移动护理系统中非接触体征监测模块设计的分析

张 蓉

（延安大学 西安护理学院，陕西 榆林 710100）

在移动护理系统应用过程中，具有简单、灵巧等特点，换的了广大护理人员及患者的一致好评，而非接触体征监测模块的加入属于一个全新的尝试.在传统临床护理之中，主要以生命体征监测方式为主，需要借助于传感器才能与人体进行接触，但对于一些严重的精神科患者来说，该方式很难在护理过程中得到实施.从这里也可以看出，非接触体征监测技术的应用显得格外重要.

1 研究背景

在生命体健康维护过程中，包括很多常规生命体征监测方式，如心电图、脉搏式压敏传感器等，并以传感器为主，与人体进行接触.但由于很多特殊情况存在，如患者情绪不稳定、烧伤患者等，接触式监测方式难以将监测效果发挥出来，此时非接触式监测的意义便会被有效突显出来.近年来，随着该项技术的不断完善，基于生物雷达的监护病房利用非接触生命体征参数完成了实时监测.本院于2013年开始实现了移动护理系统的有效应用，在工程不断完善的基础上，移动护理功能的覆盖范围越来越广，最终为移动护理系统之中的呼吸、心跳等实时监测模块的构建创造了良好基础.

2 关键技术分析

2.1 生物雷达技术和过滤算法

在生物雷达应用过程中，主要以电磁波透过障碍物为主，从而完成对回波信号的有效接收，实现非接触是体征的探测，将生命体之中的心肺等活动信息展示出来.在近十年的发展下，生物雷达技术得到了充分完善，产品也朝着模块化、小型化方向发展.本院所使用的生物雷达参数如下：长宽高为165mm、90mm、29mm，微波频率为24G，探测角可以保持在70°左右，上下浮动范围并未超过30°.由于人体的呼吸幅度远超过心跳幅度，且二者同为低频信号，在频谱信号采集过程中很容易出现重叠现象.为此，人们在雷达信号处理过程中引入了CEEMD算法，运算效率相对较高.在该算法应用时，需要利用窗函数g（n）对离散信号x（n）进行拦截，并将拦截下来的信号做傅立叶变换.假设给定信号为x（n），n=1,2……，L-1，则有：

该式中，N代表时间轴上窗函数的步长；w代表圆周率；T代表抽样间隔.如果将w离散化，便会得到：

该式主要将整个频域周期分解成M个点，一般来说，g(n)宽度与M点相似.

2.2 传输模式设计

在该项目开始之初，生物雷达原型以波特率115200串口传输为主，将已经采集好的数据上传到电脑之上，之后再通过局域网络传输到服务器之上.在模拟实验过程中，虽然将流程测试展示了出来，但在病房测试过程中，该传输方式对设备空间占用极大，且传输环节较多，不具备较高的稳定性.在移动医疗的作用下，本院以前馈式无线局域网为主，支持802.11n协议，稳定性较高.在此基础上，当生物雷达后端引入无线网络模块之后，各种信息传递得到了有效治理，在经过有效改进之后，传输稳定、操作便捷等优势便突显出来.图1为传输模块手机端的设计示意图[1].

图1 传输模块手机端的设计示意图

2.3 物联网移动终端

在患者住院过程中，均需要佩戴一次性的RFID腕带，该腕带之中设计到高频无线射频技术的使用，为患者识别工作创造了坚实基础.该项目在医院护理工作之中已经具备较为完善的硬件模块和功能，这其中还涉及移动端的硬件模块和功能情况，并与安卓5.1系统相结合，并在其中附上二维码识别等功能，为多媒体展示创造了有利条件，为今后的项目技术拓展奠定了良好基础.

3 移动护理系统中非接触体征监测模块设计的具体分析方法

3.1 需求分析

根据特殊患者的临床需求，相关设计人员在系统中设计了患者绑定、信息查询、心跳实时监控等功能，为今后的实时报警、数据图表等功能实时提供良好基础.以25岁健康男性为例，在检测工作开始之前可以利用常规方式对呼吸、心跳进行分别估测，最终结果为每分钟17次和75次.在实验时，受测者需要静坐于监测装置前方30cm处.而在计算时，相关工作人员应做到每秒钟对计算结果进行刷新.另外，在需求插值和寻峰计算之中，通过傅立叶变换可以将频谱之中的3点插值确定出来，如图2所示，在图中，S2为未插值时的峰值，其频率用f2代替，在峰值上与f2相同距离取f1，最终可以得到如下公式：

在具体峰值确定之后，可以将具体的心跳、呼吸数值确定出来，从而对实时数值进行统计.

图2 频谱的插值寻峰

3.2 系统流程

在系统流程确定过程中，相关工作人员需要首先对患者身上的RFID腕带和雷达条形码进行扫描，做到每一个患者的有效绑定，并通过具体的生命体征数据和实现与患者的一一对应.在生物雷达启动之后，人们需要做好微波信号的接收和反馈工作，将采集到的信号进行微波过滤和放大工作，确保其可以在电路处理中发挥出一定作用.除此之外，在数字处理接入之后，人们可以对具体的呼吸和心跳波形进行统计和识别，之后通过网络将各种数据上传到无线局域网之中，将患者ID、特征等数据存储在数据库之中，这样一来，各项数据便可以在终端显示器之中进行显示.经过多次对比分析之后，以及检测结果的有效统计，最终的流程结果与整个设计要求相符，而且在整个测试过程之中，模块运行情况显得极为稳定.但由于患者状态的起伏多变，很容易出现大量数据流失现象.因此，在该系统流程应用过程中，并不能将接触式监护全部代替[2].

3.3 运行环境

在患者佩戴的一次性RFID腕带管理过程中，主要以条形码管理为主.整体来看，系统服务器主要以虚拟机服务器的使用为主，在配置上，该处理器的核心内存为16G，硬盘大小为500G，处理器数量为2个，核心数量为4个.站在移动端角度来说，所使用操作系统为安卓5.1，屏幕大小为5.0英寸，支持多点触摸及RFID标签内容的读取.在无线网络馈线作用下，该测试模块可以对2.4G和5G频段之中的信息进行接收，并遵守802.11n协议，从而对无线终端提供接入管理，并确保管理IP等程序的准确进入.除了上述方式之外，人们还可以利用安卓平台和蓝牙服务来实现服务功能的全面开展.在蓝牙设备应用到通信环节之中时，主要包括以下几个步骤：对蓝牙设备进行设计、找寻局域网络之中可以匹配到的设备、在连接的设备之中实施数据传输.经过上述步骤的作用之后，蓝牙通信模式逐渐被建立起来，促使数据得到更多被读取的机会，并利用数据重组进行数据采样.

3.4 测试分析

以心血管内科的多轮测试数据为例，在具体测试过程中，主要对接触式心率采集方式进行使用，并对其数据标准值进行比较，再通过大量数据对比之后，可得到以下分析结果：首先，由于系统的合理设计，功能运行情况显得更加流畅，经过多次测试之后，具体效果基本上与实际监测需求相符，在非接触式连续采集的作用之下，呼吸、心跳等数据将会被收录到服务器数据库之中，同时实现数据终端的良好监测.在测量时，测量对象的状态一般以静止为主，生物雷达也会正对着患者胸部进行信号的发生和接收，所具备的测量精度较高，一旦出现数据获取不到的情况，需要对设备位置进行及时调整.根据相关文献资料显示，人体心跳和产生部分是随机的，并很容易受到外界干扰因素的影响.另外，该方式在应用过程中不能将接触式监护方式完全取代，只能对于部分特殊情况之下的临床工作提供参考依据，避免为后续工作的开展产生误导[3].

4 总结

综上所述，在具体护理系统之中，非接触方式可以实现对生命体数据的实时采集，为后续临床研究工作奠定了基础条件，还能对各种信息数据进行非接触自动采集.相比之下，该项目属于生物雷达技术范畴，在未来护理行业应用中具有良好的应用前景.但由于该项技术受很多因素的限制，暂时无法与临床使用标准相符.因此，相关研究人员应进一步提升研究力度.