重癥救護車急救智能輔助系統(tǒng)的設(shè)計

急救輔助系統(tǒng)基于EC5-1719CLDNA高性能單板電腦,添加人體生命征監(jiān)測傳感、音視頻模塊、無線傳輸模塊、數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用軟件,以及心電監(jiān)測設(shè)備,實現(xiàn)了人體生命征實時采集監(jiān)測、病史采集、病情快速診斷、疑似病例查詢、遠程專家急診、心電分析等功能。利用本系統(tǒng)在院前急救環(huán)節(jié)對患者進行快速病情診斷及指導(dǎo)急救,有效地降低病人死亡率和傷殘率。

0 引 言

對于意外事故、突發(fā)疾病等疾病,都存在急救“時間窗”,如果能夠在院前急救環(huán)節(jié)快速診斷并施予有效急救,在很大程度上能降低其死亡率和致殘率。但是,由于客觀條件的限制,醫(yī)療救護車上的流動醫(yī)療小組很難配備經(jīng)驗豐富的專科醫(yī)生,從而沒有采取最及時有效的措施,或錯過了最佳的救助時機。

針對以上問題,本文利用EC5-1719CLDNA(嵌入之星)為系統(tǒng)內(nèi)核,結(jié)合人體生命征監(jiān)測傳感、音視頻模塊、TD-SCDMA無線傳輸模塊、GPS模塊所實現(xiàn)的救護車急救智能輔助系統(tǒng)為此提供了一個有效的解決方案。

1 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)由救護車端和急救中心端兩部分組成,雙方通過TD-SCDMA 無線模塊進行數(shù)據(jù)通信。救護車端主要完成對病人的生理特征(體溫、脈搏、呼吸、血壓)的采集,病人心電圖的分析,并將采集的數(shù)據(jù)實時通過無線模塊傳送到救護中心端,用以方便中心對病人做出全面的遠程診斷。

急救中心端負責(zé)管理和調(diào)配救護車,接收各救護車發(fā)送的實時生命征數(shù)據(jù)和初步診斷結(jié)果,并通過實時音視頻通信,為急救中心專家提供數(shù)據(jù)、圖像等診斷參考,以指導(dǎo)救護車實施更有效的救治方案。

整個系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 重癥救護車輔助系統(tǒng)總體框架

救護車端采用EC5-1719CLDNA(嵌入之星)高性能單板電腦,利用集成化的傳感器對脈搏、體溫、呼吸信號進行實時采集處理和傳輸。設(shè)計框圖如圖2所示。

圖2 救護車端功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個救護車端可以分為四個模塊:完成對病人生理特征采集的數(shù)據(jù)采集模塊;完成對病人數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示的人機交互模塊;完成與中心聯(lián)系的無線模塊;完成與中心進行視頻對話的聲音圖像處理模塊。

其中數(shù)據(jù)采集模塊為整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,采集所得到的信號由16位∑-Δ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7705實現(xiàn),該芯片內(nèi)含數(shù)字濾波器,因此省去了單獨的濾波電路,同時達到了很好的濾波效果。采用的控制由兩片單片機進行控制,采集得到的信號送到主控系統(tǒng)進行分析處理。

由于本系統(tǒng)中救護車是在移動中與中心端進行交互的,在中心端配置了無線網(wǎng)卡來接收救護車終端的數(shù)據(jù)外,本系統(tǒng)在救護車終端還采用科瑞特公司的GPS模塊(標(biāo)稱定位精度10 m),通過GPS終端從衛(wèi)星獲得本地的GPS坐標(biāo),根據(jù)定位的信息,幫助救護車端和急救中心端了解救護車的當(dāng)前位置。

同樣,在移動中傳送音視頻也比靜止中提出了更高的要求,本系統(tǒng)采用了套接字(Socket)技術(shù),通過無線方式進行音視頻數(shù)據(jù)傳輸。同時為了緩解在網(wǎng)絡(luò)通信不好的情況下導(dǎo)致的數(shù)據(jù)積壓,數(shù)據(jù)不能發(fā)送出去的情況,系統(tǒng)發(fā)送端采用停等策略,即每次發(fā)送完數(shù)據(jù)后對接收端進行監(jiān)聽,設(shè)置標(biāo)志位,以判斷是否停止視頻幀的壓縮。在接收端,接收到視頻幀以后,向發(fā)送端發(fā)送標(biāo)志位,使接收端開始壓縮,傳送下一幀數(shù)據(jù)。這樣,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)異常時,由于停止壓縮,這樣就不會造成數(shù)據(jù)積壓。

2 系統(tǒng)測試

2.1 脈搏模塊測試

針對同一被測者,同時用示波器測量脈搏傳感器HK-2000B信號的波形,與本系統(tǒng)系統(tǒng)輸出波形進行比較。波形如圖3,圖4所示。

圖3 示波器輸出脈搏波形

圖4 本系統(tǒng)輸出波形

對不同年齡、性別及不同狀態(tài)下的被測者進行脈搏的測量,結(jié)果有差別。

測試結(jié)論:通過與常規(guī)測量搏的方法進行比較,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)測量脈搏更加準(zhǔn)確,且利于存儲及處理。

2.2 呼吸模塊測試

針對同一被測者,同時用示波器測量HXH-2型呼吸波傳感器信號的波形,與本系統(tǒng)輸出波形進行比較。波形如圖5,圖6所示。

圖5 示波器輸出呼吸波形

圖6 本系統(tǒng)輸出波形

測試結(jié)論:測試波形與示波器輸出波形相同,并且通過濾波,很好地去除了干擾。通過對不同人的測量,發(fā)現(xiàn)呼吸的頻率和醫(yī)學(xué)理論值相符。

2.3 體溫血壓模塊測試

針對不同被測者,分別用標(biāo)準(zhǔn)體溫計與本系統(tǒng)進行測量,部分測量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 部分測量數(shù)據(jù)

測試結(jié)論:用體溫計和該系統(tǒng)的測溫模塊對于多個被測者在不同情況下進行體溫測試對比,由于電子元件本身存在誤差,以及電路自身的干擾,使測量結(jié)果存在一定的誤差,但由于誤差很小,其測量結(jié)果可以用于醫(yī)學(xué)診斷。

對不同年齡、性別及不同狀態(tài)下的被測者進行血壓測量。如表2所示。

表2 測量結(jié)果

測試結(jié)論:用常規(guī)血壓計和該系統(tǒng)的血壓測量模塊對于多個被測者在不同情況下進行血壓測試對比,兩者結(jié)果基本一致。

2.4 心電模塊測試

通過心電儀獲取數(shù)據(jù),存儲到數(shù)據(jù)庫中,然后從顯示界面得到十二導(dǎo)聯(lián)的波形圖及數(shù)據(jù)處理結(jié)果和病情診斷的結(jié)果。實驗選擇一位二十多歲的正常青年進行心電檢測,以第一導(dǎo)聯(lián)為例:

第一導(dǎo)聯(lián)對應(yīng)的波形及診斷結(jié)果顯示如圖7所示。

圖7 心電圖測試診斷結(jié)果　

本軟件功能:可以對十二導(dǎo)聯(lián)心電波形同時顯示,對十二導(dǎo)聯(lián)波形數(shù)據(jù)都進行了處理,通過選擇和打開不同的窗口可以觀察病情診斷結(jié)果、數(shù)據(jù)處理結(jié)果等。實時監(jiān)測總界面見圖8。

圖8為某一被測者的總體測量結(jié)果圖。

圖8 實時監(jiān)測界面

3 結(jié) 語

重癥救護車急救智能輔助系統(tǒng)是以急救為中心,集成了實時監(jiān)控、病情診斷、遠程醫(yī)療等功能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)依據(jù)急救急診學(xué)并融合無線網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、傳感、音視頻、GPS等多項技術(shù),功能強大、穩(wěn)定性好,對降低病人死亡率和傷殘率提供了有效保障,具有很高的實用價值。

在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)還能進一步完善和擴展。比如在急救中心端增加生理參數(shù)數(shù)據(jù)記錄和分析功能,還可添加腦電分析,進而形成一個全方位的醫(yī)療監(jiān)測和診斷輔助系統(tǒng)。另外,可把急救中心端設(shè)計成一個專家網(wǎng)絡(luò),使專家遠程診斷不受地域限制。

本系統(tǒng)的設(shè)計方案在應(yīng)用領(lǐng)域也有很大的可擴展性,例如,可將其設(shè)計為便攜式的設(shè)備,用于野外探險等特殊環(huán)境,因此其有著廣闊的應(yīng)用前景。