網絡化電子體溫測量系統的研制

歐偉明,鄧新群

(1.湖南工業(yè)大學電氣學院,湖南株洲412007;2.株洲市中心醫(yī)院婦產科,湖南株洲412007)

·技術與方法·

網絡化電子體溫測量系統的研制

歐偉明1,鄧新群2

(1.湖南工業(yè)大學電氣學院,湖南株洲412007;2.株洲市中心醫(yī)院婦產科,湖南株洲412007)

目的 研制網絡化電子體溫測量系統。方法 分析國內外體溫測量工具的使用現狀,研制由數字溫度傳感器DS18B20和微控制器AT89S53兩部件組成的體溫測量系統。結果 可以多人同時測量體溫,并能夠實現體溫測量的網絡化,測溫分辨率達到0.0625℃。結論 目前,大部分醫(yī)院采用玻璃水銀溫度計測量體溫,護理工作量大且存在水銀中毒的危險,網絡化電子體溫測量系統是今后體溫測量的發(fā)展趨勢。

體溫測量;電子體溫計;醫(yī)院信息化系統

[Nurs J Chin PLA,2014,31(18):69-71,74]

體溫是指人體胸腔、腹腔、臟器和腦內部的溫度,也稱為體核溫度[1]。由于人體深部溫度不易測量,臨床上通常用腋窩、口腔、直腸、腹股溝等處溫度來代表人體的體溫。體溫變化往往是病情發(fā)展的表現,體溫測量值的準確性和可靠性直接影響疾病的診斷、治療、護理工作的效果。目前,國內體溫測量多采用玻璃水銀體溫計,隨著玻璃水銀體溫計在歐洲市場的逐步淘汰,它在我國的應用必將面臨使用限制直到淘汰,所以臨床上迫切需要一種新型的體溫測量工具?，F在市場上已經出現諸如電子體溫計、紅外耳溫計、紅外體表溫度計、紅外熱像儀等自動體溫測量工具,但在同一時間都只能測量一個人的體溫,可能還具有少量數據存儲的功能,但無法實現多人同時體溫測量和數據傳輸功能,不能實現網絡化體溫測量,不利于醫(yī)院信息化系統(hospital information system,HIS)的建設。本研究提出了一種可以供多人同時使用的網絡化電子體溫測量技術,并且本研究已經獲得了國家實用新型專利(專利號:ZL201320342341.8),現報告如下。

1 設計思路

體溫是住院患者的一項重要體征參數,在對患者的治療和監(jiān)護管理工作中,護理人員需要對患者的體溫做定時測量,以便能夠讓醫(yī)生及時了解患者的身體狀況,對病情做出相應的判斷,為制定治療方案和護理方案提供參考。近年來,很多學者對體溫測量的部位、時間、方法、工具等進行了多方面的研究[1-4]。目前,體溫測量在大部分醫(yī)院采用的是,利用玻璃水銀體溫計人工定時測量的方式,此項常規(guī)護理不僅耗費大量的人力,對測量結果進行匯總、查詢、分析都比較繁雜,而且在讀取測量結果時會感覺不方便,甚至讀數不準確。因此,目前這種人工查測體溫的傳統方式有待改善。

雖然玻璃水銀體溫計具有性能穩(wěn)定、誤差小、售價低等優(yōu)點,從而得到廣泛應用,但是由于它同時存在測溫時間長、易破碎、有汞中毒危險等不安全因素的缺點,已被歐盟決定從2005年起以后的4年內,將使其從歐洲市場上消失,并從2011年起禁止這種溫度計對國外銷售[4]。因此,這種體溫計在我國的使用必定將受到限制,迫切需要尋求一種新型的體溫測量工具。現在市場上出現了非接觸式體溫測量工具,如紅外耳溫計、紅外體表溫度計、紅外熱像儀等。另外,市場上還有基于半導體元件熱敏特性的電子體溫計。電子體溫計和上述的非接觸式體溫測量工具都屬于具有一定自動化程度和少量數據存儲功能的體溫測量工具,它們在同一時間只能對一個人進行體溫測量,不能同時對多個人進行體溫測量,并且沒有數據傳輸功能,不能實現網絡化體溫測量,不利于醫(yī)院信息化系統的建設[5-7]。

隨著計算機技術、半導體技術的不斷發(fā)展,半導體溫度傳感器可與相應的轉換電路、接口電路、以及各種其他功能電路集成在一起,形成功能強大、精確、價廉、微小的數字溫度傳感器。一般而言,數字溫度傳感器的正常工作是在CPU的控制下完成的?；诖?我們運用數字溫度傳感器技術、微控制器應用技術,結合硬件和軟件,研制了基于數字溫度傳感器DS18B20和微控制器AT89S53的體溫測量系統,可以供多人同時進行體溫測量,在液晶屏上實時顯示多人的體溫數值,并且可以與護士站的PC機相連接,從而實現網絡化體溫測量。

2 系統結構

2.1 體溫測量節(jié)點結構圖 體溫測量系統中的一個測量節(jié)點如圖1所示,包括:溫度傳感器網絡、微控制器、顯示模塊、串行接口電路。在圖1中,每一個數字溫度傳感器DS18B20就是一個測溫探頭,圖中給出了18個測溫探頭,可同時對18人進行體溫測量,一般能夠滿足一個病房的患者測體溫的需要, 18個DS18B20的輸出端(第2引腳)都連接到1-wire單總線上,構成溫度傳感器網絡;1-wire單總線與微控制器AT89S53的P2.0引腳相連接; AT89S53連接到顯示模塊LCD240128,用來顯示被測者的體溫值;RS-485串行接口電路與AT89S53相連接,并且實現與護士站的PC機串行通信的功能;Hold按鈕開關與AT89S53的第P2.1引腳相連接,是體溫測量節(jié)點在使用時唯一的用戶手動操作對象。

2.2 體溫測量系統網絡化結構圖 圖1所示的體溫測量節(jié)點用于一個病房患者的體溫測量,每一個病房對應著一個測量節(jié)點,所有的測量節(jié)點通過RS-485串行總線與護士站PC機相連接,實現體溫測量的網絡化,如圖2所示。

圖1 體溫測量節(jié)點結構圖

圖2 電子體溫測量系統網絡化結構圖

3 工作原理

3.1 測溫探頭DS18B20 1-wire單總線是美國Dallas Semiconductor公司的一項專利技術。DS18B20是Dallas Semiconductor公司推出的1-wire單總線數字溫度傳感器,具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易匹配CPU等優(yōu)點。DS18B20內部自帶A/D轉換器,通過內部的溫度采集、A/D轉換等一系列過程,將被測溫度以二進制數據形式輸出,用戶可以通過一些簡單的算法,將二進制數據還原為溫度值,其測溫范圍為－55℃～＋125℃,測溫分辨率可達0.0625℃。DS18B20芯片內部有64 bit的序列號,出廠時每一塊DS18B20芯片的序列號都不同,從而CPU可以識別不同的測溫探頭DS18B20。從測溫原理的角度來看,DS18B20是一種基于半導體PN結電壓-溫度特性的電子式溫度傳感器。

3.2 微控制器AT89S53 微控制器AT89S53是一種單芯片形式的計算機系統,其芯片內部包括CPU、存儲器、中斷系統、輸入輸出接口電路等,AT89S53是本體溫測量系統的控制核心,在程序的控制下,完成對DS18B20的溫度測量控制,并將溫度值送給顯示模塊LCD240128,用數字的形式顯示在液晶屏上,本體溫測量系統中AT89S53的CPU程序采用C51高級語言編寫而成。

3.3 體溫測量網絡化 微控制器AT89S53芯片內部有串行接口電路UART,使用該串行接口電路UART并通過外部串行總線,體溫測量節(jié)點可以與上位機PC實現串行通信。一個體溫測量節(jié)點用于一個病房患者的體溫測量,每一個病房對應著一個測量節(jié)點,護士站PC機與體溫測量節(jié)點通過RS-485串行總線相連接,RS-485串行總線的通信距離達1.2 km,如圖2所示。在圖2中,由護士站PC機可以發(fā)出收集體溫值的指令,PC機接收到體溫測量數據后,可實現體溫測量數據的存儲、查詢、打印等進一步的數據處理功能,這些功能的實現是在PC機應用軟件的作用下完成的。PC機上運行的應用軟件,利用MSComm6.0控件由Visual Basic 6.0開發(fā)寫成,對串行口的設置情況是:“波特率”為2400 bp,無“校驗位”,“數據位”為8,“停止位”為1。3.4 使用方法 本體溫測量系統的使用簡單方便,操作步驟如下:步驟1,測量體溫前,先用毛巾擦干凈被測者腋窩處,將測溫探頭緊貼腋窩深處皮膚,并夾緊手臂。步驟2,圖1所示體溫測量節(jié)點通電后,自動進入啟動界面,撳Hold按鈕,開始實時測量18人的體溫,并且在液晶屏LCD240128上實時顯示18人的體溫值。步驟3,在實時測量體溫、顯示體溫值的情況下,撳Hold按鈕,可以鎖定體溫測量值,這時所顯示的體溫值不再隨測量到的體溫而變化。在鎖定狀態(tài)下,如果再撳Hold按鈕,則又實時測量體溫并實時顯示體溫值。步驟4,護士站的護士可以通過PC機應用軟件的用戶界面,監(jiān)視任何一個被測者的體溫測量情況,并可以發(fā)出體溫測量數據收集指令,獲得體溫測量數據后,可以完成存儲、分析等進一步的處理工作,當然也可以查詢體溫測量歷史數據。

4 討論

4.1 本系統的體溫測量效果 為了檢驗本體溫測量系統的測溫效果,我們選取了一支正常的玻璃水銀體溫計,采用本體溫測量系統和玻璃水銀體溫計對同一個人進行體溫測量。首先,將玻璃水銀體溫計甩降至35℃以下,被測者腋窩處擦試干凈,將玻璃水銀體溫計放置在其腋窩深處5 min后讀取數據。然后,用本體溫測量系統測量被測者同一腋窩深處的溫度,5 min后從液晶屏讀取數據,本體溫測量系統的體溫值顯示到小數點后第4位數字。按照上述方法,做3輪體溫測量,為了避免因為測量而影響人的體溫,在每一輪體溫測量之間休息5 min。結果表明,經3輪測量后,兩種方法的體溫測量平均值很接近,絕對誤差只有0.0292℃,差異無統計學意義[8-9]。在圖1所示的體溫測量節(jié)點中,如果只接1個測溫探頭,就可以只對1人進行體溫測量,在測量的整個過程中,通過注視液晶屏可以觀察被測者體溫測量的變化過程。由于微控制器AT89S53的強大功能、液晶屏LCD240128直觀的數字顯示功能,以及簡單方便的操作使用步驟,所以這樣的測量系統用于家庭人員的體溫測量亦相當方便,如可以用作育齡婦女的基礎體溫測量[10]。

4.2 本系統對促進醫(yī)院信息系統建設的作用 《中共中央國務院關于深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革的意見》中明確指出:建立實用共享的醫(yī)藥衛(wèi)生信息系統;大力推進醫(yī)藥衛(wèi)生信息化建設;以醫(yī)院管理和電子病歷為重點,推進醫(yī)院信息化建設。建設已經成為提升醫(yī)院管理水平、提高醫(yī)療護理質量的重要工具和手段。作為醫(yī)療不可或缺的重要部分,護理信息化的不斷完善對于提升護理管理水平和護理質量、促進護理事業(yè)不斷發(fā)展,起到重要作用。本體溫測量系統中的每一個測量節(jié)點都能夠實現一個病房患者的體溫測量,而所有體溫測量節(jié)點通過RS-485串行總線與護士站PC機構成體溫測量網絡,護士站PC機獲取患者的體溫數據后,將其融合到HIS中是很方便的,因此,本體溫測量系統為HIS的建設打下了較好的物質基礎。綜上所述,本文介紹的體溫測量技術,是一種網絡化的電子式體溫測量系統,具有結構簡單、操作方便、顯示直觀的特點,由于采用了1-wire單總線技術,所以很容易增加或減少測溫探頭而不改變硬件電路,且體溫測量節(jié)點與護士站的PC機相連接,可以實現所有病房患者體溫測量的網絡化,從而為醫(yī)院的HIS建設提供物質基礎,可以大大減輕護士的護理工作量,并提高護理工作的質量。

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(本文編輯:陳曉英)

Development of the Networked Body Temperature Measuring System

Ou Weiming1,Deng Xinqun2(1.College of Electrical and Information Engineering,Hunan University of Technology,Zhuzhou 412007,Hunan Province,China;2.Department of Obstetric and Gynecology,Central Hospital of Zhuzhou,Zhuzhou 412007,Hunan Province,China)

Objective To develop the networked new body temperature measuring system.Methods This paper analyzes the current application of body temperature measuring tool both in domestic and foreign countries,and develop the digital temperature sensor DS18B20 and micro controller AT89S53 temperature measuring system.Results Taking body temperature for multiple people at the same time is possible and can be networked,with a resolution of 0.0625℃.Conclusion At present,glass mercury thermometers are widely used in most hospitals which lead to heavy nursing workload and the risk of mercury poisoning.Networking electronic body temperature measuring system is now becoming the new trend.

body temperature measurement;electronic thermometer;hospital information system

10.3969/j.issn.1008-9993.2014.18.024

R472.9

A

1008-9993(2014)18-0069-03

2014-02-10

2014-06-09

歐偉明,碩士,教授,研究方向為嵌入式系統