基于移動(dòng)通信技術(shù)的遠(yuǎn)程妊娠高血壓綜合征監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

江 梅 馬志慶 張魁星*

妊娠高血壓綜合征(簡稱妊高征)是妊娠期特有的疾病，對母嬰危害極大，是引起圍產(chǎn)母嬰發(fā)病和死亡的主要原因之一[1]。據(jù)報(bào)道，妊高征在我國的發(fā)病率為9.4%～10%[2]。因妊高征的發(fā)病機(jī)制至今尚不明確，因此早期識別妊高征的亞臨床階段，提早發(fā)現(xiàn)妊高征的高危人群，對于臨床具有重要的意義[3-4]。

臨床研究表明，妊高征的生理病理變化是小動(dòng)脈痙攣，血流的變化先于血壓的變化[5]。在亞臨床階段(即血流發(fā)生改變時(shí))，通過血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)指標(biāo)動(dòng)態(tài)預(yù)測妊高征可以更有效地篩選高危人群[6-7]。但目前臨床僅能紀(jì)錄孕婦在定期產(chǎn)檢處于靜態(tài)時(shí)甚短的血流信號，對于產(chǎn)檢間隔期間(間隔時(shí)間為4周)血流參數(shù)的異常狀況難以及時(shí)有效捕捉，動(dòng)態(tài)預(yù)測僅是“準(zhǔn)動(dòng)態(tài)”的預(yù)測，從而錯(cuò)過了妊高征篩選和治療的最佳時(shí)機(jī)。尤其對于具有高齡(年齡＞35歲)、雙胎及體態(tài)矮胖等高危因素的孕婦，其妊高征發(fā)病率相對較高，定期檢查的方式極易錯(cuò)過治療的最佳時(shí)機(jī)，應(yīng)該增加檢查密度[8]。

目前，我國一般家庭無法承擔(dān)在醫(yī)院長時(shí)監(jiān)護(hù)的高額費(fèi)用，因醫(yī)院的資源有限而無法做到對眾多孕婦同時(shí)實(shí)行有效監(jiān)護(hù)[9]。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)手段尤其是移動(dòng)通信技術(shù)，無線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研制成為熱點(diǎn)[10]。通過監(jiān)護(hù)終端小型化和便攜化的設(shè)計(jì)，并且與無線遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)患者生理數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時(shí)傳輸，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療提供技術(shù)手段[11]。本研究通過將無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與血流動(dòng)力學(xué)無創(chuàng)檢測技術(shù)結(jié)合，形成基于移動(dòng)通信技術(shù)的妊高征監(jiān)測系統(tǒng)。

1 遠(yuǎn)程妊高征監(jiān)測系統(tǒng)組成及工作原理

監(jiān)測系統(tǒng)由便攜式監(jiān)測終端、通用分組無線業(yè)務(wù)(general packet radio service，GPRS)網(wǎng)絡(luò)及醫(yī)院監(jiān)控中心3部分組成。監(jiān)測終端負(fù)責(zé)孕婦血流參數(shù)的采集，存儲和發(fā)送，并且能利用自帶的顯示器實(shí)時(shí)顯示檢測和反饋結(jié)果。GPRS網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)監(jiān)測終端和醫(yī)院監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸。醫(yī)院監(jiān)控中心是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)監(jiān)測終端的監(jiān)控和信息管理，通過運(yùn)行在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的軟件實(shí)現(xiàn)對各個(gè)監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與管理，作為專家醫(yī)生分析的參考資料，并能及時(shí)將分析結(jié)果和建議反饋到用戶終端。監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有固定的IP地址，隨時(shí)準(zhǔn)備接收終端GPRS連接請求，向終端下發(fā)參數(shù)和命令。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程妊高征監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 遠(yuǎn)程妊高征監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)測終端

圖2 監(jiān)測終端結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)脈搏波血流動(dòng)力學(xué)的檢測原理，監(jiān)測終端采用光電容積傳感器采集指端容積脈搏波；經(jīng)過濾波、放大、AD轉(zhuǎn)換后，送入處理器做進(jìn)一步分析，得到妊高征預(yù)測相關(guān)的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)[12]。監(jiān)測終端采用美國ADI公司的數(shù)字信號處理芯片Blackfin531，作為系統(tǒng)的處理和控制核心，實(shí)現(xiàn)對孕婦容積脈搏波信號的實(shí)時(shí)采集與識別，并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到妊高征監(jiān)測敏感指標(biāo)，利用GPRS無線傳輸模塊把監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到醫(yī)院監(jiān)控中心，為妊高征的及時(shí)診斷提供有效信息。監(jiān)測終端采用便攜化設(shè)計(jì)，其體積小、便于攜帶，適合家庭使用。監(jiān)測終端的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.2 無線通信模塊

系統(tǒng)采用西門子公司設(shè)計(jì)的MC55GPRS無線模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸功能。MC55是當(dāng)前市場上尺寸最小的三頻模塊，其緊湊型的設(shè)計(jì)特別適用于便攜式醫(yī)療設(shè)備[13]。Blackfin531通過RS232串口與MC55相接，發(fā)出指令控制MC55完成無線通信功能。

2.3 醫(yī)院監(jiān)控中心

醫(yī)院監(jiān)控中心是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)器端，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測終端的監(jiān)控和信息管理，并通過系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測終端采集的孕婦血流參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的長期存儲和管理(如圖3所示)。

3 遠(yuǎn)程妊高征監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分監(jiān)測終端軟件和監(jiān)控中心2個(gè)層次，監(jiān)測終端的程序采用C語言編寫，經(jīng)過DSP編譯系統(tǒng)生成可執(zhí)行程序，運(yùn)行于BlackFin531中。監(jiān)控中心軟件由Dephil開發(fā)，數(shù)據(jù)采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫存儲；軟件采用模塊化程序設(shè)計(jì)，便于完善和維護(hù)；界面設(shè)計(jì)做到簡潔，便于操作。

圖3 醫(yī)院監(jiān)控中心結(jié)構(gòu)圖

圖4 監(jiān)測終端程序流程圖

3.1 監(jiān)測終端的軟件設(shè)計(jì)

人體脈搏波的頻率在0.1～15 Hz之間，且最高頻率≤40 Hz，系統(tǒng)在采集時(shí)設(shè)計(jì)采樣頻率為100 Hz[14]。采樣間隔由DSP內(nèi)部的定時(shí)器控制，采樣數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲于數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，經(jīng)過處理器分析處理后通過GPRS模塊發(fā)送至醫(yī)院監(jiān)控中心。采集終端數(shù)據(jù)處理收發(fā)流程如圖4所示。

3.2 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心軟件由Delphi開發(fā)。監(jiān)控中心軟件主要由通信模塊、數(shù)據(jù)分析模塊及數(shù)據(jù)管理模塊組成。系統(tǒng)采用Access作為后臺數(shù)據(jù)庫，Microsoft Access是基于關(guān)系模型的中、小型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)，其功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性強(qiáng)[15]。系統(tǒng)針對每個(gè)終端用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，如醫(yī)生查詢終端檢測記錄，只需輸入相應(yīng)終端用戶的名稱即可查詢到單次檢測的結(jié)果。

4 結(jié)果

為測試監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，本研究在某醫(yī)院婦產(chǎn)科隨機(jī)抽取了10例孕婦進(jìn)行監(jiān)測。將監(jiān)測終端采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)觀察其檢測結(jié)果，同時(shí)與當(dāng)前臨床廣泛采用的MP妊高征監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行對比，其結(jié)果顯示，波形系數(shù)的相對誤差為3.15%，外周阻力有顯著的相關(guān)性(如圖5所示)。

圖5 本系統(tǒng)與MP監(jiān)測系統(tǒng)測得的外周阻力對比

5 結(jié)論

利用移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程妊高征監(jiān)測系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，為妊高征的早期預(yù)測與預(yù)防提供了技術(shù)支持，可以滿足臨床使用的要求。

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