基于智能手机APP的重症患者生命体征监测系统研究与应用

洪范宗，苏秋玲，陈剑云，黄向东，田君鹏，王伟

1.解放军第175医院 医学工程科，福建漳州 363000；2.解放军第180医院 医学工程科，福建 泉州 362000；3.解放军第92医院 药械科，福建 南平 353000

基于智能手机APP的重症患者生命体征监测系统研究与应用

洪范宗1，苏秋玲2，陈剑云3，黄向东1，田君鹏1，王伟2

1.解放军第175医院 医学工程科，福建漳州 363000；2.解放军第180医院 医学工程科，福建 泉州 362000；3.解放军第92医院 药械科，福建 南平 353000

目的设计基于智能手机APP的重症患者生命体征监测系统，实时监测重症患者生命体征数据，使医护人员随时掌握重症患者生命体征的变化信息。方法 依据现有智能手机APP的实用性强、适用性广的特点，设计监测重症患者生命体征所需的信号处理单元、网络单元和手机端APP应用软件。结果系统急救设备信息读取装置可实时读取重症患者生命体征监测数据，由信号转换器传输到服务器存储，利用现有的4G网络显示于智能手机APP平台。结论基于手机APP的移动医疗系统，对重症患者监护监测具有发展前景。

手机APP；重症监护；网络数据转换器；云端服务器

引言

医院重症病房（ICU）是危重患者相对集中的场所，通常配备各种先进的诊断、监护和治疗设备，如呼吸机、监护仪、输液泵、注射泵、除颤仪、CRRT（连续性肾脏替代治疗）、PICCO（脉搏指示连续心排出量）等，对危重患者实施连续的、动态的监测并采取有效和及时的干预措施，以最大限度保障患者生命安全和有效救治，是医院综合救治水平的直接反映。在重症病房，患者病情变化快，生命体征不稳定，如何能在最短时间内获取生命体征变化信息并进行有效救治，对于保障患者生命安全显得尤其重要[1]。

目前，医护人员获取重症患者生命体征变化通常由中央监护系统和床旁巡查相结合的方式[2-3]。中央监护系统一般只监测床旁监护仪的心电、血氧、呼吸、脉率、血压、体温等信息，床旁巡查听到设备报警声后进行处理或者定期巡查，这两种方式都不能全面、及时获取重症患者生命体征变化信息，而且获取区域仅限于重症病房这个区域。随着移动医疗和智能手机软件的快速发展，研制智能手机APP用于随时随地监测重症患者生命体征数据成为了可能[4]。因此，本文以重症患者生命体征变化监测为目的，研究设计基于智能手机APP的重症患者生命体征监测系统。

1 系统架构

基于智能手机APP的重症患者生命体征监测系统由监护设备端、数据服务器、信号处理单元、网络单元和移动APP端应用几部分组成（见图1）。其中信号处理单元主要完成数据采集、转换和处理功能，网络单元主要完成信号加密和传输功能，最终由移动APP端进行数据解码、显示，达到实时监护的目的。

图1 基于智能手机APP的重症患者生命体征监测系统系统框图

2 信号处理单元设计

信号处理单元采用嵌入式处理器控制。微控制单元（MCU）选用富士通公司生产的芯片MB9BF210T[5]，该高集成度芯片所采用的架构为目前主流的基于ARM Cortex-M3的32位内核，其主频速度达到144 MHz，具有实时性强、通信接口丰富、性能可靠稳定等特点。芯片完全采用工业级设计，使其具有超强的抗干扰能力及环境适应性，非常适合对数据实时性和设备长期工作稳定性要求高的场合。

2.1 数据转换器

重症监护室医疗设备主要包括呼吸机、监护仪、输液泵等，这些监护设备均提供RS232或RS485串口接口，以便设备与外界进行数据交互。因此，系统应用需设计串口到网络的数据转换器，该转换器对患者监护过程实时生理数据进行采集与转换，并将数据重新编译，然后通过互联网实时上传到云端服务器，最终由服务器对数据进行解码并保存。转换器还包括专用波特率发生器，只要设置特定波特率和错误诊断机制就可减少数据采集误码率。数据转换器的硬件连接示意图，见图2。

图2 数据转换器硬件连接示意图

2.2 网络接口

系统网络传输采用RJ45电磁隔离型网口实现，遵循IEEE802.3协议，支持10 Mbps/100 Mbps传输模式及全双工/半双工传输方式。信号处理单元网络接口接入正常，则数据传输至云端服务器。

2.3 电源模块设计

信号处理单元采用市面上通用的DC 5V作为设备供电电源，通过DC电源圆形插座从外部接入。设计屏蔽、保护电路，实现防静电、防浪涌功能。

2.4 信号提示

信号处理单元提供电源指示灯、数据收发指示灯、网络收发指示灯和报警信号指示灯。电源正常接入则电源绿色指示灯常亮；数据收发指示灯和网络收发指示灯在数据收发和网络收发状态下黄灯闪烁；当信号处理单元发生故障，则红色指示灯闪烁。

3 网络单元设计

系统网络单元的网络通信采用TCP/IP协议，以应答式实现数据实时传输。信号处理单元作为客户端（Client），云端服务器（Server）发出数据请求，信号转换器根据请求报文中的地址及功能码的定义，应答报文（报文协议可自行定义）。

3.1 网络通信协议定制

网络通信TCP/IP采用轻型开源的LwIP协议栈实现以适应手机APP资源应用要求，有无操作系统支持都可以运行。重症患者生命体征监测系统应用中需对LwIP进行优化，在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM的占用，要求仅占用十几KB的RAM和40 K左右的ROM。

3.2 手机APP通信模型

手机APP通信[6]同时采用TCP和UDP方式，从而适应不同网络状态数据传输需求。TCP模式下通过客户端和服务器端套接字函数实现，控制OutputStream和InputStream输入输出流，通信模型见图3，通信过程数据以流的方式进行传送；UDP通信模型见图4，手机端和服务器端通过端口号互相识别，端口号正确即可相互通信，这种通信模式将数据打包后发送。

图3 系统TCP通信模型

图4 系统UDP通信模型

4 应用与讨论

系统硬件采用经阳极氧化的铝合金坚固外壳进行外壳封装，外壳两翼分布安装通孔，方便安装维护、美观耐用，且便于在场所固定使用。手机端APP应用程序开发完成后即可与信号处理单元应用网络单元进行生命体征监测，监测过程中应用IP信道进行数据传输，由服务器端和应用程序端socket套接字进行数据通信链路链接。具体应用实现见图5。

Research and Application of a Vital Sign Monitoring System for Patients in ICU Based on Smart Phone APP

HONG Fan-zong1, SU Qiu-ling2, CHEN Jian-yun3, HUANG Xiang-dong1, TIAN Jun-peng1, WANG Wei2
1. Department of Medical Engineering, the 175thHospital of PLA, Zhangzhou Fujian 363000, China; 2. Department of Medical Engineering, the 180thHospital of PLA, Quanzhou Fujian 362000, China; 3. Department of Medical Engineering, the 92ndHospital of PLA, Nanping Fujian 353000, China

ObjectiveTo design a vital sign monitoring system for patients in ICU based on smart phone APP so as to perform real-time monitoring of vital signs of patients in ICU and make medical stuff have a real-time command of changes in vital sign information. Methods In terms of the good practical applicability and wide-range adoption of smart phone APP, the required key technologies about signal processing unit, a network element and mobile terminal APP software application were designed.ResultsThe information reading device of the first aid device could read real-time vital sign monitoring data of critical patients, which was transmitted to the server by the signal converter and were displayed on the APP platform of the intelligent mobile phone via the existing 4G network.ConclusionThe mobile medical system based on mobile phone APP had a development prospect for intensive care monitoring.

mobile APP; intensive care unit; network data converter; cloud server

TP277；TP393.17

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.01.028

1674-1633(2017)01-0106-02

2016-04-15

军事医学计量科研专项课题（JL3-003）。

作者邮箱：180yyhfz@163.com