重癥救護車急救智能輔助系統的設計與實現

急救輔助系統基于EC5-1719CLDNA高性能單板電腦,添加人體生命征監測傳感、音視頻模塊、無線傳輸模塊、數據庫及應用軟件,以及心電監測設備,實現了人體生命征實時采集監測、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。利用本系統在院前急救環節對患者進行快速病情診斷及指導急救,有效地降低病人死亡率和傷殘率。

0 引 言

對于意外事故、突發疾病等疾病,都存在急救“時間窗”,如果能夠在院前急救環節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,醫療救護車上的流動醫療小組很難配備經驗豐富的專科醫生,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)為系統內核,結合人體生命征監測傳感、音視頻模塊、TD-SCDMA無線傳輸模塊、GPS模塊所實現的救護車急救智能輔助系統為此提供了一個有效的解決方案。

1 系統設計與實現

系統由救護車端和急救中心端兩部分組成,雙方通過TD-SCDMA 無線模塊進行數據通信。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,并將采集的數據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。

急救中心端負責管理和調配救護車,接收各救護車發送的實時生命征數據和初步診斷結果,并通過實時音視頻通信,為急救中心專家提供數據、圖像等診斷參考,以指導救護車實施更有效的救治方案。

整個系統總體框圖如圖1所示。

圖1 重癥救護車輔助系統總體框架

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。設計框圖如圖2所示。

圖2 救護車端功能系統結構

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據采集模塊;完成對病人數據分析結果顯示的人機交互模塊;完成與中心聯系的無線模塊;完成與中心進行視頻對話的聲音圖像處理模塊。

其中數據采集模塊為整個系統的關鍵部分,采集所得到的信號由16位∑-Δ模/數轉換器AD7705實現,該芯片內含數字濾波器,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進行分析處理。

由于本系統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卡來接收救護車終端的數據外,本系統在救護車終端還采用科瑞特公司的GPS模塊(標稱定位精度10 m),通過GPS終端從衛星獲得本地的GPS坐標,根據定位的信息,幫助救護車端和急救中心端了解救護車的當前位置。

同樣,在移動中傳送音視頻也比靜止中提出了更高的要求,本系統采用了套接字(Socket)技術,通過無線方式進行音視頻數據傳輸。同時為了緩解在網絡通信不好的情況下導致的數據積壓,數據不能發送出去的情況,系統發送端采用停等策略,即每次發送完數據后對接收端進行監聽,設置標志位,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,向發送端發送標志位,使接收端開始壓縮,傳送下一幀數據。這樣,當網絡異常時,由于停止壓縮,這樣就不會造成數據積壓。

2 系統測試

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,與本系統系統輸出波形進行比較。波形如圖3,圖4所示。

圖3 示波器輸出脈搏波形

圖4 本系統輸出波形

對不同年齡、性別及不同狀態下的被測者進行脈搏的測量,結果有差別。

測試結論:通過與常規測量搏的方法進行比較,發現系統測量脈搏更加準確,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 本系統輸出波形

測試結論: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,發現呼吸的頻率和醫學理論值相符。

2.3 體溫血壓模塊測試

針對不同被測者,分別用標準體溫計與本系統進行測量,部分測量數據如表1所示。

表1 部分測量數據

測試結論:用體溫計和該系統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,使測量結果存在一定的誤差,但由于誤差很小,其測量結果可以用于醫學診斷。

對不同年齡、性別及不同狀態下的被測者進行血壓測量。如表2所示。

表2 測量結果

測試結論:用常規血壓計和該系統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,兩者結果基本一致。

2.4 心電模塊測試

通過心電儀獲取數據,存儲到數據庫中,然后從顯示界面得到十二導聯的波形圖及數據處理結果和病情診斷的結果。實驗選擇一位二十多歲的正常青年進行心電檢測,以第一導聯為例:

第一導聯對應的波形及診斷結果顯示如圖7所示。

圖7 心電圖測試診斷結果

本軟件功能:可以對十二導聯心電波形同時顯示,對十二導聯波形數據都進行了處理,通過選擇和打開不同的窗口可以觀察病情診斷結果、數據處理結果等。實時監測總界面見圖8。

圖8為某一被測者的總體測量結果圖。

圖8 實時監測界面

3 結 語

重癥救護車急救智能輔助系統是以急救為中心,集成了實時監控、病情診斷、遠程醫療等功能的系統。該系統依據急救急診學并融合無線網絡、數據庫、傳感、音視頻、GPS等多項技術,功能強大、穩定性好,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。

在此基礎上,系統還能進一步完善和擴展。比如在急救中心端增加生理參數數據記錄和分析功能,還可添加腦電分析,進而形成一個全方位的醫療監測和診斷輔助系統。另外,可把急救中心端設計成一個專家網絡,使專家遠程診斷不受地域限制。

本系統的設計方案在應用領域也有很大的可擴展性,例如,可將其設計為便攜式的設備,用于野外探險等特殊環境,因此其有著廣闊的應用前景。