基于藍牙無線通訊的屏氣輔助裝置設(shè)計與實現(xiàn)

王可伍，蘇峻，胡吉波，肖圣祥，余小超，唐慧娜

（浙江大學醫(yī)學院附屬第四醫(yī)院放射科，浙江 義烏 322000）

隨著醫(yī)用X 光機、CT 和MR 等醫(yī)學放射檢查設(shè)備技術(shù)越來越成熟，放射檢查也越來越普遍，其對疾病的初篩、定位和定性起著重要作用[1，2]。現(xiàn)有的放射檢查中，患者的頭顱需要按照標準放置，胸腹部檢查需盡可能的屏氣才能得到符合診斷要求的醫(yī)學圖像[3]。如果患者在放射檢查過程中頭顱晃動或者呼吸，容易出現(xiàn)影像模糊、鋸齒狀偽影，甚至得不到具有診斷意義的圖像[4，5]。檢查失敗會給患者造成身體、精神的痛苦及經(jīng)濟的損失，減低醫(yī)務人員的工作效率，并造成醫(yī)療資源的浪費[6]。在現(xiàn)有技術(shù)中，患者常因暴躁、意識不清或者其它原因?qū)е聼o法與醫(yī)護人員進行有效溝通[7]，從而無法保證頭顱固定以及保持屏氣，需要家屬陪同進行放射檢查。在檢查過程中，家屬固定患者的頭顱并捂住患者的口鼻，保證檢查順利進行。但是，家屬的陪同也給放射檢查的操作帶來了不便，容易影響檢查效果，陪同的家屬受到輻射[8]，也會對身體造成一定的影響。本文將基于藍牙通訊模塊設(shè)計一種屏氣輔助裝置。本實用新型的屏氣輔助裝置無需家屬輔助陪同（降低家屬不必要的輻射傷害），自動固定患者的頭顱以及進行屏氣，使放射檢查得以有效進行，檢查獲得的醫(yī)學圖像符合臨床診斷的要求。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 屏氣輔助實施模塊 在患者進行放射檢查時利用容納槽將患者的頭顱固定，有利于對患者進行放射檢查。同時，利用鼻部閉氣模塊和口部閉氣模塊配合分別將患者的鼻部和口部封住，患者無法使用鼻部和口部進行呼吸，自動處于屏氣狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)計模塊見圖1。

圖1 系統(tǒng)模塊

本模塊的控制器采用低功耗STM32F103RET6芯片（圖2），設(shè)計專門的電池電量檢測電路來監(jiān)測電池電量。以及對患者進行屏氣輔助、主要涉及鼻部閉氣模塊、口部閉氣模塊、容納患者頭顱的容納槽。鼻部閉氣輔助模塊與操作界面控制模塊通信連接，并在控制模塊的控制下封閉患者的鼻部?？诓块]氣模塊與控制模塊通信連接，并在控制模塊的控制下封閉患者的口部。

圖2 STM32F103RET6 最小系統(tǒng)原理圖

另外，鼻部閉氣模塊包括：手指驅(qū)動件，設(shè)置于本體的側(cè)面，并在控制模塊的控制下動作；閉氣手指，設(shè)置于手指驅(qū)動件的活動端，從而在手指驅(qū)動件的驅(qū)動下完成動作。根據(jù)該優(yōu)選方案，控制模塊控制手指驅(qū)動件動作，手指驅(qū)動件驅(qū)動閉氣手指動作以封閉患者的鼻部，鼻部閉氣模塊的結(jié)構(gòu)簡單、動作高效。手指驅(qū)動件分設(shè)于本體兩面，每一手指驅(qū)動件的活動端均設(shè)置有閉氣手指。兩個閉氣手指在患者頭顱的兩側(cè)分別封閉患者的兩個鼻孔，手指驅(qū)動件僅需一維動作，其驅(qū)動動作簡單、鼻孔的封閉更加高效。

口部閉氣模塊包括：口罩驅(qū)動件，設(shè)置于本體的容納槽的上方，并在控制模塊的控制下動作；控制模塊控制口罩驅(qū)動件動作，口罩驅(qū)動件驅(qū)動閉氣口罩動作以封閉患者的口部，口部閉氣模塊的結(jié)構(gòu)簡單、動作高效。壓力傳感器與控制模塊通信連接，壓力傳感器具有多個且分設(shè)于鼻部閉氣模塊和口部閉氣模塊的用于與患者的鼻部和口部接觸的端部。利用壓力傳感器及時檢測到患者的鼻部和口部的封閉狀態(tài)，既保證了對患者的鼻部和口部的良好封閉，也避免對患者的鼻部和口部的過分擠壓而對患者造成傷害。裝置實物見圖3。

圖3 系統(tǒng)實物圖

1.2 操作界面控制模塊 本屏氣輔助裝置部分還包括先進的藍牙MIDI 模塊，利用藍牙MIDI 模塊與設(shè)備的外部設(shè)置連接，藍牙作為裝置下位機與裝置上位機進行通訊的紐帶，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送功能，見圖4。藍牙模塊采用Cypess CYBLE-022001，該模塊體積小，兼容性強，功能齊全，通訊時不需要對藍牙進行環(huán)境配置、底層文件設(shè)置、協(xié)議配置。將設(shè)計的系統(tǒng)模塊與CT 機的操作界面進行藍牙連接，實現(xiàn)屏氣輔助裝置與CT 操作界面的聯(lián)動，在CT 操作界面對屏氣輔助裝置進行控制，即可完成對檢查患者屏氣的控制。本系統(tǒng)中藍牙通信模塊選用 HC-06，模塊有兩種工作模式：命令響應和自動連接。第一種模式下，可以通過配置AT 指令，與單片機直連，實現(xiàn)透傳[9，10]。本設(shè)計主要選擇單片機STM32F103RET6，其精度高、體積小，功能齊全[11，12]。可通過單片機STM32F103RET6 實現(xiàn)對屏氣輔助實施模塊的實時啟動/停止控制[13，14]。控制模塊通過無線通信模塊接收來自控制端的控制指令[15，16]，對輔助實施模塊進行實時控制。

圖4 藍牙控制電路

1.3 顯示模塊 本設(shè)計模塊采用雙核技術(shù)，主芯片STM32F103RET6 單片機和控制LCD 顯示采用的PIC24FJ256DA210 芯片[17]，主要目的是加快機器的運行速度，延長設(shè)備使用壽命。本設(shè)計中的輔助裝置將患者實時呼吸狀態(tài)顯示在LCD上，LCD 采用PIC24FJ256DA210 系列器件對Microchip 現(xiàn)有的16位單片機產(chǎn)品線擴展，增加了新的圖形控制器（GFX）模塊與圖形LCD 顯示屏接口，還增加了96 kb的RAM[18]。該系列器件允許CPU 使用EPMP 模塊直接從外部存儲器讀取數(shù)據(jù)。PIC24FJ256DA210 通過串口從外部FLASH 中讀取數(shù)據(jù)[19，20]，然后通過按鈕選擇進行相應信息的顯示，見圖5。

圖5 顯示模塊

2 應用效果

輔助裝置應用過程中，可通過藍牙無線進行操作，人工操作界面清晰、簡單易操作、靈敏度較高，模塊能夠?qū)崟r顯示患者呼吸情況。但也存在一些不足，如本設(shè)計無法顯示患者心電信號，無法做到動態(tài)關(guān)注患者的生命體征等。在無輔助設(shè)備的情況下，對急診急躁以及無法配合的患者進行CT 檢查時，目前仍然選擇家屬陪同患者檢查。而在有相關(guān)輔助設(shè)備的配合情況下，對急診急躁以及無法配合的患者進行CT 檢查，即使無家屬陪同檢查，成功率也較高。在放射檢查中，若患者無法配合相關(guān)放射檢查，在無需家屬陪同以及其他相關(guān)輔助的情況下，利用本文設(shè)計的輔助的裝置，可以提高放射檢查的成功率，有效改善此類無法配合放射檢查的圖像質(zhì)量。利用本文設(shè)計的輔助裝置，可避免家屬的檢查輔助與陪同，使其避免受到的不必要的輻射危害?？傊?，利用本裝置不僅僅可減少家屬陪同、降低其不必要的輻射危害，還可以改善圖像質(zhì)量，提高無法配合患者的放射檢查成功率。

3 總結(jié)

在無患者檢查條件下，對裝置進行功能質(zhì)量檢測，分別對裝置的電池電量檢測、人工交互界面檢查、開光控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃阅軈?shù)進行質(zhì)控檢查，得出通信距離在小于6 m 時數(shù)據(jù)傳輸準確率達100%，電池電量在工作情況下保持良好、設(shè)備開關(guān)控制成功率同樣達到100%，人工操作界面清晰、簡單易操作。通過對本裝置的硬件以及軟件的裸機質(zhì)量測試，裝置的控制可靠性、控制開關(guān)、電池電量檢測功能、屏氣輔助效果的測試結(jié)果均達到應用條件。本文設(shè)計的輔助裝置鼻部閉氣模塊和口部閉氣模塊配合分別將危重或急躁患者的鼻部和口部封住，使危重或急躁患者無法使用鼻部和口部進行呼吸，自動處于屏氣狀態(tài)。利用該輔助裝置可有效的降低危重或急躁患者放射檢查過程中頭顱晃動或者以及呼吸運動偽影，得到具有診斷意義的醫(yī)學影像圖像，提高放射檢查成功率。通過本裝置的使用，可以大大降低放射檢查中家屬陪同的情況，減少家屬不必要的散射線照射?？傊?，利用本裝置進行相關(guān)放射檢查，既能提高檢查成功率，同時可降低不必要輻射傷害。但該裝置存在一定的局限性，如其不可用于磁共振相關(guān)輔助檢查以及智能化有待提高。