无线远程医疗监护系统的设计

摘要：介绍了一种基于GPRS技术的无线远程医疗监护系统。以SPCE061A为主控芯片，将数据采集模块和GPRS通信模块相结合，以无线的方式连接到Internet，由监护中心接收数据并保存到数据库中。运用LabVIEW工具进行监控中心服务器端主面板的设计与处理，实现对患者生理参数的远程监测、分析及异常情况的判断和报警。阐述了系统的总体结构，从硬件和软件两个方面说明了系统的设计及实现方法。系统具有结构简单、实时性强、传输数据量大，在自然灾害和战争中伤病员的现场抢救等方面，具有良好的应用前景。
关键词：GPRS；医疗监护；单片机；LabVIEW

远程医疗监护是利用远程通信技术和计算机技术实现远距离的疾病诊断、疾病治疗和健康护理等多种医学功能的一种医疗模式。它实时、连续、长时间地监测病人重要的生命体征参数，使得医护人员获悉病人状态，以便做出正确的判断和处理，在患有突发性和危险性疾病病人的监护、战争及自然灾害中伤病员的抢救等领域均具有重要的作用。目前，远程监护主要基于电话网、Internet及无线通信网络，因移动通信网络覆盖广、运行费用低，将无线通信技术与Internet技术相结合已成为无线远程医疗监护研究的热点。为了实现低成本、小型化和移动灵活的特点，系统设计以SPCE061A为主控芯片，将采集模块和GPRS(General Packet Radio Service)通信模块相结合，实现生理参数的无线传输。数据通过无线网络传到设在中心医院的监护中心，利用中心医院先进的医疗技术和专家队伍，保证病人在院内和院外得到及时地、有效地、专业地救治。

1 监护系统的总体结构
系统设计由智能监护终端、GPRS通信模块(GPRS网络)、Internet公共网络、数据服务器、医院局域网及医院监护中心等部分组成，其框图如图1所示。其中，监护中心服务器端随时处于监听状态，实时响应用户发出的连接请求与读取请求，与之建立连接。智能监护终端可应用到家庭、急救车、救灾或战争急救现场，对病人的生理参数进行采集、处理、显示并作远距离传输。在救护车、救灾或战争急救现场监护终端利用GPRS模块以无线的方式连接到Inteenet；社区及附属医院通过独立上网或者以无线的方式连接到Internet；在中心医院内由医院的局域网将数据传输到监护中心，监护中心专家对数据进行统计观察及时地为病人诊断和提供救治指导，实现远程医疗。

2 监护终端的硬件设计
监护终端以心电采集模块为核心，扩展血压测量OEM模块、血氧饱和度OEM模块、大容量FLASH存储器和无线传输GPRS模块等外围设备。其中，心电采集模块以16位SPCE061A单片机为控制芯片，扩展前置放大电路、滤波电路、工频陷波电路及心电导联等部分。SPCE061A是一款台湾凌阳公司推出的具有语音处理μ’nspTM结构的微控制器，采用Soc构架，芯片带有硬件乘法器，能够实现乘法、内积等复杂运算。CPU时钟为0．32～49．152 MHz(2．4～3．6 V)；内置2K字SRAM和32 K字FLASH；32位可编程的多功能I／O端口；14个中断源；两个16位定时／计数器；可编程音频处理；7通道10位电压模／数转换器；双通道10位DAC方式的音频输入功能，只需外接功放即完成语音播放，方便实现系统的语音功能。
监护终端完成生理信号的采集和处理一方面在现场显示，另一方面发送给GPRS模块，利用单片机控制GPRS模块的启动、连接、模式转换等，并在资料模式下将经过加密和容错处理后的数据实时发送到监护中心服务器，实现系统功能。硬件结构如图2所示。

2．1 心电采集和调理模块
心电信号是一种低频率的微弱双极性信号，带宽集中在0．05～100 Hz，幅度只有mV量级，快速检测并提取清晰的心电信号是进行监护和分析诊断的基础。实际采集到的心电信号常混有直流和高频干扰及人体运动、呼吸引起的基线漂移和肌电干扰，系统设计利用心电导联线获取心电信号，经AD623差分放大器完成前置放大，经后续的多级放大、滤波电路和陷波电路完成信号的调理，再送入单片机的电压模／数转换器完成心电信号的数字化。在采集端设有导联脱落检测语音报警电路，避免因患者移动造成导联脱落。心电信号的采集调理电路结构如图3所示。

由于心电信号是高内阻的微弱信号源，源阻抗不稳定，受周围电磁干扰(50 Hz工频信号)大。因此，前置放大器要求具有高增益且可调节、高输入阻抗和高共模抑制比，以消除工频及电极化电压的干扰；输入失调电压和偏置电流孝温漂孝以保证信号的稳定性。系统设计采用ADI公司的仪表放大器AD623作为心电信号前置放大器的核心器件，其内设过压保护和高精度偏置与反馈电阻，输入失调电