洪范宗，蘇秋玲，陳劍云，黃向東，田君鵬，王偉

1.解放軍第175醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，福建漳州 363000；2.解放軍第180醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，福建 泉州 362000；3.解放軍第92醫(yī)院 藥械科，福建 南平 353000

基于智能手機(jī)APP的重癥患者生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用

洪范宗1，蘇秋玲2，陳劍云3，黃向東1，田君鵬1，王偉2

1.解放軍第175醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，福建漳州 363000；2.解放軍第180醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，福建 泉州 362000；3.解放軍第92醫(yī)院 藥械科，福建 南平 353000

目的設(shè)計(jì)基于智能手機(jī)APP的重癥患者生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重癥患者生命體征數(shù)據(jù)，使醫(yī)護(hù)人員隨時(shí)掌握重癥患者生命體征的變化信息。方法 依據(jù)現(xiàn)有智能手機(jī)APP的實(shí)用性強(qiáng)、適用性廣的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)重癥患者生命體征所需的信號(hào)處理單元、網(wǎng)絡(luò)單元和手機(jī)端APP應(yīng)用軟件。結(jié)果系統(tǒng)急救設(shè)備信息讀取裝置可實(shí)時(shí)讀取重癥患者生命體征監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，由信號(hào)轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)椒?wù)器存儲(chǔ)，利用現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)顯示于智能手機(jī)APP平臺(tái)。結(jié)論基于手機(jī)APP的移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)，對(duì)重癥患者監(jiān)護(hù)監(jiān)測(cè)具有發(fā)展前景。

手機(jī)APP；重癥監(jiān)護(hù)；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器；云端服務(wù)器

引言

醫(yī)院重癥病房（ICU）是危重患者相對(duì)集中的場(chǎng)所，通常配備各種先進(jìn)的診斷、監(jiān)護(hù)和治療設(shè)備，如呼吸機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、輸液泵、注射泵、除顫儀、CRRT（連續(xù)性腎臟替代治療）、PICCO（脈搏指示連續(xù)心排出量）等，對(duì)危重患者實(shí)施連續(xù)的、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)并采取有效和及時(shí)的干預(yù)措施，以最大限度保障患者生命安全和有效救治，是醫(yī)院綜合救治水平的直接反映。在重癥病房，患者病情變化快，生命體征不穩(wěn)定，如何能在最短時(shí)間內(nèi)獲取生命體征變化信息并進(jìn)行有效救治，對(duì)于保障患者生命安全顯得尤其重要[1]。

目前，醫(yī)護(hù)人員獲取重癥患者生命體征變化通常由中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)和床旁巡查相結(jié)合的方式[2-3]。中央監(jiān)護(hù)系統(tǒng)一般只監(jiān)測(cè)床旁監(jiān)護(hù)儀的心電、血氧、呼吸、脈率、血壓、體溫等信息，床旁巡查聽到設(shè)備報(bào)警聲后進(jìn)行處理或者定期巡查，這兩種方式都不能全面、及時(shí)獲取重癥患者生命體征變化信息，而且獲取區(qū)域僅限于重癥病房這個(gè)區(qū)域。隨著移動(dòng)醫(yī)療和智能手機(jī)軟件的快速發(fā)展，研制智能手機(jī)APP用于隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)重癥患者生命體征數(shù)據(jù)成為了可能[4]。因此，本文以重癥患者生命體征變化監(jiān)測(cè)為目的，研究設(shè)計(jì)基于智能手機(jī)APP的重癥患者生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于智能手機(jī)APP的重癥患者生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)護(hù)設(shè)備端、數(shù)據(jù)服務(wù)器、信號(hào)處理單元、網(wǎng)絡(luò)單元和移動(dòng)APP端應(yīng)用幾部分組成（見圖1）。其中信號(hào)處理單元主要完成數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和處理功能，網(wǎng)絡(luò)單元主要完成信號(hào)加密和傳輸功能，最終由移動(dòng)APP端進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼、顯示，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的目的。

圖1 基于智能手機(jī)APP的重癥患者生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)框圖

2 信號(hào)處理單元設(shè)計(jì)

信號(hào)處理單元采用嵌入式處理器控制。微控制單元（MCU）選用富士通公司生產(chǎn)的芯片MB9BF210T[5]，該高集成度芯片所采用的架構(gòu)為目前主流的基于ARM Cortex-M3的32位內(nèi)核，其主頻速度達(dá)到144 MHz，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、通信接口豐富、性能可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)。芯片完全采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，使其具有超強(qiáng)的抗干擾能力及環(huán)境適應(yīng)性，非常適合對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和設(shè)備長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性要求高的場(chǎng)合。

2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

重癥監(jiān)護(hù)室醫(yī)療設(shè)備主要包括呼吸機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、輸液泵等，這些監(jiān)護(hù)設(shè)備均提供RS232或RS485串口接口，以便設(shè)備與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。因此，系統(tǒng)應(yīng)用需設(shè)計(jì)串口到網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器對(duì)患者監(jiān)護(hù)過程實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)重新編譯，然后通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳到云端服務(wù)器，最終由服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并保存。轉(zhuǎn)換器還包括專用波特率發(fā)生器，只要設(shè)置特定波特率和錯(cuò)誤診斷機(jī)制就可減少數(shù)據(jù)采集誤碼率。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的硬件連接示意圖，見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器硬件連接示意圖

2.2 網(wǎng)絡(luò)接口

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸采用RJ45電磁隔離型網(wǎng)口實(shí)現(xiàn)，遵循IEEE802.3協(xié)議，支持10 Mbps/100 Mbps傳輸模式及全雙工/半雙工傳輸方式。信號(hào)處理單元網(wǎng)絡(luò)接口接入正常，則數(shù)據(jù)傳輸至云端服務(wù)器。

2.3 電源模塊設(shè)計(jì)

信號(hào)處理單元采用市面上通用的DC 5V作為設(shè)備供電電源，通過DC電源圓形插座從外部接入。設(shè)計(jì)屏蔽、保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)防靜電、防浪涌功能。

2.4 信號(hào)提示

信號(hào)處理單元提供電源指示燈、數(shù)據(jù)收發(fā)指示燈、網(wǎng)絡(luò)收發(fā)指示燈和報(bào)警信號(hào)指示燈。電源正常接入則電源綠色指示燈常亮；數(shù)據(jù)收發(fā)指示燈和網(wǎng)絡(luò)收發(fā)指示燈在數(shù)據(jù)收發(fā)和網(wǎng)絡(luò)收發(fā)狀態(tài)下黃燈閃爍；當(dāng)信號(hào)處理單元發(fā)生故障，則紅色指示燈閃爍。

3 網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)計(jì)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)單元的網(wǎng)絡(luò)通信采用TCP/IP協(xié)議，以應(yīng)答式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。信號(hào)處理單元作為客戶端（Client），云端服務(wù)器（Server）發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，信號(hào)轉(zhuǎn)換器根據(jù)請(qǐng)求報(bào)文中的地址及功能碼的定義，應(yīng)答報(bào)文（報(bào)文協(xié)議可自行定義）。

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議定制

網(wǎng)絡(luò)通信TCP/IP采用輕型開源的LwIP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)以適應(yīng)手機(jī)APP資源應(yīng)用要求，有無操作系統(tǒng)支持都可以運(yùn)行。重癥患者生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用中需對(duì)LwIP進(jìn)行優(yōu)化，在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對(duì)RAM的占用，要求僅占用十幾KB的RAM和40 K左右的ROM。

3.2 手機(jī)APP通信模型

手機(jī)APP通信[6]同時(shí)采用TCP和UDP方式，從而適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸需求。TCP模式下通過客戶端和服務(wù)器端套接字函數(shù)實(shí)現(xiàn)，控制OutputStream和InputStream輸入輸出流，通信模型見圖3，通信過程數(shù)據(jù)以流的方式進(jìn)行傳送；UDP通信模型見圖4，手機(jī)端和服務(wù)器端通過端口號(hào)互相識(shí)別，端口號(hào)正確即可相互通信，這種通信模式將數(shù)據(jù)打包后發(fā)送。

圖3 系統(tǒng)TCP通信模型

圖4 系統(tǒng)UDP通信模型

4 應(yīng)用與討論

系統(tǒng)硬件采用經(jīng)陽極氧化的鋁合金堅(jiān)固外殼進(jìn)行外殼封裝，外殼兩翼分布安裝通孔，方便安裝維護(hù)、美觀耐用，且便于在場(chǎng)所固定使用。手機(jī)端APP應(yīng)用程序開發(fā)完成后即可與信號(hào)處理單元應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)單元進(jìn)行生命體征監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)過程中應(yīng)用IP信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由服務(wù)器端和應(yīng)用程序端socket套接字進(jìn)行數(shù)據(jù)通信鏈路鏈接。具體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)見圖5。

Research and Application of a Vital Sign Monitoring System for Patients in ICU Based on Smart Phone APP

HONG Fan-zong1, SU Qiu-ling2, CHEN Jian-yun3, HUANG Xiang-dong1, TIAN Jun-peng1, WANG Wei2
1. Department of Medical Engineering, the 175thHospital of PLA, Zhangzhou Fujian 363000, China; 2. Department of Medical Engineering, the 180thHospital of PLA, Quanzhou Fujian 362000, China; 3. Department of Medical Engineering, the 92ndHospital of PLA, Nanping Fujian 353000, China

ObjectiveTo design a vital sign monitoring system for patients in ICU based on smart phone APP so as to perform real-time monitoring of vital signs of patients in ICU and make medical stuff have a real-time command of changes in vital sign information. Methods In terms of the good practical applicability and wide-range adoption of smart phone APP, the required key technologies about signal processing unit, a network element and mobile terminal APP software application were designed.ResultsThe information reading device of the first aid device could read real-time vital sign monitoring data of critical patients, which was transmitted to the server by the signal converter and were displayed on the APP platform of the intelligent mobile phone via the existing 4G network.ConclusionThe mobile medical system based on mobile phone APP had a development prospect for intensive care monitoring.

mobile APP; intensive care unit; network data converter; cloud server

TP277；TP393.17

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.01.028

1674-1633(2017)01-0106-02

2016-04-15

軍事醫(yī)學(xué)計(jì)量科研專項(xiàng)課題（JL3-003）。

作者郵箱：180yyhfz@163.com