多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀

1  工作原理

　　便攜式微電腦多參數(shù)生理監(jiān)護(hù)儀的主機(jī)由兩個(gè)16位微控制器80C196組成。

　　系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)檢測(cè)與預(yù)處理模塊將生物醫(yī)學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并進(jìn)行干擾抑制、信號(hào)濾波和放大等預(yù)處理。然后，通過(guò)數(shù)據(jù)提取與處理模塊進(jìn)行采樣、量化，并對(duì)各參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果與設(shè)定閾值比較，進(jìn)行監(jiān)督報(bào)警，將結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到RAM，并可實(shí)時(shí)傳送至PC機(jī)上，在PC機(jī)上可實(shí)時(shí)顯示各參數(shù)值。

　　原理

2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。該監(jiān)護(hù)儀由兩個(gè)單片機(jī)組成雙CPU系統(tǒng)。

　　單片機(jī)1完成對(duì)體溫、心電波形、脈搏脈形的信號(hào)檢測(cè)、處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)LCD顯示屏對(duì)各波形、參數(shù)進(jìn)行定時(shí)顯示、報(bào)警。

　　單片機(jī)2承擔(dān)其中耗時(shí)較長(zhǎng)的血壓測(cè)量及血氧飽和度的檢測(cè)，使之不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)還承擔(dān)對(duì)心率、呼吸頻率的測(cè)定。

　　兩個(gè)單片機(jī)間的信息交換通過(guò)1個(gè)8位的并行口進(jìn)行，由2根I/O口實(shí)現(xiàn)通信控制。具體是用P1口，配合兩個(gè)高速輸入、輸出I/O口（HIS.0、HSO.0），用作兩個(gè)單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。這種雙機(jī)間的連續(xù)方式屬于松耦合的多處理機(jī)系統(tǒng)（參考文獻(xiàn)8），在硬件實(shí)現(xiàn)上較為簡(jiǎn)單，只需在軟件編程時(shí)，為其通信方式設(shè)計(jì)必要的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸方式等。

3  硬件設(shè)計(jì)

　　（1）系統(tǒng)采用EEPROM 28C64作為程序存儲(chǔ)器；采用一片非易失性靜態(tài)存儲(chǔ)器（NASRAM）作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。NASRAM具有靜態(tài)存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有非易失性的特點(diǎn)。非易失性的特點(diǎn)是指存儲(chǔ)芯片在掉電的情況下，能夠正確無(wú)誤地保存所有數(shù)據(jù)，保存時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年。采用芯片的非易失性的特點(diǎn)可以不用為此芯片提供掉電備用電源，即可實(shí)現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保護(hù)。

　　（2）液晶顯示模塊

　　為了對(duì)心電波形、脈搏波形及其它生理參數(shù)進(jìn)行顯示，而且對(duì)波形顯示具有足夠的分辨率，為此系統(tǒng)采用圖形液晶顯示屏。為了減少儀器的體積，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低成本，功耗小的要求，選用了特別適用于便攜式監(jiān)護(hù)儀的單色LCD顯示屏。

　　該顯示屏為日立LMG70520XNGR液晶顯示屏，點(diǎn)陣數(shù)為640×200，點(diǎn)尺寸為0.22×0.30，其驅(qū)動(dòng)電源為+5V和-20～-21V,耗電僅8mW，能滿足本系統(tǒng)的要求。

　　為控制該顯示屏的顯示，我們選取了適用于該顯示屏的顯示控制器SED1330。該芯片是用于計(jì)算機(jī)的指令與數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序及數(shù)據(jù)控制液晶顯示屏的顯示。該控制器自帶RAM，自行管理顯示緩沖區(qū)，與CPU之間通過(guò)8位數(shù)據(jù)并行傳輸，與顯示屏之間是4位數(shù)據(jù)并行傳輸。

　?。?）鍵盤輸入模塊

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能鍵采用中斷方式輸入。當(dāng)有任一功能鍵按下時(shí)，產(chǎn)生鍵盤中斷，CPU執(zhí)行中斷程序，讀取鍵碼，執(zhí)行相應(yīng)操作；沒有鍵按下時(shí)，不占用CPU的運(yùn)行時(shí)間，提高了CPU的運(yùn)行效率。

　　鍵盤采用兩片74LS373構(gòu)成矩陣軟件編碼鍵盤，鍵盤部分直接掛在單片機(jī)1的總線上。不占用單片機(jī)I/O口線，也不必為此擴(kuò)展系統(tǒng)I/O口，可減少系統(tǒng)消耗功率。

　　通過(guò)為鍵盤分配相應(yīng)的I/O地址，可采用讀寫該地址的方式獲得鍵碼。硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，軟件編程方便。

　　（4）電源系統(tǒng)

　　基于低功耗和便于攜帶使用的考慮，系統(tǒng)采用電池供電及外接AC-DC變換器件供電的方式。設(shè)計(jì)采用三節(jié)1.5V電池供電。該電壓通過(guò)穩(wěn)壓器件提供+5V的電壓給系統(tǒng)工作。同時(shí)采用DC-DC電壓變換器+5V的電壓變換至-18～-24V電壓，以提供給LCD顯示屏工作。

　　選擇電池作為電源是基于如下考慮：具有高輸出能力、小型結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)尺寸和低價(jià)格。

　　（5）外圍器件控制

　　系統(tǒng)各外圍器件的片選信號(hào)由74LS373鎖存的地址信號(hào)，經(jīng)芯片GAL16V8C譯碼產(chǎn)生。GAL芯片是可編程邏輯陣列，通過(guò)對(duì)其引腳的編程，將其作為譯碼器，依據(jù)P4口高字節(jié)8位地址進(jìn)行片選，其編程方便，使用靈活。系統(tǒng)除用作譯碼器外，在單片機(jī)2中，還用作控制氣泵和氣閥的開關(guān)。

　　通過(guò)簇已分配給氣泵或氣閥I/O口地址，寫上“0”或“1”，則輸出引腳OUT1、OUT2為低或高電平。該電平將保持，直到再次往同一地址寫“1”或“0”，如此，可定時(shí)控制氣泵或氣閥開關(guān)。

4  軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件的主要特點(diǎn)是，以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為核心，以功能獨(dú)立化、結(jié)構(gòu)模塊化為軟件設(shè)計(jì)模式。系統(tǒng)開發(fā)采用了結(jié)構(gòu)化的，從上到下的模塊劃分及從底到上的硬件功能封裝的軟件開發(fā)設(shè)計(jì)方法。本系統(tǒng)采用C96語(yǔ)言進(jìn)行軟件系統(tǒng)開發(fā)。

5  數(shù)據(jù)采集

　　數(shù)據(jù)采集到整個(gè)系統(tǒng)最重要的問(wèn)題。如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，并且能高效率地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，盡可能少的時(shí)間占用少的系統(tǒng)資源，對(duì)于多參數(shù)同時(shí)監(jiān)護(hù)的情況下，是確保系統(tǒng)處理的實(shí)時(shí)性的重要因素。

　　在軟件設(shè)計(jì)中，我們利用硬件定時(shí)器及軟件定時(shí)器，進(jìn)行定時(shí)中斷，進(jìn)行多通道、多采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集流程設(shè)計(jì)。由于人體生理信號(hào)的變化較緩慢，采用此種方法已經(jīng)可以確保高精度、實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)采集。

6  液晶顯示

　　系統(tǒng)顯示功能的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上是對(duì)顯示控制器SED1330的編程控制。SED1330控制器具有系統(tǒng)控制、顯示操作、繪制操作、存儲(chǔ)操作等共15條指令。

　　在進(jìn)行系統(tǒng)顯示模塊的編程時(shí)，我們利用C96語(yǔ)言對(duì)SED1330的指令功能進(jìn)行分類組合、封裝，編制了一個(gè)基本的顯示控制圖函數(shù)庫(kù)。通過(guò)對(duì)子函數(shù)的調(diào)用，非常方便地實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)。

　　中國(guó)監(jiān)護(hù)儀的發(fā)展趨勢(shì)

　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)醫(yī)院加快了信息化的建設(shè)進(jìn)程，這將使醫(yī)院信息系統(tǒng)逐步走向“以病人為中心”的臨床信息系統(tǒng)，醫(yī)院也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣芾聿∪诵枰姆?wù)模式。醫(yī)院信息化需要醫(yī)療設(shè)備的信息化和數(shù)字化，傳統(tǒng)的監(jiān)護(hù)儀已經(jīng)開始想信息監(jiān)護(hù)儀發(fā)展，這種集病人生命體征監(jiān)護(hù)、臨床信息處理、數(shù)據(jù)交互、設(shè)備信息集成于一體的監(jiān)護(hù)儀將給廣大的醫(yī)護(hù)人員在日常的臨床醫(yī)療活動(dòng)中帶來(lái)極大的幫助。