李金寶

油田總醫(yī)院 透析凈化室，黑龍江 大慶163316

基于物聯(lián)網(wǎng)的透析患者體重采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

李金寶

油田總醫(yī)院 透析凈化室，黑龍江 大慶163316

目的基于物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)透析患者體重采集系統(tǒng)，用于管理透析患者的體重信息。方法 系統(tǒng)由ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和嵌入醫(yī)生工作站的透析患者體重管理軟件組成。結(jié)果醫(yī)生工作站透析患者體重管理軟件能自動計算患者的脫水量和反饋透析后的脫水量，并可以長時間管理患者的體重信息。1次測量時間＜3 min，精度為0.01 kg。結(jié)論系統(tǒng)開發(fā)采用物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，省去現(xiàn)場布線的要求，也節(jié)省了空間，同時方便了患者和醫(yī)護(hù)人員的使用。

血液透析機(jī)；透析患者體重采集系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；醫(yī)生工作站

引言

血液透析是尿毒癥患者維系生命治療的主要方式之一。在患者的每次治療前和透析后都需要跟蹤測量患者的體重，根據(jù)治療前后患者體重變化可以有效地評估本次透析療效[1-2]。透析患者的體重信息需要長期記錄，以便于醫(yī)護(hù)人員及時了解患者病情變化，及時調(diào)整治療方案[3]。目前我國大部分透析中心采用專門的醫(yī)護(hù)手寫記錄患者體重和血壓信息，造成工作效率低下，且不方便長期管理患者的體重信息[4-5]。

近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，改變了人們感知生活和獲取生活環(huán)境信息的方式。ZigBee通訊技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)通訊的一種方式，可以實現(xiàn)自組網(wǎng)通信，可以將傳感器采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器，實現(xiàn)環(huán)境信息的顯示、存儲和共享[6]。此外，基于射頻識別（RFID）卡的信息管理系統(tǒng)在生活中使用廣泛[7]，如小區(qū)的門禁卡、校園一卡通等。

本設(shè)計將ZigBee無線通訊技術(shù)應(yīng)用到透析患者體重采集和信息管理系統(tǒng)中。利用ZigBee終端節(jié)點(diǎn)讀取電子秤的體重數(shù)據(jù)，接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)；協(xié)調(diào)器讀取患者RFID卡，識別透析患者的身份信息；在醫(yī)生工作站設(shè)計系統(tǒng)軟件接收患者的RFID卡號和體重信息，并根據(jù)RFID卡號來記錄和存儲患者的體重信息，通過查詢數(shù)據(jù)庫信息來顯示透析患者的干體重和體重的增加量，以及顯示當(dāng)次的患者治療臺位[8]。該系統(tǒng)可長期記錄、存儲和管理透析患者的體重信息，以提高他們的生活質(zhì)量[9]，同時提高了醫(yī)護(hù)人員的工作效率。

1 方法

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

基于物聯(lián)網(wǎng)的透析患者體重測量系統(tǒng)由ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和醫(yī)生工作站系統(tǒng)軟件組成，見圖1。物聯(lián)網(wǎng)的通信控制芯片選擇的是JN5139ZigBee芯片（Jennic公司生產(chǎn)）；終端節(jié)點(diǎn)通過串口讀取電子秤的測量數(shù)據(jù)；協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)組建通信網(wǎng)絡(luò)，讓終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)；通過SPI總線連接RC522讀卡器，讀取患者的卡號，傳輸患者的信息。透析患者體重管理軟件以C++ Builder和SQL Server2008為開發(fā)工具。透析治療開始前后，患者刷RFID卡，協(xié)調(diào)器讀取的患者卡號信息并傳輸?shù)结t(yī)生工作站的透析患者體重管理軟件，軟件在數(shù)據(jù)庫中查詢患者信息，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)向終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令讀取電子秤上的患者體重數(shù)據(jù)，再通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)酵肝龌颊唧w重管理軟件。軟件計算、顯示和存儲患者體重信息，保證更高效的管理患者的體重信息。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

透析患者體重測量系統(tǒng)中，ZigBee無線通信采用JN5139-201-MO2通信模塊。該模塊微處理器性能高、使用頻段免費(fèi)，具有較高的讀寫功能（ROM和RAM），可以自組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。讀寫模塊采用Mifare RC522讀寫芯片，它是低電壓和低成本的非接觸式讀寫芯片。ZigBee節(jié)點(diǎn)通過串口讀取電子秤上的患者體重數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用樹狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)由終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器3部分組成，其中終端節(jié)點(diǎn)通過串口讀取電子秤顯示的患者體重數(shù)據(jù)，路由器節(jié)點(diǎn)主要實現(xiàn)路由傳輸?shù)闹欣^作用，協(xié)調(diào)器需要連接RC522讀卡器,識別患者的身份信息。根據(jù)JN5139系列芯片使用說明書設(shè)計了最小電路系統(tǒng)和串口通信功能，只需要將設(shè)計好的終端節(jié)點(diǎn)程序、路由器節(jié)點(diǎn)程序和協(xié)調(diào)器程序分別下載到相應(yīng)的模塊，承擔(dān)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)角色。在協(xié)調(diào)器端需要連接RC522讀卡器，通信方式是采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI總線，RC522和JN5139的引腳連接框圖，見圖2。

圖2 協(xié)調(diào)器與RC522讀寫器連接框圖

本文主要介紹相對復(fù)雜的協(xié)調(diào)器端的硬件電路設(shè)計，其中路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的電路設(shè)計大體相同，終端節(jié)點(diǎn)需要通過串口連接到患者的體重秤上讀取患者的體重數(shù)據(jù)，路由節(jié)點(diǎn)主要起到信號的中繼傳輸作用。

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要由ZigBee節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計和嵌入醫(yī)生工作站的系統(tǒng)程序設(shè)計兩部分組成。

ZigBee的節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計是在Jennic CodeBlock的開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編寫的。在系統(tǒng)的工程下面建立：Coordinate. cbp 、Router.cbp和EndDevice.cbp文件，分別對相應(yīng)的協(xié)議棧程序進(jìn)行應(yīng)用函數(shù)的編寫。

（1）協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)。路由器和終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，讀取患者的RFID卡號，并將患者的RFID卡號發(fā)送到醫(yī)生工作的系統(tǒng)軟件，同時接收醫(yī)生工作站發(fā)送過來的指令，傳輸?shù)较鄳?yīng)的終端節(jié)點(diǎn)，再將接收終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的患者的體重或血壓脈搏信息上傳到醫(yī)生工作站的軟件系統(tǒng)。

（2）終端節(jié)點(diǎn)需要著重說明的地方是接收事件觸發(fā)以后，首先判斷接收到的指令是發(fā)給本節(jié)點(diǎn)的（通過預(yù)定義的IDNum號判斷），然后讀取電子秤的測量數(shù)據(jù)，再通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到醫(yī)生工作站的透析患者體重管理軟件。考慮到網(wǎng)絡(luò)端的地址斷電后不能保存，所以在程序的文件頭中定義了終端的ID號，保證患者血壓、脈搏和體溫等生命體征信息安全存儲。

醫(yī)生工作站透析患者體重管理軟件與協(xié)調(diào)器通過串口通信，登錄系統(tǒng)程序后，點(diǎn)擊按鈕打開串口，就可以自動接收患者的RFID[10]卡號和體重信息，并從數(shù)據(jù)庫中查詢到患者的干體重，計算出透析間隙內(nèi)的體重增加量，透析治療結(jié)束后還可以計算出本次的患者脫水量，方便醫(yī)生評估本次的治療方案。嵌入醫(yī)生工作站的管理軟件交互式界面，見圖3。

2 結(jié)果

本系統(tǒng)設(shè)計了專用的醫(yī)生工作站系統(tǒng)軟件，能夠接收患者的RFID就診卡號，根據(jù)患者的RFID卡號，讀取數(shù)據(jù)庫中的患者信息，同時通過串口向ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的電子秤終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送讀取患者的體重指令，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)將讀取的患者體重信息通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)结t(yī)生工作站的系統(tǒng)軟件，開始治療前能夠根據(jù)患者的干體重計算出透析間期體內(nèi)潴留的水，透析結(jié)束后可以計算出患者本次治療的脫水量。測試顯示系統(tǒng)采集1次患者的體重時間＜3 min，精度可以達(dá)到±0.01 kg，現(xiàn)場測試場景，見圖4。

圖3 嵌入醫(yī)生工作站軟件系統(tǒng)界面

圖4 現(xiàn)場測試

JN5139ZigBee芯片使得通信網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定，無線通信距離更遠(yuǎn)，組網(wǎng)更加方便靈活，由于采用ZigBee無線通信技術(shù)，省去現(xiàn)場布線的要求，節(jié)省了空間，方便了電子秤節(jié)點(diǎn)和醫(yī)生工作站的移動，同時方便后續(xù)完善測量內(nèi)容和增加ZigBee節(jié)點(diǎn)操作簡單。

3 討論

近年來慢性腎臟病患者的發(fā)病率逐年增高，隨著病情的不斷惡化，透析患者的人數(shù)也在不斷增加，同時隨著社會條件的提高，醫(yī)療保險的加大投入，透析患者及其家庭對生活質(zhì)量提出了更高的要求，進(jìn)而推動了醫(yī)院透析室軟硬件環(huán)境的建設(shè)[11-12]。透析患者治療數(shù)據(jù)的數(shù)字化和信息化成為國內(nèi)外醫(yī)療公司和醫(yī)療研究機(jī)構(gòu)的熱點(diǎn)[4]，其中透析患者治療間期的體重變化和生命體征，影響著患者的生活質(zhì)量和決定著治療方案。

國內(nèi)現(xiàn)有的透析患者體重稱量方式多種多樣，多數(shù)都已經(jīng)采用了電子稱量系統(tǒng)，但是能夠?qū)㈦娮映雍歪t(yī)生工作站的患者信息管理軟件整合到一塊，并智能管理透析患者的體重和生命體征的患者稱重系統(tǒng)還很少見?；赯igBee通信的患者稱重系統(tǒng)，沒有相關(guān)報道。國外生產(chǎn)透析設(shè)備的大公司如德國貝朗和日本的日機(jī)裝都研發(fā)透析中心信息化管理系統(tǒng)和相應(yīng)的硬件設(shè)施，雖然信息化程度高，整體使用便利，但是存在著壟斷和費(fèi)用昂貴的缺陷，同時在我國透析設(shè)備品牌多，接入方式各不相同，很難達(dá)到采用一套設(shè)備管理透析患者治療信息的目的[13-14]。

本課題采用發(fā)展迅速的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集現(xiàn)有電子秤的患者體重數(shù)據(jù)，結(jié)合RFID刷卡技術(shù)來管理患者的身份信息，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將帶有患者身份的RFID卡號和體重傳輸?shù)结t(yī)生工作站的系統(tǒng)軟件，可以長時間存儲和管理患者體重信息。經(jīng)過實驗測試，采集1次患者的體重＜ 3 min，精度為±0.01 kg，符合實際的工作需要，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

因為ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以自由組網(wǎng)，還可以考慮將采集透析患者體溫、血壓、脈搏和血氧的終端節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建起管理患者生命體征的信息系統(tǒng)，為管理透析患者的健康提供長期的大數(shù)據(jù)，進(jìn)而有利于提高透析患者的生活質(zhì)量[15-16]，同時還能能夠方便透析中心的醫(yī)護(hù)人員提高工作效率。

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本文編輯 韓淑英

Design and Realization of Weight Acquisition System for Dialysis Patients Based on Internet of Things

LI Jin-bao1, MENG Hong-yan2
Dialysis Decontamination Room, Daqing Oilfield General Hospital, Daqing Heilong jiang 163316, China

ObjectiveTo develop weight acquisition system for dialysis patients based on internet of things to manage weight information of dialysis patients. Methods This system consisted of ZigBee terminal node, coordinator and weight management software of dialysis patients that was linked to doctor workstation.ResultsThe weight management software of dialysis patients at the doctor workstation can calculate dehydration amount and send feedback of dehydration amount after dialysis automatically, and can manage patients’ weight information for a long time. It takes less than 3 min to finish measurement, and the accuracy is 0.01 kg.ConclusionThe internet of things technology is adopted, which is time-saving without site wiring, at the same time, brings convenience for patients, doctors and nurses.

hemodialysis machine; weight acquisition system for dialysis patients; internet of things; doctor workstation

TP393.09

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.01.014

1674-1633(2017)01-0057-03

2016-07-01

2016-10-16

作者郵箱：3384426689@qq.com