基于LABVIEW的远程医疗监控系统设计
摘 要
随着信息技术和通信技术的飞速发展，医疗设备逐步趋向智能化、信息化和网络化，为远程医疗监护的研究奠定了技术基础。作为一种新兴医疗方式，远程医疗监护可以减少患者往返医院次数和住院时间、降低医疗成本，同时方便与医护人员及时沟通、促进病情恢复。当前常见的远程医疗监护系统普遍存在价格昂贵、传输数据速率低等缺点，无法满足大范围普及的需求，采用虚拟仪器LabVIEW开发监控中心服务器监控软件，包括TCP服务器程序和监控管理程序，实现了
数据采集，分析，功能实现，人机交互与监测终端的通信，以及对患者病历和生理参数的管理。最后在局域网中对监测终端和监控软件进行了测试。结果表明，本文设计的远程医疗监护系统能稳定可靠的运行，实现了人体监护参数的上传，达到了远程监护目的。
关键词：远程医疗监护；LabVIEW；数据采集；分析；功能实现；人机交互
Abstract
With the rapid development of information technology and communication technology, medical equipment gradually tends to be intelligent, informational and networked, which lays a technical foundation for the research of telemedicine. As a new type of medical treatment, telemedicine can reduce the number of hospital visits and hospitalization time, reduce the cost of medical treatment, and facilitate the timely communication with the medical staff and promote the recovery of the disease. At present, the common telemedicine system has the disadvantages of high price and low rate of data transmission. It can not meet the needs of widespread popularization. The monitoring and monitoring software of monitoring center server is developed by using virtual instrument LabVIEW, including TCP server program and monitoring and management program.Data acquisition, analysis, function realization, communication between human computer interaction and monitoring terminal, and management of patient's medical records and physiological parameters. Finally, the monitoring terminal and monitoring software are tested in LAN. The results show that the telemedicine monitoring system designed in this paper can run stably and reliably, and realize the uploading of human monitoring parameters, so as to achieve the purpose of remote monitoring.
Keywords: telemedicine monitoring; LabVIEW; data acquisition; analysis; function realization; human-machine interaction.
目录
摘 要 I
第一章 绪论 1
1.1 远程医疗监护的背景和意义 1
1.2 远程医疗监护的发展状况 2
1.3 远程医疗监护与嵌入式Internet结合的趋势 2
1.4 本文内容及结构安排 3
第二章 系统结构和嵌入式Internet实现方案 4
2.1 系统结构 4
2.2 嵌入式Internet关键技术 4
2.2.1 TCP/IP协议族 4
第三章 监测终端硬件设计 6
3.1 硬件总体设计 6
3.2 AT91SAM7X256简介 7
3.2.1 ARM7TDMI体系结构 7
第四章 监测终端软件设计 8
4.1 软件总体设计 8
4.2 RT_Thread简介 9
4.2.1 内核模块 9
4.2.2 轻型TCP/IP协议栈LwIP 10
4.3 移植代码层实现 10
4.3.1 start.S的实现 10
4.3.2 stack.c的实现 11
4.3.3 context.S实现 12
4.4 设备驱动层实现 13
4.4.1 以太网驱动 14
4.4.2 串口驱动 19
4.4.3 4×4键盘驱动 20
4.4.4 LCD驱动 21
4.4.5 DataFlash驱动 23
第五章 LABVIEW远程医疗监控系统软件设计 25
5.1 服务器总体结构 25
5.2 LabVIEW简介 25
5.3 监控管理程序实现 27
5.3.1 管理界面 27
5.3.2 数据库访问 27
5.3.3 程序具体实现 28
5.4 TCP服务器程序实现 29
5.4.1一点对多点TCP服务器实现 29
5.4.2具体通信程序 31
5.5 本章小结 32
第六章 系统功能验证 33
6.1 测试平台搭建 33
6.2 测试过程及结果 33
参考文献 37
第一章 绪论
1.1 远程医疗监护的背景和意义
随着经济和科技的进步，人口的老龄化日益凸显，联合国发表报告指出：当二十一世纪上半叶到来时，全球人口将增加0.6倍，而老年人口将增加2.3倍，老年人口占总人口的比例将上升到20%。人口老龄化将引起社会对老年人健康以及医疗的关注[1]。
在老年人的多发疾病中，恶性肿瘤、脑血管、心血管、呼吸系统疾病是造成死亡的主要病因。预防和控制这些慢性病和退化性疾病，直接关系到老年人的健康和生命。而这些疾病不是一两天就能治愈的，需要长期追踪与治疗，但是医院的病床不能满足需求并且住院费用庞大，这样老年病人就需要定期回院复诊，这不但浪费了病人往返医院的时间和金钱，而且导致病人缺乏长期有效地病情监控与护理。另一方面老年病人更愿意接受家庭环境下的医疗监护，因为经常的外出就医会加重病人的精神负担，不利于病情的康复[3]。
同时经济发展的不平衡导致了各地医疗水平的差异，许多偏远地区的人享受不到大医院的先进医疗监护。
因此，人们提出了远程医疗监护，即使用远程通信与信息技术为监护对象提供检测、监控、治疗、教育和信息服务，这样老年病人或偏远地区的患者可以在家中接受主要生理参数（如心电、血压、体温、呼吸、血氧饱和度等）的检测，以及进行医学咨询并接受治疗和护理指导。
发展远程医疗监护具有重要的意义[2-10]：
（1）缩短医生和患者之间的距离，为患者提供及时救助，减少患者或医护人员的路途奔波。
（2）对自理能力较差的老年人和残疾人的日常生活状态实施远程监护，不仅能提高医护人员的护理水平和患者的生活质量，还可以评估监护对象的独立生活能力和健康状况。
（3）远程监护可以在患者熟悉的环境中进行，减少了患者的心理压力，提高了诊断的准确性。
（4）对健康人群的远程监护，可以发现疾病的早期症状，从而达到保健和预防疾病的目的。
（5）普及医疗，提高边远和落后地区的医疗水平，这对于幅员广阔的国家尤为重要。
（6）方便及时，如居家医疗护理、康复指导、危险性疾病猝发时的救护指导等，使医学和医疗直接服务到个人。
1.2 远程医疗监护的发展状况
最早应用远程监护的是美国航天局20世纪70年代运用远程监护技术对太空的宇航员进行生理参数监测。所有宇航员都穿上带有生物传感器的制服，将监测数据从太空船及月球表面送到地面接收站，监测参数包括：心率、体温变化、呼吸、两导联心电图、氧气消耗和二氧化碳分压，地面接收站的医生可以根据这些数据评价宇航员的生理状态，还能在宇航员生病时提供实时监护[4]。由于受到信息的传送量和通信条件的制约，此时的远程医疗的发展比较缓慢，仅仅在航天等尖端科技领域内进行，正如许多高新科技从专业领域走向大众一样，远程医疗被越来越多的专家研究，以造福普通人[8]。
80年代后期到90年代初，伴随着计算机硬件价格和通讯费用的下降，远程医疗监护逐渐走向了军民两大领域。从Medline所收录的文献数量看，1988~1997年的10年间，远程医疗方面的文献数量呈几何级数增长[5]。在远程医疗系统的实施过程中，美国和西欧国家发展速度最快，通信方式多是卫星和综合业务数据网，在远程咨询、远程会诊、医学图像的远距离传输、远程会议和军事医学方面取得了较大进展[9]。
到了21世纪，通信技术的进一步发展，如互联网，移动网等，使远程医疗监护技术进一步成熟，家庭监护和社区医院成为其主要形式。
2001年，Alfredo I Hermandez等学者研发了一套基于网络的心电图实时传输系统。系统前端的信号依靠单片机控制的便携式模块获取，除了与个人计算机通信外，也可根据PC发来的信号决定采样率与数模转换的分辨率。网络传输部分采用主从式网络，使用者拨号与服务器连接后，即可传送生理参数与资料，供医护人员进行诊断和存储[6]。
在国内，第三军医大学承担了“863”家庭数字化医疗监护系统研究项目，研制了一套基于掌上电脑的多生理参数监护网络系统，设计了心电监测、血压监测、活动监测、老年人活动监测等监测模块以及无线发射接收模块，在利用标准的RS232接口与掌上电脑连接，由掌上电脑对测量仪器进行控制并接收监测数据，最后利用其内置的调制解调器通过电话线与监测中心建立远程通信[7]。
2005年6月10日，亚洲第一家“院外心脏远程移动监护中心”落户具有百年历史的山东大学齐鲁医院。该中心的建成，标志着亚洲第一个基于中国移动GPRS无线通信网络构建的院外心脏远程监护系统正式投入临床应用[11]。
