手術(shù)服的智能化管理系統(tǒng)

張欣瑞 張乾 海南醫(yī)學院

AbstractThe operating room is the core medical place of the hospital. Its informatization and digital construction level demonstrate the modernization level of the hospital and the"hard strength" of medical development. It is very important for the entire medical system. This system mainly improves the use of hospital surgical clothing management, uses the Internet of Things technology to improve work efficiency,reduce work costs, realize automatic monitoring of wardrobe status, intelligently identify the identity of medical personnel, and standardize the clothing storage process of surgical personnel.

1.國內(nèi)外發(fā)展概況

2018年注定是物聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)的一年，相關(guān)技術(shù)的成熟、認知的普及以及對更方便、快捷、智能化生活的追求，會使得越來越多的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與新管理、新程序結(jié)合起來運用到工業(yè)，交通，醫(yī)療，運輸?shù)雀鞣矫妗：芏鄧叶紝ξ锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展前景十分的看好，他們在這個方面投入了大量的資金和技術(shù)力量來進行教育培訓、技術(shù)發(fā)展，并且已經(jīng)取得了大量的成果，大部分民眾對于物聯(lián)網(wǎng)都有著相關(guān)的了解，部分研究成果已從實驗室走向了實際應用，較大的方便了人們的生活。2008年美國提出了利用傳感器、無線通信，電子標簽和計算機等相關(guān)技術(shù)，將運輸、工廠管理、商品銷售，醫(yī)療，教育等相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施連接到一起，實現(xiàn)對未來的產(chǎn)業(yè)的管理模式和人們的生活習慣的改變，完成智慧城市的全面改造，進而提高人們?nèi)粘９ぷ餍省⑸钯|(zhì)量。這項計劃將會成為振興美國經(jīng)濟、確立領(lǐng)先優(yōu)勢的關(guān)鍵，對未來美國的新發(fā)展有著不可替代的作用。在時間上，英，德等歐盟國家開始相關(guān)研究比美國還提前一段時間，他們的成果已經(jīng)覆蓋整個產(chǎn)業(yè)鏈，研發(fā)出了微型標簽、測量傳感器、無線通信等相關(guān)軟硬件產(chǎn)品，并將這些技術(shù)在真?zhèn)巫R別、運輸、工廠管理等方面進行實踐。與前面提到的幾個國家相比，我們國家的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展相對緩慢，于2009年提出“感知中國”這一理念，目前相關(guān)技術(shù)也被運用到漁牧業(yè)，農(nóng)業(yè)，電力，交通等方面。

而在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)方面，科技的快速發(fā)展解決了各科手術(shù)設(shè)備的特殊要求和信息集成的需要，數(shù)字化手術(shù)室的理念漸漸的得到興起和快速的發(fā)展[6]。射頻識別(RFID)等相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被引入到手術(shù)室的常規(guī)管理，可以提高醫(yī)護工作者的工作效率，對于醫(yī)院管理結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，加強對醫(yī)療設(shè)備的監(jiān)控管理，提高醫(yī)療資源的使用率率，提升醫(yī)療服務質(zhì)量和準確度，降低醫(yī)療事故與醫(yī)療成本，進一步實現(xiàn)醫(yī)療系統(tǒng)的全面提升。

2. 系統(tǒng)設(shè)計

本文的手術(shù)服的智能化管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)自動環(huán)境監(jiān)測，識別醫(yī)務人員的身份，規(guī)范手術(shù)人員衣物存放流程等功能，是一套基于醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的手術(shù)服管理系統(tǒng)。硬件部分分為以下幾個模塊。

輸入模塊：輸入模塊分為RFID射頻讀卡模塊和壁障傳感器模塊兩部分。RFID射頻讀卡模塊實現(xiàn)芯片信息的發(fā)送和接收，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至51單片機控制模塊進行處理。壁障傳感器模塊利用紅外線發(fā)射模塊與接收管進行衣柜狀態(tài)檢測，將衣柜的狀態(tài)信息將通過輸出接口輸出出來。由單片機進行控制，通過zigbee無線通訊技術(shù)傳送給上位機。

控制器模塊：51單片機作為整個系統(tǒng)的控制部分。對RFID射頻讀卡模塊和壁障傳感器模塊輸入的數(shù)據(jù)進行處理，控制衣柜門開關(guān)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過zigbee無線收發(fā)模塊傳遞給上位機進行數(shù)據(jù)顯示。

輸出部分：輸出部分包括無線收發(fā)模塊和驅(qū)動控制模塊。無線收發(fā)模塊接收到RFID射頻讀卡模塊和壁障傳感器模塊的數(shù)據(jù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給上位機進行顯示。驅(qū)動模塊接受51單片機的控制信號后驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，控制衣柜門開關(guān)。

遠程端：電腦作為遠程端進行相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示和記錄，通過zigbee無線收發(fā)模

塊接收RFID射頻讀卡模塊和壁障傳感器模塊的數(shù)據(jù)，將持有人id，姓名，開柜時間記錄進數(shù)據(jù)庫中，并實時顯示刷卡人姓名及衣柜狀態(tài)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：

圖2 -1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1 輸入模塊設(shè)計

2.2.1 壁障傳感器模塊

本系統(tǒng)中使用的是telesky品牌的壁障傳感器模塊，比較器型號為LM393，工作穩(wěn)定，利用紅外線發(fā)射模塊與接收管進行衣柜狀態(tài)檢測。發(fā)射管發(fā)射紅外線，當衣柜內(nèi)有衣物存在時，紅外光線反射回來，接收管將接收到物品存在的信號。比較器電路會對此信號進行識別處理，然后將衣柜的狀態(tài)信息通過輸出接口輸出出來。一個低頻信號將會傳入單片機，通過zigbee無線通訊技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送給上位機，衣柜狀態(tài)將在上位機顯示出來。

2.2.2 RIFD 射頻模塊

RIFD最基本的系統(tǒng)包括電子標簽，MFRC522閱讀器，天線及記錄并處理信息的cpu。在本項目中，51單片機控制模塊相當于記錄并處理信息的計算機系統(tǒng)，電子標簽采用的是S50非接觸式IC卡，閱讀器讀寫卡芯片使用的是MFRC522芯片。整個模塊的工作頻率為13.56MHz，支持ISO14443A/MIFARE協(xié)議。卡片進入讀寫器操作范圍時,PcdRequest函數(shù)對卡片進行感應，當感應到多張IC卡時PcdAnticoll函數(shù)對卡片進行排隊，幫助不重復識別，PcdSelect函數(shù)篩選出本系統(tǒng)所使用的RFID讀卡器對應的指定的IC卡型號進行三次互相驗證，即讀取IC卡扇區(qū)里的信息，用PcdAuthState函數(shù)對扇區(qū)里的密碼進行校驗，完全核實IC卡身份。

2.2 控制器模塊設(shè)計

控制模塊主要利用51單片機來控制輸入模塊和輸出模塊。內(nèi)部燒入控制程序，進行RFID部分，步進電機，zigbee無線通信模塊等部分函數(shù)編寫，接收輸入模塊的信號，進行識別和再處理，根據(jù)信號的不同進行不同函數(shù)控制操作。

2.3 輸出模塊設(shè)計

2.3.1 步進電機模塊

輸出模塊的步進電機使用的是五線四相得步進電機模塊，以“步階”的方式分段移動，是典型的的數(shù)字信號控制電機，轉(zhuǎn)動的動力來自于電磁力。控制器通過發(fā)送脈沖信號來控制部進電機轉(zhuǎn)動，電脈沖信號決定角位移或線位移，也就是說當一個脈沖信號被發(fā)送到步進電機驅(qū)動器時，步進電機就按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一定角度，進而來控制門的開關(guān)。

2.3.2 步進電機驅(qū)動模塊

因為硬件部分的電流強度不夠，無法直接對步進電機進行控制,需要使用步進電機驅(qū)動模塊放大電流。在本系統(tǒng)中步進電機驅(qū)動模塊選擇的芯片是ULN2003，一個模塊可控制多個步進電機。

2.3.3 zigbee 無線傳輸模塊

Zigbee無線傳輸模塊使用的芯片為cc2530，專門針對IEEE 802.15.4和Zigbee應用，具有強大的地址識別和數(shù)據(jù)包處理能力，直接進行存儲器存取，數(shù)據(jù)傳輸時不需CPU的參與。在使用時直接調(diào)用zigbee協(xié)議棧里的函數(shù)進行初始化，實現(xiàn)無線通訊連接。

2.4 上位機端

上位機軟件開發(fā)平臺為VS開發(fā)平臺，開發(fā)語言為c#，利用mySerialPort函數(shù)進行串口實例化，port_DataReceived函數(shù)進行串口數(shù)據(jù)接收事件定義， ShowCurTimer函數(shù)進行當前時間顯示，OpenSerialPort()定義串口打開函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與顯示，軟件界面如下圖所示：

圖4 -5 上位機軟件界面展示

3 總結(jié)

本系統(tǒng)主要完成了手術(shù)室中衣柜的智能化管理。運用Visoal Studio 2012與MySql進行上位機軟件開發(fā)，keil進行51單片機燒錄開發(fā)，IarIdePm進行Zigbee無線通信開發(fā)。目前只實現(xiàn)了衣柜狀態(tài)監(jiān)測，智能識別醫(yī)務人員的身份，規(guī)范手術(shù)人員衣物存放流程等功能，只是手術(shù)室智能化管理的一小部分，在日后可進行擴展延伸，結(jié)合“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，實現(xiàn)整個手術(shù)室智能化管理。