家庭生理监护仪（共6篇）
家庭生理监护仪 篇1
引言
生理监护仪与居住环境检测仪能为医学临床诊断提供重要的病人信息, 可实时检测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温等重要参数, 而且可以采集室内的温度、湿度等参数, 并通过蓝牙技术将数据送给DSP处理器, 对数据进行进一步的分析处理, 实现对各参数的监督报警、信息存储和传输, 是一种监护病人及家居环境的重要设备, 但目前国内监护仪由于数字信号处理系统受到计算速度和存储空间及信号传递方式的限制, 从而制约了某些研究领域的发展。相比较而言, 本设计以DSP芯片TMS320C31为核心处理器, 并采用蓝牙技术进行信号的无线传输和联机方式进行信息处理, 解决了信息处理速度和信号传输不便的一系列问题, 且能同时通过多路生理电信号的采集, 来实时监测人体心电信号、脉搏、血氧饱和度和体温等生理参数和家居环境中温湿度、CO和甲烷、甲醛浓度, 并实时显示和存储各项信息以及监督报警。本设计检测参数多, 设计紧凑, 体积小巧, 携带方便, 既可用于病房, 也可用于室外, 可以定时、连续、长时间地检测病人的重要生命特征参数, 它在保障病人的生命安全方面具有重要的使用价值。并且能实时的采集室内环境信息, 以供改善病人室内条件提供依据。
1 系统总体设计
系统原理框图如图1所示, 它的工作原理是:由ECG导联电极来检测反映心脏电生理活动的心电信号, 由体温传感器检测体温信号, 由红外光谱血氧传感器检测血氧饱和度信号, 由压力传感器检测血压信号;这些信号分别送到各自的生理信号模拟调理模块, 针对各种信号的特点和要求进行放大, 滤波等处理, 并将信号放大调整到一定的幅度 (此处为0-2.5V以内) , 再经A/D转换器把模拟信号转换成数字信号, 最后通过蓝牙模块发送到DSP处理器。其他环境参数如温湿度, CO和甲烷等, 直接传给DSP芯片。主控制处理器模块和片上生理信号分析应用软件对数据进行分析处理和阈值比较及报警, 同时由LCD显示模块以图形方式实时显示ECG图形和各参数测量分析结果, 由FLASH ROM模块完成对数据的压缩存储, 通过蓝牙无线模块, 将结果通过USB接口传入微机以对各参数值进行实时显示, 得出更为详细的检测报告, 作为疾病诊断评价时的参考。
2 硬件电路
2.1 生理信号采集及蓝牙模块
蓝牙模块选用CSR公司的BLUECORE2-EXTERNAL蓝牙模块, 包括BlueCore2-Externa蓝牙芯片、FB2520带通滤波器和平衡不平衡变换器、LTCC陶瓷天线等。此模块集成有射频收发, 基带控制和管理以及蓝牙主控制器接口协议HCI, 其核心工作电压为1.8 V, 输入输出端口的工作电压3.3 V。芯片内的硬件和固件均符合蓝牙规范V1.1和V1.2。射频发射可以支持CLASS2 (2.5 mW) 和CLASS3 (1mW) 两种功率模式, 并具有SPI串行外设接口, 同时, 该芯片还具有12个可编程数字I/O口和3个可编程模拟I/O口。图2为生理信号采集模块和蓝牙模块。该部分首先通过信号检测和预处理将生理信号转换成电信号, 并进行干扰抑制、信号滤波和放大等处理;之后通过A/D转换对数据进行采样量化, 最终通过蓝牙进行数据发送。
2.2 温湿度传感器模块温湿度传感器采用LTM-8901。
LTM-8901内置滤波、保护电路、极低的功耗, 温度补偿已在生产检验时校准完成。数字传感器LTM8901通过光耦器件4N35和驱动电路接控制器的并行I/O端, 实现输入输出隔离, 以提高系统的抗干扰能力。系统通过集成数字式温湿度传感器检测环境的温度值和湿度值, 将环境的温度和湿度转换成数字量, 结果传送给DSP芯片, 通过LCD显示, 控制器并将检测的当前值和预设的最大值和最小值作比较, 若出现异常情况立即报警[1]。
2.3 CO和甲烷测量模块
采用气体传感器SB-500测量CO和甲烷, 高温时感应甲烷气体, 低温时感应CO气体, 高温0.9V*5秒, 低温0.2V*15秒, 通过该方波来设置DSP控制器内部定时器T0的参数。气体传感器SB-500的输出接控制器的外部中断, 当CO浓度超标时, 被高、低电平加热的SB-500的电阻会降低, 经过分压和调整分压电阻达到外中断请求电平向DSP请求中断, 通过中断处理程序实现超标报警。由于高、低电平加热SB-500时呈现的电阻不同, 采用不同的分压电阻分压以实现中断请求电平, 因此需通过DSP控制电子开关自动切换CO和甲烷的测试和报警[1]。
2.4 甲醛测量模块设计本设计采用了基于电化学原理的甲醛传感器, 其原理是空气中的甲醛在电极下发生氧化反应, 产生的扩散电极电流与空气中的甲醛浓度成正比。
通过检测放大电路和放大倍数的调整, 经A/D转换后送DSP控制器。由DSP控制器现场自动控制检测并显示甲醛浓度[1]。
2.5 脉搏、血氧饱和度模块
脉搏、血氧饱和度的监测采用光电技术, 可通过检测红和红外两种不同的波长光信号的脉动及直流成分来进行分析;脉搏信号的频率成分主要分部在0~20hz之间, 属微弱次声信号。建立如下图的脉搏信号脉搏、血氧饱和度监测电路。
2.6 心电检测模块
心电检测电路如图4所示, 由ECG导联电极来检测反映心脏电生理活动的心电信号, 处理电路共分三级放大, 其中第一级为差分放大, 滤波电路由一个2阶低通滤波器组成。采集到的心电信号经放大、滤波处理后, 一路供波形显示, 另一路再经比较器变为数字信号, 以便于心率提取[2]。
2.7 体温检测电路设计体温信号检测是通过采用maxim公司生产的高精度模拟温度传感器MAX6612检测病人体温实现的, 其具体电路图如图5所示。
其中MAX6612输出幅值与所测温度的关系满足表达式:T (℃) = (Vout-0.40V) /0.01953V (℃)
其中, Vout表示MAX6612输出幅值, T表示所测温度[2]。
2.8 电源模块
由于蓝牙传输模块需要的电压为3.3 V, 可用三端稳压芯片L M 1 1 1 7_3.3 V从+5 V的电源稳压调整得到。另外, 还需1.8V的电压。采用了XC6204B182MR高速L D O转换芯片进行3.3V到1.8V电压转换, 该芯片最大输出电流为150mA。
2.9 GSM模块
GSM模块采用西门子MC39I高度集成的GSM/GPRS模块, ZIF (Zero insertion Force, 零阻抗插座) 的40个引脚可以划分为5类, 即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。它易于集成, 可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。如果需要进行远距离通知可以通过此模块接入GSM网络, 把重要信息发送到手机终端。
3 软件部分
3.1 软件设计
该设计有两处用到蓝牙发送接收设备, 设备主要实现两个功能:数据采集和蓝牙通信。第一处通过蓝牙发送模块将相应传感器采集到的心电、脉搏、体温、血氧饱和度数据发送到与DSP处理器连接的蓝牙接收模块, 再通过USB接口传给DSP处理器。第二处蓝牙发送模块将经DSP芯片处理的数据, 传给与PC机连接的蓝牙接收模块, 再通过USB接口传给PC机。
蓝牙发送接收模块主要特点:以实时数据为核心, 以功能独立化, 结构模块化为软件设计模式。在设计中, 为了保证数据采集的实时性, 采集部分采用汇编语言编程, 控制器采用定时采样。
图6 (a) 所示是蓝牙发送设备程序流程图。蓝牙发送设备主要实现对采集的数据信息进行打包处理转换为蓝牙模块可接受的Hcl-USB信息格式, 与蓝牙接收设备实现信息交换, 完成蓝牙模块初始化包括存储器, 串口中断, 置波特率等。
图6 (b) 所示是蓝牙接收设备程序流程。蓝牙接收设备主要实现与蓝牙发送设备通信, 对信息进行识别, 对自身参数和设备参数进行修改, 完成自身蓝牙模块初始化和设置工作[5]。
图6 (c) 所示是GSM发送设备程序流程, 当要用到远程通知时可用到此模块。完成与手机终端的链接, 进行实时通信。
3.2 蓝牙主控制器接口协议HCI驱动的实现
由于本监护仪的蓝牙无线模块采用HCI协议提供的标准USB接口来完成主机与蓝牙模块的控制和通讯。需要实现USB接口驱动, 蓝牙协议采用的是已有的USBV1.1规范协议, 限于篇幅, USB接口驱动程序不再详述。下面仅就蓝牙HCI协议驱动程序给出蓝牙通信步骤。代码如下:
(1) 初始化蓝牙模块并设置蓝牙参数
void Initset ()
{//将HCI配置指令, 流量控制指令和参数放入BUFFERS中, 打包后发送}
(2) 蓝牙信号连接
void Inquiry () {//将HCI查询指令和参数放入BUFFERS中, 打包后发送}
(3) 建立ACL连接
void Connection () {//将HCI查询指令返回的地址作为参数的ACL连接指令和参数放入BUFFERS中, 打包后发送}
(4) ACL数据发送和接受
Void SendACLData () {//将ACL数据分组放入BUFFERS中, 打包后发送}
Void GetACLData () {//将BUFFERS中ACL数据分组, 拆包后送给上层软件}
(5) 断开连接并结束
Void Disconnerction () {//将HCI断开链路指令放入BUFFERS中, 打包后发送}[6]
4 结束语
以DSP芯片为核心处理器, 可使许多实时数字信号处理系统得以实现。而用蓝牙技术替代固定电子设备之间的电缆连接, 则可使得生理信息与环境信息的测量更为方便。该设计能实时进行人体多项生理参数的检测和监护以及环境参数的监测, 而且体积小, 功耗低, 并可与计算机进行高速有效的数据通信。也可以通过GSM网络及时把信息发送到手机等接收终端, 如果与上位机连接或现场总线连接, 很容易融入以太网, 这样家庭成员工作时只需联网就能实时了解家人的病情和室内环境情况, 由此可见, 此设计可以方便可靠的用于家庭中。
摘要：采用TMS320C31为中央处理器和蓝牙技术完成了家庭生理监护与居住环境检测仪的设计。该监护仪能为医学临床提供重要的病人信息, 可实时监测人体心电信号 (ECG) 、心率、血氧饱和度 (SpO2) 、血压、脉搏和体温等多生理参数, 同时具有实时检测温湿度、CO和甲烷、甲醛浓度以及报警功能, 是一种适用于医院社区及家庭医疗的生理监护仪。
关键词：蓝牙技术,家庭生理监护仪,居住环境检测仪,多参数
家庭生理监护仪 篇2
随着计算机和无线通信网络的发展,无线网络的覆盖率正在逐年提高。我国优质医疗资源相对集中,为能使更多人享受到优质、低价的医疗服务,笔者对低价实用的远程医疗系统进行了初步研究。目前的多生理参数远程监护仪多是基于PC和有线网络的,价格昂贵,体积庞大,使用不便[1]。随着社区医疗、家庭医疗的兴起,病源更加分散。为能更快、更准确地了解患者的各种生理变化,对多生理参数远程监护仪的需求日益增长,要求也越来越高。移动通信技术、嵌入式系统的发展,为多生理参数监护系统提供了新的方法[2]。新一代的移动通信网络GPRS(General Packet Radio Service)与IP网络无缝联结,按流量收费,覆盖范围广,接入速度快,传输速度高;它提供的数据传输业务适合突发事件的传输,如生理参数监护、环境监测;而且无线传输方式使患者不受活动状态、地点限制,更易接受,是很有潜力的一种无线远程传输方式。嵌入式系统领域日新月异,以ARM为代表的32位高端单片机的出现,使嵌入式系统的应用出现了一个飞跃,使网络无处不在,而且性价比越来越高,为我们进行多参数生命监护仪的研究工作奠定了物质基础。
2 GPRS数据业务原理
GPRS是基于GSM(Global System for Mobile Commun cation),引入分组数据单元,添加分组控制单元(Packet Contro Unit,PCU)、服务支持节点(Service GPRS Supporting Node,SGSN)和网关支持节点(Gateway GPRS Supporting Node,GGSN)新组件来提供无线数据业务[3]。采用GPRS方式接入Internet,在链路层采用的是PPP(Point to Point Protocol)协议[4,5],PPP协议不需要差错控制、排序和流量控制,易于实现,而且支持对多种高层协议(如IP、TCP、UDP)的复用,是目前应用最广泛的广域网协议之一。PPP协议由两部分组成:帧结构和LCP、PAP、IPCP协议[6],其中帧结构就是PPP报文的结构组成。LCP(Link Control Protocol)链路层控制协议用于建立、构造、测试链路连接;PAP(Password Authentication Protocol)认证协议用于处理密码验证部分;IPCP(Internet Protocol Control Protocol)Internet控制协议用于设置网络协议环境,并分配IP地址。一旦协商完成,链路已经创建,IP地址已经分配,就可以按照协商的标准进行IP报文的传输了。一个PPP会话分4步:建立连接、连接质量控制、网络层协议配置、连接终止。
本设计中,利用GPRS模块接入的过程如图1所示,首先是MCU向SIM300发出AT命令以发起连接,然后GGSN回应连接,和MCU之间进行PPP协商,经过LCP、PAP、IPCP协议的执行,建立起Internet连接。
当无线终端获得IP地址后,就成为一个独立的Internet主机,可以浏览资源或远程传输数据,因此,采用GPRS方式的关键是建立连接获得IP地址,即拨号上网。
3 整体设计
该监护系统分为3部分:监护仪、无线远程传输网络和医院或社区的监护中心。监护仪采用嵌入式系统来实现,选用基于ARM9内核的S3C2410作主处理器,它功耗低,性能高,尺寸小,外围接口丰富,内含MMU(Memory Manage Unit),可以直接运行ARM-Linux嵌入式操作系统,适用于高端的嵌入式系统。GPRS通信模块选择SIM300,是目前性价比较高的GPRS模块,SIM300模块与S3C2410通过串口相连。S3C2410上运行ARM-Linux嵌入式操作系统,ARM-Linux是移植在ARM平台上的Linux操作系统。Linux内核的源代码中已经有针对各种不同处理器的硬件适配层,在“arch/”目录下面,其中就包括ARM,但是在实际的系统中,还应该根据系统板的硬件配置进行移植。选择Linux操作系统,在于它独特的优点:开放的源代码,丰富的软件资源;模块化的结构,易于裁减和移植;内核功能强大,性能高效稳定,完善的网络通信、图形、文件管理机制。监护仪完成心电、心音、血压、体温、呼吸等多生理参数数据的采集、分析、显示,有异常时报警并向监控中心发送数据。无线远程传输网络采用已存在的GPRS和Internet网络。医院或社区监护中心采用装有监护软件的PC通过Internet接收数据,分析显示,给出诊断意见、治疗方案或者采取救助措施。系统整体框图如图2。
4 ARM-Linux和GPRS下的远程数据传输
4.1 ARM-Linux和GPRS下Internet的接入
4.1.1 ARM-Linux和GPRS下接入Internet的条件分析
由于在嵌入式操作系统下,没有像PC操作系统封装好的工具,所以许多功能的实现要自己动手从底层做起。PPP协议的两个组成部分(帧结构和LCP、PAP、IPCP协议)在Linux下的实现分别对应着内核部分和用户级部分。Linux内核2.4版本已提供了对PPP的支持,用户级部分包括pppd(PPP daemon)进程和应用程序[7]。pppd是一个后台进程,其本身并不处理IP数据包,其所完成的功能主要有两项:一是运行初期建立通信链路;二是建立Socket接口并且处理LCP、IPCP等数据包。而在内核部分由PPP driver完成对IP数据包进行PPP协议报头的封装,其他应用程序直接调用Socket接口发送IP数据包。在Redcat 9下可以利用KPPP这个GUI下封装好的工具,diald工具或者直接采用ppp-on、ppp-off和ppp-dialer-on脚本文件实现拨号上网。但不管怎样,其实质都是运行起pppd进程拨号接入Internet。
根据项目的实际特点,考虑到降低功耗和成本,希望有数据传输时自动拨号,没有数据传输时断开连接,这要求对拨号进程pppd的启动方式进行控制,而使用KPPP或者拨号脚本ppp-on、ppp-off和ppp-dialer-on在拨号时机的控制管理上较弱,同时在嵌入式环境中也不适合用KPPP。我们采用diald(dial-on-demand)工具启动pppd进程。diald工具是不用KPPP或者拨号脚本ppp-on、ppp-off和ppp-dialer-on就能启动pppd进行拨号的管理拨号程序[8]。还有一点要注意的是,以上所说的进程的配置原本是用于普通的调制解调器的,使用GPRS无线调制解调器接入移动梦网要修改相应的配置文件。所以本项目ARM-Linux下拨号上网需要满足如下4个条件:内核支持PPP协议;进行拨号的进程pppd;启动pppd的拨号进程;正确的配置文件。
4.1.2 ARM-Linux和GPRS下接入Internet的具体实现
在Kernel内核目录下,执行make menuconfig进行配置,选中PPP上网方式,然后交叉编译,重新下载烧写内核就实现了内核支持PPP协议。对于拨号的进程,下载PPP和Diald软件包,修改编译器,生成可执行文件pppd、chat和diald,并修改相应的配置文件,把可执行文件和配置文件放入相应的目录。
在ARM-Linux下主要是pppd进程执行PPP协议实现拨号的。拨号的实现框图如图3所示。diald进程用来启动pppd进程,设定为开机运行,它的配置文件diald.conf指明启动PPP的方式。diald进程启动pppd进程,同时通过diald.tty S1传递参数配置pppd。pppd进程调用chat脚本进行初始化Modem并拨号连接GPRS网络。当连接建立后,pppd进程执行LCP、PAP、IPCP协议,获得动态IP,建立接入Internet的链路。
ARM-Linux下PPP软件拨号要使用的配置文件主要有:diald.conf、diald.tty S1和chat.tty S1。diald.conf配置文件指明启动pppd的方式。该文件其实是一个规则表,规则主要有两个:ignore和accept。ignore表示此种协议的数据包不会引发拨号连接,而accept则反之,表示将引发拨号连接。在后面的Socket要用流式套接字,所以从diald网站上下载有关TCP协议的设置规则配置文件,使检测到流量拨号,无流量时断开。diald.tty S1脚本包含了diald进程传递给pppd进程用来配置pppd的参数,相当于Linux下的ppp-on脚本,主要指明所使用的串口设备、通信速率、具体拨号脚本的路径和本地IP获得方式等,根据diald网站的资料编写,注意拨号脚本路径的设置和要动态方式获得本地IP方式。chat.tty S1脚本用于初始化modem并拨号连接GPRS网络,这个脚本文件的修改要注意,因为从网上找到的大部分是对于有线方式的modem,而且不同的GPRS模块AT指令不是完全一样,在修改时要注意查看相关的数据手册,不过在刚开始调试时越简单越好。脚本实现的关键语句如下,对区别于有线普通modem的地方进行了注释:
4.2 远程通信的实现
当建立了Internet连接,无线终端就成为一个独立的Internet主机,可以浏览资源或远程传输数据,在ARM-Linux系统下可以直接使用Socket套接字编程实现数据远程传输。套接字的基本模式是C/S(客户/服务器)。无线终端工作在客户模式,而远程Internet网上的监控中心PC工作在服务器模式。使用Socket的数据流进行通信,首先在服务器端使用socket()建立一个通信端点,用bind()命令把自身的IP和端口绑定到这个端点上,然后调用listen()侦听连接请求。当远程的客户机使用connect()连接服务器正在监听端口时,连接将会在队列中等待,直到服务器accept()处理它。在服务器accept()处理了连接请求后,将会生成一个描述这个端口的套接字,利用这个套接字就可以进行数据通信。在客户端通信程序执行前,服务器端的程序必须完成端口的绑定并开始侦听。客户端程序基本流程是:请求连接,得到服务器端允许后,调用数据收发函数进行数据的传输。
5 结论
本研究基于新一代的移动通信网络GPRS,以Linux为操作系统,在ARM嵌入式平台上设计开发出了多生理参数远程监护仪,较好地解决了目前多参数监护仪体积庞大、价格昂贵、远程传输不便的问题。为老龄人群、亚健康人群以及其他须及时获得生理数据的人群的预防保健和日常监护提供了新的手段,促进了以家庭、社区为模式的健康监护的发展。
摘要：目的:研制具有无线远程传输能力、功耗低、体积小、价格低的多生理参数监护仪。方法:把嵌入式和移动通信技术相结合,采用基于ARM9核的S3C2410为主芯片,ARM-Linux为嵌入式操作系统,SIM300为GPRS通信模块接入Internet,来实现多生理参数无线远程传输。结果:实现了基于GPRS的嵌入式多生理参数远程监护系统。结论:该仪器体积小巧,易扩展,且数据传输稳定、可靠,便于远程监护和数据共享。
关键词：GPRS,ARM-Linux,PPP,多生理参数,远程监护仪
参考文献
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面向远程医疗的生理监护系统 篇3
本研究团队多年来一直致力于面向远程医疗的生理监护系统的研究,经过多年努力目前该系统已经达到实用水平,并且已经完成了小范围的社区试点工作。跟传统的生理参数诊断、监护设备主要应用于医院不同,远程生理诊断仪主要应用于家庭和个人,主要由非专业人士操作,所以其必须具备以下特点:良好的自适应性,生理参数测量的准确性和稳定性,操作的简易性,良好的安全性和无损测量,低成本设计等[1]。该系统是严格根据以上要求来研制。
1 系统结构
面向远程医疗的生理监护系统主要包含内容:生理参数监护终端、通讯网络和数据服务网站,其原理框如图1。
1.1 生理参数监护终端
目前临床上能够无创监护的生理参数主要有心电、心率、血压、体温、血氧饱和度和呼吸,血糖的无创检测技术还不成熟一般还是采用有创测量。我们研制的监护终端暂时只包括心电、心率、血压、体温、血氧饱和度和呼吸六个生理模块,可实现以上参数的单次(其中心电和呼吸为一段时间)测量或连续监护。所有生理参数测量模块都具有自主的知识产权,并且通过优化设计把这些模块集成于一片单片机,大大降低了成本。
远程生理监护终端主要应用于家庭和个人,主要由非专业人士操作,因此该类仪器必须具有高度智能化的功能和简单化的操作设计,我们设计的监护终端在对患者开展重要生理信息的常规诊断和监护的同时,对危重生命信号能自动实时识别(包括心电S-T段检测、心率变异性分析、24小时血压趋势图分析)和报警。监护终端的操作非常简单,通过两个按键就可以完成所有操作并且全程语音提示。根据不同家庭和个人的条件我们设计了多种工作模式的监护终端:基于USB的模式,该模式适合于有PC的家庭,监护终端通过PC的USB口取电和通讯;基于射频(RF)通讯的模式,该模式通过RF无线接受命令和传输数据,测量地点的灵活性较大,但需外加电源;基于机顶盒的模式,该模式通过机顶盒把测量数据传输到电视画面上并且通过机顶盒远程传输数据,但是目前国内机顶盒标准还没统一,该模式的监护终端还处于研制阶段。基于ARM9(处理器芯核)的独立运行模式,该模式采用ARM9作为中心控制模块,能独立完成测量、显示、数据分析及报警和CMDA/GPRS远程数据传输等功能,该模式应用灵活,携带方便,居家旅行皆适宜,但由于增加了ARM9模块、彩色液晶屏、CDMA/GPRS模块及其通讯费用,所以成本比较高。图2为基于USB模式的生理监护终端实物图,图3为基于ARM9的独立运行模式的生理监护终端实物图。
为了减少长时间监护对患者生活的影响,我们还研制了可穿戴式传感背心,通过该背心可实现移动条件下对心电、心率的无创检测,同时,可穿戴背心的电极又可作为阻抗法检测呼吸信号的传感电极,实现睡眠状态下的呼吸波检测,测量到的数据通过RF无线传输到监护终端。图4为所研制的可穿戴背心的结构框图。
1.2 通讯网络
生理参数监护终端的通讯网络包括本地通讯和远程通讯。本地通讯主要是监护终端与PC[6]、机顶盒或基于ARM9的中心控制模块的通讯,包括控制命令和生理信号数据的传输,自编通讯协议。通讯方式有RF无线通讯、USB通讯和RS232串口通讯。以监护终端与PC通讯为例来解释本地通讯网络的工作原理:首先是PC上运行的采集软件给监护终端发出测量命令,监护终端接受到命令后开始采集生理信号并同时把采集到的数据以数据包的形式传输给PC,PC接收受到数据包后在特定窗口显示生理信号波形并同时把数据保存在本地磁盘,以供下次调用或远程传输,单次测量完毕后监护终端发送生理参数值,采集软件把其保存并显示在特定位置。心电、血氧饱和度和呼吸测量时该界面大同小异。
远程通讯主要是用户端传输数据,通讯方式包括基于互联网或数字电视网的有线方式和基于CDMA/GPRS通讯模块的无线方式,可以实现生理参数测量值和生理信号波形的远程传输。对于有线通讯方式的用户可以实现24小时生理信息的实时传输。
1.3 数据服务网站
医生或患者都可以凭给定的用户名和密码登陆数据服务网站,但不同的用户给予的权限不同。医生用户登陆后可以看到他所管理的所有病人的信息,患者用户则只能看到他当天或历史记录的信息和医生的建议。医生不仅能从网站上得到病人的一些生理参数测量值,如血压、血氧饱和度、心率和体温等,并且可以做出一段时间的趋势图,图5为某病人24小时血压趋势图;还能浏览病人的生理信号波形图,如心电图、呼吸波、光电容积脉搏波和压力脉搏波。由于监护终端的使用者大多数为非专业个人,操作的不规范常有发生,通过生理信号波形,医生不仅能得到病人的一些生理信息还能判断出生理参数测量值的可靠性,这就大大弥补了由于病人的不规范操作所带来的影响。对于心电,这个研究比较多,这里不做详叙;对于光电容积脉搏波,可以看出其幅度是否调节合理、有无运动干扰,病人是否有比较严重的心率不齐等影响因素,从而判断血氧饱和度测量值的可靠性,同时医生还可以利用波形自己估算出病人的血氧饱和度值;对于压力脉搏波,可以从波形的包络线和压力脉搏波之间的间距来看出袖带的松紧程度是否合适、有无运动干扰、有无严重的心率不齐等影响血压值识别的主要因素,并且医生还可以从根据压力脉搏波来估计出血压值。
2 系统测试结果
该系统的测试分为两部分:产品演示,远程通讯测试。
2.1 产品演示
该系统先后在广东省数字家庭公共服务技术支持中心和2007年广东省产学研科技创新成果展览厅展示。展示的仪器为基于RF无线模式的监护终端,生理数据的传输方式为基于互联网的有线方式。到目前为止,该系统在广东省数字家庭公共服务技术支持中心展示时间已经有半年,平均每天大约接受10人次的测试,该系统一直运行良好;在2007年广东省产学研科技创新成果展览厅的展示中更是经受了每天接受上百人次测试的考验。
2.2 远程通讯测试
远程通讯测试的目的是为了对比三种通讯方式的数据传输速度和数据传输的可靠性。该系统先后进行了“杭州——广州(CDMA无线通讯)”、“桂林——广州(GPRS无线通讯)”、“香港——广州(互联网有线通讯)”和“广州——广州(三种通讯方式都采用)”的远程通讯测试。利用生理监护终端采集了受测试者45秒心电(标Ⅰ、标Ⅱ、标Ⅲ导联各为15秒)、心率、血压、血氧饱和度和体温数据约40K字节,远程通讯结果如表1。
3 总结与展望
国外在远程医疗这一领域起步较早,特别是在欧美国家远程医疗已经发展相对成熟。近年来,远程医疗在国内已经成为一个研究热点,并且取得长足的进展,但迄今为止还没有出现相对完善的远程医疗平台[5]。本系统实现了多种模式、人性化和低成本化设计,并且在多种途径的测试中都运行良好。本系统的研制成功将能有效的起到沟通家庭与医院、沟通病人与医生的作用,将会进一步促进远程医疗模式从理论走向实践并且逐渐被推广开来。该系统作为沟通家庭与医院、沟通病人与医生桥梁已经初具雏形,但是支撑桥梁的各个桥墩却还存在着许多急需解决的问题[5],远程医疗模式能真正实现全民受惠还是一项非常艰巨的任务。
参考文献
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家庭生理监护仪 篇4
生理参数监测在远程监护系统中作为远程医疗的重要组成部分,用于实现患者生理数据的采集和实时传输。近年来,生物医学传感器和监护终端趋向小型化和便携化,与无线远程传输网络结合起来,使患者可以在一定范围内自由移动,而不必受监护装置的限制。国内外关于远程监护的研究主要集中在几个方面,围绕传感器设计和远程通信等技术问题,围绕特定疾病的远程医疗方案及其临床评价;包括便携式、低功耗的传感器节点设计,传感器节点的软硬件平台体系结构研究和基于网络的远程通信方法等问题。可以通过对特定慢性病实施常规远程监护有效降低患者的再入院率。利用网络和传感器技术实现医学信息的测量和远程传输,供医院的专家进行远程诊断,也可以用于动态跟踪病态发展。远程监护的无线传感器节点主要用于采集人体生理指标,并通过一定方式将数据传输到监护平台。本地终端程序完成对数据的采集并无线传送,主控监护平台接收数据并实时显示。应用程序通过发送AT指令使数据发往远程终端。
本文的特点是应用无线网络,基于Zig Bee传送血压和血氧参数,并基于Wi Fi传送心电信号,在嵌入式系统平台上可以显示出各个参数和相应曲线。采集的血压模块,心电模块,血氧饱和度等参数通过串口与ARM处理器连接。再通过GPRS模块发送到手机上。可对远端患者的主要生理参数,如心电、血压、血氧饱和度等进行监测。适合自理能力较差的老年人,可以脱离监护人员的视线自由活动。
1 远程监护系统总体方案设计
远程监护系统主要由Zig Bee网络、主控监护平台和远程通信三部分组成。Zig Bee网络的功能是完成各个生理数据的采集,将数据发送到主控监护平台,在主控监护平台的界面中显示出来,并存储到数据库中,主控监护平台通过对GPRS模块进行AT指令控制,将测量的生理数据传送到远程终端。系统框图如图1 所示。
系统选用Zig Bee技术作为主要的短距离数据传输技术,Zig Bee传输数据可靠性高、容易实现、功耗低、成本低,对于实时传输大量数据,则可能会出现传输速率低,存在迟滞延时的问题。系统设计中的心电数据以实时数据包形式发送,要求显示实时数据曲线,因此加入Wi Fi技术,Wi Fi传输数据速度快,可靠性高,灵活性以及无线覆盖范围广,但功耗较大使用成本较高。为节约成本,只使用Wi Fi技术传输心电数据。因此本设计采用两种短距离无线传输技术,根据采集到的不同信号特点选择传输方式,能够使传输数据更加安全、可靠,也能够降低成本。系统的主控监护平台以S5PV210为核心,采用Linux操作系统。与PC机比较,嵌入式系统的优点可以概括为体积小、成本低、可靠性高、稳定性好及功耗低等,嵌入式Linux源代码开放、系统内核可裁剪、内核网络结构完整,所以选择它作为操作系统。监护平台的界面程序是基于Qt/Embedded设计开发的,Qt/Embedded开源免费,采用Qt/Embedded开发工具,能够使在PC机上开发的应用程序在稍加修改的情况下就能够运行在基于Qt/Embedded的嵌入式平台上,应用程序具有高度的可移植性。系统的远程通信部分采用GPRS远程传输技术,GPRS技术具有传输速率高、覆盖范围广、操作简单等特点,在远程数据传输中具有独特的优势,只需要对GPRS模块进行相应的指令控制就能够实现远程通信。
2 血压测量站点设计
2.1 血压测量模块常用指令
血压测量站点由血压测量板和血压传感器两部分组成,血压测量模块为SUPER NIBP 200A,支持成人、小儿、新生儿三种病人模式,测量范围宽。 SUPER NIBP 200A通过串口与微处理器通信,接收外部命令,完成相应操作,返回系统状态和相应数据。数据格式为起始位+8 位数据位+1 位停止位,波特率设为4 800 b/s。
SUPER NIBP 200A的当前状态可由微处理器通过相应的指令进行控制。
微处理器向传感器发送的命令格式为:
<STX>ab;;cd<ETX>
其中:<STX>为ASCII码的正文起始标志,其值为02;ab为命令代码对应的ASCII码值;符号;为“;”对应的ASCII码值;cd为2 位十六进制校验和对应的ASCII码值,校验和是此前各位数值之和的低8 位,不包括<STX>;<ETX> 为ASCII码的正文结束标志,其值为03。在程序中定义一个结构体,用于存放微处理器发送的指令格式。
SUPER NIBP 200A模块测量方式有自动测量、手动测量和连续测量等,自动测量方式又可以按照周期不同进行细致划分,可设置47 条指令用于控制SUPER NIBP 200A的模块功能。部分指令如表1 所示。
2.2 血压测量流程图
血压测量站点的应用层主要完成血压数据的采集,通过对血压测量模块通信协议和指令的分析,实现血压数据的采集。血压测量流程图如图2 所示。
血压测量站点实物图如图3 所示。
2.3 血氧测量站点设计
血氧测量站点由血氧测量板和血氧传感器两部分组成,实物图如图4 所示。
血氧饱和度SPO2,即血液中血氧的浓度,是血液中被氧结合的氧合血红蛋白的容量占全部可结合的血红蛋白容量的百分比,是反映血液循环系统和呼吸循环的重要参数之一。SPO2 监测是一种无创性技术通过测量所选光波波长的吸收来测定氧合血红蛋白及脉率。测量的具体方法是将指尖部位插入在指套式传感器,使其位于两个发光管和一个光探测器之间,测量时两个发光管交替发光,光探测器接收透射光信号,获取脉搏波然后通过数字处理,根据血氧饱和度的测量模型计算血氧饱和度。
血氧板能够提供快速准确的血氧饱和度和脉率的测量。血氧板通过串口与微处理器通信,数据格式为起始位+8 位数据位+1 位停止位,波特率设为4 800 b/s。血氧板将测量的数据以数据包的形式发送给微处理器,数据包为5 B格式,每秒钟发送60 个包。程序设计中定义一个结构体,用来存放血氧板发送的数据包,血氧板可以测量的生理数据有脉率和动脉血氧饱和度等。
2.4 心电测量站点设计
心电测量板集成了Zig Bee模块CC2530、Wi Fi模块和心电测量模块Mini8001 等,Zig Bee模块实现加入Zig⁃Bee协调器创建的网络。由于心电测量的数据要求实时显示,数据包大,Zig Bee已经满足不了需求,采用Wi Fi模块进行心电数据的传输。心电测量模块主要是用来测量心电数据。模拟心电信号发生器产生模拟人体心电动态信号,顺序产生P波、RS波、T波等正常人的连续心电信号。
2.4.1 心电测量原理
心电监护是检测和预防心律失常的重要手段。心律失常是一种极其常见而又非常重要的心电活动异常状态,常见的综合症状有血液循环失常、心动过缓、心动过速等,严重的甚至会猝死。心电图指的是心脏在每个心动周期中,由起搏点、心房、心室相继兴奋,伴随着心电图生物电的变化,通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化图形(ECG),心脏有节奏的收缩和舒张,使心肌产生的电激动沿着特殊的传导系统下传,产生一系列的电生理变化,通过在体表放置两个电极,获取这些电信号,两点电极之间的电位差,形成一条连续的曲线,这条连续的曲线就是ECG。一个完整的ECG波反映了心脏跳动不同阶段的状态,一般有由P波、QRS综合波、T波和U波组成。
2.4.2 心电测量模块
系统采用Mini8001 心电测量模块通过异步串行通信与微处理器进行通信,数据格式为起始位+8 位数据位+1 位停止位,波特率设为57 600 b/s。发送数据包格式如表2 所示。
基本格式说明:
(1)01H是包开始标志,之后的是数据字节,都大于0x80。
(2)高位字节包含了后面字节的最高位bit7,Bit0是ECG的bit7,Bit1 是心率低字节的bit7,Bit2 是心率高字节的bit7,Bit3 是心率STATUS的bit7,Bit4~Bit6 没有使用,Bit7 固定是1。
(3)ECG心率低字节、心率高字节,它们的Bit7 固定为1,数据的bit7 在高位字节中:
心率=心率高字节×256+心率低字节
在程序中定义一个结构体用来存储心电测量模块测量的数据。
心电测量站点程序设计主要是对Zig Bee协议栈的应用层设计,在应用层需要完成心电数据的采集和传输。心电数据是实时显示,采用Wi Fi传输。心电测量模块Mini8001 将模拟心电信号发生器产生的数据发送给Wi Fi模块。心电数据显示流程图如图5 所示。
2.5 远程监护系统界面设计
远程监护系统监护平台界面程序是基于嵌入式Linux操作系统平台,使用Qt Creator软件设计实现显示和存储数据功能。界面设计分为欢迎界面、显示界面、远程通信界面和数据库存储界面。首先进入欢迎界面,延时3 s后进入到显示界面,此时给各个测量站点上电,可以将测量的生理数据显示在界面上。进入远程通信界面,执行相应操作可将生理数据传输到远程终端,进入数据库存储界面可查看测量历史数据。显示界面显示测量的生理数据,并且提供到各个界面的跳转功能。
2.5.1 监护系统界面设计工作流程图
血氧和脉率的数据通过血氧测量站点测得,血压数据通过血压测量站点测得,这两者都是通过协调器串口传送到主控监护平台。测量的心电数据通过Wi Fi直接传送给主控监护平台,并以实时曲线的方式显示。监护系统界面设计工作流程图如图6 所示。
2.5.2 远程通信功能
远程通信界面模拟手机的基本功能,实现了对测量数据的远程发送。设置0~9 十个数字键,按下相应的按钮,就会在对应的文本框中显示相应的数字。利用信号和槽机制,按下按钮激活click()信号,执行相应的槽函数。对GPRS模块进行AT指令的控制。当按下send⁃Msg按钮时,click()信号被触发,则调用相应的槽函数gprs_send_message()。
当测量数据上传到监护平台后,在显示界面的相应位置显示出来,同时将数据存储到数据库中,方便医生和病患日后查看。系统中的数据库是针对某个病人设计的,数据存储量较小。使用数据库软件设计生成数据库文件look_history.db,并将该文件拷贝到应用程序工程中。在界面程序中,需要添加SQLITE数据库驱动,并且将数据库名称设置成需要的数据库文件名。将远程监护系统的程序在虚拟机的Fedroa14 环境下编译,将生成的可执行文件yuancheng和数据库文件look_history.db通过SD卡拷贝到开发板目录/bin,改变这两个文件的可执行权限,编写脚本文件setqt4env,配置Qt4.7 的环境变量。将此应用程序设置成开机自启动,将文件/etc/init.d/rc S中的/bin/qtopia &替换成需要执行的程序。这样,每次开机,程序就会自动执行并进入到远程监护系统的欢迎界面。搭建好远程监护系统,系统上电,各测量站点和协调器上电,等待几秒,待Zig Bee组网成功后,依次按下各测量站点的测量按键进行测量,每个站点测量完成后将数据发送给协调器,如果此时点击“远程通信”按钮,进入远程通信界面如图7 所示。
远程通信界面中短信编辑区可以显示测量数据,在电话号码编辑区输入手机号,点击“send Msg”按钮,将测量信息发送出去,或者点击“call”按钮,建立通话连接。如果点击“历史记录”按钮,进入数据库界面,发现已经将测量的数据存入了数据库中如图8 所示。
3 结语
远程监护系统的设计研究具有十分重要的意义。对患者的生理参数可以进行实时监测,并通过无线网络将数据传送至主控监护平台,主控监护平台对数据进行实时处理和分析。通过主控监护平台的显示屏随时了解健康状况。远程监护借助于ARM处理器、传感技术和现代无线通信技术,是一种体积小、功耗低、实时安全的便携式人体健康参数无线监测系统。对正常人的生理参数进行监护,可以评估个人的健康状况,适时调整生活习惯,从而达到预防疾病的目的。
摘要：文中阐述远程监护系统总体方案,描述远程监护系统节点结构图和节点组网功能。说明血压测量站点设计、血压测量模块命令和血压测量流程图,并进行血氧测量站点和心电测量站点设计。以S5PV210为核心的Tiny210嵌入式平台,采用Linux操作系统,基于Qt Creator软件进行远程监护系统界面设计。将测量的生理数据显示在界面上。ZigBee网络能够接收并传递测量的生理数据,监护平台的图形界面能够正常显示接收的生理数据,实现对心电数据的实时曲线的绘制,并且能够实现数据的存储和远程通信的功能。
关键词：血压测量,心电图,ZigBee网络,远程通信,嵌入式系统
参考文献
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家庭生理监护仪 篇5
步入2013年,穿戴式设备,智能手表市场方兴未艾,各种产品充斥着市场。但是,大多数产品都存在价格昂贵,实用性低的缺点。针对这种现象,我们提出一种基于蓝牙技术的低成本智能手表。
由于社会的发展,生活水平的提高,人们对自身的健康越来越重视,为了迎合消费者的保健意识,提高消费者的健康水平,我们在智能手表上,利用PPG技术,实时监控用户的脉搏。人们可以在手表上实时观看自己的脉搏,当脉搏异常时候,手表会发出报警,提醒用户,对用户的健康提供有力保障。
同时,我们在PC上开发配套软件,用户可以通过手表将脉搏数据传递到PC上,软件通过数据分析,评估用户的健康情况。用户可以通过软件的数据分析,及时调整自己的保健计划。
2系统的主要硬件部分
2.1系统框架(图1)
2.2蓝牙模块
蓝牙模块采用台湾创杰科技(ISSC)的IS1681SM,该模块是蓝牙3.0。在功耗方面,比蓝牙4.0差,但是在稳定性方面,比现在市场上大部分蓝牙4.0要好(蓝牙4.0与手机相连经常会出现断线情况,此外,暂时大部分手机没有蓝牙4.0)。另外,此芯片待机电流可低至2m A,满足便携式产品低功耗的要求。与蓝牙4.0相比,此芯片在价格上有绝对的优势。
2.3 PPG模块
光电容积脉搏波描记法(Photo--Plethysmo Graphy,PPG),是利用光束照射到活体组织表面,光束进入体内后通过反射或者透射的方式返回到光电传感器,通过信号处理得到了人体脉搏参数,具有无创性、便捷性、抗干扰能力强等特点。
传统的光电脉搏波描记方法分为透射式和反射式,测量时都是需要紧贴皮肤表面的,这给使用者带来不便。特别在冬天衣服厚重的情况下,测量者需要除去衣服,露出皮肤,测量脉搏波就显得更加困难
采用改进型PPG技术,利用红外反射光检测方式,通过差分放大器、滤波器、程控放大器后实现PPG信号采集,得到用户的实时脉搏信号。PPG模块流程如图2。
2.4主控MCU
本次系统采用的主控芯片是Silicon公司的Sim3U164芯片,该芯片是32位的Cortex-M3内核。芯片自带时钟管理,最高时钟为80M,满足高速运行;在休眠模式时可以将时钟调整到2.5M,满足便携式产品低功耗的要求。
此外,该芯片自带ADC、PWM、DAC、两路串口、两路SPI、RTC、中断管理、低功耗模式,完全满足蓝牙手表的设计要求。
利用该公司提供的App Builder软件,方便代码生成,提高了开发效率。Appbuilder是专为Openbiz Cubi平台而设计的元数据集成开发环境。具有交互性图形界面。它包含了两个功能强大且简单易用的生成向导以及直观的元数据编辑器。加入ucos II系统,使系统更加完善。
3系统工作流程图
图3为系统工作流程图。
手表只设置了两个按键,通过左键短按、右键短按、左键双击、右键双击、左键长按、右键长按、左右按键同时按下在各个模式间进行切换。正常模式下,OLED显示时间,电池电量,蓝牙是否连接,音乐是否播放还有音量值。在无任何操作(按键操作或者蓝牙返回指令)时间达到15s时,进入休眠模式。休眠模式下,只有串口接收到蓝牙数据和按键才可以唤醒MCU,唤醒后返回正常模式。此外,手表还有关机模式,设置模式,秒表模式,更新模式等。
4系统测试
图4是我们在测试板上测试整体系统架构的照片。
为了便于观察PPG模块工作情况,测试时我们将程控放大器的输出端接入数字示波器辅助观察。对直接紧贴皮肤检测后的滤波结果进行分析。如右图,是测试对象在紧贴皮肤,没有间隔衣服的情况下,测试手腕位置的脉搏波。可以看出脉搏波被清晰的描记出来。
4.1功耗分析
所有穿戴式产品都要面对一个关键问题——功耗,如何降低产品的功耗,是穿戴式产品能否取得成功的关键。
为了节省功耗,做了以下设计:(1)设置了睡眠模式,在睡眠模式下关闭处理串口外的其他外设,将OLED设置为休眠模式;(2)电机震动采用震动2s停止2s的方式间隔震动;(3)在手机没有播放音乐或者不需要语音报号时,关闭喇叭,在播放音乐或者语音报号时,才开启喇叭。
4.2关机模式下断开蓝牙供电
经过一年的努力,我们完成了最终的智能手表成品,手表基于蓝牙3.0与智能手机通信,实现电话接听、拨打、电话本同步、MP3等功能,并实现人体脉搏波信号的可穿戴设备监测,通过改进PPG探头,实现信号非接触检测,提高用户使用舒适度。
5结语
本课题自2014年5月正式开始,我们利用课余空闲时间,在课题计划的指导下,学习新知识,并将知识付诸于实践当中。
在不断的调试过程中,我们遇到许多不同种类的问题,屏幕无法显示,程序没有按照我们的预想进行;硬件知识不足够,无法制作出合适的滤波电路;器件意外烧毁,一次次的失败虽然打击我们,也给了我们战胜它的决心。
在和指导老师的不断沟通中,我们对我们遇到的问题进行了总结,和组员重新思考了整体程序结构,在这个过程中,既锻炼了我们的沟通能力,又让我们的专业技能得到了明显的提升,我们每个人也学会了如何从整体出发设计一个定制的应用系统。
从去年开始课题,除寒假中断了一段时间外,我们一起合作,共同克服困难,不断进步不断飞跃。进行至今,我们已经完成了生理监护蓝牙智能手表的整体设计,论文撰写,实物制作,调试通过。
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家庭生理监护仪 篇6
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取本院2015年5月-2016年4月ICU病房收治的110例患者和同时选取30名ICU护士为此次研究的对象。本次研究对象纳入标准为患者入住ICU病房的时间超过72 h,并且在此治疗期间患者治疗及恢复状况良好,可以转出ICU。本研究不包含中途退出治疗或治疗无效死亡者,术后麻醉未完全清醒者以及合并基础疾病致使意识、运动及语言出现障碍者。根据入院顺序将选取的患者和护士分为观察组和对照组,每组患者各55例,每组护士各15例。观察组患者,男29例,女26例;年龄42~83岁,中位年龄64.5岁;25例为外科大手术,13例为多发伤,7例为感染性休克,6例为消化道大出血,4例为急性中毒。观察组护士,年龄19~26岁,中位年龄22.5岁;中专1例,大专9例,本科5例。对照组患者,男28例,女27例;年龄40~81岁,中位年龄62.5岁;22例为外科大手术,14例为多发伤,8例为感染性休克,6例为消化道大出血,5例为急性中毒。对照组护士,年龄20~27岁,中位年龄23.5岁;中专2例,大专9例,本科4例。两组患者及护理人员一般基线资料比较差异均无统计学意义(P>0.05),具有可比性。
1.2 方法
1.2.1 动态监测急性生理学和慢性健康状况评分系统
对照组患者采用动态监测急性生理学和慢性健康状况评分系统(Acute Physiology and Chronic Health Evaluation,APACHE II)对患者状况进行评估,并根据评估结果对护理人力资源进行配置。相关护理人员对患者进行24 h动态监测,并及时就评分结果调整相应的护理计划。APACHE II评分系统由3部分组成,分别为年龄评分、慢性健康状况评分和急性生理学评分(Acute Physiology Score,APS),应用APACHE II评分软件,71分为最高分,且分值越高病情越严重,其中,急性生理学评分主要包含12项指标(例如:血常规、格拉斯哥昏迷评分、血气分析指标、生命体征以及血液生化指标等);慢性健康评分主要由6大类组成,共有18项,根据患者依赖程度分为7个等级,由完全独立至完全依赖,程度不一;分数由高至低为7~1分,分值越高说明病情越严重,根据总评分的不同护理人力资源配置不同,具体如下:①0~15分患者其护理人员配比不超过1︰1,并由护理人员与患者进行直接交流,同时对患者进行情绪护理,帮助其排解不良情绪,例如焦虑、烦躁与恐惧;②15~25分患者,护理人员与患者比例为1.5︰1,即增加每一位患者的护理力量,同时护理人员应当根据患者实际临床情况,对患者实施全面护理,常规包括病情及临床症状观察、饮食与营养护理和情绪护理等,对于一些难以进行语言沟通的患者,护理人员要加强与患者家属的沟通,以告知患者其自身病情以及恢复过程中可能发生的并发症等相关情况,另外向患者介绍住院治疗期间的注意事项并及时了解患者所需,对其进行正确的心理疏导,给予一定的鼓励安慰,帮助患者树立战胜疾病的自信心,提早做好应对困难的准备,最大程度的提高患者的生存质量。③>25分患者,其护理人力资源与患者比例为2︰1,护理人员应当加大对每个护理环节细节的注意,严密观察患者每一个指标,加强护理力量,保证每项治疗都能全面、到位。
1.2.2 重症监护护理评分系统
观察组患者采用重症监护护理评分系统(Intensive Care Nursing Scoring System,ICNSS)对患者状况进行评估,重症监护护理评分系统对ICU护理工作进行量性评估,应用ICNSS量表对ICU护理工作量进行评估后,参照国外标准并结合我国的实际情况配置护理人员,并制定实施方法,具体内容如下:由1名重症医学专业博士后和2名熟悉护理专业名词的护理研究生分别翻译ICNSS原始量表中的评分项目及评分细则;对比3份翻译稿,形成翻译量表的初稿,请重症护理教授审核校订与回译,对照比较翻译有差别的项目,在进行修改,再请护理专家,审核、校订、回译和最后定稿,形成符合我国国情及ICU患者特点的评分量表。该量表包括护理问题、干预措施和干预效果3个方面的内容,共包含16项患者的护理问题,其中前9项问题与重要功能异常相关,10~15项与健康问题有关,最后1项与家属及重要关系人应激有关。每个护理问题根据患者需要的干预水平分为4级,具体如下:
①一级干预即为预防性干预,包括健康问题评估、心理护理、体位护理和卫生训教等,若患者需要,则该级为1分;②二级干预即支持性护理,是指在一级干预基础上还需要进行辅助排痰、吸氧、胸部理疗和药物治疗等改善肺功能的措施,若患者需要,则该级为2分;③三级干预包括呼吸机辅助通气等干预措施,即缓解性护理,若患者需要,则该级为3分;④四级干预指患者需要完全的呼吸支持,若患者需要,则该级为4分。2006年裴先波等翻译并修订中文版ICNSS量表,并检测其信效度,修订版ICNSS量表各条目内在一致性为0.62~0.76,总内在一致性0.83,内容效度指数为0.80,观察者间信度为0.95,在不同患者群体间的区分效度较好。但在使用前需将各个护理问题4级评分标准细化,以加强其实用性,本次以该量表作为参考进行护理人力资源配置。因此首先应先对该量表进行翻译,并根据本院实际情况进行修订。对参与本次观察的护理人员进行有关ICNSS评分系统的培训,要求其熟练掌握各项评分细则;责任护士每次当班时都应在患者记录表上详细记录对患者实施的各项护理干预措施,同时要求护理人员对每位患者的情况都进行详细了解并掌握。护理人员应在当日上午8点以前对当日的整体护理量进行评估,以便进行整体人力资源的配置。ICNSS量表指出该评分与患护比具有直接联系,量表总分为64分,分值越高说明护理工作量越大,不同评分等级所要求的护患比不同,其中,评分为16~22分,患者︰护理人员为1︰0.5;评分在23~32分,患者︰护理人员为1︰1;评分在33~40分,患者︰护理人员为1.5︰1;评分超过40分,患者︰护理人员为1︰2;可直接根据评分配置护理人员。除此之外,护士长在排班时,要考虑患者的合并症,并给予加强监护。若患者一旦病情变化,往往需要血液过滤、呼吸机等辅助治疗,使工作量增加,另外,护士长要随时询问医生患者的治疗措施,根据治疗措施及患者的病情配置护理人员,保证在护理工作量剧增、患者病情恶化时有足够人力,做到病情危重者的护患配置比为1︰1。
1.3 观察指标
成立专门的工作小组对每日护理工作落实情况进行评价,同时对患者病情好转程度、相关并发症发生率等指标进行记录与比较。根据卫生部所颁布的护理质量控制标准对此次护理工作的实施进行客观评价,本次评价最高分为120分,分为5个部分,其中基础护理质量与专科护理质量各30分,护理文书质量、抢救物品及消毒隔离各20分。对此次参与研究的患者ICU住院时间、住院费用及并发症发生情况等进行记录。护理人员及患者采用自制护理满意度调查问卷对此次护理工作的满意情况进行调查,护士与患者的满意度调查问卷各有10项,每项1~5分,满分各为50分。其中护士对护理自愿配制的满意度调查项目包括:精神压力、上班期间劳动强度、工作时间的灵活性、周末休息的机会及周末工作补偿的满意度等,各项得分累计在25分以上为满意,10~25为满意度一般,10分以下为不满意;患者及家属对护理工作的满意度调查项目包括:护士的服务态度,各项技术操作水平,病房是否安静整洁,饮食、药物与疾病康复知识的介绍等,各项得分累计在25分以上为满意,10~25为满意度一般,10分以下为不满意;满意度=(满意+一般)/总例数×100%。
1.4 统计学方法
应用SPSS 16.0软件对数据进行统计学处理。计数资料采用χ2检验;结果中计量资料以均数±标准差(±s)表示,计量资料组间比较采用t检验。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组患者护理后临床相关情况比较
观察组患者护理后ICU住院时间明显短于对照组患者,观察组患者护理后住院费用明显少于对照组患者,两组患者护理后ICU住院时间、住院费用比较差异均有统计学意义(P<0.05);观察组患者在整体护理过程中并发症发生率为23.64%(13/55),显著低于对照组患者的40.00%(22/55)(P<0.05)。见表1、2。
2.2 两组护理质量情况比较
根据护理质量控制标准,观察组在基础护理质量、专科护理质量、护理文书质量、抢救物品和消毒隔离5个方面评分均明显优于对照组,两组基础护理质量、专科护理质量、护理文书质量、抢救物品和消毒隔离评分比较差异均有统计学意义(P<0.05),见表3。
2.3 两组人员对相关满意情况比较
通过问卷调查结果显示,观察组护理人员对此次人力资源配置满意度为93.33%(14/15),明显高于对照组的80.00%(12/15)(P<0.05);观察组患者对次护理工作满意度为87.27%(48/55),高于对照组患者的72.73%(40/55)(P<0.05)。见表4、5。
3 讨论
3.1 护理人力资源合理配置的必要性
根据护理人员的工作量合理配置护理人力资源是保证护理质量、落实护理计划的前提,在当前我国ICU护理人力资源极为短缺的情况下,只有准确、客观的评估护理人员的工作量,并进行合理分配,才能提高综合救治水平[4]。护理工作量主要由3部分组成(包括:直接护理工作量、间接护理工作量和病房组织管理工作),其是护理人员在一定时间内必须完成的工作;该工作过程并不是一个简单的执行操作,因此对护理人员工作量的准确计算与评估对提高整体资源配置与工作效率意义重大。随着近年来我国医疗卫生技术的不断发展与探索,针对临床护理工作评估的方法也有了进一步发展。方卫刚[5]研究表明,合理准确的运用ICU护理工作量评估工具可以使护理工作量评估简明化与准确化,减少了评估成本与相关主观因素的影响,还可为临床护理人员工作评估提供参考依据。
3.2 国内外护理工作量评估方法简要对比
对于ICU人力资源配置评估的方法,国内外具有较大差异,其中国内多以按床位平均分配法与主观评估法为主,国外则多以ICNSS与APACHE II评分为主[6,7]。国内所运用的方法虽然简单直观且易于操作,但随意性较强,未考虑患者病情与自理情况等实际因素,因此根据该评估方法所进行的资源配置难以适应临床实际需求。APACHE II评分为疾病严重程度的研究工具,主要根据患者临床主要症状表现,以及以相关生理参数指标作为参考,从而对患者危重病情进行量化评价。有学者研究表明,患者疾病严重程度与护理人员的工作量存在紧密联系,因此按照此方法进行评估,可根据不同分级进行人力资源配置,但是其不足之处在于,在专科ICU中的应用准确性尚待考虑[8,9,10]。ICNSS评分系统是2000年由芬兰护理学家首次提出,将护理问题、护理诊断、护理干预以及患者疾病状态等对护理工作展开产生影响的因素整合起来所指定的评分量表,主要包含16项护理问题,将护理工作量按照护理干预复杂性由少到多的分为4个等级,即分别为预防性护理(患者未表现出明显临床症状但具有潜在健康问题,通过预防性护理干预措施防止潜在问题变为实际问题)、支持性护理(患者病情轻微,通过护理干预以保护其各项生理功能)、补偿缓解性护理(患者病情较严重,通过护理干预对其生理功能进行补充以缓解患者病情及减轻痛苦)和代偿救助性护理(患者病情十分严重,要通过护理干预措施代替患者生理功能以解决患者健康问题)[11]。
3.3 ICNSS与APACHE II评分的应用效果对比
本研究结果显示,观察组患者ICU住院时间、住院费均明显优于对照组患者(P<0.05);观察组在整体护理过程中并发症发生率为23.64%,显著低于对照组患者的40.00%(P<0.05)。以上结果与倪春湘[12]等研究结果相似,倪春湘等在研究中指出,ICNSS评分系统在ICU人力资源配置中应用可以取得更好的护理质量。本文研究发现,观察组在基础护理质量、专科护理质量、护理文书质量、抢救物品和消毒隔离5方面评分均均优于对照组(P<0.05),该结构与倪春湘等研究结果一致。观察组患者对此次人力资源配置满意度为93.33%,明显高于对照组患者的80.00%(P<0.05);观察组患者对护理工作的满意度为87.27%,高于对照组患者的72.73%(P<0.05)。上述结果与熊杰[13]等研究一致。
由上述研究发现,ICNSS在ICU护理资源管理配置中的应用效果显著优于APACHE II评分,临床可考虑推广使用。
摘要：目的 对比重症监护护理评分系统(ICNSS)与急性生理学和慢性健康状况评分系统(APACHE II)在重症监护室(ICU)护理资源管理配置中的应用效果。方法 选取该院2015年5月‐2016年4月收治的55例ICU患者为研究对象,将其设为观察组,按照重症监护护理评分系统量表对护理工作量进行评估,并根据其结果对相关护理资源进行合理配置;另择取同期55例ICU患者作为对照组,并采用动态监测急性生理学和慢性健康状况评分标准对护理工作量进行评估,同时根据其评估结果对相关护理资源进行配置。记录两组ICU患者此次总体住院时间、治疗期间并发症发生情况、护理资源配置的合理程度、医疗费用以及患者或家属对护理工作的满意情况等,同时对两组结果进行统计学比较。结果 观察组患者ICU住院时间、住院费均明显优于对照组患者(P<0.05);观察组患者在整体护理过程中并发症发生率为23.64%,显著低于对照组患者的40.00%(P<0.05);观察组在基础护理质量、专科护理质量、护理文书质量、抢救物品和消毒隔离5方面评分均优于对照组(P<0.05);观察组护士对此次人力资源配置满意度为93.33%明显高于对照组护士的80.00%(P<0.05);观察组患者对护理工作的满意度为87.27%高于对照组患者的72.73%(P<0.05)。结论 ICNSS在ICU护理资源管理配置中的应用效果显著优于APACHE II评分,临床可考虑推广使用。