医院环境下穿戴式实时跟踪护理监测系统的设计

【摘要】自行设计了穿戴式护理监测系统，介绍其穿戴方案、监测终端、无线传输、电子护士站、护理专家系统的设计内容及功能。该监测系统具有如下优势：可动态观察生理体征变化趋势，从而准确、及时掌握患者病情变化；生理参数自动采集传输可避免差错；电子护士站界面友好并且图文并茂，使用便捷；专家系统能及时对监测数据进行分析，并对异常信息及时报警，以保障住院患者的安全，减轻护理人员的工作负荷等。该护理监测系统既能减少工作误差、保证护理安全，又能够提高工作效率。

作者单位： 271000　山东省，泰安市中医医院（杜娟、李强）；国家卫生计生委医院管理研究所（董丹）； 北京邮电大学（吕英华、张金玲）

通信作者：杜娟，Email:tadujuan@126.com

Design on wearable real-time follow-up nursing monitoring system in hospital environment

Du Juan, Dong Dan, Li Qiang, et al. Traditional Chinese Medical Hospital of Tai'an City, Shandong Province 271000, China (Du Juan, Li Qiang); National Institute of Hospital Administration (Dong Dan); Beijing University of Posts and Telecommunications (Lv Yinghua, Zhang Jinling)

Corresponding author: Du Juan, Email: tadujuan@126.com

【Abstract】A wearable nursing monitoring system is designed by the author, whose wearing scheme, monitoring terminal, wireless transmission, electronic nurse station, and nursing expert system design are introduced in detail. This monitoring system has the following advantages: it can dynamically observe the change trend of physiological signs and correctly and timely grasp the condition changes of patient; the physiological parameters are acquired and transmitted automatically to avoid mistake; the friendly interface of electronic nurse station use both text and graphics and is convenient for use; the expert system is able to timely analyze the monitored data and give a prompt alarm in case of abnormal information so as to protect the safety of inpatients and lessen the workload of nursing staff. This nursing monitoring system can not only reduce work error and ensure nursing safety but also improve working efficiency.

【Key words】Nursing monitoring system; Electronic nurse station; Nursing expert system

随着网络技术的快速发展和医疗信息化水平的不断提升，信息化、网络化解决方案在护理领域得到了越来越广泛的应用，在减少误差、提高护理质量、降低使用成本、支持护理决策等方面发挥着巨大的作用 [1]。具有患者定位、身份识别、生理体征实时监测等功能的便携式护理监测系统已成为临床护理工作的迫切需求。本研究旨在设计一种穿戴式并能实时跟踪住院患者，同时可测量生理参数的电子护理设备，该设备依托医院专网的电子护士站及相应的专家系统，组建具有高可靠性、组网简单、低辐射、低成本、低功耗、终端可24h随身携带等特点的护理监护网络。

1　穿戴式护理监测系统的设计

1.1穿戴方案设计

（1）体温监测和定位设备：为直径约5cm的小型传感器，以医用敷贴固定于患者下腹部腹主动脉主干两侧血流丰富的位置。

（2）无创血糖和血氧饱和度监测设备：为指套式戴在患者指端。

（3）腕表式监测设备：内部安装脉搏监测和血压监测模块及患者定位、身份识别功能模块。

1.2 监测终端设计

（1）体温数据采集模块：采用DS18B20智能温度传感器，提供12位(二进制)温度读数指示器件的温度，信息经过单线接口送入或从DSl8B20送出。DSl8B20接口极其简单，使用方便。从主机CPU到DSl8B20仅需一条线(和地线)。经测试，在温度30～40℃之间，平均误差小于0.2℃，分辨率达0.1℃ [2]，本系统测得的体温数据较稳定，能够满足临床测量的需求。

（2）血压、脉搏监测模块：将压力传感器MPVX5050GP采集的脉冲信号分两路接入 CC2430进行分析处理，一路进行 D/A转换，得到静压信号数据；另一路经过滤波放大电路进行 D/A 转换，得到放大的脉搏波信号数据。经测试，血压采集节点与水银血压计的测量结果比较，收缩压及舒张压误差范围均≤5mmHg ；脉搏测量误差控制在5%以内 [3]，可以用于临床监测。

（3）血氧监测模块：选取MSP430FG439芯片作为主控芯片，根据光谱吸收特性曲线，选用660nm和940nm两种波长的光作为光源。测试表明：血氧监测终端能够满足对人体血氧实时监测的需求。

（4）无创血糖监测模块：采用基于MSP430F1611芯片的低功耗无创血糖监测设备，每1μ mol/L葡萄糖浓度变化传感器能产生 10nA 左右电流变化，单片机内部自带模拟数字转换功能用于数据采集。无创血糖监测值与有创血糖测量值的相关系数为 0.965，检测标准偏差为0.208 mmol/L [4]，测量精度和测量范围能够满足临床血糖测量的要求。

（5）报警模块：血压报警阈值设置：收缩压<90mmHg或>140mmHg，舒张压<60mmHg或>90mmHg；体温报警阈值设置：≤35℃或≥37℃；脉搏报警阈值：≤60次/min或≥90次/min，其报警阈值还能根据患者病情需要调整报警范围。

1.3 无线传输设计

采用CC2530作为主控芯片搭建ZigBee星形网络，一方面通过 ZigBee 网络与血压采集节点通信，按照规定间歇(15min～30min)采集患者生理体征；另一方面通过以太网与监测中心连接，执行主机命令并作出响应。经测试，数据可以在中心节点覆盖半径20m范围内可靠传输；GPS定位模块采用瑞士U-BLOX生产的芯片，通过解析GPS全球定位系统网络传输协议（NMEA0183通信协议），提取患者位置的经纬度信息，通过AT命令发送短信进行报警 [5]。实时测量的生理参数数据可通过ZigBee等手段实时传输至电子护士站，部分信息直接送达责任护士及责任医生的手机。

1.4 电子护士站系统设计

设计界面友好、使用方便的电子护士站系统，用于搜集、存储、分类、管理电子护理设备提供的实时生理体征参数。系统针对医院环境，采用面向对象的编程语言，在VC++6.0环境下进行开发，监测终端采集的生理体征信息通过Access 2003数据库统一管理，护士站监测中心系统软件对数据进行接收处理并存储。用户可以查询每个采集节点的实时数据及历史曲线图等信息，并能够方便设置及调整各生理参数的报警阈值。

1.5 护理专家系统的设计

护理专家系统由数据采集、数据处理、数据恢复显示和数据库等模块组成，能够实现对人体生理参数进行24h的连续监测和分析。该系统具有多用户实时数据的实时分析功能，能够对实时生理参数和标准生理参数进行比较，并进行危险阈值的判断、预警。

2　结果

医院环境下穿戴式实时跟踪护理监测系统经实验室测试及初步临床验证结果显示，监测数据与护理人员定时测量节点数据比较，所测得的体温、脉搏、血压、血氧、血糖值两组间比较，差异无统计学意义（P>0.05），能够满足临床护理工作的需要，并具有以下优点：①可动态观察生理体征变化趋势，准确、及时地掌握患者病情变化；②生理参数自动采集传输，避免差错；③电子护士站界面友好且图文并茂，使用便捷；④专家系统能及时对监测数据进行分析，并对异常信息及时报警，保障住院患者的安全；⑤能够减轻护理人员的工作负荷。

3　讨论

体温、脉搏、血压、血糖等人体基本生理体征反映着患者病情的细微变化。传统的定时手工测量绘制方式，无法完整地描述生理参数的实时波动，而且还有可能漏掉重要的病情信息。另外，由于无法有效地执行核对及不能获得患者病情及其位置变化的报警信号，易导致患者猝死、走失、跌倒等护理差错、事故等，严重威胁着患者的生命安全和医院的正常医疗秩序。心电监护仪由于体积大、导线多等原因，仅限于对重症患者的短期使用。移动终端（PDA）的采用使录入生命体征信息更方便、持久、安全，但在性能及提高工作效率方面尚需加强 [6]。而针对住院患者所设计的护理监护系统，能够有效地保障患者的生命安全，防范护理意外事件和医疗纠纷的发生，提升护理服务质量，减轻护理人员的工作负荷，适用于已引进护理信息系统（NIS）的各级综合医院和专科医院，尤其适用于心内、呼吸、内分泌、脑病、儿科等病情变化快、意外事件多发的科室。此外，传染病房利用其进行生理体征的自动采集与传输，可减少医院感染的发生。