重症救护车急救智能辅助系统的设计与实现

急救辅助系统基于EC5-1719CLDNA高性能单板电脑,添加人体生命征监测传感、音视频模块、无线传输模块、数据库及应用软件,以及心电监测设备,实现了人体生命征实时采集监测、病史采集、病情快速诊断、疑似病例查询、远程专家急诊、心电分析等功能。利用本系统在院前急救环节对患者进行快速病情诊断及指导急救,有效地降低病人死亡率和伤残率。

0 引 言

对于意外事故、突发疾病等疾病,都存在急救“时间窗”,如果能够在院前急救环节快速诊断并施予有效急救,在很大程度上能降低其死亡率和致残率。但是,由于客观条件的限制,医疗救护车上的流动医疗小组很难配备经验丰富的专科医生,从而没有采取最及时有效的措施,或错过了最佳的救助时机。

针对以上问题,本文利用EC5-1719CLDNA(嵌入之星)为系统内核,结合人体生命征监测传感、音视频模块、TD-SCDMA无线传输模块、GPS模块所实现的救护车急救智能辅助系统为此提供了一个有效的解决方案。

1 系统设计与实现

系统由救护车端和急救中心端两部分组成,双方通过TD-SCDMA 无线模块进行数据通信。救护车端主要完成对病人的生理特征(体温、脉搏、呼吸、血压)的采集,病人心电图的分析,并将采集的数据实时通过无线模块传送到救护中心端,用以方便中心对病人做出全面的远程诊断。

急救中心端负责管理和调配救护车,接收各救护车发送的实时生命征数据和初步诊断结果,并通过实时音视频通信,为急救中心专家提供数据、图像等诊断参考,以指导救护车实施更有效的救治方案。

整个系统总体框图如图1所示。

图1 重症救护车辅助系统总体框架

救护车端采用EC5-1719CLDNA(嵌入之星)高性能单板电脑,利用集成化的传感器对脉搏、体温、呼吸信号进行实时采集处理和传输。设计框图如图2所示。

图2 救护车端功能系统结构

整个救护车端可以分为四个模块:完成对病人生理特征采集的数据采集模块;完成对病人数据分析结果显示的人机交互模块;完成与中心联系的无线模块;完成与中心进行视频对话的声音图像处理模块。

其中数据采集模块为整个系统的关键部分,采集所得到的信号由16位∑-Δ模/数转换器AD7705实现,该芯片内含数字滤波器,因此省去了单独的滤波电路,同时达到了很好的滤波效果。采用的控制由两片单片机进行控制,采集得到的信号送到主控系统进行分析处理。

由于本系统中救护车是在移动中与中心端进行交互的,在中心端配置了无线网卡来接收救护车终端的数据外,本系统在救护车终端还采用科瑞特公司的GPS模块(标称定位精度10 m),通过GPS终端从卫星获得本地的GPS坐标,根据定位的信息,帮助救护车端和急救中心端了解救护车的当前位置。

同样,在移动中传送音视频也比静止中提出了更高的要求,本系统采用了套接字(Socket)技术,通过无线方式进行音视频数据传输。同时为了缓解在网络通信不好的情况下导致的数据积压,数据不能发送出去的情况,系统发送端采用停等策略,即每次发送完数据后对接收端进行监听,设置标志位,以判断是否停止视频帧的压缩。在接收端,接收到视频帧以后,向发送端发送标志位,使接收端开始压缩,传送下一帧数据。这样,当网络异常时,由于停止压缩,这样就不会造成数据积压。

2 系统测试

2.1 脉搏模块测试

针对同一被测者,同时用示波器测量脉搏传感器HK-2000B信号的波形,与本系统系统输出波形进行比较。波形如图3,图4所示。

图3 示波器输出脉搏波形

图4 本系统输出波形

对不同年龄、性别及不同状态下的被测者进行脉搏的测量,结果有差别。

测试结论:通过与常规测量搏的方法进行比较,发现系统测量脉搏更加准确,且利于存储及处理。

2.2 呼吸模块测试

针对同一被测者,同时用示波器测量HXH-2型呼吸波传感器信号的波形,与本系统输出波形进行比较。波形如图5,图6所示。

图5 示波器输出呼吸波形

图6 本系统输出波形

测试结论:测试波形与示波器输出波形相同,并且通过滤波,很好地去除了干扰。通过对不同人的测量,发现呼吸的频率和医学理论值相符。

2.3 体温血压模块测试

针对不同被测者,分别用标准体温计与本系统进行测量,部分测量数据如表1所示。

表1 部分测量数据

测试结论:用体温计和该系统的测温模块对于多个被测者在不同情况下进行体温测试对比,由于电子元件本身存在误差,以及电路自身的干扰,使测量结果存在一定的误差,但由于误差很小,其测量结果可以用于医学诊断。

对不同年龄、性别及不同状态下的被测者进行血压测量。如表2所示。

表2 测量结果

测试结论:用常规血压计和该系统的血压测量模块对于多个被测者在不同情况下进行血压测试对比,两者结果基本一致。

2.4 心电模块测试

通过心电仪获取数据,存储到数据库中,然后从显示界面得到十二导联的波形图及数据处理结果和病情诊断的结果。实验选择一位二十多岁的正常青年进行心电检测,以第一导联为例:

第一导联对应的波形及诊断结果显示如图7所示。

图7 心电图测试诊断结果

本软件功能:可以对十二导联心电波形同时显示,对十二导联波形数据都进行了处理,通过选择和打开不同的窗口可以观察病情诊断结果、数据处理结果等。实时监测总界面见图8。

图8为某一被测者的总体测量结果图。

图8 实时监测界面

3 结 语

重症救护车急救智能辅助系统是以急救为中心,集成了实时监控、病情诊断、远程医疗等功能的系统。该系统依据急救急诊学并融合无线网络、数据库、传感、音视频、GPS等多项技术,功能强大、稳定性好,对降低病人死亡率和伤残率提供了有效保障,具有很高的实用价值。

在此基础上,系统还能进一步完善和扩展。比如在急救中心端增加生理参数数据记录和分析功能,还可添加脑电分析,进而形成一个全方位的医疗监测和诊断辅助系统。另外,可把急救中心端设计成一个专家网络,使专家远程诊断不受地域限制。

本系统的设计方案在应用领域也有很大的可扩展性,例如,可将其设计为便携式的设备,用于野外探险等特殊环境,因此其有着广阔的应用前景。