檀業(yè)健

(河源技師學院，廣東 河源 517000)

0 引言

目前我國醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)大多采用有線或存儲式。有線醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備由于接線復雜、布線困難，因此只能固定在一個位置使用，導致醫(yī)院的醫(yī)療監(jiān)護設(shè)備使用效率大幅度降低，而且復雜的接線設(shè)置也易導致患者心理壓力過大，影響其配合治療的情緒。存儲式是在給患者安裝設(shè)備后可以在任何地方測量，但測量后必須回到醫(yī)院取下設(shè)備讀取里面數(shù)據(jù)并進行分析，這種方式不能及時了解患者的實時情況，不能及時采取相應(yīng)急救措施。當前無線醫(yī)療實時監(jiān)護系統(tǒng)成為了監(jiān)護系統(tǒng)發(fā)展的主要方向，因此對基于ZigBee的無線醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的研究具有現(xiàn)實意義。

住院的重病患者隨時都可能發(fā)生病變，因此需要監(jiān)護系統(tǒng)具備實時監(jiān)護與呼叫的功能，ZigBee無線技術(shù)能完全滿足這種實時在線監(jiān)護的要求。不管患者在ZigBee信號覆蓋的任何地方，當出現(xiàn)突發(fā)性病變時，都可以通過佩戴在患者身上的ZigBee無線呼叫器將自動檢測結(jié)果發(fā)到最近的醫(yī)院急救中心，并對監(jiān)護人發(fā)出報警提示信息，使患者能夠得到及時的救助，保障了患者的生命安全。本文采用Zigbee技術(shù)，研制了可滿足一般病房監(jiān)護需求的醫(yī)用設(shè)備。

1 病房監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

本設(shè)計以CC2530為主控芯片，由血壓模塊、脈搏模塊、液滴模塊、呼吸模塊、報警模塊、控制模塊(按鍵、電機、呼叫)和顯示模塊等組成，如圖1所示。

1.1 脈搏模塊

脈搏模塊對心率波形、脈搏進行測試，采用反射式光電傳感器測量方式，內(nèi)部集成專用傳感器檢測，通過指夾式獲取指尖心率數(shù)據(jù)。傳感器采樣原理是通過高穿透率的IR紅外發(fā)射管發(fā)射不可見光照射指尖，紅外發(fā)射管對面是對應(yīng)的紅外接收管，在心跳的不同時間，指尖毛細血管的血量是不一樣的，發(fā)射管的紅外光透過手指，紅外接收管接收到經(jīng)過放大的信號從而根據(jù)透過手指的紅外光判斷心率。

圖1 病房監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)框圖

1.2 血壓模塊

血壓測量模塊采用MPX5050GP壓力傳感器直接將動脈血液對血管壁的血壓信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)放大和調(diào)節(jié)后送入A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過單片機系統(tǒng)的數(shù)值換算調(diào)整顯示，作為對血壓的檢測數(shù)據(jù)。

1.3 OLED顯示模塊

OLED主要顯示心率采集波形、血壓的高低(高壓與低壓值)、輸液液滴速度、呼吸是否正常、患者個人信息等。OLED模塊病房監(jiān)控顯示如圖2所示。

2 病房監(jiān)控系統(tǒng)功能分析

根據(jù)病房的需求設(shè)計的病房監(jiān)控系統(tǒng)主要功能有:

(1) 心率傳感器信號的實時采集和處理。通過心率測量模塊控制IR發(fā)射，輸出模擬信號和心率波形。采用單片機AD采集信號，通過模塊上運放的比較電路將心率值的大小、心率波形在OLED顯示器上顯示。當輸出心率過高或過低時發(fā)出報警信號，使醫(yī)護人員盡早了解患者的突發(fā)情況。

(2) 呼吸信號的實時采集和處理。采用熱電阻式傳感器，將熱敏器件用膠帶粘在患者鼻腔或口腔下方檢測患者呼吸出的氣體溫度。由于熱敏器件體積較小且簡單易用，因此監(jiān)控檢測過程中患者沒有不舒服的感覺，不影響正常的睡眠休息。利用信號濾波電路提取有效的采樣信號后，通過處理器將呼吸模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，同時實現(xiàn)計數(shù)和顯示功能，如果檢測到呼吸信號暫停時間大于10 s，則警報器發(fā)出警報信號。

圖2 OLED模塊病房監(jiān)控顯示

(3) 血壓信號的實時采集和處理。壓力傳感器的膜片受到外部的壓力作用從而產(chǎn)生應(yīng)變，并傳遞給電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片檢測到應(yīng)變后使電橋四臂的電阻發(fā)生變化，經(jīng)測量電路轉(zhuǎn)換成與外力成正比的模擬電信號，再通過控制系統(tǒng)的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而把血壓大小數(shù)值在OLED顯示器上顯示出來。

(4) 紅外光電式輸液傳感器實時采集和處理。液滴檢測采用紅外傳感器檢測技術(shù)，在茂菲式滴管上方測量輸液液滴速度。紅外發(fā)射設(shè)備發(fā)出紅外光后，光線穿過茂菲式滴管照射到光電接收三極管上，紅外傳感器將光線變成電流信號進行輸出。如果茂菲式滴管中沒有液滴滴下，光線的衰減就比較小，傳感器有高電平信號輸出;如果茂菲式滴管中有液滴滴下，光線的衰減就比較大，傳感器有低電平信號輸出。將檢測到的傳感器信號送入單片機處理，就可以計算出輸液的點滴速度。

3 病房監(jiān)控系統(tǒng)信號采集處理

由于病房監(jiān)控系統(tǒng)采用無線監(jiān)控，無論是采集數(shù)據(jù)還是發(fā)送控制命令，首先應(yīng)建立無線網(wǎng)絡(luò)，通信成功后再進行無線數(shù)據(jù)傳送的調(diào)試。軟件設(shè)計需兼顧發(fā)送端A/D采集數(shù)據(jù)并發(fā)送，接收端接收數(shù)據(jù)并通過UART傳至下一級。ZigBee PRO協(xié)議內(nèi)嵌了一個小型的操作系統(tǒng)來維持多任務(wù)的有序執(zhí)行,病房監(jiān)控系統(tǒng)信號采集處理流程如圖3所示。

圖3 病房監(jiān)控系統(tǒng)信號采集處理流程

建立組網(wǎng)時，終端節(jié)點設(shè)備將主動尋找協(xié)調(diào)器的波特率并加入。綁定時，先發(fā)出綁定請求，若發(fā)現(xiàn)允許綁定的協(xié)調(diào)器設(shè)備，采集節(jié)點設(shè)備就會對綁定設(shè)備發(fā)出綁定請求信號，若綁定成功并返回成功標記，則綁定完成。顯示部分采用SPI版OLED顯示，SPI版采用了SPI總線通信方式，該方式為同步串行通信，只能對OLED顯示屏進行寫操作，不能進行讀操作。

4 結(jié)語

本病房監(jiān)控 系統(tǒng)將采集放置在受護理端，然后將數(shù)據(jù)通過無線的方式傳遞至另一邊的分析端。這樣既給了受護理者充分的自主性，又有專業(yè)醫(yī)務(wù)人員的實時監(jiān)控，減輕了醫(yī)院護士的勞動強度，大大提高了醫(yī)院的醫(yī)療管理效率。

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