基于家庭主站的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

1 引言
    隨著人口平均壽命的增長(zhǎng)和而人口出生率的下降，我國(guó)面臨嚴(yán)重的人口老齡化問(wèn)題。為了解決日益增加的老年人群身體健康護(hù)理問(wèn)題，遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)逐漸興起。目前已開發(fā)有基于Internet的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)即時(shí)通信系統(tǒng)。已有部分醫(yī)院和社區(qū)健康服務(wù)中心的住院部門應(yīng)用該監(jiān)控和護(hù)理系統(tǒng)，并起到積極作用，但存在諸多問(wèn)題，如：監(jiān)控與護(hù)理兩個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立缺少協(xié)作；要求老年人必須住院接受服務(wù)治療，這樣就增加其醫(yī)療費(fèi)用，而且大多老年人喜歡家居環(huán)境。
    基于上述問(wèn)題，這里提出一種遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)——基于家庭主站的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和護(hù)理系統(tǒng)間的有效協(xié)作，在了解用戶身體狀態(tài)的同時(shí)，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制室內(nèi)家電設(shè)備，如控制多功能護(hù)理床的位姿等。該系統(tǒng)針對(duì)居家老年人群而設(shè)計(jì)，在大大減少醫(yī)療費(fèi)用的同時(shí)?？商峁┦孢m、便捷、安全的家居環(huán)境，因而得到廣大用戶的青睞。

2 遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    該系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能：社區(qū)健康監(jiān)控中心通過(guò)家庭主站遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和護(hù)理老年病人及家庭環(huán)境，這樣不僅老年人用戶得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且醫(yī)生還能獲取相關(guān)有用資料，以便于老年人的醫(yī)療診斷。圖l給出了該遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的功能示意圖。

    該系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為3層：第1層為社區(qū)健康監(jiān)控中心，實(shí)時(shí)監(jiān)視用戶的身體狀況，并實(shí)現(xiàn)與用戶在線交談和錄像，還可遠(yuǎn)程控制用戶的的家電等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和護(hù)理的協(xié)作；第2層為家庭主站，負(fù)責(zé)家庭系統(tǒng)與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信；第3層為家庭系統(tǒng)，包括生理指標(biāo)檢測(cè)儀器(心電圖機(jī)、血壓儀、脈搏儀等)、視頻監(jiān)視設(shè)備、多功能護(hù)理床、智能家居家電設(shè)備和安防設(shè)備。
2．1 社區(qū)健康監(jiān)控中心
    社區(qū)健康監(jiān)護(hù)中心利用通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，傳輸多媒體醫(yī)療信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離醫(yī)療監(jiān)控活動(dòng)。監(jiān)護(hù)中心可通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)觀察用戶基本狀況，根據(jù)家庭主站發(fā)出的用戶生命參數(shù)，綜合判斷用戶的身體狀況，再通過(guò)家庭主站簡(jiǎn)單控制用戶家居環(huán)境，如控制電燈開關(guān)、多功能護(hù)理床面板的位姿等。圖2為社區(qū)健康監(jiān)控中心及功能示意圖。

2．2 家庭系統(tǒng)
    家庭系統(tǒng)通過(guò)家庭主站實(shí)現(xiàn)家庭安全、舒適、信息交互與通信，包括多功能護(hù)理床、生理指標(biāo)檢測(cè)儀器、視頻監(jiān)視設(shè)備、、智能家居電器設(shè)備、安防設(shè)備等5種。這里介紹其中3種：
    (1)多功能護(hù)理床 輔助用戶完成起身、躺下、左翻身、右翻身等6個(gè)姿態(tài)變換。其床體面板由6塊板塊組成，每塊板都配有獨(dú)立電機(jī)，用以控制其位姿變換。為了便于智能控制護(hù)理床，在床身安置6個(gè)傳感器，實(shí)時(shí)了解床面板位姿。
    (2)生理指標(biāo)檢測(cè)儀器 包括心電圖儀、心血管儀等生理指標(biāo)檢測(cè)儀表，儀表采集的用戶生理信息經(jīng)DSP調(diào)制后傳送到監(jiān)控中心，顯示為圖像信息。
    (3)視頻監(jiān)視設(shè)備 包括帶云臺(tái)的高分辨率CCD攝像頭和視頻服務(wù)器。[!--empirenews.page--]

3 家庭主站設(shè)計(jì)
    家庭主站是負(fù)責(zé)家庭與社區(qū)健康監(jiān)護(hù)中心通信的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)智能終端，其接收室內(nèi)相關(guān)家電設(shè)備信息并傳至監(jiān)控中心，同時(shí)接收監(jiān)控中心發(fā)送的控制信息，遠(yuǎn)程控制家電設(shè)備。
    本遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的家庭主站主要由嵌入式DSP構(gòu)成。DSP選用TMS320F2812型DSP開發(fā)板，處理家庭內(nèi)各種家電設(shè)備與護(hù)理中心之間的大信息流。本監(jiān)控系統(tǒng)將DSP嵌入便攜式控制器中，并安裝在多功能護(hù)理床上，便于用戶操作。該控制器帶有一液晶顯示屏和若干按鈕，包括床體、家電、語(yǔ)音和報(bào)警等控制按鈕。利用該控制器，用戶可手動(dòng)或由監(jiān)護(hù)中心遠(yuǎn)程控制室內(nèi)相關(guān)家電設(shè)備。發(fā)生緊急情況時(shí)，如用戶暫時(shí)失去知覺(jué)，監(jiān)護(hù)中心會(huì)自動(dòng)分析家庭主站傳送的用戶生理數(shù)據(jù)信息并結(jié)合視頻信息發(fā)出報(bào)警，告知醫(yī)護(hù)人員。根據(jù)模塊化的設(shè)計(jì)思路，DSP劃分為多功能護(hù)理床控制、生理數(shù)據(jù)信息采集傳輸、智能家居控制、視頻傳輸控制、人機(jī)對(duì)話、網(wǎng)絡(luò)通訊、RS485、USB等模塊。以下重點(diǎn)介紹多功能護(hù)理床控制模塊和和生理數(shù)據(jù)信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)。
3．1 多功能護(hù)理床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    多功能護(hù)理床的控制分為手動(dòng)和遠(yuǎn)程兩種控制方法，這兩種方式均通過(guò)DSP進(jìn)行控制。TMS320F2812型DSP開發(fā)板上有相應(yīng)的電機(jī)控制接口EVA和EVB，可提供24 V直流電壓為對(duì)功能護(hù)理床伺服電機(jī)供電，該電機(jī)控制接口EVA、EVB通過(guò)控制繼電器控制電機(jī)的啟停。圖3為多功能護(hù)理床控制模塊主程序流程。

    電機(jī)控制接口EVA的時(shí)間管理器模塊初始化相關(guān)代碼如下：

3．2 生理數(shù)據(jù)信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)[!--empirenews.page--]
    TMS320F2812型DSP通過(guò)相關(guān)傳感器和模擬電路采集用戶的各種生理信號(hào)，并將其傳送到社區(qū)健康監(jiān)護(hù)中心。這里以心電信號(hào)檢測(cè)儀為例，介紹用戶生理信號(hào)的采集。心電信號(hào)檢測(cè)儀獲取用戶的心電信號(hào)，DSP采集這些數(shù)據(jù)信息并上傳至社區(qū)健康監(jiān)護(hù)中心，顯示為心電圖信息。
    采集心電信號(hào)的硬件主要由模擬電路和數(shù)字電路組成，其中，模擬電路是將心電信號(hào)從人體表面取得并將其調(diào)制成0～3．3 V范圍內(nèi)的模擬信號(hào)，而數(shù)字電路則將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將采集的心電信號(hào)上傳到監(jiān)護(hù)中心。
    心電輸入電極得到心電信號(hào)后，將信號(hào)上傳至保護(hù)限流電路，獲得約1 mV心電信號(hào)再經(jīng)前置放大電路。為了消除工頻、肌電等信號(hào)對(duì)心電信號(hào)的干擾，將心電信號(hào)送到0．05 Hz高通濾波器，再通過(guò)50 Hz陷波器，消除頻率為50 Hz的工頻信號(hào)。經(jīng)陷波后的心電信號(hào)送到200 Hz低通濾波器，以消除肌電信號(hào)的干擾。心電信號(hào)通過(guò)上述放大濾波處理后經(jīng)光電隔離得到0～3．3 V模擬信號(hào)。
    這里著重介紹50 Hz陷波器的設(shè)計(jì)。有源雙T陷波電路的設(shè)計(jì)主要是雙T網(wǎng)絡(luò)R、C參數(shù)配置，由運(yùn)算放大器輸入阻抗的限制提出要求。首先根據(jù)需要確定電容為0．033μF，則電阻R=100 kΩ，Q=2．5，K=0．9。這里采用LM324低功率運(yùn)算放大器。該放大器可工作電源為低至3 V或者高至32 V。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置電源的必要性。輸出電壓范圍包括負(fù)電壓。圖4為陷波器電路。

    TMS320F2812型DSP的A／D轉(zhuǎn)換器處理0～3．3 V模擬信號(hào)后，得到16位數(shù)字信號(hào)。DSP使用SPI總線讀取數(shù)字化心電信號(hào)。這里需要注意以下幾點(diǎn)：(1)為避免出現(xiàn)嚴(yán)重誤碼，SPI速率不應(yīng)超過(guò)15 MB／s。(2)主模式和從模式的極性必須相同。本系統(tǒng)設(shè)置主模式為上升沿采樣，下降沿輸出。從模式也應(yīng)設(shè)置相同，否則會(huì)出現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。(3)為避免數(shù)據(jù)丟失．應(yīng)注意SPI FIFO的用法。首先，判斷SPI TX FIFO中字的個(gè)數(shù)。如果FIFO已有16個(gè)字，此時(shí)應(yīng)該停止發(fā)送新數(shù)據(jù)，而等待SPI總線上主機(jī)的時(shí)鐘將TXBUF里數(shù)據(jù)移出，F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)自動(dòng)裝載一個(gè)字到TXBUF里，這時(shí)才能發(fā)送新數(shù)據(jù)。圖5為系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4 結(jié)論
    將昂貴的、復(fù)雜的、只能應(yīng)用于醫(yī)院的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為成本低廉、操作簡(jiǎn)單、可應(yīng)用于家庭中的家庭主站，并將其嵌入便攜式控制器中，可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜功能，如遠(yuǎn)程控制等。這樣節(jié)約成本，方便使用。該系統(tǒng)還可擴(kuò)展醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的功能，比如利用Internet和GPS將用戶的信息傳遞給用戶親屬；或在經(jīng)?；顒?dòng)的家庭區(qū)域安裝攝像頭，利用專家系統(tǒng)根據(jù)用戶的異常行為對(duì)其身體狀況進(jìn)行診斷。