基于护理床的远程监护系统设计

吴 优，杨 莹，刘艳玲，钟忠健，干 峰

基于护理床的远程监护系统设计

吴 优，杨 莹，刘艳玲，钟忠健，干 峰

目的：设计一种基于护理床的远程监护系统，帮助常年卧床的老龄患者进行日常的生理监护。方法：集成生理参数监测模块到护理床中，与配置在床边作为上位机和人机交互界面的个人计算机（personal computer，PC）共同构成床边监护站，通过互联网将多个床边监护站与中心基站相链接。各监护站软件基于Visual C++编写，采用基于客户端/服务器（Client/Server，C/S）和浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）的混合网络模式实现远程监护和控制。结果：初步实验结果表明，该系统能够准确、实时地读取到患者生理参数信息，并实现远程监护功能，与专业生理参数检测设备作对比测试，相对误差小于3%。结论：该系统不但可以帮助医护人员及时获取卧床瘫痪患者的生命体征情况，实现疾病早期预防、早期诊断，同时可以有效降低医疗成本，提高医护人员工作效率。

多功能护理床；远程监护；床边监护站；中心基站

0 引言

中国人口结构日趋老龄化，残疾、失能的老年人患慢性疾病的比例明显升高。在针对高龄中风瘫痪患者和术后恢复期患者的日常护理中，医护人员不仅要密切监控患者们的生命体征变化，同时还要帮助他们调整体位以防止长期卧床带来的褥疮[1-3]。

目前，市面上的高端监护仪产品具备局域网内远程监护功能，适用于医院手术麻醉监护或者重症监护，但是这些仪器设备往往价格昂贵，难以推广使用[4]。市面上的多功能护理床也有不少，大部分都因为功能单一无法满足卧床患者的监护需求，而难以满足实际需要[5-6]。本系统采用一体化设计方案，将生理参数采集模块集成到护理床体中，分别开发出远程监护服务器端和客户端软件，利用现有普通计算机和网络交换设备就可以实现监护与护理双重功能。这样不仅能够实现对卧床患者实施长期有效的生理监护，而且可以帮助患者进行自动翻身等护理动作。

1 系统总体框架

整个系统框架包括中心基站和监护客户端群，中心基站与多个客户站通过网络交换设备相连接，整体框架图如图1所示。医护人员可以在中心基站同时观察到不同环境下的多位患者的生命体征状况，通过发送控制指令和反馈信息实现远程监护。监护客户站以护理床为载体，床体集成生理参数采集模块，床边配置不同规格个人计算机（personal computer，PC），共同负责采集患者的生理参数和帮助患者进行体位调整。当用户无法接入网络时，床边监护站可作为普通监护仪单独使用。

鉴于对基层医疗机构以及社区家庭的远程监护功能需求分析，本系统采用基于客户端/服务器（Client/Server，C/S）与浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）混合模式的网络架构[7]。在社区家庭广域网环境下，针对需要长期监控的慢性病患者，用户可直接通过网页浏览方式实现远程监护；在医院局域网环境下，针对一些需要实时监护的重症患者，用户可先下载安装相应客户端程序进行远程监护。

图1 监护系统整体框架图

2 硬件设计

2.1 护理床

本设计选用某国产品牌的具备自动翻身和动作控制功能的电动护理床作为整套系统的硬件载体，当患者需要进行体位姿势调整时，可通过床边配置的上位机控制护理床的机械动作，方便卧床患者以及看护人员操作。

2.2 生理参数采集模块

本设计采用FY0801多参数监护开发板（如图2所示）作为生理参数采集模块，该开发板采用一体化设计，体积小，能够无缝集成到护理床床体中。各生命体征参数的检测由标准化的医学硬件检测模块使用相应的调理电路和传感器完成，模块内包含模数转换器和微处理器，实现心率、血压、血氧饱和度、呼吸率、体温等生理参数的采集功能。将多个数据采集模块集成在一块开发板上，通过RS232串口将采集到的数据传递给上位机，再由上位机控制软件实现信号处理、数据存储、显示传输等功能。许多原本由硬件实现的信号处理功能转由上位机的控制软件实现，省去了液晶显示屏和存储器等部件，从而大大简化了整个系统的设计，十分有利于开发。

图2 FY0801生理参数监护模块

2.3 上位机和网络

上位机采用搭载Windows系统的常见PC即可，中心基站配置小型服务器或者高配的PC，在局域网（local area network，LAN）/广域网（wide area network，WAN）环境下，有Windows系统的便携式计算机或平板计算机都可以作为客户站的上位机。采用即插即用、稳定性高的USB转串线可以有效解决部分计算机无串口的问题，转串线同样可以保证串口通信的高稳定性和抗干扰性。

3 软件设计

3.1 软件总体架构

整套系统由中心监护基站服务器端、客户端和浏览器端3个部分组成，其中中心监护基站服务器端包括应用（application，APP）服务器和Web服务器，分别接受不同客户端的访问请求和反馈信息。整个系统的软件架构如图3所示。

图3 监护系统软件架构图

3.2 中心基站的设计

3.2.1 基站服务器

中心基站在与多个客户端同时进行交互通信时，采用多线程的并发服务器模型（如图4所示）。中心基站并发服务器为每个客户端都创建一个子线程来处理并发请求。当客户端发送请求时，相应的并发子线程就会独立处理与该客户端的具体通信，这种机制可以有效避免通信错误，同时大大减轻服务器端的压力。

图4 并发服务器模型

3.2.2 中心基站功能

当具有管理员权限的医护人员登录中心监护基站后，可以同时调取2个指定床边监护站患者的实时监护情况，同时利用中心基站服务器端的电子病历系统遍寻所有已上传的患者生理数据，实现病史回顾功能。在实时监护过程中，客户端连接上中心基站服务器后，医护人员不仅可以准确地接收到来自各个客户端的实时生理参数信息，而且当监护对象的生命体征出现异常时，中心基站会以报警闪屏加语音播报的形式提醒值班人员进行处理。当需要针对指定患者设置监护方式或者调取指定患者生理数据时，医护人员还可以发送控制指令给指定客户端，实现远程控制[8]。交互界面如图5所示。

图5 中心监护基站服务器端交互界面

在C/S模式下，客户端会首先读取自身串口，当设定时间内缓冲区中数据包数量已经达到一定阶段，就可以触发串口通信事件来进行处理。数据包经过解包处理后，客户端主线程就可以调用发送函数将数据包直接发送到APP服务器端。APP服务器端再通过数据解包和处理，在交互界面上显示实时参数和波形。

在B/S模式下，Web服务器端首先发布一个已经嵌入了监护ActiveX控件的网页，客户端只需要通过Web页面下载安装已经编写好的ActiveX控件就能实现远程网页监护。因为，服务器端的网络协议（internet protocol，IP）可以从当前访问的Web页面的统一资源定位符（uniform resource locator，URL）地址得到，通过访问指定网址，ActiveX监护控件在运行时就可以向服务器端发送数据。通过在页面中嵌入JavaScript语句就可通过当前的URL地址来传递ActiveX控件的可远程监护的属性[8-10]，中心监护基站流程图如图6所示。

3.3 C/S模式功能实现

根据监护开发模块的数据传输协议以及功能需求，C/S模式下的客户端应用程序的软件流程如图7所示。主程序采用串口通信线程和显示主线程的多线程机制进行编程，2个线程之间利用事件对象进行通信，实现同步[11-12]。串口通信线程承担接收和发送生理参数数据的任务，并以实时更新消息的方式通知主线程。主线程主要负责客户端生理参数和波形显示以及人机交互功能，同时还要与服务器端建立连接，发送数据包给服务器端。每当串口线程收到生理参数采集模块发送过来的数据包后，就将缓冲区中的数据对象更新，并发送消息请求主线程响应，主线程响应消息就会执行屏幕刷新重画的指令，从而实现6种参数以及波形实时显示的功能[13-14]。客户端实时监护交互界面如图8所示。

图6 中心监护基站流程图

图7 C/S模式客户端应用程序软件流程图

图8 C/S模式客户端实时监护界面

3.4 B/S模式功能实现

为实现广域网环境下的远程监护功能，本系统设计了基于B/S模式下的浏览器端流程，如图9所示。

首先，使用微软基础类库（microsoft foundation classes，MFC）技术开发出ActiveX监护控件，通过Web服务器把开发好的控件嵌入到网页中进行广域网发布。用户只需要打开浏览器访问指定IP地址的Web服务器就可以下载该ActiveX控件到本客户机中，注册后即可使用该控件的属性。在床边监护站中，生理参数采集模块通过串口与客户机相连，将采集的心电、血氧饱和度、血压等参数发送到客户机，然后客户机通过LAN与Web服务器连接。安装了具备监护属性的ActiveX控件的浏览器可以读写串口采集到的数据，通过本地客户机上实时显示并向Web服务器发送，从而实现远程监护[14]（如图10所示）。

图9 B/S模式软件流程图

图10 B/S模式客户端浏览器实时监护界面

4 系统应用

为了验证该系统的准确度，我们选取20位受试者进行实验检测，其中10位受试者测试C/S模式下的结果，另外10位受试者测试B/S模式下的结果。将其测量结果和某知名品牌高端监护仪的结果进行对比。在整个实验过程中，为得到更准确的数据，要求受试者在安静状态下休息15 min，先用本系统测量，然后再用对照监护仪进行测量，最后对测量结果进行比较和分析。以受试者测量参数误差的平均值、标准偏差以及测量验证准确率评价系统准确性。

测量结果见表1、表2，C/S模式和B/S模式下的测量结果与监护仪测量结果间的绝对误差都比较小，2种模式都在监护仪的测量精度范围内，满足临床使用要求。

5 讨论

表1 C/S模式生理参数测量误差和验证准确率

表2 B/S模式下生理参数测量误差和验证准确率

本文针对用户人群和地域环境的差异性，以生理参数原始开发板、护理床和已有的计算机网络设备等作为系统硬件载体，分别开发了中心监护基站服务器端软件、客户端监护软件以及监护ActiveX控件，从而构建出能够满足不同用户需求的远程监护系统。本设计面向基层医疗机构和社区家庭，具有广阔的应用前景。

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（收稿：2015-03-05 修回：2015-08-07）

Design of telemonitoring system based on nursing bed

WU You,YANG Ying,LIU Yan-ling,ZHONG Zhong-jian,GAN Feng
（Sun Yat-sen University Cancer Center,State Key Laboratory of Oncology in South China, Collaborative Innovation Center of Cancer Medicine,Guangzhou 510080,China）

Objective To design a telemonitoring system based on a nursing bed for the monitoring of paralyzed patients. Methods The bed-side monitoring station was consisted of a nursing bed integrated with physiological monitoring module and a PC as host computer and human-computer interface at the bedside.Which was connected to multi-bedside monitoring station via internet.The software of monitoring stations was built by Visual C++to realize telemonitoring and control based on C/S and B/S mixed network mode.Results The results show that the system could accurately read physiological information of patients,and realize telemonitoring function,and the relative error was less than 3%compared with professional monitoring equipment.Conclusion This system could not only realize early prevention and early diagnosis of the disease,but also reduce the cost of medical care and enhance efficiency of the health care providers.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（11）：10-13]

multi-function nursing bed;telemonitoring;bed-side monitoring station;central base station

R318；R197.38

A

1003-8868（2015）11-0010-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.11.010

广东省科技计划重点专项（2010A030500 006）

吴 优（1985—），男，助理工程师，主要从事医疗软件开发及医院信息化系统管理方面的研究工作，E-mail：wuyou@sysucc.org.cn。

510080广州，中山大学肿瘤防治中心，华南肿瘤学国家重点实验室，肿瘤医学协同创新中心（吴 优，杨 莹，刘艳玲，钟忠健，干 峰）