面向社區醫療的可攜式監護系統的製作方法
2023-12-07 03:12:56 2
專利名稱：面向社區醫療的可攜式監護系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種監護系統。特別是涉及一種面向社區醫療，具有綜合分析處理多
種常用關鍵生理參數的生理生化信號的能力並實現這些信號的遠程傳遞的面向社區醫療 的可攜式監護系統。
背景技術：
現代通訊與計算機技術的發展為遠程醫療服務帶來了新的機遇，遠程醫療可以實 現個人與醫院間、醫院和醫院間的醫學信息的遠程傳輸和監控、遠程會診、醫療急救、遠程 醫療教育與交流等等。其中，面向社區的遠程醫療健康監護是在配備先進適宜的醫療設備 的條件下，將社區家庭和醫療機構聯繫起來，實現醫療進入家庭，在病人家中實施監護、診 斷、治療、康復和保健多位一體的一種新的遠程醫療模式。 隨著人們生活水平的提高，發展可自理的家庭健康監護成為迫切需要，這將極大 地方便了廣大的病患者，尤其是一些特殊的人群，如行動不便的殘疾病人和患慢性的老人， 需要定期檢查的孕婦和兒童，需要長期到醫院複查病情的慢性病患者(如糖尿病，心臟病 患者)，遠離醫院交通不便的病人等等；另一方面也可有效地降低醫院門診的工作負荷，使 得醫院門診可集中精力於危急重症和疑難雜症，有效地配置和使用有限的醫療資源，也為 生活節奏緊張時間緊迫的城市人提供了一個隨時隨地的家庭醫療保健。面向家庭的遠程健 康監護醫療是一種利用計算機、電子監護設備和網際網路，將用戶和醫院緊密聯繫起來，實現 預防和保健、監護、診斷、康復的綜合治療方式。它是遠程醫療應用中跟人群聯繫最緊密的 一種方式，相信它將成為現代醫療方式的一種新的必然趨向。 最早進行生理參數監測研究的是美國航天局於20世紀70年代運用遠程監護技術 對太空中的太空人進行生理參數監測。目前美國軍方正在研究一種供戰時使用的人體狀態 監護儀(PSM，PersonnelStatusMonitor)，用於監護佩帶者的呼吸、體溫、心率和其它的生理 參數。但這兩種情況僅局限於高尖端科技和特殊情況的應用，價格昂貴，無法滿足大眾的需 求。目前，國內外對於生理參數監測的研究有一定的成果，但還存在一定的局限。如以色列 的SHAHAL醫療服務公司的電話傳輸心電圖監護系統、TIE公司的Aerotel電話傳輸心電圖 等系統、國內珠海中立電子公司的〃 護心神〃 電話傳輸心臟監護系統，廈門大學研製的多 參數電話線傳輸監護系統。對於長時間的實時監護，其通訊費用還是不能很好地滿足大眾 的需要。美國的HeartFAX、 HeartMirror、 HeartView系列心電監護產品、瑞典的Caliber, Trigger，Monitor系統，我國清華大學研製的家庭心電血壓監護網系統、復旦大學研製的腦 電遙測和遠程監護系統，監護的參數較為單一，多局限於心電圖的監測，而不能同時監測其 它(如血氧飽和度、體溫，心率等)常用參數。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種可以同時對病人實現7種生理參數的實 時監測，讓病人像戴手錶那樣隨身佩戴，24小時內，不間斷測量病人各個參數的變化，並通過無線網絡與社區伺服器通訊，全面反應病人的情況，而且輕便舒適，腕錶式多參數的面向 社區醫療的可攜式監護系統。 本發明所採用的技術方案是一種面向社區醫療的可攜式監護系統，包括有生 理參數監護儀，用戶計算機，社區監護伺服器和個人移動通訊終端，其中， 生理參數監護儀，設置在家庭監護對象身上用於檢測監護對象的多種生理參數， 通過串口將數據傳輸到用戶計算機；當生理指標出現異常時，生理參數監護儀通過無線傳 輸GPRS/CDMA網絡制式向社區監護伺服器及預先設置的個人移動通訊終端上發送報警信 息以及病人的個人生理監測信息； 用戶計算機，從生理參數監護儀上獲得監護對象的每個生理參數值，並進行實時 分析和資料庫存檔和全部生理參數的顯示，包括有心電、呼吸、腦電信號的波形顯示；
社區監護伺服器通過網絡與多個生理參數監護儀相連接，接收生理參數監護儀的 報警信息以及監護對象的個人生理監測信息，從而實現對多個家庭監護對象的遠程監護， 並做相應的處理； 所述的生理參數監護儀包括有七種生理指標檢測部分和與七種生理指標檢測部 分相連的信息綜合處理部分。 所述的七種生理指標檢測部分包括有第一單片機，分別與第一單片機相連的體溫 監測電路、心電圖採集電路、腦電圖採集電路、呼吸波採集電路、血壓氣泵與放氣閥控制電 路、袖帶壓力信號採集電路、LED控制電路和血氧飽和度光信號控制與檢測電路，所述的第 一單片機與所述的信息綜合處理部分相連，將採集到的所有生理信號通過SPI接口傳輸到 信息綜合處理部分。 所述的信息綜合處理部分包括有接收第一單片機所採集的生理信號的第二單片 機，分別與第二單片機相連的監控控制電路、液晶顯示器、Flash存儲單元、外部時鐘、用於 與個人移動通訊終端通信的RS-232接口和無線通信模塊，所述的無線通信模塊連接個人 移動通訊終端。 所述的液晶顯示器上顯示的內容包括有監護對象的實時體溫，血氧飽和度，呼吸 頻率，心率，舒張壓，收縮壓，平均血壓及當前時間。 所述的液晶顯示器上顯示的內容包括有實時顯示各個監護對象的姓名、性別、年 齡、住址、簡要病歷說明、監護人或家屬聯繫電話以及當前及歷史監測的各項生理參數。
本發明的面向社區醫療的可攜式監護系統，可以監測體溫、脈搏、呼吸、血壓、心 電、腦電、血氧飽和度等七種常用關鍵生理參數指標，具有綜合分析處理這些生理生化信號 的能力並實現這些信號遠程傳遞。並且，本發明可以同時對病人實現上述7個參數的實時 監測，讓病人像戴手錶那樣隨身佩戴，24小時內，不間斷測量各個參數的變化，並通過無線 網絡與社區伺服器通訊，全面反應病人的情況，而且輕便舒適。
圖1是本發明的整體框圖； 圖2是本發明的可攜式監測儀的七生理指標檢測部分組成框圖；
圖3是本發明的可攜式監測儀信息綜合處理部分組成框圖；
圖4是本發明的監測儀監護界面示意
圖5是呼吸生理指標檢測電路原理圖 圖6是心電生理指標檢測電路原理圖 圖7是腦電生理指標檢測電路原理圖 圖8是血氧生理指標檢測電路原理圖 圖9是血壓生理指標檢測電路原理圖 射
I :生理參數監護儀 3 :醫生
5 :個人移動通訊終端 7 :病人親屬或監護人 9 :體溫監測電路
II :腦電圖採集電路
2 :社區監護伺服器 4 :監護對象 6 :用戶計算機 8 :第一單片機 10 :心電圖採集電路
12 :呼吸波採集電路 13 :血壓氣泵與放氣閥控制電路14 :袖帶壓力信號採集電路 15 :LED控制電路 16 :血氧飽和度光信號控制與檢測電路
17:第二單片機 18:監控控制電路
19 :液晶顯示器 20 :Flash存儲單元
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發明的面向社區醫療的可攜式監護系統做出詳細說 明。 如圖1所示，本發明的面向社區醫療的可攜式監護系統，包括有生理參數監護儀 l，用戶計算機6，社區監護伺服器2和個人移動通訊終端5，其中， 生理參數監護儀1 ，設置在家庭監護對象4身上用於檢測監護對象4的多種生理參 數(包括體溫、脈搏、呼吸、血壓、心電、腦電、血氧飽和度等七種常用關鍵生理參數)，可以 存儲24小時以內的監護信息，通過串口將數據傳輸到用戶計算機6 ;當生理指標出現異常 時，生理參數監護儀1通過無線傳輸GPRS/CDMA網絡制式向社區監護伺服器2及預先設置 的個人移動通訊終端5上發送報警信息以及病人的個人生理監測信息，同時可以向監護對 象進行報警或發送簡單醫囑到生理參數監護終端進行提示，以使病人得到及時救治。
用戶計算機6，從生理參數監護儀1上獲得監護對象4的每個生理參數值，並進行 實時分析和資料庫存檔和全部生理參數的顯示，包括有心電、呼吸、腦電信號的波形顯示；
計算機端軟體對於生理參數的獲取是利用windows作業系統底層的MSComm控制項 (Mi-crosoftCommunicationsControl)採取事件驅動的方式來進行和處理串行通信。當串 口接收緩存區中有字符(即有測量事件發生時)，則MSComm控制項的監控事件將捕獲並處理 這些通訊事件，並根據監護儀規定的協議，從獲得的數據中分離出每個參數對應的數據位， 從而獲得每個參數值，並在計算機中進行實時分析和資料庫存檔，實現就地的顯示和信息 交互。 社區監護伺服器2通過網絡與多個生理參數監護儀1相連接，接收生理參數監護 儀1的報警信息以及監護對象4的個人生理監測信息，從而實現對多個家庭監護對象4的 遠程監護，並做相應的處理；
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社區監護伺服器2的計算機作為伺服器端隨時處於監聽狀態，實時響應用戶發出 的連接請求與讀取請求，與之建立連接並做相應的處理。社區監護伺服器端通過網絡與多 個家庭監護對象4相連接，從而實現多個家庭監護對象4的遠程監護。通過基於監護儀規 定的協議，不停地向生理參數監護儀l(用戶端)發送讀取參數請求，根據每個參數對應的 讀取協議讀取數據。社區監護伺服器2端和用戶計算機6上運行監護軟體，兩者之間可以 通過交互界面進行交流，從而實現交互診斷。這樣就實現了對監護對象4端多參數實時遠 程監護的目的。 所述的生理參數監護儀1採用雙單片機結構。包括有七種生理指標檢測部分和與 七種生理指標檢測部分相連的信息綜合處理部分。 如圖2所示，所述的七種生理指標檢測部分包括有第一單片機8，所採用型號為 MSP430FG439，主要實現各種生理信號的數據採集與分析，生理信號包括體溫、脈搏、呼吸、 血壓、心電、腦電、血氧飽和度七種生理參數。單片機2中嵌入了簡單的生理信號分析算法， 可以計算各種常見的生理監護參數。七種生理指標檢測部分還包括有分別與第一單片機8 相連的體溫監測電路9、心電圖採集電路10、腦電圖採集電路11、呼吸波採集電路12、血壓 氣泵與放氣閥控制電路13、袖帶壓力信號採集電路14、LED控制電路15和血氧飽和度光信 號控制與檢測電路16，所述的第一單片機8與所述的信息綜合處理部分相連，將採集到的 所有生理信號通過SPI接口傳輸到信息綜合處理部分。 如圖3所示，所述的信息綜合處理部分包括有接收第一單片機8所採集的生理信 號的第二單片機17，所採用的型號MSP430F149，主要實現監護數據的存儲、生理參數的顯 示、數據的就地導出以及監護終端與其他智能單元或監護中心的無線數據傳輸。信息綜合 處理部分還包括有分別與第二單片機17相連的監控控制電路18、液晶顯示器19、Flash存 儲單元20、外部時鐘21、用於與個人移動通訊終端5通信的RS-232接口和無線通信模塊 23，所述的無線通信模塊23連接個人移動通訊終端5。第二單片機17通過SPI接口將接收 到的監測信息顯示在液晶顯示器，並可以通過RS232串口將數據傳輸到用戶計算機。同時 還可以通過無線通信模塊將生理信息傳輸到社區醫療伺服器和個人通訊終端。
如圖4所示，所述的液晶顯示器19主要用於顯示監護對象的實時體溫，血氧飽和 度，呼吸頻率，心率，舒張壓，收縮壓，平均血壓及當前時間。所述的液晶顯示器19上還可以 是實時顯示各個監護對象4的姓名、性別、年齡、住址、簡要病歷說明、監護人或家屬聯繫電 話以及當前及歷史監測的各項生理參數。 所述的第二單片機17上還可以設置不同年齡、不同監護對象的各項監護參數的 上、下限閾值。根據監護對象的年齡，當監測參數超越上下閾值的範圍，用戶可以選擇是 否向社區醫療中心發送信息及是否向家屬或監護人預警，同時發送上述參數的具體預警內 容。 如圖5所示是檢測呼吸生理指標的呼吸波採集電路12。呼吸波採集電路12是根 椐人體在呼、吸兩種狀態下，腹腔的阻抗的變化設計的。變化的阻抗信號首先載在振蕩晶片 CD4047產生的60KHz的方波上，然後經高輸入阻抗放大晶片AD623對信號放大，使其轉換成 較大的電信號，再由肖特基二極體RB721組成的檢波電路，將呼吸波信號解調出來。此時的 呼吸波信號比較微弱，信號經由普通運放TL27L2進行放大，併疊加基準電壓1. 25V上，信號 為MSP430單片機可以檢測信號。
如圖6所示是檢測心電生理指標的心電圖採集電路10。心電信號的幅值範圍為 50 ii V 50mV，頻率範圍為0. 05Hz lOOHz。對於微弱的心電信號，必須經由放大電路進行 信號調理，以準確進行AD轉換。心電圖採集電路IO由三級放大電路組成。第一級採用高 輸入阻抗的放大晶片AD8221，將心電信號放大100倍，然後經由普通運算放大器TL27L2構 成的50Hz陷波電路，避免工頻信號的幹擾，同時實現2 3倍的信號放大作用，最後進入後 級放大電路，放大倍數在10 50倍可調，心電信號經由三級放大以後，再疊加1. 25V的電 壓基準，實現心電信號從雙極性到單極性的轉換，可以直接利用生理參數監護儀1中的單 片機MSP430內部自帶的12位模數轉換器進行模數轉換。 如圖7所示是檢測腦電生理指標的腦電圖採集電路11。監測終端的腦電放大電路 主要針對癲癇病人的病情監測而設計的，不同的癲癇病種類發作的腦電信號的幅值和頻率 具有不同的特點，總的來說，癲癇病人的腦電信號範圍為100uV-100mV，頻率範圍為0.5 40Hz。腦電信號調理由三級放大電路組成。第一級採用高輸入阻抗的放大晶片AD8221，將 腦電信號放大100倍，然後進入由TL27L2構成的雙T型50Hz工頻陷波電路，同時實現2倍 的電壓增益，最後進入後級放大電路，放大倍數在10 50倍可調。 如圖8所示是檢測血氧生理指標的血壓氣泵與放氣閥控制電路13。血氧採用手指 探頭檢測，探頭的光電檢測器是一個光電管，能產生正比於透射到它上面的紅光和紅外光 強度的電流，但它不能區分這兩種光。為此，用一個定時電路來控制兩個LED (紅光和紅外 光)的發光次序。光電流信號被轉換成電壓信號，並經放大、濾波、信號基線電平變換和去 直流分量等信號調理過程後，加到一個具有自動增益調整功能的電壓/電流轉換電路，然 後由積分電路對信號電流積分，其輸出經A/D轉換成數位訊號。單片機對數字量進行複雜 的處理，例如數字濾波，計算兩種光電信號的幅度等，並求出Sp02，從脈動信號中還能計算 出脈率。 圖8中，J3接口與血氧檢測傳感器連接。DAC管腳主要經由MSP430FG439晶片內的 數模轉換模塊提供預設的電壓，從而設定兩個LED(紅光和紅外光)的光強。P2.2、P2.3分 別為控制兩個LED(紅光和紅外光)的開關，可以啟動和停止LED。 P6.0、P6. 1、P6. 2、P6. 3、 P6. 4、 P6. 6為MSP430FG439晶片內的集成運算放大器的管腳，用於實現光強度的信號調理 和數據採集。 圖9所示為用於測量血壓的血壓氣泵與放氣閥控制電路13和袖帶壓力信號採集 電路14，採用醫療監護中血壓測量常用的示波法。主要包括加壓電泵、放氣閥、腕帶、壓力 傳感器、壓力信號調理、壓力信號採集與分析。加壓電泵、放氣閥、腕帶、壓力傳感器均通過 橡膠多通管進行連接。單片機通過脈寬調製方式對腕帶進行加壓，使腕帶內壓力達到一定 高壓後，開始通過放氣閥均勻放氣，減少腕帶內壓力，在這個過程中，通過信號調理和數據 採集，完整記錄整個腕帶內壓力的變化曲線，並經由該曲線計算舒張壓、收縮壓和平均壓。 LM324為內含4運算放大器的集成晶片。根據相關的標號識別各個放大器，第一運算放大器 組成恆流源與壓力傳感器提供恆定電流，第三運算放大器組成積分電路，把單片機管腳發 出的方波裝換成鋸齒波，第四運算放大器組成電壓放大器，把傳感器送出的壓力信號放大， 第二運算放大器設置成比較器，由第三運算放大器產生的鋸齒波與第四運算放大器放大的 壓力信號進行比較輸出佔空比不同的矩形波，實質是用鋸齒波對壓力信號進行採樣。單片 機經由輸入捕捉管腳測量輸入脈衝的寬度，即獲取腕帶內壓力值。
權利要求
一種面向社區醫療的可攜式監護系統，其特徵在於，包括有生理參數監護儀(1)，用戶計算機(6)，社區監護伺服器(2)和個人移動通訊終端(5)，其中，生理參數監護儀(1)，設置在家庭監護對象(4)身上用於檢測監護對象(4)的多種生理參數，通過串口將數據傳輸到用戶計算機(6)；當生理指標出現異常時，生理參數監護儀(1)通過無線傳輸GPRS/CDMA網絡制式向社區監護伺服器(2)及預先設置的個人移動通訊終端(5)上發送報警信息以及病人的個人生理監測信息；用戶計算機(6)，從生理參數監護儀(1)上獲得監護對象(4)的每個生理參數值，並進行實時分析和資料庫存檔和全部生理參數的顯示，包括有心電、呼吸、腦電信號的波形顯示；社區監護伺服器(2)通過網絡與多個生理參數監護儀(1)相連接，接收生理參數監護儀(1)的報警信息以及監護對象(4)的個人生理監測信息，從而實現對多個家庭監護對象(4)的遠程監護，並做相應的處理；
2. 根據權利要求1所述的面向社區醫療的可攜式監護系統，其特徵在於，所述的生理 參數監護儀(1)包括有七種生理指標檢測部分和與七種生理指標檢測部分相連的信息綜 合處理部分。
3. 根據權利要求2所述的面向社區醫療的可攜式監護系統，其特徵在於，所述的七 種生理指標檢測部分包括有第一單片機(8)，分別與第一單片機(8)相連的體溫監測電路 (9)、心電圖採集電路(10)、腦電圖採集電路(11)、呼吸波採集電路(12)、血壓氣泵與放氣 閥控制電路(13)、袖帶壓力信號採集電路(14)、LED控制電路(15)和血氧飽和度光信號控 制與檢測電路(16)，所述的第一單片機(8)與所述的信息綜合處理部分相連，將採集到的 所有生理信號通過SPI接口傳輸到信息綜合處理部分。
4. 根據權利要求3所述的面向社區醫療的可攜式監護系統，其特徵在於，所述的信息 綜合處理部分包括有接收第一單片機(8)所採集的生理信號的第二單片機(17)，分別與第 二單片機(17)相連的監控控制電路(18)、液晶顯示器(19)、 Flash存儲單元(20)、外部時 鍾(21)、用於與個人移動通訊終端(5)通信的RS-232接口和無線通信模塊(23)，所述的無 線通信模塊(23)連接個人移動通訊終端(5)。
5. 根據權利要求4所述的面向社區醫療的可攜式監護系統，其特徵在於，所述的液晶 顯示器(19)上顯示的內容包括有監護對象的實時體溫，血氧飽和度，呼吸頻率，心率，舒 張壓，收縮壓，平均血壓及當前時間。
6. 根據權利要求4所述的面向社區醫療的可攜式監護系統，其特徵在於，所述的液晶 顯示器(19)上顯示的內容包括有實時顯示各個監護對象(4)的姓名、性別、年齡、住址、簡 要病歷說明、監護人或家屬聯繫電話以及當前及歷史監測的各項生理參數。
全文摘要
一種面向社區醫療的可攜式監護系統，設置在家庭監護對象身上的生理參數監護儀，通過串口將數據傳輸到用戶計算機；生理參數監護儀通過無線傳輸GPRS/CDMA網絡制式向社區監護伺服器及預先設置的個人移動通訊終端上發送報警信息以及病人的個人生理監測信息；用戶計算機對獲得的監護對象的每個生理參數值進行實時分析和資料庫存檔和全部生理參數的顯示；社區監護伺服器通過網絡與多個生理參數監護儀相連接，實現對多個家庭監護對象的遠程監護，並做相應的處理；本發明可以同時對病人實現上述7個參數的實時監測，讓病人像戴手錶那樣隨身佩戴，24小時內，不間斷測量各個參數的變化，並通過無線網絡與社區伺服器通訊，全面反應病人的情況，而且輕便舒適。
文檔編號G06F19/00GK101791214SQ201010031378
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月19日 優先權日2010年1月19日
發明者崔世鋼, 楊耿煌, 趙麗, 邊琰 申請人:天津工程師範學院