嵌入式智能医疗监护系统的研究与应用

厦门软件职业技术学院 罗文星

嵌入式智能医疗监护系统的研究与应用

厦门软件职业技术学院 罗文星

现今绝大数医院的病人在病房点滴输液时，通常需要护士或家人专人现场看护。当液体输完时，如果没人将针头拔掉或者更换药水，会造成回血给病人带来很大的麻烦甚至危险。我国是个人口大国，与日俱增的患者给医护配备带来巨大压力。以每次输液1瓶，每瓶250ml，输液速度在15滴1ml为例，患者大约需125分钟滴完。排除一些特殊患者或者特殊药液输液需要全程观察之外，普通患者输液的近125分钟对于看护人员是极大的浪费。本研究拟开发一套嵌入式智能医疗监护系统，利用智能监护系统替代传统的人工监护，以实现节约医院人工成本及降低医疗事故发生率。

嵌入式；传感器；无线传输

一、系统总体设计

图1 系统结构

本系统整个工作架构如图1所示。本系统的检测装置利用光电非接触式探测药滴的动态，触发电路工作。本系统设置两个液面警戒线报警。第一次报警，在输液瓶或输液袋的底部装上光电设备，没有液体时会产生电信号。第二次报警，在滴管缓冲瓶处装上光电设备，对输液时运动的水滴进行监测，如未检测到水滴则报警。监测数据通过无线传输模块利用zigbee无线通信技术对输液实时数据进行传输，并通过中央处理器（服务器）把病房病人输液的实时状态显示在护士站的大屏幕上，同时把信息同步到监护护士的移动终端上（包括智能手机、平板等），当药液达到一次下限时，报警器向护士站的主机和责任护士智能手机终端发送该病床输液预警信号。主机有LED大屏显示，同时语音播报“XX号输液即将完毕”。药液达到二次下限时责任护士还未前来处理时，再次发送警报信号，同时病房的语音提示装置发出语音提示病人自行切断输液阀停止输液。为了能使亲人放心，本项目还增加了APP接口，亲人可通过APP远程查看病人的输液状况及基本信息的查询。本项目在硬件方面采用双重监测装置解决了误报率高，可靠性不强的缺点 ，通过远程实时监控提高了工作效率，解决了护士人手不够的情况。

本系统设计难点如下：

（1）流体检测及液滴检测，采用槽式光电开关作为液位及液滴检测的传感器，将流体及液滴状态转化为电信号。

（2）zigbee无线通信技术传输，采用Atmel公司的AT86RF230芯片，工作频率2.4GHz的收发器，提供了完整的微控制器和天线接口。信号发送采用偏移四相键控调制方式，调制信号由发送基带处理器（TXBBP）产生，该信号被施加到频率合成器上，以产生相同相位的解调信号，合成器输出的信号进行功率放大后，通过天线发送出去。

（3）系统网络拓补，ZigBee可具备支持星型网络和点对点等网络，在彼此通信范围内，只要满足通信要求，都可以进行直接通信。

（4）嵌入式系统主机监控平台，采用英国ARM公司设计的主流嵌入式处理器ARM9系列处理器。该中央处理器拥有180MHz工作主频，16K SRAM及128K ROM，完全满足采集数据信息的处理需求。

二、系统硬件设计

系统组成：传感器模块、无线组网模块、声光报警止液阀模块、显示模块、移动终端、MCU模块。

图2 系统硬件结构

（1）传感器模块

本系统采用槽式光电开关作为液体监测的传感器。槽型光电开关是一款红外线发射管和接收管组合而成，以光为媒体，由发光体与受光体间的红外光进行接收与转换，从而检测物体的位置，具有灵敏度高，可靠性好等特点，可用于微距离检测。

（2）无线组网模块

数据传输采用zigbee无线通信技术进行传输，它作为一种传感器网络支撑技术，非常适合传输的数据通常为小量的突发信号而要求进行实时传送的场合。远程输液监控中的传输的数据包括输液状态和控制报警等信息，这些数据具有突发性、数据量小的特点，zigbee技术应用于此是个不错的选择。采用Atmel公司生产的AT86RF230芯片，工作频率2.4GHz的收发器，具有完整的微控制器和天线接口。信号发送采用偏移四相键控调制方式，调制信号由发送基带处理器（TXBBP）产生，该信号被施加到频率合成器上，以产生相同相位的解调信号，合成器输出的信号进行功率放大后，通过天线发送出去。

（3）声光报警模块

采用发光二极管，ISD2560语音录放芯片。ISD2560片内E2PROM容量为480K，录放时间为60s，具有断电保护、音质好等优点。可以实现人工录入开启止液阀的操作步骤语言提示。

（4）显示模块

采用高亮LED双色屏幕显示，具有亮度高、可视角度广，寿命长、接口简易等特点，广泛应用于大屏幕信息显示。

（5）移动终端模块

利用智能手机或者平板电脑，实现跟主机相互通信，完成远程控制。医护人员可以随时随地监控患者输液状态，保证输液安全。

（6）MCU模块

嵌入式系统主机监控平台，采用英国ARM公司设计的主流嵌入式处理器ARM9系列处理器。该中央处理器拥有180MHz工作主频，16K SRAM及128K ROM，完全满足采集数据信息的处理需求。

三、系统软件设计

系统开始工作的时候先进行初始化，检测数据采集模块数据采集状态，认证通过的进行连接通信，将数据传到MCU主机进行处理并做出相应的处理驱动各个响应模块。设计语言采用C语言，利用其移植性强的特点，便于后端应用扩展。

图3 主程序流程

四、技术指标

正常运行时环境温度：5℃-50℃；

运输储存环境温度：-10℃-55℃；

正常运行时环境相对湿度：≤80%；

运输储存环境相对湿度：≤95%；

设备电源：5V DC，1200mAh；

充电电源：输入100-240VAC,50/60Hz，300mA；输出5VDC,500mA；

测速范围：一般药液10—250滴/分；

报警及语音提示音量：25-85db，±5%；

无线发射距离：100米。

五、结束语

静脉输液是现今临床医学重要的医疗手段，通过现代化电子技术实现智能化监控可以最大限度的减轻医护人员的工作量，市场应用空间极大。该设备可以基于医院现有基础设施，实现高可靠、高效率的医疗系统智能化。进一步提高监护质量，降低医疗事故。

[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程:入门、提高、开发、拓展[M].清华大学出版社,2009.

[2]孙更新. Android从入门到精通[M].电子工业出版社,2011.

[3]李平等.单片机入门与开发[M].机械工业出版社,2008.

[4]周立功. ARM嵌入式系统系列教程[M]. 北京航空航天出版社,2008.

[5]柳桂国.传感器与自动检测技术[M].电子工业出版社,2011.