便攜式多參數監護儀在互聯網+時代的使用設計

沈 瑾

（無錫中健科儀有限公司，江蘇 無錫 214131）

0 引 言

傳統技術中，醫院大都使用臨床式多參數監護儀，將監護儀放在病人床頭，可實時查看病人心電，血壓，血氧，呼吸和體溫等數據，監護儀一般體積較大，搬拿十分不便，且患者為了配合監護往往只能躺在病床上。如何將監護儀設計得輕便，方便攜帶已成為各醫療器械公司研發的方向之一。

無錫中健科儀有限公司的GW系列多參數監護儀應運而生。它體積小，重量輕，僅為通常多參數監護儀重量的三分之一，便于攜帶。采用低功耗藍牙無線傳輸技術，患者只需佩戴監護儀背包就可在指定區域自由活動，不影響監護數據的實時傳輸。所有的生理參數通過藍牙無線傳輸到指定的平板端顯示，同時數據通過平板實時傳遞到數據服務器中保存，方便醫生調取查看。便攜式多參數監護儀的系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構圖

1 整體設計思想

1.1 便攜式多參數監護儀的設計

為了縮小體積，同時保證48小時的監護時間，中健科儀的GW系列監護儀采用低功耗藍牙設計思想。藍牙作為一種無線低功耗通信手段，具有低成本、安全可靠的特點，在移動醫療監護系統中被廣泛應用[1]。藍牙模塊的選型至關重要，為保證數據傳輸的可靠性，距離盡可能長，因此選擇德國斯圖曼公司生產的用于醫療和健康電子產業的藍牙模塊“BlueMod+B20”，其空曠空間覆蓋范圍達24 m，符合藍牙“V2.0+EDR”標準，同時數據傳輸可靠，丟包率可控制在0.05%以內。心電及呼吸采集芯片采用由TI公司生產的ADS1298R芯片，它集成了8路同時取樣的24位Delta-Sigma模數轉換器（ADC）和內置的可編程增益放大器（PGA），基準電壓以及振蕩器，集心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）等醫療應用所需功能于一身，同時擬合了呼吸（Resp）數據，使整體設計更加便捷。主處理芯片采用意法半導體的低功耗STM32芯片，功耗更低，有效保證電池的使用時間。在同時監測6路心電信號，血氧信號，呼吸及體溫，半小時間隔無創血壓測量的情況下，至少可維持48小時持續供電[2]。便攜式多參數監護儀的人體佩戴示意圖及原理框圖如圖2所示。

圖2 便攜式多參數監護儀的人體佩戴示意圖及原理框圖

1.2 便攜式監護儀在“互聯網+”中使用設計

通過藍牙無線傳輸，可將GW多參數監護儀中的實時監護數據傳送到平板端，再通過WiFi或者4G網絡將數據發布到服務器上，醫護工作者只需用手機連入互聯網上的服務器，就可以實時查看該病人的心電圖，血氧圖，血壓數據，呼吸及體溫數據，同時還可查看病人的歷史數據記錄，為接下來的診斷提供參考依據。該設計，無論是采集端，還是手機端都采用當前先進的Android系統或iOS系統（目前已在Android系統上實現并投入使用）上進行APP的設計，操作目標更簡潔方便，可實時聯網使用，對于社區及居家養老監護有著廣泛的市場前景。系統原理實現圖如圖3所示。

圖3 系統原理實現圖

2 關鍵技術點闡述

2.1 藍牙無線通訊協議的制定

由于GW便攜式多參數監護儀的心電波形的采樣率為256，血氧和呼吸的采樣率為128，數據量相對較大，為保證數據在無線藍牙上的實時傳輸，需要設計好應用層的通訊協議。藍牙的無線通訊在配對連接建立之后即類似于串口正常通訊，采用一問一答方式可有效避免數據傳送的不對等錯亂問題[3]。

（1）協議添加通訊頭尾標識，并增加校驗，在數據頭后的指定字節傳送本報文的長度，以便接收者判定所接收的報文是否收全，是否正確。

（2）協議的召測時序采用主從問答方式，召測頻率根據心電，血氧，呼吸的采樣率及便攜式多參數監護儀的緩沖區空間來設計，經過反復測試，確定為64 ms召測一次，若召測頻率較慢，便攜式多參數監護儀的緩沖區即會溢出，造成數據丟失，如果太快則CPU占用負荷過高，導致監測時間變短。

（3）通訊超時設計：在通訊過程中增加超時判斷，超時時間經反復試驗配合確定為200 ms，超時三次則判定為通訊中斷，此時便攜式監護儀會發出蜂鳴進行報警提示，同時平板采集端也會進行聲音及文字報警提示，提示用戶及時查看。同時召測程序還在繼續運行，一旦有響應立即恢復通訊。

（4）各種指令操作：很多命令通過界面交互下發給便攜式多參數監護儀，比如啟動或停止血壓測量，啟動或停止起搏檢測等，修改波形顯示參數等，無線遙控操作使監護更便捷高效。

2.2 WiFi無線通訊協議的制定

該協議的功能主要是完成平板采集端將從便攜式多參數監護儀上采集到的心電，血壓，血氧，呼吸，體溫等數據轉發給服務器端，由服務器端保存或實時回復來自各互聯網查看端的請求。因此考慮直接透傳轉發數據給服務器端，由服務器端調用藍牙公用數據解析模塊直接將數據解析保存。

2.3 服務器存儲數據庫設計

通過比較SQLite數據庫，SQL Server數據庫，Access數據庫，決定選用SQLite數據庫。因為SQLite數據庫支持G級別的串和二進制大對，雖然是輕量級數據庫，但它支持最大 2 TB 的單個庫文件。經過實際測試，在擁有幾百萬記錄的情況下，SQLite的插入和查詢速度與MySQL不分上下，快于SQL Server，10倍于Access。數據庫中的表主要包含血壓結果表、趨勢數據表、參數報警數據表、心律失常報警表、波形文件相關信息表。而波形數據則采用存儲文件的方式進行保存，文件按照特定的波形數據結構進行保存。通過數據存文件的方式，方便調取查看，而且節省數據庫容量，更有效地擴充了服務器的數據容量。

2.4 采集端平板的界面設計

互聯網+的開放性使得采集端的平板軟件選擇在當前最為流行的Android操作系統上搭建。Android的本義是“機器人”，它是一種基于Linux的自由及開放源代碼的操作系統，由于它的開源性和谷歌強大的技術支持，APP的開發更加個性化，人性化，符合用戶需求。

本系統的設計思想采用在平板端和手機端編寫不同的APP來實現不同的功能。考慮平板的顯示屏幕較大，一般可以采用10.1寸屏，界面顯示的元素比較豐富，可以實時顯示4道波形和心電，血壓，血氧，體溫，呼吸的波形數據和生理數據，同時展示趨勢圖，比通用的床邊機的界面顯示更美觀，配合手勢的滑動調取界面元素，按鈕的扁平化設計風格更高端大氣，界面示意如圖4所示。

圖4 平板顯示界面示意圖

而在手機端，受屏幕尺寸限制（多為5寸屏以內），主顯示界面僅保留重要信息（如兩道心電波形和一道血氧波形），但通過手勢滑動多頁瀏覽方式仍然可以查看到所有的波形顯示和生理參數信息。界面設計充分利用Android系統的優勢和觸摸屏的優點，結合手勢上下、左右滑動，抽屜抽拉動作，單機雙擊觸摸等可展示更多的使用元素并獲得更靈活的用戶體驗。

2.5 查看端訪問用戶數據的加密設計

由于用戶的數據具有一定的私密性，不能任由其他人訪問，因此在平板采集側上傳數據時增加了隨機PIN碼生成，查看端只有輸入該PIN碼才能通過服務器訪問所請求的用戶數據，保證被監護者的數據安全。

3 總 結

本文所提到的中健科儀的GW系列多參數監護儀已研制完成并取得中華人民共和國醫療器械注冊證（蘇械注準20142210641），所有互聯網+相關軟件設計已配合投入使用，并在東南亞多個醫療機構進行了推廣應用，反饋良好。接下來將展開和社區醫療監護的進一步合作，在互聯網+時代，將便攜式監護儀更好地應用到人們的生活中。

參考資料

[1]周瑋俊，梁阿磊.用于家庭醫療監護的藍牙HID設備的設計[J].微計算機信息，2009（20）：168-169.

[2]GW系列多參數監護儀平板軟件詳細設計[Z]. BIOX9.233.0024.V03

[3]申慶超，李志瑞，王凱.基于“互聯網+”的IC卡式自助洗車系統設計[J].物聯網技術，2017，7（10）：86-88.

[4]姬金虎，夏文文，張陶，等.互聯網+穿戴式心電監護設備的研發[J].中國數字醫學，2017，12（2）：78-79.

[5]鄭傳權，王春淵.基于社區醫療的無線多參數遙測監護系統的設計與實現[J].中國醫學裝備，2014（7）.

[6]郭平，張焱，陳光志，等.便攜式遠程多參數監護儀的臨床應用價值[J].實用心電學雜志，2016，25（3）：153-158.

[7]李寅馳.移動醫療APP存在的問題及解決途徑[J].信息與電腦（理論版），2017（7）：143-144.

[8]中健GW系列多參數監護儀軟件使用手冊V2.0[Z]. BIOX1.033.0010