便携式多参数监护仪在互联网+时代的使用设计

引 言

传统技术中，医院大都使用临床式多参数监护仪，将监护仪放在病人床头，可实时查看病人心电，血压，血氧，呼吸和体温等数据，监护仪一般体积较大，搬拿十分不便，且患者为了配合监护往往只能躺在病床上。如何将监护仪设计得轻便，方便携带已成为各医疗器械公司研发的方向之一

无锡中健科仪有限公司的 GW 系列多参数监护仪应运而生。它体积小，重量轻，仅为通常多参数监护仪重量的三分之一便于携带。采用低功耗蓝牙无线传输技术，患者只需佩戴监护仪背包就可在指定区域自由活动，不影响监护数据的实时传输。所有的生理参数通过蓝牙无线传输到指定的平板端显示同时数据通过平板实时传递到数据服务器中保存，方便医生调取查看。便携式多参数监护仪的系统架构如图 1 所示

块“BlueMod+B20”，其空旷空间覆盖范围达 24 m，符合蓝牙 V2.0+EDR”标准，同时数据传输可靠，丢包率可控制在 0.05% 以内。心电及呼吸采集芯片采用由 TI 公司生产的ADS1298R 芯片，它集成了 8 路同时取样的 24 位Delta-Sigma 模数转换器ADC）和内置的可编程增益放大器（PGA），基准电压以及振荡器，集心电图（ECG）、脑电图（EEG）等医疗应用所需功能于一身，同时拟合了呼吸（Resp）数据，使整体设计更加便捷主处理芯片采用意法半导体的低功耗 STM32 芯片，功耗更低有效保证电池的使用时间。在同时监测 6 路心电信号，血氧信号，呼吸及体温，半小时间隔无创血压测量的情况下，至少可维持 48 小时持续供电 [2]。便携式多参数监护仪的人体佩戴示意图及原理框图如图 2 所示

1.2 便携式多参数监护仪的设计

通过蓝牙无线传输，可将 GW多参数监护仪中的实时监护数据传送到平板端，再通过WiFi或者 4G网络将数据发布到服务器上，医护工作者只需用手机连入互联网上的服务器就可以实时查看该病人的心电图，血氧图，血压数据，呼吸及体温数据，同时还可查看病人的历史数据记录，为接下来的诊断提供参考依据。该设计，无论是采集端，还是手机端都采用当前先进的 Android系统或iOS系统（目前已在 Android 系统上实现并投入使用）上进行 APP的设计，操作目标更简洁方便，可实时联网使用，对于社区及居家养老监护有着广泛的市场前景。系统原理实现图如图 3所示

图 3系统原理实现图

2 关键技术点阐述

2.1 蓝牙无线通讯协议的制定

由于 GW 便携式多参数监护仪的心电波形的采样率为256，血氧和呼吸的采样率为 128，数据量相对较大，为保证数据在无线蓝牙上的实时传输，需要设计好应用层的通讯协议蓝牙的无线通讯在配对连接建立之后即类似于串口正常通讯采用一问一答方式可有效避免数据传送的不对等错乱问题 [3]

协议添加通讯头尾标识，并增加校验，在数据头后的指定字节传送本报文的长度，以便接收者判定所接收的报文是否收全，是否正确

协议的召测时序采用主从问答方式，召测频率根据心电，血氧，呼吸的采样率及便携式多参数监护仪的缓冲区空间来设计，经过反复测试，确定为 64ms 召测一次，若召测频率较慢，便携式多参数监护仪的缓冲区即会溢出，造成数据丢失，如果太快则CPU占用负荷过高，导致监测时间变短

通讯超时设计：在通讯过程中增加超时判断，超时时间经反复试验配合确定为 200ms，超时三次则判定为通讯中断，此时便携式监护仪会发出蜂鸣进行报警提示，同时平板采集端也会进行声音及文字报警提示，提示用户及时查看。同时召测程序还在继续运行，一旦有响应立即恢复通讯

各种指令操作：很多命令通过界面交互下发给便携式多参数监护仪，比如启动或停止血压测量，启动或停止起搏检测等，修改波形显示参数等，无线遥控操作使监护更便捷高效

2.2 WiFi无线通讯协议的制定

该协议的功能主要是完成平板采集端将从便携式多参数监护仪上采集到的心电，血压，血氧，呼吸，体温等数据转发给服务器端，由服务器端保存或实时回复来自各互联网查看端的请求。因此考虑直接透传转发数据给服务器端，由服务器端调用蓝牙公用数据解析模块直接将数据解析保存

2.3 服务器存储数据库设计

通过比较 SQLite 数据库，SQL Server 数据库，Access 数据库，决定选用 SQLite 数据库。因为 SQLite 数据库支持G 级别的串和二进制大对，虽然是轻量级数据库，但它支持最大 2 TB 的单个库文件。经过实际测试，在拥有几百万记录的情况下，SQLite 的插入和查询速度与MySQL 不分上下，快于SQL Server，10 倍于Access。数据库中的表主要包含血压结果表、趋势数据表、参数报警数据表、心律失常报警表波形文件相关信息表。而波形数据则采用存储文件的方式进行保存，文件按照特定的波形数据结构进行保存。通过数据存文件的方式，方便调取查看，而且节省数据库容量，更有效地扩充了服务器的数据容量

2.4 采集端平板的界面设计

互联网+ 的开放性使得采集端的平板软件选择在当前最为流行的 Android操作系统上搭建。Android的本义是“机器人”，它是一种基于 Linux 的自由及开放源代码的操作系统由于它的开源性和谷歌强大的技术支持，APP的开发更加个性化，人性化，符合用户需求

本系统的设计思想采用在平板端和手机端编写不同的APP来实现不同的功能。考虑平板的显示屏幕较大，一般可以采用10.1寸屏，界面显示的元素比较丰富，可以实时显示 4 道波形和心电，血压，血氧，体温，呼吸的波形数据和生理数据，同时展示趋势图，比通用的床边机的界面显示更美观配合手势的滑动调取界面元素，按钮的扁平化设计风格更高端大气，界面示意如图 4所示

图 4 平板显示界面示意图

而在手机端，受屏幕尺寸限制（多为 5 寸屏以内），主显示界面仅保留重要信息（如两道心电波形和一道血氧波形） 但通过手势滑动多页浏览方式仍然可以查看到所有的波形显示和生理参数信息。界面设计充分利用 Android 系统的优势和触摸屏的优点，结合手势上下、左右滑动，抽屉抽拉动作，单机双击触摸等可展示更多的使用元素并获得更灵活的用户体验

2.5 查看端访问用户数据的加密设计

由于用户的数据具有一定的私密性，不能任由其他人访问因此在平板采集侧上传数据时增加了随机 PIN 码生成，查看端只有输入该 PIN 码才能通过服务器访问所请求的用户数据保证被监护者的数据安全

3 总 结

本文所提到的中健科仪的 GW 系列多参数监护仪已研制完成并取得中华人民共和国医疗器械注册证（ 苏械注准20142210641），所有互联网 + 相关软件设计已配合投入使用并在东南亚多个医疗机构进行了推广应用，反馈良好。接下将展开和社区医疗监护的进一步合作，在互联网 + 时代，将便携式监护仪更好地应用到人们的生活中。