便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的使用設(shè)計(jì)

沈 瑾

（無(wú)錫中健科儀有限公司，江蘇 無(wú)錫 214131）

0 引 言

傳統(tǒng)技術(shù)中，醫(yī)院大都使用臨床式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀，將監(jiān)護(hù)儀放在病人床頭，可實(shí)時(shí)查看病人心電，血壓，血氧，呼吸和體溫等數(shù)據(jù)，監(jiān)護(hù)儀一般體積較大，搬拿十分不便，且患者為了配合監(jiān)護(hù)往往只能躺在病床上。如何將監(jiān)護(hù)儀設(shè)計(jì)得輕便，方便攜帶已成為各醫(yī)療器械公司研發(fā)的方向之一。

無(wú)錫中健科儀有限公司的GW系列多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀應(yīng)運(yùn)而生。它體積小，重量輕，僅為通常多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀重量的三分之一，便于攜帶。采用低功耗藍(lán)牙無(wú)線傳輸技術(shù)，患者只需佩戴監(jiān)護(hù)儀背包就可在指定區(qū)域自由活動(dòng)，不影響監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。所有的生理參數(shù)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線傳輸?shù)街付ǖ钠桨宥孙@示，同時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)平板實(shí)時(shí)傳遞到數(shù)據(jù)服務(wù)器中保存，方便醫(yī)生調(diào)取查看。便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1 整體設(shè)計(jì)思想

1.1 便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的設(shè)計(jì)

為了縮小體積，同時(shí)保證48小時(shí)的監(jiān)護(hù)時(shí)間，中健科儀的GW系列監(jiān)護(hù)儀采用低功耗藍(lán)牙設(shè)計(jì)思想。藍(lán)牙作為一種無(wú)線低功耗通信手段，具有低成本、安全可靠的特點(diǎn)，在移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用[1]。藍(lán)牙模塊的選型至關(guān)重要，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，距離盡可能長(zhǎng)，因此選擇德國(guó)斯圖曼公司生產(chǎn)的用于醫(yī)療和健康電子產(chǎn)業(yè)的藍(lán)牙模塊“BlueMod+B20”，其空曠空間覆蓋范圍達(dá)24 m，符合藍(lán)牙“V2.0+EDR”標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸可靠，丟包率可控制在0.05%以?xún)?nèi)。心電及呼吸采集芯片采用由TI公司生產(chǎn)的ADS1298R芯片，它集成了8路同時(shí)取樣的24位Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和內(nèi)置的可編程增益放大器（PGA），基準(zhǔn)電壓以及振蕩器，集心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）等醫(yī)療應(yīng)用所需功能于一身，同時(shí)擬合了呼吸（Resp）數(shù)據(jù)，使整體設(shè)計(jì)更加便捷。主處理芯片采用意法半導(dǎo)體的低功耗STM32芯片，功耗更低，有效保證電池的使用時(shí)間。在同時(shí)監(jiān)測(cè)6路心電信號(hào)，血氧信號(hào)，呼吸及體溫，半小時(shí)間隔無(wú)創(chuàng)血壓測(cè)量的情況下，至少可維持48小時(shí)持續(xù)供電[2]。便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的人體佩戴示意圖及原理框圖如圖2所示。

圖2 便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的人體佩戴示意圖及原理框圖

1.2 便攜式監(jiān)護(hù)儀在“互聯(lián)網(wǎng)+”中使用設(shè)計(jì)

通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線傳輸，可將GW多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀中的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)傳送到平板端，再通過(guò)WiFi或者4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)布到服務(wù)器上，醫(yī)護(hù)工作者只需用手機(jī)連入互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器，就可以實(shí)時(shí)查看該病人的心電圖，血氧圖，血壓數(shù)據(jù)，呼吸及體溫?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)還可查看病人的歷史數(shù)據(jù)記錄，為接下來(lái)的診斷提供參考依據(jù)。該設(shè)計(jì)，無(wú)論是采集端，還是手機(jī)端都采用當(dāng)前先進(jìn)的Android系統(tǒng)或iOS系統(tǒng)（目前已在Android系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)并投入使用）上進(jìn)行APP的設(shè)計(jì)，操作目標(biāo)更簡(jiǎn)潔方便，可實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)使用，對(duì)于社區(qū)及居家養(yǎng)老監(jiān)護(hù)有著廣泛的市場(chǎng)前景。系統(tǒng)原理實(shí)現(xiàn)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)原理實(shí)現(xiàn)圖

2 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)闡述

2.1 藍(lán)牙無(wú)線通訊協(xié)議的制定

由于GW便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的心電波形的采樣率為256，血氧和呼吸的采樣率為128，數(shù)據(jù)量相對(duì)較大，為保證數(shù)據(jù)在無(wú)線藍(lán)牙上的實(shí)時(shí)傳輸，需要設(shè)計(jì)好應(yīng)用層的通訊協(xié)議。藍(lán)牙的無(wú)線通訊在配對(duì)連接建立之后即類(lèi)似于串口正常通訊，采用一問(wèn)一答方式可有效避免數(shù)據(jù)傳送的不對(duì)等錯(cuò)亂問(wèn)題[3]。

（1）協(xié)議添加通訊頭尾標(biāo)識(shí)，并增加校驗(yàn)，在數(shù)據(jù)頭后的指定字節(jié)傳送本報(bào)文的長(zhǎng)度，以便接收者判定所接收的報(bào)文是否收全，是否正確。

（2）協(xié)議的召測(cè)時(shí)序采用主從問(wèn)答方式，召測(cè)頻率根據(jù)心電，血氧，呼吸的采樣率及便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的緩沖區(qū)空間來(lái)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，確定為64 ms召測(cè)一次，若召測(cè)頻率較慢，便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的緩沖區(qū)即會(huì)溢出，造成數(shù)據(jù)丟失，如果太快則CPU占用負(fù)荷過(guò)高，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)時(shí)間變短。

（3）通訊超時(shí)設(shè)計(jì)：在通訊過(guò)程中增加超時(shí)判斷，超時(shí)時(shí)間經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)配合確定為200 ms，超時(shí)三次則判定為通訊中斷，此時(shí)便攜式監(jiān)護(hù)儀會(huì)發(fā)出蜂鳴進(jìn)行報(bào)警提示，同時(shí)平板采集端也會(huì)進(jìn)行聲音及文字報(bào)警提示，提示用戶(hù)及時(shí)查看。同時(shí)召測(cè)程序還在繼續(xù)運(yùn)行，一旦有響應(yīng)立即恢復(fù)通訊。

（4）各種指令操作：很多命令通過(guò)界面交互下發(fā)給便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀，比如啟動(dòng)或停止血壓測(cè)量，啟動(dòng)或停止起搏檢測(cè)等，修改波形顯示參數(shù)等，無(wú)線遙控操作使監(jiān)護(hù)更便捷高效。

2.2 WiFi無(wú)線通訊協(xié)議的制定

該協(xié)議的功能主要是完成平板采集端將從便攜式多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀上采集到的心電，血壓，血氧，呼吸，體溫等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器端，由服務(wù)器端保存或?qū)崟r(shí)回復(fù)來(lái)自各互聯(lián)網(wǎng)查看端的請(qǐng)求。因此考慮直接透?jìng)鬓D(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給服務(wù)器端，由服務(wù)器端調(diào)用藍(lán)牙公用數(shù)據(jù)解析模塊直接將數(shù)據(jù)解析保存。

2.3 服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

通過(guò)比較SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，Access數(shù)據(jù)庫(kù)，決定選用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。因?yàn)镾QLite數(shù)據(jù)庫(kù)支持G級(jí)別的串和二進(jìn)制大對(duì)，雖然是輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，但它支持最大 2 TB 的單個(gè)庫(kù)文件。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，在擁有幾百萬(wàn)記錄的情況下，SQLite的插入和查詢(xún)速度與MySQL不分上下，快于SQL Server，10倍于Access。數(shù)據(jù)庫(kù)中的表主要包含血壓結(jié)果表、趨勢(shì)數(shù)據(jù)表、參數(shù)報(bào)警數(shù)據(jù)表、心律失常報(bào)警表、波形文件相關(guān)信息表。而波形數(shù)據(jù)則采用存儲(chǔ)文件的方式進(jìn)行保存，文件按照特定的波形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保存。通過(guò)數(shù)據(jù)存文件的方式，方便調(diào)取查看，而且節(jié)省數(shù)據(jù)庫(kù)容量，更有效地?cái)U(kuò)充了服務(wù)器的數(shù)據(jù)容量。

2.4 采集端平板的界面設(shè)計(jì)

互聯(lián)網(wǎng)+的開(kāi)放性使得采集端的平板軟件選擇在當(dāng)前最為流行的Android操作系統(tǒng)上搭建。Android的本義是“機(jī)器人”，它是一種基于Linux的自由及開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)，由于它的開(kāi)源性和谷歌強(qiáng)大的技術(shù)支持，APP的開(kāi)發(fā)更加個(gè)性化，人性化，符合用戶(hù)需求。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想采用在平板端和手機(jī)端編寫(xiě)不同的APP來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能?？紤]平板的顯示屏幕較大，一般可以采用10.1寸屏，界面顯示的元素比較豐富，可以實(shí)時(shí)顯示4道波形和心電，血壓，血氧，體溫，呼吸的波形數(shù)據(jù)和生理數(shù)據(jù)，同時(shí)展示趨勢(shì)圖，比通用的床邊機(jī)的界面顯示更美觀，配合手勢(shì)的滑動(dòng)調(diào)取界面元素，按鈕的扁平化設(shè)計(jì)風(fēng)格更高端大氣，界面示意如圖4所示。

圖4 平板顯示界面示意圖

而在手機(jī)端，受屏幕尺寸限制（多為5寸屏以?xún)?nèi)），主顯示界面僅保留重要信息（如兩道心電波形和一道血氧波形），但通過(guò)手勢(shì)滑動(dòng)多頁(yè)瀏覽方式仍然可以查看到所有的波形顯示和生理參數(shù)信息。界面設(shè)計(jì)充分利用Android系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合手勢(shì)上下、左右滑動(dòng)，抽屜抽拉動(dòng)作，單機(jī)雙擊觸摸等可展示更多的使用元素并獲得更靈活的用戶(hù)體驗(yàn)。

2.5 查看端訪問(wèn)用戶(hù)數(shù)據(jù)的加密設(shè)計(jì)

由于用戶(hù)的數(shù)據(jù)具有一定的私密性，不能任由其他人訪問(wèn)，因此在平板采集側(cè)上傳數(shù)據(jù)時(shí)增加了隨機(jī)PIN碼生成，查看端只有輸入該P(yáng)IN碼才能通過(guò)服務(wù)器訪問(wèn)所請(qǐng)求的用戶(hù)數(shù)據(jù)，保證被監(jiān)護(hù)者的數(shù)據(jù)安全。

3 總 結(jié)

本文所提到的中健科儀的GW系列多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀已研制完成并取得中華人民共和國(guó)醫(yī)療器械注冊(cè)證（蘇械注準(zhǔn)20142210641），所有互聯(lián)網(wǎng)+相關(guān)軟件設(shè)計(jì)已配合投入使用，并在東南亞多個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，反饋良好。接下來(lái)將展開(kāi)和社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)的進(jìn)一步合作，在互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，將便攜式監(jiān)護(hù)儀更好地應(yīng)用到人們的生活中。

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