醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 晨

(蚌埠醫(yī)學(xué)院 科研中心，安徽 蚌埠 233030)

隨著智能醫(yī)療設(shè)備管理技術(shù)的發(fā)展，需要結(jié)合信息化管理系統(tǒng)進(jìn)行智能醫(yī)療設(shè)備管理，提高醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理能力，采用智能化的信息管理和監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的過(guò)程監(jiān)測(cè)，建立醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制模型，提高對(duì)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的現(xiàn)代化信息管理能力[1]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域也進(jìn)行了研究，陳依松[2]結(jié)合日常設(shè)備管理工作經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了一套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的醫(yī)療設(shè)備全生命周期追溯及管理系統(tǒng)。此系統(tǒng)可追溯醫(yī)療設(shè)備生命全過(guò)程的管理、維護(hù)、質(zhì)控檢測(cè)以及不良事件上報(bào)等工作的功能，整合各項(xiàng)資源，提高醫(yī)院對(duì)醫(yī)療設(shè)備的管理、使用效率。但是該方法響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)；高菲等[3]提出基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了辦公室設(shè)備信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用B/S模式，分成三層節(jié)點(diǎn)層、傳輸層、服務(wù)層，通過(guò)布設(shè)的傳感器實(shí)時(shí)采集辦公室設(shè)備信息，該系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)化了辦公室設(shè)備管理，全面提升了設(shè)備管理工作效率，但是該系統(tǒng)可操作性較差。Reza等[4]設(shè)計(jì)了預(yù)約調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提高患者滿意度的潛在有用工具。旨在檢查患者的需求以及對(duì)門診診所預(yù)約計(jì)劃系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的滿意度。該系統(tǒng)提高了預(yù)約管理效率，但是響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。

針對(duì)上述問(wèn)題，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，在物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，提高醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理的智能性。構(gòu)建醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理組網(wǎng)分布模型，采用自適應(yīng)輪換調(diào)度方法進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理，首先進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，然后進(jìn)行系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行仿真測(cè)試分析，展示該方法在提高醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理能力方面的優(yōu)越性能。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)架和功能模塊分析

1.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架

為了實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，采用Revit軟件進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的嵌入式開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，在ARM模塊下進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)，構(gòu)建醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的信息處理終端和數(shù)據(jù)主動(dòng)檢測(cè)模塊，在Visual DSP(Digital Signal Processing)++4.5開(kāi)發(fā)平臺(tái)中進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要分為醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的信息采集模塊、設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、數(shù)據(jù)輸出控制模塊、信息處理終端模塊、上位機(jī)通信模塊、人機(jī)交互模塊以及網(wǎng)絡(luò)總線模塊等。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架如圖1所示。

根據(jù)圖1的總體構(gòu)架設(shè)計(jì)，以ADSP-BF537作為核心處理器進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，在集成DSP環(huán)境下，建立醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理的信息采集模塊，采用RFID(Radio Frequency Identification)射頻標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)進(jìn)行的醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理的原始信息采集。采用ARM Cortex-M0 處理器內(nèi)核實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的AP(Application)開(kāi)發(fā)，在ZigBee物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)模塊中進(jìn)行嵌入式設(shè)計(jì)，構(gòu)建嵌入式醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，在數(shù)字轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理信息的集成信息處理[5]。根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)構(gòu)架，進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的功能組件分析和軟件開(kāi)發(fā)。

圖1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架

1.2 系統(tǒng)功能模塊分析

對(duì)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)進(jìn)行集中信息控制，在嵌入式的Linux環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備信息管理和集成控制，在操作系統(tǒng)層和應(yīng)用軟件層分別配置醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備APP控制模塊，結(jié)合人機(jī)交互控制協(xié)議進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)的APP開(kāi)發(fā)。采用物聯(lián)網(wǎng)和ZigBee組網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計(jì)，在MCU(Microcontroller Unit)控制單元進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備APP控制[6]，采用ADSP21160作為核心處理器，進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的集成信息處理，在后端控制顯示單元進(jìn)行交叉編譯和人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)，根據(jù)上述分析，構(gòu)建醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的功能組件結(jié)構(gòu)體系如圖2所示。

結(jié)合ZigBee組網(wǎng)方案構(gòu)架醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，采用嵌入式的交叉編譯技術(shù)進(jìn)行APP控制，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理的擴(kuò)展信息融合和RFID組網(wǎng)控制，在智能信息處理終端中進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)和檢索，在Compact PCI(Peripheral Component Interconnect)總線協(xié)議控制環(huán)境中進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的時(shí)延轉(zhuǎn)換控制，選擇無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)作為醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模塊，根據(jù)上述分析，進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

圖2 系統(tǒng)的功能組件結(jié)構(gòu)體系

2 預(yù)約管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在上述總體設(shè)計(jì)構(gòu)架的基礎(chǔ)上，進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，以SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)作為物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理引擎，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、總線控制模塊進(jìn)行優(yōu)化控制設(shè)計(jì)，在人機(jī)交互模塊中進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的總線開(kāi)發(fā)控制[7]。系統(tǒng)主要分為醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的信息采集模塊、設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、數(shù)據(jù)輸出控制模塊、信息處理終端模塊、上位機(jī)通信模塊、人機(jī)交互模塊以及網(wǎng)絡(luò)總線模塊等，對(duì)各個(gè)模塊開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)描述如下。

2.1 設(shè)備信息采集模塊

設(shè)備信息采集模塊是實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理信息采集功能，采用MVB總線控制技術(shù)在醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的信息處理終端進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采樣，采用傳感網(wǎng)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的信息采樣，在AD模塊中進(jìn)行設(shè)備信息采樣后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)擴(kuò)展控制，在智能信息處理終端進(jìn)行信息交互，在醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的終端產(chǎn)生幀同步脈沖，配置發(fā)送寄存器，實(shí)現(xiàn)生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的預(yù)約管理，得到設(shè)備信息采集的實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

圖3 設(shè)備信息采集的實(shí)現(xiàn)流程

2.2 設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊

醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，以Linux2.6.32內(nèi)核為平臺(tái)，進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)造，采用Qt/Embedded 4.6創(chuàng)建醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理傳輸總線，在嵌入式設(shè)備上進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的用戶接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約的可視化控制，設(shè)置醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的MXI總線控制D/A轉(zhuǎn)換速率為200 kHz，采用Make menuconfig 進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)內(nèi)核的配置[8]，得到設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊的交叉編譯界面如圖4所示。

圖4 設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理的交叉編譯界面

在醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的嵌入式模塊中，使用make menuconfig命令進(jìn)行系統(tǒng)的交叉編譯配置，配置完成后，進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的嵌入式Linux定制，編譯代碼描述為：

Generates Settings ->

equipment database management filesystem ->

[*]downloaded /實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的預(yù)約管理交叉下載

Applets equilibrium configuration (soft-links) ->

(/home/ Communication /nfs) linux-quilibrium configuration Installation prefix

[*]Lash(arm- communication network -linux)// lib目錄下提供內(nèi)核

2.3 關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

在上述進(jìn)行了數(shù)據(jù)庫(kù)模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出控制模塊、信息處理終端模塊、上位機(jī)通信模塊、人機(jī)交互模塊以及網(wǎng)絡(luò)總線模塊等關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)建立在軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下，以ARM Cortex-M0 處理器內(nèi)核構(gòu)建醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的交叉編譯模塊，在交叉編譯模塊進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)信息編譯和控制指令加載，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換控制模塊進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的信息轉(zhuǎn)換控制，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)和ZigBee協(xié)議，采用PXI觸發(fā)總線進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備信息的時(shí)鐘采樣控制，提高醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備APP控制信息采集的完整性和可靠性，在ROM中實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)APP終端的人機(jī)交互接口設(shè)計(jì)。通過(guò)VME總線發(fā)送控制指令到醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)信息管理系統(tǒng)的上位機(jī)中，在狀態(tài)監(jiān)控器中實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備信息的主動(dòng)加載，在程序交叉編譯控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的時(shí)鐘復(fù)位控制，通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的六線同步串口實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備信息寫入，綜上分析，得到醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的總線傳輸設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的總線傳輸設(shè)計(jì)

3 仿真測(cè)試分析

為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)的醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的應(yīng)用性能，進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，在ARM嵌入式微處理器環(huán)境下進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換控制，在Matlab環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)的程序?qū)懭耄玫较到y(tǒng)的信息采集界面如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)的信息采集界面

根據(jù)信息采集結(jié)果，進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)測(cè)試，對(duì)比陳依松[2]、高菲等[3]傳統(tǒng)系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)。

本文系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間最短，具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)圖7。

圖7 系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試

為了驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)的預(yù)約管理準(zhǔn)確性，與陳依松[2]、高菲等[3]系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比，系統(tǒng)預(yù)約準(zhǔn)確性對(duì)比結(jié)果如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)準(zhǔn)確性對(duì)比

分析圖8可知，采用本文系統(tǒng)進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理的系統(tǒng)準(zhǔn)確性較高，具有較高的實(shí)際應(yīng)用性。

4 結(jié)語(yǔ)

建立醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制模型，提高對(duì)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的現(xiàn)代化信息管理能力。采用MVB總線控制技術(shù)，對(duì)信息處理終端進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采樣，在嵌入式設(shè)備上，設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理的用戶接口，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約的可視化控制，通過(guò)VME總線發(fā)送控制指令到醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)信息管理系統(tǒng)的上位機(jī)中，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備預(yù)約管理系統(tǒng)的硬件開(kāi)發(fā)。分析得知，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的響應(yīng)能力較好，準(zhǔn)確率較高。