一、設(shè)計(jì)目的
隨著電子信息的飛速發(fā)展，近年來，遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控技術(shù)也漸漸成為醫(yī)療界的一個熱點(diǎn)。重要生命參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控給年老體弱者帶來了方便，也給現(xiàn)代醫(yī)療界的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。
遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)，它是一種集成信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信應(yīng)用技術(shù)于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的高科技產(chǎn)業(yè)品。系統(tǒng)主要組成部分為：基于微控制器和傳感器節(jié)點(diǎn)組成體征采集模塊，基于GPRS/GSM的無線收發(fā)模塊，基于FPGA的上位機(jī)監(jiān)控模塊。體征采集模塊利用各類專用傳感器采集人體體征，并由微控制器進(jìn)行處理打包，經(jīng)由GPRS/GSM通信網(wǎng)絡(luò)上傳至上位機(jī)監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程醫(yī)生/監(jiān)護(hù)人可定時(shí)/實(shí)時(shí)監(jiān)控病患。該系統(tǒng)測量準(zhǔn)確，實(shí)用創(chuàng)新性強(qiáng)，性價(jià)比高，具有很好的推廣價(jià)值。
二、設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)一個遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)。要求：
1.通過各傳感器節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確采集各項(xiàng)體征信號并交于89c51單片機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出各項(xiàng)體征信息(包括體溫、血壓、脈搏、心率)，組成體征采集子模塊，完成各項(xiàng)體征信息采集，并上傳到GPRS/GSM無線模塊。
2.GPRS/GSM無線模塊將接收到體征信息，并準(zhǔn)確地送往上位監(jiān)控機(jī)。
3.基于FPGA的上位監(jiān)控機(jī)接收到下位機(jī)信息，并進(jìn)行分析處理及控制。
三、設(shè)計(jì)器材
1.各類體征傳感器(ASDX100壓力傳感器、HK-2000B脈搏傳感器、DS18B20溫度傳感器);
2.微控制器、GPRS/GSM模塊、FPGA開發(fā)箱;
3.鑷子、鉗子、電阻電容電位器導(dǎo)線等若干、焊錫若干。
四、設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方案
1. 設(shè)計(jì)原理
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以定義為通過無線通信技術(shù)將遠(yuǎn)端的體征生理信息和醫(yī)學(xué)信號傳送到上位機(jī)監(jiān)控中心進(jìn)行分析并給出診斷意見的一種技術(shù)手段。
(1) 醫(yī)療監(jiān)測原理
重要生命參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)是年老體弱者口常監(jiān)護(hù)的一個重要內(nèi)容，檢測的生理信息主要包括：體溫、脈搏、血壓、心率、心電圖、呼吸、血?dú)?氧分壓和二氧化碳分壓)、血氧飽和度、血糖等。這類生理參數(shù)在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中一般要求無創(chuàng)或微創(chuàng)檢測。本文以溫度、脈搏、血壓及心率信號為采集對象，選擇了簡單方便的傳感器和無創(chuàng)測量的方法。
(2)無線通信技術(shù)
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和社會需求的口益增長，無線通信已經(jīng)進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展的階段，快速發(fā)展的無線通信已成為信息產(chǎn)業(yè)中最為耀眼的“亮點(diǎn)”，為各種潛在的工程技術(shù)提供了新的方法和手段，并成為推動社會發(fā)展的強(qiáng)勁動力。無線通信以其不需輻設(shè)明線、使用便捷等特點(diǎn)，展示出廣闊的市場前景。無線通信技術(shù)正以較快的速度進(jìn)入許多產(chǎn)品，它與有線相比主要具有成本低、攜帶方便和省去布線的煩惱等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于遙控、遙測、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識別、非接觸RF智能片、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器控制、信息家電、無線232、無線422/485數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域。
利用GPRS/GSM技術(shù)進(jìn)行無線通信，使傳統(tǒng)的串口通訊擴(kuò)展為GPRS/GSM無線網(wǎng)絡(luò)通訊，可以實(shí)時(shí)的把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)交換及串口設(shè)備的快速無線聯(lián)網(wǎng)。
2.設(shè)計(jì)方案
(1) 醫(yī)院監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系方案
醫(yī)院監(jiān)護(hù)系統(tǒng)由有線網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng))和無線網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，如圖4.1所示?；颊呱砩吓宕鞯牟杉K端，將采集到的生理信息數(shù)據(jù)(體溫、脈搏、血壓、心率)發(fā)送到AP (Access Point )。AP通過醫(yī)院的局域網(wǎng)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到上位監(jiān)控機(jī)上，由上位監(jiān)控機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。
AP上電后立即嘗試連接局域網(wǎng)上的服務(wù)器，服務(wù)器的IP和端口號以及AP的網(wǎng)絡(luò)配置都寫在配置文件中，用戶可以手動修改，連接成功后進(jìn)入就緒狀態(tài)。
如果有攜帶移動監(jiān)護(hù)設(shè)備的患者進(jìn)入AP的覆蓋區(qū)域移動監(jiān)護(hù)設(shè)備將會查詢到AP并與之建立ACL鏈路，AP接受連接將會進(jìn)行主從切換，保證AP作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的主單元可以繼續(xù)被其他移動監(jiān)護(hù)設(shè)備發(fā)現(xiàn)和建鏈。之后移動監(jiān)護(hù)設(shè)備和AP之間進(jìn)行SDP ， L2CAP， RFCOMM連接。AP向服務(wù)器報(bào)告有移動監(jiān)護(hù)設(shè)備進(jìn)入該區(qū)域，此后AP將透明地轉(zhuǎn)發(fā)AP和移動監(jiān)護(hù)設(shè)備之間的雙向數(shù)據(jù)。主機(jī)可以通過AP和移動監(jiān)護(hù)設(shè)備的串口替代功能完成控制、數(shù)據(jù)采集的功能。當(dāng)患者離開此AP的覆蓋范圍后，鏈路中斷，AP向服務(wù)器報(bào)告移動監(jiān)護(hù)設(shè)備離開該區(qū)域，同時(shí)患者攜帶的移動監(jiān)護(hù)設(shè)備開始搜索新的 AP。醫(yī)護(hù)人員根據(jù)移動監(jiān)護(hù)設(shè)備與哪一個AP相連可以獲知患者在整個病區(qū)內(nèi)的活動情況。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 醫(yī)院無線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
(2) 家庭監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系方案
遠(yuǎn)程家庭監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 家庭無線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
無線系統(tǒng)主要由各個傳感器節(jié)點(diǎn)(脈搏、體溫、血壓、心率等傳感器節(jié)點(diǎn))、若干個具有路由功能的無線節(jié)點(diǎn)和中心網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(監(jiān)護(hù)基站設(shè)備)組成。監(jiān)護(hù)基站設(shè)備連接無線網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)，是家庭無線網(wǎng)絡(luò)的核心部分，負(fù)責(zé)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)的管理。各項(xiàng)體征數(shù)據(jù)經(jīng)過家庭網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)護(hù)服務(wù)器。遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)服務(wù)器負(fù)責(zé)脈搏生理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、顯示和保存。醫(yī)院監(jiān)護(hù)中心和醫(yī)生可以登錄監(jiān)護(hù)服務(wù)器查看被監(jiān)護(hù)者的生理信息，也可以遠(yuǎn)程控制家庭無線網(wǎng)絡(luò)中的傳感器和設(shè)備，從而在被監(jiān)護(hù)病人出現(xiàn)異常時(shí)，能及時(shí)檢測到并采取搶救措施。被監(jiān)護(hù)者的親屬等也可以登錄監(jiān)護(hù)服務(wù)器隨時(shí)了解被監(jiān)護(hù)者的健康狀況。
五、設(shè)計(jì)流程
1.傳感器單元的設(shè)計(jì)
傳感器節(jié)點(diǎn)主要功能為采集人體體征信息(包括體溫、脈搏、血壓、心率)，其節(jié)點(diǎn)主要包括5部分：中央處理器模塊(51單片機(jī))、無線數(shù)據(jù)通信模塊(GPRS/GSM)、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換及相關(guān)調(diào)理電路、電源模塊。節(jié)點(diǎn)框圖和處理器單元如圖3所示。
圖3 監(jiān)控傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)
2 .GPRS/GSM模塊的設(shè)計(jì)
介紹了一種通過GPRS/GSM短消息的收發(fā)實(shí)現(xiàn)對工程上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，其能夠完成對工程上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行狀況監(jiān)測及采集數(shù)據(jù)的傳輸。同時(shí)也能夠通過短消息控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成指定的操作。系統(tǒng)自帶有存儲器，能夠按接收到的指令對設(shè)備進(jìn)行配置，并將其存儲到設(shè)備自帶的存儲器中。同時(shí)系統(tǒng)配備了看門狗，能夠使系統(tǒng)在異常狀態(tài)下重啟系統(tǒng)，使系統(tǒng)做到永不死機(jī)。由于該系統(tǒng)采用了GSM短消息作為通信載體，使其克服了普通電話監(jiān)控的人機(jī)界面不友好，話費(fèi)高，且控制功能少等缺點(diǎn)。
