000 Rabbit Core作为核心处理和控制单元。RCM3000可实现完全以太网接入功能，易实现与网卡等网络设备的连接。同时，Rabbit Core由高性能的8位Rabbit微处理器驱动，使用Dynamic C这种友好的指令集进行程序设计。RCM3000共有6个串口，7个并口，并带有一个Base-T的以太网口，集成的以太网口使得设计者可以脱离串口通信和控制的限制，使用廉价的网络设计可实现本地与Internet实时连接[14]；使用以太网Rabbit Core模块的嵌入式系统可通过任何局域网和互连网实现控制和数据传输功能[15]。

2.5 嵌入式系统编程

程序的开发使用工业级的DynamicCSE开发平台，其专为Z—Word产品创建的集成开发环境，与标准C相比，更好地涵盖了多任务的构造[16]。在本系统中程序的功能是控制生理参数采集电路工作，对信号进行处理后通过无线网卡发送出去，同时，LCD和按键可以增强系统的实用性和可视性[17]。

3 结论

远程便携多参数监护系统基于嵌入式系统，具有功能强大、接口丰富、轻便灵活、扩展性强以及交互性好等特点，可广泛运用于社会医疗保健与医院病房等场合，具有良好的社会前景。数字化医疗服务是未来医疗行业发展的趋势，也是当今技术应用研究的一个热点领域。本系统利用嵌入式构建多生理参数监护，能够较好地提高医疗服务层次，有望成为数字化医疗的重要组成部分，以满足社区内特定患者或医院住院患者等人群的远程医疗监护需求[18]。

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Remote portable multi-parameter monitoring system research/SHANG Hong-tao, ZHANG Li, LIU Yu-jing, et al// China Medical Equipment,2015,12(9)∶62-64.

Objective∶ This article demonstrated the implement of portable multi-parameter physiological monitoring system. The system is build on embedded system, and combines wireless network, electronic, and medical technologies, it provides remote medical care for specific patients or inpatients. Methods∶ The system uses multi-terminal client/server architecture and multithread concurrency technology to implement the asynchronous sending, transmission, display, storage and alert of parameters for different patients. The system uses RCM3000 Rabbit Core of Z-Word as embedded core. Results∶ The system can monitor multi physiologic parameters, such as body temperature, saturated pulse oxygenmetry(SpO2),pulse rate, respiratory wave, ECG. Conclusion∶ The system not only fulfills the requirement of digital medical care, but also has great practicability and vendibility.

Embedded system; Multi-parameter minitoring; Telecare; Physiological parameters; Sensor

商洪涛,女,(1977- ),本科学历，主管技师。北京军区总医院医学工程科，从事医学计量工作。

2015-02-02

①北京军区总医院医学工程科 北京 100700

△共同第一作者：张丽

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.09.019