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1、 An Integrated Wireless-Based Physiological Signal Monitoring System Po-Chang Chiu, Ken-Ming Chen and Jenn-Jong Shieh Department of Electrical Engineering, Ta Hwa Institute of Technology 摘要 本文以無線式整合生理訊號監控系統、緊急事故通知與緊急醫療回應的模組等功能，除可有效降低醫護人員親臨的危險並即時同步更新資料庫外，更可節省人力成本及降低因人為疏失造成的資料不完整與錯誤。 關鍵字：無線式，生理訊號監控系統，
2、液晶顯示。 一、前言 近十年來，網際網路已成為個人和企業界不可或缺的工具， 提昇公眾無線寬頻網路應用普及更為國家發展重點計劃之一 1，冀期能建立一個無線上網的應用島。現今生活也因此常聽到行動通訊、行動辦公室與行動廚房等名詞，彷彿產品或系統只要與行動二字連接在一起，便能引起市場注意共鳴，提高自身競爭力。目前在全球各級醫療院所，行動醫療在一片倡導醫療資訊電子化的聲浪中早已是耳熟能詳。然而醫療院所彼此之間或各系統之間，如何得到快速且可靠的病歷交換，以提供給病患及家屬完整的檢驗報告並讓醫師及護理人員有更多的資訊做更為準確的判斷和治療乃生理訊號監控系統 (physiological signal mon
3、itoring system，PSMS)之設計精神所在。此外相對於行動醫藥囑系統、行動護囑系統、行動長期看護系統，在不失去原有的醫療品質下，有效降低醫護人員親臨重症、隔離或傳染性疾病病房現場檢視的危險，與在第一時間通知相關的醫護人員並做相關的醫護措施，更 PSMS 的主要研究重點。 本文以無線式 (wireless) 整合無線通訊網路系統、病歷資料庫系統、電子病歷表系統、巡察房監控系統、緊急通知系統與緊急回應處理等系統，以達醫療零距離、護理零時差、所見即所得、所做即所成、節省人力成本、縮短建檔時間、簡化工作流程、資訊的可靠性傳輸、提昇醫療品質與效率及降低醫療資源的浪費等重要功能。 二、系統架構
4、 圖 1 所示為本文所規劃之整合型無線式 PSMS 的系統架構方塊圖。其共分為五大單元及兩大通訊界面，各功能簡述如下： 2.1 五大單元 2.1.1 病患病歷資料庫交換中心（Server） 此為本 PSMS 的病患病歷資料庫交換中心，並另有一系統名為使用者界面 (user interface, UI)，專職醫院裡所有病患的現狀記錄與監控。一有緊急事故發生時，便會立即通知相關醫護人員做立即反應處理，可說是本 PSMS 的大腦。 2.1.2 生 理 訊 號 收 發 控 制 板(physiological signal T/R/C board，TRC) TRC 為本 PSMS 的信號處理中心，除接收
5、由 Server 端傳來的 Data 及 Sensor 端傳來的生理訊號 (physiological signal)給行動液晶顯示面板(mobile LCD panel) 或將控制訊號(control signal) 給 Target 外 ， 還負責傳送醫院裡所有病患的生理訊號給病患病歷資料庫交換中心及行動液晶顯示面板，信號流動之頻繁，可說是本整合型無線式 PSMS 的心臟。 2.1.3 感測器 (Sensor) 感測器為 PSMS 的監視中心，它所偵測到的病患生理訊號，是醫護時的重要根據。加上分秒回報著病患的生理資訊，讓醫護人員就算身在遠方也可以掌握任何狀況，尤其對醫治重症隔離病房的幫助，
6、相當於本 PSMS 的感知中樞。 Physiological SignalSensorLANPhysiological Signal & Contol SignalData VectorServer2004/9/13PSM System ArchitectureMobile LCD PanelRFData VectorContol SignalTargetPhysiological Signal T/R/C Board圖 1 系統架構方塊圖 2.1.4 目的電路 (Target) 目的電路負責 PSMS 的緊急處理中心，當感測器端偵測到病患的生理狀態後，會透過 TRC 傳給病患病歷資料庫交換中
7、心，當病患病歷資料庫交換中心察覺有異，會立即發出控制訊號給 TRC ， TRC 便會對相對應的目的電路發出相對應的命令，可謂是 PSMS 的手腳。 2.1.5 行動液晶顯示面板 (Mobile LCD panel) 此為本 PSMS 的顯示中心，當醫護人員巡房時，只需在病門外佇足，便可檢視病門內的病患基本資料及病史、用藥及生理等一切狀況。 2.2 兩大通訊界面 2.2.1 局部區域網路 (Local area network, LAN) 此為 Server 與 TRC 溝通的管道，硬體採用的是 IEEE 802.3 通訊協定 2，軟體採用的是 IPV4 架構，其格式為： XXX.XXX.XXX
8、.XXX (如：140.123.2.2) 其中 XXX 的範圍為 0 255。 每間病房都有其固定的 IP address，分配方式依 IPV4 格式，可分 class A、class B、class C、class D 與 class E 五大類，其中 class A 範圍 000127.XXX.XXX.XXX class B 範圍 128191. XXX.XXX.XXX class C 範圍 192223.XXX.XXX.XXX class D 範圍 224239.XXX.XXX.XXX class E 範圍 240255.XXX.XXX.XXX 以本 PSMS 來說，Domain 應用參
9、考為： 192.000.000.001192.255.2552.255 ? 負壓病房； 193.000.000.001193.255.2552.255 ? 隔離病房； 194.000.000.001194.255.2552.255 ? 一般病房。 2.2.2 無線電頻率 (Radio Frequency ,RF) 此為 TRC 與 Mobile LCD Panel 溝通的管道，採用的是頻率為 433.5 MHz 的 RF Module。3 三、系統設計 本 整 合 型 無 線 式 PSMS 之 設 計 規 劃 分 為 硬 體 (hardware)、韌體 (firmware)、軟體 (softw
10、are) 與通訊協議（protocol）四大主題。 3.1 硬體設計 3.1.1 Server 以家用個人電腦做為本整合型無線式 PSMS 的病患病歷資料庫交換中心。為了達到效能最佳的網路規劃及資料權限設定，採用了 Microsoft Windows Server NT 作業系統來架設Server 端。此外我們採用如圖 2 所示之星狀形態 (star topology)，以避免本整合型無線式 PSMS 或網路線故障，導致癱瘓整個網路。依 IEEE 802.3 標準，每條網路線點對點可達 100 公尺長，在長距離施工可透過 HUB 來橋接，達到更遠的距離。2 3.1.2 TRC 世紀民生科技股份
11、有限公司 (Myson Century Inc.) 所設計 CS6208 晶片 4， 為壹不需再外加網路晶片之嵌入式網路微控制器 (embedded network microcontroller)，故相當適合作為 TRC 核心處理器。另一方面，利用基本的 8051 和網路功能5-7，吾等可相當容易地透過它與 Server 和其它周邊溝通，舉凡控制信號或收集資料，都將由 CS6208 決定。另外定義的 I/O 接腳，目的是將資料訊息透過 RF Module 傳送至行動液晶顯示面板上顯示出病患目前的狀態。圖 3 所示為TRC 電路方塊圖，礙於篇幅所限，各模組之詳細電路圖於此無法揭示。 工 作 站
12、觸 控 筆 電 腦集 線 器集 線 器A _2 病 房集 線 器A _1 病 房192.168.0.1192.168.0.2192.168.0.3192.168.0.4192.168.0.5192.168.0.6圖 2 Server 的星狀形態 PowerRJ45RS232CS620824C256 EEPROMAT49HF010 Flash ROMPhysiological Signal T/R/C Board圖 3 TRC 電路方塊圖 3.1.3 Sensor 使用水位感測器、溫度感測器、壓力感測器等來偵測病患之生理訊號。水位感測器其主要在偵測點滴及病患的尿液；溫度感測器，主要在偵測病患的體
13、溫和病房的溫度，甚至做到恆溫；至於壓力感測器則是可以觀察病患的心電圖、脈膊、腦血流量或腦波等訊號，透過這些感測器，再經過本系統，醫護人員便能在病房外，即可看到病房內病患及病房內環境的測量資訊，此使得這系統非常適合在重症隔離病房裡使用。 3.1.4 Target 主要的工作是緊急通知與緊急醫護，當病患有緊急事發生或者病人有需要護理人員的幫忙，皆可透過此功能通知巡房中的醫師、護理站的護士及相關人員，簡易如在醫護人員的液晶顯示面板上及護理站的 Server 上亮起緊急燈號。另其亦結合電話控制器，當有事故，如：火警等，可對外撥號至消防隊與相關單位，以有效減低災情。 3.1.5 Mobile LCD P
14、anel 採用夆典科技股份有限公司所出產以 ATMEL 89C52 做為核心運算處理器的 LCD Panel 8。 3.2 韌體設計 3.2.1 TRC 圖 4 所示為 TRC 核心運算處理器程式流程圖 。 此程式最主要的功能就是 Sensor 將病房內病人的生理訊號及病房狀況傳送到 TRC，透過 TRC 將這些訊號再傳至給 Server 及巡視病房的醫師，讓 Server 端的資料及醫師手上的 LCD Panel 都能同時有最新的資料，以便提供即時的醫療服務以及事故的即時處理。 3.2.2 Mobile LCD Panel Mobile LCD Panel 之核心運算處理器程式設計流程如圖5
15、 所示。此程式最主要的功能，就是接收由 Server 端經 TRC透過 RF 發送依照通訊協議封包好的資料，再以固定解碼方式將封包內的資料解出，並按 LCD 顯示演算法送至液晶顯示面板顯示。 3.3 軟體 採用 LabVIEW 9 做為 Server 端的資料庫、記錄與監控UI 程式，其程式設計流程圖如圖 6 所示。 3.4 通訊協議 此乃制定Server與TRC之間及TRC與Mobile LCD Panel之間通訊的標準，Packet 以 Start Byte （固定為 0xA5） 為開始，Stop Byte（固定為 0xFF）為結束，下達控制訊號或處理資料用 CMD Byte 來決定，Da
16、ta Byte 將隨附在 CMD Byte 之後。圖 7 所示為封包格式。 四、測試結果 為驗證並測試本文所提之整合型無線式生理訊號監控系統功能之正確性，測試規劃分成三個階段。 第一個階段：在 TRC 接受到 Sensor 傳來的訊號會送到PC 端，因此在此階段中，測試了 PC 端是否有抓到 TRC 板，他們之間是否正常連結，再來就是測試資料是否正常傳送，下圖便是利用 Windows 系統中，利用終端機的功能去抓取TRC 板的 IP address。 第二個階段：此階段中，主要測試 LCD 部份的顯示是否正常，是否正確的秀出 Sensor 傳來的資料。 第三個階段：測試到這個階段，表示已經到最後階段，在這階段中，主要測試 TRC 送給 PC 及 LCD 時，資料的一致性及完整的系統是否正常的工作。 圖 4 TRC 核心運算處理器程式流程圖 圖 5 Mobile LCD Panel 核心運算處理器程式流程圖 圖 8 與圖 9 所示分為本整合型無線式生理訊號監控系統之Mobile
