基于護(hù)理床的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

吳 優(yōu)，楊 瑩，劉艷玲，鐘忠健，干 峰

基于護(hù)理床的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

吳 優(yōu)，楊 瑩，劉艷玲，鐘忠健，干 峰

目的：設(shè)計一種基于護(hù)理床的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，幫助常年臥床的老齡患者進(jìn)行日常的生理監(jiān)護(hù)。方法：集成生理參數(shù)監(jiān)測模塊到護(hù)理床中，與配置在床邊作為上位機(jī)和人機(jī)交互界面的個人計算機(jī)（personal computer，PC）共同構(gòu)成床邊監(jiān)護(hù)站，通過互聯(lián)網(wǎng)將多個床邊監(jiān)護(hù)站與中心基站相鏈接。各監(jiān)護(hù)站軟件基于Visual C++編寫，采用基于客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）和瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）的混合網(wǎng)絡(luò)模式實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和控制。結(jié)果：初步實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、實時地讀取到患者生理參數(shù)信息，并實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)功能，與專業(yè)生理參數(shù)檢測設(shè)備作對比測試，相對誤差小于3%。結(jié)論：該系統(tǒng)不但可以幫助醫(yī)護(hù)人員及時獲取臥床癱瘓患者的生命體征情況，實現(xiàn)疾病早期預(yù)防、早期診斷，同時可以有效降低醫(yī)療成本，提高醫(yī)護(hù)人員工作效率。

多功能護(hù)理床；遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)；床邊監(jiān)護(hù)站；中心基站

0 引言

中國人口結(jié)構(gòu)日趨老齡化，殘疾、失能的老年人患慢性疾病的比例明顯升高。在針對高齡中風(fēng)癱瘓患者和術(shù)后恢復(fù)期患者的日常護(hù)理中，醫(yī)護(hù)人員不僅要密切監(jiān)控患者們的生命體征變化，同時還要幫助他們調(diào)整體位以防止長期臥床帶來的褥瘡[1-3]。

目前，市面上的高端監(jiān)護(hù)儀產(chǎn)品具備局域網(wǎng)內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)功能，適用于醫(yī)院手術(shù)麻醉監(jiān)護(hù)或者重癥監(jiān)護(hù)，但是這些儀器設(shè)備往往價格昂貴，難以推廣使用[4]。市面上的多功能護(hù)理床也有不少，大部分都因為功能單一無法滿足臥床患者的監(jiān)護(hù)需求，而難以滿足實際需要[5-6]。本系統(tǒng)采用一體化設(shè)計方案，將生理參數(shù)采集模塊集成到護(hù)理床體中，分別開發(fā)出遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)服務(wù)器端和客戶端軟件，利用現(xiàn)有普通計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備就可以實現(xiàn)監(jiān)護(hù)與護(hù)理雙重功能。這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對臥床患者實施長期有效的生理監(jiān)護(hù)，而且可以幫助患者進(jìn)行自動翻身等護(hù)理動作。

1 系統(tǒng)總體框架

整個系統(tǒng)框架包括中心基站和監(jiān)護(hù)客戶端群，中心基站與多個客戶站通過網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備相連接，整體框架圖如圖1所示。醫(yī)護(hù)人員可以在中心基站同時觀察到不同環(huán)境下的多位患者的生命體征狀況，通過發(fā)送控制指令和反饋信息實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。監(jiān)護(hù)客戶站以護(hù)理床為載體，床體集成生理參數(shù)采集模塊，床邊配置不同規(guī)格個人計算機(jī)（personal computer，PC），共同負(fù)責(zé)采集患者的生理參數(shù)和幫助患者進(jìn)行體位調(diào)整。當(dāng)用戶無法接入網(wǎng)絡(luò)時，床邊監(jiān)護(hù)站可作為普通監(jiān)護(hù)儀單獨(dú)使用。

鑒于對基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)以及社區(qū)家庭的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)功能需求分析，本系統(tǒng)采用基于客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）與瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）混合模式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[7]。在社區(qū)家庭廣域網(wǎng)環(huán)境下，針對需要長期監(jiān)控的慢性病患者，用戶可直接通過網(wǎng)頁瀏覽方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)；在醫(yī)院局域網(wǎng)環(huán)境下，針對一些需要實時監(jiān)護(hù)的重癥患者，用戶可先下載安裝相應(yīng)客戶端程序進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。

圖1 監(jiān)護(hù)系統(tǒng)整體框架圖

2 硬件設(shè)計

2.1 護(hù)理床

本設(shè)計選用某國產(chǎn)品牌的具備自動翻身和動作控制功能的電動護(hù)理床作為整套系統(tǒng)的硬件載體，當(dāng)患者需要進(jìn)行體位姿勢調(diào)整時，可通過床邊配置的上位機(jī)控制護(hù)理床的機(jī)械動作，方便臥床患者以及看護(hù)人員操作。

2.2 生理參數(shù)采集模塊

本設(shè)計采用FY0801多參數(shù)監(jiān)護(hù)開發(fā)板（如圖2所示）作為生理參數(shù)采集模塊，該開發(fā)板采用一體化設(shè)計，體積小，能夠無縫集成到護(hù)理床床體中。各生命體征參數(shù)的檢測由標(biāo)準(zhǔn)化的醫(yī)學(xué)硬件檢測模塊使用相應(yīng)的調(diào)理電路和傳感器完成，模塊內(nèi)包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器，實現(xiàn)心率、血壓、血氧飽和度、呼吸率、體溫等生理參數(shù)的采集功能。將多個數(shù)據(jù)采集模塊集成在一塊開發(fā)板上，通過RS232串口將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)，再由上位機(jī)控制軟件實現(xiàn)信號處理、數(shù)據(jù)存儲、顯示傳輸?shù)裙δ?。許多原本由硬件實現(xiàn)的信號處理功能轉(zhuǎn)由上位機(jī)的控制軟件實現(xiàn)，省去了液晶顯示屏和存儲器等部件，從而大大簡化了整個系統(tǒng)的設(shè)計，十分有利于開發(fā)。

圖2 FY0801生理參數(shù)監(jiān)護(hù)模塊

2.3 上位機(jī)和網(wǎng)絡(luò)

上位機(jī)采用搭載Windows系統(tǒng)的常見PC即可，中心基站配置小型服務(wù)器或者高配的PC，在局域網(wǎng)（local area network，LAN）/廣域網(wǎng)（wide area network，WAN）環(huán)境下，有Windows系統(tǒng)的便攜式計算機(jī)或平板計算機(jī)都可以作為客戶站的上位機(jī)。采用即插即用、穩(wěn)定性高的USB轉(zhuǎn)串線可以有效解決部分計算機(jī)無串口的問題，轉(zhuǎn)串線同樣可以保證串口通信的高穩(wěn)定性和抗干擾性。

3 軟件設(shè)計

3.1 軟件總體架構(gòu)

整套系統(tǒng)由中心監(jiān)護(hù)基站服務(wù)器端、客戶端和瀏覽器端3個部分組成，其中中心監(jiān)護(hù)基站服務(wù)器端包括應(yīng)用（application，APP）服務(wù)器和Web服務(wù)器，分別接受不同客戶端的訪問請求和反饋信息。整個系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖3所示。

圖3 監(jiān)護(hù)系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

3.2 中心基站的設(shè)計

3.2.1 基站服務(wù)器

中心基站在與多個客戶端同時進(jìn)行交互通信時，采用多線程的并發(fā)服務(wù)器模型（如圖4所示）。中心基站并發(fā)服務(wù)器為每個客戶端都創(chuàng)建一個子線程來處理并發(fā)請求。當(dāng)客戶端發(fā)送請求時，相應(yīng)的并發(fā)子線程就會獨(dú)立處理與該客戶端的具體通信，這種機(jī)制可以有效避免通信錯誤，同時大大減輕服務(wù)器端的壓力。

圖4 并發(fā)服務(wù)器模型

3.2.2 中心基站功能

當(dāng)具有管理員權(quán)限的醫(yī)護(hù)人員登錄中心監(jiān)護(hù)基站后，可以同時調(diào)取2個指定床邊監(jiān)護(hù)站患者的實時監(jiān)護(hù)情況，同時利用中心基站服務(wù)器端的電子病歷系統(tǒng)遍尋所有已上傳的患者生理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)病史回顧功能。在實時監(jiān)護(hù)過程中，客戶端連接上中心基站服務(wù)器后，醫(yī)護(hù)人員不僅可以準(zhǔn)確地接收到來自各個客戶端的實時生理參數(shù)信息，而且當(dāng)監(jiān)護(hù)對象的生命體征出現(xiàn)異常時，中心基站會以報警閃屏加語音播報的形式提醒值班人員進(jìn)行處理。當(dāng)需要針對指定患者設(shè)置監(jiān)護(hù)方式或者調(diào)取指定患者生理數(shù)據(jù)時，醫(yī)護(hù)人員還可以發(fā)送控制指令給指定客戶端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制[8]。交互界面如圖5所示。

圖5 中心監(jiān)護(hù)基站服務(wù)器端交互界面

在C/S模式下，客戶端會首先讀取自身串口，當(dāng)設(shè)定時間內(nèi)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)包數(shù)量已經(jīng)達(dá)到一定階段，就可以觸發(fā)串口通信事件來進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)包經(jīng)過解包處理后，客戶端主線程就可以調(diào)用發(fā)送函數(shù)將數(shù)據(jù)包直接發(fā)送到APP服務(wù)器端。APP服務(wù)器端再通過數(shù)據(jù)解包和處理，在交互界面上顯示實時參數(shù)和波形。

在B/S模式下，Web服務(wù)器端首先發(fā)布一個已經(jīng)嵌入了監(jiān)護(hù)ActiveX控件的網(wǎng)頁，客戶端只需要通過Web頁面下載安裝已經(jīng)編寫好的ActiveX控件就能實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)頁監(jiān)護(hù)。因為，服務(wù)器端的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（internet protocol，IP）可以從當(dāng)前訪問的Web頁面的統(tǒng)一資源定位符（uniform resource locator，URL）地址得到，通過訪問指定網(wǎng)址，ActiveX監(jiān)護(hù)控件在運(yùn)行時就可以向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)。通過在頁面中嵌入JavaScript語句就可通過當(dāng)前的URL地址來傳遞ActiveX控件的可遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)的屬性[8-10]，中心監(jiān)護(hù)基站流程圖如圖6所示。

3.3 C/S模式功能實現(xiàn)

根據(jù)監(jiān)護(hù)開發(fā)模塊的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議以及功能需求，C/S模式下的客戶端應(yīng)用程序的軟件流程如圖7所示。主程序采用串口通信線程和顯示主線程的多線程機(jī)制進(jìn)行編程，2個線程之間利用事件對象進(jìn)行通信，實現(xiàn)同步[11-12]。串口通信線程承擔(dān)接收和發(fā)送生理參數(shù)數(shù)據(jù)的任務(wù)，并以實時更新消息的方式通知主線程。主線程主要負(fù)責(zé)客戶端生理參數(shù)和波形顯示以及人機(jī)交互功能，同時還要與服務(wù)器端建立連接，發(fā)送數(shù)據(jù)包給服務(wù)器端。每當(dāng)串口線程收到生理參數(shù)采集模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包后，就將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)對象更新，并發(fā)送消息請求主線程響應(yīng)，主線程響應(yīng)消息就會執(zhí)行屏幕刷新重畫的指令，從而實現(xiàn)6種參數(shù)以及波形實時顯示的功能[13-14]。客戶端實時監(jiān)護(hù)交互界面如圖8所示。

圖6 中心監(jiān)護(hù)基站流程圖

圖7 C/S模式客戶端應(yīng)用程序軟件流程圖

圖8 C/S模式客戶端實時監(jiān)護(hù)界面

3.4 B/S模式功能實現(xiàn)

為實現(xiàn)廣域網(wǎng)環(huán)境下的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)功能，本系統(tǒng)設(shè)計了基于B/S模式下的瀏覽器端流程，如圖9所示。

首先，使用微軟基礎(chǔ)類庫（microsoft foundation classes，MFC）技術(shù)開發(fā)出ActiveX監(jiān)護(hù)控件，通過Web服務(wù)器把開發(fā)好的控件嵌入到網(wǎng)頁中進(jìn)行廣域網(wǎng)發(fā)布。用戶只需要打開瀏覽器訪問指定IP地址的Web服務(wù)器就可以下載該ActiveX控件到本客戶機(jī)中，注冊后即可使用該控件的屬性。在床邊監(jiān)護(hù)站中，生理參數(shù)采集模塊通過串口與客戶機(jī)相連，將采集的心電、血氧飽和度、血壓等參數(shù)發(fā)送到客戶機(jī)，然后客戶機(jī)通過LAN與Web服務(wù)器連接。安裝了具備監(jiān)護(hù)屬性的ActiveX控件的瀏覽器可以讀寫串口采集到的數(shù)據(jù)，通過本地客戶機(jī)上實時顯示并向Web服務(wù)器發(fā)送，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)[14]（如圖10所示）。

圖9 B/S模式軟件流程圖

圖10 B/S模式客戶端瀏覽器實時監(jiān)護(hù)界面

4 系統(tǒng)應(yīng)用

為了驗證該系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，我們選取20位受試者進(jìn)行實驗檢測，其中10位受試者測試C/S模式下的結(jié)果，另外10位受試者測試B/S模式下的結(jié)果。將其測量結(jié)果和某知名品牌高端監(jiān)護(hù)儀的結(jié)果進(jìn)行對比。在整個實驗過程中，為得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，要求受試者在安靜狀態(tài)下休息15 min，先用本系統(tǒng)測量，然后再用對照監(jiān)護(hù)儀進(jìn)行測量，最后對測量結(jié)果進(jìn)行比較和分析。以受試者測量參數(shù)誤差的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及測量驗證準(zhǔn)確率評價系統(tǒng)準(zhǔn)確性。

測量結(jié)果見表1、表2，C/S模式和B/S模式下的測量結(jié)果與監(jiān)護(hù)儀測量結(jié)果間的絕對誤差都比較小，2種模式都在監(jiān)護(hù)儀的測量精度范圍內(nèi)，滿足臨床使用要求。

5 討論

表1 C/S模式生理參數(shù)測量誤差和驗證準(zhǔn)確率

表2 B/S模式下生理參數(shù)測量誤差和驗證準(zhǔn)確率

本文針對用戶人群和地域環(huán)境的差異性，以生理參數(shù)原始開發(fā)板、護(hù)理床和已有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等作為系統(tǒng)硬件載體，分別開發(fā)了中心監(jiān)護(hù)基站服務(wù)器端軟件、客戶端監(jiān)護(hù)軟件以及監(jiān)護(hù)ActiveX控件，從而構(gòu)建出能夠滿足不同用戶需求的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。本設(shè)計面向基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)和社區(qū)家庭，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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（收稿：2015-03-05 修回：2015-08-07）

Design of telemonitoring system based on nursing bed

WU You,YANG Ying,LIU Yan-ling,ZHONG Zhong-jian,GAN Feng
（Sun Yat-sen University Cancer Center,State Key Laboratory of Oncology in South China, Collaborative Innovation Center of Cancer Medicine,Guangzhou 510080,China）

Objective To design a telemonitoring system based on a nursing bed for the monitoring of paralyzed patients. Methods The bed-side monitoring station was consisted of a nursing bed integrated with physiological monitoring module and a PC as host computer and human-computer interface at the bedside.Which was connected to multi-bedside monitoring station via internet.The software of monitoring stations was built by Visual C++to realize telemonitoring and control based on C/S and B/S mixed network mode.Results The results show that the system could accurately read physiological information of patients,and realize telemonitoring function,and the relative error was less than 3%compared with professional monitoring equipment.Conclusion This system could not only realize early prevention and early diagnosis of the disease,but also reduce the cost of medical care and enhance efficiency of the health care providers.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（11）：10-13]

multi-function nursing bed;telemonitoring;bed-side monitoring station;central base station

R318；R197.38

A

1003-8868（2015）11-0010-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.11.010

廣東省科技計劃重點專項（2010A030500 006）

吳 優(yōu)（1985—），男，助理工程師，主要從事醫(yī)療軟件開發(fā)及醫(yī)院信息化系統(tǒng)管理方面的研究工作，E-mail：wuyou@sysucc.org.cn。

510080廣州，中山大學(xué)腫瘤防治中心，華南腫瘤學(xué)國家重點實驗室，腫瘤醫(yī)學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心（吳 優(yōu)，楊 瑩，劉艷玲，鐘忠健，干 峰）