海訓(xùn)一線移動救護(hù)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

海訓(xùn)一線移動救護(hù)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

0 前言

軍事訓(xùn)練作為提高戰(zhàn)斗力的基本手段，積極推進(jìn)軍事訓(xùn)練向信息化條件下轉(zhuǎn)變，是部隊順應(yīng)中國特色軍事變革趨勢，提高部隊信息化條件下維穩(wěn)能力，有效履行新世紀(jì)新階段歷史使命的重要課題和長期任務(wù)[1]。近年來隨著周邊海域領(lǐng)土糾紛及國際形勢的日益復(fù)雜化，部隊裝備與戰(zhàn)法更新迅速，其機(jī)動化、多功能化、水陸兩棲化能力也在不斷得到加強(qiáng)[2]，需要日漸頻繁的海上訓(xùn)練來模擬演練突發(fā)事件的應(yīng)對方案、檢驗裝備及戰(zhàn)法的實操性。為了保障海軍多樣化軍事訓(xùn)練任務(wù)的醫(yī)療救護(hù)需求，做好非戰(zhàn)爭軍事行動時醫(yī)療救護(hù)實踐[3-5]，需要建立信息化條件下合理高效的海上訓(xùn)練醫(yī)療救護(hù)體系[6-9]。但是目前的海訓(xùn)救護(hù)普遍采用救護(hù)艇巡邏搜索的方式來搜索傷病員，這種方式僅憑救護(hù)人員的經(jīng)驗來尋找可能的傷病員，通常等發(fā)現(xiàn)傷病員后再實施援救已錯過了最佳時機(jī)。另外，若巡邏時離海訓(xùn)官兵距離過遠(yuǎn)難以及時發(fā)現(xiàn)異常情況，也不容易組織搜救，離官兵過近又易造成誤傷，或因規(guī)避救護(hù)艇而影響海訓(xùn)效果。

海上訓(xùn)練時發(fā)生的意外情況多因溺水或碰撞導(dǎo)致的外傷引起，海訓(xùn)官兵發(fā)生意外后常伴隨有生理參數(shù)的非正常變化，通過監(jiān)測這些參數(shù)的變化即可診斷傷病員的身體狀況。隨著電子與計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，嵌入式生理參數(shù)采集技術(shù)逐漸成熟及微型化，穿戴式生理參數(shù)監(jiān)測設(shè)備逐步走向市場。本研究結(jié)合嵌入式技術(shù)設(shè)計用于海訓(xùn)的一線移動救護(hù)系統(tǒng)，通過生理參數(shù)異常狀況監(jiān)測，系統(tǒng)自動將記錄的參數(shù)信息、診斷結(jié)果以及定位信息經(jīng)由無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給海訓(xùn)指揮中心，指揮中心根據(jù)傷員生理狀況、定位信息以及救援條件調(diào)度人員物資組織搜救，從而達(dá)到實時診斷發(fā)現(xiàn)傷員情況并及時分享搜救信息的目的，最大限度地保障海訓(xùn)官兵的生命安全，并為探索更合適的海上訓(xùn)練方案提供數(shù)據(jù)參考。

1 總體思路

海訓(xùn)一線移動救護(hù)系統(tǒng)是為海訓(xùn)官兵提供的一種信息化救護(hù)管理模式，該系統(tǒng)充分考慮了海訓(xùn)時的致傷特點(diǎn)及環(huán)境因素，能適應(yīng)未來信息化環(huán)境的海上訓(xùn)練救護(hù)需要，提升救護(hù)的時效性，改善一線救護(hù)工作的質(zhì)量和效率，降低非戰(zhàn)斗減員。

海訓(xùn)一線移動救護(hù)系統(tǒng)由一線移動救護(hù)終端和指揮中心監(jiān)測端兩大部分組成。一線移動救護(hù)終端實時采集海訓(xùn)官兵的生理參數(shù)，對采集到的生理參數(shù)信息進(jìn)行診斷分析，同時增加實時定位與無線數(shù)據(jù)傳輸功能，確認(rèn)出現(xiàn)危險或異常生理狀況時移動終端會及時完成傷員定位（北斗衛(wèi)星定位與移動網(wǎng)絡(luò)定位），并通過無線網(wǎng)絡(luò)將所有數(shù)據(jù)信息傳輸至指揮決策中心，由指揮中心進(jìn)行救護(hù)派遣工作。

2 一線移動救護(hù)終端

2.1 整體框架

一線移動救護(hù)終端采用雙核控制，分為采集部分和主控部分。采集部分以STM32為控制核心，連接心電電極、血氧探頭及體溫探頭，完成ECG、RESP、TEMP、SpO2等生理參數(shù)的采集，為適應(yīng)多模塊應(yīng)用需求采用了多電源處理電路；主控部分采用A20處理器芯片，接收采集板采集到的信息，同時進(jìn)行定位控制，完成參數(shù)的存儲及到服務(wù)器端的無線傳輸。采集板與主控板之間通過串口通訊完成數(shù)據(jù)的傳輸；通過JTAG接口實現(xiàn)終端與PC機(jī)的程序讀寫；DC電路完成隔離與串口通信的電源轉(zhuǎn)換（圖1）。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集框圖

2.2 硬件設(shè)計

2.2.1 生理數(shù)據(jù)采集

一線移動救護(hù)終端的采集板是一款基于意法半導(dǎo)體（ST）公司STM32系列處理器（ARM Cortex-M3內(nèi)核）設(shè)計的生理信號采集板。采用STM32F103ZET6[10]（LQFP144）作為主控芯片，集成了512 KB Flash、64 KB RAM、1個USB、1個CAN、8個定時器、5個USART、3個ADC、2個DAC、3個SPI、2個I2C、2個I2S、1個SDIO、112個GPIO、FSMC總線（支持NOR、NAND、SRAM）等元件。CPU主頻為72MHz，廣泛適用于各種應(yīng)用場合。本設(shè)計分為數(shù)字電路和模擬電路兩部分。數(shù)字電路以CPU為核心，通過I/O端口控制采集后的A/D轉(zhuǎn)換；模擬電路以各傳感探頭為核心，包括ECG、呼吸、血氧和體溫等參數(shù)測量部分（圖2）。

圖2 一線移動救護(hù)終端采集板框架圖

2.2.2 系統(tǒng)定位控制

GPS導(dǎo)航衛(wèi)星其覆蓋區(qū)域之大是任何地面導(dǎo)航臺所不可及的，其工作波段為L波段，該波段電波傳播基本不受電離層、對流層、氣象因素以及晝夜溫差等因素影響，可以進(jìn)行連續(xù)定時、定位與導(dǎo)航。另外，采用GPS定位可以有效地修正普通地面無線電導(dǎo)航系統(tǒng)因電波傳播的復(fù)雜環(huán)境產(chǎn)生的誤差，為準(zhǔn)確獲得海巡戰(zhàn)士的位置信息提供了保障。GPS模塊采用ALIENTEK生產(chǎn)的一款高性能ATK-NEO-6M-V23定位模塊[11]，該模塊核心采用UBLOX公司的NEO-6M模組，具有50個通道，追蹤靈敏度高達(dá)161dBm，測量輸出頻率最高可達(dá)5 Hz，可以在3.3 或5 V電壓下工作。GPS模塊通過TXD、RXD與微處理器接口連接。位置信息通過串口以NMEA-0183格式傳送至控制芯片，再經(jīng)移動數(shù)據(jù)模塊發(fā)送出去。

2.2.3 無線傳輸

無線傳輸采用MU509[12]，MU509是工業(yè)級的3G模塊，采用聯(lián)通制式，支持移動與聯(lián)通的SIM卡，同時支持USB與UART接口，內(nèi)嵌TCP協(xié)議。采用串口控制時由UART發(fā)送控制指令，UART與MU509模塊接口連接，見圖3。MU509模塊的RXD、TXD分別與處理器的UART2上TXD、RXD連接。SIM上的CCVCC、CCCLK、CCIO、CCRST、CCIN和CCGND通過SIM卡的閱讀器與MU509模塊的同名端直接相連。

圖3 控制器與移動數(shù)據(jù)模塊連接圖

2.3 軟件設(shè)計

終端軟件的設(shè)計采用嵌入式Linux系統(tǒng)架構(gòu)，利用Linux開源特性，定制所需的系統(tǒng)功能，包括bootloader、Linux內(nèi)核及應(yīng)用程序的交叉編譯移植。設(shè)計部分主要涉及驅(qū)動程序設(shè)計和應(yīng)用程序設(shè)計兩部分。系統(tǒng)采用Linux內(nèi)核集成串口驅(qū)動和常見的音頻驅(qū)動；存儲模塊驅(qū)動通過加載對應(yīng)的補(bǔ)丁實現(xiàn)；按鍵驅(qū)動則依據(jù)要求設(shè)計不同按鍵功能的中斷處理程序；移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)模塊與GPS模塊均采用串口與微控制器通信，只需在串口驅(qū)動的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)即可。應(yīng)用程序根據(jù)智能應(yīng)用需求與開發(fā)需求，采用Java語言，多線程編程，主線程創(chuàng)建3個任務(wù)子線程，分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集存儲、數(shù)據(jù)無線傳輸和報警控制功能。程序運(yùn)行后無線傳輸子線程定時向指定的服務(wù)器端上傳包括HR、RR、T1等參數(shù)數(shù)據(jù)，設(shè)定任務(wù)延時為1s。應(yīng)用軟件主程序流程見圖4。

圖4 應(yīng)用軟件主程序流程圖

3 指揮中心監(jiān)測端軟件

海上訓(xùn)練移動救護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測端軟件使指揮中心能實時掌握海訓(xùn)官兵身體狀況，確定傷病員位置并組織搜救工作，提升了海上訓(xùn)練衛(wèi)勤保障能力。該軟件主要包括移動醫(yī)療終端機(jī)的分組發(fā)放與登記、電子海圖設(shè)置、終端機(jī)通信與數(shù)據(jù)采集測試、持續(xù)收集生理參數(shù)與定位信息、數(shù)據(jù)處理線程、搜救調(diào)度等功能模塊，其相互之間的關(guān)聯(lián)見圖5。

圖5 海上訓(xùn)練移動救護(hù)系統(tǒng)監(jiān)控調(diào)度軟件的功能模塊與關(guān)聯(lián)圖

監(jiān)控端軟件基于Microsoft Visual Studio 2008 C#與SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)，主界面包括菜單欄、用戶區(qū)和狀態(tài)欄3部分。菜單欄包含發(fā)放終端機(jī)、電子海圖、海訓(xùn)進(jìn)程、搜救調(diào)度4個一級菜單，每個一級菜單設(shè)立相應(yīng)操作子菜單；用戶區(qū)主要由3部分組成，最左邊是終端機(jī)及分組信息目錄，目錄中分組顯示了海訓(xùn)時使用的所有移動醫(yī)療終端機(jī)的編號信息，當(dāng)終端機(jī)監(jiān)測到異常的生理參數(shù)時，目錄中對應(yīng)的終端機(jī)名稱以及對應(yīng)分組的組名都將以紅色字體顯示，同時在目錄表右側(cè)的列表框中顯示異常終端機(jī)的編號、異常信息和經(jīng)緯度信息，鼠標(biāo)右鍵單擊目錄表中的終端機(jī)編號或者列表框中對應(yīng)的異常信息欄，系統(tǒng)將在用戶區(qū)中間的繪圖控件上按從上到下的順序依次顯示該終端機(jī)采集到的心電圖、脈搏波、血氧曲線和呼吸波形；狀態(tài)欄主要用于顯示系統(tǒng)的操作狀態(tài)。

4 應(yīng)用測試

連接外接心電電極，通過三導(dǎo)聯(lián)心電傳感器記錄心電信號，戰(zhàn)士佩戴好后開啟電源。移動醫(yī)療救護(hù)終端電極貼片具體佩戴位置，見圖6。指揮中心準(zhǔn)備一臺PC電腦及服務(wù)器，首先在服務(wù)器上安裝Microsoft SQL Server 2005；臺式機(jī)上安裝Microsoft.NET Framework 3.5及設(shè)計監(jiān)控軟件。

圖6 移動醫(yī)療救護(hù)終端電極貼片佩戴位置

由于海訓(xùn)一線移動救護(hù)數(shù)據(jù)采集軟件需要與硬件部分配合使用，海訓(xùn)戰(zhàn)士佩戴好移動醫(yī)療救護(hù)終端后啟動電源，先測試無線通信網(wǎng)絡(luò)情況，確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)正常后，再啟動指揮中心監(jiān)測軟件。

5 討論

將海訓(xùn)一線移動救護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用于我軍某海域開展的海上訓(xùn)練中，海訓(xùn)過程中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的監(jiān)控端出現(xiàn)聲光報警，屏幕上顯示某戰(zhàn)士心率118次/min，心電波形可見J點(diǎn)，S-T段降低，呼吸異常報警，提示為疑似溺水癥狀，指揮中心迅速調(diào)度救護(hù)艇，根據(jù)監(jiān)控端經(jīng)緯度信息及電子海圖標(biāo)示的位置直接行駛至該戰(zhàn)士所在位置[13]。由于系統(tǒng)已診斷為溺水癥狀，救護(hù)艇行駛途中救護(hù)人員已做好相關(guān)準(zhǔn)備，迅速將其救起后即刻展開救治，從發(fā)現(xiàn)到派遣整個過程僅耗時約20s，派遣救護(hù)艇至事發(fā)現(xiàn)場救起溺水戰(zhàn)士不到2min，整個搜救過程的效率較以往有了顯著提高。

6 結(jié)論

海訓(xùn)一線移動救護(hù)系統(tǒng)在海訓(xùn)特殊條件下應(yīng)用于提高醫(yī)療救護(hù)保障，對信息技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)在海上醫(yī)療救護(hù)實踐發(fā)展具有重要的參考意義。該系統(tǒng)具有部署快速、操作便利、可靠性高等特點(diǎn)，能提高海上醫(yī)療保障能力，降低海訓(xùn)過程造成的非戰(zhàn)斗減員。

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[12]HUAWEI.HUAWEIMU509 Series HSDPA LGAModule Hardware Guide[EB/OL].http://wenku.baidu.com/link？url=YF3ZdEpo8e49R68 LCQvbefyX6DSH0oZPcgO5y3jU_f8skC4Fnx-UmyHj9vYSk GNJP_6n5uqYQohFyWWNa1UZuPI_1kLq5gkWPNtxif5aZK.

[13]蘇秋玲,洪范宗,董少良,等.基于海訓(xùn)救護(hù)系統(tǒng)的移動監(jiān)護(hù)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分的研制[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2014,29（9）：2022,37.

Research and Application of a Front-LineMobile Rescue System for Navy Training Staff

洪范宗，蘇秋玲，董少良，王偉，羅奕中，劉志梁
中國人民解放軍第180醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，福建 泉州 362000

HONG Fan-zong, SU Qiu-ling, DONG Shao-liang, WANG Wei, LUO Yi-zhong, LIU Zhi-liang
Department ofMedical Engineering, The 180thHospital of PLA, Quanzhou Fujian 362000, China

目的 研究應(yīng)用于海訓(xùn)的一線移動救護(hù)系統(tǒng)，提高一線救護(hù)的行動速率和搜救準(zhǔn)確率。方法結(jié)合嵌入式技術(shù)的生理參數(shù)采集技術(shù)設(shè)計可用于單兵佩戴的便攜式終端，增加實時定位與無線數(shù)據(jù)傳輸功能，并自主研發(fā)監(jiān)控中心軟件實現(xiàn)位置信息的接收及搜救調(diào)度處理。結(jié)果 海訓(xùn)一線移動救護(hù)系統(tǒng)可以實時監(jiān)控多個移動醫(yī)療終端的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)海訓(xùn)中的24 h生理參數(shù)監(jiān)測與實時救護(hù)調(diào)度。海訓(xùn)一線移動救護(hù)系統(tǒng)配置簡單、操作便利、終端體積小、便于攜帶、即連即用，大大縮短從發(fā)現(xiàn)到派遣救護(hù)的時間。結(jié)論 海訓(xùn)一線移動救護(hù)系統(tǒng)能夠顯著降低監(jiān)控端的搜救反應(yīng)時間，提高搜救效率，從而減少海訓(xùn)戰(zhàn)士意外受傷導(dǎo)致溺水傷亡的事故發(fā)生率，最大限度地降低非戰(zhàn)斗減員，有效保障海訓(xùn)戰(zhàn)士生命安全，具有極 高的實用價值。

海訓(xùn)；一線移動救護(hù)；搜救；實時調(diào)度；非戰(zhàn)斗減員

Objective Todevelop a front-line mobile rescuesystem for navy trainingsso as to improve the response rate and accuracy of front-linesearch and rescue actions.Methods A wearable terminal wasdesigned in combination with the embedded technology and physiologicaldata acquisition technology. Equipped with the real-time positioning and wirelessdata transmitting functions, thesystem utilized aself-innovated monitoringsoftware for the control center to receive location information and process the rescuescheduling. Results The front-line mobile rescuesystem could monitor multiple terminals and achieve 24-h monitor of physiological parameters and real-time rescuescheduling. With adaption of wearable terminals, this portable and easy-to-configure-and-operatesystem had proven its advantages in great reduction ofdispatch time.Moreover, once connected it could be used immediately. Conclusion The front-line mobile rescuesystem couldsignificantly reduce thesearch time for monitor terminals and improvesearch and rescue efficiency, thereby reducing the accidental-injury-causeddrowningdeath and injury rate forsoldiers. It also minimized non-combat attrition, and effectively protected thesafety of navy trainingstaff, which had high practical utility.

navy training；front-line mobile rescue；search and rescue；real-timescheduling；non-combat attrition

R821

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.08.005

1674-1633（2015）08-0017-04

2015-02-11

2015-02-26

南京軍區(qū)“十二五”醫(yī)藥衛(wèi)生課題（11MA084）。

郵箱：suqiuling0818@163.com