移动监护子系统

移动监护子系统（精选七篇）

移动监护子系统篇1

20世纪90年代由微型生物传感设备、智能纺织品、微电子工程和无线通信技术推动产生的移动健康监护系统, 以其具有的数据通信、随时随地传输音视频信号、监测人体重要生命体征等功能, 以及低廉的成本在一定程度上有效地解决了对于老年人和慢性病人的持续的随时随地的健康监护, 受到了研究领域和行业的广泛关注。尤其在近几年, 从简单的脉搏血氧计到复杂的移动心电图, 从指压式测量仪到智能背心, 从基于便携式设备到基于手机平台, 从简单的体征测量到数据采集分析和决策支持, 移动健康监护系统的研究正在飞速发展[6~19]。本文旨在通过对移动健康监护系统的源起、基本原理、主要服务和产品进行研究, 发现当前移动健康系统存在的问题以及未来的发展趋势, 提升移动健康监护系统的性能, 更好地满足用户的需求。

2.移动健康监护系统简介

人体基本生理信号 (如心跳、呼吸、体温、脉搏等) 的低负荷、长时间、连续动态监测技术是家庭和社区医疗中的一类关键技术[20], 而移动健康监护系统就是使用移动计算和无线通信技术实时、连续、长时间的监测这类参数, 并将获得的数据传送给医护人员, 以供医护人员进行分析, 使医护人员能获悉病人的当前状态并做出正确判断, 从而对病人做出正确的处理。

移动健康监护系统是移动健康领域设备的一种, 移动健康通常是指移动计算处理技术、无线通信和网络技术提供体检、保健、疾病评估、医疗、康复等服务。电子健康[21]是医学信息学、公众卫生和商业交叉的新兴领域, 关于通过网络健康服务、传送或加强信息的一系列相关技术。广义来说, 电子健康不仅包括技术研发, 同时还包括通过使用信息通信技术提升本地、区域或全球范围内的心理状态、思维方式、态度、网络协议、全球性思维等方面的健康关护。Joseph Tan[22]指出移动健康的产生是由于信息通信技术自身由有线向无线的过渡和转换, 由电子健康发展而来。从图1中, 我们可以清楚地看到, 随着硬件由最初的小型计算机向手持设备、网络由传统的以太网向4G的发展, 医疗领域也从最初的病人信息系统项目 (即信息通信技术在医疗领域的应用) 到基于网络的电子健康管理、临床、财政、决策支持、专家系统和电子护理领域应用, 再到移动病人的监护和管理。

随着电子健康向移动健康的发展, 也产生了诸如远程健康、远程病人监护以及移动健康监护系统等新的领域。根据世界卫生组织[23]、Eysenbach[21]、Pravin Pawar[24] 等对电子健康、远程医疗、移动健康和移动健康监护系统的定义, 笔者认为, 远程医疗是电子健康的一部分, 因为电子健康同时还包括健康信息网络、电子健康记录等内容 ;远程医疗涉及的内容包括远程医疗会诊、远程医学教育、建立多媒体医疗保健咨询系统等内容, 所以, 移动健康仅为远程医疗的一种;而移动健康监护系统是移动健康领域的设备之一。

3.移动健康监护系统的基本原理

移动健康监护系统主要由体域网 (Body Area Networks, BAN) 和后端系统 (Back-End System, BESys) 组成 (如图3所示) 。

3.1 体域网 (Body Area Networks, BAN)

体域网是一个由多个不同功能的传感器和移动基本单元 (Mobile Base Unit, MBU) 组成的通信设备网络, 分布在身体周围, 用来采集与健康相关的数据并进行简单的显示、存储和分析处理, 从而为用户提供移动健康的服务。

(1) 传感器主要分为穿戴式传感器和植入式传感器两种, 主要功能是实时测量和收集人体重要的生理参数, 如心率、血压、体温和表温、血氧饱和度、呼吸频率和心电图等。针对不同的生理参数, 采用不同的传感器, 如血氧饱和度的测定是由血氧探头传感器来获取的, 血压值的测量则是通过无袖带测量方法, GPS系统等。

(2) 移动基本单元 (Mobile Base Unit, MBU) 是一个宽泛的概念, 一般是指应用在PDA或智能手机上的功能程序。其主要功能包括以下三个部分 :1信号处理传输。传感器通信控制信号单元便捷的聚合处理来自身体各部位的实时生理数据, 将数据传输到中心处理单元 ;2信号初步分析处理。中心处理单元拥有巨大数据容量和强大分析能力的服务器群, 可提供数据初步分析、处理、挖掘等能力 ;3信号查询和显示。诸如PDA、智能手机等移动终端通过连接中心处理单元接收和显示数据分析评估结果及其反馈。

(3) 体域网内部通信机制。一些传感器可以直接向移动基本单元传输信号, 而其他的一些传感器则需要利用有线或无线连接向移动基本单元传输信号。常见的无线通信技术标准包括IEEE802.15 (无线个人局域网工作组) 的IEEE802.15.1 (Bluetooth) 和IEEE802.15.14 (Zigbee) 两个标准, 以及infrared (Ir DA) 等 ;常见的有线通信网络包括传导性纺织材料、有线电缆等[24]。其中Bluetooth和Zigbee两种技术标准以其低成本、低复杂性、低能耗等特点, 成为移动健康监护系统BAN通信最常见的技术标准。

3.2 后端系统 (Back-End System, BESys)

在移动健康监护系统的架构中, 后端系统是指后端系统服务器、专业护理人员、医疗中心、数字健康记录系统等设备和平台, 这些设备和平台或者专业护理人员根据多项数据进行进一步分析、处理或综合评估, 为移动健康监护系统的使用者提供相应的健康预警、即时咨询和诊断建议等。

3.3体域网与后端系统的通信机制

体域网与后端系统的通信采用的无线技术主要包括针对于广泛地域的低带宽高时延的无线广域网技术 (WWAN) ;局部地域的高带宽低时延的局域网技术 (WLAN) , 如Wi Fi ;提供相对低带宽的移动手机网络, 如GSM、2.5G (如GPRS) 、3G (如UMTS) 、4G等。

4.移动健康监护系统主要的项目和产品

移动健康监护系统可以给使用者带来更大的灵活性, 使用者可以不受时间、地点的限制, 随时接受监护中心提供的基本生理参数 ( 包括心电、体温、血压、血糖和呼吸等 ) 监护、日常健康咨询以及在紧急情况下获得及时救治。将移动通信技术应用于远程医疗的研究在国外开展得比较早, 欧美等国家是在20世纪90年代在2G数字移动网络刚投入运营时即开展了相关研究。

其中涉及移动健康监测的项目有 :美国剑桥MIT多媒体实验室的Live Net研究项目 [25] ;欧盟财政支持的AMON[26]、My Heart项目 [27~30] 等。此外, 在美国哈佛大学[31]、中国科学院[32]等也进行了关于移动健康监护的研究。而一些企业诸如Microsoft[33]、Vivometrics[34] 和易特科[35] 等公司也在进行相应的研究开发工作, 如Microsoft公司正在其Health Gear项目中开发能对睡眠呼吸暂停进行监护的设备等。表1中列出了一些主要的移动健康监护系统。

对表1中的移动健康监护系统进行分析, 不难发现, 其监测的主要生理参数包括心电图、血氧饱和度、心率、肌动电流图、血压、体温、姿势以及光学体描记术等。

大部分的移动健康监护系统用于普通的健康监护 ( 如老年人、慢性病人、康复病人等) , 如基于GPS/GPRS远程医疗监护报警系统、WEALTHY、MERMOTH、Human++、Lifeshirt等, 也有部分系统适用于特殊环境或特殊疾病的监测, 如Life Guard是由加利福尼亚大学和美国宇航局共同研发的用于极端环境下 (太空或行星) 的身体健康状况监护 ;而欧盟第五框架的AMON项目和Microsoft开发的Health Gear则是针对于睡眠呼吸暂停的监测 ;此外还有些系统是针对于帕金森和癫痫病人、心血管病人、妊娠高血压等的监测。

5.存在的问题

移动健康监护系统目前仍然存在一些问题, 这些问题对移动健康监护系统的广泛应用带来了挑战, 在一定程度上影响了移动健康监护系统的高效性、可靠性和安全性, 这些问题主要包括以下几个方面 :

5.1 电池技术和电源选择

对于移动健康监护系统来说, 电池供电比交流电直接供电更适用, 更安全, 更能满足医疗仪器对于安全性的要求。但是电池的电量消耗和电池的尺寸大小是当前该系统遇到的最大技术问题, 并已经成为系统性能提升的瓶颈所在。在当前的移动健康监护系统中, 多采用锂电池供电。虽然锂电池具有诸多优良特性, 但由于其自身化学反应原理的限制, 在使用过程中存在过流、过温、过压和过度放电的问题。另一方面, 移动健康监护系统在实时传输数据和后处理数据时均会消耗大量的能量, 无疑要求电池的容量越大越好, 但电池的容量与电池的尺寸以及电池的辐射性具有正比关系, 这就要求系统在功耗与动态、安全性与便携性之间取得相应的平衡。

5.2 传感器的微型化和效率

普遍来说, 目前移动健康监护系统使用的生物传感器趋向于大规模化, 有些传感器有可能需要特定的姿势或芯片植入来采集准确的数据。这就需要进一步研发可穿戴的纺织品类传感器, 进一步提升传感器的效率和微型化。

5.3 个人的信息安全

移动健康监护系统传输的描述病人健康状况的数据是否具有法律效应还有待进一步论证。这些数据作为病人的隐私, 应当充分保证安全, 除了系统的使用者和监护医师之外, 不应该将收集到的数据泄露给任何人。因此需要合适的加密和认证机制来确保所有传输数据的安全性。但是, 目前的加密和认证机制越复杂, 其数据传输的速度相对越慢, 这势必会对移动健康监护系统数据的实时性造成影响。

5.4 质量控制和数据可靠性

由于移动健康监护系统的质量和可靠性可能对患者、操作者及周围人员带来危险和伤害, 因此移动健康监护系统对于人和医疗设备的干扰 (如辐射) , 由于信息通信技术的限制导致的数据传输的延迟性和不完整性都是当前系统存在的问题。

5.5 标准化问题

无线医疗监护系统涉及到大量生命信号获取、表达、传输和存储, 生命信号和医学数据的标准化是一个关键。同时, 无线医疗监护系统作为医学仪器连接到HIS、PAc S、EMR和LIS等多个信息系统, 也需要解决标准化问题。

6.移动健康监护系统的发展方向

由于移动健康监护系统要求连续监测各种生理参数, 做到无创、正确、稳定、尽可能少的不适感以及无过敏反应的发生, 同时还要求系统能够将这些生理参数进行分析、处理以及存储, 还能够及时地反馈给医疗中心或专业监护人员得到相应的咨询指导和建议, 因此, 国内外对于该系统未来发展方向主要集中在五个方面 :

6.1 生命体征采集新技术

当前移动健康监护系统采用的生命体征采集技术, 在一定程度上会给使用者带来一些的不适感和过敏反应, 如长时间心电贴片电极造成的皮肤瘙痒不适、过敏红肿 ;而且系统的稳定性和准确性还有待考究。因此未来的健康监护系统首先应当研究生命体征采集的新技术, 主要包括对于生命体征采集机制和采集过程中用户的舒适度的研究, 尽可能做到在连续监测各种生理参数的同时, 保证用户的舒适度。

6.2 新型传感器的研制

随着移动健康监护系统的发展, 其所需要采集的生命体征会逐渐增多, 但是目前现有的移动健康监护系统的传感器, 大多数只支持一到两种生命体征的采集, 远远不能满足健康监护的需求。因此, 不仅需要将现有传感器进一步微型化、集成化, 用一个传感器就能提取多种信息, 以减少传感器的数量 ;同时还应当开发新的传感器, 如开发能长期使用的基于生物效应的传感器, 或直接提取生化信息的传感器等。

6.3 提高分析技术的实时性和综合性

移动健康监护系统的可靠性和可行度取决于系统对所采集的数据进行实时分析和处理的能力。目前大多数的移动健康监护系统仅能对采集的数据进行单项数据的简单分析和处理, 而且由于传输网络的原因存在一定的延迟性。未来的移动健康监护系统应当提高分析处理能力, 研究开发多参数与病理生理间的相互关系及特征参量提取技术, 实现多参数的综合分析 ;建立数据知识库, 研究开发系统自学习能力, 避免漏检、误判、错定等弊病, 真正实现专家辅助功能。

6.4 关注监护领域空白点和薄弱环节

目前的移动健康监护系统虽然可以监护脉搏、血氧饱和度、心电图等多项生命体征, 但是在监护领域仍然存在不少薄弱环节甚至是空白点。如对于生理功能的监测十分薄弱, 包括对于新陈代谢、呼吸功能、肝功能的监测等。同时, 目前移动健康监护系统对于数据的采集主要为“参数监护”, 即对某些指定的生理参数进行连续监测和自动分析, 而目前所能获取的自动连续监测的参数也极其有限。因此, 在进一步研究开发参数自动连续监测的同时, 还应当研究非参数检测技术, 如烫烧伤病人皮肤伤情监测、术后病人伤口愈合情况监测等。

6.5 实现“监”与“护”的统一

虚拟心电监护系统软件设计篇2

摘要：在LabVIEW图形化的编程环境下，利用MIT-BIH生理信号数据库和LabVIEW的各种控件，实现对心电信号的采集读取、滤波、保存和回放。通过改进普通阈值法，利用“双阈值+校正阈值”的方法实现自动实时计算心率，对异常心电给予报警提示。同时，本系统设置了众多交互按钮，使得此心电监护系统功能多样、人机界面简洁友好、操作方便。

关键词：心电信号；虚拟仪器；虚拟心电监护仪；LabVIEW

前言

当今心脏病已成为威胁人类健康最严重的疾病之一，因此需要一种能够连续记录或者智能记录并分析心脏活动的心电监护系统，对患者进行实时监护。至今心电监护技术经过40年的临床实践和技术发展，其监护内容和仪器技术有了相当的发展。目前国内外心电监护的发展呈现出模块化设计、长时数据保存、低功耗小型化、网络信息化趋势。理论和技术的不断发展也为心电监护的进一步研究创造了条件。

LabVIEW是一种基于图形编程语言－G语言的可视化开发平台，多被应用于仪器控制、数据采集、数据分析等领域。鉴于实际心电监护仪难以普及和虚拟仪器的强大优势，我们采用LabVIEW的开发环境、设计了虚拟心电监护仪系统，实现了对心电信号进行采集读取、滤波、保存和回放，自动计算心率并对异常心电给予报警。此心电监护仪可以实现长时间的数据保存，而且操作界面简洁友好，便于掌握。

心电监护系统

此心电监护系统采用模块化设计，包括读取模块、滤波模块、保存和回放模块、心率计算和异常报警模块，各模块间的关系如图1所示。我们采用的数据取自心电数据库、不需滤波，因此略去滤波模块；其中“双阈值+校正阈值”的设计方法包含在心率计算与异常报警模块中，引入校正阈值的目的是为了“放大”心电的某些波段，针对性的检测某些心脏疾病。

系统子模块的实现

读取模块

获取心电信号有三种主要方式：数据采集卡现场采集：软件仿真心电信号；从数据库中读取。鉴于开发成本和真实性，我们采用最后一种方法。

我们采用著名的MIT-BIH数据库，其心电数据由.atr.dat.hea三种文件描述。我们采用LabVIEW脚本接口控件MATLAB Script Node，利用读取心电数据的MatLab程序rddata.m，读取心电信号，输出心电波形。

滤波模块

心电信号总是存在各种干扰，如工频干扰、基线飘移、肌电干扰等，噪声严重时可完全淹没ECG(心电)信

号，因此必须消除噪声，对心电信号进行滤波处理。

由于本设计采用的心电数据基本不需滤波处理，故这里的滤波是为校正阈值而设计的特殊处理模块。我们选用的是平滑滤波器，它能很好地滤除心电信号中混杂的高频噪声信号。

保存和回放模块

本模块是以“写入测量文件”和“读取测量文件”控件为核心，辅以“数据转换”控件，可以实现心电异常时自动保存以及有选择地回放，可以在8道(可增删)心电通道间任意切换，也可以选择保存的文件类型。

这里，“数据转换”控件的运用体现了LabVIEw数据流编程的思想。即每个控件都是对数据流进行操作，但作用的数据类型不同，其间通信必须先转换数据类型。

心率计算和心电异常报警模块

此模块是虚拟心电监护仪的核心，也是用户最关心的功能模块。目前ECG自动检测技术的研究主要集中在QRS波，P波和T波检测，ST段检测等方面，QRS波检测是ECG检测中的首要问题。

QRs波群检测方法有阈值法、面积法、幅值法、神经网络法、模式匹配法等。面积法和幅值法易受到噪声干扰。后几种方法较为复杂，运算量大且计算速度较慢，不适用于实时处理系统的要求。本系统采用的是改进的阈值法，可以概括为“双阈值+校正阈值”。心电异常报警就是根据双阈值和校正阈值的检测数据，利用布尔运算判断分析，结果送前面板显示。

此方法的设计原理和思想与普通阈值法相似，即以检测QRs波波峰的个数作为计算心率的依据，不同的是，此法采用双阈值，利用“波峰峰值检测”控件，设置两个不同的波峰检测阈值，一个阈值较大，用于检测R波：一个阈值较小，用于检测过强的T波和R波(本系统的检测阈值可以在前面板中设置)，得到两个检测心率，然后利用比较、布尔运算，分析心电信号的异常情况并适时报警。针对心电的某些特征信号、这里设计了校正阈值算法，用于特定心电异常的检测(如高频噪声干扰，可以选用平滑滤波器，设置合适阈值，校正检测心率)。

此算法优点是计算量小，实时性好，便于在线分析；开放性强，可以扩展检测阈值数量，提高分析的可信度；可以根据需要设置校正阈值。此法缺点是手动设定阈值，可以添加自学习模块加以改进，利用自学习算法可实现。

“双阈值”法可以解决普通阈值法中存在的幅度大的T波误检或低压的QRS波被漏检情况，而“校正阈值”能够解决噪声干扰造成的心率误检等(取决于校正算法)。总之，与普通阈值法相比，该算法极大地提高了系统的抗噪能力，并减低了误判率。当然，可以根据需要，增加阈值检测数目、以及采用其它校正算法，使其不仅仅局限于校正噪声干扰造成的心率误检。

该心电监护系统的前面板和程序框图分别见图2和图3。

结语

移动监护子系统篇3

1 重症监护系统的宗旨

重症监护病房 (Intenive Care Unit, ICU) 是现代化医院对急危重症患者进行监护救治的重要科室, 而重症监护系统是“以患者为中心、以临床为基础、以实用为目的、以服务为宗旨”为原则, 通过数据采集、存储、展现、各种入出量自动集合生成的电子化特护记录单, 极大程度的减轻了ICU护士书写护理文书的压力, 彻底改变了ICU以往“手记笔描、反复涂改”整理各种危重信息的现状, 使护士集中精力对患者实施护理、治疗操作, 实现了ICU数据实时快捷、有效集成、灵活共享, 有助于临床护理信息的全面性, 系统性的保存和分析;同时也可作为科研资料来源, 有助于改善、跟进、探索医疗、护理方面的新领域, 实现了ICU的自动化, 医疗和护理工作的现代化。

2 重症监护系统是ICU移动护理的临床需求

重症监护系统是医院信息系统必不可少的信息基础和技术支撑环境, 也是临床诊疗、护理和实时监控的需要。ICU收治的重症患者由于重要生命器官, 如心、肺、脑、肾、肝等功能严重失衡, 生命体征值常处于异常状态。因此, 在临床治疗和护理中, 对重症患者的循环、呼吸、代谢、神经等系统的临床信息的监测显得尤为重要。借助重症监护系统可以有效的监控患者的整个医疗护理过程, 为实施下一阶段的治疗提供主要依据。重症监护临床信息系统作为医院信息系统的一个子系统, 与医院现有的信息系统 (HIS) 进行集成, 实现病人入出转信息、各种检查和检验报告资料的共享, 将监护仪器的模拟信息数字化, 简便了临床护理应用, 优化了医护工作的流程。

3 应用优势

3.1 人员配置合理化

我院ICU共计29张床, 移动电脑8台, 主机2台, 实行五个班次的弹性排班, 每班次9人, 分为9个护理单位, 每人每班负责3～4张床位。每个护理单位配无线网移动电脑, 便于医护人员在床旁进行护理操作、实施预见性护理, 及时执行医嘱, 通过移动工作站录入系统, 真正体现出以病人为中心的主动护理。

3.2 预先维护模板, 标准化记录

在以往的手工护理记录单中, 内容书写存在字迹不同、字迹潦草、涂改、记录错误等手工错误, 重复抄写更是增加了护士繁重的记录工作。应用重症监护系统后, 护士只要进入监护系统, 按照预先维护的模板录入, 医嘱自HIS系统处理后通过Docare信息系统提取医嘱直接执行, 省去了医嘱的转抄, 减少了因字迹模糊而发生转抄错误、执行错误的机率, 也弥补了新护士记录经验不足的缺陷, 确保特护记录单的质量。

3.3网络构架与无线区域网互联, 达成信息共享。

ICU房是一个数据集中地领域, 重症监护系统可以系统的、全面准确的记录患者的生命信息。同时与HIS、LIS、RIS系统的无缝连接, 可以共享患者的医嘱、病程、检查检验结果报告等数据, 为医生提供医疗、护理策略指向。护士可直接获取HIS中临床医生下达的医嘱, 通过对不同属性的医嘱, 按照执行时间和不同护理班次进行分割, 形成具体的、细化的重症护理医嘱。

4 护理病历永久性保存

病历是作为记载患者整个医疗护理过程的重要资料, 其中护理文书占有相当重要的地位。通过重症监护系统处理、整合打印出整齐划一的护理文书储存于病案中, 同时所有的护理信息资料也会在监护系统永久性报存, 实现了历史病历的信息化管理, 加快了医院数字化建设的步伐, 是一种实用、有效、科学管理方式。

5 优势和展望

通过重症监护系统在ICU的运行, 实现了ICU日常工作的标准化、流程化和自动化, 提高了工作效率和服务质量。实现了患者生命信息数据的高效管理, 为不断实现数字化医院的建设目标发挥积极作用。

摘要：重症监护临床信息系统 (Clinical Information System, CIS) 利用计算机的功能, 完成计算机化的患者资料整理、记录的工具, 实现病人生命体征数据的自动采集、护理记录单的自动生成, 同时与HIS、LIS、CIS、PACS等系统无缝连接, 真正实现重症监护病房移动护理的现代化、数字化。

关键词：重症监护系统,移动护理,ICU

参考文献

[1]曾霓, 吴欣娟, 李包罗, 等.PDA用于病人床旁的信息采集[J].中华医院管理杂志, 2003, 19 (8) :506-507.

[2]李丽曹梅利计燕罗奇ICU重症监护临床信息系统的初期应用管理探讨[J].护理管理2008, 23 (15) :1365-1366

[3]李毅, 赵军平重症监护病房数字化系统解决方案医疗卫生装备, 2007, 28 (9) :37-40

[4]靳萍重症监护的基本数据集探讨[J].诊疗设备信息2005, 10 (3) :77279

[5]傅征, 任连仲.医院信息系统建设与应用研究.北京:人民军医出版社, 2002, 10, 32

[6]郭丽燕, 姚丽娥, 杨淑美, 等.重症监护病房应用临床信息系统的经验[J].中华护理杂志, 2007, 36 (7) :521-523

移动监护子系统篇4

心血管疾病是中老年人的一种常见病,在我国, 每年死于心血管疾病的患者人数居各种死因之首。目前,动态心电图、床旁监护心电图和电话有线传输远程监护心电图等[1]心电监护系统各有自己的体系,但大多体积较大且价格昂贵,不适合在家庭及个人应用中普及。在心电信号分析处理方面,先要使用中值滤波[2]、形态滤波[3]、小波变换[4,5]、相干模板法[6]等方法进行预处理,之后进行QRS波群的识别,主要有差分阈值法[7]、基于相关的模板匹配法等。虽然其中大多方法性能优越,但计算量大,对硬件要求高。为使非重症患者能对自身的健康状况做日常的监护和评估,心电监护设备的小型化、低成本化很有必要。

为了实现心电设备的小型化与低成本,并与移动医疗相结合,我们提出了一种基于Android平台的便携式移动心电监护系统。该系统在硬件上具有体积小、功耗低的特点,软件上选择实时性相对更好的处理算法。通过综合软硬件设计的优点,实现了便携化、可穿戴的心电监护设备,弥补了传统心电监护设备的不足。

1系统硬件设计

1.1系统结构

移动心电监护系统主要由充电模块、电源模块、蓝牙模块、心电采集模块和加速度模块组成,结构框图如图1所示。

系统的工作流程为:充电模块对系统充电;电源模块为系统各芯片供电。金属电极贴于人体表面,将心电信号传给心电采集模块。心电采集模块将采集到的数据通过I/O口传给蓝牙模块。蓝牙模块的微处理器对接收的数据进行处理,通过天线以一定数据格式发给Android手机客户端。客户端软件对心电数据进行滤波、分析、处理与显示。加速度模块则是为今后进一步研究中辅助心电信号分析而准备的。

充电模块采用MAX1555单节锂离子电池充电器芯片。该锂电池具有无污染、无记忆效应、高能量体积比与自放电率低等优点,是便携式移动设备的首选电池方案。系统中USB和插头式电源作为它的充电电源,MAX1555本身的过流保护设计也为整个系统的安全性提供了保障。电源模块中选择噪声输出线性稳压器MIC5205,当遇到突然断电情况,其功耗可降至接近为零,以延长电池寿命。加速度模块采用三轴加速度传感器ADXL345,它既可用来测量动态加速度,如冲击或运动产生的加速度;也可测量静态加速度,如重力加速度。

1.2前端采集电路设计

前端采集电路主要由心电采集模块E9622A和电极组成,结构如图2所示,其中VIN1和VIP1与两个电极相连,是信号的输入;ECG VOUTA是心电信号的输出,与蓝牙模块相连接。

由于心电信号幅度较小,易受到其它信号的干扰,所以要求前端采集电路有低噪声、高共模抑制比和高输入阻抗的特点。本系统采用的E9622A,是复旦大学自主研发的E9622A芯片。该芯片应用了载波调制、双回路失调消除等关键技术,通过对应用系统、模拟前端结构、核心模块电路和关键元件等各个层面的细致研究,设计联合优化方法[8],攻克全集成模拟前端集成电路的设计难点,实现了低噪声、高共模抑制比和高输入阻抗等高性能指标。

1.3蓝牙模块设计

蓝牙模块实现系统与客户端的通信,将前端采集模块采集到的数据通过天线发送出去,由客户端进行接收。主要包括:睡眠晶振(32 k Hz)、片外晶振(32MHz)、+3 V供电电源及电源退耦电路、按键方式复位电路、阻抗匹配电路及单极性PCB天线,其结构如图3所示。

系统选用TI公司CC2541蓝牙4.0低功耗片上系统。独立的6 mm×6 mm器件上集成了控制器与主机,既满足便携式设备小型化要求,也可对接收到的心电信号进行处理并以合适的格式进行发送。同时, 片上数据可永久保留,利于心电数据的记录与存储。此外,CC2541可在不同模式间进行转换,且转换时间较短,能耗低,可延长设备一次充电后的使用时间,使便携式设备的使用更方便。

2系统软件设计

客户端的软件部分实现:接收系统发出的蓝牙数据,进行保存、处理和显示心电波形及参数。

系统在Wi n d o w s环境下使用E c l i p s e软件进行Android应用程序的编写。由于系统使用蓝牙4.0模块,所以Android系统版本须在4.3以上,以支持蓝牙4.0API。软件包括蓝牙接收和信号显示处理两个子线程,如图4所示。

2.1蓝牙接收

由于系统基于蓝牙4.0协议,所以使用Google在Android 4.3 (API Level 18)之后推出的BLE (Bluetooth Low Energy) API接口。为方便数据的管理和回顾,将心电、加速度信号分别按自定义的文件格式保存在本地SD卡中。

2.2心电信号预处理

心电信号往往带有0.05~2 Hz的基线漂移。本系统使用线性相位响应的数字高通滤波器,在滤除低频基线漂移的同时,又因线性相位响应的特性避免了输出波形的失真。由于肌肉运动产生的肌电信号会对心电信号造成干扰,频率一般在20~5 000 Hz。这里使用均值滤波方法,一定程度上消除高频噪声。

2.3QRS波群识别

QRS波群的识别是计算心率的前提。本系统采用经典的一阶、二阶差分方法识别QRS波群。该方法使用一组数字滤波器,将心电信号作为输入,每一个QRS波群输出一个与QRS宽度成比例的脉冲。计算过程如图5所示。

采用阈值判断方法捕捉每一个输出脉冲。由于每个使用者的个体差异,阈值的选取需要初始化,进而根据实际情况实时调整。经过阈值判断,相当于将输出脉冲整形成标准的矩形脉冲。相邻两个矩形脉冲的上升沿之间的间距即为RR间期,每个矩形脉冲的宽度可以表征QRS宽度。

2.4心律失常的初步判断

本系统除可获得使用者的心电信号外,还可进行异常心拍的检测,并且将异常的实时心电波形保存, 供医疗人员查看。

先获得8个周期的平均RR间期和平均QRS宽度作为正常值的参考。在“RR间期—QRS宽度”二维图上表现为一个正常值的中心点,如图6所示。在该中心点周围有一个矩形范围,分别以中心RR间期的 ±14%、中心QRS宽度的±20%作为边界。当下一跳的RR间期、QRS宽度落在该矩形范围内,则认为它属于正常心律。如果落在矩形外,则视为异常心律。每获得一个新的心拍,实时调整中心点的位置。

3系统测试与结果

图7(a)为系统实物图,图7(b)为人体佩戴图。 PCB尺寸仅为2 cm×2 cm,集成度高。

将电极贴于人体后,装入电池即可开始工作。开启手机蓝牙,打开Android应用程序,即可采集到数据。采集到的数据以特定的文件格式保存在本地。

用户端界面上分别显示了心电信号和加速度信号的实时波形以及心率、RR间期、QRS间期几个参数,并可以检测出心率失常的个数,界面清晰,操作简单,有较高的实用性。最终的应用程序界面如图8所示。

本系统中使用的QRS波群识别方法,在R波没有被淹没的情况下,有较好的识别效果。图9显示了原始的心电信号经过算法处理后的输出脉冲。表1为选取MIT-BIH心电数据库中的几组数据用本系统方法所做的测试结果。

4结论

本文完成了基于低功耗片上蓝牙系统CC2541的便携式移动心电监护系统的设计,整个系统的PCB只有2 cm×2 cm大小,集成度高。通过对前端采集模块、电源模块、充电模块、蓝牙模块的设计与选型,实现了便携式移动心电监护功能,在安卓手机端可观测心电波形及心率、RR间期等相关参数,并可检测QRS间期和心率失常情况。此外,为下一步心电信号分析的需要,设计中还加入了基于ADXL345的加速度模块。整个系统软硬件结合,完整度高,实现了心电监护设备的微型化,并将主要计算功能移至智能手机终端,降低了硬件产品的成本,弥补了目前大多心电监护设备的不足。

移动监护子系统篇5

而海上训练时发生意外的官兵常伴随有生理参数的非正常变化。研究表明, 通过监测生理参数的变化可以加强监控中心对人体身体状况的掌握程度, 降低异常情况下的反应时间, 优化针对单兵的一线救护保障。目前众多学者研究了功能多样的单兵监测系统, 但是针对海上训练的一线救护系统则很少。为此, 笔者构建了海训移动救护系统[8], 能够为海训官兵提供一种信息化救护管理模式。本文重点探讨其移动监护子系统的主控部分的研制。

1 整体框架

海训救护系统包括移动监护子系统 (由生理参数采集模块和主控模块构成) 及指挥中心远端监测平台, 移动监护子系统与监测平台通过无线通信模块进行数据传输 (图1) 。移动监护子系统为双处理器控制的移动救护终端, 其中一个处理器采用STM32F103ZET6 (LQFP144) 作为主控芯片, 通过数据转换与控制电路完成心电、血氧、体温等生理参数的采集[9];另一个处理器采用全志A20作为主控芯片, 加载Android系统, 用于完成应用所需的电源管理、按键控制、USB存储及串口控制的3G无线网络通信及GPS定位的硬件电路开发及应用程序实现。移动监护子系统主控模块应用原理框图, 见图2。采集模块与主控模块之间通过串口通讯, 可通过JTAG接口实现终端与PC机的程序读写, 并由DC电路完成隔离与串口通信的电源转换。

2 硬件设计

2.1 电源管理设计

网络使用功耗是终端工作时长的重要因素之一, 主控板中特别对其电源部分进行了设计 (图3) 。

主控板电源通过MOS管LPM9013控制供电, 当不需要给模块供电时, 可以关掉使能端信号EMAC-PWR-EN, 以减小系统的待机功耗。电源输出 (EMAC-VCC) 部分则通过10μf的电容进行控制。

2.2 按键控制设计

为提供异常情况下主动报警的按键功能, 主控板设计了用户按键, 并将按键连接到嵌入式处理器的外部中断, 当按键按下时, 就会产生低电平触发外部中断, 并在中断处理程序中实现无线数据传送。

2.3 存储控制设计

为通过USB接口控制外置存储芯片进行数据存储, 主控板上设计了USB OTG, 其自带有限流开关, 接上拉电阻到3.3V带使能断检测信号;同时USB接口预留ESD器件的位置, 通过ESD防护二极管可以转换成27-33p F的到地电容, 从而做到封装兼容。

2.4 串口控制设计

串口信号经UART4-RX/TX引脚从主控芯片出来, 经MAX232芯片进行电平转换, 从而连接外部设备。

2.4.1 系统定位控制设计

GPS导航卫星工作波段为L波段, 电波传播受电离层、对流层、气象因素及昼夜的影响不大, 可保障全天候连续的定时定位与导航, 同时还可以有效修正普通地面无线电导航系统因电波传播的复杂环境而带来的误差, 为准确获得训练中战士的位置信息提供保障。GPS模块采用ALIENTEK生产的ATK-NEO-6M-V23定位模块, 其核心基于NEO-6模块的无源天线设计, 采用外置SAW-LNA-SAW模式, 提高了抗干扰能力, 追踪灵敏度高达-161 d Bm, 测量输出频率最高可达5 Hz。该模块采用3.3 V或5 V供电。GPS模块与微处理器的接口连接原理图, 见图4。其中20、21管脚为与核心板串口通信的RXD和TXD端, RT9193-33为GPS模块电源供电芯片, MAX2659为低噪声高性能RF放大器提供天线能量。位置信息通过串口以NMEA-0183格式传送至控制芯片, 再经移动数据模块发送出去。

2.4.2 无线传输设计

该模块采用工业级的3G模块MU509, 采用联通制式, 支持移动与联通的SIM卡, 同时支持USB与UART接口, 内嵌TCP协议。采用串口控制时, 由UART发送控制指令。MU509模块的RXD、TXD分别与处理器UART2上的TXD、RXD连接, 其余引脚同名端相连, 在异常状况下由处理器发送AT指令控制MU509的数据无线传输。

3 应用程序设计

终端应用程序是一个Linux内核的Java平台Android系统程序。程序实现包括Linux平台构建、驱动设计和应用开发3部分。平台构建依据硬件配置完成bootloader、Linux内核移植;驱动设计上, Linux内核集成了串口驱动和常见的音频驱动、存储驱动, 按键驱动则通过编写对应的中断处理函数来执行;应用程序采用多线程编程, 经主线程创建3个任务子线程, 分别实现定位读取和存储、报警控制和数据无线传输。程序主流程图, 见图5。

具体流程如下:应用程序开发完成后植入系统中, 在终端开机完成应用自检、系统初始化且网络连接成功后自动开始运行, 并依次创建各子线程。当无线传输子线程创建后进行任务悬挂, 当有异常时则触发进行数据传输, 使得无线传输子线程定时向指定的服务器端上传HR、RR、T1等参数数据, 设定任务延时为1 s。

4 测试与讨论

主控部分电路板机械尺寸设计为:60 mm×45 mm×25 mm。结合生理参数采集模块, 选取防水材料设计外壳, 实现IPV7级防水, 通过硅胶固化电路板、超声波焊接、橡胶圈进行密封, 确保海训救护终端能应用于海上高压、高湿、高盐等训练环境中。

为调试终端应用效果, 加载LCD控制以方便查看终端数据的采集与控制效果。测试结果, 见图6。终端连接心电电极后可监测到战士心电、呼吸等波形数据, 数值分析结果, 经纬度信息及心形报警提示等;同时, 还可以完成个人信息输入、生理参数设置、参数精度设置、报警设置及定期读取参数信息进行图表分析等功能。

5 结论

嵌入了移动监护子系统主控部分的海训救护系统可将海上训练中官兵因溺水等导致的异常心电、体温等生理参数通过无线网络传输至指挥中心监测端, 方便指挥决策中心人员根据上位机软件的声光报警提示查看异常情况并根据生理异常和位置信息实现更准确、更快速地搜救派遣;后续还可根据采集到的生理数据建立战士生理参数数据库, 为进一步分析战士生理、心理变化状况, 完善符合战时需要的训练方案提供参考。

参考文献

[1]徐鹏.武警部队军事训练向信息化条件转变的几点思考[J].卷宗, 2014, (4) :546.

[2]付留杰, 刘元东, 高伟, 等.海训部队卫勤保障特点及疾病预防控制措施[J].实用医药杂志, 2013, 30 (8) :737-738.

[3]谢培增, 陈大军, 汪先兵, 等.军队医院野战医疗所在非战争军事行动时医疗救护的展开实践[J].华南国防医学杂志, 2009, 23 (5) :64-67.

[4]谢培增, 汪先兵, 白晓, 等.大批海上灾害伤病员的医疗救护[J].中华急诊医学杂志, 2010, 19 (11) :1140-1142.

[5]刘晓荣, 顾仁萍, 陈国良, 等.多样化军事行动海上医疗救护模拟训练系统的研发与应用[J].医疗卫生装备, 2009, 30 (1) :1-3.

[6]罗晶, 钱阳明, 翁盛鑫, 等.数字医疗技术在海上医疗救治中的应用研究[J].中国急救复苏与灾害医学杂志, 2011, 6 (7) :590-593.

[7]郭洪德, 杨金宝.海上救护艇医疗队训练方法探索[J].解放军医院管理杂志, 2010, 17 (5) :427, 430.

[8]洪范宗, 苏秋玲, 罗奕中, 等.基于嵌入式的海上训练救护系统研制[J].医疗卫生装备, 2011, 32 (8) :14-16.

移动监护子系统篇6

关键词：监护信息化,移动医疗,医生移动终端,无线查房,个人数字助手

0 引言

基于监护信息化的移动医疗信息系统是在无线环境的基础上, 集成、整合包括患者监护数据在内的所有医疗信息, 通过具有注册认证的移动终端设备, 利用条形码识别技术, 使医护人员能够随时随地进行医疗信息的采集、录入、查询和调用;通过中央监护站, 使护士能够集中观察所有监护患者的生命体征, 全面管理病区内的监护设备, 大大提高工作效率和监护质量。医院也积极促进监护信息化与移动医疗的结合, 使临床工作者更有效地加强医疗质控管理, 在提高工作效率的同时降低医疗风险, 切实可靠保障患者的生命健康, 从而实现“以患者为中心”为目标、以科室及医院发展为基础的双赢局面。

1 需求分析

1.1 实时监护

随着我国人民生活水平的不断提高, 高血压、高血脂等富贵病引发的急性心脑血管疾病正趋于年轻化, 生存压力所引发的心肌梗死、心肌炎等疾病越来越普遍, 再加上住院期间人体抵抗力明显降低等原因, 使得普通病房监护越来越具有临床价值。监护能帮助医护人员及时发现病情变化, 为抢救患者赢得宝贵时间, 持续不断地对每位患者进行监护才能最大程度保障患者生命安全、减少医疗事故的发生。所以在普通病房普及监护, 提高普通病房床边监护的使用率, 才能让每位患者都能充分享受安全的医疗待遇。

1.2 移动诊疗

对于一个病情不够稳定的患者, 需要在床边放置监护设备, 密切观察生命体征变化。针对患者出现的微小病情变化, 基于监护信息化的移动医疗信息系统应及时报警, 全面查阅临床信息、开出医嘱、执行医嘱。同时, 医嘱是否有效又将通过中央监护站反馈给医生, 从而使对患者微小病情变化的应对处置形成一个完整的闭环, 实现对患者的密切观察、及时治疗。

2 系统设计

2.1 总体框架

基于监护信息化的移动医疗信息系统将监护信息与移动终端有机结合起来, 形成基于监护信息化的移动医疗, 是真正提高监护质量和效率的一个重要手段。具有了监护信息的移动终端才能真正有效, 因此基于监护信息化的移动医疗才是真正的移动医疗。在数字医院建设过程中, 应首先完成监护信息化建设, 然后是移动终端的监护接入及与病患其他信息的整合, 最终实现病患医疗信息的完整调阅。

结合本院医疗信息化现状及规划设计基于监护信息化的移动医疗信息系统, 其总体框架如图1所示。

2.2 硬件

2.2.1 组成

移动医疗信息系统硬件由以下部分组成: (1) 服务器:DELL Power Edge R710, 2台; (2) 医生移动终端:144台; (3) 护士移动终端:153台; (4) 中央监护终端:64台; (5) 床边监护仪:481台。

2.2.2 设计

(1) 医生移动终端 (如图2所示) 以医生实际工作场景 (包括查房、诊断、治疗及病历撰写) 为基础, 该产品的硬件设计致力于给予医生最佳的用户体验并满足其各项临床需求。

扫描方面, 专用条形码扫描器可识别、读取条形码信息, 满足患者、药品、物资等识别需要;记录方面, 300万像素摄像镜可完整记录患者伤口及其他部位恢复状况;通信方面, 蓝牙、Wi-Fi (支持802.11a/b/g/n) 、USB等方式可实现与外部终端的多种方式通信;外设方面, 可外接有线网络及键盘、鼠标, 拓展了设备的使用方式;安全方面, 专用充电防盗扩展坞实现密码防盗, 可满足医院安全管理需要;防护方面, 外壳达到IP54防水防尘的防护标准, 可满足防淋水、酒精擦拭消毒的医疗要求。

(2) 护士移动终端 (如图3所示) 以护士的实际工作场景 (包括查房、护理及体征采集) 为基础, 该产品的硬件设计致力于给予护士最佳的用户体验并满足其各项临床需求。

扫描方面, 专用条形码扫描器可识别、读取条形码信息, 满足患者、药品、物资等识别需要;通信方面, 蓝牙、Wi-Fi (支持802.11b/g) 、USB等方式可实现与外部终端的多种方式通信;防护方面, 外壳达到IP64防水防尘的防护标准, 可满足防淋水、酒精擦拭消毒的医疗要求。

2.3 软件

2.3.1 组成

移动医疗信息系统软件由以下部分组成: (1) 中央监护软件:64套; (2) 移动诊疗软件:144套; (3) 移动护理软件:153套; (4) 系统服务软件:1套。

2.3.2 设计

(1) 移动诊疗软件。系统方面, 移动诊疗软件采用基于设备优化的定制操作系统;功能方面, 具有中央监护系统功能, 可实现患者监护信息的实时调阅;集成方面, 基于医院信息系统的整合, 可实现对患者信息的整体调阅, 如住院信息、病历信息、病史、检查检验信息、影像信息、医嘱信息、监护信息等[1]。

(2) 移动护理软件。功能方面, 具有中央监护系统功能, 可实现患者监护信息的实时调阅;集成方面, 基于医院信息系统的整合, 可实现对患者信息及医嘱的查询、执行[2], 可核对病患信息和药品信息, 有效管理住院患者。

(3) 系统服务软件。系统服务软件作为中间服务器缓存数据, 所有客户端需要的数据都缓存在中间服务器中。这些数据包括:患者基本信息、医嘱、检验、体征、电子病历、监护、影像归档和通信系统 (picture archiving and communication systems, PACS) 影响等[3]。

系统服务软件还具有数据同步功能, 可设置自动同步时间、同步规则、数据更新策略等。针对医院业务系统无法比对数据的时间戳这种情况, 系统服务软件提供了开关配置, 无需判断数据是否过期。当客户端请求时, 中间服务器直接获取业务系统数据并返回给客户端, 根据设置自动从各个业务系统批量同步数据, 管理员可以手动批量处理同步数据, 也可以选择须同步的业务系统。收到客户端请求后, 若业务系统中有该患者的更新数据, 须将该数据同步到中间缓存数据库中。数据同步时生成数据同步日志, 主要说明数据同步是否完成、同步时间、同步内容, 不同的同步数据可以用复选框做选择。

2.4 接口

基于监护信息化的移动医疗信息系统, 对外提供Web Service接口, 实现与本院其他信息系统功能模块的数据通信, 包括医院信息系统 (hospital information system, HIS) 、实验室信息管理系统 (laboratory information management system, LIS) 、电子病历系统 (electronic medical record system, EMRS) 、PACS等。

以移动医疗系统为例, 与静脉用药调配中心的数据交换如下:

基本简单对象访问协议 (simple object access protocol, SOAP) 的Web Service需要根据其他业务系统的Web Service服务所提供的网络服务描述语言 (web services description language, WSDL) 来生成一系列的类与接口, 本系统才能为其他业务系统的客户端提供接口来访问Web Service, 所以维护及实施人员不仅需要修改配置文件, 还需要对源代码进行小范围的改动, 而根据WSDL生成相关接口以及接口需要的参数实体类返回值Result类等, 可以借助开发工具自动化生成。Web Service接口配置如下:

2.5 功能

本院在监护信息化建设完成后, 在各病区配置移动终端, 将包括影像、检验、监护、医嘱、电子病历在内的各项信息通过移动终端系统软件整合供医护人员调阅。

2.5.1 医生移动终端

医生移动终端能够实现的功能见表1。

2.5.2 护士移动终端

护士移动终端能够实现的功能见表2。

3 应用效果

3.1 医生查房

3.1.1 应用前

应用医生移动终端前, 医生查房时只能携带厚厚的患者病历到患者床边, 通过翻找纸质病历来获取所需的临床信息, 但海量的纸质病历使得医生往往不容易查找到所需的数据, 从而影响诊疗效率。

3.1.2 应用后

应用医生移动终端后, 医生查房时只需携带医生移动终端, 通过内置的软件即可调阅所有患者的临床数据, 大大提高了医生查房的工作效率和资料的准确性。

3.2 护士查房

3.2.1 应用前

应用护士移动终端前, 护士查房时如需给患者输液, 只能通过人工比对的方式核查患者姓名和药品名, 核对姓名时不能排除同名人存在的可能性, 而且人工比对效率低下, 存在给患者输错药的医疗风险[8]。

3.2.2 应用后

应用护士移动终端后, 护士查房时如需对患者输液, 只需通过护士移动终端扫描患者腕带和输液袋即可, 系统将根据患者医嘱信息进行自动比对, 核查患者姓名和药品名, 如果两者不对应, 则发出报警提示护士;如果两者对应, 则可以进行输液操作, 从而最大程度上保障患者输液安全[9]。

3.3 监护应用

3.3.1 应用前

床边监护设备仅仅是单独使用, 没有接入HIS。一方面, 监护报警时, 护士不能第一时间观察到, 从而影响患者救治;另一方面, 夜间监护报警会发出声音, 刺激患者并影响其休息, 导致患者不愿意被监护。

3.3.2 应用后

监护信息化建设需要将分布在普通病房的孤岛监护通过无线网络联入中央监护系统, 通过中央监护系统的集中监测功能, 时刻掌握每位患者的生理变化;同时关闭床边报警音, 不会打扰到患者休息;在患者出现生理异常时护理人员才会前往病房查看, 有效减少了医护人员工作量。分布在每个病区的中央监护系统通过覆盖全院的无线网络联入HIS, 实现数据交换, 使得患者监护信息同影像、检验信息一样作为患者电子病历的一部分, 从而完成监护信息化建设。

4 结语

基于监护信息化的移动医疗信息系统, 将监护网络延伸到普通科室的普通病床, 让次危重患者在普通病区也能享有高质量的监护, 从而提高重症加强护理病房 (intensive care unit, ICU) 周转率, 减轻患者负担, 保障患者在院期间的生命健康, 从而降低医疗风险, 规避医疗纠纷。通过医护移动终端, 医生可随时随地调阅、处理、记录及存储包括体征、医嘱、电子病历、影像、检验及监护在内的患者信息;护士可通过移动终端的条形码及腕带自动识别功能, 实现医嘱执行全过程的实时信息化管理, 确保是正确的患者 (腕带识别患者) 、正确的药物 (条形码识别药袋) 、正确的执行 (药袋的使用方法、使用时间、使用剂量) , 避免重复手工查对与抄记, 在提升效率的同时完成医疗查对过程的闭环管理。因此, 基于监护信息化的移动医疗信息系统大大提高了医护人员的工作效率, 有效保障了患者的生命安全, 实现了“以患者为中心”的医疗服务理念。

参考文献

[1]葛学东, 卢敬泰, 吕晓娟.基于无线网络的临床教学查房系统研究与实现[J].中国数字医学, 2012, 7 (8) :96-99.

[2]苏玉成, 蒋昆, 张亚娜, 等.医院移动护理信息系统设计与实现[J].医疗卫生装备, 2014, 35 (7) :52-54, 57.

[3]殷兴艳, 任国宏.移动护理信息系统的设计与应用[J].医疗卫生装备, 2013, 34 (5) :50-52.

[4]陈小荣, 杨建民.i Pad在医院无线移动查房中的应用[J].中国数字医学, 2012, 7 (9) :100-101.

[5]张致欢.基于Android系统的平板计算机在医院无线移动查房的应用及优势[J].信息系统工程, 2011 (6) :45-46.

[6]陈英, 陈丽君, 彭伟萍, 等.掌上计算机在护理工作中的应用[J].护士进修杂志, 2006, 21 (7) :607-608.

[7]张建林.临床移动信息系统在医疗护理管理中的应用[J].中国数字医学, 2011, 6 (2) :24-25.

[8]何婷.智慧医疗信息系统及移动PDA在临床工作中的应用[J].中国保健营养:中旬刊, 2014, 24 (1) :15.

移动监护子系统篇7

关键词：移动医疗,胎心监护仪,设计

0引言

随着人们对健康生活的不断追求,很多国家都开始完善其医疗保健服务系统。一般这种医疗系统都是由当地政府或者国家监督管理,可应用于各个领域,如医疗器械、生物制药工程等。然而,现今的医疗系统产生了高额的资金预算,并且还在呈现逐年上升的趋势。据权威估算,仅2011年全球用于医疗服务的资金就高达6万亿美元,并推测在未来2 a内发达国家将会在医疗服务中花费将近15%的国内生产总值[1]。研究发现,导致全球医疗服务花费不断上涨的最主要原因之一就是医院里各种医疗手续花销。这是因为随着科技的发展,医疗知识和技术变得越来越精密复杂,在提高治愈疾病能力的同时也加重了医院各种手续的开销。而且还因为医疗资源受限,导致了看病难等问题的出现。

为了解决上述问题,我们必须对现有的医疗服务系统进行改革创新,而改革的重点就在信息传输领域。人们将医疗服务与通信服务结合,带来一种全新的省钱、适用、安全并且标准规范的医疗服务系统,这就是移动医疗系统(mobile health,m Health)。简单地说,就是将医疗设备与手机、互联网及其他通信设备联系起来,以达到快捷诊治疾病的目的。本文结合论述移动医疗发展现状,提出了基于此技术的无线移动胎心电监护仪设计思路。

1移动医疗简介及发展现状

m Health是电子医疗(electronic health,e Health) 的一个重要组成部分。国际医疗卫生会员组织 (Health-care Information and Management Systems Society,HIMSS)于2012年对移动医疗做出了明确的定义,就是通过使用卫星通信、个人数字助手和移动电话等移动通信技术来提供医疗服务和医疗信息的系统[2]。它在一定程度上为发展中国家解决了医疗人力资源短缺的问题,同时也为发达国家的医疗卫生服务提供了一种有效方法。

2010年10月,由卫生部批准,全国近百家医院以及部分区域开始进行电子病历试点工作,目的在于实现国内医院之间的资源共享。电子病历在医院的应用大大简化了医院看病的各种手续,一定程度上减轻了看病难的问题;同时避免了患者在多家医院做相同的检查,节约了医疗资源,也减轻了患者的经济负担。目前,国内多个地区也已经开始实施终身病历卡的试点工作,这正是基于移动医疗所做出的一项重大的改革。

除了医院,一些企业也看到了移动医疗的发展前景。例如美国加州Vivo Metrics公司正在研制的一款嵌入医用传感器的衬衫,它可以对人体呼吸功能进行实时监测,并对测得的数据进行科学的分析,这样患者就不必长期住在医院,在家就能够轻松获得看病用药的基本医疗信息。目前,飞利浦公司也在研究能对心脏进行监护的衣服,同时已经提出很多关于移动心电监护仪的解决方案。但是由于目前大多数的监护产品都需要通过导线将数据传到个人数字助手(personal digital assistant,PDA)或个人计算机中才能进行相关的数据分析,无疑增加了系统的复杂度。而无线监护仪的出现真正改变了这些繁琐的步骤,在临床应用及日常保健医疗工作中具有重要意义。爱立信公司目前正在研制的一款名为MobiHealth的监护系统,它摆脱了传统的接线连接方式,以PDA为依托,将所收集的数据通过无线电话网络传输给医生,方便医生进行诊断咨询及治疗监护。Macworld Asia 2012数字世界亚洲博览会上,一款来自美国的移动互联血压计———i Health BP3首次亮相,i Health公司的用户体验总设计师兼欧洲区副总裁吴伟·迪戈博士表示,只需要在App Store商店免费下载i Health BPM软件,i Phone、i Pad就成为了一个功能强大的血压显示屏管理终端。

移动医疗设备的一般结构中包括:(1)前端数据采集:用于连接人体进行数据采集;(2)数据传输部分:通过各类无线通信技术实现;(3)移动终端:用于完成数据的分析处理、显示以及保存等各类功能。从设备结构可以看出,移动医疗所涉及的周边产业并不只是医疗服务,由于移动医疗涉及的设备和产品种类繁多,所以这个市场的发展不仅影响医疗服务行业的发展,同时也会触动网络供应商、无线设备供应商、系统集成商等信息行业的利益与发展。

尽管移动医疗在国内已经取得了一些可喜的成果,但目前仍处于起步阶段,在与国内现有医疗卫生系统协同的进一步紧密结合上,还面临诸多困难。同时,政府、医院、信息化提供商还没有形成“合力”,影响了我国移动医疗应用的发展。总之,移动医疗服务系统要真正发展成熟还有很长的一段路要走,但是我们可以肯定的是,移动医疗势必会成为未来医疗行业发展的主要方向,而这种医疗体系的不断发展和健全会使得整个医疗服务系统更加快捷,也会大大地减少社会开支。

2无线胎心监护仪的系统设计

目前较常用的检测胎心音的方法有2种:一种是听诊器,就是利用一个拾音器采集心音,这是一种简单的方法,采集到的信号不仅包括胎儿的心跳音, 同时也有来自母体的心音,另外夹杂着其他各种干扰噪声;另一种方法是超声多普勒,它利用多普勒频移信号换算出胎心的运动速度,这样得到的信号里面不包括母体的心音,大大地提高了信噪比。所以, 目前胎心监护仪一般都采用超声多普勒进行胎心检测。国标定义超声多普勒胎儿监护仪是由多普勒超声换能器(测胎心率)、宫缩压力传感器(测子宫收缩)及与之相连接的仪器组成[3],可添加扬声器、打印机等。其中传感器贴在孕妇腹部进行胎心监测,通过线缆与主机连接。图1为一个标准的胎儿监护设备。目前国内外所使用的胎心仪基本上都是通过线缆来连接探头与主机,孕妇监护过程中的舒适度明显受到影响,并且监护过程一般都要在医院进行。

2.1无线胎心监护仪的发展

针对上述问题,目前胎儿监护开始利用无线通信的方式取代线缆的连接。2007年王家达等[4]设计了一款基于通用分组无线服务技术(general packet radio service,GPRS)的胎儿心电监护仪,实现了胎儿心电的远程监护,但是其中使用的GPRS模块MC35的峰值发射功率达到2 W,对孕妇和胎儿均会造成不良影响。基于人类健康这个前提,国际上对无线发射功率有相关的规定。根据国标标准,使用比吸收率 (special absorption rate,SAR)来测量单位时间内单位质量的物质吸收的电磁辐射能量[5]。目前主要按照美国标准来执行,例如移动电话中,规定人体暴露在射频场里SAR的最高值为1.6 W/kg。可以发现,国内市场上所销售的手机SAR均低于这个值,所以将安卓智能手机作为移动终端有一定的可行性。李琦[6]于2009年利用蓝牙(Bluetooth)技术设计的胎儿监护仪,增加了无线通信功能,提高了胎儿监护仪使用的便利性,但是仍然使用有线探头进行监护,没有提高孕妇监护过程中的舒适度。在国外,分别基于Bluetooth、Zig Bee、无线射频(radio frequency,RF)技术设计的胎儿监护仪,去除了线缆对孕妇的束缚,提高了孕妇监护过程中的舒适度;S L Garverick等[7]设计的无线胎心监护探头的监护探头和Bluetooth通信模块采用分离式设计,之间通过线缆连接,使用过程中需插拔线缆,降低了探头的可靠性和便利性;G Motika等[8]、J Taylor等[9]所设计的无线胎心监护探头均是改造现有产品,在其中加入无线通信模块,没有实现一体化设计。Roham M等[10]提出一种新的检测模式———基于Android平台的胎心检测及分析系统,将传统的胎心检测装置与现代Android手机相结合,通过无线传输方式将所测的胎心信号送入手机进行分析处理,利用智能手机实现终端数据显示。