智能查房生命体征获取平台的设计与实现

谭志坚，许煜聪，李建均，潘弟

广州医科大学附属第一医院设备科 （广东广州 510120）

查房是医务人员日常医疗工作中较重要的环节，目的在于随时掌握患者生理参数的变化。在常规查房过程中，医务人员需要对患者心率、脉搏、呼吸、血压等生理参数进行记录[1]。目前，各大医院查房方式主要通过纸质记录实现，且记录的数据被手工录入至医院信息系统（HIS）中。若病区内患者数量较多，查房过程耗时较长，医务人员则容易由于粗心和忙碌等原因造成数据记录错误或重复记录。针对该问题，部分医院使用移动查房车来辅助查房，这种方式较大程度提高了查房效率；此外，以手持设备为终端的移动查房系统应运而生，该系统除了提供辅助查房的功能外，还可实现从HIS中调阅图像和化验报告的功能，也可生成和修改医嘱、病历文书和会诊记录。但是，以上两种方式均存在缺陷。（1）成本较高：均需要额外购置设备，且通常价格不菲，对于中小型医院负担较重。（2）通用性不强：由于三甲等较高级别的医院都有无线网络，因此布置难度不大，但对于很多中小型医院，不一定布置有无线网络，无形中增加了推广难度，此外，小型医院患者数量较少，采用以上方式进行查房意义不大。（3）使用不便：医务人员需要在使用前进行培训，重新适应一套新的查房流程，工作效率受影响，且新进的设备额外增加了管理负担。因此，目前的移动查房设备难以在许多医院内进行普及[2]。现搭建生命体征获取平台，无须接入或重建网络环境，通过手持设备端开发的应用程序，使用蓝牙通信技术即可达到辅助医务人员高效查房和减轻日常工作量的目的，且布置成本较低，对于中小型及未布置无线网络的医院尤为适用。

1 总体架构

针对目前查房状况存在的弊端，本次设计的生命体征获取平台可实现生理参数采集，数据解析，数据更新等功能，具有使用系统化、便捷化，降低医护人员劳动强度，提高查房效率等优点。如图1，该平台主要由3个部分组成。（1）医疗设备：本次针对的医疗设备主要为电子血压计、温度计、心电图机等常规查房设备，集成蓝牙通信模块，可将测量的生理参数进行回传。（2）手持设备：通常为手机和移动平板等设备，主要用于控制、收发、显示和存储医疗设备的数据，将作为查房的控制终端。（3）医院信息系统：该平台最大特点是与HIS进行联网，手持设备利用蓝牙模块将查房过程中的生命体征数据回传至HIS中并更新保存。

图1 总体架构

2 平台设计

2.1 软件框架

该平台工作流程如图2，在进入程序界面并完成蓝牙设备配对后，医护人员开始进行查房或上传、更新最近的查房数据。（1）若进行查房，手持设备需从工作站中调取病区待检查的患者信息，医护人员对每例患者进行逐项检查，测量过程中，应用程序接收医疗设备回传的生理数据并同步显示在屏幕上，待数值稳定后，可对本次测量结果进行确认，生理数据将被存储于SQLite数据库中[3]；（2）若需将数据上传至HIS中，工作站使用外接蓝牙USB接口与手持设备进行连接，即可实现快速回传。

2.2 接口模块

该接口模块主要用于读取医疗设备的数据并回传至手持设备中，MCU采用MSP430F149，与 ESP8266的电平一致，无须额外设计电平转换电路，并且MSP430F149具有12位A/D功能，无须额外配备A/D芯片。MCU通过AT指令可以控制ESP8266连接指定的路由器，与服务器进行TCP连接，并且将检测到的设备状态以预设的格数据包格式发送至服务器。接口模块的硬件如图3。

图2 平台工作流程

图3 通用接口的硬件结构

2.3 蓝牙通信模块

目前，可用于短距离无线传输的模块越来越多，并逐渐被广泛应用于医疗器械中。本次选择蓝牙通信技术作为平台无线传输的途径。由于蓝牙4.0相比2.1等版本具有连接更快速，待机功耗小，支持短数据包等优点，且Android系统中集成了蓝牙通信库，可方便调用，因此本系统将采用蓝牙4.0协议[4]。

蓝牙4.0使用基于回调的消息进行传输，数据以消息为单位，在该平台的医疗设备中，将使用2个Service进行传输，而每个Service中都有1个Characteristic。通信步骤如下：（1）当手持设备通过蓝牙与设备连接成功后，手持设备将发送[0xFE，0xFE，0xAA，0xAB，0xAC，0xAD]至医疗设备，表示连接成功并可开始测量，随后，医疗设备发送[0xFE，0xFE，0xAA，0xAB，0xAC，0xAE]，表示已准备就绪；（2）测量过程中，医疗设备实时将测量的数据回传至手持设备，测量信号为[0xFE，0xFE，测量值，0xAB，0xAC，0xAD]；（3）测量完毕后，医疗设备将返回测量结果[0xFE，0xFE，0xAA，测量值，0xAD]。

在手持设备中打开蓝牙通信功能后，对附近设备进行搜索，当列表中出现待连接的设备并选中后即建立了连接。手持设备中的程序接收到一个回调函数的返回值，若是拒绝连接或通信过程中产生异常，回调函数将返回一个常量。当手持设备接收到医疗设备发送的测量值后，应用程序客户端将实时显示数值并描绘出波形。蓝牙通信流程[5]如图4。

2.4 HIS联网

图4 蓝牙通信流程

该平台与HIS数据库连接，可获取和更新患者的生命体征数据，并通过蓝牙与手持设备进行数据传输。我院的HIS数据库由Oracle编写，若有其他接口需要对其进行访问和读取，应设定相应的权限范围，因此可将其他信息系统局限为对HIS数据库中指定范围的表内数据进行特定操作，并创建限定权限的客户端用户[6]。在HIS服务器端对数据表进行操作只能通过Oracle连接会话来实现，从而完成不同系统之间的数据共享。我院的HIS首先为该平台开设一个用户名（to_Rounds），然后对其需要在数据库中访问和提取的数据进行统计并设定权限，最后创建用户脚本。该平台在运行过程，创建的用户to_Rounds会话连接直接指向HIS服务器中的某个数据库，因此只能对特定的数据表进行查询、删除及更新等操作，该方式不仅可满足该平台对HIS数据访问的需求，而且可防止因权限过大带来的数据安全隐患[7]。

3 测试与讨论

图5是该平台的查房流程。

第一，查房前，医师将手持设备与工作站建立连接，并从HIS中获取本次需要进行检查的患者名单和检查项目（如血压、体温、血氧等）。将通用接口与医疗设备（如电子血压计、电子体温计等）连接成功后，即可在手持设备中查看、读取和控制医疗设备。

第二，查房中，医师在手持设备中选中待检查的患者姓名及需要检查的项目，无误后，启动医疗设备进行数据采集，此时生理数据将根据患者姓名和检查项目分别自动储存至手持设备中。例如，对患者A的血压和体温进行记录，医师只需在手持设备的APP中选中该患者姓名以及血压和体温，按下“测量”按键后，APP即可实时对血压和体温进行采集。医师可重复测量，并在多次结果中进行选择。测量完毕后，该患者的血压和体温数据将暂存于手持设备中，点击“完成”按键，结束该患者的测量，并可开始下一患者的测量，重复上述步骤，直至将该次查房的患者检查完毕。

第三，查房后，医师将手持设备与工作站再次建立连接，确认无误后，自动将查房过程中暂存于手持设备的生理数据回传至工作站并同步在HIS中进行更新，此时，整个查房过程完毕，中间并无任何纸质和手工记录的步骤介入，且全程可通过蓝牙连接完成，无须在wifi等无线网络环境中使用。

根据上述建立方法和使用流程，本次通过对体温、血糖和血氧饱和度3项生命体征参数进行采集，并经过蓝牙模块进行传输，最后与HIS对接实现数据自动更新。如图6和图7，是手持设备搜寻医疗设备并配对成功后的界面，可显示当前设备的IP地址和端口号，并选择手动断开连接。

然后对数据传输结果进行测试，测试结果如图8。在该测试中，体温、血糖和血氧饱和度3项生命体征参数可成功传输至手持设备端并实时显示，当本次测试结束且对结果满意，点击“确认保存”后即可保存数据并完成本次测量。

图5 平台查房流程

图6 设备搜索界面

图7 设备配对成功界面

该平台与其他市面上常用的查房设备比较，主要特点如下。

第一，通用性强。该平台提供的接口可与血压计、额温计和血氧仪等查房设备连接，在无wifi等网络环境下，查房过程中采集的生理数据将暂存于使用者的手机中，回到工作站即可将手机通过蓝牙连接，生理数据将被回传至工作站并在HIS中更新。虽然大中型医院已全面铺开无线网络，为无线移动查房的应用提供了便利，但对于小型医院或未布置无线网络的医院，本项目可在完全离线的状态下即可实现无线查房的功能，在普通病房和重症监护室等不同规模的病区中都适用。

图8 生命体征测试过程

第二，成本低。常见的移动查房车或查房平板，需要重新购置配套的监测设备，整体成本偏高，难以在小型医院铺开。该平台的配套硬件较简单，整体开发成本和维护成本相较于市面上的产品都较低，呈现较大成本优势。

第三，效率提高。该平台使用过程并不会改变医务人员的查房习惯，中间亦无过多的烦琐步骤，相较于传统的查房方式，使用该平台可在较短时间内采集完病区多数患者的生理数据，查房效率得到极大地提高，且维护简单，故障率低，有助于减少医务人员工作量，便于临床科室设备管理。

4 总结与展望

本次结合移动医疗的理念，开发了一套集患者体征数据采集，快速回传，自动更新于一体的生命体征获取平台，用于智能辅助医院日常查房工作。相较于传统查房手段和现有的查房设备，该平台具有成本低、效率高、通用性强等优点，可根据病区大小、床位数量及医务人员熟练程度进行相应调整和配套。在查房过程中，该平台可快速有效地获取患者的生命体征数据，查房效率得到极大地提高，医务人员工作量得到有效降低，有助于医师快速掌握患者病情，更好地关注患者健康，体现“以人为本”的医院管理理念。