The Technique and Application of Radio--Monitor for Medicine


吕沙里 高级工程师
俞梦孙 中国工程院院士
张宏金 研究员
空军航空医学研究所, 北京，100036 


    医用监护仪在疾病治疗和抢救中的重要价值已得到广泛认知，其应用范围也越来越广。随着各类专科加强监护病房（intensive care unit，ICU）的不断发展，对监护仪功能的要求也日渐增多。目前国内医院普遍使用的床旁六参数(心电、呼吸、体温、血氧、血压和脉搏等)监护仪已不能完全满足发展的需要。无线医用监护仪，特别是组合式无线监护仪由于具有远距离调控、多功能组合和无干扰性长时间监测等优势，显示出了良好的发展前景。
    一、 无线医用监护仪的技术类型
    无线监护仪分模拟和数字两类。模拟类型的无线监护仪一般只能传输模拟信号，如心电图等；数字型的无线监护仪采用无线联网(WLAN)等技术。WLAN主要由收/发硬件和通讯协议软件组成。收/发硬件包括接口方式、调制方式和频段占用等。流行的接口方式包括：串口、通用串行总线(USB)、外围部件互联总线(PCI)和个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)等。调制方式有：调频(FM)、调相(PM)、频移键控(FSK)、跳频扩谱(FHSS)等。WLAN一般占用2.4GHz的开放频段。利用此频段的主要原因是许多国家都规定使用此频段无需批准手续，同时它与其它频段相比，穿透的性能更好些。无线网络通讯协议分高层协议和底层协议。底层协议由收/发模块的控制软件定义，主要解决数据包传输的可靠性问题。载波监听多重访问(CSMA)是无线网络底层的基本协议。高层协议主要解决数据包是否传输正确，是否需要重发，结点(床位)的接入和识别等一系列和应用软件有关的问题。高层的无线监护仪传输协议一般主要有：自定义协议，IEEE802.11b和蓝牙(BlueTooth)。 其中自定义协议由设计者根据具体情况决定，一般协议非常简化，没有复杂的多层外壳，主要针对固定床位，固定数据格式的传输，因而传输效率比较高。 IEEE802.11b和蓝牙是开放式系统互联协议，支持动态多点接入等互联网基本功能，但有效传输速率和最大传输速率相差很大。IEEE802.11b的传输距离长。而蓝牙技术面向的却是移动设备间的小范围连接，因而本质上说，它是一种代替电缆的技术。无线医用监护仪的另一种类型是把WLAN技术与无干扰监测技术相结合研制成的新型监护仪，其基本技术模式是，通过微动压力敏感床垫和床旁信号采集与发射装置，无干扰地把受检者血压、心冲击图、心率、呼吸波、呼吸率和体动等多种生命信息传至中央工作站主机，并可根据监护需要与床旁监护仪相结合，构成各种组合式新型无线监护仪以满足各类专科加强监护病房的监护要求。
    北京泰达新兴医学工程技术有限公司生产的SRM-2000型有线/无线病人监护系统和床垫式睡眠监护仪具有中央站可以控制床旁监护仪基本操作，床旁监护仪之间可以互相调用以及有线和无线联网可以混合使用的特点。无线传输采用自定义协议。发射/接收模块为美国aerocomm公司的AC5124C-200，明视传输距离大于1000米，有效传输速率大于115.2Kbps。此系统有线联网时可以同时监护32个床位患者的生命信号；无线联网时可以同时监护8个床位患者的生命体征。其他无线医用监护仪还有美国MDE公司的MDE20500产品，采用无线网络遥测技术，可同时监护32个患者的生命体征; 日本光电公司的WEP-4204和WEP-4208，可以根据要求配备不同类型的发射盒；北京超思公司的MMED6000RD手持型监护仪，可以和中央站无线通讯，特点是病人可以在接收范围内自由活动。中央站可以同时监护8个患者的生命体征。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

    二、 评价无线监护仪质量的技术指标
    无线监护仪和有线监护仪的区别在于信号传输的介质不同。无线监护仪是通过空间传播信号达到远距离监测和调控。由于空间内各种电磁信号很多，所以无线监护仪的一个主要技术指标是抗干扰能力和传输距离。另外由于监护仪传输的是生物电信号，是波形和参数的混合数据，不同于一般数据，就是说要保证信号传输的实时性和连续性。一个性能优良的无线监护仪应该做到中央对床旁信号的接收连续而不间断，延时不大于5秒，具有全双工通讯功能，也就是中央不但接收、显示床旁机的数据而且还可以控制床旁机的操作，例如改变心电导联、无创测量血压、改变增益和控制打印等。再则是各个床旁机可以调用其他床旁机的信号并显示，这样起到互为中央的功能。另一个功能是中央机不但能接收无线监护仪的信号，而且也能接收有线监护仪的信号，中央机自动识别各个床旁机，联网的类型。床旁机同时配备有线和无线联网功能。这样床旁机在有网线的病房和没有铺设网线的病房都可以联网工作。
    三、 无线监护仪的发展前景
    无线监护仪的应用范围广阔，发展前景看好，依据如下:
    (1) 适合包括SARS在内的传染病区使用。由于无线监护仪具有远距离监测和调控功能，其中央工作站或接收机可位于清洁区内，医护人员无需进入污染区即可了解病人的各项生命指征，因而可以在不影响救治病人的情况下减少医护人员进入传染区的机会，这对于预防像SARS这类传染性强的疾病是十分重要的。这是无线监护仪的优势之一。
    (2) 灵活的设备配置和功能组合。近年来随着重证监护学的发展，加强监护病房(ICU)的建设日益受到重视，ICU的应用范围逐渐扩大，各种专科ICU相继建立，包括心脏病加强监护病房(CCU)、心脏外科加强监护病房(CSICU)、呼吸科加强监护病房(RICU)和神经科加强监护病房(NICU)等，它们对监护仪的要求既有共同点，又各有侧重，组合式新型无线监护仪正是适应了这种要求，其基本技术模式能满足普通内、外科ICU的监测；基本技术模式+无创性血氧饱和度监测便组成睡眠呼吸暂停综合征监测系统，可在无脑电图、无口鼻气流的条件下准确检测呼吸困难(图1)和各型睡眠呼吸暂停综合征(图2)。
    (3) 优化的资源利用 无线监护仪比有线监护仪的投资要大，但有一机多用、灵活性高的优点，例如一套组合式新型无线监护仪中央机可以分屏显示多个床位的信号，这多个床位的床旁机不必都是无线监护仪。这样可以减小医院的投资。它联网不用铺设网线，非常适用于流动性强的病人。比如急救和野战医院等。如果无线联网的监护仪系统同时具有有线和无线的联网功能，则可以提高资源利用率，如需将某个床旁监护仪从有网线的病房更换到没有网线的病房时，如个它是无线和有线双功能的，它就可以保持联网特点。近日，有一种特殊的“无线”监护仪面世。该仪器将电力线载波通讯技术引入医疗领域，无需另外布线方案和布线施工，床边机和相应载波控制器通过已有的交流电线即可实现联网，尤其适合紧急情况下的病房改造（如SARS期间将普通病房改造成为隔离监护病房）。
    (4) 便于长时间实时动态监测 人的多种生理参数,如血压值、心率、呼吸率、睡眠时间和等都存在显著的个体差异，特别在睡眠期间这种差异更为明显，例如不同的人夜间心率可相差25次/分，每夜睡眠时间可相差3小时，睡眠时的呼吸率可相差一倍，因而用群体的标准来评价不同人的上述参数正常与否难免会出现偏差。要准确评价某个人上述参数是否正常，更好的方法是与本人的正常范围进行比较，无干扰性长时间监测为了解每个人生理参数的正常范围提供了便利条件，也为及时发现受检者的功能障碍和病情变化提供了便利条件，这对于抢救像SARS一类的危重病人十分重要,例如呼吸功能障碍是SARS病人的重要表现之一，现在有关SARS的论文不少，但关于SARS病人呼吸功能障碍的数据报道不多，原因之一是缺少理想的监测仪器。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

下图是床垫式睡眠监护仪所记录的数据：

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