遙測監護

遙測監護是指在一定距離內（幾十到幾百米，甚至更遠），通過有線或者無線的方法對生物體的生理參數如心電信號、腦電信號、肌電信號、血壓、血流和溫度等進行數據採集和監護。可以使用電話線遙測、無線電遙測、紅外遙測等技術手段。未來遙測監護技術必將進入前所未有的發展時期。

基本介紹

• 中文名：遙測監護
• 外文名： telemonitoring
• 遙測技術：電話線、無線電遙測、紅外遙測
• 採集數據：心電信號、腦電信號、肌電信號
• 所屬學科：信息科學
• 套用領域：生物醫學、生理信號檢測

簡介

所謂遙測監護，是指在一定距離內（幾十到幾百米，甚至更遠），通過有線或者無線的方法對生物體的生理參數如心電信號、腦電信號、肌電信號、血壓、血流和溫度等進行數據採集和監護。

技術發展歷史

國外技術發展歷史

早在 1921 年美國海軍就用無線電通信來傳送海上水手的心音信號。1948 年 Fuller 和 Gordon 研製了一個從運動的動物身上測量脈搏波和呼吸率的系統，測量距離達到了 100 英尺。1947 年到 1953 年， Holter 和 Parker等首次實現了人體的心電圖和腦電圖的無線電傳輸。1952 年，科學家們首次從飛行的火箭上傳輸了生理參數，傳輸的信號有血壓、心率和靜脈壓等。1957 年，Goled和 Perkins 報告了大腦電位的遙測記錄。同年，蘇聯科學家從人造地球衛星上向地球傳輸了小狗的生理參數。1975 年，美國宇航局採用CMOS積體電路設計出七路PCM 生理遙測系統，進行宇宙飛行員的生理狀態的監測和記錄。

國內技術發展歷史

在我國，遙測技術 70 年代才開始起步，各大專院校和科研機構開始了各式各樣的研究。例如航天部 704 所研製的遙測心率監護儀，重慶大學無線電繫心電遙測組研製的心電遙測儀和心電遙測磁記錄儀，國家體委科研所研製的心電信號遙測裝置，空軍第四研究所研製的遙測裝置等。國內生物遙測儀器的共同特點是研究心電參數比較多，由分立元件和線性電路組成比較多，單通道比較多。八十年代以後，隨著需求的增多，又相繼研製了多通道、多參數、植入式遙測醫療設備等，但並沒有形成完整的系列，還不能滿足生物、醫學等各方面的需要。

遙測技術

電話線遙測

電話線將調製後的數據傳送出來。接收端完成數據的接收、解調以及信號的進一步處理等工作。例如，當用電話線實現心電遙測的時候，通常的做法是患者隨身攜帶心電數據採集、存儲系統，採集並存儲心電數據，同時撥通醫院 ICU 的值班電話，通過電話線將存儲的心電數據傳送到醫院的中心計算機。醫生通過中心計算機查看該患者的心電波形，對信號進行診斷、處理、存檔，甚至醫生可以通過電話遙控、遙囑患者。

無線電遙測

無線電遙測是利用無線電作為載體傳播信號的一種遙測方式。即生理信號首先經過調製，由發射機以電磁波的方式將調製後的生理信號輻射出去。通過接收機接收調製信號，再由解調電路恢復原有的生理信號。早期的無線電遙測系統大都採用模擬電路調幅的方式來實現，也就是用天線信號的幅度來表現生理信號的波形，這種方式很容易受到各種噪聲的干擾。真正實際套用的遙測系統大都採用調頻方式來實現，調頻方式在抗干擾性能上有明顯的優點。因為干擾一般表現為幅度形式，也即改變信號的幅度值，對於信號的頻率影響是非常小的，接收端可以通過限幅的方式有效地抑制所受到的干擾。雖然調頻方式考慮了許多抗干擾措施，但各種會產生高頻電脈衝的電氣設備仍會對其產生干擾。同時一套無線遙測系統的每位患者的數據均需要占據一定的頻帶，因此可以檢測的患者是有限的。為了從根本上克服模擬遙測方式存在的缺陷，越來越多的系統採用數字遙測的方式來實現。數字式遙測系統中帶有微處理器，可以完成生理信號數據的數位化，通過逐個啟動前端遙測儀的數據傳送，可以使所使用的無線設備都工作在同一個頻帶上。數字遙測系統還可以完成和前端遙測儀的雙向數據通信，同時具有一定的數據保存能力。由於已經完成了生理信號數據的數位化，因此無線通信時傳遞的是二進制數據。作為數字通信，可以有大量的技術手段來消除通信過程中的誤碼。首先，二進制高低電平邏輯對於不太強的干擾有很強的抵禦能力，不會對數據發生影響；其次，在數據通信過程中，可以加入各種校驗手段，使得接收方可以在接收數據時校驗是否已經出現誤碼，甚至可以重發來消除誤碼，所以數字遙測系統的可靠性是比較高的。

紅外遙測

由於醫院普遍開展高頻電外科手術，手術室等診療科室中各類診斷和監護儀器均暴露在大幅度、寬頻帶（0.5Hz~3MHz）的電磁干擾之下，許多電子設備雖然採取了抗干擾措施，還是很容易受到干擾。因為紅外光波段遠離各類電磁干擾的頻譜，採用紅外光作為傳播媒介具有很高的電磁抗干擾能力，因此 80 年代世界各國紛紛開始了採用紅外光的遠距離傳輸技術，並開始套用於生物醫學遙測，包括遙測監護和植入系統的經皮遙測。

遙測監護系統

比較以上幾種遙測方式，電話線遙測的方式適合比較遠距離的數據傳送，無線電遙測不但能傳輸很遠的距離，而且能夠有效的透過牆壁，移動起來比較方便，發射功率也可以做的很小。紅外遙測雖然具有較強的抗干擾能力，但是傳輸距離比較近。因此，無線電遙測是理想的選擇。

下面將採用無線電遙測為例介紹遙測監護系統的工作原理。

系統工作原理：心電電極上的心電信號經過心電放大器進行放大，再經過調整電路調整到 A/D 轉換所需要的電平，單片機以250Hz的頻率對心電信號進行採樣，經過 A/D 轉換，並將採樣的結果保存在主單片機的緩衝區中。主單片機採用雙緩衝技術，當一個緩衝區滿時，就將該緩衝區的數據通過串口傳送給無線發射模組，同時將採集的數據保存到另一個緩衝區，兩個緩衝區以桌球的方式工作。每採集16個心電數據時，就採集一次溫度信息，同時讀出相應的血壓信息。由於血壓模組輸出的是串列高速數據，和單片機的串口通訊協定並不兼容，因此加了一個輔助 MCU 來進行數據格式的轉換。無線接收模組接收到數據以後通過串口將數據傳送到計算機，電腦程式通過解包，去掉報頭來得到原始數據，然後對心電信號、體溫和血壓數據進行進一步處理。

未來發展方向

1）利用網際網路和先進感測器技術，使遠程醫療更加普及。

2）醫療儀器的二次開發，使舊儀器可直接利用計算機網路進行遙測監護。

3）利用先進技術，提高遙測監護數據的準確性。

4）開發攜帶型多通道遙測監護系統。

遙測監護是未來醫療事業發展的關鍵技術，隨著航天事業的發展和網際網路的普及，遙測監護技術必將進入前所未有的發展時期。