远程医疗中央监护系统

高明亮

(沈阳工程学院自动化学院，辽宁 沈阳 110136)

0 引言

据不完全统计，心血管疾病已经成为全球危害人们健康最主要疾病之一，心血管疾病发作时主要特点是：突发性、抢救有效时间短而且致死率极高。在日常生活中，如果突发心脏病且在发病时不能及时发现送往医院治疗，将直接导致发病人员死亡[1,2]。

多功能心电监护仪对于心率过缓、心律失常、心率过速等症状均有明显的监测作用，贯穿于重症患者整个心血管治疗的全周期。传统的床头多功能心电监护仪，价格较为昂贵，并且体积庞大，只能放于床头不便于移动并且分散在医院各个病房当中，不仅不利于医护人员的实时检查，还会给患者造成困扰[3,4]。因此，本文首先结合国内外现代远程医疗中央监护系统的设计思想，将电子和计算机等信息技术融入到医疗领域，最终设计一套智能化的远程医疗中央监护系统，该系统具有低功耗、低成本和工作稳定等优点。由于设计过程中，系统预留出了一定的扩展接口，使得本系统具有可扩展性。

1 系统的总体设计思想

本文设计了一套远程医疗中央监护系统，该系统能够帮助医护人员远程集中观察多名患者生命指征参数，不仅可以提高医院医护人员的工作效率，而且还可以集中监护观察多名患者的生命指征参数，方便医生和护士随时了解各个住院患者的病情，能够及时给予药物治疗。

本系统选用一台计算机作为远程监护的中央站(上位机)，若干个多功能监护设备作为系统的终端装置(下位机)。下位机的主要作用是对被监护者的生命指征参数的数据采集，同时将采集过来的数据实时准确地传输到上位机中；上位机接收各终端设备传来的数据，并且存储与显示出来。医生和护士通过集中观察上位机的数据信息，能够及时了解各个患者病情，并有效的调整治疗方案，该系统的上位机还可以向各个终端设备发送控制指令。系统结构如图1。

图1 系统结构

本系统主要分为终端监测装置与远程监护的中央站两大部分。图2为终端监测装置的结构图，该装置核心控制芯片选用了TI公司的MSP430单片机，相比于传统的51单片机，该芯片的使用可提高整个装置的性能，降低装置的功耗。与MSP430相连的有各种监测传感器电路，来测量生命指征参数；该装置可以用键盘设定阈值，参数不在正常范围时，则启动声光报警电路；终端装置测得的数据都要通过显示模块显示出来，同时通过串行通信把数据传输给上位机。

图2 人体生命体征采集系统结构图

上位机部分主要用一台计算机，在上位机中设计上位机软件，实现上位机与各个终端监测装置远程通信。各个生命体征参数会存储在上位机中，同时在上位机界面中显示出来。

2 系统的实现

2.1 终端监测装置的数据采集

1) 指端脉率的采集

指端脉率的采集中选择DB-18传感器，心脏跳动时，血管充盈度会发生变化，DB-18将这种变化转换为电信号，并传给MSP430，完成数据采集。具体电路如图3所示。

图3 脉搏传感器接口电路图

DB-18输出波形是方波信号，利用单片机的定时计数器测得60s内脉冲的数目，从而得到指端脉率。

2) 血氧饱和度的采集

测量原理：测量时，将传感器套在人手指上，利用手指作为盛装血红蛋白的透明容器，使用红光和近红外光作为射入光源，测定通过组织床的光传导强度，从而通过单片机计算血红蛋白浓度及血氧饱和度。

本系统采用sws01型血氧饱和度测量模块，能够对血氧饱和度进行快速准确地测量。

3) 呼吸波形的采集

本系统采用HXB-2型呼吸传感器模块。当人体呼吸时，腹部会产生波动，这种波动对传感器产生外部压力，导致内部两电容极板发生相对位移，从而对电容的大小产生影响。这里对传感器输出波形进行采集，通过单片机内部的A/D转换器实现A/D转换，最后将数字量数据传送到上位机中，存储并还原出呼吸波形。呼吸传感器与单片机接口如图4所示。

图4 呼吸传感器接口电路图

4) 心电波形的采集

在本系统中，心电波形的采集，是通过对人体标准三导联信号的采集以及放大滤波等处理，最终将信号传至单片机实现数据处理。心电波形采集电路主要是模拟信号的采集。模拟信号的采集中，主要由前置放大级、二阶高低通滤波器、光耦隔离、一级放大，50Hz陷波电路和增益可调二级放大电路所组成，结构图如图5所示，在整个采集电路中将采集过来的模拟信号通过单片机内部的A/D转换将模拟量变成数字量，从而利用单片机进行数据处理。

图5 心电波形采集的结构图

2.2 终端监测装置的键盘与显示模块

终端监测装置的键盘模块是向单片机输入数据信息，这里主要输入各个指标参数的阈值。当某个参数不在正常范围内，终端监测装置则启动声光报警模块，同时上位机也会收到这些数据。在显示模块中，这里应用LCD液晶显示，显示的信息包括：指端脉率、呼吸、血氧饱和度和心电波形等。在文字信息和波形信息之间是通过键盘进行切换。

2.3 中央站

此部分就是以一台计算机作为上位机与终端设备进行通信，在上位机中，需要编写上位机软件，来接收数据与发送指令，同时上位机需要存储大量数据，以便医生能够调取一定时间段内的生命体征数据，并生成相应波形。上位机软件用JAVA来进行实现，设计出来的程序有自动和手动的功能。平时执行自动检测，紧急情况可启动手动功能，来调取数据或给终端设备发送指令。上位机界面显示的信息与各终端装置显示的基本相同，医生和护士可以实时地观察各患者的生命体征参数。

2.4 数据通信模块

这里采用RS485通信协议。RS485通信协议适用于远距离有线通信，数据传输距离可达1 500 m[5-8]。在设计中将单片机串口与MAX485芯片连接，具体接口电路如图6所示。在上位机中，接收到的数据首先进入到RS485转RS232模块，从而把数据传输到上位机中[9]。

图6 单片机与MAX485接口电路

本系统实现中央监护站和各个终端设备进行通讯，所以，基于异步通讯，利用对多个线程进行设计，以此实现一对多，提升实时通讯的速度。我们的系统是在windows中实现运行的，所以，为了使中央监护站能够快速地和终端设备通信，可以借助win32所具有的多任务系统平台的特点，同时结合多线程技术。此外，实际中还需要对不同的床位机进行区分，所以针对所发送的数据帧，对数据包的源串口进行定义，以此为根据，对数据包的来源进行判断。通过实验测试，终端监控设备与中央站远距离数据通信成功率可以达到99%以上，因此利用RS485很好解决远距离数据通信。

3 总结

本文研究了目前国内外远程医疗护理行业的发展和所需，将前沿的信息技术融入到医疗监护系统中，能够监测指端脉率、呼吸、血氧饱和度和心电波形等参数，并将这些参数实时传送给上位机中，实现远程监护。目前实验室阶段达到了系统的整体要求，在后面工作中，还需在实际应用中进一步完善系统的其他方面功能。